ПОГРУЖНОЙ ОХЛАДИТЕЛЬ МОЛОКА

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.
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.
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
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.
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
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.
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
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.
Недостатками прототипа являются:
- не обеспечивается эффективной теплопередачи в испарителе из-за наличия продольных ребер;
- высокие энергозатраты на охлаждении молока;
- высокая металлоемкость охладителя.
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.
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
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 тела
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.
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.
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
используемого хладагента.
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.
Мешалка может быть выполнена в виде вала, установленного вертикально, коаксиально с цилиндрическим телом испарителя, на нижнем конце которого установлены винтовые лопасти.
Вход испарителя для хладагента соединен с источником хладагента средством для подвода хладагента, который может быть выполнен в форме жесткого, или гибкого трубопровода.
Выход испарителя для хладагента снабжен средством отвода парообразного хладагента.
Целесообразно снабжать охладитель термодатчиком, по показаниям которого он может отключаться самостоятельно, с помощью автоматики, или принудительно оператором.
На фиг.1 изображен предлагаемый охладитель молока, где:
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
(жесткий трубопровод), 9 - крышка, 10 - привод мешалки. 11 - выход испарителя для хладагента.
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.
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
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.
Аналогично осуществляется работа погружного охладителя молока при использовании других хладагентов. Отличие заключается лишь в том, что теплоотдача будет менее эффективной при увеличении времени охлаждения.
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
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.
Пример.
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
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.
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.
Предлагаемая полезная модель позволяет снизить энергоемкость погружного охладителя молока, поэтому его можно использовать с холодильной установкой меньшей мощности в сравнении с прототипом.