RU168785U1 - Комплекс мгновенного охлаждения молока с аккумулятором льда - Google Patents

Abstract

Комплекс мгновенного охлаждения молока с аккумулятором льда содержит теплоизолированный полуцилиндрический резервуар с широкой верхней траверсой и узкой крышкой на рояльных петлях, мотор-редуктор и мешалку, а также компрессорный конденсаторный агрегат (ККА) с магнитным пускателем, связанный со змеевиком-испарителем. К днищу резервуара приварен полуцилиндрический герметичный водяной картер днища со встроенным в торец баком-расширителем, циркуляционным насосом и перегородкой-делителем потока, внутрь картера под днищем размещен погружной полуцилиндрический змеевик-испаритель с гальваническим датчиком толщины наморозки льда, связанный электрически с магнитным пускателем ККА. Нижний патрубок картера, через циркуляционный насос, соединен с верхним напорным патрубком бака-расширителя выше перегородки-делителя потока. На резервуаре установлен также промывочно-разгрузочный насос с гибким шлангом и пистолетом.Комплекс обеспечивает мгновенное охлаждение молока через ледяное днище в процессе дойки, благодаря накопленному на змеевике льду и циркулирующей снаружи днища ледяной воде. После сдачи суточного удоя встроенным ПРН резервуар легко промывается через пистолет при открытых крышках.

Description

Комплекс предназначен для сбора и мгновенного охлаждения молока из молокопровода на молочно-товарных фермах, содержащих от 50 до 300 голов КРС.

Известны установки мгновенного охлаждения молока УМОХМ, производимые фирмой РИФИНГ (г. Миасс), предназначенные для сбора охлажденного в потоке молока из молокопровода, содержащие кубические резервуары ледяной воды ПОТОК со змеевиком, через который проходит молоко из молокопровода в доильном зале, перед тем, как поступить в горизонтально-цилиндрический термос ТУЕС-2 на 2 т (100 голов) или ТУЕС-4 (4 т, 200 голов), описанные на сайте [1]:

http://www.reefing.ru/assets/templets/reefing_templet/MLK_tmpl/files_MLK/REEFING_equip.pdf.

В изотермическом термосе ТУЕС молоко, охлажденное в ПОТОКЕ до 4 град, сохраняет свою температуру +4°С за счет надежной теплоизоляции и суточный удой (вечерний + утренний) до его сдачи на молокозавод поддерживается в высоком качестве.

Там же [1] на стр. 4 показано, что минимальный фоновый уровень БАК-обсемененности 100000 шт/мл при мгновенно охлажденном молоке поддерживается в термосе ТУЕС неизменным в течение суток до сдачи его на молокозавод. Если начало охлаждения молока осуществляется через 3 и более часа после дойки, уровень БАК-обсемененности может увеличиться в 5 раз до 500000 шт/мл - предельно допустимого при сдаче на молокозаводы.

Основным недостатком, препятствующим широкому внедрению УМОХМ, состоящей из резервуара ТУЕС в сочетании с установкой мгновенного охлаждения ПОТОК, является конструктивная сложность, большие массогабаритные характеристики, необходимость использования автоматов промывки резервуара-термоса ТУЕС со значительными расходами горячей и холодной воды, щелочи и кислоты, а также времени и электроэнергии на промывку после сдачи молока. Как следствие конструктивной сложности - большая трудоемкость изготовления - затрудненный монтаж и высокая цена.

