Устройство для охлаждения молока
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при охлаждении молока во флягах. Цель - повышение эксплуатационных характеристик и интенсификация процесса охлаждения молока. Устройство содержит сосуд Дьюара 1 с пробкой 2, трубопроводами 9, 12, 13, 19 и капсулой 14, камеру 7, краны 6 и 8, коллектор 18 и пустотелую штангу 20. Последняя размещена во фляге 39 с молоком и снабжена в нижней части вращающейся распылительной головкой (РГ) 22, закрепленной посредством сальникового узла. РГ 22 содержит поворотный стакан с закрепленными на нем лопастями и размещенными внутри них направляющими втулками. Лопасти выполнены в виде сильфонов, а на их концах установлены сопла. На наружных поверхностях смежных гофров лопастей закреплены гибкие мембраны. Жидкий азот дозируется в капсуле 14 и, вытесняясь, газифицируется в трубопроводе 19 и коллекторе 18. Образовавшийся холодный газ через штангу 20 поступает в РГ 22. Истекая из сопел, он вращает РГ 22. Лопасти при этом интенсивно перемешивают молоко, способствуя его эффективному охлаждению. 14 ил. 5 з.п.ф-лы.
ПОК7 (0flf Г! Г IIX
Г .C !1Л7!и!. ГИ If 4 Г:ИХ
Г i < Г!УЬГ!ИК! с!1(A 01 J 9/04
IOCYQAPCTBfÅfIffÜIÈ КОМИ!!
Г10 ИЗОБРРтЕГ1ИЯМ И O I КРI)I I UlrIM пРи Гкнт ссОР.L и
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
С7
22 (21) 4710180/13 (22) 26.06.89 (46) 23.08.91. Бюл, N. 31 (72) О. В. Иванцов, В. В. Рудаков и Ю. Н.
Сеченов (53) 637. 132(088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при охлаждении молока во флягах. Цель повышение эксплуатационных харак re ристик и интенсификация процесса охлаждения молока. Устройство содержит сосуд
Дьюара 1 с пробкой 2, трубопроводами 9, 12, 13, 19 и капсулой 14, камеру 7. краны 6 и
8, коллектор 18 и пустотелую штангу 20, Последняя размещена во фляге 39 с моло„„glJ ÄÄ 1671204 А1 ком и снабжена в нижней части вращающейся распылительной головкой(РГ) 22, закрепленной посредством сальникового узла. РГ 22 содержит поворотный стакан с закрепленными на нем лопастями и размещенными внутри них направляющими втулками. Лопасти выполнены в виде сильфонов, а на их концах установлены сопла. На наружных поверхностях смежных гофров лопастей закреплены гибкие мембраны. Жидкий азот дозируется в капсуле 14 и, вытесняясь, газифицируется в трубопроводе 19 и коллекторе 18. Образовавшийся холодный газ через штангу 20 поступает в
РГ 22. Истекая из сопел, он вращает РГ 22.
Лопасти при этом интенсивно перемешивают молоко, способствуя его эффективному охлаждению. 14 ил. 5 з. п. ф-лы.
1671204
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при охлаждении молока во флягах.
Цель изобретения - повышение эксплуатационных характеристик и интенсификация процесса охлаждения.
Атмосферный воздух, поступающий в сосуд Дьюара через эластичную камеру и грушу или насос, содержит водяные пары, двуокись углерода и другие газы, При попадании атмосферного воздуха в сосуд Дьюара он контактирует с имеющими низкую температуру внутренними поверхностями капсулы, трубопроводов, штанги, что приводит к выпаданию на этих поверхностях укаэанных веществ в твердой фазе, т. е. их обледенения (например, при прохождении через сосуд Дьюара 1 к атмосферного воздуха и его охлаждении хотя бы до -50" С из него выделится до 14,8 г водного льда при начальной температуре воздуха 20 С и до
27,5 r — при 30 С). В результате этого уменьшается проходное сечение трубопроводов и штанги происходит образование ледяных пробок, что требует частого проведения весьма трудоемких операций по размораживанию и просушке элементов устройства.
