Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.IX.1969 57990 KI. 45 g, 9/04 MKP AOlj UKD 637.132.7 <3 Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Stanislaw Geza, mgr inz. Zbigniew Ziobrowski Wlasciciel patentu: Zaklady Mechaniczne „Tarnów", Tarnów (Polska) Bezpompowe urzadzenie do schladzania cieczy, zwlaszcza mleka Przedmiotem wynalazku jest bezpompowe urza¬ dzenie do szybkiego schladzania i przechowywania w stanie ochlodzonym wszelkiego rodzaju cieczy, zwlaszcza mleka, za pomoca uprzednio nagroma¬ dzonego przy uzyciu agregatu skraplajacego zapa¬ su zimna, zapewniajacego schlodzenie pelnej za¬ wartosci zbiornika z temperatury +35°C do tem¬ peratury +5°C w czasie nie dluzszym niz 1,5 go¬ dziny.Znane urzadzenia do schladzania cieczy, zwla¬ szcza mleka, z pompowym obiegiem wody lodowej pracujace na zasadzie uprzednio zgromadzonego zimna potrzebnego do schlodzenia zawartej w zbiorniku cieczy, skladaja sie ze zbiornika na schladzana ciecz wraz z mieszadlem, umieszczone¬ go w izolowanej termicznie wannie wypelnionej woda, sluzaca do przenoszenia ciepla, z chlodnicze¬ go agregatu skraplajacego wraz z parowaczem na którym gromadzi sie zimno w postaci warstwy lo¬ du, oraz z pompy wodnej z oprzetem elektrycznym i zaworem zwrotnym dla wywolania obiegu wody chlodzacej.Na kilka godzin przed pierwszym schlodzeniem cieczy, obslugujacy urzadzenie uruchamia agregat skraplajacy, który pracujac gromadzi na parowa- czu warstwe lodu. Po napelnieniu zbiornika ciecza przeznaczona do schlodzenia, obslugujacy urucha¬ mia pompe wodna i mieszadlo, które mieszajac schladzana ciecz, skraca czas jej schladzania.Do nastepnych schladzan nie trzeba specjalnie ]5 20 25 uruchamiac agregatu, poniewaz jest on na stale zalaczony do sieci i po zakonczeniu procesu schla¬ dzania jednej partii cieczy, automatycznie zaczyna gromadzic lód na parowaczu dla schlodzenia par¬ tii nastepnej.Pompa wodna zasysa spod parowacza wode ozie¬ biona do temperatury od +1 do +2°C, zwana da¬ lej woda lodowa i tloczy ja w uklad kanalów wo¬ kól zbiornika z ciecza schladzana. Woda lodowa stykajac sie z cieplymi scianami zbiornika oziebia je jak równiez i ciecz zawarta w zbiorniku. Ogrza¬ na w ten sposób woda lodowa splywa na paro- wacz, gdzie z powrotem oziebia sie kosztem stopie¬ nia zgromadzonego uprzednio zapasu lodu.W znanych rozwiazaniach bezpompowych zarów¬ no zbiornik na ciecz schladzana, jak i zbiornik na wode lodowa maja ksztalt cylindrów, przy czym zbiornik na ciecz schladzana umieszczony jest wspólsrodkowo w izolowanym termicznie zbiorni¬ ku na wode lodowa.Parowacz, na którym gromadzi sie zapas zimna w postaci lodu równiez ma ksztalt cylindryczny i jest umieszczony blisko scian zbiornika na wode lodowa. Miedzy zbiornikiem na ciecz schladzana i parowaczem jest umieszczone pierwsze mieszadlo, w zbiorniku na ciecz schladzana — drugie.Po zgromadzeniu zapasu lodu i napelnieniu zbiornika ciecza przeznaczona do schlodzenia uru¬ chamia sie agregat skraplajacy i obydwa miesza¬ dla. Podobnie jak w poprzednio opisanym urzadze-niu, woda lodowa odbiera przez scianki zbiornika cieplo od cieczy schladzanej. Dostajac sie na paro- wacz, topi zgromadzony tam lód, oziebia sie i da¬ lej oziebia schladzana ciecz. Dla zwiekszenia in¬ tensywnosci wymiany ciepla, .mieszana jest zarów¬ no wóda lodowa jak i ciecz schladzana, a