МОЛОЧНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК A01J9/04 F25B31/00 

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в пищевой промышленности, в агропромышленном комплексе и фермерских хозяйствах, обслуживающих стадо, с суточным надоем 2000-6000 л молока.

Известны молочные холодильные установки, предназначенные для сбора, охлаждения и хранения молока при оптимальной температуре 4°С [1-6], например, установки охлаждения молока по патентам RU №2265322, A01J 9/04, 2005; RU №2238642, A01J 9/04, 2004. Согласно санитарным нормам охлаждение должно происходить не более чем за 3 часа.

Их основой являются ванны-резервуары квадратной или круглой формы (например, резервуар-охладитель молока по патенту RU №2007909, C1, A01J 9/04, 1994; танк-охладитель молока, по патенту FR 2133145 A, 1998), выполненные из пищевой нержавеющей стали, с припаянным наружным трубчатым испарителем (RU №2265322) либо с погружным трубчатым испарителем хладона (RU №2238642), поступающим от компрессорно-конденсаторного агрегата. Возможно также выполнение резервуаров со встроенными щелевыми испарителями хладона (например, танк-охладитель KRYOS, WESTFALIA SURGE. Рекламные материалы. E-mail:info@/ru.westfalia.com).

Щелевые испарители хладона выполняются методом контактной точечной сварки либо шовно-кольцевой лазерной сварки (танк-охладитель KRYOS, WESTFALIA SURGE) и непосредственно охлаждают молоко со стороны днища резервуара, снимая потоки холода от кипящего хладона с помощью мотор-редуктора и мешалки, возможно также в резервуарах использовать промежуточное охлаждение с помощью насосов и потоков ледяной воды из бака-аккумулятора (резервуар-охладитель молока по патенту RU №2007909, 1994 г). Для снижения энергозатрат при хранении упомянутые резервуары снаружи окружены слоем теплоизоляции.

Тепло, выделяемое охлажденным молоком на выходе из компрессора при сжатии откипевших паров хладона, выбрасывается в атмосферу с помощью вентиляторов, продувающих ламели конденсаторов (см. патенты RU №2265322, RU №2238642), либо утилизируется в сложные крупно-габаритные двухемкостные термоизолированные резервуары горячей и теплой воды, подпитываемые водопроводным поплавковым клапаном с кожухотрубными конденсаторами водяного охлаждения (Устройство для охлаждения молока на фермах (Авторское свидетельство на изобретение, СССР, SU 1496723 AI, 1989), причем кожухотрубный испаритель холодильной машины с ледяным рассолом через пластинчатый охладитель охлаждает поток молока во время дойки. При этом теплая вода применяется для автопоилок, а горячая - для мытья вымени перед дойкой. Устройство снабжено тремя центробежными насосами с тремя пневморегуляторами для автоматизации управления потоками воды. Примерно такой же вариант утилизации (рекуперации) тепла от молока в герметичный стационарный накопитель 200 л горячей воды с внешним пластинчатым подогревателем теплообменником до +52°С и в герметичный настенный накопитель (100 л воды) с дополнительным ТЭНом 2 кВт в сочетании с трубопроводами и насосом, питающим вертикальный стационарный (настенный) накопитель, применяется в танках-охладителях KPYOS, ваннах-охладителях UES и CVS WESTFALIA SURGE, E-mail:info@/ru.westfalia.com), при оснащении ферм упомянутым дополнительным сложным и дорогостоящим оборудованием.

