RU2627574C2

RU2627574C2 - Plant for layerwise freezing and using of natural ice while cooling milk

Info

Publication number: RU2627574C2
Application number: RU2015154887A
Authority: RU
Inventors: Василий Иванович Квашенников; Андрей Петрович Козловцев; Владимир Александрович Шахов; Мария Игоревна Попова; Игорь Владимирович Герасименко
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-08-08
Also published as: RU2015154887A

Abstract

FIELD: food industry.

SUBSTANCE: plant for layerwise freezing and using of natural ice while cooling milk comprises a thermally insulated reservoir, a level sensor, a control unit, a water pump and a motorized valve installed in the pipe connecting the water supply system with the thermally insulated reservoir, inside which there are two pairs of vertically spaced electrodes which are connected to the electronic comparison unit, and the lower part of the recessed-type ice storage is provided with the restrictive lattice not allowing to completely fill the entire volume of the ice storage with ice, the upper part has a neck with the self-regulating heating tape fixed thereon for sealing off ice layers from the neck walls, and for submerging the sealed-off ice layers there is a hydraulic distributor with a hydraulic cylinder mounted on a curved support; for fixing the submerged ice formations, there are four channel racks with plate clamps fixed thereon. The formation of water doses for layerwise freezing is carried out by means of the siphon tank-dispenser, the operating frequency of which is regulated by the consumption valve and the siphon length.

EFFECT: increasing the cooling efficiency.

1 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для намораживания и использования природного льда при охлаждении жидкотекучих пищевых продуктов, например молока.The invention relates to agriculture, in particular to devices for freezing and using natural ice when cooling liquid food products, for example milk.

Известна установка для намораживания льда в льдоаккумуляторе (прототип) [1], содержащая теплоизолированный резервуар, датчик уровня, блок управления, водяной насос и электроприводной вентиль, установленный на трубе, соединяющей водопроводную систему с теплоизолированным резервуаром, внутри которого имеются две пары вертикально расположенных электродов, при этом электроды присоединены к электронному блок сравнения.A known installation for freezing ice in an ice accumulator (prototype) [1], comprising a thermally insulated reservoir, a level sensor, a control unit, a water pump and an electric actuator valve mounted on a pipe connecting the plumbing system to a thermally insulated reservoir, inside which there are two pairs of vertically arranged electrodes, while the electrodes are attached to the electronic comparison unit.

Недостатками этой установки являются:The disadvantages of this installation are:

1) дороговизна, сложность и, следовательно, низкая надежность;1) high cost, complexity and, therefore, low reliability;

2) невозможность механизации транспортировки льда как в период намораживания, так и по окончании морозного периода, так как лед в резервуаре необходимо вручную выкалывать или выпиливать, доставлять к месту использования, дробить и загружать в ящики-фригаторы, где лед превращается в ледяную воду;2) the impossibility of mechanizing the transportation of ice both during the freezing period and at the end of the frost period, since the ice in the tank must be manually punctured or sawed out, delivered to the place of use, crushed and loaded into frigate boxes, where the ice turns into ice water;

3) талая вода не используется повторно для намораживания льда, а сливается в канализацию;3) melt water is not reused to freeze ice, but is discharged into the sewer;

4) при выкалывании (выпиливании) нельзя разрушать лед вблизи электродов, так как велика вероятность их повреждения, потому что лед примерзает к электродам. Электроды остаются в слое льда и, значит, их функционирование при последующих циклах намораживания невозможно;4) when gouging (sawing out), it is impossible to destroy ice near the electrodes, since there is a high probability of damage to them, because the ice freezes to the electrodes. The electrodes remain in the layer of ice and, therefore, their functioning during subsequent freezing cycles is impossible;

5) теплоизолированный резервуар не имеет защиты от разрушения (размораживания), так как вода при замерзании увеличивается в объеме на 9%, в результате чего может произойти разрушение стен резервуара;5) a thermally insulated tank does not have protection against destruction (thawing), since water during freezing increases in volume by 9%, as a result of which destruction of the walls of the tank can occur;

6) невозможно регулировать толщину слоя намораживаемого льда.6) it is impossible to adjust the thickness of the layer of freezing ice.

Задачей изобретения является увеличение скорости намораживания льда, исключение ручного труда при использовании намороженного льда для охлаждения молока, экономия воды, так как отработанная ледяная вода не сливается в канализацию, а возвращается в льдохранилище, где в морозный период она снова превращается в лед.The objective of the invention is to increase the speed of freezing ice, the exclusion of manual labor when using frozen ice to cool milk, saving water, since the waste ice water does not drain into the sewer, but returns to the ice storage, where it turns back to ice in the frosty period.

