устройство для охлаждения молока

Формула изобретения

Устройство для охлаждения молока, содержащее проточный теплообменник, вход молочного контура которого подключен через расширитель непосредственно к вакуумной магистрали доильной установки, а выход молочного контура теплообменника подключен к теплоизолированной накопительной емкости через стабилизатор потока молока, отличающееся тем, что в расширитель установлены фильтры очистки молока, а расширитель объединен с теплообменником, при этом теплообменник состоит из параллельного набора прямоугольных теплообменных пластин, сваренных между собой через зазорозадающие прокладки так, что они образуют чередующиеся между собой параллельные каналы молочного и водяного контуров, причем входы и выходы каналов молочного контура расположены на торцевых сторонах теплообменных пластин, а входы и выходы каналов водяного контура расположены на концах диагоналей их боковых сторон.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильному оборудованию и предназначено для проточного охлаждения молока на молочно-товарных фермах и в фермерских хозяйствах по энергосберегающей технологии.

Известно устройство для охлаждения молока по патенту №1794235 F 25 D 3/00, A 01 J 9/04, 1991, SU. Устройство содержит аккумулятор холода, распределитель молока, теплообменник, линию подачи хладоносителя и холодильный агрегат, испаритель которого размещен в резервуаре аккумулятора. Зарядка аккумулятора производится между периодами охлаждения молока и осуществляется намораживанием льда на трубчатом испарителе при заполнении резервуара аккумулятора водой либо путем мелкодисперсного распыления воды через форсунки, установленные над испарителем. В рабочем режиме молоко подается в распределитель и охлаждается в процессе безотрывного пленочного стекания по внешней поверхности теплообменника, выполненного в виде вертикальной панели с внутренними каналами для циркуляции хладоносителя. С выхода теплообменника “отработанный” хладоноситель поступает в аккумулятор холода, где охлаждается за счет поглощения теплоты плавления при пленочном обтекании ледяных наростов на испарителе. После этого хладоноситель вновь подается в теплообменник и цикл повторяется.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность в обслуживании, а также его большую массу и габариты. При этом, несмотря на наличие аккумулятора холода, его производительность является достаточно низкой. Например, для охлаждения 1500 кг молока необходимо наморозить около 640 кг льда. При указанной в описании холодопроизводительности холодильного агрегата, равной 1,65 кВт, для наморозки такого количества льда потребуется 36 часов. Таким образом, при трехкратном режиме доения каждая ферма должна оснащаться, как минимум, пятью непрерывно работающими установками. В случае использования одной установки холодопроизводительность ее агрегата должна быть увеличена примерно на порядок и составлять около 15 кВт.

Известно устройство для охлаждения молока по а.с. №1346923 F 25 D 3/00, 7/00, 1986 г., SU. Устройство содержит теплообменник, подключенный к циркуляционному контуру охлаждающей воды и контуру охлаждения молока, холодильную машину с испарителем, размещенным в ванне, сообщенной с контуром охлаждающей воды, в котором предусмотрен регулирующий элемент. Испаритель холодильной машины выполнен в виде соединенных между собой в батарею вертикальных труб, нижняя часть которых расположена ниже предполагаемого уровня охлаждающей воды и имеет возможность вертикального перемещения. Вентилятор, установленный в боковой стенке ванны, предназначен для обдува наружным воздухом верхней части труб испарителя. Молоко подается с помощью нагнетателя в теплообменник, где оно охлаждается водой, подаваемой посредством нагнетателя из ванны. В теплый период года охлаждение циркулирующей воды осуществляется с использованием холодильной машины. При этом ванна и испаритель выполняют роль льдогенератора, накопление которого повышает эффективность охлаждения в переходные периоды работы устройства. В холодный период года охлаждение осуществляется при отключенной холодильной машине путем использования холода наружного воздуха, который нагнетается вентилятором. При этом передача тепла от воды к воздуху обеспечивается за счет термосифонного эффекта, возникающего в трубах испарителя.