Недостатком молочных холодильных установок (МХУ) с компрессорно-конденсаторными агрегатами воздушного охлаждения является полный выброс в атмосферу вырабатываемой тепловой энергии от охлаждаемого молока, несмотря на потребность в теплой воде на ферме: для поения животных, промывки резервуаров, промывки вымени перед дойкой, которая удовлетворяется покупкой дополнительных герметичных настенных электроводонагревателей, а недостатком упомянутых устройств с рекуперацией тепловой энергии SU №1496723 и оборудования WESTFALIA SURGE являются дополнительные дорогие и сложные пластинчатые теплообменники, нагреватели-охладители, а также насосы и трубопроводы, соединяющие герметичные стационарные или настенные накопители с пластинчатыми теплообменниками.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является молочная холодильная установка (МХУ) по патенту RU 2265322 C1, 2005, содержащая резервуар с наружным теплоизоляционным покрытием, мотор-редуктор, мешалку и встроенный в днище резервуара медный паянный испаритель хладона, а также компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) воздушного охлаждения, соединенный трубопроводами нагнетания и всасывания с испарителем. Для выгрузки молока и последующей промывки МХУ содержит разгрузочно-промывочный электронасос с четырьмя самовращающимися вихревыми головками, установленными на верхней герметичной крышке. Механизированная промывка резервуара электронасосом в режиме циркуляции осуществляется 300 л воды, заливаемой из водопровода, однако для более качественной промывки, осуществляемой теплой водой, фермеры вынуждены дополнительно приобретать настенные герметичные водонагреватели (бойлеры) с ТЭНами и термостабилизаторами мощностью 2…3 кВт, ценой 12000…15000 рублей, емкостью 100…150 л, добавляя 50…80 л горячей воды +70°С при промывке в режиме циркуляции.

Основным недостатком прототипа является «выдувание» тепловой энергии конденсируемых паров хладона, получаемых при охлаждении молока, в атмосферу через конденсаторы воздушного охлаждения. Это приводит к необходимости дополнительных первоначальных затрат на электробойлеры для качественной промывки горячей водой, а также к потреблению дополнительной электроэнергии порядка 20…30 кВт·ч в сутки.

Изобретение направлено на уменьшение эксплуатационных энергозатрат, сложности и стоимости МХУ за счет утилизации тепла, выделяемого при сжатии паров хладона, в 300 литров горячей воды, используемой на фермах для промывки резервуаров и других бытовых нужд, при этом сохранение простоты реализации и компактности исполнения без дополнительных насосов, пластинчатых кожухотрубных теплообменников.

Указанный технический результат достигается тем, что в молочную холодильную установку, содержащую резервуар с наружным теплоизоляционным покрытием, мотор-редуктор, мешалку и встроенный в резервуар испаритель, а также компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) воздушного охлаждения, соединенный трубопроводами нагнетания и всасывания с испарителем, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ в состав ККА введен бак-рекуператор, размещенный над компрессором, с винтовым трубчатым змеевиком, водопроводным поплавковым клапаном и съемной крышкой, причем выход компрессора соединен через винтовой трубчатый змеевик бака-рекуператора со входом конденсатора, а водопроводный поплавковый клапан размещен вверху бака-рекуператора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен чертеж общего вида молочной холодильной установки, на фиг.2 - принципиальная комбинированная схема соединений, на фиг.3 - продольный разрез бака-рекуператора.

Молочная холодильная установка (фиг.1, 2) содержит резервуар 1 со съемными крышками 2 и наружным теплоизоляционным покрытием 3, мотор-редуктор 4, мешалку 5 и встроенный в днище резервуара испаритель 6. Встроенный испаритель 6 может быть выполнен щелевым либо медным припаянным снаружи к днищу резервуара 1. В МХУ также входит компрессорно-конденсаторный агрегат ККА 7 с последовательно соединенными компрессором 8, винтовым трубчатым змеевиком 9 бака-рекуператора 10, конденсатором воздушного охлаждения 11, ресивером 12, фильтром 13, терморегулирующим вентилем (ТРВ) 14. ККА 7 соединен со встроенным испарителем 6 резервуара 1 трубопроводами нагнетания 15 и всасывания 16.

