ХРАНИЛИЩЕ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к средствам для охлаждения или замораживания, более конкретно - к указанным средствам с аккумулированием холода, а именно - к хранилищу пищевых продуктов для использования преимущественно в бытовых условиях.
Известно хранилище для продуктов по патенту СССР на изобретение №1566178, опубл. 23.05.1990 [1], при эксплуатации которого имеет место аккумулирование холода. Оно содержит размещенную в грунте камеру, снабженную в нижней части средством для охлаждения. Последнее представляет собой концевые участки расположенных с небольшим наклоном к горизонту частей нескольких L-образных тепловых труб. Каждая их этих частей, расположенных с небольшим наклоном к горизонту, соединена изогнутой частью трубы с вертикальной частью. Труба заправлена хладагентом. Упомянутая часть, имеющая небольшой наклон к горизонту, является зоной испарения тепловой трубы. В этой части теплоноситель испаряется, отбирая тепло у прилегающего грунта. Изогнутая часть и нижний участок вертикальной части трубы являются транспортной зоной. По ней испарившийся теплоноситель поднимается к верхнему участку вертикальной части трубы, расположенному на воздухе выше поверхности грунта. Здесь пар, взаимодействуя со стенкой трубы, охлаждается и переходит в жидкую фазу. Последняя стекает по стенке транспортной зоны в зону испарения, и цикл повторяется. Согласно современной терминологии такая труба относится к гравитационным тепловым трубам, потому что обратное (из зоны конденсации в зону испарения) движение теплоносителя обеспечивается под действием гравитации (см., например: А.Абросимов, С.Залетаев. Охладители грунта. Конструкции и методы расчета. Изд. Palmarium Academic Publishing, 2012 [2]). Гравитационные тепловые трубы работают при условии, что окружающая температура в зоне испарения выше, чем в зоне конденсации. Это условие соблюдается в зимний период. В течение этого периода происходит охлаждение грунта и аккумулирование им холода. За счет этого холода обеспечивается пониженная температура в указанной камере в теплое время года.
Однако удельная теплоемкость грунта невысока, что обусловливает недостаточное повышение эффективности хранилища в теплый период года данного типа по сравнению с простым находящимся ниже поверхности грунта погребом. Кроме того, описанное в патенте [1] выполнение труб в зоне конденсации предусматривает лишь увеличение их диаметра без дополнительных мер для увеличения теплоотдачи.
По названным причинам с данным хранилищем вполне может конкурировать традиционный погреб-ледник (см., например: А.М.Горбов. Устройство погребов и лабазов. Москва, Изд. "ACT", 2007 [3]). Такой погреб представляет собой подземное сооружение, содержащее камеру, снабженную для входа и выхода из нее вертикальным или наклонным тамбуром и лестницей. Указанная камера на части площади пола имеет углубление, предназначенное для заполнения льдом в зимний период. Благодаря тому, что камера погреба находится под землей, в ней в теплый период года сохраняется температура ниже температуры воздуха над поверхностью грунта, а в холодный период - выше. При этом наличие льда в указанном углублении позволяет дополнительно снизить температуру в помещении погреба в летний период, поскольку запасенный лед в данном случае выполняет функцию аккумулятора холода. В теплое время года нагрев льда до температуры таяния, его расплавление, а также происходящее после этого испарение воды производят существенно больший отбор теплоты у окружающей среды, чем нагревание охлажденного зимой грунта в хранилище по патенту [1]. При этом имеется возможность хранить продукты, требующие особых условий, осуществляя их размещение, называемое в быту хранением на льду. Однако эксплуатация погреба [3], как указано выше, связана с необходимостью запасать лед в зимний период и загружать его в упомянутое углубление. Кроме того, необходимо удалять воду, образовавшуюся при таянии льда, или обеспечивать ее отток, если это позволяет рельеф местности. Все это усложняет пользование погребом и делает его трудоемким.