pracuja¬ cy równoczesnie agregat skraplajacy uzupelnia zu¬ zywajacy sie zapas zimna.Istnieja ciecze, które wymagaja szybkiego schlo¬ dzenia. Do nich nalezy mleko, które zawiera pew¬ ne ilosci bakterii. Przy podwyzszonej temperaturze otoczenia nastepuje rozwój tych bakterii, co w efe¬ kcie prowadzi do zepsucia mleka. W tym przypad¬ ku czas schladzania ma ogromne znaczenie, ponie¬ waz mleko nie schlodzone w czasie max. 1,5 go¬ dziny od chwili udoju posiada juz tak mocno roz¬ winieta flore bakteryjna, ze pózniejsze jego schlo¬ dzenie nie zabezpiecza go juz przed zepsuciem.Natomiast mleko schlodzone w podanym czasie zachowuje swoje wlasnosci uzytkowe i smakowe przez dluzszy czas. Ochlodzenie mleka w czasie krótszym od 1,5 godziny jest bardzo korzystne, po* niewaz jeszcze bardziej wydluza okres jego bioche¬ micznej stabilnosci. Mieszanie cieczy schladzanej znacznie skraca czas schladzania. W przypadku mleka mieszanie powoduje jednak oddzielenie tlu¬ szczu od pozostalych jego skladników. Zjawisko to, zwane zmaslaniem, jest bardzo niepozadane, gdyz zmniejsza wlasnosci uzytkowe i smakowe mleka.Zatem i z tej przyczyny schladzanie mleka powin¬ no trwac mozliwie krótko.Omówione powyzej urzadzenia do schladzania cieczy, zwlaszcza mleka odznaczaja sia szeregiem niedogodnosci. Urzadzenia z pompa wodna moga byc budowane tylko jako urzadzenia o duzej wy¬ dajnosci (ze zbiornikiem na ciecz schladzana o po¬ jemnosci 1000 1 i wiekszym). W przypadku stoso¬ wania urzadzen o sredniej wydajnosci (pojemnosc zbiornika na ciecz schladzana okolo 600 1) istnieja duze trudnosci konstrukcyjne z prawidlowym roz¬ mieszczeniem poszczególnych zespolów urzadzenia wynikajace z braku dostatecznej ilosci miejsca.Dla otrzymania szybkiego schlodzenia cieczy, pompa wodna musi przetloczyc duze ilosci wódy lodowej w krótkim czasie, a wiec pompa wodna musi miec duza wydajnosc, a w zwiazku z tym i duzy gabaryt. Rura zasysajaca pompy wodnej, która jest zawsze umieszczona nad powierzchnia wody lodowej i cieczy schladzanej, musi ponadto posiadac zawór zwrotny, aby w kazdej chwili mo¬ gla rozpoczac prace. Poniewaz prawie cala prze¬ strzen pod agregatem skraplajacym i pompa wo¬ dna zajeta jest przez parowacz gromadzacy zimno, rura zasysajaca pompy wodnej musi byc umie¬ szczona obok parowacza.W przypadku nieprawidlowej pracy termostatu, regulujacego grubosc warstwy lodu na parowaczu i zgromadzeniu wiekszej ilosci lodu zachodzi moz¬ liwosc zamarzniecia zaworu zwrotnego, a wskutek tego uniemozliwienie schlodzenia przeplywajacej wody lodowej.Ponadto zastosowanie pompy wodnej podnosi koszt samego urzadzenia oraz koszty jego eksploa¬ tacji, co wybitnie zwieksza sie (w odniesieniu na 4 1 litr schladzanej cieczy) wraa ze zmniejszeniem wydajnosci urzadzenia.Znane bezpompowe urzadzenia do schladzania cieczy moga byc budowane tylko jako urzadzenia 5 o malej wydajnosci (ze zbiornikiem na ciecz schla¬ dzana o pojemnosci najwyzej 300 litrów).Opisane powyzej urzadzenie do schladzania cie¬ czy sklada sie z dwóch zbiorników cylindrycznych, usytuowanych wspólsrodkowo. Posiada ono dwa 10 mieszadla, z których jedno wprawia w ruch ciecz schladzana, znajdujaca sie w zbiorniku wewnetrz¬ nym, natomiast drugie — wode lodowa, w prze¬ strzeni miedzy obydwoma zbiornikami. Mieszadlo poruszajace ciecz schladzana znajduje sie na wale 