RU60303U1

RU60303U1 - MILK SUBMERSIBLE COOLER

Info

Publication number: RU60303U1
Application number: RU2006128260/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Кузнецов; Владимир Елиферьевич Накоряков; Олег Владимирович Витовский; Антон Владимирович Накоряков; Юрий Семенович Борчевкин
Original assignee: Автономная некоммерческая организация "Институт передовых исследований"
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2007-01-27

Abstract

Полезная модель относится к холодильной технике, а именно к средствам для охлаждения молока и других жидкостей и может использоваться в сельском хозяйстве или пищевой промышленности. Предлагается погружной охладитель молока, включающий испаритель, выполненный в форме цилиндрического тела, имеющего внутреннюю стенку меньшего диаметра и наружную стенку большего диаметра, между которыми образована полость, снабженная входом и выходом для хладагента, выполненная в форме спиралевидного канала, а также мешалку, установленную коаксиально с названным испарителем с возможностью вращения и выполненную таким образом, чтобы перемешивание молока осуществлялось в нижней части названного испарителя внутри его цилиндрического тела Полезная модель решает задачу создания погружного охладителя молока, конструкция которого позволила бы обеспечить эффективную теплопередачу, снижение энергозатрат на охлаждение молока и снижение металлоемкости охладителя.The utility model relates to refrigeration, in particular to means for cooling milk and other liquids and can be used in agriculture or the food industry. An immersion milk cooler is proposed, including an evaporator made in the form of a cylindrical body having an inner wall of a smaller diameter and an outer wall of a larger diameter, between which a cavity is provided, provided with an inlet and outlet for the refrigerant, made in the form of a spiral channel, and also a mixer mounted coaxially with called evaporator rotatably and made in such a way that milk is mixed in the lower part of the named evaporator inside its cylindrical Body utility model solves the problem of creating immersion cooler milk, the construction of which would make it possible to provide efficient heat transfer, reducing energy consumption for cooling milk and reduction of metal cooler.

Независимых пп. формулы полезной моделиIndependent paragraphs utility model formulas - 1- one Зависимых пп. формулы полезной моделиDependent paragraphs utility model formulas - 8- 8 РисунковOf drawings - 1- one

Description

Полезная модель относится к холодильной технике, а именно к средствам для охлаждения молока и других жидкостей и может использоваться в сельском хозяйстве или пищевой промышленности для подготовки к хранению и кратковременного хранения молока, а также для быстрого прямого охлаждения, например, соков или других напитков до температуры, обеспечивающей повышение их потребительских качеств.The utility model relates to refrigeration, in particular to means for cooling milk and other liquids and can be used in agriculture or the food industry to prepare for storage and short-term storage of milk, as well as for quick direct cooling, for example, of juices or other drinks to a temperature , providing an increase in their consumer qualities.

Известны охладители молока, работающие как погружные теплообменники, в которых происходит охлаждение молока за счет нагревания и испарения хладагента, находящегося в полости теплообменного средства, а теплообмен происходит через стенку этого средства.Milk coolers are known that work as immersion heat exchangers in which milk is cooled by heating and evaporating the refrigerant located in the cavity of the heat exchange means, and heat exchange occurs through the wall of this means.

Например известен погружной охладитель молока, который содержит испаритель, выполненный в виде цилиндра с полыми стенками и высокоскоростной вращающейся мешалкой [Патент Германии №1501170]. Жидкий хладагент подается по гибким трубопроводам в полость стенок цилиндра, а парообразный отработанный хладагент подается из испарителя на компрессор. На For example, an immersion milk cooler is known which contains an evaporator made in the form of a cylinder with hollow walls and a high-speed rotating mixer [German Patent No. 1,501170]. Liquid refrigerant is supplied via flexible pipelines to the cylinder wall cavity, and the vaporous spent refrigerant is supplied from the evaporator to the compressor. On

внутренней стороне цилиндра с полыми стенками охладителя выполнены ребра, проходящие в продольном направлении. Охладитель помещается в емкость с охлаждаемым молоком, молоко с помощью вращающейся мешалки подается снизу вверх по внутренней поверхности испарителя, и переливаясь через его верхнюю кромку наружу, стекает по внешней поверхности полого цилиндра до его нижней кромки, и снова попадает на лопасти мешалки.ribs extending in the longitudinal direction are made on the inside of the cylinder with hollow walls of the cooler. The cooler is placed in a container with cooled milk, milk is fed from the bottom up upwards along the inner surface of the evaporator using a rotating mixer, and overflowing through its upper edge outwards, flows down the outer surface of the hollow cylinder to its lower edge, and again falls onto the mixer blades.