Недостатком этого устройства является то, что данная технология применима лишь в холодный период года, который по времени совпадает с периодом резкого снижения количества вырабатываемого молока. В теплый же период года охлаждение осуществляется с помощью мощной холодильной машины, недостатки которой уже отмечались ранее. Это сложность в обслуживании, большие габариты и высокое энергопотребление.

При этом аккумулирование холода в виде наморозки льда не снижает требуемых энергетических затрат, поскольку они определяются только массой охлаждаемого молока, его конечной температурой и коэффициентом полезного действия холодильной машины, который практически не зависит от ее холодопроизводительности. В реальной ситуации энергетические затраты будут существенно выше из-за неизбежного притока тепла к аккумулятору холода из окружающей среды.

Известно устройство для охлаждения молока по патенту 2160986, А 01 J 9/04, F 25 D 3/00, RU.

Устройство содержит проточный теплообменник, подключенный к молочному контуру и циркуляционному контуру охлаждающей воды так, что вход молочного контура теплообменника подключен через расширитель непосредственно к вакуумной магистрали доильной установки, а выход молочного контура подключен к теплоизолированной накопительной емкости через стабилизатор потока молока, причем расширитель и стабилизатор потока молока соединены между собой обводным вакуум-проводом и установлены так, что разность между уровнями свободной поверхности молока в расширителе и стабилизаторе потока удовлетворяет соотношению

где l - длина каналов теплообменника, м,

при этом вход водяного циркуляционного контура теплообменника подключен через насос к скважине, расположенной в непосредственной близости от фермы, а выход водяного циркуляционного контура подключен к накопителю подогретой питьевой воды.

Теплообменник в зависимости от производительности представлен в двух вариантах.

В первом варианте теплообменник с производительностью до 400 литров парного молока в час состоит из двух блоков, каждый из которых имеет собственный независимый водяной контур, причем блоки соединены между собой с помощью двух регулируемых плавающих петель и в рабочем состоянии стянуты через вакуумное уплотнение замками, а поверхности теплообмена каждого блока выполнены в виде жестких меандров, разделяющих между собой две системы параллельных взаимопроникающих каналов, расположенных по обеим сторонам монолитных плит, при этом каналы со стороны поверхностей соприкасающихся блоков образуют единый составной легкоразборный молочный контур, а каналы с внешних сторон соприкасающихся плит, загерметизированные плоскими крышками, образуют два параллельных контура, предназначенных для циркуляции охлаждающей воды.

Во втором варианте теплообменник с производительностью более 400 литров парного молока в час состоит из параллельного набора теплообменных поверхностей, образующих чередующиеся между собой составные легкоразборные молочные и водяные контуры, причем теплообменные поверхности выполнены в виде жестких меандров, разделяющих между собой две системы параллельных взаимопроникающих каналов, расположенных по обеим сторонам монолитных плит, при этом теплообменные поверхности установлены между подвижной и неподвижной плоскими крышками и в рабочем состоянии стянуты через вакуумные уплотнения силовым винтом.

Недостатками устройства являются: отсутствие предварительной фильтрации молока от механических загрязнений, что ухудшает условия теплоотдачи из-за неизбежных отложений на рабочей поверхности теплообменника.

Выполнение расширителя и теплообменника в виде самостоятельных конструктивных элементов предусматривает наличие дополнительного молокопровода с большом количеством вакуумных соединений, что затрудняет очистку системы после каждого цикла доения. Кроме того, существующие в молочной промышленности способы соединений вакуумных трубопроводов не обеспечивают требуемой герметичности, поэтому неизбежное натекание воздуха в молочный контур на участках уже сформировавшегося потока приводит к нарушению его сплошности и, соответственно, ухудшению условий теплоотдачи в каналах теплообменника.

Кроме того, предложенные в устройстве конструкции теплообменников зависят от их производительности, что затрудняет унификацию устройства в целом. Помимо этого необходимость обеспечения высокой соосности составных каналов в контурах со стороны соприкасающихся блоков и теплообменных поверхностей приводит к увеличению трудоемкости их изготовления.

