Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ПОСЛОЙНОГО НАМОРАЖИВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ЛЬДА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ МОЛОКА

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для намораживания и использования природного льда при охлаждении жидкотекучих пищевых продуктов, например молока.

Известна установка для послойного намораживания и использования природного льда при охлаждении молока, содержащая теплоизолированный резервуар, водяной насос, водопроводную систему, при этом придонная часть заглубленного льдохранилища снабжена ограничительной решеткой, не позволяющей полностью заполнять льдом весь объем льдохранилища, а верхняя часть имеет горловину, с закрепленной на ней саморегулирующейся нагревательной лентой для отпайки ледяных пластов от стен горловины [1] (прототип).

Недостатками этой установки являются невысокая скорость намораживания льда; низкая эксплуатационная надежность в связи с тем, что, при нескольких циклах срабатывания сифонного дозатора в трубе, по которой происходит сброс воды на поверхность ранее намороженного льда, в теплоизолированном резервуаре начинает образовываться лед вплоть до ее полного закупоривания; а также высокая металлоемкость конструкции, поскольку для обеспечения затопления слоя льда используется конструкция, содержащая гидроцилиндр и гидрораспределитель закрепленные на дугообразной опоре.

Задача изобретения - увеличение скорости намораживания льда, повышение надежности работы установки для послойного намораживания и снижение ее металлоемкости.

Технический результат достигается тем, что установка для послойного намораживания и использования природного льда, содержащая теплоизолированный резервуар, водяной насос, водопроводную систему, ограничительную решетку в придонной части теплоизолированного резервуара, не позволяющую полностью заполнять льдом весь его объем, а верхняя часть имеет горловину, с закрепленной на ней саморегулирующейся нагревательной лентой для отпайки ледяных пластов, отличающаяся тем, что над теплоизолированным резервуаром установлен вентилятор для создания ветрового потока, обеспечивающий увеличение скорости намораживания льда, а вытесняемая образующимся ледяным пластом вода, в процессе работы, попадает в оперативную емкость и перетекает обратно в теплоизолированный резервуар без контакта с морозным воздухом, исключая возможность образования льда и закупоривания трубы, повышая тем самым эксплуатационную надежность установки, при этом, затопление ледяного пласта происходит за счет его собственного веса и вакуумметрического давления между пластом льда, примороженным к горловине и водой в теплоизолированном резервуаре.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена установка для послойного намораживания и использования природного льда при охлаждении молока.

Установка для послойного намораживания и использования природного льда при охлаждении молока состоит из теплоизолированного резервуара (1), водяного насоса (2), ограничительной решетки (3), саморегулирующейся нагревательной ленты (4), фиксаторов ледяных пластов (5), затопленного ледяного пласта (6), вентилятора (7), теплообменника-охладителя (8), крана теплообменника-охладителя (9), крана оперативной емкости (10), прозрачной измерительной трубы (11), оперативной емкости (12).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. После завершения монтажных работ теплоизолированный резервуар 1 заполняется водой до середины его горловины.

С наступлением морозного периода на поверхности воды в теплоизолированном резервуаре 1 начинает образовываться ледяной слой. С течением времени толщина слоя увеличивается. Для увеличения скорости намораживания льда включают вентилятор 7, создающий ветровой поток над поверхностью теплоизолированного резервуара 1. Поскольку толщина ледяного слоя растет вниз, то внутри теплоизолированного резервуара 1 возникает избыточное давление в связи с тем, что объем льда больше объёма воды, на которой он образовался (общеизвестный факт).

Вода из теплоизолированного резервуара 1 через водяной насос 2 и напорный трубопровод перетекает в прозрачную измерительную трубу 11, в результате чего уровень ее повышается, сигнализируя о повышении давления в теплоизолированном резервуаре 1 и о росте толщины ледяного пласта.

Увеличившийся объем воды в прозрачной измерительной трубе 11 характеризует массу намороженного льда и, следовательно, толщину слоя, исходя из следующего:

М_л=М_в (1)

V_л⋅ρ_л=V_в⋅ρ_в (2)

где М_л - масса льда; М_в - масса воды; V_л - объём льда; ρ_л - плотность льда;

V_в - объем воды; ρ_в - плотность воды.

V_л=V_в+ΔV_в (3)

где ΔV_в - объем воды, вытесненной из бассейна намороженным льдом.

Преобразуя формулу (2) и подставляя в (3) получаем

ΔV_в⋅ρ_в/ρ_л=V_в+ΔV_в (4)

Учитывая, что V_лρ_л=М_л получаем М_л=ΔV_в⋅ρ_в⋅ρ_л/(ρ_в-ρ_л) (5)

ρ_в⋅ρ_л/(ρ_в-ρ_л) - величина постоянная.

Обозначим данное отношение символом k

Тогда k=ρ_в⋅ρ_л/(ρ_в-ρ_л)

«k» имеет вполне конкретный физический смысл - это масса льда (кг), образующегося в бассейне при вытеснении из него одного кубического метра воды, кг/м³.

При подстановке численных значений k=11039 кг/м³.

На прозрачной измерительной трубе 11 можно нанести две шкалы: одна градуируется в «кг» - масса льда в намораживаемом пласте, другая в «см» - толщина слоя льда.

При достижении толщины слоя льда оптимальной величины, например, 10 см, оператор включает водяной насос 2 и откачивает небольшое количество воды из теплоизолированного резервуара 1 в оперативную емкость 12 так, чтобы уровень воды в горловине теплоизолированного резервуара 1 установился ниже фиксаторов ледяных пластов 5, образуя между пластом льда, примороженным к горловине, и водой вакуумметрическое давление. Одновременно с включением водяного насоса 2 оператор должен включить саморегулирующуюся нагревательную ленту 4, которая отогревает пласт льда от стенок горловины теплоизолированного резервуара 1. После отпайки слой льда под действием собственного веса и вакуумметрического давления, созданного за счет оттока воды, отрывается от горловины и опускается на поверхность воды в теплоизолированном резервуаре 1, раздвигая фиксаторы ледяных пластов 4.

После этого насос выключается. Вода самотеком перетекает из оперативной емкости 12 в теплоизолированный резервуар 1. Уровень воды в нем снова устанавливается на первоначальной отметке, а фиксаторы ледяных пластов 5 будут удерживать затопленный ледяной пласт 6 от всплытия.

Далее процесс циклически повторяется.

Охлаждение молока происходит в теплообменнике-охладителе 8 за счет циркуляции холодной воды из теплоизолированного резервуара 1 с помощью водяного насоса 2. Управление работой теплообменника-охладителя 8 осуществляется краном теплообменника-охладителя 9.

По окончании морозного периода весь рабочий объем теплоизолированного резервуара 1 будет заполнен слоеным льдом вплоть до ограничительной решетки 3.

К этому моменту масса льда в теплоизолированном резервуаре 1 будет максимальной M_max, а в оперативной емкости 12 будет находиться максимальное количество воды ΔV_{в max}

Кран оперативной емкости 10 должен быть закрытым. Вода в оперативной емкости 12 будет находиться до расплавления всего объема льда.

Перед началом нового морозного периода кран оперативной емкости 10 открывается. Вода из оперативной емкости 12 возвращается в бассейн. Система готова к функционированию в новом морозном сезоне.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение № 2627574, опубл. 08.08.2017.