При накапливании твердых примесей в капсуле они могут попасть непосредственно в сосуд Дьюара, загрязняя жидкий азот. Кроме того, поскольку температура ожижения кислорода составляет-183 С, а жидкий азот имеет температуру -19h С, то возможно ожижение атмосферного кислорода в капсуле и трубопроводах и его попадание непосредственно в объем сосуда Дьюара. Это приводит к накоплению жидкого кислорода в сосуде Дьюара, что недопустимо с точки зрения требований техники безопасности, Недостаточная эффективность охлаждения молока обьясняется следующим. Пузырьки азота. поднимаясь, создают эрлифтный (газ — лифт) эффект, под действием которого во фляге должно установиться циркулядионное торообразное движение молока в направлении: вверх (в середине фляги) — к стенке фляги — вниз (у стенки фляги) — к к центру фляги, Однако из-за весьма низкой температуры газообразного азота молоко вблизи пузырьков интенсивно охлаждается. Его плотность возрэсгае и постоянно превышает плотность молока с более высокой температурой, находящегося у стенок фляги, По причине указанной разности плотностей молока во ьляге должно установиться торообраэное движение молока в направлении. противоположном направлению движения, создаваемого эрлифтным эффектом. Таким образом, при работе устройства должны реализовываться
55 два обратно направленных процесса, в реэультате взаимной компенсации которых суммарный процесс торообразного движения молока выражен весьма слабо или отсутствует вообще (отметим также, что даже направление циркуляции определяется неоднозначно).
Чтобы избежать эти отрицательных явлений, газовая полость сосуда Дьюара посредством трубопровода с двухходовым клапаном связана с атмосферой и эластичной емкостью, причем указанный трубопровод снабжен дренажно-предохранительным клапаном. Распылительная головка установлена на штанге с возможностью вращения относительно оси последней. Соединение распылительной головки со штангой осуществляется посредством сальникового узла. Распылительная головка содержит поворотный стакан, закрепленные на нем лопасти в виде сильфонов и расположенные внутри последних направляющие втулки, в которых выполнены продольные окна, Направляющие втулки наружной поверхностью контакгируют с внутренними поверхностями лопастей, Внутренние полости штанги, поворотного стакана и лопастей последовательно сообщены между собой.
На наружных поверхностях смежных гофров каждой лопасти закреплены гибкие мембраны, причем линии их крепления к гофрам лежат н плоскостях, не перпендикулярных оси штанги, На свободных концах лопастей центрально-симметрично относительно оси штанги установлены сопла. оси
Koòîðûõ расположены тангенциально оси штанги, Сопла установлены с возможностью их перекрытия (разобщения с внутренней полостью лопасти) направляющими втулками. Выше сальникового узла на штангс закреплен защитный кожух, например конический. нижний открытый срез которого рэ .положен ни ке сальникового узла.
За счет дейс1вия реактивных сил. создаваемых выходящей из сопел струей газообразного азота. происходит вращение распылительной головки и лопастей, которые эффективно перемешивают молоко во фляге, Забор газа в капсулу не иэ атмосферы, а непосредственно иэ газовой полости обеспечивает отсутствие накопления льда на внутренних поверхностях трубопрово,ов, штанги и капсулы, а также отсутствие загрязнения ж;дкого азотз в сосуде Дьюара посторонними примесями.
На фиг. 1 показано устройство для охлаждения молока. общий вид; на фиг, 2— разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 -разрезы
Б — Е и B — B на фиг, 2 соответственно; на фиг.
5 — разрез Д-Д на Фиг, 4; на фиг. б — вид Г на фиг. 3; на фиг. 7 — узгл! на фиг. 1; на фиг.
1671204
8 — взаимное положение сопла и направляющей втулки при работе устройства; на фиг.
9 — размещение гибких мембран с линиями крепления в разных плоскостях; на фиг, 1013-разрезы Е-Е,Ж Ж,И И, К Кнафиг 9, соответственно, на фиг, 14 оребрение коллектора и трубопровода.
