МОЛОЧНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА
DAIRY REFRIGERATING MACHINE

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в пищевой промышленности, агропромышленном комплексе и фермерских хозяйствах, обслуживающих небольшое стадо с суточным надоем 300…1500 л молока.
Известны открытые молочные холодильные установки, предназначенные для сбора, охлаждения и хранения молока до 1500 литров при оптимальной температуре 4°C [1-4].
Они могут быть квадратные [1], или вертикально-цилиндрические [2-4], содержат термоизолированный резервуар со съемной (откидной) крышкой для промывки, мотор-редуктор с мешалкой, компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) и щелевой испаритель на днище. Щелевой испаритель выполняется либо глубоковальцованным линейным шовным (рядным) [1], либо шаговым точечным [2, 3, 4], получаемым методом вздутия после оптоволоконной лазерной сварки. Недостатком квадратных резервуаров [1] является большой расход материалов (большая металлоемкость), сложная технология и большая трудоемкость их сварки в стапелях и, кроме того, большая занимаемая площадь, а недостатком компактных и удобных вертикально-цилиндрических резервуаров [2-4] является ограниченная ширина щелей «надувного» щелевого испарителя днища, а также связанная с этим необходимость увеличения диаметра днища и габаритов для повышения мощности щелевого испарителя, его площади теплового контакта с молоком. Лазерная роботизированная кольцевая шаговая сварка с шагом 30…40 мм насчитывает около тысячи точек на днище и предоставляет достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс. Повышение давления «вздутия» после лазерной сварки до 30 ат для расширения щелей сопряжено с пределом прочности сварки двух листов на разрыв. Поэтому резервуары [2-4] изготавливаются «широкими и плоскими» с большой площадью теплообмена на днище, определяемой большим диаметром.
Из известных наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является молочная холодильная установка по патенту RU №2237534 [1], содержащая квадратный резервуар с наружным теплоизоляционным покрытием, мотор-редуктор, мешалку, ККА, а также глубоковальцованый щелевой испаритель в виде двух половин V-образного днища, выполненный шовной сваркой с инжектором и коллектором, соединенными соответственно с нагнетательным и всасывающим трубопроводами ККА, причем глубина провальцовки щелей не менее 3 мм, а ширина щелей между швами - 32 мм. Основным недостатком такой конструкции резервуара является высокая трудоемкость изготовления, большое количество стыковых сварочных швов, большая их длина (порядка 15 м) и большая площадь, занимаемая резервуаром при ограниченном объеме. Конструкция «широкая и плоская». Высота 2000 л резервуара 600 мм, занимаемая площадь около 5 кв.м, площадь щелевого испарителя F=3,4 кв.м.
Целью предлагаемого изобретения является реализация простой, технологичной компактной и удобной молочной холодильной установки, занимающей сравнительно малую площадь, легко и просто промываемой после отгрузки молока, на объемы от 300 л до 1500 л.
Площадь щелевого испарителя при этом и пропорциональная мощность ККА должны обеспечивать по стандартам IS05708 двухдоечное охлаждение (половину резервуара за два часа).
С этой целью в молочной холодильной установке, содержащей теплоизолированный резервуар, мотор-редуктор, подъемную крышку, мешалку, компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА), а также глубоковальцованный щелевой испаритель, выполненный шовной сваркой, с инжектором и всасывающим коллектором, соединенными соответственно с нагнетательным и всасывающим трубопроводами ККА, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, резервуар выполнен вертикально-цилиндрическим, а щелевой испаритель - в виде образующих дуг, встроенных в нижнюю часть цилиндра резервуара, при этом инжектор и всасывающий коллектор имеют вертикальное расположение, а всасывающий трубопровод ККА соединен с верхней частью всасывающего коллектора.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен сборочный чертеж МХУ, на фиг.2 - развертка щелевого испарителя.
2
2
2
2
2
Молочная холодильная установка (фиг.1) содержит теплоизолированный вертикально-цилиндрический резервуар 1 с подъемной верхней крышкой 2, мотор-редуктором 3, мешалкой 4. Высота резервуара 1 составляет 1250 мм для удобства обслуживания и промывки оператором среднего роста. Диаметр резервуара изменяется от 600 до 1300 мм при увеличении объема резервуара с 300 л до 1500 л. В нижней части цилиндра резервуара 1 размещен глубоковальцоваыный щелевой испаритель 5 в виде образующих дуг, встроенных в цилиндрическую часть резервуара, при этом инжектор 6 и всасывающий коллектор 7 имеют вертикальное расположение. Нагнетательный 8 и всасывающий 9 трубопроводы компрессорно-конденсаторного агрегата (ККА) 10 соединены соответственно с нижней частью инжектора 6 и верхней частью всасывающего коллектора 7. Инжектор 6 и всасывающий коллектор 7 имеют треугольную форму с шириной a=40 мм и высотой h=20 мм (площадь сечения S=0,5×40×20=400 мм). Они разделены герметичной перегородкой 11. Разворотная полость 12 также имеет треугольную форму с шириной a=40 мм и высотой h=20 мм, площадь сечения разворотной полости S=400 мм. ККА 10 состоит из последовательно соединенных компрессора 13 конденсатора 14 воздушного охлаждения, ресивера 15, фильтра-осушителя 16 и терморегулирующего вентиля 17. Щелевой испаритель 5 содержит двадцать глубоковальцованных треугольных щелей глубиной h=3 мм и шириной основания b=32 мм, площадью сечения F=0,5×32×3=48 мм, полученных методом шовной сварки (фиг.2). При этом 10 щелей проходят «вперед» и 10 щелей - «назад». Разворот потока осуществляется по разворотной полости 12. Путь, проходимый хладоном за счет разворотной полости 12 от инжектора 6 к всасывающему коллектору 7, фактически удваивается, что способствует его равномерному прокипанию. Площадь сечения разворотной полости 12 S=400 мм близка к площади десяти щелей испарителя в инжекторе и колекторе 10 F=480 мм, благодаря чему мощные потоки кипящего хладона равномерно проходят без потерь давления через щели испарителя 5 и обеспечивают быстрое охлаждение молока.