15 pionowym.Mieszadlo poruszajace wode lodowa, znajduje sie równiez w pozycji pionowej i przymocowane jest do dlugiego ramienia, przytwierdzonego prostopa¬ dle do walu, poruszajacego mieszadlo do cieczy 20 schladzanej.Obracajacy sie wal mieszadla do cieczy schla¬ dzanej obraca równoczesnie mieszadlo do wody lo¬ dowej. Z uwagi na konieczna w tym przypadku sztywnosc konstrukcji ramie to nie moze byc zbyt 25 dlugie a zatem takie rozwiazanie nie nadaje sie do urzadzen o sredniej (i duzej) wydajnosci. Po¬ nadto wskutek nierównomiernego narastania war¬ stwy lodu na parowaczu istnieje mozliwosc, ze mieszadlo zacznie o nia zawadzac, cp moze spowo- 30 dowac jego wygiecie lub urwanie.Celem wynalazku jest usuniecie tych niedogod¬ nosci przez skonstruowanie urzadzenia o malym gabarycie, lecz wysoko wydajnego, mogacego schlodzic w krótkim czasie pelna zawartosc zbior- 35 nika do zadanej temperatury i zapewniajacego utrzymanie schlodzonej cieczy w tej temperaturze przez dowolnie dlugi okres czasu, gromadzac taka ilosc zimna, jaka potrzebna jest do schlodzenia cieczy do zadanej temperatury. 40 W przypadku mleka okres schladzania nie powi¬ nien byc dluzszy niz 2 godziny, a temperatura, do której nalezy je schlodzic nie moze przekroczyc 10°C, lecz powinna sie wahac w granicach od +2 do+5°C. 45 Zgodnie z wytyczonym zadaniem szybkie schlo¬ dzenie cieczy zostalo osiagniete dzieki temu, ze wokól zbiornika z ciecza schladzana przeplywa woda lodowa ruchem turbulentnym, wywolanym ruchem obrotowym smigla umieszczonego w wo¬ dzie lodowej miedzy parowaczem i zbiornikiem.Dla zabezpieczenia równomiernego schladzania wszystkich scian zbiornika, strumien wody lodowe] kierowany Jest na nie przy pomocy przegród, usta¬ wionych pionowo z obydwu stron Smigla. Obraca¬ jace sie tylko w czasie schladzania mieszadlo umieszczone w zbiorniku z ciecza schladzana przy¬ spiesza proces schladzania.Woda lodowa zachowuje stale niska temperatu- 60 re, poniewaz krazac wokól zbiornika przeplywa takze przez oblodzony parowacz, gdzie oziebia sie wskutek stapiania zgromadzonego uprzednio na parowaczu zapasu lodu, którego ilosc jest regulo¬ wana automatycznie i wystarcza do jednorazowego 65 schlodzenia pelnej zawartosci zbiornika.57990 6 Wskutek intensywnej wymiany ciepla, proces schladzania jest krótki, a wiec krótki jest tez czas pracy mieszadla, wobec czego destruktywne jego oddzialywanie na schladzana ciecz jest równiez minimalne.Urzadzenie wedlug wynalazku jest uwidocznione w przykladzie wykonania na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia widok urzadzenia z boku (po zdjeciu przedniej sciany wanny na wode lodowa), a fig. 2 przedstawia to samo urzadzenie w prze¬ kroju poprzecznym wzdluz linii A-A.Zbiornik 1 na schladzana ciecz, na przyklad mle¬ ko, umieszczony jest w izolowanej termicznie wan¬ nie 2 na wode lodowa. Miedzy zbiornikiem 1 i pa- rowaczem 3 umieszczone sa dwie pionowe prze¬ grody 4 i 5 ustawione w plaszczyznach w przybli¬ zeniu równoleglych, przylegajace szczelnie dolnymi, krótszymi krawedziami do dna wanny 2. Jedna z dluzszych krawedzi przegrody 4 znajduje sie przy czolowej scianie zbiornika 1, natomiast druga, miedzy cylindryczna oslona smigla 6 i oslona prze- ciwlodowa 7.Przegroda 5 przylega jedna z dluzszych krawe¬ dzi do wanny 2 w poblizu naroza zbiornika 1, zas druga opiera sie