Установка охлаждения молока
Полезная модель относится к производству молочной продукции, а более конкретно, к молокосборникам с холодильными устройствами.
Установка охлаждения молока содержит холодильный агрегат, трубчатый петлевой испаритель которого размещен внутри наполненного охлаждающей водой теплоизолированного корпуса, где с зазором установлена емкость для молока, при этом в корпусе и емкости для молока вертикально смонтированы лопастные мешалки циркуляции наполнения.
Новым является то, что установка снабжена дополнительным испарителем, который совмещен с отражателем, примыкающим с технологическим зазором коммуникации к емкости для молока и перекрывающим промежуток между испарителями, трубы которых равноудалены и симметрично на шаг смещены по высоте друг от друга, причем внутри отражателя концентрично установлена лопастная мешалка циркуляции воды, которая выполнена, как минимум, двухярусной и смещена относительно оси овального корпуса, при этом на расстоянии от трубы испарителя, соответствующем заданной толщины наморозки льда, закреплен электроконтактный коммутатор, связанный с блоком управления холодильного агрегата, а выход отражателя, расположенный между емкостью для молока и корпусом, формирует эжектор.
Предложенное техническое решение обеспечило повышение эффективности охлаждения молока в нормативно установленных режимах и параметрах при снижении удельных энергозатрат и потребительской стоимости готовой продукции.
Предлагаемая полезная модель относится к производству молочной продукции, а более конкретно, к молокосборникам с холодильными устройствами.
Уровень данной области техники характеризует установка для охлаждения и хранения молока, описанная в патенте SU 1814504, A 01 J 9/04, 1993 г., которая содержит холодильный агрегат, испаритель которого, выполненный в виде спирально изогнутых труб, помещен в охлаждающей жидкости, наполняющей теплоизолированный корпус, в котором установлена емкость для молока с вертикальной мешалкой. Между кожухом и емкостью для молока имеется зазор, образующий рубашку для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости под действием мешалки, в результате чего осуществляется рекуперативный теплообмен.
Более совершенной является, выбранная в качестве наиболее близкого аналога предложенной, установка по патенту RU 2013047, А 01 J 9/04/ 1994 г., содержащая теплоизолированный корпус, в котором с коммуникационным зазором установлена закрытая крышкой емкость для молока, оснащенная вертикальной мешалкой принудительной его циркуляции.
Корпус установки наполнен охлаждающей жидкостью (водой), в объеме которой размещены петлевой трубчатый испаритель холодильного агрегата и вентилятором (мешалкой) принудительной циркуляции охлажденной воды по технологическому зазору между кожухом и емкостью для молока.
Под заливочным люком емкости для молока дополнительно наклонно смонтирован плоский испаритель периодического действия для предварительного охлаждения молока, связанный с блоком управления холодильного агрегата.
Известная установка характеризуется более эффективным охлаждением порционным охлаждением молока большого объема при его накоплении и хранении на ферме до реализации.
Однако, известной установке присущи следующие недостатки:
- преднамеренная наморозка глыбы льда на объемной трубчатой конструкции испарителя, выполняющей функции инерционного накопителя холода, но массивом перекрывающей его распределенные в объеме трубы, резко уменьшает конвективную поверхность теплообмена, чем снижается эффективность охлаждения;
- размещение мешалки в верхней части корпуса не обеспечивает равномерной циркуляции всего объема воды при охлаждении на испарителе и в конвективном технологическом зазоре по высоте между корпусом и емкостью для молока;
- прямоугольная форма сосудов установки, не совпадающих по конфигурации,
не обеспечивает эквидистантности зазору между ними (каналу циркуляции теплоносителя), который в многочисленных застойных зонах конструкции накапливается и нагревается, чем заметно ухудшает гидродинамику потока воды и, следовательно, снижает эффективность охлаждения молока в емкости.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известной конструкции установки для повышения скорости охлаждения молока с меньшими энергозатратами, то есть более эффективной по основному показателю назначения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной установке охлаждения молока, содержащей холодильный агрегат, трубчатый петлевой испаритель которого размещен внутри наполненного охлаждающей водой теплоизолированного корпуса, где с зазором установлена емкость для молока, при этом в корпусе и емкости для молока вертикально смонтированы лопастные мешалки циркуляции наполнения, по предложению авторов, она снабжена дополнительным испарителем, который совмещен с отражателем, примыкающим с технологическим зазором коммуникации к емкости для молока и перекрывающим промежуток между испарителями, трубы которых равноудалены и симметрично на шаг смещены по высоте друг от друга, причем внутри отражателя концентрично установлена лопастная мешалка циркуляции воды, которая выполнена, как минимум, двухярусной и смещена относительно оси овального корпуса, при этом на расстоянии от трубы испарителя, соответствующем заданной толщине наморозки льда, закреплен электроконтактный коммутатор, связанный с блоком управления холодильного агрегата, а выход отражателя, расположенный между емкостью для молока и корпусом, формирует эжектор.
