поточный пастеризатор

Формула изобретения

Поточный пастеризатор, содержащий теплообменные секции пастеризации, рекуперации, выдерживания, насос с уравнительным баком, терморегулирующее устройство с регулирующим клапаном на линии теплоносителя и переключателем потока на выходе выдерживателя, отличающийся тем, что в состав конструкции терморегулирующего устройства введены выдерживатель, гидроцилиндр с грузом и две направляющие стойки, выдерживатель выполнен с герметичной полостью, смежной продуктовой и соединенной с полостью гидроцилиндра, причем обе соединенные полости заполнены термочувствительной жидкостью, гидроцилиндр с введенным в него сверху через уплотнение штоком и грузом, закрепленным на верхнем конце штока, установлен вертикально, груз установлен с возможностью вертикального перемещения в направляющих стойках и снабжен двумя кулачками планками, по одной стойки, на одной стойке установлены регулирующий клапан и температурная шкала, на другой - переключатель потока, выполненный с механическим рычажно-пружинным приводом с двухпозиционной фиксацией двуплечего рычага, регулирующий клапан и переключатель потока установлены в положении, обеспечивающем их срабатывание от достижения контакта их штока и рычага и кулачковыми планками груза при перемещении последнего в направляющих стойках.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению для пищевой промышленности, а именно к поточным (пластинчатым, трубчатым, спиральным) пастеризаторам, применяемым в производстве жидких пищевых продуктов (молочных продуктов, напитков) для их нагревания в потоке с рекуперацией тепла.

Известны пастеризационно-охладительные установки зарубежных фирм Nagema и Alfa-Laval, содержащие теплообменные секции пастеризации, рекуперации, выдерживания, охлаждения, насос для продукта с уравнительным баком, регулирующий клапан на линии теплоносителя, переключатель потока продукта на два направления на выходе секции выдерживания, а также терморегулирующее устройство (Справочник по оборудованию предприятий молочной промышленности. Под ред. Томбаева Н.И., М.: Пищепромиздат, 1972; рекламные проспекты фирм Nagema и Alfa-Laval на пастеризационно-охладительные установки для пищевой промышленности).

В этих известных установках измерение и регулирование температуры продукта осуществляется с помощью микроэлектронных, электрических и пневматических устройств, что определяет сравнительно высокую сложность, стоимость установок и затраты на их эксплуатацию.

Наиболее близкой предлагаемому решению по назначению, составу, достигаемому эффекту и поэтому принятой прототипом является пастеризационно-охладительная установка типа ОПУ - 3М (Справочник по оборудованию предприятий молочной промышленности. Под ред. Томбаева Н.И., М.: Пищепромиздат, 1972), осуществляющая известное устройство для управления тепловой обработкой жидких пищевых продуктов (Авторское свидетельство СССР N 510219, 1974).

Прототип содержит теплообменные секции пастеризации, рекуперации, выдерживания, охлаждения, насос с уравнительным баком, регулирующий клапан на линии теплоносителя, переключатель потока на два направления на выходе выдерживателя и терморегулирующее устройство, содержащее термоэлектрический датчик, вторичный преобразователь, регулирующий блок, пневмоэлектрический преобразователь. Три последних устройства размещены на пульте управления, связаны электропроводками с датчиком, регулирующим клапаном, переключателем потока, с сетью электроснабжения. Электрические компоненты терморегулирующего устройства требуют для обслуживания высококвалифицированного персонала, что экономически оправдано только для крупных предприятий или приближенных к специализированным центрам обслуживания, препятствуя использованию подобных установок мелким или удаленным от таких центров предприятиям.

Предлагаемый пастеризатор отличается от прототипа тем, что в состав конструкции терморегулирующего устройства введены выдерживатель, гидроцилиндр с грузом и две направляющие стойки. Выдерживатель выполнен с герметичной полостью, смежной продуктовой и соединенной с полостью гидроцилиндра, причем обе соединенные полости заполнены термочувствительной жидкостью. Гидроцилиндр с введенным в него сверху через уплотнение штоком и закрепленным на верхнем его конце грузом установлен вертикально. Груз установлен с возможностью вертикального перемещения в направляющих стойках и снабжен двумя кулачковыми планками, по одной у каждой стойки. На одной стойке установлен регулирующий клапан и температурная шкала, на другой - переключатель потока, выполненный с механическим рычажно-пружинным приводом с двухпозиционной фиксацией двуплечего рычага. Регулирующий клапан и переключатель потока установлены в положении, обеспечивающем их срабатывание от достижения контакта их рычага и штока с кулачковыми планками груза при перемещении последнего в направляющих стойках.

Указанные отличия за счет использования известного способа регулирования температуры механическим путем, воплощенного в терморегуляторе прямого действия, позволяют исключить из конструкции пастеризатора, точнее - из его терморегулирующего устройства, сложные компоненты, требующие вспомогательной энергии, что увеличивает экономическую доступность такого пастеризатора для потребителя.

Сопоставительный анализ с прототипом предлагаемого решения подтверждает его отличительные признаки, поэтому последнее соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предлагаемого пастеризатора с другими известными техническими решениями показывает, что отдельные элементы его конструкции достаточно известны. Например, известен рычажно-пружинный механизм переключения с фиксацией рычага в двух устойчивых положениях, который применяется в электрических переключателях типа "тумблер" (Томас Р.К. Коммутационные устройства. М. : Радио и связь, 1982).

Известен регулятор температуры прямого действия РТП, в котором регулирование расхода выполняется с использованием термочувствительной жидкости. Известен также выдерживатель пастеризационно-охладительной установки (А.с. СССР N 454891, 1974), выполненный в виде спирально расположенных смежных каналов.