o oslone przeciwlodowa 7. Górne krótsze krawedzie obu przegród przymocowane sa do katowników 8, przytwierdzonych do wanny 2.Umieszczone w oslonie 6 smiglo 9 dzieki które¬ mu powstaje silny strumien wody lodowej, nape¬ dzane jest paskiem klinowym przez sprzeglo klowe z walu glównego sprezarki chlodniczego agregatu skraplajacego 10. Kolo pasdwe smigla 9 i czesc pa¬ ska klinowego umieszczone jest w oslonie wodo¬ szczelnej 11.Nad wanna 2, obok zbiornika 1, znajduje sie przytwierdzony do ramy nosnej 12 skraplajacy agregat chlodniczy 10 o malej wydajnosci, wraz z parowaczem 3 umieszczonym w wodzie lodowej obok zbiornika 1, termostatem 13 i przelacznikiem warstwowym 14. Nad zbiornikiem 1 w poblizu pa- rowacza 3 umieszczono zespól mieszadla 15 do wprawiania w ruch cieczy schladzanej.W celu uruchomienia urzadzenia podlacza sie je do sieci elektrycznej a nastepnie napelnia woda wanne 2. Przez ustawienie przelacznika warstwo¬ wego 14 w polozenie „akumulacja lodu" wlacza sie agregat chlodniczy 10, który pracujac gromadzi na parowaczu '3 zimno w postaci warstwy lodu. Po¬ wierzchnia parowacza jest tak dobrana, ze umoz¬ liwia zgromadzenie zimna w ilosci potrzebnej do jednorazowego schlodzenia pelnej zawartosci zbior¬ nika w czasie max. 1,5 godziny, z temperatury + 35°C do temperatury +5°C. Gdy warstwa lodu na parowaczu 3 osiagnie wymagana grubosc, ter¬ mostat 13 automatycznie wylacza agregat chlod¬ niczy 10. Od tej chwili urzadzenie gotowe jest do schlodzenia cieczy.Jezeli gromadzenie zimna, zakonczy sie na dlugo przed procesem schladzania cieczy, wtedy wskutek naturalnej wymiany ciepla z otoczeniem, ilosc zgromadzonego zimna nieco sie zmniejszy. Gdy to nastapi, termostat 13 automatycznie wlaczy agre¬ gat chlodniczy 10, który uzupelni na parowaczu 3 brakujaca ilosc zimna. W ten sposób, ilosc zgro- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 madzonego zimna moze byc utrzymana przez do¬ wolnie dlugi okres czasu.Moze sie zdarzyc, ze termostat 13 zostanie usz¬ kodzony lub zle ustawiony i nie wylaczy agregatu chlodniczego 10 mimo nagromadzenia na parowa¬ czu 3 wymaganej warstwy lodu. W takim przy¬ padku agregat chlodniczy 10 bedzie pracowal w dalszym ciagu, przy czym grubosc warstwy lodu na parowaczu 3 bedzie sie zwiekszac az do calko¬ witego zamarzniecia przestrzeni pomiedzy parowa¬ czem a smiglem 9. Uruchomienie urzadzenia do schladzania cieczy jest w takich warunkach nie¬ mozliwe, poniewaz nawet nieznaczna warstwa lo¬ du wewnatrz oslony smigla 6 uniemozliwilaby obracanie sie smigla 9.Aby temu zapobiec, umieszczono w przestrzeni pomiedzy oslona smigla 6 i brzegiem parowacza oslony przeciwlodowe 7, wykonane z tworzywa sztucznego. Dzieki niskiemu przewodnictwu ciepl¬ nemu zastosowanego tworzywa, temperatura wo¬ dy od strony oslony smigla 6 nigdy nie obniza sie ponizej 0°C, a uruchomienie agregatu do schladza¬ nia bedzie mozliwe nawet przy calkowitym za¬ marznieciu parowacza 3.Gdy w urzadzeniu jest juz zgromadzona wyma¬ gana ilosc zimna, napelnia sie zbiornik 1 ciecza przeznaczona do schlodzenia, na przyklad mlekiem, laczy sie sprzeglo klowe, uruchamia najpierw mie¬ szadlo 15, a nastepnie agregat chlodniczy 10 przez ustawienie przelacznika 14 w polozeniu „schladza¬ nie". W tym polozeniu przelacznika, agregat chlo¬ dniczy 10 pracuje nieprzerwanie, bez wzgledu na impulsy