Молочная холодильная установка

Бродский Лазарь Ефимович (RU) Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в пищевой промышленности, агропромышленном комплексе и в сельском хозяйстве на молочных фермах для охлаждения, хранения и переработки молока. Технический результат заключается в реализации такой конструкции компрессорно-конденсаторного агрегата с воздушным охлаждением, которая благодаря введнному баку-рекуператору, установленному над компрессором с трубчатым змеевиком и водопроводным поплавковым клапаном, утилизирует тепло, выделяемое на выходе компрессора при сжатии паров хладона, в 280 л горячей воды, используемой для бытовых нужд. 015232 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 4C [1-6], например установки охлаждения молока по патентамRU2265322, A01J 9/04, 2005; RU2238642, A01J 9/04, 2004. Согласно санитарным нормам охлаждение должно происходить не более чем за 3 ч. Их основой являются ванны-резервуары квадратной или круглой формы (например, резервуар охладитель молока по патенту RU2007909, C1, A01J 9/04, 1994; танк-охладитель молока по патентуFR 2133145A, 1998), выполненные из пищевой нержавеющей стали, с припаянным наружным трубчатым испарителем (RU2265322), либо с погружным трубчатым испарителем хладона (RU2238642), поступающим от компрессорно-конденсаторного агрегата. Возможно также выполнение резервуаров со встроенными щелевыми испарителями хладона (например, танк-охладитель KRYOS, WESTFALIASURGE. Рекламные материалы. E-mail: inforu.westfalia.com). Щелевые испарители хладона выполняются методом контактной точечной сварки либо шовнокольцевой 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 RU2007909, 1994). Для снижения энергозатрат при хранении упомянутые резервуары снаружи окружены слоем теплоизоляции. Тепло, выделяемое охлажднным молоком на выходе из компрессора при сжатии откипевших паров хладона, выбрасывается в атмосферу с помощью вентиляторов, продувающих ламели конденсаторов(см. патенты RU2265322, 2238642) либо утилизируется в сложные крупногабаритные двухмкостные термоизолированные резервуары горячей и тплой 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), причм кожухотрубный испаритель холодильной машины с ледяным рассолом через пластинчатый охладитель охлаждает поток молока во время дойки. При этом тплая 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 +52C 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-охладителяхUES и CVS WESTFALIA SURGE, e-mail: inforu.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 тплой 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 SU1496723 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 паяный испаритель хладона, а также компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) воздушного охлаждения, соединнный 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 тплой водой, фермеры вынуждены дополнительно приобретать настенные герметичные водонагреватели (бойлеры) с ТЭНами и термостабилизаторами мощностью 2-3 кВт, ценой 12000-15000 руб., мкостью 100-150 л, добавляя 50-80 л горячей воды +70C 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 качест-1 015232 венной промывки горячей водой, а также к потреблению дополнительной электроэнергии порядка 20-30 кВтч в сутки. Изобретение направлено на уменьшение эксплутационных энергозатрат, сложности и стоимости МХУ за счт утилизации тепла, выделяемого при сжатии паров хладона, в 300 л 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, соединнный трубопроводами нагнетания и всасывания с испарителем, согласно изобретению в состав ККА введн бак-рекуператор, размещнный над компрессором, с винтовым трубчатым змеевиком, водопроводным поплавковым клапаном и съмной крышкой, причм выход компрессора соединн через винтовой трубчатый змеевик бака-рекуператора со входом конденсатора, а водопроводный поплавковый клапан размещн вверху бака-рекуператора. Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен чертж 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 съмными 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 соединнными компрессором 8, винтовым трубчатым змеевиком 9 бака-рекуператора 10, конденсатором воздушного охлаждения 11, ресивером 12, фильтром 13, терморегулирующим вентилем (ТРВ) 14. ККА 7 соединн со встроенным испарителем 6 резервуара 1 трубопроводами нагнетания 15 и всасывания 16. Бак-рекуператор 10 (фиг. 1, 3) размещн в общей раме 17 ККА 7 над компрессором 8 на уровне 800 мм от основания и содержит съмную крышку 18. В нижней части бака-рекуператора 10 расположен винтовой трубчатый змеевик 9 из нержавеющей стальной трубы 20 мм 1 длиной 6 погонных метров,навитый 500 мм с шагом 70 мм, закреплнный сваркой изнутри бака-рекуператора 10 на стойках 19. Змеевик 9 располагается в нижней части бака-рекуператора 10, чтобы постоянно находиться погружнным в воде. Вверху бака-рекуператора 10 размещн водопроводный поплавковый клапан 20 на уровне 1700 мм от пола. Бак-рекуператор объмом 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 бакарекуператора 10 установлен на уровне 70 мм от дна бака-рекуператора 10. Водопровод 22 подведн к водопроводному поплавковому клапану 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. 1-3 не показан), обесточивающий ККА 7 при охлаждении молока до+4C. Работает МХУ следующим образом. При заполнении резервуара 1 тплым молоком +35C 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 атм и температурой 10-15C компрессором 8 сжимаются до давления 15-18 атм при температуре 80-90C и поступают в винтообразный трубопровод-змеевик 9 бака-рекуператора 10. Бак-рекуператор 10 через водопроводный поплавковый клапан 20 заполнен на 280 л водопроводной водой 12-17C, благодаря чему давление и температура сжатых паров хладона, поступающих через трубчатый змеевик 9 в конденсатор 11 воздушного охлаждения, уменьшается соответственно на 10-15C и на 2-2,5 атм до 14-16 атм и до 70-80C. Контактная площадь трубопровода-змеевика 9 с водой бака-рекуператора 10, составляющая 0,4 м 2, при тепловом напоре(перепаде температур паров хладона и воды) порядка 60C 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 атм и на 10-15C, тем самым способствуя повышению ресурса МХУ и его более наджной работе, а с другой стороны, обеспечивает автоматический подогрев воды в бакерекуператоре 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 ч,необходимые для охлаждения молока половинного объма резервуара (1000 л для двухтонника и 2000 л для четырхтонника), бак-рекуператор 10 постепенно нагревается до 70C. Нагревательная мощность трубчатого змеевика 9 уменьшается с 3 кВт до сотен ватт по мере уменьшения теплового напора. При-2 015232 этом максимальную мощность порядка 3 кВт бак-рекуператор 10 отбирает от компрессора 8 в первые 0,5 ч работы. За это время температура бака-рекуператора 10 поднимается до 45-50C. Из теории холодильных машин известно, что максимальная нагрузка на компрессор 8 и ККА 7 возникает на начальном этапе охлаждения молока при +35C. По мере охлаждения молока до +4C давление паров на всасывании в трубопроводе 16 уменьшается примерно вдвое до 2,5 атм, а их температура снижается до -5C. Соответственно давление паров нагнетания компрессора 8 уменьшается до 14 атм, температура паров снижается до 70C. 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 35-40C за счт продувки вентилятора, и пары конденсируются в жидкую фракцию, собираясь в ресивере 12. При давлении 14 атм 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 тплым молоком. Терморегулирующий вентиль ТРВ 14 за счт обратной связи автоматически уменьшает подачу жидкого хладона по мере охлаждения молока,обеспечивая максимальную холодопроизводительность и нагрузку МХУ на начальном этапе при температуре +35C. Мотор-редуктор 4 с мешалкой 5 обеспечивают равномерное перемешивание молока и съм всей холодильной мощности со встроенного испарителя 6. Далее испарнный хладон циклически поступает во всасывающий трубопровод 16. При охлаждении