УСТАНОВКА ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА Российский патент 2004 года по МПК A01J9/04 

Предлагаемое изобретение относится к области производства молока, в частности к молокосборникам с холодильными устройствами.

Известно устройство для охлаждения молока, содержащее емкость для охлаждения молока, аккумулятор холода, охладитель, включающий кожух и теплообменник, холодильный агрегат, испаритель которого помещен в резервуаре аккумулятора, линию подачи хладоносителя от сборника аккумулятора к его верхней зоне над испарителем через форсунки для обеспечения пленочного режима обтекания (RU, п. №1794230, МПК F 25 D 3/00, A 01 J 9/04, от 28.12.91, опубл. 07.02.93).

Недостатком указанного устройства является сложность конструкции и, кроме того, процесс охлаждения молока достаточно длительный, что увеличивает энергозатраты. В процессе хранения в резервуаре не поддерживается номинальная температура молока, т.е. не обеспечивается качество молока.

Указанная установка выбрана заявителем в качестве прототипа.

Техническими задачами предлагаемого изобретения является повышение скорости охлаждения молока за счет применения комбинированного испарителя, установленного в аккумуляторе холода, а также снижение мощности холодильного агрегата и, тем самым, снижение энергозатрат.

Поставленные задачи достигаются тем, что в установке охлаждения молока, содержащей связанный с приемником молока металлический резервуар для охлаждения молока, испаритель, холодильный агрегат, аккумулятор холода, выполненный в виде теплоизолированной емкости, теплообменник, согласно изобретению панельный фреоновый испаритель смонтирован на внешней стороне резервуара и снабжен дополнительным многоярусным трубчатым спиральным испарителем, установленным в аккумуляторе холода, емкость которого заполнена водой, намерзающей льдом на его трубчатой спирали, при этом дополнительный испаритель связан с холодильным агрегатом, а емкость через насос подачи "ледяной" воды связана с теплообменником подачи молока из приемника к резервуару, причем системы фреонового и трубчатого испарителей связаны электроуправляемым переключателем.

Электроуправляемый переключатель обеспечивает подачу фреона из холодильного агрегата либо в панельный фреоновый испаритель, либо в дополнительный трубчатый испаритель, либо одновременно в оба испарителя.

Установка панельного фреонового испарителя на внешней стороне металлического резервуара технологично и экономично.

Наличие дополнительного многоярусного трубчатого спирального испарителя, связанного с панельным фреоновым испарителем и холодильным агрегатом, установка его в аккумуляторе холода, емкость которого заполнена водой, обеспечивает получение "ледяной" воды, которая, подаваемая насосом в теплообменник, связанный с приемником молока, охлаждает его встречным потоком "ледяной" воды до температуры 4±2°С, т.е. в металлический резервуар для охлаждения молока оно поступает уже охлажденным до нормативной температуры. Это позволяет осуществлять подачу фреона от холодильного агрегата в панельный фреоновый испаритель только в том случае, если при увеличении количества подаваемого из приемной емкости молока оно поступит в металлический резервуар с температурой выше номинальной, а также при длительном хранение молока. За счет увеличения скорости охлаждения молока предотвращается развитие в нем нежелательных бактерий, снижающих качество молока.

Связь панельного фреонового и дополнительного трубчатого испарителей электроуправляемым переключателем позволяет осуществить подачу фреона либо в панельный испаритель, либо в дополнительный трубчатый испаритель.

Подача фреона от холодильного агрегата либо в дополнительный трубчатый испаритель, либо в панельный фреоновый, либо в оба, осуществляемая за счет переключения электроуправляемым переключателем, позволяет обеспечить поддержание температуры молока в металлическом резервуаре и обеспечить работу трубчатого спирального испарителя по наморозке льда до момента отключения холодильного агрегата по сигналу датчика объема льда, установленного в аккумуляторе холода.

В результате проведенных патентных исследований не выявлено технических решений, характеризующихся заявляемой совокупностью признаков, следовательно, можно предположить, что заявляемая установка соответствует критерию "новизна". Использование совокупности отличительных признаков не выявлено из изученного уровня техники, что говорит о соответствии критерию "изобретательский уровень". Заявляемая установка может быть изготовлена на любом промышленном предприятии, что соответствует критерию "промышленная применимость".

На одном из машиностроительных предприятий Челябинской области ведутся работы по изготовлению опытной установки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема установки охлаждения молока.