Погреб-ледник по патенту РФ на полезную модель №101479, опубл. 20.01.2011 [4], обладает по сравнению с погребом [3] преимуществом, заключающимся в том, что его конструкция предусматривает возможность транспортировки и установки готового к эксплуатации хранилища без монтажа корпуса. Однако он сохраняет недостатки погреба [3], связанные с необходимостью заготовки льда и загрузки его в предназначенный для этого отсек погреба. Этот отсек расположен между одной из внутренних вертикальных стен погреба и его наружной стенкой. Вертикальная ориентация охлаждаемой льдом стены погреба не позволяет осуществлять хранение продуктов, размещая их на льду.
Известно также хранилище для пищевых продуктов по патенту РФ на изобретение №2023384, опубл. 30.11.1994 [5]. Оно представляет собой подземное сооружение, имеющее камеру для размещения продуктов, окруженную по периметру расположенными в грунте герметичными заполненными жидкостью для аккумулирования холода емкостями с погруженными в них частями корпуса вертикальных тепловых труб, являющимися зонами испарения. Эта часть корпуса каждой тепловой трубы соединена через часть, являющуюся транспортной зоной, с частью, являющейся зоной конденсации. Последняя находится полностью над поверхностью грунта и снабжена оребрением. Элементы данного хранилища, названные в [5] тепловыми трубами, как следует из описания их работы, тоже являются гравитационными тепловыми трубами, подробно исследованными в монографии [2]. Аналогичное [5] выполнение хранилища описано в патенте РФ на изобретение №2023383, опубл. 30.11.1994 [6]. По сравнению с патентом [5], трубы по патенту [6] имеют более сложную форму, и емкости с жидкостью для аккумулирования холода, в которых находятся части корпуса труб, являющиеся зонами испарения, установлены внутри камеры для размещения продуктов, причем не только по периметру камеры, но также в ее верхней и нижней частях. В конце зимы внутреннее пространство камеры отделяют от упомянутых емкостей съемной теплоизоляцией. В хранилищах по патентам [5] и [6] обеспечивается более эффективное, чем в хранилище по патенту [1], аккумулирование холода, так как оно осуществляется не грунтом, а замораживаемой жидкостью (пресной или подсоленной водой), имеющей высокую удельную теплоемкость. При этом зоны конденсации тепловых труб имеют радиаторы в виде упомянутого оребрения, способствующие увеличению теплоотдачи. По сравнению же с традиционным погребом-ледником и погребом по патенту [4] хранилища по патентам [5] и [6] более удобны в обслуживании, не требуя заготовки льда и загрузки его в предназначенную для этого часть хранилища.
Однако эти хранилища, требующие большого количества тепловых труб, сложны и применимы скорее для хранения продуктов в промышленных масштабах, чем в бытовых условиях. Над поверхностью грунта должно быть достаточно свободного места для размещения частокола из зон конденсации тепловых труб (в особенности это касается хранилища по патенту [6]). Имея указанную преимущественную область применения, хранилища по патентам [5] и [6] обеспечивают излишне низкую и равномерно распределенную по объему камеры температуру по сравнению с той, которая достаточна для бытовых целей. Указанные емкости с водой, в которых образуется лед, аккумулирующий холод, изолированы от пространства камеры ее стенами либо теплоизоляцией, что затрудняет применение размещения некоторых продуктов, называемого хранением на льду. При этом зона испарения каждой тепловой трубы, находящаяся внутри емкости и окруженная водой, изолирована последней от окружающего грунта (а в хранилище по патенту [6] вообще изолирована от грунта, так как вместе с упомянутой емкостью находится внутри камеры). Вода же в жидком состоянии имеет значительно более низкую теплопроводность, и слой ее между зоной испарения и стенкой емкости, за которой находится грунт, являющийся источником тепла, представляет собой дополнительное тепловое сопротивление (а в хранилище по патенту [6] фактически используется только тепло внутреннего пространства камеры). Это обстоятельство влияет в сторону снижения эффективности действия трубы, которая тем выше, чем больше разница окружающих температур в зонах испарения и конденсации. Герметичность каждой из емкостей с жидкостью для аккумулирования холода должна быть обеспечена в условиях, когда через ее горловину проходят тепловые трубы, и во всем диапазоне рабочих температур, изменение которых вызывает изменение объема среды, заполняющей емкости. Это приводит к тому, что при выходе из строя трубы либо емкости замена любой из них требует одновременного извлечения на поверхность их обеих (а при нахождении в одной и той же емкости зон испарения сразу нескольких тепловых труб, как это показано на иллюстрациях к патентам [5], [6], - извлечения емкости вместе с несколькими такими трубами), причем извлечение емкостей, находящихся под толщей грунта, требует предварительного удаления последнего. Сами емкости имеют непростую конструкцию, в частности, их стенки они снабжены мембранами для компенсации изменения объема жидкости при ее замерзании.
