высокоэффективный быстродействующий молокоохладитель

Формула изобретения

Высокоэффективный быстродействующий молокоохладитель, содержащий теплоизолированный основной резервуар с вихревыми промывочными головками и испарителем днища, соединенным трубопроводами нагнетания и всасывания с хладоновым компрессорно-конденсаторным агрегатом, а также мотор-редуктор, мешалку, сливной патрубок, электронасос и три крана, причем сливной патрубок последовательно через первый кран, электронасос и второй кран связан с промывочными головками, кроме того, выход электронасоса через третий кран связан с гибким шлангом, отличающийся тем, что в него введен верхний дополнительный квадратный резервуар-предохладитель с верхним переливным и нижним сливным патрубками, мотор-редуктором, мешалкой, вихревой промывочной головкой, а также щелевой водяной рубашкой, встроенной в днище и боковые грани, кроме того, четвертый и пятый краны, причем переливной патрубок соединен с верхним патрубком основного резервуара, нижний сливной патрубок через четвертый кран со всасывающей полостью электронасоса, а нагнетание и слив щелевой водяной рубашки соединены через пятый кран соответственно с артезианским водопроводом и канализацией, кроме того, вихревая промывочная головка соединена параллельно вихревым промывочным головкам основного резервуара.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности холодильной техники, а также теплообменных устройств, и может быть использовано в агропромышленном комплексе, фермерских хозяйствах, пунктах сбора, фильтрации и охлаждения молока с суточным объемом от 1000 до 15000 л.

Известны молочные холодильные установки по патенту RU № 226322 [1] и быстродействующие установки охлаждения молока [2] по патенту RU № 2371913 от 13.03.2008 г., а также установки мгновенного охлаждения и хранения молока «Тритон» [3] на веб-сайте www.molokoved.ru, содержащие щелевой или трубчатый испаритель фреона, непосредственно контактирующий с молоком либо с промежуточным хладоносителем (водой). Для своей работы они используют электроэнергию, компрессорно-конденсаторные агрегаты, а также пластинчатые или трубчатые теплообменники между молоком и водой (в установках «Тритон»). Известны также пластинчатые проточные охладители молока Р01-6.49-1K-06 (www.Dialog_Agro.com) [4]; DARI-KOOL, модель ХР, фирма FABDEC (www.milkindustry.ru), [5] и белорусские предохладители молока марки 9958 (www.agromirgroup.by) [6] производительностью 3650 л/час. Максимальное быстродействие, обеспечиваемое лучшими европейскими цилиндрическими танками-охладителями KRYOS с мощными двухдоечными фреоновыми агрегатами фирмы «Вестфалия» (www.westfalia.com) [7] и охладителями молока FIRST фирмы «СЭРАП» (www.groupeserap.com) [8], позволяют охладить половину резервуара за 2,2 часа согласно евростандарту ISO 5708 2BII. Охлаждение полного (целого) резервуара с молоком упомянутыми фирмами будет продолжаться не менее 4,5 часов. После отгрузки молока резервуары промываются через вихревые головки в режиме циркуляции горячей воды с моющими растворами, как это реализовано в патенте RU № 2265322 [1]. Для ускорения процессов охлаждения и экономии электроэнергии европейские производители соединяют последовательно пластинчатые предохладители молока, понижающие температуру до 10°С 12°С за счет артезианской воды, и резервуры-охладители молока, работающие от фреоновых агрегатов, с охлаждением до +4°С.

Пластинчатые проточные предохладители из нержавеющий стали имеют высокую удельную мощность, узкие щели с молоком и водой, большую поверхность теплообмена и множество уплотнительных манжет, герметизирующих пластины по контуру, а также входные и выходные патрубки для воды. Мощность и производительность пластинчатых предохладителей повышается наращиванием числа пластин, соединяемых общими шпильками. Они требуют простейших регуляторов либо автоматики для пропорционального роста расходов молока и воды с соотношением рекомендуемых объемов 1:2 для оптимального предохлаждения. Например, для модели 9958 [5] при расходах молока 3650 л/ч рекомендуется расход воды 7250 л/ч. При этом исключается излишний сброс воды в канализацию, а выходная температура молока не более 3°С отличается от температуры артезианской воды.