От этих недостатков свободен закрытый молокоохладитель (ЗМПЦИЛ) по патенту РФ №148964 [2], являющийся прототипом. Он содержит теплоизолированный полуцилиндрический резервуар с широкой верхней траверсой, мотор-редуктором и мешалкой, а также одной-двумя откидными крышками на рояльных петлях и щелевым испарителем (ЩИ) полуцилиндрического днища, связанным с мощным компрессорно-конденсаторным агрегатом (ККА). Кроме того, к сливному крану подсоединен промывочно-разгрузочный насос (ПРН) с гибким шлангом и пистолетом выгрузки молока и его промывки в режиме циркуляции. В отличие от автоматов промывки [1] ПРН обеспечивает чистую промывку ЗМПЦИЛ всего лишь 50 л воды, вместо 600 л, а также требует 10 мин, вместо 1…1,5 часов. Холодильная мощность ККА пропорциональна площади щелевого испарителя (ЩИ) и объему резервуара от 1000 л до 6000 л, и подбирается таким образом, чтобы обеспечить охлаждение парного молока с 34 град до 4 град по двухдоечному Евростандарту ISO5708 2BII за 2,5 часа после дойки. ЗМПЦИЛ по патенту РФ №148964, как и другие молокоохладители, имеет минимальный объем молока для включения в работу под нагрузкой, составляющий 10% от его полной вместимости, поэтому операторы включают ККА через 1…1,5 часа после начала вечерней дойки, когда ЗМПЦИЛ гарантированно заполнен на 15…20%, чтобы избежать аварийного ненагруженного режима работы ККА - ЗМПЦИЛ с «пустым» резервуаром. Поэтому завершение процесса охлаждения вечерней дойки до +4°С обычно происходит через 3…4 часа после ее начала и важное время для подавления роста БАК-обсемененности упущено.

Основным недостатком ЗМПЦИЛ является высокая мощность ККА для быстрого охлаждения и повышенные издержки производства, обусловленные ростом валютной составляющей пропорционально мощности импортных ККА.

Известны также комплексы мгновенного охлаждения молока [3] по патенту РФ №163198 от 07.09.2015 г., которые обеспечивают экономию электроэнергии за счет винтового предохладителя молока (ВПМ) и использования «бесплатного» холода от артезианской воды, протекающего через гофрошланг ВПМ, для предохлаждения парного молока до 10…14 град в процессе дойки. Их недостатком является повышенное потребление артезианской воды в соотношении 2,5:1 для эффективного предохлаждения в процессе дойки, которое не успевают выпить коровы за 2 часа дойки, и, как следствие, необходимость дополнительных буферных резервуаров-накопителей подогретой (от молока) артезианской воды (14…16 град) объемом 1…1,5 от суточного удоя. А это вызывает порой затруднения в компоновке и загромождение доильных залов. К тому же не все доильные залы оснащены артезианским водопроводом, летние лагеря снабжаются озерной водой.

Кроме того, известны закрытые горизонтально-цилиндрические молокоохладители РАСКО RM/IB [4] (Бельгия - Голландия) с накоплением льда между дойками, содержащие сравнительно маломощный ККА и автомат промывки с подключением горячей, холодной воды, канализации, перистальтических насос-дозаторов. В них имеются сложные системы циркуляции ледяной воды с мощными водяными насосами от 0,75 до 1,5 кВт и 4-мя форсунками (струйными головками), «омывающими» танк в процессе дойки.

Их основным недостатком является конструктивная сложность как системы циркуляции ледяной воды для охлаждения внутреннего резервуара, так и автомата промывки с повышенным расходом воды и времени на мойку, а также сложность подключения автомата промывки (горячая вода, холодная вода, канализация) и пуска в эксплуатацию. Как следствие -высокая стоимость резервуаров. Избыточная гидравлическая мощность насосов циркуляции ледяной воды 0,75…1,5кВт через омывающие струйные головки, подогревает этой паразитной мощностью ледяную воду в режиме циркуляции, т.е. заметно снижает КПД на 10…15% с учетом величины холодильной мощности ККА порядка 5…10кВт в режиме генерации льда и дойки.

Известен также молокоохладитель [5] по патенту №122840 от 22.05.2012 г., содержащий погружной змеевик-испаритель (непосредственно на днище) в молоко, связанный с ККА. Его недостатком является также повышенная избыточная мощность ККА для быстрого охлаждения и возможный рост БАК-обсемененности при замедленном охлаждении в случае ограниченной мощности ККА.

