Opublikowano: 20.VII.1966 51449 KI. 45 g, 9/04 MKP A 01 j ^3|0W UKD Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Stanislaw Geza, inz. Zdzislaw Rak Wlasciciel patentu: Zaklady Mechaniczne „Tarnów", Tarnów (Polska) BIBLIOTEKA Urzedu Pdfenlowego Polskiej BzK/r:-ss!r«»U! U^uwt Urzadzenie do schladzania cieczy, zwlaszcza mleka Przedmiotem wynalazku jest automatycznie dzia¬ lajace zbiornikowe urzadzenie do szybkiego schla¬ dzania i przechowywania w stanie ochlodzonym wszelkiego rodzaju cieczy, zwlaszcza mleka, za pomoca uprzednio wytworzonej przy uzyciu agre¬ gatu skraplajacego o malej wydajnosci obnizonej temperatury zwanej w dalszym ciagu opisu zim¬ nem umozliwiajacego schlodzenie pelnej zawartosci zbiornika z temperatury +35°C do temperatury +5°C w czasie nie dluzszym niz 1,5 godziny.Istniejace urzadzenia do schladzania cieczy, zwlaszcza mleka, pracujace na zasadzie uprzednio zgromadzonego zimna potrzebnego do schlodzenia cieczy, skladaja sie z chlodniczego agregatu skra¬ plajacego o duzej w stosunku do ilosci schladzanej cieczy wydajnosci chlodniczej, zbiornika na schla¬ dzana ciecz wraz z mieszadlem, parowacza umiesz¬ czonego pod zbiornikiem na schladzana ciecz i pompy wodnej z ukladem rur zraszajacych.Na okres 2—3 godzin przed zamierzonym schlo¬ dzeniem cieczy obslugujacy urzadzenie uruchamia agregat skraplajacy, który pracujac gromadzi na parowaczu warstwe lodu. Po napelnieniu zbiorni¬ ka ciecza przeznaczona do schladzania obslugujacy uruchamia pompe wodna. Wlaczenie pompy wodnej powoduje automatyczne uruchomienie mieszadla.Pompa wodna pobiera spod parowacza wode oziebiona do temperatury od +1 do +2°C, zwana w dalszym ciagu opisu niezaleznie od jej tempera¬ tury woda lodowa, tloczy ja przez uklad rur i zra- 10 15 20 25 sza sciany zbiornika ze schladzana ciecza. Woda lodowa sciekajac po sciankach zbiornika ochla¬ dza zawarta w nim ciecz na przyklad mleko, sama podgrzewajac sie. Ogrzana woda splywa gra¬ witacyjnie w dól na parowacz, gdzie kosztem sto¬ pienia zgromadzonego uprzednio lodu z powrotem oziebia sie. Pracujace równoczesnie mieszadlo po¬ woduje ruch schladzanej cieczy, co zwieksza inten¬ sywnosc procesu schladzania.Do zraszania wystarczy niewielka ilosc wody lodowej, wobec czego ilosc zimna, jaka mozna w tej wodzie zmagazynowac wynosi okolo 25% ilosci potrzebnej do calkowitego schlodzenia cieczy.To pociaga za soba koniecznosc zastosowania agre¬ gatu skraplajacego o duzej wydajnosci.Po schlodzeniu cieczy do wymaganej temperatu¬ ry, która na przyklad dla mleka waha sie w gra¬ nicach od +2 do +10°C, nastepuje automatyczne wylaczenie sie agregatu skraplajacego, mieszadla i pompy wodnej.Prawie zawsze oprócz schlodzenia zachodzi ko¬ niecznosc przetrzymania w zbiorniku schlodzonej cieczy przez pewien okres czasu po zakonczeniu procesu schladzania. W czasie przechowywania temperatura schlodzonej cieczy szybko podnosi sie wskutek malej ilosci zgromadzonego zimna, co z kolei powoduje koniecznosc czestego uruchamia¬ nia agregatu skraplajacego, pompy wodnej i mie¬ szadla.51449 3 Dla niektórych cieczy bardzo waznym jest okres czasu, w którym nalezy dokonac ich schlodzenia.Na przyklad mleko powinno byc schlodzone w czasie nie dluzszym niz dwie godziny od chwili udoju.Nastepuje wówczas zahamowanie rozwoju bak¬ terii w