При этом наличие резиновых вакуумных уплотнений между теплообменными пластинами молочного и водяного контуров вызывает необходимость использования в качестве хладоносителя только чистой питьевой воды [СанПиН 2.3.4.551-96 “Производство молока и молочных продуктов”], так как не исключена вероятность ее просачивания в молочный контур теплообменника. Это, в свою очередь, ограничивает возможность использования таких устройств в сочетании с водой низкого качества.

По совокупности существенных признаков данное устройство наиболее близко к заявляемому и может быть принято в качестве прототипа.

Для уменьшения количества отложений, улучшения условий очистки, унификации конструкции теплообменника, а также исключения попадания охлаждающей воды в молочный контур теплообменника предлагаемое устройство для охлаждения молока, содержащее проточный теплообменник, вход молочного контура которого подключен через расширитель непосредственно к вакуумной магистрали доильной установки, а выход молочного контура теплообменника подключен к теплоизолированной накопительной емкости через стабилизатор потока молока, отличающееся тем, что в расширитель установлены фильтры очистки молока, а расширитель объединен с теплообменником, при этом теплообменник состоит из параллельного набора прямоугольных теплообменных пластин, сваренных между собой через зазорозадающие прокладки так, что они образуют чередующиеся между собой параллельные каналы молочного и водяного контуров, причем входы и выходы каналов молочного контура расположены на торцевых сторонах теплообменных пластин, а входы и выходы каналов водяного контура расположены на концах диагоналей их боковых сторон.

На фигурах представлены:

Фиг.1 - принципиальная схема устройства для охлаждения молока;

Фиг.2 - вид теплообменника спереди;

Фиг.3 - вид теплообменника сзади;

Фиг.4 - вид теплообменника в разрезе;

Фиг.5 - расширитель по фиг.4;

Фиг.6 - вид А фиг.4.

На фигурах изображены:

1 - вакуумная магистраль молокопровода доильной установки;

2 - расширитель;

3 - теплообменник;

4 - стабилизатор потока молока;

5 - обводной вакуум-провод;

6 - фильтры для очистки молока;

7 - теплообменные пластины;

8 - зазорозадающие прокладки;

9 - каналы молочного контура;

10 - каналы водяного контура;

11 - штуцер выходного коллектора водяного контура;

12 - штуцер входного коллектора водяного контура;

13 - входной и выходной коллекторы водяного контура;

14 - квадратные пластины;

15 - корпус расширителя;

16 - выходной коллектор молочного контура;

17 - входной штуцер молочного контура;

18 - выходной штуцер для подключения к вакуумной магистрали доильной установки;

19 - выходной штуцер молочного контура;

20 - крышки;

21 - вакуумное уплотнение;

22 - замки;

23 - силовые винты;

24 - ребра жесткости;

25 - кожух теплообменника;

26 - основание.

Устройство для охлаждения молока содержит вакуумную магистраль молокопровода 1 доильной установки, расширитель 2, выполненный в одном корпусе с теплообменником 3, стабилизатор 4 потока молока, обводной вакуумпровод 5, фильтры 6 очистки молока.

Теплообменник 3 содержит параллельный набор прямоугольных теплообменных пластин 7, сваренных между собой через зазорозадающие прокладки 8, выполненные из того же материала, что и теплообменные пластины 7, и предназначенные для формирования размеров, а также герметизации каналов молочного 9 и водяного 10 контуров и исполняющие одновременно с этим роль припоя при сварке теплообменных пластин 7 в среде инертных газов. При этом теплообменные пластины 7 и зазорозадающие прокладки 8 расположены так, что образуют чередующиеся между собой параллельные каналы молочного 9 и водяного 10 контуров, причем входы и выходы каналов молочного контура расположены на торцевых сторонах теплообменных пластин, а входы и выходы каналов водяного контура расположены на концах диагоналей их боковых сторон. Водяные каналы соединены с входным 11 и выходным 12 штуцерами через входной и выходной 13 коллекторы. К торцам теплообменника приварены горизонтальные квадратные пластины 14, на которые крепится корпус 15 расширителя и выходной коллектор 16 молочного контура. В корпус 15 расширителя устанавливаются фильтры 6 очистки молока, ввариваются входной штуцер 17 молочного контура и выходной штуцер 18 подключения к вакуумной магистрали, все вместе образующие расширитель 2. К выходному коллектору 16 молочного контура приваривается выходной штуцер 19 молочного контура. На корпус 15 расширителя и выходной коллектор 16 молочного контура устанавливаются крышки 20, стянутые через вакуумные уплотнения 21 с помощью замков 22 и силовых винтов 23. По бокам теплообменника устанавливаются ребра жесткости 24, к которым крепится кожух 25. Теплообменник соединяется с основанием 26.