2
2
Площадь теплового контакта молока с кипящим хладоном для 600-литрового резервуара 1 составляет R=πD×20b=3,14×8×20×0,32=161 дм=1,6 м, где D=8 дм - диаметр резервуара 1. Нетрудно видеть, что эта площадь R втрое выше, чем площадь охлаждающего днища (круга) при сопоставлении с аналогами [2-4]. Количественное соотношение площадей испарителя в цилиндре и днище диаметром D резервуара 1 при неизменной высоте 1250 мм и количестве щелей испарителя m=20 выражается формулой: n=(20b×4)/D.
Для 300-литрового резервуара (D=600 мм) соотношение n еще больше, достигая 4,2, а для 1500 л (D=1300 мм) уменьшается до 2 раз. Но площадь щелевого испарителя резервуара 1, занимающего в предлагаемом изобретении нижнюю половину цилиндра на высоте 20b=640 мм, значительно больше площади днища для всего модельного ряда. Поэтому холодильная мощность, пропорциональная площади теплового контакта, также может быть значительно больше, чем в аналогах [2-4], а следовательно, в резервуаре 1 значительно выше может быть и скорость охлаждения.
Работает МХУ следующим образом.
При двухдоечном половинном заполнении и включении ККА 10 жидкий хладон из ресивера 15 через фильтр-осушитель 16 и терморегулирующий вентиль 17 по нагнетательному трубопроводу 8 впрыскивается в инжектор 6, где вскипает и равномерно по щелям протекает через разворот 12 и далее кипит, поступая в виде пара во всасывающий коллектор 7. Насыщенный пар в верхней части всасывающего коллектора 7 всасывается компрессором 13 ККА 10 и сжимается в конденсаторе 14 воздушного охлаждения, где хладоновый пар конденсируется снова в жидкую фазу и вытекает в ресивер 15. Мотор-редуктор 3 с мешалкой 4 обеспечивают хороший теплосъем и интенсивный теплообмен между охлаждаемым молоком и вскипающим хладоном. По мере охлаждения терморегулирующий вентиль (ТРВ) 17 прикрывается, уменьшая поток жидкого хладона. Если в резервуаре 1 имеется частичное заполнение молоком, например на четверть, так что контактируют с молоком только 10 нижних щелей испарителя, то ТРВ 17 автоматически прикроет свое дросселирующее отверстие, так, что щелевой испаритель 5 будет заполнен жидким хладоном лишь наполовину (щели инжектора 6), а щели коллектора 7 будут наполнены насыщенными парами хладона. Пар собирается в верхней части полости разворота 12 и всасывающего коллектора 7. Жидкий хладон во всасывающий трубопровод компрессора 13 не поступает и ККА 10 функционирует нормально.
Расположение всасывающего трубопровода 9 в верхней части коллектора 7 является принципиальным, так как смещение его точки ввода ниже будет приводить к возможному попаданию жидкого хладона в картер компрессора 13 и автоматическому перекрытию дроссельного отверстия ТВР 17, вследствие обморожения всасывающего трубопровода 9, что защищает компрессор, но автоматически выключает из активной работы верхнюю часть щелей и фактически уменьшает мощность щелевого испарителя 5.
При повышении объема молока в процессе дойки уровень кипящего хладона в щелевом испарителе 5 будет автоматически повышаться, захватывая следующие щели, за счет открытия дросселирующего отверстия ТРВ 17, пока не достигнет верхней щели, т.е. автоматически щелевой испаритель будет весь заполнен кипящим хладоном и выйдет на полную мощность. При охлаждении молока до +4°C термостат (на фиг.1 не показан) обесточивает ККА 10. Молоко готово к отгрузке.
Промывка резервуара 1 при поднятых крышках 2 после сдачи молока не представляет никаких проблем. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет реализовать модельный ряд резервуаров МХУ на объемы 300…1500 л, высотой 1250 мм и диаметром от 600 мм до 1300 мм с большим запасом по мощности глубоковальцованного щелевого испарителя, встроенного в нижнюю часть цилиндра. Резервуар сварен из двух листовых деталей (днища и цилиндра) прост в изготовлении, содержит малую длину стыковых сварочных швов по сравнению с прототипом, выполнен с минимальным расходом материалов, компактен по сравнению с аналогами и занимает наименьшую площадь. Мощный глубоковальцованный щелевой испаритель, встроенный в нижнюю часть цилиндра, обеспечивает ускоренное охлаждение половины резервуара за два часа по стандартам IS05708 (двухдоечное охлаждение).
Конструкция МХУ по предлагаемому изобретению с января 2010 г. внедрена в серийное производство на предприятии ООО «НПП «Автомаш-Владимир» (г. Ковров).
Библиографические данные.
1. Молочная холодильная установка. Патент РФ №2337534 от 26.12.2005 г.
2. Открытые танки-охладители молока Де Лаваль. Модель DXOB 300-1800.1 DXOC 300-1800.1 на веб-сайте: www.delaval.ru
3. Охладители молока «Сэрап» Модель FIRST 550.S на веб-сайте: www.groupeserap.com
4. Открытые танки 330…1900 л «WEDHOLMS». Модели DFOV, DFOH на веб-сайте: www.nats.ru