Технический результат при использовании предложенного устройства достигается за счет того, что установка для послойного намораживания и использования природного льда при охлаждении молока содержит теплоизолированный резервуар, датчик уровня, блок управления, водяной насос и электроприводной вентиль, установленный на трубе, соединяющей водопроводную систему с теплоизолированным резервуаром, внутри которого имеются две пары вертикально расположенных электродов, при этом электроды присоединены к электронному блоку сравнения, а нижняя часть льдохранилища заглубленного типа снабжена ограничительной решеткой, не позволяющей полностью заполнять льдом весь объем льдохранилища, верхняя часть имеет горловину с закрепленной на ней саморегулирующейся нагревательной лентой для отпайки ледяных пластов от стен горловины, а для затопления отпаянных пластов льда имеется гидрораспределитель с гидроцилиндром, закрепленным на дугообразной опоре, для фиксации затопленных ледяных пластов имеются четыре стойки-швеллера с закрепленными на них пластинчатыми фиксаторами, при этом формирование доз воды для послойного намораживания осуществляют сифонным баком-дозатором, частоту срабатывания которого регулируют расходным краном и длиной сифона.The technical result when using the proposed device is achieved due to the fact that the installation for layer-by-layer freezing and use of natural ice when cooling milk contains a thermally insulated tank, a level sensor, a control unit, a water pump and an electric valve installed on the pipe connecting the water system with a thermally insulated tank, inside of which there are two pairs of vertically arranged electrodes, while the electrodes are connected to the electronic comparison unit, and the lower I part of the buried type ice storage is equipped with a restrictive grate that does not allow filling the entire volume of the ice storage with ice, the upper part has a neck with a self-regulating heating tape fixed on it for desoldering ice layers from the neck walls, and for flooding the sealed ice layers there is a valve with a hydraulic cylinder fixed to an arc-shaped support, for fixing the flooded ice layers there are four channel racks with lamellar clamps fixed to them, while formation water dosage for stratified freezing is carried out by a dosing siphon tank which switching frequency is controlled flow valve and siphon length.

Сущность изобретения поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

На чертеже представлено льдохранилище заглубленного типа 1, в котором расположены стойки-швеллеры 2 с закрепленными на них фиксаторами ледяных пластов 3 и ограничительной решеткой 4 в нижней части, а в верхней части в обшивке горловины 5 закреплена саморегулирующаяся нагревательная лента 6. Обшивка горловины покрыта теплоизоляционным слоем 7.The drawing shows an ice storage of a recessed type 1, in which there are racks-channels 2 with fasteners for fixing ice layers 3 and a restrictive grill 4 in the lower part, and in the upper part in the lining of the neck 5 a self-regulating heating tape is fixed 6. The lining of the neck is covered with a heat-insulating layer 7.

Формирование доз воды для послойного намораживания осуществляется с помощью сифонного бака-дозатора 8 с установленным в него сифоном 9, поплавковым устройством 10 и краном 11. Изменением длины сифона можно регулировать объем дозы воды и, следовательно, толщину слоя льда в зависимости от значения отрицательной температуры воздуха.The formation of doses of water for layer-by-layer freezing is carried out using a siphon metering tank 8 with a siphon 9 installed in it, a float device 10 and a valve 11. By changing the length of the siphon, the volume of the dose of water and, therefore, the thickness of the ice layer can be adjusted depending on the value of the negative air temperature .

Для обеспечения затопления слоя льда после его образования предусмотрена схема, содержащая гидроцилиндр 12, гидрораспределитель 13, закрепленные на дугообразной опоре 14. Гидравлическая схема, позволяющая производить охлаждение молока ледяной водой, содержит обратный клапан 15 с сетчатым фильтром, навернутый на конец всасывающей трубы 16, через которую с помощью насоса 17 происходит забор ледяной воды. Безаварийное функционирование системы обеспечивается счетчиком расхода воды 18, гидроаккумулятором 19 с реле давления 20 и манометром 21, показывающим величину давления в системе. Объем воды регулируется с помощью расходного крана 22 и трехходового крана 23, установленных на напорной магистрали 24, соединенной с теплообменником-охладителем 25 и возвратным трубопроводом 26.To ensure flooding of the ice layer after its formation, a circuit is provided that includes a hydraulic cylinder 12, a hydraulic distributor 13 mounted on an arc-shaped support 14. The hydraulic circuit, which allows cooling the milk with ice water, contains a check valve 15 with a strainer, screwed onto the end of the suction pipe 16, through which with the help of the pump 17 is the intake of ice water. The trouble-free operation of the system is ensured by a water flow meter 18, a hydraulic accumulator 19 with a pressure switch 20 and a pressure gauge 21 showing the pressure in the system. The volume of water is regulated using a flow valve 22 and a three-way valve 23 mounted on a pressure line 24 connected to a heat exchanger-cooler 25 and a return pipe 26.