Отличительные признаки изобретения обеспечивают повышение эффективности охлаждения молока, то есть основного показателя назначения установки, которая характеризуется более низким удельным энергопотреблением, что снижает потребительскую стоимость товарной продукции.
Овальная форма корпуса при совмещении с цилиндрической емкостью для молока формируют эквидистантный технологический зазор - равномерный обтекаемый канал без застойных зон для беспрепятственной циркуляции охлаждающей жидкости с заданной скоростью и требуемой теплопроводностью.
Смещение вертикальной мешалки охлаждающей жидкости обеспечивает градиент давления в корпусе, в результате чего трубы испарителя с намороженным льдом интенсивно омываются теплой водой.
При этом мешалка локализована концентричным отражателем, на входе примыкающим к емкости для молока, создавая ограниченное проходное сечение (гидродинамическое сопротивление), и который перекрывает для прохода технологический промежуток между испарителями, где в образуется разряжение, а на выходе формирующим эжектор, через который принудительным
потоком жидкости от мешалки образуется подсос охлажденной воды в испарителях.
Организованная таким образом принудительная направленная циркуляция жидкого теплоносителя в рабочем охлаждающем канале и технологической зоне корпуса значительно повысила эффективность охлаждения молока в емкости при снижении удельных энергозатрат.
Размещение мешалки циркуляции охлаждающей воды внутри концентричного отражателя и ее смещение относительно оси корпуса, при прочих равных условиях, обеспечивают повышение средней скорости омывания теплоносителем емкости молока и труб испарителей.
Использование электроконтактного коммутатора в качестве датчика объема наморозки льда на трубах испарителя основан на изменении электропроводимости воды при переходе в твердое агрегатное состояние, когда лед в качестве диэлектрика обеспечивает автоматическую коммутацию блока питания холодильного агрегата за счет разрыва электрической цепи управления.
Предложенная установка коммутатора, при условии равноудаленного размещения труб обоих испарителей, то есть тождественных условий функционирования, обеспечивает опосредованный активный контроль за объемом намораживания льда на всех трубах испарителей, предотвращая образование его монолита на испарителях в целом.
Таким образом гарантированно обеспечиваются заданные технологические зазоры для свободной циркуляции жидкого теплоносителя, эффективность охлаждения которого обеспечивается развитой конвективной поверхностью ледяной рубашки на трубах по определению.
Выполнение вертикальной лопастной мешалки воды двухярусной по высоте корпуса обеспечивает принудительное вовлечение всего объема теплоносителя в циркуляцию и теплообмен.
Организация встречного движения молока в емкости и воды в корпусе обеспечила эффективное использование последней в качестве теплоносителя для интенсификации процесса теплопередачи через поверхность их раздела.
Симметричное относительное смещение по высоте петель труб в структуре каждого из вертикальных испарителей, то есть установка их в шахматном порядке, предназначено для повышения гидродинамического сопротивления в процессе конвективного теплообмена, чтобы увеличить скорость охлаждения воды до требуемой температуры теплоносителя.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, таким образом поставленная техническая задача в изобретении достигается не суммой эффектов признаков, новым эффектом их суммы.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративные цели и не ограничивает объема прав совокупности существенных признаков формулы, и где схематично изображены:
на фиг.1 - общий вид установки;
на фиг.2 - то же, вид сверху, условно без крышки корпуса.
Установка охлаждения молока включает в состав холодильный агрегат 1 с вертикальными петлевыми трубчатыми испарителями 2 и 3, цилиндрическую емкость 4 для молока 5, размещенную в теплоизолированном корпусе 6 овальной, обтекаемой формы, наполненный водой 7.
Особенностью воды как жидкого теплоносителя 7 является то, что при ее замерзании, когда она переходит в твердое агрегатное состояние, превращаясь в лед, который является диэлектриком, становится нетоковедущей.
Петлевые трубчатые испарители 2 и 3 холодильного агрегата 1, оснащенного блоком 8 управления (фиг.2), укреплены в корпусе 6 и погружены в воду 7, где находится двухярусная лопастная вертикальная мешалка 9 с приводом 10 ее вращения по часовой стрелке, установленным на крышке корпуса 6.
Криволинейные петли трубчатых испарителей 2, 3 и между собой размещены на одинаковом расстоянии «b», которое на величину задаваемого технологического зазора для гарантированного прохода жидкого теплоносителя 7, превышает две толщины намораживаемой шубы на каждой трубе испарителей 2 и 3.
Между соседними витками испарителей 2, 3 (-ля) смонтирован электроконтактный коммутатор 11 (датчик наморозки льда марки САУ-6М)), который связан с блоком 8 управления.