Общим недостатком пластинчатых проточных предохладителей молока является необходимость их регулярной сборки-разборки и механической прочистки от молочного жира и молочного камня несмотря на ежедневную промывку молокопроводов горячей водой со щелочью и кислотой. Линейные скорости перемещения молочного потока по пластинам с ростом их числа столь незначительны, что способствуют нарастанию молочного жира. Поэтому при больших объемах прокачиваемого молока приходится его тщательно фильтровать и разбирать пластинчатые предохладители как минимум еженедельно либо ежедневно. Это существенно усложняет эксплуатацию.

Общим недостатком фреоновых молокоохладителей двухдоечного исполнения является повышенное энергопотребление (агрегаты работают 4,5 часа при полной загрузке) либо потребность в дополнительных устройствах в виде пластинчатых предохладителей, которые нужно дополнительно изготовить, смонтировать, подключить и регулярно разбирать и прочищать.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является быстродействующая молочная холодильная установка по патенту RU № 2265322, содержащая теплоизолированный квадратный резервуар с четырьмя вихревыми промывочными головками и трубчатым паяным испарителем днища, соединенным трубопроводами нагнетания и всасывания с хладоновым компрессорно-конденсаторным агрегатом, а также мотор-редуктор, мешалку, сливной патрубок, последовательно через первый кран, электронасос и второй кран связанный с промывочными головками, кроме того, выход электронасоса через третий кран связан с патрубком выгрузки молока с гибким шлангом.

Недостатком прототипа является малая поверхность теплообмена медного паяного трубчатого испарителя днища, выполненного в виде трубчатой «зебры», которая ограничивает холодильную мощность и скорость охлаждения молока. Половина резервуара охлаждается с 34 до 4°С не менее 3 часов, а полный резервуар - не менее 6 часов. За это время молоко набирает излишнюю БАК-обсемененность, качество молока падает, а также расходуется избыточная электроэнергия.

Целью предлагаемого изобретения является повышение скорости охлаждения молока и экономия энергозатрат на охлаждение, а также ускорение охлаждения полного молоковоза (резервуара) до 2-х часов.

Указанный технический результат достигается тем, что в молокоохладителе, содержащем теплоизолированный основной резервуар с вихревыми промывочными головками и испарителем днища, соединенным трубопроводами нагнетания и всасывания с хладоновым компрессорно-конденсаторным агрегатом, а также мотор-редуктор, мешалку, сливной патрубок, последовательно - через первый кран, электронасос и второй кран - связанный с промывочными головками, кроме того, выход электронасоса, через третий кран связанный с патрубком выгрузки молока и гибким шлангом, согласно изобретению введены верхний дополнительный квадратный резервуар-предохладитель с верхним переливным и нижним сливным патрубками, мотор-редуктором, мешалкой, вихревой промывочной головкой, а также щелевой водяной рубашкой, встроенной в днище и боковые грани, кроме того, четвертый и пятый краны, причем переливной патрубок соединен с верхним патрубком основного резервуара, нижний сливной патрубок через четвертый кран - со всасывающей полостью электронасоса, а нагнетание и слив щелевой водяной рубашки соединены через пятый кран соответственно с артезианским водопроводом и канализацией, кроме того, вихревая промывочная головка соединена параллельно вихревым промывочным головкам основного резервуара.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен сборочный чертеж высокоэффективного быстродействующего молокоохладителя.

