Патент на изобретение №2366165

(54) МОЛОЧНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

(57) Реферат:

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.

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 23 кВт, ценой 1200015000 рублей, емкостью 100150 л, добавляя 5080 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 2030 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 44,5 ат и температурой 1015°С компрессором 8 сжимаются до давления 1518 ат при температуре 8090°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 1217°С, благодаря чему давление и температура сжатых паров хладона, поступающих через трубчатый змеевик 9 в конденсатор 11 воздушного охлаждения, уменьшается соответственно на 1015°С и на 22,5 ат до 1416 ат и до 7080°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 1520% 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 22,5 ат и на 1015°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 4550°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 3540°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 23 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 22,5 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 1012 часов постепенно охлаждается окружающим воздухом до 2530°С, будучи подготовленным к очередному циклу двухдоечного (трехдоечного) охлаждения для потребления очередной рекуперационной мощности 23 кВт при тепловом напоре в винтовом трубчатом змеевике 9 порядка 4050°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 4550°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 510 л/мин, сливая теплую воду потребителям объемом 300600 л/час. Слив теплой воды 3035°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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