Витки испарителей 2 и 3 относительно смещены по высоте симметрично на шаг «h» (фиг.2) и образуют проницаемую для воды 7 решетчатую структуру.
Испаритель 2 со стороны емкости 4 совмещен с отражателем 12 конгруэнтного профиля, который на входе 13 для воды 7 перекрывает технологический промежуток между испарителями 2 и 3, а на выходе 14, совокупно с корпусом и емкостью 4, функционально образует эжектор.
Заходная часть отражателя 12 примыкает к емкости 4 с минимальным технологическим зазором коммуникации.
Мешалка 9 локализована размещением внутри концентричного отражателя 12, смонтированного с щелевым зазором от дна корпуса 6, через который свободно перетекает вода 7.
Цилиндрическая емкость 4 для молока 5 эквидистантно установлена относительно корпуса 6, формируя канал 15 циркуляции теплоносителя 7, нагнетаемого мешалкой 9 от выхода 14 на вход 13 отражателя 12.
В емкости 4 для молока 5 установлена придонная лопастная мешалка 16 встречного (против часовой стрелки) вращения от привода 17, установленного на крышке 18, которая снабжена заливочным откидным люком 19.
Уровень воды 7 в корпусе 6 контролируется датчиком 20 и поддерживается на высоте 50-55 мм от верхней кромки испарителей 2, 3.
Работает установка следующим образом. Предварительно, при пустой емкости 4 и вращающейся мешалке 9, посредством циркулирующего по трубам
испарителей 2, 3 хладагента с температурой минус (8-10) градусов С от агрегата 1, вода 7 со скоростью не менее 6 градусов С в час охлаждается в корпусе 6, которая затем намораживается на трубчатых витках испарителей 2, 3 с образованием ледяных рубашек, при снижении температуры воды 7 до 0,5 градусов С.
Для получения начальной температуры ледяной воды 0,5 градусов С необходимо наморозить не менее 1/3 всего объема технологической воды 7 в корпусе 6.
При достижении заданной толщины ледяной рубашки на трубах витков испарителей 2, 3 вода 7 замерзает между контактами нормально замкнутого коммутатора 11, который посредством образовавшегося ледяного изолятора размыкается. Импульс с коммутатора 11 поступает на блок 8 управления, который отключает холодильный агрегат 1.
При заливке молока 5 в емкость 4 и работающей мешалке 16, которая обеспечивает вращение молока 5 встречно движению воды 7 в зазоре 15, принудительно выключают холодильный агрегат 1. При этом через стенку емкости 4 происходит теплопередача, в результате чего молоко 5 охлаждается со скоростью не менее 7,5 градусов С, а вода 7 соответственно нагревается до температуры 2,5 градусов С.
Вода 7 со входа 13, направляемая отражателем 12, перемещается по периферии корпуса 6 к испарителям 2 и 3, где за счет таяния льда на них и нагревания хладагента внутри, теплоноситель 7 охлаждается.
Охлаждаемая конвективной теплоотдачей посредством многократного смывания отражателя 12, непосредственно примыкающего к испарителю 2, от вращения мешалки 9 вода 7 с температурой 0,5 градуса С струйно подается на вход 14 и далее в зазор 15. При струйном истечении воды 7 на входе 14 от испарителей 2, 3 вдоль корпуса 1 эжектируется охлажденная вода 7, которая также поступает на циркуляцию вокруг емкости 4, далее охлаждая молоко 5 до температуры хранения 3-4 градуса С, по достижении которой оно сливается через кран (условно не показан).
Предложенная установка обеспечивает режимы и параметры, установленные ГОСТ Р 50803-95.
Установка предназначена для использования на молочных фермах при охлаждении молока массой до 2 т в регулируемых скоростных режимах охлаждения и хранения молока первой дойки с последующим добавлением молока второй дойки.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по пищевому машиностроению, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления установок для охлаждения молока, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Установка охлаждения молока, содержащая холодильный агрегат, трубчатый петлевой испаритель которого размещен внутри наполненного охлаждающей водой теплоизолированного корпуса, где с зазором установлена емкость для молока, при этом в корпусе и емкости для молока вертикально смонтированы лопастные мешалки циркуляции наполнения, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным испарителем, который совмещен с отражателем, примыкающим с технологическим зазором коммуникации к емкости для молока и перекрывающим промежуток между испарителями, трубы которых равноудалены и симметрично на шаг смещены по высоте друг от друга, причем внутри отражателя концентрично установлена лопастная мешалка циркуляции воды, которая выполнена, как минимум, двухъярусной и смещена относительно оси овального корпуса, при этом на расстоянии от трубы испарителя, соответствующем заданной толщине наморозки льда, закреплен электроконтактный коммутатор, связанный с блоком управления холодильного агрегата, а выход отражателя, расположенный между емкостью для молока и корпусом, формирует эжектор.