Однако, в таком погружном охладителе при перетекании молока из внутреннего пространства через верхнюю кромку по внешним стенкам испарителя возможно образование жировых сгустков, что ведет к ухудшению качества молока. Это связано с тем, что емкость, в которую устанавливается погружной охладитель, вначале охлаждения заполнена молоком только частично, поэтому охладитель также погружается в молоко только частично. В результате молоко, стекающее по внешней стороне цилиндра испарителя достигает поверхности находящегося в емкости молока в форме импульсов с образованием небольших пузырьков воздуха. Это молоко, содержащее воздух, снова заходит в центральную часть погружного охладителя и подвергается механическому воздействию лопастей мешалки. Следует отметить, что в упрощенном виде молоко можно рассматривать как эмульсию жировых шариков в обрате. Жировые шарики окружены However, in such an immersion cooler, when milk flows from the inner space through the upper edge along the outer walls of the evaporator, the formation of fatty clots is possible, which leads to a deterioration in the quality of milk. This is due to the fact that the tank into which the immersion cooler is installed is initially only partially filled with milk, so the cooler is also only partially immersed in milk. As a result, milk flowing down the outside of the evaporator cylinder reaches the surface of the milk in the tank in the form of pulses with the formation of small air bubbles. This milk containing air enters the central part of the immersion cooler again and is subjected to mechanical action by the agitator blades. It should be noted that in a simplified form, milk can be considered as an emulsion of fat globules in a skim. Fat balls are surrounded

оболочкой, которая препятствует их слипанию, если она не повреждена. Оболочка жировых шариков устойчива только в молоке, не содержащем воздуха. Если же молоко содержит воздух, любое механическое воздействие на него вызывает сильное повреждение оболочки. В этом случае молочная эмульсия сбивается с образованием масляных сгустков. Свободный жир в свою очередь может разлагаться на полимерные звенья из-за наличия в молоке достаточного количества липидов. В результате образуется свободная жирная кислота, которая даже в небольшом количестве способствует прогорканию молока. Перемешивание молока мешалкой при наличии ребер на внутренней стороне цилиндра испарителя способствует разрушению оболочки жировых шариков молока и образованию свободных жирных кислот. Кроме того, упомянутые ребра препятствуют вращению молока при работе мешалки, что вызывает снижение скорости движения молока, уменьшает коэффициент теплоотдачи от молока к стенке испарителя и приводит к увеличению времени охлаждения молока и, соответственно, дополнительным энергозатратам.a shell that prevents them from sticking together if it is not damaged. The fat globule shell is stable only in air-free milk. If milk contains air, any mechanical impact on it causes severe damage to the membrane. In this case, the milk emulsion breaks down with the formation of oil clots. Free fat, in turn, can decompose into polymer units due to the presence of sufficient lipids in milk. As a result, free fatty acid is formed, which even in small amounts promotes milk rancidity. Stirring the milk with a stirrer in the presence of fins on the inside of the evaporator cylinder contributes to the destruction of the shell of the fat globules of milk and the formation of free fatty acids. In addition, these ribs prevent the rotation of milk during the operation of the mixer, which causes a decrease in the speed of movement of milk, reduces the heat transfer coefficient from milk to the wall of the evaporator and leads to an increase in the cooling time of milk and, accordingly, additional energy consumption.