Бак-рекуператор 10 (фиг.1, 3) размещен в общей раме 17 ККА 7 над компрессором 8 на уровне 800 мм от основания и содержит съемную крышку 18. В нижней части бака-рекуператора 10 расположен винтовой трубчатый змеевик 9 из нержавеющей стальной трубы ⌀20 мм×1 длиной 6 пог.м, навитый ⌀500 мм с шагом 70 мм, закрепленный сваркой изнутри бака-рекуператора 10 на стойках 19. Змеевик 9 располагается в нижней части бака-рекуператора 10, чтобы постоянно находиться погруженным в воде. Вверху бака-рекуператора 10 размещен водопроводный поплавковый клапан 20 на уровне 1700 мм от пола. Бак-рекуператор объемом 300 л представляет собой цилиндрическую сварную конструкцию высотой 1000 мм диаметром 630 мм. Водопроводный поплавковый клапан 20 установлен на уровне 900 мм от дна бака-рекуператора 10. Сливной шаровый кран 21 горячей воды из бака-рекуператора 10 установлен на уровне 70 мм от дна бака-рекуператора 10. Водопровод 22 подведен к водопроводному поплавковому клапану 20 и содержит также шаровый кран 23 холодной воды, предназначенной для бытовых нужд, в частности для заправки автопоилки и мойки резервуара 1. В состав МХУ также входит термостат (на фиг.1, 2, 3 не показан), обесточивающий ККА 7 при охлаждении молока до +4°С.

Работает МХУ следующим образом.

При заполнении резервуара 1 теплым молоком +35°С порядка 500 л включается ККА 7 и компрессор 8 всасывает по трубопроводу 16 пары хладона, образованные при его кипении в испарителе 6, встроенном в днище резервуара 1. Насыщенные пары хладона с давлением 4…4,5 ат и температурой 10…15°С компрессором 8 сжимаются до давления 15…18 ат при температуре 80…90°С и поступают в винтообразный трубопровод-змеевик 9 бака-рекуператора 10. Бак-рекуператор 10 через водопроводный поплавковый клапан 20 заполнен на 280 л водопроводной водой 12…17°С, благодаря чему давление и температура сжатых паров хладона, поступающих через трубчатый змеевик 9 в конденсатор 11 воздушного охлаждения, уменьшается соответственно на 10…15°С и на 2…2,5 ат до 14…16 ат и до 70…80°С. Контактная площадь трубопровода-змеевика 9 с водой бака-рекуператора 10, составляющая 0,4 м², при тепловом напоре (перепаде температур паров хладона и воды) порядка 60°С снимает с циркулирующих паров хладона мощность до 3 кВт, что соответствует 15…20% установочной мощности конденсатора 11 воздушного охлаждения. Эта мощность до 3 кВт, с одной стороны, уменьшает пиковую нагрузку на компрессор 8 по сравнению с прототипом на 2…2,5 ат и на 10…15°С, тем самым способствуя повышению ресурса МХУ и его более надежной работе, а с другой стороны, обеспечивает автоматический подогрев воды в баке-рекуператоре 10, используемой впоследствии для бытовых нужд. Естественная тепловая конвекция воды в баке-рекуператоре 10 равномерно прогревает все 280 л и не требует дополнительной мешалки. За 2 часа, необходимые для охлаждения молока половинного объема резервуара (1000 л для двухтонника и 2000 л для четырехтонника), бак-рекуператор 10 постепенно нагревается до 70°С. Нагревательная мощность трубчатого змеевика 9 уменьшается с 3 кВт до сотен ватт по мере уменьшения теплового напора. При этом максимальную мощность порядка 3 кВт бак-рекуператор 10 отбирает от компрессора 8 в первые 0,5 часа работы. За это время температура бака-рекуператора 10 поднимается до 45…50°С. Из теории холодильных машин известно, что максимальная нагрузка на компрессор 8 и ККА 7 возникает на начальном этапе охлаждения молока при +35°С. По мере охлаждения молока до +4°С давление паров на всасывании в трубопроводе 16 уменьшается примерно вдвое до 2,5 ат, а их температура снижается до -5°С. Соответственно давление паров нагнетания компрессора 8 уменьшается до 14 ат, температура паров снижается до 70°С. Тепловой напор в трубчатом змеевике 9 уменьшается в десятки раз и наступает температурная стабилизация воды в баке-рекуператоре 10. При дальнейшем прохождении сжатых паров хладона с выхода трубчатого змеевика 9 через конденсатор 11 воздушного охлаждения их температура снижается до 35…40°С за счет продувки вентилятора, и пары конденсируются в жидкую фракцию, собираясь в ресивере 12.