nim zawartych, dzieki czemu zachowuje ono swoje wlasnosci uzytkowe i smakowe przez dluzszy okres czasu. Ochlodzenie mleka w czasie krótszym od 2 godzin jest bardzo korzystne, po¬ niewaz jeszcze bardziej wydluza okres jego bioche¬ micznej stabilnosci.Istniejace urzadzenia do schladzania cieczy, zwlaszcza mleka, oznaczaja sie wieloma niedogod¬ nosciami. Najpowazniejsze z nich sa omówione ponizej.Dla zapewnienia 2 godzinnego okresu schladza¬ nia mleka urzadzenie musi byc zaopatrzone w agregat skraplajacy o duzej wydajnosci chlodni¬ czej. Na przyklad w urzadzeniu przeznaczonym do jednorazowego schlodzenia 1200 1 mleka musi byc uzyty agregat o wydajnosci 8000 kcal/h przy tem¬ peraturze parowania —5°C. Zastosowanie tak du¬ zego agregatu zwieksza koszt urzadzenia i podnosi koszty obslugi.Zraszanie jest malo wydajnym procesem wymia¬ ny ciepla. Aby • tym sposobem schlodzic w ciagu 2 godzin ciecz zawarta w zbiorniku, mozna go napelnic tylko do okolo polowy objetosci. Zatem do jednorazowego schlodzenia 1200 1 cieczy, nalezy uzyc zbiornika na ponad 2000 1 objetosci. Schlo¬ dzenie pelnej zawartosci zbiornika trwaloby okolo 5—6 godzin, co na przyklad przy mleku jest nie¬ dopuszczalne.W czasie przechowywania schlodzonej cieczy wskutek czestego wlaczania sie mieszadla naste¬ puje na przyklad przy mleku oddzielanie sie ma¬ sla, co zmniejsza jego wlasnosci uzytkowe i sma¬ kowe.Przed kazdym schlodzeniem obslugujacy musi uruchamiac agregat skraplajacy.Przy stosowaniu istniejacych urzadzen na przy¬ klad w zlewniach mleka, gdzie zasadniczo schla¬ dzanie nastepuje jeden raz na dobe, agregat skra¬ plajacy jest niewykorzystany, gdyz jego praca ogranicza sie do 4—5 godzin.Celem wynalazku jest zmniejszenie tych niedo¬ godnosci przez skonstruowanie automatycznie dzia¬ lajacego, malego, lecz wysoko wydajnego urzadze¬ nia, zdolnego do schlodzenia w krótkim czasie pelnej zawartosci zbiornika do zadanej tempera¬ tury i utrzymujacego ja nastepnie w tej tempera¬ turze bez uszkadzania naturalnej jej struktury, wraz z automatycznym gromadzeniem takiej ilosci zimna, jaka potrzebna jest do osiagniecia tej tem¬ peratury.W przypadku mleka okres schladzania nie moze byc dluzszy niz 2 godziny, a temperatura do któ¬ rej nalezy je schlodzic nie moze przekroczyc +10°C, lecz powinna wahac sie w granicach od +2 do +5°C. ' Zgodnie z wytyczonym zadaniem szybkie schla¬ dzanie cieczy zostalo osiagniete w urzadzeniu we¬ dlug wynalazku dzieki temu, ze wokól zbiornika z ciecza schladzana przeplywa woda lodowa ru¬ chem turbulentnym, który jest wywolany pompa wodna o duzej wydajnosci. Dla zabezpieczenia równomiernego schladzania wszystkich powierzchni zbiornika, strumien wody lodowej jest kierowany 5 na nie przez dwie listwy skosne, przegrode boczna i przegrode dolna. Woda lodowa zachowuje stale niska temperature, poniewaz przeplywa równiez przez oblodzony parowacz spelniajacy role aku¬ mulatora zimna. Obracajace sie mieszadlo wyrów- io nuje temperature cieczy w zbiorniku, co równiez skraca okres schladzania.Wskutek intensywnej wymiany ciepla, proces schladzania jest krótki, a wiec krótki jest tez czas pracy mieszadla, a zatem destruktywne jego od- 15 dzialywanie na schladzana ciecz jest równiez mi¬ nimalne.Automatyczne zgromadzenie takiej ilosci zimna, jaka jest potrzebna do