Известен также погружной охладитель молока, в котором решена проблема предотвращения образования жировых сгустков при охлаждении молока благодаря тому, что в охладителе, содержащем испаритель в виде полого погружного цилиндра с двойными стенками и An immersion milk cooler is also known in which the problem of preventing the formation of fat clots during milk cooling is solved due to the fact that in the cooler containing the evaporator in the form of a hollow immersion cylinder with double walls

внутренними продольными ребрами и мешалкой, имеется обтекатель, выполненный на внешней поверхности испарителя в форме козырька [Патент Германии № DE 3441700 С1]. За счет обтекателя вертикально стекающее молоко растекается в радиальном направлении, что предотвращает попадание пузырьков воздуха на лопасти мешалки и препятствует образованию жировых сгустков в молоке. Этот охладитель молока является наиболее близким аналогом заявляемого и принят за прототип полезной модели.internal longitudinal ribs and the mixer, there is a fairing made on the outer surface of the evaporator in the form of a visor [German Patent No. DE 3441700 C1]. Due to the fairing, the vertically flowing milk spreads in the radial direction, which prevents air bubbles from entering the mixer blades and prevents the formation of fat clots in the milk. This milk cooler is the closest analogue of the claimed and adopted as a prototype utility model.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- не обеспечивается эффективной теплопередачи в испарителе из-за наличия продольных ребер;- it does not provide effective heat transfer in the evaporator due to the presence of longitudinal ribs;

- высокие энергозатраты на охлаждении молока;- high energy consumption for cooling milk;

- высокая металлоемкость охладителя.- high metal consumption of the cooler.

Полезная модель решает задачу создания такого погружного охладителя молока, который бы обеспечивал эффективную теплопередачу в испарителе, позволил снизить энергозатраты на охлаждение молока и снизить металлоемкость.The utility model solves the problem of creating such an immersion milk cooler that would ensure efficient heat transfer in the evaporator, which would reduce the energy consumption for milk cooling and metal consumption.

Поставленная задача решается тем, что предлагается погружной охладитель молока, включающий испаритель, выполненный в форме цилиндрического тела, имеющего внутреннюю стенку меньшего диаметра и наружную стенку большего диаметра, которые соединены The problem is solved in that an immersion milk cooler is proposed, including an evaporator made in the form of a cylindrical body having an inner wall of a smaller diameter and an outer wall of a larger diameter, which are connected

между собой по торцам, и между которыми образована полость, снабженная входом и выходом для хладагента, выполненная в форме спиралевидного канала, а также мешалку, установленную коаксиально с названным испарителем с возможностью вращения и выполненную таким образом, чтобы перемешивание молока осуществлялось в нижней части названного испарителя внутри его цилиндрического телаbetween each other at the ends, and between which a cavity is formed, provided with an inlet and outlet for the refrigerant, made in the form of a spiral channel, and also an agitator mounted rotationally coaxially with the said evaporator and made so that milk is mixed in the lower part of the named evaporator inside his cylindrical body

Спиралевидный канал может быть выполнен разными путями, например, он может быть образован установленной по спирали полосой между внутренней и наружной стенками цилиндрического тела испарителя, Такая полоса может быть выполнена из различных термостойких материалов. Если полоса выполнена из металла, она может быть приварена, по крайней мере, к одной из стенок цилиндрического тела испарителя на каждом витке спирали.The spiral channel can be made in different ways, for example, it can be formed by a spiral-mounted strip between the inner and outer walls of the cylindrical body of the evaporator. Such a strip can be made of various heat-resistant materials. If the strip is made of metal, it can be welded to at least one of the walls of the cylindrical body of the evaporator on each coil.

Испаритель может содержать не один спиралевидный канал, а несколько - два и более, в зависимости от размера охладителя молока - чем больший объем жидкости подлежит охлаждению, тем больше должно быть каналов.The evaporator may contain not one spiral channel, but several - two or more, depending on the size of the milk cooler - the larger the volume of liquid to be cooled, the more channels should be.

Как правило, для получения эффективного охлаждения молока расстояние между внутренней стенкой цилиндрического тела испарителя и его наружной стенкой должно составлять 0.5-5 мм. Его величина выбирается в зависимости от капиллярной постоянной As a rule, to obtain effective cooling of milk, the distance between the inner wall of the cylindrical body of the evaporator and its outer wall should be 0.5-5 mm. Its value is selected depending on the capillary constant.

используемого хладагента.refrigerant used.

Для поступления хладагента в испаритель на уровне расположения лопастей мешалки и обеспечения прохождения хладагента снизу вверх, вход для него целесообразно располагать в нижней части испарителя, а выход - в верней части испарителя.For the refrigerant to enter the evaporator at the level of the mixer blades and to ensure the passage of refrigerant from the bottom up, it is advisable to place the inlet for it in the lower part of the evaporator, and the outlet in the upper part of the evaporator.