К предлагаемой полезной модели наиболее близко известное хранилище по патенту [5].
Техническое решение по предлагаемой полезной модели направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции хранилища пищевых продуктов за счет использования единственной емкости с жидкостью для аккумулирования холода и единственной гравитационной тепловой трубы, а также в повышении эффективности аккумулирования холода. В предлагаемом хранилище при охлаждении жидкости, аккумулирующей холод, отбор тепла происходит не "изнутри" - по поверхности зоны испарения относительно тонкой тепловой трубы, проходящей вдоль оси емкости с такой жидкостью, а "снаружи" - по многократно большей боковой поверхности этой емкости. Кроме того, обеспечиваются более высокая надежность и лучшая ремонтопригодность хранилища благодаря выполнению зоны испарения гравитационной тепловой трубы гибкой и размещению ее вне емкости с жидкостью для аккумулирования холода и использованию простейшей конструкции этой емкости. Ниже при раскрытии сущности полезной модели и рассмотрении ее конкретного выполнения могут быть названы и другие виды достигаемого технического результата
Предлагаемое хранилище для пищевых продуктов (далее - хранилище), как и наиболее близкое к нему известное по патенту [5], выполнено в виде подземного сооружения, имеющего тепло- и гидроизолированную камеру для размещения продуктов, и содержит емкость с жидкостью для аккумулирования холода, а также средство для охлаждения этой жидкости в виде гравитационной тепловой трубы. Последняя имеет заправленный хладагентом герметичный корпус, содержащий последовательно соединенные части, являющиеся зоной испарения, транспортной зоной и зоной конденсации, находящейся над поверхностью грунта.
Для достижения названного технического результата в хранилище по предлагаемой полезной модели, в отличие от указанного наиболее близкого к нему известного, пол указанной камеры на части его площади имеет углубление, в котором размещена указанная емкость с жидкостью для аккумулирования холода. Эта емкость выполнена из эластичного материала с запасом по объему для расширения указанной жидкости при переходе ее из жидкой фазы в твердую и заключена в открытый сверху жесткий защитный кожух с возможностью прилегания к его внутренней поверхности. По границе контакта жесткого защитного кожуха с полом камеры для размещения продуктов в верхней части указанного углубления выполнена гидроизоляция. Корпус гравитационной тепловой трубы в зоне испарения выполнен из легкодеформируемого металла и изогнут по винтовой линии, охватывающей указанную емкость с защитным кожухом, в который она заключена, по его периметру и высоте. При этом часть гравитационной тепловой трубы, являющаяся ее транспортной зоной, проходит вертикально через камеру для размещения продуктов и находящийся над нею слои грунта до соединения с частью, являющейся зоной конденсации гравитационной тепловой трубы.