Целью предлагаемой полезной модели является значительное уменьшение холодильной мощности и стоимости ККА при реализации комплекса мгновенного охлаждения молока с аккумулятором льда на базе закрытого полуцилиндрического молокоохладителя, без изменения его массогабаритных характеристик, а также повышение качества молока с подавлением роста БАК-обсемененности за счет мгновенного охлаждения в процессе дойки.

С этой целью в комплекс мгновенного охлаждения молока с аккумулятором льда, содержащий теплоизолированный полуцилиндрический резервуар с широкой верхней траверсой и узкой крышкой на рояльных петлях, мотор-редуктор и мешалку, а также компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) с магнитным пускателем, связанный со змеевиком-испарителем, СОГЛАСНО сущности полезной модели, ВВЕДЕН полуцилиндрический герметичный водяной картер днища со встроенным в торец баком-расширителем, циркуляционным насосом и перегородкой-делителем потока. Кроме того, внутрь картера, в его середине, размещен погружной полуцилиндрический змеевик-испаритель с гальваническим датчиком толщины наморозки льда (ГДТ), связанный электрически с магнитным пускателем ККА, причем нижний патрубок картера через циркуляционный насос соединен с верхним напорным патрубком бака-расширителя выше делителя потока.

В комплексе на резервуаре может быть размещен промывочно-разгрузочный насос с гибким шлангом и пистолетом.

Конструкция комплекса представлена на Фиг. 1.

Комплекс содержит теплоизолированный полуцилиндрический резервуар 1 с облицовкой (сталь AISI304, теплоизоляция и облицовка на Фиг. 1 не показаны), с широкой верхней траверсой 2 и узкой крышкой 3 на рояльных петлях 4, а также мотор-редуктор 5 с мешалкой 6. На единой раме с резервуаром 1 размещен компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) 7 с магнитным пускателем 8. К днищу резервуара 1 снаружи приварен герметично полуцилиндрический водяной картер 9 со встроенным в торец баком-расширителем 10, перегородкой-делителем потока 11 и циркуляционным насосом 12. Внутрь картера 9, в его середине, размещен полуцилиндрический змеевик-испаритель 13 с гальваническим датчиком 14 толщины наморозки льда (ГДТ). ГДТ 14 представляет собой электро-изолированный штырь (AISI304 Ф4 мм) с открытым наконечником, расположенным в 15…17 мм от днища, связанный через электронный усилитель (на Фиг. 1 не показан) с магнитным пускателем 8. Нижний патрубок 15 картера 9 через циркуляционный насос 12 соединен с верхним напорным патрубком 16 бака-расширителя 10 выше делителя потока 11. На левом торце резервуара 1 установлен промывочно-разгрузочный насос 17 с гибким шлангом и пистолетом 18. Змеевик-испаритель 13 выполнен из трубы AISI304 Ф 14×1 мм в виде 4…6 четырехходовых равномерных «змеек» с шагом 80 мм. Инжектор 19 жидкого фреона (труба Ф 14×1 мм) и коллектор 20 (труба Ф25×1 мм) фреонового пара имеют полуцилиндрическую дуговую форму. В инжекторе 19 предусмотрены отверстия Ф 1,5 мм для равномерного деления потока жидкого фреона из терморегулирующего вентиля ККА 7 (на Фиг. 1 не показан), и равномерного «нарастания» трубы льда, а впоследствии, плиты льда вокруг змеевика 13 при кипении фреона в трубах. Коллектор 20 соединяется с полостью всасывания компрессора ККА 7. Регулируемыми опорами резервуар 1 выставляется с уклоном к сливному патрубку молока, поэтому сливной патрубок ледяной воды 15 также оказывается в нижней точке относительно горизонта, а весь воздух при заполнении картера 9 водой через расширительный бак 10 вытесняется из верхнего сапуна бака 10.