Рабочий процесс осуществляется следующим образом. Перед наступлением морозного периода льдохранилище 1 заполняется водой до верхнего уровня обшивки горловины 5. При замерзании первого слоя до толщины 1…2 см оператор включает в работу бак-дозатор 8, который периодически накапливает и сбрасывает дозу соответствующего объема на промороженную поверхность льдохранилища 1, осуществляя тем самым намораживание льда слоями в 1…2 мм. После намораживания суммарной толщины 10…12 см оператор включает саморегулирующуюся нагревательную ленту 6 на 20…30 минут. За этот период времени ледяной пласт надежно подплавляется по всему периметру горловины. Затем в работу включается гидросистема, перемещающая ледяной пласт (10…12 см) ниже фиксаторов 3. После перемещения (затопления пласта) шток гидроцилиндра под действием пружины возвращается в исходное положение, а пласт от всплытия удерживается четырьмя фиксаторами 3. После затопления первого ледяного пласта в работе гидросистемы наступает пауза - ожидание намораживания второго пласта. Далее процесс циклически повторяется со вторым, третьим и так далее пластом. К концу морозного периода льдохранилище будет заполнено слоеным льдом до ограничительной решетки 4 в объеме 80…90 м³. Таким образом, ограничительная решетка 4 не позволяет полностью заполнять льдом весь объем льдохранилища. В этом случае, выталкивающая (архимедова) сила льда равна 80…90 тонн. Вес всего объема льда составит 90 м³×917 кг/м³=82530 кг, где 917 кг/м - плотность льда. Равнодействующая архимедовой силы и силы тяжести льда равна 90 т - 82,53 т=7,47 т. Именно такое или большее усилие должен развивать гидроцилиндр 12 при затоплении последних пластов, а фиксаторы 3 выдерживать такую нагрузку.The workflow is as follows. Before the onset of the frosty period, the ice storage 1 is filled with water to the upper level of the neck sheath 5. When the first layer freezes to a thickness of 1 ... 2 cm, the operator switches on the metering tank 8, which periodically accumulates and dumps a dose of the corresponding volume on the frozen surface of the ice storage 1, thereby most freezing of ice in layers of 1 ... 2 mm. After freezing the total thickness of 10 ... 12 cm, the operator turns on the self-regulating heating tape 6 for 20 ... 30 minutes. During this period of time, the ice layer is reliably melted around the entire perimeter of the neck. Then, the hydraulic system is switched on, moving the ice layer (10 ... 12 cm) below the latches 3. After moving (flooding the reservoir), the hydraulic cylinder rod returns to its original position under the action of the spring, and the reservoir is held up by four latches 3. After flooding the first ice layer in the hydraulic system pauses - waiting for the freezing of the second layer. Further, the process is cyclically repeated with the second, third and so on layer. By the end of the frosty period, the ice storage will be filled with flaky ice to a restrictive lattice 4 in a volume of 80 ... 90 m ³ . Thus, the restrictive lattice 4 does not allow to completely fill with ice the entire volume of the ice storage. In this case, the buoyant (Archimedean) force of ice is 80 ... 90 tons. The weight of the total ice volume will be 90 m ³ × 917 kg / m ³ = 82 530 kg, where 917 kg / m is the ice density. The resultant Archimedean and ice gravity forces are 90 t - 82.53 t = 7.47 t. It is this or greater force that the hydraulic cylinder 12 must develop when the last layers are flooded, and the retainers 3 withstand such a load.

Рабочая жидкость в гидроцилиндр 12 подается по шлангу от гидрораспределителя 13 под давлением насоса 17, смонтированного вместе с баком рабочей жидкости. В придонном слое воды льдохранилища заглубленного типа 1 располагается обратный клапан 15. Насос 17 подает воду в напорную магистраль 24, из которой вода поступает в гидроаккумулятор 19, к расходному крану 22 и трехходовому крану 23. Расходный кран 22 регулирует подачу воды в бак-дозатор 8, устанавливая тем самым длительность его наполнения и, следовательно, частоту сброса доз воды на поверхность льдохранилища. Трехходовой кран 23 подает необходимый объем воды в теплообменник-охладитель 25 или на технические нужды.The working fluid in the hydraulic cylinder 12 is supplied through a hose from the control valve 13 under the pressure of the pump 17 mounted together with the working fluid tank. A check valve 15 is located in the bottom water layer of the ice storage tank of the buried type 1. Pump 17 delivers water to the pressure line 24, from which water enters the accumulator 19, to the flow valve 22 and the three-way valve 23. The flow valve 22 controls the water supply to the metering tank 8 thereby establishing the duration of its filling and, consequently, the frequency of the discharge of water doses to the surface of the ice storage. A three-way valve 23 supplies the required amount of water to the heat exchanger-cooler 25 or for technical needs.