Описанное выполнение зоны испарения и расположение ее с охватом емкости с жидкостью для аккумулирования холода снаружи обеспечивают эффективное охлаждение указанной жидкости. При этом изогнутый в виде винтовой линии (спиралевидный) корпус гравитационной трубы в зоне испарения одной частью своей поверхности обращен в сторону указанной емкости и контактирует с ее защитным кожухом, а остальной частью своей поверхности контактирует непосредственно с грунтом, являющимся источником тепла. Благодаря этому обеспечивается наибольший перепад температур между зонами испарения и конденсации и повышается эффективность теплопереноса. Заполнение указанной емкости жидкостью для аккумулирования холода может быть осуществлено после завершения строительства хранилища. Замена этой жидкости или ее удаление и последующее удаление самой емкости для ее замены могут быть осуществлены без проведения каких-либо земляных работ непосредственно через камеру хранилища и вход в нее. Жидкость может быть легко откачана или закачана в емкость, а емкость без жидкости представляет собой просто мешок, который может быть легко вынут или, наоборот, помещен в защитный кожух, находящийся в предназначенном для него углублении камеры. В процессе эксплуатации хранилища емкость, находящаяся в защитном кожухе, доступна сверху, и на нее непосредственно или на устанавливаемый над нею решетчатый настил могут быть помещены продукты, предназначенные для хранения на льду. Использование единственной тепловой трубы свидетельствует о простоте конструкции хранилища. При этом единственная находящаяся над поверхностью грунта ее часть - зона конденсации, лишь незначительно ограничивает возможность использования территории над хранилищем по сравнению с минимумом такого ограничения, обусловленным обычно предусматриваемыми в конструкции хранилища трубами приточной и вытяжной вентиляции, тоже выходящими на поверхность. Ко всем частям гравитационной тепловой трубы, за исключением небольшого участка транспортной зоны, проходящего через слой грунта над камерой для размещения продуктов, имеется свободный доступ. Поэтому, с учетом выполнения наиболее сложной и ответственной ее части - зоны испарения - из легкодеформируемого металла, облегчены ремонт и замена гравитационной тепловой трубы.
Перечисленные факторы подтверждают достижение названного выше технического результата.
В предпочтительном частном случае выполнения хранилища камера для размещения продуктов снабжена приточной и вытяжной вентиляцией.
Хранилище может быть также снабжено решетчатым настилом, выполненным съемным с возможностью установки в камере для размещения продуктов над емкостью с жидкостью для аккумулирования холода. Данный настил может быть использован для размещения на нем продуктов, требующих особых условий хранения и поэтому располагаемых в максимальной близости к источнику холода. Настил может быть снят, и в этом случае продукты могут быть размешены непосредственно на поверхности емкости с жидкостью для аккумулирования холода, т.е. фактически на льду.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых показаны:
- на фиг.1 - общий вид хранилища,
- на фиг.2 - вид сверху емкости с жидкостью для аккумулирования холода, заключенной в защитный кожух и охватываемой вместе с ним спиралевидной зоной испарения гравитационной тепловой трубы,
- на фиг.3 - поперечное сечение корпуса гравитационной тепловой трубы в зоне испарения.
Предлагаемое хранилище представляет собой (фиг.1) подземное сооружение, содержащее гидро- и теплоизолированную камеру 1 для размещения продуктов, имеющую контактирующие с грунтом 2 стены 3, пол и потолочное перекрытие с люком 4. Доступ к люку 4 в показанном на фиг.1 частном случае выполнения хранилища осуществляется через наклонный тамбур 5 с дверью 6 и лестницей 7, которая продолжается до пола камеры 1. Вместо наклонного тамбура с дверью может быть использована вертикальная шахта, имеющая вместо двери 6 горизонтальный люк на уровне поверхности грунта или пола того помещения, в подполье которого может быть размещено хранилище. Камера 1 снабжена приточной и вытяжной вентиляцией, обеспечиваемой, соответственно трубами 8 и 9, первая из которых немного не доходит до уровня пола камеры 1, а вторая опущена несколько ниже потолка.
