ЗАКРЫТАЯ МОЛОЧНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2012 года по МПК A01J9/04 F25B39/02 

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, агропромышленном комплексе и фермерских хозяйствах, обслуживающих небольшое стадо с суточным надоем 2000…16000 л молока.

Известны молочные холодильные установки, предназначенные для сбора, охлаждения и хранения молока до 16000 литров при оптимальной температуре +4°C [1-6].

Они могут быть закрытые и открытые, квадратные [1, 2] или горизонтально-цилиндрические [3-6], при этом содержать теплоизолированный резервуар с промывочными головками, мотор-редуктором, мешалкой, верхним люком и герметичной крышкой, а также испаритель, встроенный в днище, соединенный с компрессорно-конденсаторным агрегатом. В качестве испарителя может применяться либо глубоковальцованный щелевой двухпанельный, выполненный шовной сваркой, по патенту РФ №2337534 [1], либо медный паяный по патенту РФ №2265322 [2], кроме того, применяется «надувной», выполненный кольцевой оптоволоконной лазерной сваркой (см. модель ATLAS [3], KRYOS [4], фирма «Вестфалия»; модель DXCE [5], фирма «Де Лаваль», модель FIRST SE [6], фирма «Сэрап»).

Для получения направленных потоков кипящего хладона в щелевых испарителях ATLAS [3], KRYOS |4], FIRST SE [6] с продольными интегрированными полуканалами типа STI αSTIL применяется кольцевая рядная лазерная оптоволоконная роботизированная сварка STI [4].

В инжекторах (нагнетание жидкого хладона) и в коллекторах (всасывание хладонового пара) при «вздутии» щелевой панели испарителя также применяется кольцевая шаговая сварка, что позволяет обеспечить разворот, повысить толщину щелей, равномерность прокипания хладона, но ослабляет прочность на разрыв. В испарителях Де Лаваль модель DXCE [5], применяется кольцевая шаговая сварка, а для увеличения длины пробега хладона проварены линейно-продольные швы, повышающие «турбулентность пара внутри щелей». Таким образом, в модели DXCE хладон перемещается по змейке, образованной линейными швами по щелевому испарителю, изготовленному лазерной кольцевой шаговой сваркой. Шаг колец шаговой сварки, имеющих диаметр ⌀10 мм, выбирается от 30 мм до 40 мм (расстояние между центрами), как и шаг кольцевых рядов, из компромисса: «запас прочности - ширина щелей». Чем меньше шаг колец (рядов), тем выше запас прочности по давлению «вздутия» на разрыв, но тем уже щели и меньше мощность щелевого испарителя и тем, соответственно, меньше скорость охлаждения.

Лазерная роботизированная кольцевая рядная или шаговая сварка [3-6] насчитывает несколько тысяч точек на днище и представляет достаточно трудоемкий и длительный процесс. Ширина кольцевого или линейного сварного шва 1 мм, предельная мощность оптоволоконного лазера 10 кВт, полезная мощность 2 кВт, максимальная скорость 20 мм/с. Стоимость такого сварочного робота 600 тысяч Є, сварка одной панели не менее 2 часов. Максимальная толщина щели, «вздуваемой» давлением 30 ат, составляет 2 мм, что ограничивает удельную мощность испарителя значением 6 кВт/м² [5]. Однако ее оказывается вполне достаточно для реализации двухдоечного охлаждения половины резервуара за два часа. Таким образом, основным недостатком аналогов [3-6] является высокая трудоемкость и высокая стоимость щелевых испарителей.

Из известных наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является молочная холодильная установка (МХУ) по патенту RU №2237534 [1], содержащая квадратный резервуар с наружным теплоизоляционным покрытием, съемными крышами, мотор-редуктор, мешалку, ККА, а также глубоковальцованный щелевой испаритель в виде двух половин V-образного днища, выполненный шовной сваркой, с инжектором и коллектором, соединенными соответственно с нагнетательным и всасывающим трубопроводами ККА, причем глубина провальцовки щелей не менее 3 мм, а ширина щелей между швами 32 мм. Преимуществом испарителей с шовной сваркой является широкий шов, ядро которого имеет ширину 2…3 мм, и запас прочности на разрыв, достигающий 120 ат. Основным недостатком такой конструкции резервуара является большое количество стыковых сварочных швов (соединений), большая их длина (порядка 15 м) и большая площадь, занимаемая резервуаром (2250×2150) мм при ограниченном объеме 2000 л, а также большая металлоемкость. Для исключения накоплений молочного жира и камня в процессе эксплуатации конструкция МХУ должна содержать радиусные переходы (без изломов) с грани на грань, что также усложняет раскрой. Также усложняется конструкция верхней крышки и промывка резервуара при реализации закрытой МХУ на квадратной базе [2].