Устройство содержит емкость с охлаждающей жидкостью, представляющей собой сосуд Дьюара 1 (фиг. 1) с пробкой 2, в которой выполнены дыхательный канал 3, осевой канал 4 и боковой канал 5. На пробке
2 установлен кран 6, в открытом положении сообщающий осевой канал 4 с камерой 7, установленной на пробке 2. Камера 7 сообщена через кран 8 (фиг. 7). раэмещенныи на дополнительном трубопроводе 9 (фиг. 1), и дыхательный канал 3 с газовой полостью 10 сосуда Дьюара 1. Трубопровод 9 снабжен дренажно-предохранительным клапаном 11 (фиг, 1). Осевой канал 4 и боковой канал 5 снабжены трубопроводами 12 и 13. размещенными B сосуде Дьюара 1, на конце которых герметично закреплена капсула 14 (фиг.
1), имеющая снизу отверстие 15 и клапан
16. При этом конец трубопровода 12 расположен в верхней части капсулы 14, а конец трубопровода 13 — в ее нижней части. На пробке 2 с помощью кронштейна 17 закреплен кольцевсй коллек<ор 18 ко;орый с помощью трубопровода 19 сообщается с боковым кзнзгом 5 пробки 2, 3 в отверстии коллек<орз 18 проходит пустотелая ш анга
20 с радиальными пгверстия;» 21 . з верхнем конце и распыли ге".üíîé гсловкои 22 нз нижнем конце причем послед <яя установлена с воэможностью врзн<чл<ив отно;и.ельно оси IL!TBHI.H 20. Для этого рзспылительная головка 22 соединена со штзнгг и 20 пог редством сзльникового узла содгржзщего две пары упг отнительных полуколец 23 и 24 (фиг.
4) и накидную гайку 25. закрепленную по резьбе на поворогом стака«е 6 распылительной головки 22. Уплотнительные г<олукольца
23 взаимодействуют с буртиком 27. выполненным íà нижнем о<крытом конце штанги
20. Уплотнительные пол„кольца 23 и 24 снабжены выступами 28 (фиг. 5), заходящими в пазы 29 накиднои гайк;i 25. Помимо поворотного стакана 26 распылительнзя Ioловка 22 содерхкит з ; р:пл=нн,<е на нем лопасти 30 (фиг 2j. ыпол <енные в виде сильфонов, и p;:зме.ценные внутри лопастей 30 направггяющие в<улк < 31. в которых выг олHp<<ы скв лэные продо:.сн<ые окна 32.
Направляющие втуз i< 31 наружной поверхностью контакгируюг .: вну<>.ен;<ими поверхностями i ni асей 30 Сильфонные лопас;и 30 50 выми продуктами и низкими температурами, например из полиэтилена высокого давления. Внутренние полости штанг 20, поворотного стакана 26 и лопастей 30 последовательно сообщены между собой (фиг. 4). На наружных поверхностях смежных гофров 33 (фиг. 4. 6) каждой сильфонной лопасти 30 закреплены гибкие мембраны 34. Линии 35 их крепления (фиг, 3) лежат в плоскостях, не перпендикулярных оси штанги 20. При этом укаэанные линии 35 крепления мокнут лежать как в одной плоскости, так и в разных плоскостях, т. е. под некоторым углол<, На свободных концах лопастей 30 центрально-симметрично оси штанги 20 установлены сопла 36 (фиг. 2). Оси сопел 36 расположены тангенциально оси штанги 20. Сопла 36 установлены с возможностью их перекрытия направляющими втулками 31, т. е. последние мокнут разобщать сопла 36 от внутренних полостей лопастей 30. Штанга 20 снабжена также защитным кожухом 37 (фиг. 1), закрепленным на ней выше сальникового узла, причем нижний открытый срез защитного кожуха 37 расположен ниже сальникового узла. Эащитный кожух 37 Может быть выполнен. например, кони"еским или цилиндрическим. Госуд Дьюара 1 заполнен азотом 38, которыи охлаждает содержимое фляги 39 Сосуд Дьюара 1 сообщен с а<мосферои посредством канала 40 в корпусе 41 крана 8. Коллек гор 18 может иметь оребрение 42, à <рубог ровод 19 соответственно 43. Устроистьо рзбогает следующим образом Испзряющиися в сосуде Дьюара 1 жидкий аэо. 38 (фиг, 1) переходит в газообразное состояние и из газовой полости 10 по дыхзтельному каналу 3 и трубопроводу 9 посгупает в камеру 7. При этом кра ч 6 и 8 находятся в следующих положениях: кран 6 перекрыьает осевои канал 4 и раз бщает полости камеры 7 и капсулы 14, а кран 8 сообщает полость камеры 7 с газовой полостью 10 сосуда Дьюара 1 (фиг. 7). Давление газообразного азота в камере 7 растет. При превышении расчетного значения давления часть газообразного азота автоматически сбрасывается в атмосферу через дренажнопредохранительный клапан 11. Таким образом создается и поддерживается необходимый для дальнейс<ей работы устройства запас газообразного азота в камере 7, не содержащего по".iîðoííèõ примесей (воды, утлекислого газа. кислорода). 