ОХЛАДИТЕЛЬ МОЛОКА С АККУМУЛЯТОРОМ ХОЛОДА Российский патент 2001 года по МПК A01J9/04 F25D3/00 F25B21/02 

Изобретение относится к холодильной технике для пищевой промышленности. Известно устройство [1] для производства блочного льда. Основной его частью является рассольный бак, разделенный на две части: в одной его части находятся испарительные змеевики (испарительное отделение), а в другой размещены формы с водой, в которых образуется лед при отводе тепла от воды к рассолу (льдогенераторное отделение).

Циркуляция рассола в рассольном баке осуществляется при помощи мешалок.

Охлажденный рассол из испарительного отделения бака поступает в его льдогенераторное отделение, омывает формы с водой и отепленный поступает вновь на охлаждение в испарительное отделение бака.

Периодически формы с замерзшим льдом из бака вынимаются, после удаления льда и заполнения водой формы помещаются вновь в льдогенераторное отделение рассольного бака.

Известно устройство - термоэлектрический охладитель молока [2].

Устройство включает в себя источник искусственного холода - термоэлектрическую батарею (термоэлектрический блок) с подсоединенными к нему трубопроводами подвода воды для охлаждения коллектора горячих спаев термоэлектрического блока. Подлежащее охлаждению молоко омывает коллектор холодных спаев термоэлектрического блока и сливается в бидоны.

Известно устройство для охлаждения молока [3], содержащее теплообменник с подсоединенными к нему трубопроводами для подвода охлажденного и отвода отепленного теплоносителя, источники искусственного и естественного холода. Источник естественного холода в виде цилиндрической емкости имеет специальные устройства для распыливания, охлаждения и сбора охлажденного теплоносителя.

В связи с тем что мощности по производству и переработке молока, как правило, находятся на удалении друг от друга, возникает необходимость охлаждения молока до температуры 7...8^oC перед его транспортировкой от производителя к переработчику.

Для наиболее полного сохранения свойств всех его компонентов необходимо, чтобы процесс охлаждения молока занимал минимально возможное время, что требует больших потребляемых мощностей энергии устройствами для охлаждения молока. Причем эти устройства включаются периодически, что приводит к нежелательным перегрузкам электросети.

Для снижения пиковых значений потребляемой мощности устройством для охлаждения молока и снижение затрат на энергию путем потребления ее в периоды с льготным тарифом целесообразно использование в устройстве охлаждения молока аккумулятора холода.

Наилучшие энергетические характеристики имеет аккумулятор холода на базе использования эффекта фазного перехода лед-жидкость с высокой удельной теплотой плавления льда. Кроме того, целесообразно, чтобы аккумулятор холода был принадлежностью устройства для охлаждения молока, а переход от режима аккумулирования холода к режиму его потребления был простым и не требовал изменения конфигурации устройства.

Известна установка для охлаждения молока и других сельскохозяйственных продуктов [4] (ближайший аналог).

Установка содержит теплообменник, сообщенный соединительным и подающим трубопроводами через насос с резервуаром аккумулятора холода, средство для охлаждения хладоносителя, размещенное в резервуаре аккумулятора и выполненное в виде короба или цилиндра, внутри которого в тепловом контакте с наружными теплообменными поверхностями установлены сдвоенные термоэлектрические элементы, разделенные теплоизолирующей перегородкой.

При работе термоэлектрические элементы подключаются к электропитанию, при этом наружные теплообменные панели охлаждаются, охлаждая хладоноситель - воду, находящуюся в резервуаре. На наружных теплообменных поверхностях начинает образовываться дед. Тепло от горячих термоэлементов отводится в окружающую среду. Лед, намораживаемый на наружных теплообменных поверхностях, накапливаясь, уменьшает хладопроизводительность термоэлементов. По команде реверсирующего блока системы управления меняется полярность электропитания термоэлементов, наружные, теплообменные поверхности начинают подогреваться, лед под действием тепла отделяется от них и всплывает, освобождая наружные теплообменные поверхности. Реверсирующий блок системы управления выдает команду на изменение полярности электропитания термоэлементов и процесс льдообразования продолжается по новому циклу.