Мешалка может быть выполнена в виде вала, установленного вертикально, коаксиально с цилиндрическим телом испарителя, на нижнем конце которого установлены винтовые лопасти.The mixer can be made in the form of a shaft mounted vertically, coaxially with the cylindrical body of the evaporator, at the lower end of which screw blades are installed.

Вход испарителя для хладагента соединен с источником хладагента средством для подвода хладагента, который может быть выполнен в форме жесткого, или гибкого трубопровода.The inlet of the evaporator for the refrigerant is connected to the source of the refrigerant by means for supplying refrigerant, which may be in the form of a rigid or flexible pipe.

Выход испарителя для хладагента снабжен средством отвода парообразного хладагента.The evaporator outlet for the refrigerant is provided with means for venting vaporous refrigerant.

Целесообразно снабжать охладитель термодатчиком, по показаниям которого он может отключаться самостоятельно, с помощью автоматики, или принудительно оператором.It is advisable to supply the cooler with a temperature sensor, according to the testimony of which it can be switched off independently, using automation, or forcibly by the operator.

На фиг.1 изображен предлагаемый охладитель молока, где:Figure 1 shows the proposed milk cooler, where:

1 - испаритель, 2 - мешалка, 3 - цилиндрическое тело испарителя, 4 - спиралевидный канал цилиндрического тела, 5 - металлическая полоса, 6 - вход испарителя для хладагента, 7 - средство для подвода хладагента (жесткий трубопровод), 8 - средство для отвода хладагента 1 - evaporator, 2 - mixer, 3 - cylindrical body of the evaporator, 4 - spiral channel of the cylindrical body, 5 - metal strip, 6 - inlet of the evaporator for refrigerant, 7 - means for supplying refrigerant (hard pipe), 8 - means for removing refrigerant

(жесткий трубопровод), 9 - крышка, 10 - привод мешалки. 11 - выход испарителя для хладагента.(rigid pipeline), 9 - cover, 10 - mixer drive. 11 - evaporator outlet for refrigerant.

Погружной охладитель молока работает следующим образом. Испаритель 1 погружного охладителя опускается в емкость с молоком, например, флягу. Хладагент от его источника поступает через средство подвода хладагента, например жесткий трубопровод 7 в испаритель 1 через вход 6. Проходя по спиральному каналу 4 снизу вверх, хладагент нагревается и закипает, отнимая через стенки цилиндрического тела 3 испарителя тепло от молока и, тем самым, охлаждая его. Парообразный хладагент принудительно выводится через выход испарителя 11 и отводящее средство, выполненное в виде жесткого трубопровода 8 компрессором. Подача хладагента через вход 6, расположенный в нижней части испарителя, позволяет начать охлаждение молока без его замерзания и осаждения непосредственно на стенках испарителя уже в процессе дойки при частичном погружении испарителя в молоко. Это уменьшает время полного охлаждения молока в емкости до требуемой температуры.Immersion milk cooler operates as follows. The evaporator 1 of the immersion cooler is lowered into a container of milk, for example a flask. The refrigerant from its source enters through a means of supplying refrigerant, for example a rigid pipe 7 to the evaporator 1 through the inlet 6. Passing through the spiral channel 4 from the bottom up, the refrigerant heats up and boils, taking heat from the milk through the walls of the cylindrical body 3 of the evaporator and, thereby, cooling him. Vapor refrigerant is forcibly discharged through the outlet of the evaporator 11 and the discharge means, made in the form of a rigid pipe 8 by a compressor. The supply of refrigerant through the inlet 6, located at the bottom of the evaporator, allows you to start cooling the milk without freezing and precipitating directly on the walls of the evaporator already during milking when the evaporator is partially immersed in milk. This reduces the time for complete cooling of the milk in the container to the required temperature.

Одновременно с началом подачи хладагента для обеспечения более интенсивного охлаждения молока и равномерного распределения жира в нем в движение приводится мешалка 2,. Мешалка при вращении вала перемещает лопастями молоко вдоль стенок цилиндрического тела Simultaneously with the beginning of the supply of refrigerant to ensure more intensive cooling of the milk and an even distribution of fat in it, a stirrer 2 is driven. When the shaft rotates, the mixer moves the milk along the walls of the cylindrical body with the blades.