Резервуары 1 вместимостью 1500…2500 литров имеют днище размером 1250×2500 мм с площадью 3,124 м.кв. достаточной для интенсивного теплообмена при минимальном перепаде температур между молоком и водой 3…4 градуса. Змеевик-испаритель имеет достаточную длину 40пог.м. и контактную площадь 1,8 м.кв. для эффективного накопления (аккумулирования) льда в плиту до 100 мм. Их картер 9 имеет толщину (высоту) 120 мм и объем воды 375 литров, при этом максимальный объем льда в виде «сросшихся» ледяных труб в середине картера составляет 90…100 мм (250 кг с зазорами 15 мм относительно днища резервуара и картера). Максимальный коэффициент заполнения картера льдом составляет 0,66. Компрессор пониженной мощности для обслуживания таких комплексов может быть использован TAG4546Z с холодопроизводительностью 4,6 кВт в режиме кипения R404 с температурой «-10 град» (при накоплении льда).

Для емких резервуаров 3000…5000 литров соответствующие размеры увеличенного днища будут 1500×3000 мм, «утолщенного» картера 180 мм, плиты льда 140 мм, с объемом воды в картере 810 литров. Максимальная масса льда 630 кг, зазоры ледяной плиты от днища резервуара и от картера 20 мм. Количество змеек - 6 штук, общая длина труб змеевика-испарителя - 72 пог.м., контактная площадь труб - 3,2кв.м. Пропорционально повышается мощность компрессора МТ080, МТ100, МТ125 для 3…5 - тонных резервуаров.

Работает комплекс следующим образом. При первоначальном включении ККА 7 и циркуляционного насоса 12 вода в картере и расширительном баке 10 охлаждается с температуры 17 град до 0 град. 375 литров воды в картере 9 и 25 литров в расширительном баке 10 охладятся за время 400 кг*4,2 кДж/кг*град*18 град/(7,9+10,5) кВт*0,5=3217 сек=54 мин, где 4,2 кДж/кг*град - удельная теплоемкость воды, 7,9 кВт - холодопроизводительность TAG4546Z в режиме кипения R404 при «0 град», 10,5 кВт - холодопроизводительность в режиме кипения при «7,2 град». После этого на змеевике-испарителе начинает равномерно нарастать лед, а температура кипения R404 автоматически понижается до «-5 град» и «-10 град». Холодопроизводительность TAG4546Z сначала понижается до 6,2 кВт, а затем до 4,6 кВт (при «-10 град»). Трубы льда, намерзшего на змеевике, со временем нарастают с 2 сторон до плиты общей толщиной 90…100 мм с сохранением зазоров между днищем и картером порядка 10…12 мм, контролируемых гальваническим датчиком толщины ГДТ 14. При вмерзании в лед наконечника ГДТ 14 электропроводность наконечника относительно корпуса резко уменьшается и - через электронный усилитель - обесточивается магнитный пускатель 8 ККА 14. Компрессор останавливается. Время накопления номинальной массы льда 250 кг определяется соотношением 250 кг*330 кДж/кг/(4,6+6,2) кВт*0,5=15277 сек=4,2 ч, где 330 кДж/кг - удельная теплота кристаллизации (таяния) льда. Аккумулированная энергия холода составляет 250 кг*330 кДж/кг=82500 кДж. Следует отметить, что автоматика обеспечит упомянутый режим накопления льда от ККА 7 за счет работы ТРВ и ГДТ 14 перед утренней дойкой по ночному (уменьшенному) тарифу. При начале утренней дойки для двухдоечного резервуара 2500 литров с общим объемом утреннего удоя 1000 литров за время 2 часа (7200 сек) в комплекс поступает поток мощности 1000 кг*3,95 кДж/кг*град*(32-4) град/7200 сек=15,4 кВт, где 3,95 кДж/кг*град - удельная теплоемкость молока, 32 град - температура молока начальная, 4 град - температура охлажденного молока. Общий тепловой поток от парного молока составит 1000 кг*3,95кДж/кг*град*28 град=110600 кДж. Циркуляционный насос 12 через торец расширительного бака 10 и перегородку - делитель потока 11 прогоняет ледяную воду под днищем резервуара при работающей мешалке 6, обеспечивает теплообмен, охлаждает молока за счет накопленного (аккумулированного) льда. Лед начинает таять, прогреваясь равномерным циркуляционным потоком через перегородку 11 по верхней и нижней щели картера. При этом в нижний патрубок картера 15 поступает ледяная вода Оград, а в верхних щелях картера 9 между ледяной плитой и днищем резервуара 1 вода подогревается через днище на несколько градусов от парного молока. После набора 150…200 литров молока через 20 минут после начала дойки лед растапливается, так что ГДТ 14 оттаивает и включает компрессор ККА 7, однако плита льда продолжает таять, т.к. поток холодильной мощности от ККА 7, составляющий в среднем 0,5*(4,6+6,2)=5,4 кВт значительно меньше потока средней тепловой мощности от молока, составляющей 15,4 кВт.