schlodzenia pelnej zawar¬ tosci zbiornika osiaga sie w urzadzeniu wedlug 20 wynalazku dzieki temu, ze czujka termostatu, umieszczona w pewnej odleglosci od powierzchni zewnetrznej parowacza wylacza agregat skrapla¬ jacy dopiero wówczas, gdy na parowaczu zgroma¬ dzi sie odpowiednia warstwa lodu, to jest taka, 25 ze umozliwia ilosc zimna, niezbedna dla schlodze¬ nia pelnej zawartosci zbiornika.Na rysunku fig. 1 przedstawia urzadzenie do schladzania cieczy, zwlaszcza mleka wedlug wyna¬ lazku czesciowo w widoku z boku i czesciowo 30 w przekroju przez wanne na wode lodowa, a fig. 2 — urzadzenie w przekroju wzdluz linii A—A na fig. 1.Sklada sie ono ze zbiornika 1 na schladzana ciecz, na przyklad mleko, umieszczonego w izolo- 35 wanej termicznie wannie 2 na wode lodowa. Do czolowej sciany zbiornika 1 (od strony parowacza 11) przymocowane sa dwie skosne listwy 3 i 4.Górna czesc listwy skosnej 3 dochodzi do górnej krawedzi zbiornika 1, natomiast dolna laczy sie 40 z przegroda boczna 5 równiez przymocowana do zbiornika 1 (w polowie wysokosci wanny 2) i bie¬ gnaca wokól trzech pozostalych scian zbiornika 1.Przegroda boczna 5 szczelnie przylega swa krawe¬ dzia do wewnetrznych scian wanny 2. Listwa 45 skosna 4 laczy sie swa górna czescia z przegroda boczna 5, dolna zas przylega szczelnie do przegro¬ dy dolnej 6. Krawedzie listew skosnych 3 i 4 oraz przegrody dolnej 6 przylegaja szczelnie do prze¬ grody pionowej 12. 50 Nad wanna 2 obok zbiornika 1 znajduje sie chlodniczy agregat skraplajacy 7 o malej wydaj¬ nosci chlodniczej, pompa wodna 8 o duzej wydaj¬ nosci i automatyka sterujaca w postaci termosta¬ tów elektrycznych 9 i 10. Agregat skraplajacy 7 55 jest wyposazony w parowacz 11 zanurzony w wo¬ dzie lodowej. Miedzy zbiornikiem 1 i parowaczern 11 znajduje sie przegroda pionowa 12, oddzielaja¬ ca przestrzen parowacza 11 od pozostalej prze¬ strzeni wanny 2 na wode lodowa. W srodku zbior- 6o nika 1 umieszczone jest mieszadlo 13.Po napelnieniu izolowanej termicznie wanny 2 woda i wlaczeniu agregatu skraplajacego 7 do sie¬ ci elektrycznej rozpoczyna sie gromadzenie zimna w postaci lodu, wytwarzajacego sie na parowaczu 65 U o tak dobranej powierzchni, ze umozliwia zgro-51449 6 madzenie ilosci zimna wystarczajacej do jednora¬ zowego schlodzenia pelnej zawartosci zbiornika w zalozonym czasie do wymaganej temperatury.Otrzymanie warstwy lodu na parowaczu 11, umo- zliwajacej zgromadzenie potrzebnej ilosci zimna, 5 zabezpiecza czujka termostatu elektrycznego 9, umieszczona w wyznaczonej eksperymentalnie od¬ leglosci od powierzchni zewnetrznej parowacza 11.Gdy warstwa lodu na parowaczu 11 osiagnie wy? magana grubosc, termostat elektryczny 9 automa- i0 tycznie wylacza agregat skraplajacy 7. Od tej chwili urzadzenie gotowe jest do schlodzenia za¬ lozonej ilosci cieczy.Jezeli zakonczenie gromadzenia zimna zakonczy sie dlugo przed procesem schladzania cieczy, wte- 15 dy wskutek naturalnej wymiany ciepla z otocze¬ niem ilosc zgromadzonego zimna nieco sie zmniej¬ szy. Gdy to nastapi, termostat elektryczny 9 znów wlaczy agregat skraplajacy 7, który uzupelni na parowaczu 11 brakujaca ilosc zimna. W ten spo- 20 sób ilosc zgromadzonego zimna moze byc utrzy¬ mywana przez dowolnie dlugi okres czasu.Gdy w urzadzeniu jest juz zgromadzona wyma¬ gana ilosc