молока до +4C срабатывает термостат (на фиг. 1-3 - не показан) и обесточивает ККА 7. МХУ переходит в режим хранения охлажднного 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 тплой воды, нагретой до 70C. Основная нагревательная мощность порядка 2-3 кВт поступает в бак-рекуператор 10 на начальном этапе при пиковой нагрузке МХУ в первые 0,5 ч работы. Эта мощность уменьшает максимальную нагрузку на выходе компрессора на 2-2,5 атм (на 15%) по сравнению с прототипом и тем самым повышает ресурс его работы. Одновременно этот тепловой поток нагревает 280 л воды в баке-рекуператоре с 10 до 70C. Уровень тплой воды в баке-рекуператоре 10 составляет 1700 мм над основанием ККА 7, что создат возможность е использования самотком 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 тплой водой в режиме циркуляции при включении циркуляционного насоса (уровень воды в резервуаре 1 при циркуляции не превышает 400 мм, объм 300 л), в) автомату промывки закрытых цилиндрических резервуаров, например, типа KRYOS WESTFALIA SURGE: уровень воды при циклической промывке в резервуаре не превышает 400 мм, объм 200 л, в том числе 70 л горячей воды в каждом их трх 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 до 20C. При отсутствии потребления бак-рекуператор объмом 280 л за 10-12 ч постепенно охлаждается окружающим воздухом до 25-30C, будучи подготовленным к очередному циклу двухдоечного (трхдоечного) охлаждения для потребления очередной рекуперационной мощности 2-3 кВт при тепловом напоре в винтовом трубчатом змеевике 9 порядка 40-50C. Таким образом, по сравнению с прототипом потребитель имеет прямую материальную выгоду, т.к. свободен от необходимости покупать дополнительный электробойлер 2 кВт мкостью 150 л стоимостью 15000 руб. Себестоимость бака-рекуператора 10 с короткими соединительными трубопроводами не превышает 7000 руб., цена реализации 10000 руб. Уменьшено суточное потребление электроэнергии на 10 кВтч. Другое преимущество предлагаемой МХУ по сравнению с прототипом заключается в уменьшении пиковой нагрузки на компрессор во вс время охлаждения молока при температуре окружающей среды 35C во время летней жары. В первые полчаса работы МХУ происходит нагрев бака-рекуператора до 45-50C, тепловой напор в трубчатом змеевике 9 уменьшается, снимаемая рекуператором мощность падает и давление на компрессоре растт. 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 тплую воду потребителям объмом 300-600 л/ч. Слив тплой воды 30-35C 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 вс 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-3 015232 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). Библиографические данные. 1. Молочная холодильная установка. Патент RU2265322, A01J 9/04, F25D 1/00, F25D 17/06,2005. 2. Установка охлаждения молока. Патент RU2238642, А 01J 9/04, 2004. 3. Резервуар-охладитель молока. Патент RU2007909, А 01J 9/04, 28.02.1994. 4. Танк-охладитель молока. Патент FR 2133145A, 11.02.1998. 5. Устройство для охлаждения молока на фермах. Авторское свидетельство на изобретение, СССР,SU 1496723A1, 30.07.1989. 6. Танк-охладитель KRYOS и ванны-охладители UES и CVS. WESTFALIA SURGE. Рекламные материалы. ООО "Вестфалия-Срдж". 105005, Москва, Плешковский пер., 6, с. 2. E-mail:inforu.westfalia.com. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Молочная холодильная установка, содержащая резервуар с наружным теплоизоляционным покрытием, мотор-редуктор, мешалку и встроенный в резервуар испаритель, а также компрессорноконденсаторный агрегат (ККА) воздушного охлаждения, соединнный трубопроводами нагнетания и всасывания с испарителем, отличающаяся тем, что в состав ККА введн бак-рекуператор, размещнный над компрессором, с винтообразным трубчатым змеевиком, водопроводным поплавковым клапаном и съмной крышкой, причм выход компрессора соединн через винтообразный трубчатый змеевик бакарекуператора со входом конденсатора, а водопроводный поплавковый клапан размещн вверху бакарекуператора.