Установка для охлаждения молока
Предложенная полезная модель относится к производству молочной продукции, а более конкретно, к молокосборникам с холодильным устройством. Установка для охлаждения молока содержит термоизолированный корпус с крышкой, в котором помещена емкость для молока, образуя рубашку, где смонтированы змеевики из металлических труб испарителя холодильного агрегата, при этом в емкости для молока вертикально установлена лопастная мешалка. Новым является то, что трубы испарителя распределены в заполненной пенополиуретаном рубашке и примыкают непосредственно к емкости для молока цилиндрической формы, которая установлена горизонтально и относительно корпуса эквидистантно, а нижние углы лопатки мешалки тангенциально отогнуты в направлении ее вращения, причем испаритель выполнен из двух автономных симметрично расположенных в рубашке змеевиков. Предложенное техническое решение позволило упростить конструкцию надежной в эксплуатации и обслуживании установки для охлаждения и хранения молока, имеющей относительно низкое удельное энергопотребление, которая пригодна и выгодна для эксплуатации в фермерских хозяйствах и на малых молочных фермах.
Полезная модель относится к производству молочной продукции, а более конкретно, к молокосборникам с холодильным устройством.
Уровень техники характеризуют установки для охлаждения и хранения молока, описанные в патентах FR №2133145, 1973 г, SU №1814504, 1993 г. и RU 2013047, 1994 г., все по классу А 01 J 9/04, которые содержат оснащенную вертикально установленной лопастной мешалкой емкость для молока, помещенную с образованием рубашки в термоизолированный корпус, заполненный жидким теплоносителем, где размещены змеевики из металлических труб испарителя холодильного агрегата.
Описанные установки характеризуются высокой производительностью, мобильностью автономного функционирования за счет аккумулированного холода в намороженной на змеевике испарителя глыбе льда, что целесообразно при эксплуатации в реальных условиях сельской местности с нестабильным электропитанием.
В качестве наиболее близкого аналога по сущности и числу совпадающих признаков предложенной установке выбрана установка по патенту RU 1814504, содержащая термоизолированный корпус, в котором установлена емкость для молока с мешалкой, образуя рубашку для циркуляции охлаждающей жидкости, а также холодильный агрегат с размещенными в рубашке змеевиком, выполненным из металлических труб испарителя, которые образуют объемную фигуру, на которой намораживается глыба льда, обеспечивающая функционирование установки и запас холода для относительно продолжительной автономной работы.
Установка используется на животноводческих фермах для охлаждения и хранения между дойками молока, его подготовки к отправке на переработку на промышленное предприятие.
Недостатком известной установки является неудовлетворительная эффективность охлаждения из-за больших удельных затрат на непродуктивное охлаждение промежуточного теплоносителя, наполняющего корпус, посредством циркуляции которого за счет теплопередачи охлаждают перемешиваемое молоко в емкости.
Большое время охлаждения молока определяется тем, что при намораживании льда на трубах испарителя холодильного агрегата образуется глыба льда в качестве аккумулятора холода для автономной работы, конвективная поверхность которой относительно мала, сравнительно с развитой поверхностью змеевика.
Громоздкость конструкции и большое технологическое время охлаждения молока до нормативно заданного уровня температуры определяют высокую
потребительскую стоимость товарной продукции.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является устранение отмеченных недостатков для упрощения конструкции установки и повышения эффективности охлаждения молока.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной установке для охлаждения молока, содержащей термоизолированный корпус с крышкой, в котором помещена емкость для молока, образуя рубашку, где смонтированы змеевики из металлических труб испарителя холодильного агрегата, при этом в емкости для молока вертикально установлена лопастная мешалка, по предложению авторов, трубы испарителя в рубашке распределены в заполненной пенополиуретаном рубашке и примыкают непосредственно к емкости для молока цилиндрической формы, которая установлена горизонтально и относительно корпуса эквидистантно, а нижние углы лопасти мешалки тангенциально отогнуты в направлении ее вращения, причем испаритель выполнен из двух автономных симметрично расположенных в рубашке змеевиков.
Отличительные признаки позволили упростить конструкцию установки и повысить эффективность охлаждения молока с меньшими энергозатратами.
В предложенной установке исключен технологический теплоноситель, вода и высвобожден объем ее хранения и циркуляции. При этом произошло заметное сокращение энергопотребления на промежуточное охлаждение воды, намораживание льда, большой массы, учитывая предусмотренный запас.
Заполнение эквидистантного зазора (рубашки) между емкостью для молока и корпусом установки, где помещены трубчатые змеевики испарителя пенополиуретаном, позволило сформировать несущую самодостаточную конструкцию, не требующую, как в прототипе, дополнительных силовых элементов. При этом технологичный пенополиуретан служит термоизолятором как корпуса, так и испарителя.
Непосредственное примыкание труб испарителя к емкости для молока позволило исключить балластный теплоноситель, на охлаждение которого затрачивалась большая доля подводимой энергии, при этом на охлаждение молока за счет теплопередачи тратилось только часть аккумулированной при агрегатном превращении воды в лед холода.
В предложенной конструкции холод при испарении хладагента в трубках испарителя передается непосредственно циркулирующему молоку за счет теплопередачи через примыкающую стенку емкости.