Целью предлагаемого изобретения является реализация простой, технологичной, компактной и удобной закрытой молочной холодильной установки, занимающей сравнительно малую площадь, легко и просто промываемой после отгрузки молока, удовлетворяющей евростандарту ISO57082BII двухдоечного охлаждения (половина резервуара за два часа).

С этой целью в закрытую молочную холодильную установку (ЗМХУ), содержащую теплоизолированный резервуар с промывочными головками, мотор-редуктором, мешалкой, верхним люком и герметичной крышкой, а также глубоковальцованным щелевым испарителем днища, выполненным шовной сваркой с инжектором и всасывающим коллектором, соединенными соответственно с нагнетательным и всасывающим трубопроводами компрессорно-конденсаторного агрегата, согласно изобретению резервуар выполнен горизонтально-цилиндрическим, а щелевой испаритель днища выполнен двухпанельным и содержит продольно-горизонтальные щели, занимающие нижнюю половину цилиндра резервуара на угле 180° с разворотными полостями в виде дуг 90° заднего края каждой панели, а также нижними инжекторными и верхними коллекторными «полудугами» 45° переднего края каждой панели, при этом всасывающий трубопровод ККА соединен с верхней частью коллекторных «полудуг» каждой панели, а нагнетательный трубопровод ККА соединен с нижней частью инжекторных «полудуг» каждой панели 2. Кроме того, в ЗМХУ общая ширина щелевого испарителя для дальнейшего упрощения может быть уменьшена до угла 120°±10°.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен сборочный чертеж ЗМХУ, на фиг.2 - развертка щелевого испарителя днища резервуара ЗМХУ.

Закрытая молочная холодильная установка (ЗМХУ, фиг.1) содержит теплоизолированный резервуар 1 с наружным с теплоизоляционным покрытием 2 и облицовкой 3, промывочными головками 4, мотор-редуктором 5, мешалкой 6, верхним люком 7 и герметичной крышкой 8, а также глубоковальцованным щелевым испарителем днища 9, выполненным шовной сваркой, с инжектором 10 и всасывающим коллектором 11, соединенными соответственно с нагнетательным 12 и всасывающим 13 трубопроводами компрессорно-конденсаторного агрегата (ККА) 14. ККА 14 содержит последовательно соединенные хладоновый компрессор 15, конденсатор 16 воздушного охлаждения, ресивер 17 жидкого хладона, фильтр-осушитель 18 и два терморегулирующих вентиля (ТРВ) 19. Резервуар 1 выполнен горизонтально-цилиндрическим, а щелевой испаритель днища 9 выполнен двухпанельным и содержит продольно-горизонтальные щели, занимающие всю нижнюю половину днища резервуара 1 на угле 180° с разворотными полостями 20 в виде дуг 90° заднего края каждой панели. Инжектор 10 жидкого хладона изготовлен в виде инжекторных «полудуг» 45° переднего края каждой панели испарителя днища, которые располагаются в нижней части резервуара 1.

Всасывающий коллектор 11 изготовлен в виде верхних коллекторных «полудуг» 45° переднего края панели и располагается в верхней части цилиндрического днища щелевого испарителя. При этом всасывающий трубопровод 13 ККА 14 соединен с верхней частью коллекторных «полудуг» 11, а нагнетательный трубопровод 12 - с нижней частью инжекторных «полудуг» 10 каждой панели. Глубоковальцованный щелевой испаритель днища 9 содержит треугольные щели глубиной h=3 мм и шириной основания b=32 мм (шаг провальцовки), площадью сечения F=0,5×32×3=48 мм², полученных методом продольной роликовой шовной сварки (фиг.2), с вылетом роликов 750 мм.