Однако, введение этих известных элементов в указанной выше связи в предлагаемый пастеризатор в совокупности всех отличительных признаков последнего сообщают ему новые свойства, а именно - термочувствительное и исполнительное устройства пастеризатора совмещены с выдерживателем и выполнены в виде моноблочного механического устройства, не использующего вспомогательной энергии, не требующего электропроводок и высокой квалификации обслуживающего персонала.

На фиг. 1 изображен общий вид узла терморегулирования, входящего в состав предлагаемого пастеризатора, а на фиг. 2 отдельно и подробнее показано устройство переключателя потока, входящего в состав узла терморегулирования. При этом изображение на фиг. 1 относится к исходному состоянию узла и началу процесса регулирования, а на фиг. 2 соответствует окончанию цикла регулирования, когда заданная температура достигнута и поток продукта переключен с циркуляции на выдачу.

Узел терморегулирования содержит корпус 1 выдерживателя со встроенным гидроцилиндром 2, нижнюю отъемную крышку 3 с двумя патрубками 4 и 5, направляющую спиралеобразную вставку 6 и уплотнительные прокладки 7 и 8. В верхней, торцовой части корпуса выполнен спиралеобразный канал, полость которого сообщается с полостью гидроцилиндра, в которую сверху, через уплотнение 9 введен шток 10. Указанные полости заполнены термочувствительной жидкостью через два отверстия 11, уплотненные пробками. На наружном конце штока установлен груз 12, имеющий возможность вертикального перемещения вдоль двух направляющих стоек 13 и снабженный двумя кулачковыми планками 14 и 15, по одной планке на каждую стойку.

На одной из стоек, снабженной температурной шкалой 16, установлен сильфонный регулирующий клапан 17 в положении, при котором шток клапана расположен в зоне траектории движения планки 14. На другой стойке установлен мембранный переключатель потока 18, содержащий рычажно-пружинный привод 19, входной 20 и два выходных патрубка 21 и 22, один из которых, 21, соединен с уравнительным баком пастеризатора, другой, 22, - с секцией рекуперации. Патрубок 20 соединен с патрубком 5 выдерживателя.

Привод переключателя потока (см. фиг. 2) объединен кронштейном 23 и содержит двуплечий рычаг 24 и две плоские пружины 25 и 26, обеспечивающие два устойчивые положения рычага 24. Продолжением последнего является золотник 27, помещенный в продуктовую полость и отделенный от рычага и внешней среды мембраной 28.

Работа описываемого пастеризатора в целом не отличается от работы известных аналогов, отличаясь лишь в части функционирования узла терморегулирования. Поэтому, не останавливаясь подробно на описании работы известных частей пастеризатора, рассмотрим более детальную работу узла терморегулирования.

В исходном состоянии продукт не нагрет, заполняет уравнительный бак, деаэрированная термочувствительная жидкость заполняет полости гидроцилиндра и спирального канала в корпусе. При этом шток и груз занимают нижнее положение. Регулирующий клапан на линии теплоносителя полностью открыт, золотник 27 переключателя потока занимает верхнее положение, соединяя патрубки 20 и 21.

При включении насоса продукт из уравнительного бака проходит секции пастеризации, рекуперации, после чего, нагретый, поступает через патрубок 4 в продуктовую полость выдерживателя, разделенную направляющей вставкой на смежные витки спиралеобразного канала. Здесь происходит выравнивание температуры во всей массе продукта в течение необходимого времени.

Благодаря эффективному теплообмену с массой термочувствительной жидкости, последняя быстро нагревается до температуры продукта, которая в начале процесса, хотя и быстро растет, но еще не достигает заданного значения из-за тепловой инерции большой массы продукта. Нагревание термочувствительной жидкости увеличивает ее объем, что приводит к перемещению штока с грузом вверх, т.е. к перемещению кулачковых планок относительно стоек с установленными на них температурной шкалой, регулирующим клапаном и переключателем потока.

Из полости выдерживателя продукт направляется через патрубки 5, 20, 21 в уравнительный бак, нагреваясь сам и нагревая поверхности секций рекуперации. По достижении заданной температуры шток с грузом занимает положение, при котором планка 15, своей профильной частью воздействуя на рычаг 24, переключает золотник, обеспечивающий перевод потока продукта с циркуляции на выдачу через секции рекуперации, т.е. соединяет патрубки 20 и 22.

В результате взамен выданной через патрубок 22 порции продукта из уравнительного бака через уже нагретые секции рекуперации в пастеризатор поступает новая, но уже подогретая, порция продукта. Если температура продукта продолжает расти, шток с грузом продолжают подниматься, планка 14 воздействует на шток клапана 17, уменьшая расход теплоносителя и ограничивая рост температуры. Если новая порция продукта не успевает нагреться в секции пастеризации до заданной температуры, то в выдерживателе она вызывает уменьшение объема термочувствительной жидкости, опускание груза (и штока) под действием его веса, переключение потока на циркуляцию под действием планки 15 на нижнее плечо рычага 24. Далее процесс повторится, как описано выше.

Как видно из приведенного описания рабочего цикла, предлагаемый пастеризатор, как и устройства-аналоги, осуществляет известный технологический процесс тепловой обработки жидкости в потоке, но в отличие от аналогов в описываемом пастеризаторе для проведения процесса не требуется использования вспомогательной энергии и сложных устройств (электрических, пневматических измерительных, преобразовательных и исполнительных устройств).

Указанные особенности предлагаемого пастеризатора, являющиеся следствием его отличительных признаков, упрощают конструкцию, уменьшают капитальные и эксплуатационные затраты, увеличивая прибыль. Наиболее выгодно применение изобретения на небольших заводах, в цехах малых агропредприятий, на молочно-товарных фермах, хотя область возможного использования изобретения ни в какой мере не ограничено этими случаями.