Тангенциальная форма нижних углов лопастей мешалки формирует лопатки, повернутые в направлении ее вращения, за которыми в динамике происходит разряжение и турбулизация замещающих сверху емкости потоков молока. Это улучшает циркуляцию молока в емкости для более динамичного теплообмена в форме теплопроводности, то есть ускоряет охлаждение молока в емкости до заданного уровня температуры.
Выполнение лопаток на нижних углах лопасти мешалки позволяет разместить ее с минимальным зазором относительно криволинейного (радиусного)
дна емкости, где находится меньшая масса молока, на перемешивание которой затрачивается заметно меньший крутящий момент, при организации циркуляции всего объема молока в емкости.
Выполнение испарителя из двух симметрично расположенных в рубашке трубчатых змеевиков увеличивает производительность автономного теплообмена и, следовательно, скорость охлаждения молока по всей поверхности раздела от контактно примыкающих к емкости и распределенных по ее цилиндрической поверхности продольных труб.
Размещение труб испарителей в непосредственном контакте с емкостью для молока и фиксирование этого положения слоем конструкционного теплоизолирующего материала позволило организовать теплоотдачу от хладагента молоку практически без потерь.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущего признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы существенных признаков.
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 и хранения молока, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображены:
на фиг.1 - общий вид установки;
на фиг.2 - то же, вид А на фиг.1;
на фиг.3 - мешалка, вид снизу.
Установка структурно включает в состав функционально связанные холодильный агрегат 1 и емкость 2 для молока (фиг.1 и 2).
Емкость 2 для молока выполнена в виде продольной половины цилиндра, установленного криволинейной частью вниз. Верхняя часть емкости 2, в диаметральной плоскости, закрыта крышкой 3 с люком для заливки молока.
Емкость 2 для молока с эквидистантным зазором 4 закреплена в конгруэнтном корпусе 5, который выпуклой частью ориентирован к опоре.
В зазоре 4 установлены два диаметрально противного направления змеевика 6, выполненных из металлических труб 7 испарителя холодильного агрегата 1. Трубы 7 змеевиков 6 с обеих сторон емкости 2 расположены продольно с равным шагом и примыкают непосредственно к ее образующей, конвективной поверхности (фиг.2).
Пространственное положение труб 7 змеевиков 6 зафиксировано полимеризующимся при заливке в зазор 4 пенополиуретаном, который при естественном газонаполнении, расширяясь, заполняет весь объем зазора 4, формируя термоизолирующую несущую рубашку корпуса 5 и тепловую защиту
испарителей 6 с нерабочей стороны, обращенной наружу, к корпусу 5, чем предотвращаются тепловые потери при теплоотдаче.
Рубашка 4, заполненная пенополиуретаном 8, является самодостаточной несущей конструкцией, в которой металлические трубы 7 испарителей 6 механически закреплены и термически локализованы в непосредственном контакте с конвективной поверхностью теплообмена - емкостью 2 для молока.
На крышке 3 смонтирован привод 9 вращения вертикальной мешалки 10, лопасти 11 которой тангенциально отогнуты в направлении ее вращения с формированием лопаток 12.
Контроль за уровнем молока и его температурой осуществляется посредством датчиков - чувствительных элементов блока управления 13 холодильного агрегата 1 (условно не показаны), установленных в емкости 2.
Работает установка следующим образом. Включается холодильный агрегат 1 и привод 9 вращения мешалки 10, затем через люк крышки 3 молоко заливается в емкость 2.
Хладагент с температурой минус (8-10) градусов С в автономной циркуляции по трубам 7 змеевиков 6 контактирует с теплопередающей поверхностью емкости 2 и, испаряясь, отбирает тепло за счет конвективного теплообмена помещенного в емкости 2 молока с температурой 36 градусов С при первой дойке, или 19 градусов С после долива молока второй дойки.
Вращением мешалки 10 лопасти 11 создают принудительную циркуляцию молока в емкости 2 для ускорения в нем теплопроводных процессов в массе неравномерно нагретого молока. При этом происходит многократное смывание молоком охлаждающей контактной поверхности емкости 2. Таким образом организован принудительный конвективный теплообмен, то есть охлаждение молока за счет движения и его теплопроводности до температуры хранения 3-4 градуса С.
При вращении лопастей 11 мешалки 10 их лопатки 12 сзади в молоке создают зоны разряжения, в которые гравитационно по криволинейному профилю емкости 2 сверху устремляются замещающие потоки более теплого молока, что интенсифицирует циркуляцию молока во всем объеме и теплоотдачу конвективной поверхности емкости 2.
Предложенная установка для охлаждения молока характеризуется простой конструкцией, надежной и удобной в эксплуатации, которая имеет относительно низкое удельное энергопотребление, что обеспечивает снижение себестоимости продукции.
1. Установка для охлаждения молока, содержащая термоизолированный корпус с крышкой, в котором помещена емкость для молока, образуя рубашку, где смонтированы змеевики из металлических труб испарителя холодильного агрегата, при этом в емкости для молока вертикально установлена лопастная мешалка, отличающаяся тем, что трубы испарителя распределены в заполненной пенополиуретаном рубашке и примыкают непосредственно к емкости для молока цилиндрической формы, которая установлена горизонтально и относительно корпуса эквидистантно, а нижние углы лопасти мешалки тангенциально отогнуты в направлении ее вращения.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что испаритель выполнен из двух автономных симметрично расположенных в рубашке змеевиков.