Высокоэффективный быстродействующий молокоохладитель содержит теплоизолированный основной резервуар 1 с вихревыми промывочными головками 2 и щелевым испарителем днища 3 глубиной щелей 2 мм, соединенным трубопроводами нагнетания 4 и всасывания 5 с хладоновым компрессорно-конденсаторным агрегатом 6. Вверху резервуара 1 размещен мотор-редуктор 7 с мешалкой 8. Сливной патрубок 9 через первый шаровой кран 10, электронасос 11 и второй кран 12 соединен трубопроводом 13 с вихревыми промывочными головками 2, выход электронасоса 11 через третий шаровой кран 14 также связан с гибким шлангом 15. На единой раме вверху основного резервуара 1 смонтирован верхний дополнительный квадратный резервуар-предохладитель 16 (вместимостью 1 куб.м) с верхним переливным патрубком 17 и нижним сливным патрубком 18, мотор-редуктором 19, мешалкой 20 и вихревой промывочной головкой 21. В днище и четыре боковые грани резервуара-предохладителя 16 встроена щелевая водяная рубашка 22 с глубиной щелей 10 мм и шириной щелей 64 мм. Площадь теплообмена водяной рубашки 22 составляет 5 кв.м (днище и четыре грани куба). Нижний сливной патрубок 18 соединен через четвертый шаровой кран 23 со всасывающей полостью электронасоса 11, а переливной патрубок 17 соединен с верхним патрубком 24 основного резервуара 1. Нагнетание и слив щелевой водяной рубашки 22 соединены через пятый кран 25 соответственно с артезианским водопроводом 26 и канализацией 27. Кроме того, вихревая промывочная головка 21 соединена параллельно с вихревыми промывочными головками 2 основного резервуара 1. Основной резервуар 1 и дополнительный резервуар 16 имеют заправочные горловины 28 и 29. Условный проход пятого шарового крана 25 dy=1,5 дюйма выбран таким, чтобы удобно регулировать расходы артезианской воды в пределах 5 25 куб.м/час пропорционально объемам основного резервуара 1 и обеспечивать рекомендуемое соотношение 1:2 потоков молока, направляемого в горловину 29 резервуара-предохладителя 16, и артезианской воды, направляемой в щелевую водяную рубашку 22 через шаровой кран 25.

Работает высокоэффективный быстродействующий молокоохладитель (ВБМ) следующим образом.

Перед загрузкой молока, осуществляемой в горловину 29 резервуара-предохладителя 16, краны 10, 23, 12, 14 закрыты. Кран 25 артезианской воды регулируют так, чтобы через водяную рубашку 22 проходил поток, пропорциональный объему основного резервуара 1. Скорость загрузки молока в горловину 29 ВБМ регулируется краном из молоковоза (молокопровода) таким образом, чтобы общий объем загрузки проходил 1,5 часа±0,2 часа. Например, при объеме основного резервуара 3000 л устанавливают расход по молоку Q₁=2000 л/час, а при объеме 12000 л - расход Q ₁=8000 л/час. Соответственно расход артезианской воды с температурой от 6 11°С устанавливают краном 25 Q₂=4000 л/час для «трехтонника» или Q₂=16000 л/час для «двенадцатитонника». По мере заполнения резервуара-предохладителя 16 теплым молоком, +34°С, происходит его предохлаждение за счет циркуляции артезианской воды через щелевую водяную рубашку 22 до температуры 10 15°С (на 4°С больше артезианской температуры). Мотор-редуктор 19 с мешалкой 20 обеспечивают хороший теплообмен. Эффективная площадь водяной рубашки 5 кв.м достаточна для интенсивного теплообмена с указанными температурами.

По мере переполнения резервуара-предохладителя 16 частично охлажденное молоко с температурой 10 15°С переливается в основной резервуар 1 через переливной патрубок 17. Как только основной резервуар 1 заполняется на 10% от номинального объема, частично покрывая щелевой испаритель днища 3, от датчика уровня (не показан) автоматически включается компрессорно-конденсаторный агрегат 6 и мотор-редуктор 7, обеспечивая циркуляцию хладона и доохлаждение молока до 4°С. Таким образом, в процессе загрузки происходит постоянное предохлаждение молока в заполненном резервуаре-предохладителе 16 и его перелив через патрубки 17, 24. К моменту завершения выгрузки молоковоза примерно через 1,5 часа, в основном резервуаре 1 оказывается охлажденное до 6 8°С молоко, а в резервуаре-предохладителе - 16-1000 л предохлажденного до 11 15°С молока (см. чертеж). После выгрузки шаровой кран 25 закрывают. Для перегрузки молока из резервуара-предохладителя 16 в основной резервуар 1 с помощью электронасоса 11 открывают шаровой кран 23, а также шаровой кран 14 и через гибкий шланг 15 переливают его в горловину 28, заполняя основной резервуар 1 до номинального уровня. Еще через полчаса молоко в основном резервуаре 1 доохлаждается до +4°С за счет работы компрессорно-конденсаторного агрегата (ККА) 6. Если ККА 6 имеет избыточную мощность по сравнению с потоками доохлаждаемого молока, то срабатывает термостат, выставленный на +4°С (не показан), и отключает ККА.