Камера 1 на части площади пола (на фиг.1 - справа) имеет углубление, в котором установлен открытый сверху жесткий защитный кожух 10 с размещенной в нем емкостью 11 с жидкостью для аккумулирования холода. Жесткий защитный кожух 10 может быть выполнен из металла или прочной пластмассы. Емкость 11 может быть изготовлена из эластичного материала, например, из резины или пластика, позволяющего этой емкости при заполнении ее жидкостью для аккумулирования холода (обычной пресной водой или раствором соли, например поваренной, в воде) принимать форму, соответствующую форме защитного кожуха 10, плотно прилегая к его внутренней поверхности. При замерзании жидкости в емкости 11 она предохраняется от разрыва стенками жесткого защитного кожуха 10. Жесткий защитный кожух 10 одновременно играет роль гидроизоляции, препятствующей проникновению влаги из грунта внутрь камеры 1. При сооружении хранилища выполняют также гидроизоляцию по границе 17 контакта жесткого защитного кожуха с полом камеры для хранения продуктов в верхней части углубления, в котором размещена емкость с жидкостью для аккумулирования холода, заключенная в указанный кожух. Емкость 11 имеет горловину с герметично закрывающейся крышкой 12 (см. также фиг.2, на которой показан в укрупненном масштабе разрез секущей плоскостью А-А, показанной на фиг.1); позицией 18 на фиг.2 показаны складки "мешка" из эластичного материала, используемого в иллюстрируемом этой фигурой случае в качестве емкости 11 для аккумулирующей холод жидкости). Над емкостью 11 может быть установлен съемный решетчатый настил 13.
Жесткий защитный кожух 10 с размещенной в нем емкостью 11 с жидкостью для аккумулирования холода охвачен по его периметру и высоте (по меньшей мере, до верхнего уровня жидкости в емкости 11) витками спиралевидного испарителя 14. Последний представляет собой трубку, выполненную из легкодеформируемого металла (например, алюминиевого сплава АД-00) с заглушенным нижним концом, продольная ось которой изогнута во винтовой линии. Эта трубка соединена (или выполнена как одно целое) с вертикальной трубой 15, переходящей в расположенную над поверхностью грунта и заглушенную сверху оребренную трубу 16. Названные герметично соединенные друг с другом части (испаритель 14, вертикальная труба 15 и продолжающая ее оребренная труба 16) образуют корпус гравитационной тепловой трубы, содержащий, соответственно, зону испарения, транспортную зону и зону конденсации. Корпус, имеющий указанные зоны, герметичен и в рабочем состоянии заправлен (частично заполнен) хладагентом (элементы, необходимые для заправки, на чертежах не показаны). В качестве хладагента предпочтительно использование одного из фреонов. Заправка хладагентом может осуществляться как на предприятии-изготовителе гравитационной тепловой трубы, так и непосредственно при строительстве хранилища. Выполнение зоны испарения или всей гравитационной тепловой трубы из легкодеформируемого металла позволяет транспортировать ее в компактно свернутом виде и придавать требуемую форму в процессе строительства хранилища, а также при ее замене и ремонте хранилища.
В процессе работы гравитационной тепловой трубы в составе конструкции предлагаемого хранилища в холодное время года, когда температура воздуха в зоне 16 конденсации ниже температуры грунта в зоне 14 испарения, в последней происходит испарение хладагента. На фиг.3, изображающей в укрупненном масштабе вертикальный разрез фрагмента I зоны испарения, показанного на фиг.1, видно, что в этой зоне жидкая фаза 19 хладагента занимает нижнюю часть просвета изогнутой по винтовой линии трубки 14, являющейся зоной испарения. Пар, образующийся в зоне испарения, показанный на фиг.3 изогнутыми стрелками, движется в верхней части 20 просвета трубки 14 по спиралевидной траектории, определяемой формой этой трубки, к транспортной зоне 15 и далее - в зону 16 конденсации. В этой зоне пары хладагента переходят в жидкую фазу. Жидкая фаза под действием силы тяжести стекает по вертикальной трубе 15, являющейся транспортной зоной, в зону испарения, после чего цикл повторяется.