Из 110600 кДж, поступившей в резервуар 1 тепловой энергии молока, величина 82500 кДж будет компенсирована при полном таянии накопленного льда и остановленном компрессоре ККА 7. Оставшееся тепло 110600 кДж-82500 кДж=28100 кДж за время t=28100кДж/5,4 кВт=5203 сек=87 мин будет компенсировано работой ККА 7, включившегося через 20 минут после начала дойки. При завершении дойки (через 120 минут после ее начала) ККА 7 автоматически продолжает работать еще около 3 часов) и накапливать оплавившийся лед. Общее время утренней работы ККА 7 составит 4,2 часа, после чего агрегат обесточится автоматически от ГДТ 14. Аналогичный цикл работы ККА 7 с аккумуляцией льда будет в результате вечерней дойки. Исходный объем льда 250 кг оказывается достаточным, чтобы ледяные трубы в процессе дойки до конца не оплавлялись. Таким образом, суточный удой 2000 литров будет мгновенно охлаждаться до 4 градусов в процессе доек. Большой контактной площади днища 3,125 кв.м. плюс контактной площади торца 1 кв.м. оказывается вполне достаточно, чтобы довести температуру молока до 3…4 градусов при работающей мешалке 6 и циркуляционном насосе 12. Циркуляционный насос 12 имеет мощность 50 Вт, рабочие расходы 2…4 куб.м./час, при давлении до 0,2 ат (2 м водяного столба). Благодаря условным проходам ду25 патрубков 15 и 11, а также перегородке делителя потока 11 (10 отверстий Ф12 мм) упомянутые большие расходы насоса 12 обеспечивают интенсивный теплообмен и поток холода от тающего льда в молоко, чтобы во время дойки поддерживать его температуру (3...4 градуса). При отгрузке суточного удоя открывают дисковый затвор резервуара 1, включают ПРН 17 и через гибкий молочный шланг при нажатом пистолете 17 за 15 минут выгружают 2000 литров молока в молоковоз. После чего в резервуар 1 заливают 50 л холодной воды с добавлением щелочи и в режиме циркуляции мощной напорной струей 20 мм при открытых крышках 3 насосом 17 промывают резервуар с мешалкой изнутри. Аналогично работают 3...5-тонные комплексы при увеличенной площади днища 1500×3000 мм и объеме картера 810 литров с повышенной массой аккумулированного льда до 630 кг, удлиненным змеевиком-испарителем 72 м, 6 змеек, и более мощными компрессорами.