Установка работает следующим образом.

По мере продвижения по вакуумной магистрали 1 молоко поступает в расширитель 2, в котором осуществляется отделение молока от паровоздушной смеси, его очистка с помощью фильтров 6 очистки молока и отвод из вакуумной магистрали без нарушения ее производительности.

С выхода расширителя 2 под действием собственного гидростатического напора молоко сплошным потоком подают в молочный контур 9 теплообменника 3, в котором оно охлаждается в режиме противотока с охлаждающей водой, циркулирующей в водяном контуре 10.

С выхода теплообменника 3 охлажденное молоко поступает в стабилизатор 4 потока молока, обеспечивающий независимость скорости движения молока в теплообменнике.

С выхода стабилизатора 4 потока охлажденное молоко поступает в теплоизолированную накопительную емкость доильной установки, где оно хранится до окончания процесса доения коров.

Обслуживание устройства для охлаждения молока сводится к его очистке после каждого цикла доения. В основном эта операция выполняется одновременно с промывкой магистрали молокопровода доильной установки и осуществляется с применением тех же химических средств.

Дополнительная очистка теплообменника, которая заключается в удалении посторонних твердых загрязнений, производится при вскрытии его молочного контура.

Для вскрытия молочного контура теплообменника достаточно отвернуть верхние и нижние силовые винты 23, открыть замки 22 и отвести крышки 20 в сторону.

После этого молочные каналы подвергаются механической очистке с применением гибкой металлической плоской пластины длиной, на 1-2 см превышающей длину, и на 5 мм уже ширины каналов теплообменника.

Сборка устройства производится в обратной последовательности.

Относительно предлагаемого устройства для охлаждения молока можно отметить следующее.

Установка в расширитель фильтров очистки молока улучшает условия теплоотдачи в связи с уменьшением отложений на рабочей поверхности теплообменных пластин. Кроме того, это облегчает очистку теплообменных поверхностей после каждого цикла доения.

Объединение расширителя с теплообменником уменьшает количество вакуумных соединений и, следовательно, исключает вероятность натекания воздуха в молочный контур теплообменника. В конечном итоге это способствует улучшению условий теплоотдачи, так как дальнейшие движение молока осуществляется без нарушения сплошности потока.

Выполнение теплообменника из параллельного набора прямоугольных теплообменных пластин, сваренных между собой через зазорозадающие прокладки так, что образуют чередующиеся между собой параллельные каналы молочного и водяного контуров, причем входы и выходы каналов молочного контура расположены на торцевых сторонах теплообменных пластин, а входы и выходы каналов водяного контура расположены на концах диагоналей их боковых сторон, исключает возможность попадания охлаждающей воды в молочный контур, что, в свою очередь, позволяет использовать такие устройства в сочетании с водой низкого качества.

Помимо этого использование зазорозадающих прокладок, выполненных из того же материала, что и теплообменные пластины, для формирования размеров, а также герметизации каналов молочного и водяного контуров, исполняющих одновременно с этим роль припоя при сварке теплообменных пластин в среде инертных газов, способствует унификации конструкции теплообменника, так как в данном случае практически полностью снимаются принципиальные ограничения на поперечные размеры каналов теплообменника.