1осле помещения штанги 20 с распылительной оловкой 22 емкость(флягу 39 — фиг. 1) с молоком поворотом крана 6 сообщают м жду соаой полости камеры 7 и капсулы 14. 1671204 6 газообразный азот иэ камеры 7 по осевому каналу 4 и трубопроводу 12 под избыточным давлением поступает в капсулу 14 и вытесняет из нее жидкий азот по трубопроводу 13, боковому каналу 5 пробки 2 и трубопроводу 19 в коллектор 18. Поскольку трубопровод 19 и коллектор 18 имеют температуру значительно выше температуры жидко о азота, то при этом происходит газификация последнего, Для интенсификации процесса газификации жидкого азота (а устройство эффективно работает при поступлении в сопла 36 именно газообразного азота) коллектор 18 и трубопровод 19 могут быть оребрены, что увеличит теплоподвод. С этой же целью трубопровод 19 может быть выполнен в виде многовиткового змеевика, Через радиальные отверстия 21 газообразный азот поступает в полую штангу 20 и проходит через поворотный стакан 26 в направляющие втулки 31. Далее газообразный азот через окна 32 попадает в сильфонные лопасти 30. Поскольку газообразный азот имеет высокое давление (при газификации из одного литра жидкого азота получается более 180 л газа), то под его действием сильфонные лопасти 30 растягиваются, направляющие втулки 31 своей наружной поверхностью перестают перекрывать сопла 36 (фиг, 8) и газообразный азот истекает через указанные сопла 36 в молоко. Возникающие при истечении газа через сопла 36 реактивные силы создают реактивный момент (вследствие центрально-симметричного относительно оси штанги расположения сопел 36) и лопасти 30 распылительной головки 22 начинают вращаться, перемешивая молоко во фляге 39. Возникающий в молоке восходящий поток холодного газообразного азота (в виде пузырьков) обеспечивает охлаждение молока. Эффективность охлаждения значительно увеличивается благодаря укаэанному перемешиванию. Сам процесс перемешивания молока значительно интенсифицируется изза наличия между гофрами 33 гибких мембран 34, увеличивающих эффективную площадь лопастей 30 (при этом размеры гибких мембран 34 превышают расстояние между смежными гофрами 33 и выбираются Одновременно поворотом крана 8 разобщают полость камеры 7 с газовой полостью 10 сосуда Дьюара и сообщают последнюю с атмосферой через канал 40 (фиг. 7) корпуса 41 крана 8, Последнее обеспечивает отсутствие дополнительного наддува капсулы 14 из газовой полости 10 сосуда Дьюара 1 (дополнительного по отношению к расчетной дозе газообразного азота, накопленного в камере 7). При укаэанном положении крана, 10 из условия отсутствия контакта лопастей 30 с обечаикой фляги 39 при максимальном растяжении лопастей 30). Гибкие мембраны 34 при этом могут(в развернутом состоянии) находиться в одной, вертикальной или наклонной, плоскости ипи в различных плоскостях. Последнее по воляет путем их соответствующего наклона добиться наиболее эффективного и ремешивания молока во фляге 39 в резуп тате формирования течений необходимой направленности (например, гибкие мсмбрэны 34 могут быть расположены так, что их совокупность геометрически образовывает профиль лопасти вентилятора, создающей при вращении интенсивный поток), Защитный кожух 37 обеспечивает отсутр.tíèå контакта сапьникового узла с молоком, что исключает его обледенение, которое могло бы затруднить вращение лопастей 30. Когда весь жидкий азот из капсулы 14 вытеснен, газиифцировался и вышел через сопла 36 давление в сильфонных лопастях 