Установка охлаждения молока содержит металлический резервуар 1 цилиндрической формы, на внешней поверхности которого смонтирован панельный фреоновый испаритель 2, выполненный в виде полуцилиндрической панели таким образом, что между панелью и металлическим резервуаром 1 образованы каналы для протекания фреона (не показано). Сверху панель фреонового испарителя 2 закрыта теплоизоляцией и декоративной облицовкой (не показано). Металлическая емкость оборудована моющими головками 3 и мешалкой 4 и лазом 5, для обслуживания внутренних устройств металлического резервуара 1. Панельный фреоновый испаритель 2 связан напорным 6 и всасывающим 7 трубопроводами с холодильньм агрегатом 8. Панельный фреоновый испаритель 2 снабжен дополнительным многоярусным трубчатым спиральным испарителем 9, который установлен в аккумуляторе холода, выполненным в виде теплоизолированной емкости 10, заполненной водой. Трубчатый испаритель 9 связан посредством трубопроводов 11 и 12 с холодильным агрегатом 8. Емкость 10 трубопроводом 13 связана с насосом 14 подачи "ледяной" воды к теплообменнику 15, который связан с приемной емкостью 16 молока трубопроводом 17, связанным с насосом 18. Теплообменник 15 трубопроводом 19 связан с металлическим резервуаром 1, и содержит трубопровод 20 для отвода использованной воды обратно 10 в емкость аккумулятора холода. Трубопроводы 6 и 7 панельного фреонового испарителя 2 и трубопроводы 11 и 12 дополнительного трубчатого испарителя 9 объединены электроуправляемым переключателем 21, связанным с блоком управления 22, установленным на пульте 23. Установка снабжена также автоматом для промывки 24 металлического резервуара 1.

Установка работает следующим образом.

По команде с пульта управления 23 блок управления 22 автоматически подключает холодильный агрегат 8 и подается хладоноситель (фреон) в оба испарителя. Вода в емкости 10 охлаждается за счет таяния льда и по трубопроводу 13 насосом 14 подается к теплообменнику 15, в который из приемной емкости 16 насосом 18 по трубопроводу 17 подается молоко. Молоко в теплообменнике 15 охлаждается встречным потоком "ледяной" воды, которая подается из емкости 10 по трубопроводу 13 насосом 14 до нормативной температуры 4±2°С и по трубопроводу 19 подается в металлический резервуар 1. Расход молока через теплообменник 15 регулируется краном (не показан). Расход "ледяной" воды через теплообменник 15 не регулируется, т.е. остается постоянным в течение всего времени приема молока. В случае, если молоко поступило в металлический резервуар с номинальной температурой, то по команде с пульта 23 переключатель 21 автоматически отключает панельный фреоновый испаритель 2 от холодильного агрегата 8. Если молоко поступило в металлический резервуар 1 с температурой выше номинальной, панельный фреоновый испаритель 2 автоматически подключается к холодильному агрегату 8 и молоко доохлаждают до необходимой для его сохранности температуры. В процессе поступления молока в металлическую емкость 1 мешалкой 4 его перемешивают для выравнивания температуры по слоям и исключения сепарации молока в процессе приема и хранения. Управление мешалкой 4 осуществляется с пульта управления 23 по программе. Температура молока в металлической емкости 1 измеряется датчиком (не показан).

После окончания приема молока к трубчатому испарителю 9 продолжает поступать фреон от холодильного агрегата 8. В результате чего на трубках испарителя 9 намерзает лед. К следующему приему порции молока количество льда на трубках испарителя 9 будет достаточным, чтобы обеспечить его эффективное охлаждение в теплообменнике 15.

При помощи моющих головок 3 и автомата промывки 24 производят периодическую мойку металлической емкости 1. Для промывки приемной емкости 16 и теплообменника 15 трубопровод 19 соединяют с приемной емкостью 16, в которую подают моющий раствор и включают насос 18.

Приведем некоторые пояснения.

Количество тепла, которое необходимо забрать у молока в процессе его охлаждения до нормативной температуры (X. Кухлинг. Справочник по физике, М.: Мир, 1985 г., с.157-161)

где с - удельная теплоемкость молока; Дж/К;

m - масса принимаемого молока, кг;

T₁ - температура принимаемого молока, К;

Т₂ - температура охлажденного молока, К;

Мощность холодильного агрегата при отсутствии аккумулятора холода равна:

где t - время приема молока, с.

Пример.

Необходимо, например, охладить 3000 кг молока от +35°С до +2°С.