Таким образом, не более чем через 2 часа после начала загрузки полный номинальный объем ВБМ оказывается охлажденным до 4°С.

Для отгрузки охлажденного молока, +4°С, на перерабатывающие молокозаводы открывают шаровые краны 10 и 14, а краны 12 и 23 закрыты. Включают электронасос 11 и через гибкий шланг 15 выгружают охлажденное молоко в молоковоз.

Промывка резервуаров 1 и 16 после отгрузки осуществляется при открытых шаровых кранах 10, 23 и 12, а также при закрытом кране 14. В основной резервуар 1 заливается 100 л горячей воды с концентрированной щелочью 0,5 л и включается электронасос 11. В режиме циркуляции одновременно промываются основной резервуар 1 и резервуар-предохладитель 16 через вихревые промывочные головки 2 и промывочную головку 21.

Для промывки резервуара-предохладителя 16 вполне достаточно одной промывочной головки 21, а для промывки основного резервуара 1 применяется 3 5 головок 2.

Таким образом, в отличие от пластинчатых предохладителей никаких проблем с промывкой резервуара-предохладителя 16 не возникает. Благодаря съемным крышкам резервуара-предохладителя 16 его легко периодически осматривать и обслуживать. Компоновка резервуара-предохладителя вверху основного резервуара на общей раме с размещением единого электронасоса и пяти шаровых кранов под резервуаром-предохладителем незначительно увеличивает габаритные характеристики ВБМ по сравнению с обычными резервуарами и создает преимущества перед раздельной компоновкой пластинчатых предохладителей с дополнительными насосами и основными резервуарами.

Использование ВБМ особенно актуально на молокоприемных пунктах, где с его помощью удается охладить весь молоковоз (полный резервуар) не более чем за 2 часа, т.к. известно, что охлаждение молока уже до 12°С останавливает рост БАК-обсемененности, а следовательно, повышает качество сырого молока. Даже по сравнению с лучшими европейскими аналогами [7], [8] время полного охлаждения ВБМ уменьшается в 2 2,5 раза. За счет сокращения времени работы ККА 6 уменьшается количество потребленной электроэнергии на тонну продукта. Экономия электроэнергии с ростом объемов основного резервуара 1 с 3000 до 12000 л пропорционально увеличивается с 15 до 60 кВт часов за один цикл охлаждения.

Дополнительным эффектом ВБМ является подогрев артезианской воды в среднем на 5 7°С, проливаемой через водяную рубашку. Эту подогретую воду целесообразно использовать в автопоилках, чтобы не простудить телят и коров, а также для других бытовых нужд.

Предлагаемая конструкция ВБМ внедрена в производство ООО НПП «Автомаш-Владимир» (г.Ковров) на объемы основного резервуара 3000 12000 л в 2010 г.

Источники информации

1. Молочная холодильная установка. Патент RU № 2265322 от 16.04.2004 г.

2. Быстродействующая установка охлаждения молока. Патент RU № 2371913 от 13.03.2008 г.

3. Установка мгновенного охлаждения и хранения молока «Тритон», www.molokoved.ru.

4. Пластинчатый проточный охладитель молока. Р01-6/49-1K-06. www.Dialog_Agro.com.

5. Пластинчатый проточный охладитель молока. DARI-KOOL, модель ХР, фирма FABDEC. www.milkindustry.ru.

6. Пластинчатый проточный охладитель молока. Марка 9958. www.agromirgroup.by.

7. Танки-охладители KRYOS, ВЕСТФАЛИЯ (Германия). www.westfalia.com.

8. Охладители молока FIRST, СЭРАП (Франция). www.gropeserap.com.