Для сварки всей линейки резервуаров объемом от 2000 л до 16000 л для двух панелей днища используются листы шириной 1000 мм, 1250 мм и 1500 мм, соответственно внутренний диаметр резервуара 1 составляет ⌀1334, ⌀1592 мм, длиной L от 2000 мм до 5000 мм. Для пятитонной ЗМХУ используется резервуар ⌀1592 мм, длиной L=2500 мм. Щелевой испаритель днища 9 выполнен на двух панелях из листов 1250×2500 мм. С учетом отбортовок сваривается n=36 щелей (общая ширина 36×32=1152 мм): 18 щелей «вперед» и 18 щелей «назад» (см. фиг.2). Общая площадь сечения однонаправленного потока хладона через 0,5n=18 щелей составляет Q=18×48=864 мм². Для использования возможностей щелевого испарителя 9 на полную мощность сечения разворотных полостей 20, а также коллектора 11 и инжектора 10 должны быть не меньше Q=864 мм². Это реализуется треугольным сечением шириной 1=60 мм и высотой h=30 мм. Всасывающие трубопроводы 13 испаренного хладона для реализации всей мощности щелевого испарителя 9 также должны иметь условный проход не менее dy=30 мм. Инжекторные трубопроводы 12, через которые поступает жидкий хладон, могут быть малого сечения, например dy=14 мм.

Поскольку глубина щелей испарителя 9 h=3 мм превышает приблизительно в 1,5 раза глубину «надувных» щелей в импортных аналогах [3, 4, 5, 6], то и его линейное сопротивление меньше, а следовательно, удельная мощность предлагаемого изобретения в 1,4…1,5 раза выше, достигая 9 кВт/м². Благодаря этому преимуществу общая площадь щелевого испарителя, с целью упрощения, может быть уменьшена в 1,5 раза до углового размера 120°±10°, а количество щелей в каждой панели до n=24 (12 «вперед», 12 «назад») без потери скорости охлаждения (Евростандарт ISO 57082BII, двухдоечное охлаждение, полрезервуара за два часа).

Работает ЗМХУ следующим образом.

При половинном или полном заполнении молоком весь щелевой испаритель днища 9 находится в тепловом контакте с кипящим хладоном. Жидкий хладон из ресивера 17 ККА 14, проходя через фильтр-осушитель 18, поступает в два дросселирующих ТРВ 19, где по нагнетательным трубопроводам 12 подается в инжекторные «полудуги» 10 каждой панели. В инжекторах 10 жидкий хладон вскипает и равномерно протекает с кипением «вперед» по 18 щелям испарителя 9 до разворотных полостей 20, где разворачивается «назад» во всасывающие коллекторы 11 и далее в виде насыщенного пара по всасывающим трубопроводам 13 поступает на вход компрессора 15 ККА 14. Насыщенный хладоновый пар сжимается компрессором 15 в конденсатор 16 воздушного охлаждения, где превращается в жидкость и вновь поступает в ресивер 17 жидкого хладона. Мотор-редуктор 5 с мешалкой 6 обеспечивают хороший теплообмен со всего испарителя 9 и исключают образование льда. По мере охлаждения молока ТРВ 19 автоматически прикрывают поток жидкого хладона через каждую панель. После охлаждения молока до +4°C термодатчик молока (на фиг.1, фиг.2 не показан) обесточивает компрессор 15 и вентилятор конденсатора 16. Теплоизоляция 2 ограничивает приток тепла из окружающей среды. Герметичная крышка 8 люка 7 отсекает конвекционный приток тепла. После сдачи молока ЗМХУ промывается через вихревые головки 4.

Расположение всасывающих трубопроводов 13 в верхней части коллекторных «полудуг» 11 каждой панели является принципиальным, так как позволяет использовать все щели панелей испарителя 9 на полную мощность. Кипящий хладон равномерно заполняет все щели испарителя 9 до самого верха разворотной полости 20 и коллекторных «полудуг» 11. При переполнении всасывающие трубопроводы 13 обмерзают и ТРВ 19 за счет термобаллона автоматически прикрывают подачу жидкого хладона в испаритель 9, защищая компрессор 15 от жидкого хладона. Точно так же работают ТРВ 19 при частичном заполнении резервуара 1 молоком. Если верхние щели коллекторных «полудуг» 11 испарителя 9 не контактируют с молоком, то ТРВ 19 автоматически устанавливают уровень кипящего хладона соответственно уровню молока: понижение уровня хладона приводит к прокачке ненасыщенных паров хладона через трубопроводы 13, что автоматически повышает подачу жидкого хладона через ТРВ 19 до появления в трубопроводах 13 насыщенных паров. Повышение уровня кипящего хладона в щелевом испарителе 9 над молоком промораживает всасывающие трубопроводы 13 и автоматически прикрывает поток хладона через ТРВ 19.