Таким образом, реализован комплекс мгновенного охлаждения молока практически в неизменных, относительно прототипа, габаритах. Благодаря ПРН 17 и пистолету 18 удобно выгружается молоко и легко промывается внутренняя полость резервуара через открытые крышки. По сравнению с прототипом [2] по патенту РФ №148964 в комплексе с аккумулятором льда вдвое уменьшена мощность и стоимость ККА, а также повышено качество молока за счет охлаждения в процессе дойки. Охлаждение начинается с первых литров, нет паузы для частичного покрытия испарителя перед включением. По сравнением с импортным молокоохладителем РАСКО RM/IB [4] в предлагаемом комплексе оптимизирован теплообмен накопленной плиты льда с охлаждаемым молоком, благодаря размещению погружного змеевика-испарителя в середине картера днища и непосредственному контакту молока с ледяной водой через большую площадь днища и торец расширительного бака. Мощность циркуляционного насоса 50 Вт при малом давлении до 0,2 ат расходуется исключительно для прокачки больших объемов ледяной воды и равномерного плавления плиты льда через равноудаленные широкие отверстия делителя потока. У аналога [4] мощность циркуляционного насоса 0,75 кВт расходуется на прокачку таких же объемов воды через множество дроссельных струй 4-хструйных головок под большим давлением 1,5…2 ат, охлаждающих молоко снаружи резервуара. Эта мощность в 15 раз (!!!) больше циркуляционного насоса комплекса и с учетом холодопроизводительности ККА, составляющей 5 кВт уменьшает КПД РАСКО RM/IB на 0,75 кВт/5 кВт=0,15, т.е. на 15%, т.к. при дросселировании струй на головках происходит разогрев воды с упомянутой мощностью. Существенно упрощена конструкция предлагаемого комплекса в режиме выгрузки и промывки через открытые крышки по сравнению с автоматом промывки у аналога за счет встроенного насоса ПРН, гибкого шланга и пистолета с мощной водонапорной струей. Промывка комплекса осуществляется за 15 минут, расходуется не более 50…100 литров воды (на 2 цикла), у аналога время промывки тонкими струйками 1…1,5 часа, общий объем воды (4-5 циклов по 70 литров) не менее 300…400 литров, несмотря на датчики-ограничители уровня воды в цикле. Подключение и пуск в эксплуатацию комплекса по сравнению с аналогом также упрощено. Не требуется присоединение водопровода, горячей воды и канализации к автомату промывки. Преимуществом комплекса по сравнению с молокоохладителем - патентом РФ №122840 [5] заключается в кратном снижением мощности ККА и минимизации БАК-обсемененности за счет мгновенного охлаждения молока в процессе дойки.

Предлагаемый комплекс мгновенного охлаждения молока с накоплением льда является полностью автономным и не требует артезианской (озерно-профильтрованной) воды с буферной емкостью объема суточного удоя и раздачей подогретой воды в автопоилки, как это необходимо у аналога [3] по патенту РФ №163198.

Источники информации

1. Установка мгновенного охлаждения молока УМОХМ (г. Миасс): «ПОТОК», танк «ТУЕС».

http://www.reefing.ru/assets/templets/reefing_templet/MLK_tmpl/files_MLK/REEFING_еquip.pdf

2. Закрытый молокоохладитель. Патент РФ №148964, A01J 9/04 от 19.08.2014 г.

3. Комплекс мгновенного охлаждения молока. Патент РФ №163198 от 07.09.2015 г.

4. Молокоохладитель с накоплением льда РАСКО RM/IB. http://vsetanki.ru/data/Products/Packo_cooling_tanks/packo_extra/1751_RMIB_datasheet_04feb2009_ru.pdf

5. Молокоохладитель. Патент РФ №122840 от 22.05.2012 г.

Claims (2)

1. Комплекс мгновенного охлаждения молока с аккумулятором льда, содержащий теплоизолированный полуцилиндрический резервуар с широкой верхней траверсой и узкой крышкой на рояльных петлях, мотор-редуктор и мешалку, а также компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) с магнитным пускателем, связанный со змеевиком-испарителем, отличающийся тем, что в него введен полуцилиндрический герметичный водяной картер днища со встроенным в торец баком-расширителем, циркуляционным насосом и перегородкой-делителем потока, внутрь картера, в его середине, размещен погружной полуцилиндрический змеевик-испаритель с гальваническим датчиком толщины наморозки льда (ГДТ), связанным электрически с магнитным пускателем ККА, причем нижний патрубок картера через циркуляционный насос соединен с верхним напорным патрубком бака-расширителя выше перегородки-делителя потока.

2. Комплекс мгновенного охлаждения молока с аккумулятором льда по п. 1, отличающийся тем, что на резервуаре установлен промывочно-разгрузочный насос с гибким шлангом и пистолетом.

Images