Более подробно процессы, происходящие при функционировании гравитационной тепловой трубы данного типа, рассмотрены в патенте РФ на полезную модель №108581 [7]. В предлагаемой полезной модели такая тепловая труба используется в иных условиях, находясь во взаимодействии с жидкостью для аккумулирования холода, заполняющей предназначенную для нее емкость, при описанном выше их специфическом взаимном расположении, и влияет на достижение названных выше видов технического результата только совместно с признаками, характеризующими наличие такой емкости, ее выполнение и упомянутое взаимное расположение.
Объем заправки хладагентом гравитационной тепловой трубы с зонами 14, 15, 16 подбирается так, чтобы не допустить пересыхания потока конденсата, движущегося из зоны конденсации 16 по транспортной зоне 15 в зону испарения 14. Возврат конденсата в зону испарения происходит во встречном потоке пара. При этом поток конденсата занимает небольшую часть поперечного сечения корпуса гравитационной тепловой трубы как в зоне испарения (это показано на фиг.3), так и в транспортной зоне и зоне конденсации. Поэтому поток пара практически беспрепятственно проходит из зоны испарения в зону конденсации через транспортную зону. Переносимое хладагентом из зоны испарения в зону конденсации тепло выделяется в окружающую среду радиатором, которым является оребрение трубы в зоне 16. Близкое расположение соседних витков спирали, образуемой изогнутой трубкой 14 в зоне испарения, окружающей находящуюся в кожухе 10 емкость 11, как показано на фиг.1, позволяет увеличить площадь теплообменной поверхности и получить большой теплосъем. В результате происходит охлаждение и замораживание жидкости в емкости 11. Охлажденная и замороженная жидкость в этой емкости становится аккумулятором холода, обеспечивающим в теплое время года дополнительное снижение температуры в камере 1, увеличивая разницу между нею и температурой воздуха над поверхностью грунта по сравнению с той разницей, которая имела бы место в силу естественных причин в подземном хранилище без применения гравитационной тепловой трубы. Охлаждающее действие жидкости, аккумулирующей холод, проявляется вследствие расходования тепла на плавление находящейся в твердой фазе жидкости (льда) и дальнейший подъем температуры растаявшего льда. Грунт, контактирующий с изогнутой трубкой 14 - зоной испарения гравитационной тепловой трубы, тоже охлаждается в холодный период года и играет роль дополнительного аккумулятора холода. Открытая сверху поверхность емкости 11 позволяет размещать требующие особых условий хранения продукты как непосредственно на этой поверхности (на льду), так и на съемном решетчатом настиле 13.
В теплое время года, когда температура воздуха над поверхностью грунта становится выше окружающей температуры в зоне испарения, циркуляция теплоносителя прекращается.
Эластичная емкость 11 легко может быть заменена в случае необходимости без каких-либо земляных работ непосредственно через люк 4. Аналогично может быть осуществлена замена наиболее ответственной - испарительной части 14 гравитационной тепловой трубы благодаря ее гибкости. Для этого достаточно отсоединить от вертикальной трубы 15, а после установки новой испарительной части - произвести герметичное соединение с трубой 15 и осуществить операции по заправке хладагентом.
Предлагаемое хранилище может найти применение для хранения пищевых продуктов, преимущественно в бытовых условиях.
Источники информации
1. Патент СССР на изобретение №1566178, опубл. 23.05.1990.
2. А.Абросимов, С.Залетаев. Охладители грунта. Конструкции и методы расчета. Изд. Palmarium Academic Publishing, 2012.
3. А.М.Горбов. Устройство погребов и лабазов. Москва, Изд. "ACT". 2007.
4. Патент РФ на полезную модель №101479, опубл. 20.01.2011.
5. Патент РФ на изобретение №2023384, опубл. 30.11.1994.
6. Патент РФ на изобретение №2023383, опубл. 30.11.1994.
7. Патент РФ на полезную модель №108581, опубл. 20.09.2011.