Таким образом, глубокая провальцовка щелей испарителя 9 до h=3 мм в сочетании с широкими проходами в полостях инжекторов 10 и коллекторов 11, а также в разворотных полостях 20 позволяет равномерно заполнить весь испаритель 9 кипящим хладоном и обеспечить быстрое охлаждение молока по евростандарту ISO57082BII. Удельная мощность испарителя 9 с учетом провальцовки (9 кВт/м²) позволяет упростить конструкцию и частично уменьшить площадь щелевого испарителя (угол обхвата днища цилиндра резервуара 1) в 1,5 раза до 120°±10°.

Для реализации всей линейки быстродействующих резервуаров от 2000 л до 16000 л одновременно с повышением мощности (площади) испарителя 9 необходимо пропорционально повышать мощность ККА 14 и ТРВ 19.

Таким образом, по сравнению с прототипом [1] предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию, уменьшить длину сварных швов, реализовать закрытую молочную холодильную установку на базе глубоковальцованного щелевого испарителя, выполненного шовной сваркой. Радиусный изгиб листовых панелей щелевого испарителя (фиг.2) при диаметрах резервуара 1 от ⌀1334 мм до ⌀1911 мм не представляет технологических трудностей.

По сравнению с импортными аналогами провальцованный испаритель 9 обеспечивает повышенную удельную мощность, возможность сокращения площади (числа щелей), а также упрощение технологии, снижение трудоемкости и удешевление. При этом реализуется высокая скорость охлаждения, требующаяся на современных фермах. Минимальный пробег хладона в щелевом испарителе от инжектора к коллектору (с разворотом) составляет 4 м, что также способствует его полному прокипанию и повышению КПД по сравнению с прототипом и аналогами.

ЗМХУ прилагаемой конструкции с января 2008 г. внедрена в серийное производство ООО «НПП «Автомат» (г.Ковров) и ООО «НПП «Автомат-Владимир» (г.Ковров)

Источники информации

1. Патент РФ RU №2337534 от 26.12.2005 г. Молочная холодильная установка.

2. Патент РФ RU №2265322 от 16.11.2004 г.

3. Танки-охладители Atlas. Вестфалия, на веб-сайте www.westfalia.com см. приложение 1.

4. Танки-охладители Kryos. Вестфалия, на веб-сайте www.westfalia.com см. приложение 2.

5. Танки-охладители DXCE. Де Лаваль, на веб-сайте www.delaval.ru см. приложение 3.

6. Охладители молока FIRST SE. Сэрап на веб-сайте www.groupeserap.com см. приложение 4.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Предложенная закрытая молочная холодильная установка содержит термоизолированный горизонтально-цилиндрический резервуар 1 с промывочными головками 4, мотор-редуктором 5, мешалкой 6, верхним люком 7 и герметичной крышкой 8, глубоковальцованный щелевой испаритель днища 9, изготовленный шовной сваркой, с инжектором 10 и всасывающим коллектором 11, соединенными соответственно с нагнетательным 12 и всасывающим 13 трубопроводами компрессорно-конденсаторного агрегата 14. Щелевой испаритель днища 9 выполнен двухпанельным и содержит продольно-горизонтальные щели, занимающие всю нижнюю половину цилиндра резервуара 1, с разворотными полостями 20 в виде дуг заднего края каждой панели, а также нижними инжекторными «полудугами» и верхними коллекторными «полудугами» переднего края каждой панели. Всасывающий трубопровод компрессорно-конденсаторного агрегата 14 соединен с верхней частью коллекторных «полудуг» каждой панели, а его нагнетательный трубопровод - с нижней частью инжекторных «полудуг» каждой панели. Изобретение позволяет упростить конструкцию, уменьшить размеры установки, повысить удобство использования. 2 ил.

Закрытая молочная холодильная установка, содержащая теплоизолированный резервуар с промывочными головками, мотор-редуктором, мешалкой, верхним люком и герметичной крышкой, а также глубоковальцованным щелевым испарителем днища, выполненным шовной сваркой, с инжектором и всасывающим коллектором, соединенными соответственно с нагнетательным и всасывающим трубопроводами компрессорно-конденсаторного агрегата (ККА), отличающаяся тем, что резервуар выполнен горизонтально-цилиндрическим, а щелевой испаритель днища выполнен двухпанельным и содержит продольно-горизонтальные щели, занимающие нижнюю половину цилиндра резервуара с разворотными полостями в виде дуг заднего края каждой панели, а также нижними коллекторными «полудугами» и верхними коллекторными «полудугами» переднего края каждой панели, при этом всасывающий трубопровод ККА соединен с верхней частью коллекторных «полудуг» каждой панели, а нагнетательный трубопровод ККА - с нижней частью инжекторных «полудуг» каждой панели.