При давлении 14 ат жидкий хладон проходит через фильтр-осушитель 13 в ТРВ 14 и далее впрыскивается через трубопровод нагнетания 15 во встроенный в резервуар 1 испаритель 6, где вскипает при упомянутом низком давлении от контакта с теплым молоком. Терморегулирующий вентиль ТРВ 14 за счет обратной связи автоматически уменьшает подачу жидкого хладона по мере охлаждения молока, обеспечивая максимальную холодопроизводительность и нагрузку МХУ на начальном этапе при температуре +35°С.

Мотор-редуктор 4 с мешалкой 5 обеспечивают равномерное перемешивание молока и съем всей холодильной мощности со встроенного испарителя 6. Далее испаренный хладон циклически поступает во всасывающий трубопровод 16.

При охлаждении молока до +4°С срабатывает термостат (на фиг.1, 2, 3 - не показан) и обесточивает ККА 7. МХУ переходит в режим хранения охлажденного молока с гомогенизацией (перемешиванием) при помощи мотор-редуктора 4 и мешалки 5.

Таким образом, после завершения процесса охлаждения молока в баке-рекуператоре 10 образуется 280 л теплой воды, нагретой до 70°С. Основная нагревательная мощность порядка 2…3 кВт поступает в бак-рекуператор 10 на начальном этапе при пиковой нагрузке МХУ в первые 0,5 часа работы. Эта мощность уменьшает максимальную нагрузку на выходе компрессора на 2…2,5 ат (на 15%) по сравнению с прототипом и тем самым повышает ресурс его работы.

Одновременно этот тепловой поток нагревает 280 л воды в баке-рекуператоре 10 до 70°С. Уровень теплой воды в баке-рекуператоре 10 составляет 1700 мм над основанием ККА 7, что создает возможность ее использования самотеком при открытии сливного шарового крана 21 для бытовых нужд и подогрева водопроводной воды, поступающей через кран 23 следующим потребителям: а) автопоилке (уровень воды не превышает 400 мм), б) механизированной промывке резервуара 1 теплой водой в режиме циркуляции при включении циркуляционного насоса (уровень воды в резервуаре 1 при циркуляции не превышает 400 мм, объем 300 л, в) автомату промывки закрытых цилиндрических резервуаров, например, типа KRYOS WESTFALIA SURGE: уровень воды при циклической промывке в резервуаре не превышает 400 мм, объем 200 л, в том числе 70 л горячей воды в каждом их трех циклов - полоскание, щелочной и кислотный, г) обмывание вымени перед дойкой.

По мере потребления горячей воды для бытовых нужд из сливного крана 21 бак-рекуператор 10 пополняется через поплавковый клапан 20 водопроводной водой и его температура падает с 70°С до 20°С. При отсутствии потребления бак-рекуператор объемом 280 л за 10…12 часов постепенно охлаждается окружающим воздухом до 25…30°С, будучи подготовленным к очередному циклу двухдоечного (трехдоечного) охлаждения для потребления очередной рекуперационной мощности 2…3 кВт при тепловом напоре в винтовом трубчатом змеевике 9 порядка 40…50°С.