Тогда

T₁=308 K

T₂=275 K

Q=3850×3000(308-275)=381×10⁶ Дж.

Тогда мощность холодильного агрегата будет равна

N=Q/t=381×l0⁶/7200=52 кBт.

Если в аккумуляторе холода запасено 2000 кг льда ("ледяной" воды), то в процессе охлаждения молока "ледяной" водой в теплообменнике его температура в соответствие с законом Рихмана снизится с 308 К до Т_общ

Т_общ - общая температура молока и "ледяной" воды после их взаимодействия, К

где c₁ - удельная теплоемкость молока, Дж/К;

m₁ - масса охлаждаемого молока, кг;

с₂ - удельная теплоемкость "ледяной" воды, Дж/К;

m₂ - масса "ледяной" воды, кг;

3850×3000(308-Т_общ)=4190×2000 (Т_общ-274)

Отсюда

Т_общ=293,7 К

Q=cm(T₁-Т₂)=3800×3000(308-293,7)=165×10⁶ Дж.

Тогда необходимая мощность холодильного агрегата равна:

N=165×10⁶/7200=23 кВт.

Результаты приведенных выше расчетов показывают: определенный запас льда в аккумуляторе холода, обеспечивающий образование "ледяной" воды для охлаждения молока, позволяет использовать в установке холодильный агрегат мощностью примерно в 1,5-2 раза меньше.

За счет применения в установке охлаждения молока комбинированного испарителя, т.е. панельного испарителя и трубчатого спирального многоярусного испарителя, установленного в аккумуляторе холода, обеспечивается увеличение скорости охлаждения молока, повышение его качества, так как уже в процессе приема молока оно охлаждается в теплообменнике встречным потоком "ледяной" воды, подаваемой из аккумулятора холода, и поступает в металлический резервуар охлажденным до нормативной температуры 4±2°С. Запас льда в аккумуляторе холода, полученный между приемами молока в аккумуляторе холода достаточен, чтобы обеспечить образование "ледяной" воды, подаваемой в теплообменник для охлаждения молока. Трубчатый испаритель автоматически подключается только в том случае, когда объем льда становится меньше величины, на которую настроен датчик объема льда. Это позволяет оснастить установку холодильным агрегатом с потребляемой мощностью примерно в 1,5-2 раза ниже и, следовательно, с более низким расходом электроэнергии.

Панельный испаритель, установленный на внешней стороне металлического резервуара, мгновенно реагирует на повышение температуры поступившего молока и автоматически включается, исключая вмешательство оператора, обслуживающего установку.

Таким образом, заявляемая установка охлаждения молока позволяет повысить скорость охлаждения молока, тем самым повысить качество молока, а также снизить мощность холодильного агрегата и расход электроэнергии.

Установка содержит приемник молока, металлический резервуар для охлаждения молока, испаритель, холодильный агрегат, аккумулятор холода, теплообменник, панельный фреоновый испаритель, который смонтирован на внешней стороне резервуара и снабженный дополнительным многоярусным трубчатым испарителем, установленным в аккумуляторе холода, емкость которого заполнена водой, намерзающей льдом на его трубчатой спирали. Дополнительный испаритель связан с холодильным агрегатом, емкость через насос подачи “ледяной” воды связана с теплообменником подачи молока из приемника к резервуару, причем системы панельного и трубчатого испарителей связаны электроуправляемым переключателем. Использование данной установки позволяет повысить скорость охлаждения молока и снизить энергозатраты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка охлаждения молока, содержащая связанный с приемником молока металлический резервуар для охлаждения молока, испаритель, холодильный агрегат, аккумулятор холода, выполненный в виде теплоизолированной емкости, теплообменник, отличающаяся тем, что панельный фреоновый испаритель смонтирован на внешней стороне резервуара и снабжен дополнительным многоярусным трубчатым спиральным испарителем, установленным в аккумуляторе холода, емкость которого заполнена водой, намерзающей льдом на его трубчатой спирали, при этом дополнительный испаритель связан с холодильным агрегатом, а емкость через насос подачи “ледяной” воды связана с теплообменником подачи молока из приемника к резервуару, причем системы панельного и трубчатого испарителей связаны электроуправляемым переключателем.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электроуправляемый переключатель обеспечивает подачу фреона из холодильного агрегата либо в панельный фреоновый испаритель, либо в дополнительный испаритель, либо одновременно в оба испарителя.