przekazywane przez termostat 13.Pracujacy przy polaczonym sprzegle agregat 10 przenosi paskiem klinowym naped na smiglo 9, które obracajac sie w oslonie cylindrycznej 6, wy¬ twarza silny, skierowany na czolowa sciane zbior¬ nika 1 strumien wody lodowej. Dzieki przegrodom 4 i 5 strumien ten plynie wokól zbiornika 1 glów¬ nie w przestrzeni miedzy scianami wanny 2 i pio¬ nowymi scianami zbiornika 1, rozpoczynajac swój bieg przy górnym prawym narozu zbiornika 1 i górnym dluzszym boku, a konczac przy dolnym dluzszym boku i dolnym prawym narozu. Czesc strumienia plynie ta sama droga pod dnem zbior¬ nika 1.Woda lodowa omywajac cieple sciany zbiornika 1 odbiera cieplo schladzanej cieczy i sama pod¬ grzewa sie kosztem tego ciepla. Przegroda 4 nie pozwala wyplywajacej z przestrzeni miedzy zbior¬ nikiem 1 i wanna 2 wodzie lodowej na bezposred¬ nie wplyniecie na smiglo 9, lecz zmusza ja do przeplyniecia przez oblodzony parowacz 3 gdzie z powrotem zostaje oziebiona kosztem stapianego lodu, a nastepnie znów zagarnieta przez obracajace sie smiglo 9 i wprowadzona do obiegu.Obracajace sie mieszadlo 15 wyrównuje tempe¬ rature w schladzanej cieczy, przez co skraca sie okres schladzania, a pracujacy agregat chlodniczy 10 czesciowo uzupelnia zuzywajacy sie w czasie schladzania zapas lodu.Po osiagnieciu wymaganej temperatury schla¬ dzanej cieczy, ustawia sie przelacznik 14 najpierw w polozenie „stop", co powoduje unieruchomienie7 t zarówno mieszadla 15 jak i agregatu chlodniczego 10, rozlacza sie sprzeglo i ustawia przelacznik 14 w polozenie „akumulacja lodu". Od tej chwili ag¬ regat chlodniczy 10 sterowany termostatem 13 rozpoczyna gromadzenie zimna w postaci lodu na parowaczu 3, przygotowujac urzadzenie do schlo¬ dzenia nastepnej partii cieczy* .*;, Tak schlodzona ciecz mozna przetrzymac w zbiorniku 1 przez dowolnie dlugi okres czasu. W czasie przetrzymywania, temperatura cieczy schlo¬ dzonej nie tylko sie nie podnosi, lecz dalej sie ob¬ niza wskutek wymiany ciepla droga naturalnej konwekcji z woda lodowa, Urzadzenie wedlug wynalazku moze schladzac ciecz takze i wtedy, gdy wypelnia ona tylko czesc* zbiornika 1. Czas schladzania jest wówczas krótszy w przyblizeniu wprost proporcjonalnie do ilosci cieczy zawartej w zbiorniku 1. Me zuzywa sie wówczas cala ilosc zgromadzonego zimna, lecz tyl- kp tyle ije jest potrzebne do schlodzenia danej ilosci c}eczy.Do gromadzenia zimna zastosowano w urzadze¬ niu wedlug wynalazku chlodniczy agregat skrapla¬ jacy malej wydajnosci, a wiec tani i prosty w ob¬ sludze. Czas gromadzenia zimna trwa tu kilkana¬ scie godzin, zatem agregat jest w pelni wykorzy¬ stany. W przypadku zainstalowania urzadzenia na przyklad w punkcie skupu mleka, gromadzenie zimna odbywa sie równiez w nocy/ co umozliwia korzystanie z ulgowej taryfy za energie elektry¬ czna.Dzieki zakumulowaniu duzej ilosci zimna potrze¬ bnego do schladzania cieczy, urzadzenie nie moze schlodzic 600 litrów na przyklad mleka o tempera¬ turze udoju wynoszacej +35°C do temperatury je¬ go biochemicznej stabilnosci +5°C, w okresie nie przekraczajacym 1,5 godziny.Konstrukcja urzadzenia wedlug wynalazku jest zwarta. Posiada ono male wymiary gabarytowe w stosunku do swej wydajnosci i maly ciezar. Prosta konstrukcja urzadzenia umozliwia poslugiwanie 5 sie nim nawet osobom bez kwalifikacji technicz¬ nych. PL