Таким образом, по сравнению с прототипом потребитель имеет прямую материальную выгоду, т.к. свободен от необходимости покупать дополнительный электробойлер 2 кВт емкостью 150 л стоимостью 15000 рублей. Себестоимость бака-рекуператора 10 с короткими соединительными трубопроводами не превышает 7000 рублей, цена реализации 10000 рублей. Уменьшено суточное потребление электроэнергии на 10 кВт·ч. Другое преимущество предлагаемой МХУ по сравнению с прототипом заключается в уменьшении пиковой нагрузки на компрессор во все время охлаждения молока при температуре окружающей среды 35°С во время летней жары. В первые полчаса работы МХУ происходит нагрев бака-рекуператора до 45…50°С, тепловой напор в трубчатом змеевике 9 уменьшается, снимаемая рекуператором мощность падает и давление на компрессоре растет. Для эффективного снижения давления в компрессоре 8 до полного охлаждения молока шаровый кран 21 при летней жаре приоткрывают на расходы 5…10 л/мин, сливая теплую воду потребителям объемом 300…600 л/час. Слив теплой воды 30…35°С в процессе работы ККА 7 сопровождается автоматической подпиткой бака-рекуператора 10 через водопроводный поплавковый клапан 20 холодной водой. Поэтому тепловой напор в трубчатом змеевике 9 сохраняется все время охлаждения молока и обеспечивается соответствующая защита от перегрузок компрессора 8.

По сравнению с аналогами WESTFALIA SURGE, использующими отдельные сборочные единицы для рекуперации тепла герметичных стационарных или настенных накопителей с пластинчатыми теплообменниками и соответствующими насосами, компоновка открытого бака-рекуператора 10 с крышкой 18, водопроводным поплавковым клапаном 20 и трубчатым змеевиком 9 над компрессором 8 ККА 7 позволяет до минимума (порядка 1 м) сократить соединительные трубопроводы между компрессором 8, баком-рекуператором 10 и конденсатором 11, а также предельно упростить и удешевить конструкцию.

Указанное техническое решение в 2007 году внедрено в серийное производство на предприятии ООО «НПП «Автомаш» (г.Ковров).

Источники информации

1. Молочная холодильная установка. Патент RU №2265322, A01J 9/04, F25D 1/00, F25D 17/06, 2005.

2. Установка охлаждения молока. Патент RU №2238642, A01J 9/04, 2004 г.

3. Резервуар-охладитель молока. Патент RU №2007909, A01J 9/04, 28.02.1994 г.

4. Танк-охладитель молока. Патент FR 2133145 A, 11.02.1998 г.

5. Устройство для охлаждения молока на фермах. Авторское свидетельство на изобретение, СССР, SU 1496723 A1, 30.07.1989 г.

6. Танк-охладитель KRYOS и ванны-охладители UES и CVS. WESTFALIA SURGE. Рекламные материалы. ООО «Вестфалия-Сердж». 105005, Москва, Плешковский пер.6, стр.2. E-mail:info@ru.westfalia.com.

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в пищевой промышленности, в агропромышленном комплексе и фермерских хозяйствах. Молочная холодильная установка содержит резервуар с наружным теплоизоляционным покрытием, мотор-редуктором, мешалку и встроенный в резервуар испаритель, а также компрессорно-конденсаторный агрегат воздушного охлаждения, соединенный трубопроводами нагнетания и всасывания с испарителем. В состав компрессорно-конденсаторного агрегата введен бак-рекуператор, размещенный над компрессором, с винтообразным трубчатым змеевиком, водопроводным поплавковым клапаном и съемной крышкой. Причем выход компрессора соединен через винтообразный трубчатый змеевик бака-рекуператора со входом конденсатора, а водопроводный поплавковый клапан размещен вверху бака-рекуператора. Изобретение позволяет уменьшить эксплуатационные энергозатраты и стоимость установки. 3 ил.

Молочная холодильная установка, содержащая резервуар с наружным теплоизоляционным покрытием, мотор-редуктором, мешалку и встроенный в резервуар испаритель, а также компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) воздушного охлаждения, соединенный трубопроводами нагнетания и всасывания с испарителем, отличающаяся тем, что в состав ККА введен бак-рекуператор, размещенный над компрессором, с винтообразным трубчатым змеевиком, водопроводным поплавковым клапаном и съемной крышкой, причем выход компрессора соединен через винтообразный трубчатый змеевик бака-рекуператора со входом конденсатора, а водопроводный поплавковый клапан размещен вверху бака-рекуператора.