испарителя по окружности и снизу вверх а также создает его циркуляцию в емкости. Находясь в непрерывном движении, молоко интенсивно отдает свое тепло через стенку испарителя хладагенту. Когда температура молока достигает заданной температуры термодатчик (не показан) фиксирует этот момент и охладитель молока отключается. При наличии управляющей автоматики такое отключение происходит автоматически, а при хранении молока заданная температура охлажденного молока поддерживается путем автоматического включения описанного устройства.the evaporator around the circumference and from the bottom up and also creates its circulation in the tank. Being in continuous motion, milk intensively transfers its heat through the wall of the evaporator to the refrigerant. When the milk temperature reaches the set temperature, a temperature sensor (not shown) captures this moment and the milk cooler turns off. In the presence of control automation, such a shutdown occurs automatically, and during storage of milk, the set temperature of chilled milk is maintained by automatically turning on the described device.

Аналогично осуществляется работа погружного охладителя молока при использовании других хладагентов. Отличие заключается лишь в том, что теплоотдача будет менее эффективной при увеличении времени охлаждения.Similarly, the operation of an immersion milk cooler is carried out using other refrigerants. The only difference is that the heat transfer will be less effective with increasing cooling time.

Такой охладитель по сравнению с прототипом позволяет охлаждать до 4°С свеженадоенное молоко, имеющее температуру +35°С, без ухудшения его потребительских свойств, более эффективно, при меньших энергозатратах. В связи с вышеуказанным увеличивается КПД погружного охладителя молока. Испаритель с полостью в виде спиралевидного канала, позволяет реализовать режим больших скоростей движения смеси хладагента и его пара, что приводит к интенсификации теплообмена со стороны хладагента к теплообменной Such a cooler in comparison with the prototype allows you to cool to 4 ° C fresh milk with a temperature of + 35 ° C, without compromising its consumer properties, more efficiently, with less energy. In connection with the above, the efficiency of the immersion milk cooler increases. The evaporator with a cavity in the form of a spiral channel allows the regime of high speeds of the mixture of refrigerant and its vapor to be implemented, which leads to the intensification of heat transfer from the refrigerant to the heat exchange

стенке, исключая замасливание испарителя, а также уменьшить металлоемкость охладителя. Размещение внутри испарителя, имеющего только его гладкие стенки без каких - либо ребер, мешалки с винтовыми лопастями, обеспечивает перемешивание молока в емкости и интенсификацию теплообмена между молоком и хладагентом через стенку цилиндрического тела испарителя.wall, excluding oiling the evaporator, and also reduce the metal consumption of the cooler. Placing inside the evaporator, having only its smooth walls without any ribs, an agitator with screw blades, ensures the mixing of milk in the tank and the intensification of heat transfer between the milk and the refrigerant through the wall of the cylindrical body of the evaporator.

Пример.Example.

Погружной охладитель выполнен, как изображено на фиг.1. В качестве хладагента используется хладон R22. Испаритель погружного охладителя молока имеет массу 3,75 кг и выполнен в виде цилиндрического тела, как описано выше с наружным диаметром 160 мм и высотой 250 мм. Охладитель помещается во флягу объемом 40 л, заполненную свеженадоенным молоком, имеющим температуру +35°С. При включении охладителя холодильный агрегат холодопроизводительностью 2,0 кВт и мощностью электродвигателя компрессора 1,5 кВт подает хладагент - хладон R22, в спиралевидный канал испарителя, имеющий ширину 1.5 мм. Протекая снизу вверх по названному каналу хладагент нагревается и кипит, отнимая тепло молока через стенку цилиндрического тела. Одновременно с началом подачи хладагента включается мешалка, при вращении которой охлаждаемое молоко перемещается от стенки испарителя к стенке Immersion cooler is made as shown in figure 1. The refrigerant used is R22 refrigerant. The evaporator of the immersion milk cooler has a mass of 3.75 kg and is made in the form of a cylindrical body, as described above with an outer diameter of 160 mm and a height of 250 mm. The cooler is placed in a 40-liter flask filled with freshly milk with a temperature of + 35 ° С. When the cooler is turned on, the refrigeration unit with a cooling capacity of 2.0 kW and a compressor electric motor power of 1.5 kW delivers refrigerant - R22 freon, into the spiral channel of the evaporator, having a width of 1.5 mm. Flowing from the bottom up along the named channel, the refrigerant is heated and boils, taking the heat of milk through the wall of the cylindrical body. At the same time as the beginning of the refrigerant supply, the mixer is switched on, during rotation of which the cooled milk moves from the wall of the evaporator to the wall