Использование аккумулированного холода осуществляется путем прокачки насосом охлажденной воды из резервуара аккумулятора через теплообменник, в котором осуществляется охлаждение молока.

Данное устройство работает в циклическом режиме, определяемом реверсирующим блоком системы управления, что энергетических менее эффективно по сравнению с устройством, работающим непрерывно из-за затрат времени и энергии на отделение льда. Кроме того, сложно обеспечить отсутствие фрагментов льда из двухфазной среды лед-вода на входе в насос, что может приводить к его повреждению и снижению эффективности. Предполагаемое использование воды в качестве хладоносителя, имеющей температуру замерзания 0^oC, значительно снижает возможный температурный перепад между охлаждаемым молоком и хладоносителем по сравнению с использованием жидкостей с более низкой температурой замерзания (например, растворы солей, спиртов и т.п.) и, следовательно, более низкую эффективность теплообменника.

Данным изобретением решается задача расширения арсенала технических средств для охлаждения молока.

На фиг.1 представлена схема охладителя молока с аккумулятором холода, на фиг. 2 - схема аккумулятора холода, на фиг.3 - разрез по А-А на фиг. 2.

Охладитель молока с аккумулятором холода содержит теплообменник 1 с трактами теплоносителя и молока. Тракт молока теплообменника со стороны входа соединен с расходной емкостью 2, насосом 3 и приемной емкостью 4, а со стороны выхода - с изотермической накопительной емкостью 5.

Термоэлектрический блок 6 прямого преобразования электрической энергии в холод имеет теплообменные тракты подвода тепла к холодному спаю и отвода тепла от горячего спая. Тракт теплоносителя теплообменника 1 соединен трубопроводами с трактом подвода тепла к холодному спаю термоэлектрического блока 6, насосом 7, аккумулятором холода 8 и вентилем 9. Тракт отвода тепла от горячего спая термоэлектрического блока 6 соединен трубопроводами с источником естественного холода, включающего в себя воздушно-жидкостный теплообменник 10 с вентилятором 11, насос 12 и расширительный бак 13.

Термоэлектрический блок 6 подключен к блоку питания 14.

Аккумулятор холода 8 представляет из себя изотермическую емкость с патрубками подвода и отвода теплоносителя, заполненную теплоносителем с низкой температурой замерзания, в которой размещены контактирующие между собой и с внутренней поверхностью изотермической емкости сосуды 15 в форме параллелепипедов, заполненные жидкостью 16, имеющей температуру замерзания (плавление) более высокую, чем теплоноситель.

Сосуды 15 имеют плоскую верхнюю поверхность и гофрированную нижнюю поверхность. Плоская верхняя и нижняя гофрированная поверхности соседних контактирующих между собой сосудов 15 образуют каналы 17 для прохода теплоносителя.

Сосуды 15 установлены таким образом, что с внутренней поверхностью изотермической емкости контактируют три боковых поверхности каждого сосуда 15, а между четвертой боковой поверхностью и внутренней поверхностью изотермической емкости имеется зазор 18, который сообщается с каналами 17. Взаимное расположение зазоров 18 обеспечивает последовательное соединение всех каналов 17.

Охладитель молока с аккумулятором холода имеет два режима работы:
1. Аккумулирование холода
2. Охлаждение молока
При работе в режиме аккумулирования холода молоко в приемную емкость 4 не подается. Под действием подведенной к термоэлектрическому блоку 6 электрической энергии от блока питания 14 возникает разность температур между горячим и холодным спаем термоэлектрического блока. Тепло от горячего спая с помощью источника естественного холода, включающего в себя воздушно-жидкостный теплообменник 10 с вентилятором 11, насос 12 с расширительным баком 13, с помощью циркулирующего в нем теплоносителя отводится в окружающую среду. Теплоноситель с низкой температурой замерзания, циркулирующий с помощью насоса 7 через тракт подвода тепла к холодному спаю термоэлектрического блока 6, отбирает тепло от жидкости, заключенной в сосуды 15, и в конечном итоге замораживает ее. После замораживания жидкости в сосудах 15 охладитель готов к работе в режиме охлаждения молока.

