Устройство для концентрирования растворов вымораживанием и получения льда
DEVICE FOR CONCENTRATING SOLUTIONS WITH FREEZING AND RECEIVING ICE

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к устройствам, использующимся в пищевой, фармацевтической и микробиологической отраслях промышленности, предназначенным для концентрирования жидких сред вымораживанием и получения льда.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, включающее корпус, внутри которого располагаются льдоприготовительное отделение и расположенное под ним машинное отделение. В льдоприготовительном отделении расположены: испаритель, установленная с обеспечением теплового контакта с ним льдоформа, система подачи воды, включающая трубопровод подачи воды от водопровода, подсоединенный к установленной под льдоформой ванне со сливным и переливным патрубками и насосом, сообщенным с распределительным коллектором, установленным над льдоформой, и льдобункер. В машинном отделении расположен холодильный агрегат с воздушным конденсатором, компрессором и системой оттайки [Патент SU №1725044 А1, заявл. 05.02.90, опубл. 07.04.92. Бюл. №13, МПК F25C 1/12].
Недостатками данного устройства являются низкая производительность из-за неэффективного использования поверхности испарителя, большой объем потребления воды, нерациональный способ получения «сверхчистого льда», орошаемые водой конденсатор и теплообменник, значительная продолжительность процесса получения льда, низкая гигиена производства.
Технической задачей изобретения является повышение производительности установки за счет увеличения площади поверхности теплообмена, снижение энергозатрат и повышение надежности работы, гигиена производства.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что устройство для концентрирования жидких сред вымораживанием и получения льда, содержит испаритель, систему подачи продукта, включающую трубопровод подачи продукта, подсоединенный к ванне, насос, сообщенный с распределительными коллекторами, льдобункер и холодильный агрегат с воздушным компрессором и системой оттайки, при этом внутренняя полость вертикально установленного испарителя с развитой теплообменной поверхностью имеет вытеснительную вставку для хладагента, коллекторы имеют форсунки для орошения испарителя продуктом с двух сторон, а холодильная установка оснащена регенеративным теплообменником, установленным перед терморегулирюущим вентилем.
Технический результат изобретения заключается в повышении производительности установки, снижении энергозатрат и повышении надежности работы.
На фиг. 1 представлено устройство для концентрирования растворов вымораживанием и получения льда; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 представлен коллектор с форсунками; на фиг. 4 - схема холодильной установки.
Устройство для концентрирования растворов вымораживанием и получения льда содержит корпус 1, внутри которого вертикально располагается испаритель 2 с развитой поверхностью теплообмена, внутри которого выполнен вытеснительный элемент 17 (фиг. 2), с целью экономии хладагента. На испарителе установлен датчик 11 толщины льда, под которым располагается ванна 3. Из ванны 3 при помощи насоса 4 подается исходный продукт в коллекторы с форсунками 15, откуда разбрызгивает исходный продукт, намораживаемый на поверхности испарителя в виде слоя льда, намороженный лед сползает по наклонному желобу 10 на режущую решетку 8 и падает в льдобункер 5, в котором расположено термореле 9. В нижней части устройства расположены воздушный конденсатор 7, вентилятор 12, электродвигатель 13 вентилятора, компрессор 6. Из воздушного конденсатора 7 хладагент поступает в рекуперативный теплообменник 14, после чего проходит через терморегулирующий вентиль 16 и поступает в испаритель 2, где кипит, отбирая теплоту от подаваемого на него исходного продукта.
Устройство для концентрирования растворов вымораживанием и получения льда работает следующим образом.
Исходный продукт по трубопроводу 19 поступает в ванну 3, откуда подается насосом 4 по трубопроводу 20 через форсунки 18 (фиг. 3) на поверхность испарителя 2, в который через терморегулирующий вентиль 16 подается хладагент из воздушного конденсатора 7, обеспечивающий намораживание льда за счет отвода теплоты от концентрируемого продукта.
Конструктивно испаритель 2 выполнен вертикально, внутри которого имеется вытеснительный элемент 17 (фиг. 2), имеющий развитую теплообменную поверхность волнообразной формы, обеспечивающий равномерное намораживания льда.
Продукт подается насосом 4 из ванны 3 в коллекторы с форсунками 15, которые разбрызгивают продукт на испаритель 2, незамерзший исходный продукт самотеком стекает обратно в ванну 3.
При этом с помощью вентилятора 12 подается воздух на воздушный конденсатор 7 холодильного агрегата. Подача охлажденного воздуха на теплообменную поверхность конденсатора 7, приводит к снижению давления, при котором происходит конденсация холодильного агента. При этом обеспечивается рост холодопроизводительности за счет переохлаждения хладагента перед терморегулирующим вентилем, при одной и той же температуре кипения холодильного агента обеспечивается конденсация хладагента при температуре значительно более низкой, чем температура окружающей среды.
Сокращению времени концентрированного продукта способствует то, что на испаритель 2 поступает предварительно охлажденный в рекуперативном теплообменнике 14 хладагент. По достижении заданной толщины льда срабатывает датчик 11 толщины льда. Подача исходного продукта в коллекторы 15, далее на испаритель 2 прекращается. Горячими парами холодильного агента из нагнетательной линии компрессора 6 отепляется испаритель 2, пласт льда сползает по наклонному желобу 10 и попадает на режущую решетку 8, где он подтаивает и разрезанный на порции падает в льдобункер 5.
По достижении заданной толщины льда срабатывает датчик 11, реагирующий на наличие льда на поверхности испарителя 2. Он дает сигнал на включение в работу испарителя 2 с распределительными коллекторами 15, после чего процесс повторяется до достижения требуемой концентрации продукта. Затем сконцентрированный продукт отводится из устройства через трубопровод 21.
Схема холодильной установки (фиг. 4) работает следующим образом. Пары холодильного агента сжимаются в компрессоре 6 до 0,6…0,8 МПа и нагнетаются в конденсатор 7. Холодильный агент конденсируется, отдавая теплоту наружному воздуху. Жидкий холодильный агент сливается в ресивер 22, затем проходит через фильтр-осушитель 23, где удаляются следы воды и осуществляется контрольная фильтрация. После фильтрации холодильный агент поступает в регенеративный теплообменник 14, в котором происходит теплообмен между жидким холодильным агентом и его парами, идущими из испарителя. В терморегулирующем вентиле 16 давление холодильного агента снижается и он в виде парожидкостной смеси поступает в испаритель 2, где кипит, отнимая теплоту у намораживаемого льда. Пары холодильного агента проходят через регенеративный теплообменник 14 и засасываются в компрессор 6. По окончании стадии намораживания автоматически открываются электромагнитные клапаны 24, 25 и горячие пары холодильного агента из компрессора 6 поступают непосредственно в испаритель 2. Намороженный лед подтаивает, отделяется от плоскости испарителя 2 и, сползая по наклонному желобу 10, попадает на решетку 8 для резки. Сконденсировавшийся холодильный агент из испарителя 2 стекает в ресивер 22. После освобождения поверхности испарителя 2 от льда электромагнитные клапаны 24 и 25 закрываются.
Для получения «сверхчистого льда» ванна 3 заполняется питьевой водой и описанный процесс повторяется.
Предложенное устройство для вымораживания и получения льда позволяет повысить производительность по получению необходимой концентрации жидкого продукта, надежность работы установки и снизить энергозатраты.