При достижении уровня воды в баке-дозаторе 8 максимума запускается сифон 9 и вся доза воды, накопленная в баке, сбрасывается на верхнюю промороженную часть льдохранилища 1, разливаясь тонким слоем 1…2 мм в зависимости от настройки сифонного дозатора. Периодичность срабатывания сифонного дозатора устанавливается такой, чтобы предыдущая доза, разлитая по поверхности ранее намороженного льда, успела промерзнуть. Регулировка периодичности устанавливается расходным краном 8. Для автоматического запуска сифона предусмотрено дополнительное поплавковое устройство 10, обеспечивающее открытие крана 11.When the water level in the metering tank 8 reaches a maximum, a siphon 9 is launched and the entire dose of water accumulated in the tank is discharged to the upper frozen part of the ice storage 1, spreading with a thin layer of 1 ... 2 mm, depending on the setting of the siphon meter. The frequency of operation of the siphon dispenser is set such that the previous dose, spilled on the surface of previously frozen ice, has time to freeze. The frequency adjustment is set by the flow valve 8. To automatically start the siphon, an additional float device 10 is provided to open the valve 11.

Насос 17 управляется с помощью реле давления 20. При давлении 2,1 кг/см насос выключается, при 1,1 кг/см включается.The pump 17 is controlled by a pressure switch 20. At a pressure of 2.1 kg / cm, the pump turns off, at 1.1 kg / cm it turns on.

После многократных циклов работы сифонного устройства и механизма затопления пластов в течение морозного периода большая часть воды в льдохранилище 1 превратится в многослойный ледяной массив.After multiple cycles of operation of the siphon device and formation flooding mechanism during the frosty period, most of the water in ice storage 1 will turn into a multi-layer ice mass.

Однако доводить промораживание до дна емкости нельзя, так как нижний придонный слой воды используется для ее подачи в теплообменник-охладитель 25 через трехходовой кран 23 с последующим возвратом теплой отработанной воды по возвратному трубопроводу 26 снова в придонный слой, где она охлаждается за счет таяния нижних слоев льда. Для этой цели служит ограничительная решетка 4.However, it is impossible to bring the freezing to the bottom of the tank, since the lower bottom layer of water is used to supply it to the heat exchanger-cooler 25 through a three-way valve 23 with the subsequent return of warm waste water through the return pipe 26 again to the bottom layer, where it is cooled by melting of the lower layers ice. For this purpose, a restriction grid 4 is used.

Расход воды и, соответственно, объем намороженного льда определяется по показаниям счетчика расхода воды 18.The water flow rate and, accordingly, the volume of frozen ice is determined by the readings of the water flow meter 18.

Экономический эффект при использовании предложенного устройства достигается за счет того, что в отличие от существующих в настоящее время аналогичных устройств оно обладает следующими положительными свойствами.The economic effect when using the proposed device is achieved due to the fact that, unlike the currently existing similar devices, it has the following positive properties.

1. Комплексно решает проблему охлаждения молока естественным холодом.1. Integrally solves the problem of milk cooling by natural cold.

2. Экономит воду за счет того, что для послойного намораживания воду забирает не из водоснабжающей системы (водопровода), а из нижних придонных слоев льдохранилища, а отработанную воду после теплообмена с охлаждаемым молоком не сливает в канализацию, а направляет в льдохранилище, где она, контактируя со льдом, снова охлаждается, т.е. предлагаемое устройство использует водооборотную схему.2. Saves water due to the fact that for layer-by-layer freezing, water is taken not from the water supply system (water supply), but from the bottom bottom layers of the ice storage, and the waste water after heat exchange with cooled milk does not discharge into the sewer, but is sent to the ice storage, where it in contact with ice, it is again cooled, i.e. the proposed device uses a water circuit.

3. Не требуется выколка или выпиливание кусков льда для доставки их к местам использования, что полностью ликвидирует затраты живого труда при использовании льдохранилища.3. It is not necessary to puncture or saw out pieces of ice to deliver them to the places of use, which completely eliminates the cost of living labor when using the ice storage.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2013719, кл. F25C 1/02, 1994.1. RF patent No. 20133719, cl. F25C 1/02, 1994.

Claims

Installation for layer-by-layer freezing and use of natural ice when cooling milk, containing a heat-insulated tank, water pump, water system, characterized in that the bottom part of the buried ice storage is equipped with a restrictive grating that does not completely fill the entire volume of the ice storage with ice, and the upper part has a mouth with a fixed on it a self-regulating heating tape for soldering ice layers from the walls of the neck, and for flooding the sealed ice layers there is a hyd a distributor with a hydraulic cylinder mounted on an arc-shaped support, four channel racks with plate clamps fixed on them for fixing flooded ice layers, a siphon metering tank for forming doses of water for layer-by-layer freezing, the response frequency of which is regulated by a flow valve and the length of the siphon.