При работе в режиме охлаждения молоко поступает в приемную емкость 4, откуда насосом 3 закачивается в расходную емкость 2 и поступает в теплообменник 1, а после его прохождения сливается в изотермическую накопительную емкость 5.

Теплоноситель, выходящий из теплообменника 1, поступает в аккумулятор холода 8 и, проходя по его каналам 17, отдает часть своего тепла плавящемуся (таящему) льду в сосудах 15, после чего насосом 7 прокачивается через тракт подвода тепла к холодному спаю термоэлектрического блока 6 и охлажденный поступает на вход в теплообменник 1. Тепло от горячего спая термоэлектрического блока отводится в окружающую среду с помощью источника естественного холода, работа которого описана выше.

Таким образом, предлагаемый охладитель молока с аккумулятором холода обеспечивает аккумулирование холода намораживанием льда в непрерывном (не циклическом) режиме перед охлаждением молока и сокращение времени охлаждения молока за счет использования дополнительно к холоду, вырабатываемому термоэлектрическим блоком при работе в режиме охлаждения молока, холода, аккумулированного льдом с высокой удельной теплотой плавления.

В соответствии с данным изобретением разработана рабочая конструкторская документация и ведется изготовление опытного образца охладителя молока с аккумулятором холода.

Как показывают расчеты, аккумулятор холода с намораживанием льда, выполненный в соответствии с данным изобретением, по объему в 6 раз меньше, чем такой же аккумулятор, аккумулирующий холод в охлажденной до +1...+2^oC воде.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Курылев E. С. , Герасимов Н.А. "Холодильные установки", Ленинград, "Машиностроение", 1980 г.

2. Колонке Е. А. "Термоэлектрические охлаждающие приборы", Ленинград, "Наука", 1967 г.

3. Патент РФ N 2001363. Т.Г.Исмаилов, Ф.Г.Марьяхин, А.И.Учеваткин, А.М. Мусин, А.Я.Бойко, С.А.Лукин, Ю.А.Цой "Устройство для охлаждения молока".

4. Патент РФ N 2086114. Андреев П.А., Костин В.Д., Марьяхин Ф.Г., Учоваткин А.И., Коршунов Б.П. "Установка для охлаждения молока и других сельскохозяйственных продуктов".

Изобретение предназначено для использования в пищевой промышленности при холодильной обработке молока. Устройство для охлаждения молока содержит теплообменник с трактами теплоносителя и молока, источник искусственного холода в виде термоэлектрического блока с теплообменными трактами горячего и холодного спаев, источник естественного холода. Выход из тракта теплоносителя теплообменника соединен с входом в аккумулятор холода в виде изотермической емкости, заполненной теплоносителем с низкой температурой замерзания (плавления), и размещенными в ней сосудами с жидкостью, имеющей температуру замерзания (плавления) более высокую, чем у теплоносителя. Выход из аккумулятора холода сообщен с насосом, обеспечивающим подачу теплоносителя последовательно на вход в теплообменный тракт холодного спая термоэлектрического блока и на вход в тракт теплоносителя теплообменника. На выходе из аккумулятора холода установлен вентиль. Изобретение обеспечивает сокращение времени охлаждения молока за счет использования наряду с холодом, вырабатываемым термоэлектрическим блоком, холода, аккумулированного льдом с высокой удельной теплотой плавления. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для охлаждения молока, содержащее теплообменник с трактом молока и трактом теплоносителя, выход из которого соединен со входом аккумулятора холода, термоэлектрический блок с теплообменными трактами холодного и горячего спаев, последний из которых соединен с источником естественного холода, отличающееся тем, что аккумулятор холода выполнен в виде изотермической емкости, заполненной теплоносителем с низкой температурой замерзания (плавления) и размещенными в ней сосудами с жидкостью, имеющей температуру замерзания (плавления) более высокую, чем у теплоносителя, а выход аккумулятора холода сообщен с насосом, обеспечивающим подачу теплоносителя последовательно на вход в теплообменный тракт холодного спая термоэлектрического блока и на вход в тракт теплоносителя теплообменника. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходе из аккумулятора холода установлен вентиль.