Проточные азотные системы хладоснабжения для хранения замороженных пищевых продуктов

В России, в отличие от развитых зарубежных стран, использование регулируемых газовых сред (РГС), в частности азота, для хранения продуктов, находится в крайне неудовлетворительном состоянии. По данным ВНИКИ МВЭС в США в 1988 г. в пищевой промышленности использовалось 16,8% объема производства жидкого азота. В бывшем СССР в этом же году использовалось менее 1%. Существует два типа камер с проточной системой хладоснабжения:

• с внутренним расположением резервуаров с жидким азотом;
• с внешним расположением таких резервуаров.

Ликвидировать неравномерность температурного поля стало возможно за счет принудительной циркуляции азота в объеме камеры шоковой заморозки. Фирма «Union Carbide corporation» (Англия) предлагает для этой цели вентилятор, приводимый во вращение энергией давления испарившегося азота. Принцип действия такого устройства показан на рис. 1.34 и заключается в следующем: из сосуда жидкий азот поступает к разбрызгивающему устройству — форсункам, через вентиль и двухходовой теплообменник, расположенный в нижней части камеры. Конструктивное выполнение теплообменника показано на рис. 1.35. Криовещество проходит по прямым и обратным ходам теплообменника, которыми являются трубы, окруженные изоляцией и расположенные в Т-образной конструкции ребер пола. В конструкции пола имеются ходы для циркуляции газообразного азота. В результате обмена тепла с азотной средой, жидкий азот в трубах теплообменника испаряется и поступает на лопасти турбины, вращающей вентилятор. Вентилятор создает циркуляцию азотной среды (показано стрелками), которая тем больше, чем больше неравномерность температур. Азот, вращающий турбину, выходит через патрубок в камеру. Автоматические вентили регулируют расход азота по шкалам датчиков температуры.

Для обеспечения равномерного охлаждения камеры возможно применение эжекторного устройства, изображенного на рис. 1.36. Данная система охлаждения предусматривает подачу жидкого азота из сосуда через трубопровод, расположенный внутри кожуха, к эжектору. В результате эжекции оборотного потока азотной среды создается искусственная циркуляция. Подача азота через сопло эжектора регулируется вентилем по шкале датчика температуры. При плавном изменении проходного сечения регулирующего вентиля возможно регулирование кратности циркуляции азотной среды. После смешивания впрыскиваемого азота с оборотным потоком разница между температурой смеси, поступающей в грузовой объем камеры и внутри самой камеры, может быть уменьшена, что улучшает условия хранения.

С целью снижения разницы температур поступающего азота и внутри камеры рекомендуется охлаждать грузовой объем парами азота. В этом случае (рис. 1. 37) из сосуда подается только газообразный азот, поступающий в теплообменник и регулирующий вентиль на вентилятор, после чего он распространяется внутри камеры через отверстия в коллекторе.

Для более равномерного распределения температуры в камере и улучшения условий хранения продуктов, температура поступающего азота должна быть по величине близка к температуре в камере. Это условие выполнено в системе охлаждения, изображенной на рис. 1.38. Данная система может быть использована для охлаждения нескольких камер: 1, 2, 3. Между изоляционным ограждением камер и герметичным кожухом имеется продух. Подача жидкого азота из сосудов осуществляется через вентиль в систему теплообменников. Проходя по теплообменникам, жидкий азот испаряется и нагревается на выходе из последнего теплообменника до температуры, близкой к требуемой температуре в камере. Из камеры азот поступает в продух, проходя сквозь поры изоляции ограждения, в качестве которого может быть использована любая пористая теплоизоляция. При этом азот, охлаждая изоляцию, нагревается до температуры окружающей среды и препятствует проникновению теплопритоков в камеру, полностью используя свой температурный потенциал. Из продуха азот попадает в теплообменник, где охлаждается до температуры, несколько меньшей, чем требуемая температура в камере, и через вентиль поступает в камеру.

Порядок прохождения вторичного потока паров азота через камеры 2, 3 и теплообменники — аналогичен.

Снижение усушки при азотном охлаждении камер хранения является результатом отсутствия в камере поверхностей охлаждения. Поэтому влага, выделившаяся из продуктов, быстро насыщает объем камеры до 9=100%. Отсутствие отвода влаги из камеры хранения охлажденного мяса приводит к увлажнению его поверхности и не допускает образования корочки подсыхания. Это вызывает ухудшение товарного вида мяса, интенсификацию развития микрофлоры, ослизнение поверхности. Предлагаются конструктивные решения, предотвращающие конденсацию влаги на поверхности мяса вследствие отвода влаги из камеры хранения охлажденного мяса с положительными температурами. Такие камеры (рис. 1.39 и 1.40) предусматривают оребренный испаритель, размещенный в кожухе, через который проходит смесь азота с влагой, выделившейся с поверхности продукта. Влага в виде росы оседает на стенках ребер испарителя, стекает в поддон и удаляется из камеры через сливную трубу. Циркуляция потока азотной смеси осуществляется вентилятором, который использует для вращения энергию давления азота, испарившегося в выносном из охлаждаемого контура испарителе.

С целью повышения эффективности работы разбрызгивающих жидкий азот устройств разработана система азотного охлаждения, при котором эффективность подачи азота в камеру (а следовательно, и регулирование температуры) была максимальной. Особенностью системы является тот факт, что подающий трубопровод не имеет запорных устройств, а подача азота к форсункам осуществляется под давлением, которое создается в выносном испарителе в результате испарения жидкого азота, поступающего через автоматический вентиль. Автоматический вентиль регулирует расход азота в испаритель по сигналу от чувствительного элемента — датчика температуры. Для снижения инерционности системы регулирования испаритель должен иметь минимально возможную емкость при максимальной поверхности теплообмена.

Одним из условий повышения эффективности проточных азотных систем охлаждения и снижения стоимости полученного холода является полное использование холодильного потенциала азота. В существующих способах охлаждения азот, поступающий в камеру, поглощая теплопритоки, повышает свою температуру до заданной температуры в камере и через неплотное ограждение или специальные выпускные клапаны выходит в окружающую среду. При таком способе охлаждения в окружающую среду выносится с выходящим азотом количество холода.