фляги, при этом увеличивая теплоотдачу молока и предотвращая образование сгустков жира в молоке. Молоко во фляге охлаждается в течение 30 мин. До +4°С, после чего охладитель выключается. Удельный расход электроэнергии, затраченной на охлаждение 1 л молока составляет не более 19 Втч/л.flasks, while increasing the heat transfer of milk and preventing the formation of clots of fat in milk. The milk in the flask is cooled for 30 minutes. Up to + 4 ° С, after which the cooler turns off. The specific energy consumption spent on cooling 1 liter of milk is not more than 19 Wh / l.

Таким образом, предлагаемый охладитель молока обеспечивает решение поставленных задач. Так, выполнение полости между внутренней и наружной стенками цилиндрического тела испарителя в виде спиралевидного канала, позволяет увеличить теплоотдачу от охлаждаемого молока через стенку испарителя хладагенту благодаря увеличению пути движения хладагента в испарителе. Хладагент кипит, проходя по каналу направленно снизу вверх и охватывая всю поверхность испарителя. Уменьшается металлоемкость конструкции, так как в охладителе отсутствуют продольные ребра, а соотношение массы испарителя с массой установленной по спирали полосы невелико. Мешалка обеспечивает дополнительное повышение теплоотдачи молока за счет его циркуляции в емкости.Thus, the proposed milk cooler provides a solution to the tasks. So, the implementation of the cavity between the inner and outer walls of the cylindrical body of the evaporator in the form of a spiral channel, allows to increase the heat transfer from the cooled milk through the wall of the evaporator to the refrigerant due to the increase in the path of movement of the refrigerant in the evaporator. The refrigerant boils, passing through the channel directed from the bottom up and covering the entire surface of the evaporator. The metal consumption of the structure is reduced, since there are no longitudinal ribs in the cooler, and the ratio of the mass of the evaporator to the mass of the strip mounted in a spiral is small. The mixer provides an additional increase in the heat transfer of milk due to its circulation in the tank.

Предлагаемая полезная модель позволяет снизить энергоемкость погружного охладителя молока, поэтому его можно использовать с холодильной установкой меньшей мощности в сравнении с прототипом.The proposed utility model allows to reduce the energy consumption of an immersion milk cooler, so it can be used with a lower capacity refrigeration unit in comparison with the prototype.

Claims

1. A milk cooler comprising an evaporator made in the form of a cylindrical body having an inner wall of a smaller diameter and an outer wall of a larger diameter, which are connected at the ends and between which a cavity is provided, equipped with an inlet and an outlet for a refrigerant, as well as an agitator installed coaxially with the named rotary evaporator and made in such a way that milk is mixed in the lower part of the evaporator inside its cylindrical body, characterized in that body called a cavity between the inner and outer walls of the cylindrical body is in the form of spiral channel.

2. The cooler according to claim 1, characterized in that the spiral channel is formed by a spiral strip between the inner and outer walls of the cylindrical body of the evaporator.

3. The cooler according to claim 1, characterized in that the evaporator contains at least one additional spiral channel.

4. The cooler according to claim 1, characterized in that the distance between the inner wall of the cylindrical body of the evaporator and its outer wall is 0.5-5 mm.

5. The cooler according to claim 1, characterized in that the inlet for the refrigerant is located in the lower part of the cylindrical body of the evaporator, and the outlet is in its upper part.

6. The cooler according to claim 1, characterized in that the mixer comprises a shaft mounted coaxially with the cylindrical body of the evaporator and blades mounted in the lower part of the named shaft.

7. The cooler according to claim 1, characterized in that the inlet of the evaporator for the refrigerant is connected to the source of the refrigerant by means for supplying refrigerant.

8. The cooler according to claim 1, characterized in that the outlet of the evaporator for the refrigerant is equipped with a means of venting vaporous refrigerant.

9. The cooler according to claim 1, characterized in that it is equipped with a temperature sensor.