30 падает и они сжимаются. При этом направляющие втулки 31 скользят по внутренним поверхностям лопастей 30 и перекрывают сопла 36, препятствуя, тем самым, попаданию молока внутрь лопастей 30. Затем штангу 20 с распылительной голоакой 22 поднимают вверх до упора в коллектор 18, флягу 39 отводят в сторону и закрывают, а на ее место устанавливаюг другую флягу 39 и штангу 20 с распылительной головкой 22 опускают в нее. Перед поднятием штанги 20 иэ фляги 39 с охлажденным молоком поворотом крана 6 разобщают полость капсулы 14 от полости камеры 7 и поворотом крана 8 сообщают полость камеры 7 с газовой полостью 10 сосуда Дьюара 1. Газообразный азот заполняет камеру 7 (для интенсификации этого процесса возможен дополнительный подогрев жидкого азота 38 в сосуде Дьюара 1). Одновременно давлением столба жидко о азота 38 в сосуде Дьюара 1 клапан 16 открывается и через отверстия 15 капсула 14 эаполняегся очередной дозои жидкого азота 38, Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эксплуатационные характеристики устройства для охлаждения молока (зэ счет исключения обледенения внутри трубопроводов, штанги, капсулы, а также за счет исключения загрязнения жидкого азота s сосуде Дьюара посторонними примесями), и интенсифицируе1 процес<-ы охла>кдения молока (эа счет эффективного его перемешивания попаc.тями}. 1671204 Формула изобретения 1, Устройство для охлаждения молока, содержащее емкость с охлаждающей жидкостью с пробкой, имеющей каналы и камеру, размещенные в емкости капсулу и два трубопровода, конец одного из которых расположен в верхней части капсулы и сообщен с камерой, а другого — e нижней части капсулы и сообщен через коллектор с полостью штанги, в нижней части которой размещена распылительная головка, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик и интенсификации процесса охлаждения, газовая полость емкости с охлаждающей жидкостью связана с камерой и атмосферой посредством дополнительного трубопровода с краном и дренажно-предохранительным клапаном, а распылительная головка установлена на штанге с возможностью вращения посредством сальникового узла и представляет собой поворотный стакан с закрепленными на нем лопастями, выполненными в виде сильфонов. имеющих расположенные внутри них направляющие втулки, наружной поверхностью входящие в контакт с внутренней поверхностью лопастей, при этом в направляющих втулках выполнены продольные окна, а внутренние полости штанги, поворотного стакана и лопастей последовательно сообщены между собой, при этом на свободных концах лопастей установлены сопла с воэможностью перекрытия их направляющими втулками, причем сопла раз5 мещены так, что их оси расположены перпендикулярно оси направляющих втулок, а их выходные участки направлены в противоположные стороны. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е10 с я тем, что на наружных поверхностях смежных гофров лопастей закреплены гибкие мембраны. 3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю ще ес я тем, что линии крепления всех гибких 15 мембран к гофрам расположены в одной плоскости, не перпендикулярной оси штанги. 4. Устройство по и. 2 о т л и ч а ю щ е ес я тем, что линии крепления к гофрам каж20 дой из гибких мембран расположены в различных плоскостях. 5. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что на штанге выше сальникового узла закреплен защитный кожух, нижний 25 срез которого расположен ниже сальникового узла. б. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что трубопровод подачи охлаждающей жидкости и коллектор снабжены ореб3G рением. it>7>2o > + М ..! (! !, », т — ry з у v т г! ) (,! Ы (1 f 1 =: ! (1 Ц г ! Г / j, lr) 1671204 1671204 ЮУГ 10 1671204 Фиг 1/ Фиг U PIVOT, f4 Составитель Т,Соколова Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Заказ 2779 Тираж 331 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5