zimna, napelnia sie zbiornik 1 ciecza przeznaczona do schladzania, na przyklad mlekiem 25 i uruchamia przelacznikiem pompe wodna 8. wraz z mieszadlem 13.,— Pracujaca pompa wocbia 8 o duzej, w stosunku do ilosci wody lodowej wydajnosci, zasysa spod parowacza 11 wode lodowa o temperaturze od +1 30 do +2°C i tloczy ja poza pionowa przegrode 12 — w przestrzen ograniczona listwa skosna 4, prze¬ groda boczna 5, prawym (od strony patrzacego na rysunek, fig. 2) dolnym narozem wanny 2 i prze¬ groda dolna 6. Strumien wody lodowej oplynawszy 35 pod przegroda boczna 5 wokól trzech scian zbior¬ nika 1, dostaje sie miedzy listwy skosne 3 i 4, wplywa nad przegrode boczna 5, orilywa zbiornik i wyplywajac nad listwa skosna 3 1 przegroda bo¬ czna 5 w lewej górnej czesci wanny 2 przelewa 40 sie przez przegrode pionowa 12 do przestrzeni pa¬ rowacza 11. Przeplywajac przez joblodzony paro- wacz topi lód kosztem odebranego od schladzanej cieczy ciepla, wskutek czego z powrotem oziebia sie i splywa pod parowacz, skad znów zassana 45 przez pompe wodna 8 wraca do obiegu.Dzieki pompie wodnej 8, listwom skosnym 3 i 4, przegrodzie bocznej 5 i przegrodzie dolnej 6 po¬ wstaje strumien wody lodowej, dwukrotnie oply¬ wajacy zbiornik1. 50 Proces schladzania trwa tak dlugo, dopóki ciecz w zbiorniku 7 nie osiagnie wymaganej tempera¬ tury. Gdy to nastapi, termostat elektryczny 10 automatycznie wylacza pompe wodna 8 i mieszadlo 13. Ochlodzona ciecz zaleznie od potrzeby moze 65 byc poddana dalszej przeróbce, lub przetrzymana przez pewien czas w zbiorniku 1. Temperatura schlodzonej cieczy nie tylko nie podnosi sie kosz¬ tem ciepla otoczenia w czasie jej przetrzymywa¬ nia, lecz jeszcze bardziej obniza sie, poniewaz 60 zbiornik z ochlodzona ciecza jest otoczony woda lodowa o temperaturze od +1 do +2°C.Urzadzenie wedlug wynalazku moze schladzac ciecz takze wtedy, gdy wypelnia ona tylko czesc zbiornika 1. Czas schladzania jest wówczas krót- 65 szy w przyblizeniu wprost proporcjonalnie do ilosci cieczy zawartej w zbiorniku 1. Nie zuzywa sie wówczas cala ilosc zgromadzonego zimna, lecz tylko tyle, ile go potrzeba do schlodzenia danej ilosci cieczy. Zuzyta ilosc zimna uzupelnia natych¬ miast wlaczony automatycznie termostatem elek¬ trycznym 9 agregat skraplajacy 7 i urzadzenie jest gotowe do schlodzenia nastepnych partii cieczy.Do gromadzenia zimna zastosowano w urzadze¬ niu wedlug wynalazku chlodniczy agregat skrapla¬ jacy malej wydajnosci, a wiec tani i prosty w ob¬ sludze. Okres gromadzenia potrzebnego zapasu zi¬ mna trwa kilkanascie godzin, zatem agregat jest w pelni wykorzystany. W przypadku umieszczenia urzadzenia na przyklad w punkcie skupu mleka, gromadzenie zimna odbywa sie równiez w nocy, co umozliwia korzystanie z ulgowej taryfy za prad elektryczny.Dzieki zakumulowaniu duzej ilosci zimna po¬ trzebnego do schlodzenia cieczy urzadzenie moze schlodzic 1200 1 na przyklad mleka od temperatury udoju, wynoszacej +35°C do temperatury bioche¬ micznej stabilnosci +5°C w okresie nie przekra¬ czajacym 1,5 godziny.Konstrukcja urzadzenia wedlug wynalazku jest zwarta. Posiada ono male wymiary gabarytowe w stosunku do wydajnosci i maly ciezar. Wskutek zastosowania elektrycznej automatyki sterujacej urzadzenie dziala samoczynnie, a jedynym dozo¬ rem jest jego konserwacja. PL