Терморегулятор молока

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при хранении молока. Терморегулятор молока включает источник холода в виде емкости с охлаждающим агентом, связанной через фильтр, и насос с установленным в резервуаре молока змеевиковым охладителем, термоэлектрический охладитель, электрический регулирующий орган и блок управления. Термоэлектрический охладитель обеспечивает дополнительное охлаждение посредством подачи от него охлажденной воды в дополнительный змеевиковый теплообменник, находящийся в резервуаре с молоком. Регулирующий орган терморегулятора обеспечивает различные схемы охлаждения молока при различных температурах окружающей среды, что способствует поддержанию требуемой температуры молока в любое время года и увеличивает срок хранения и качество молока. 1 ил.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для регулирования температуры молока в любое время года, а также других жидкостей, например температуры питьевой воды.

Известно изобретение "Установка для охлаждения молока" [1]. Установка содержит теплообменник, в котором происходит теплообмен между молоком и водой; льдогенератор и установленный под ним охладитель молока. Изобретение позволяет эффективно регулировать температуру молока, однако не позволяет поддерживать требуемую температуру молока в любое время года.

Наиболее близким техническим решением является "Устройство для охлаждения молока" [2]. Устройство содержит резервуар для молока, источники холода в виде емкостей с охлаждающей жидкостью.

Недостатком данного изобретения является то, что устройство, хотя и позволяет поддерживать температуру молока в пределах 10°С, однако, учитывая, что температура родниковой воды летом ниже 10°С, поэтому получить заданную температуру молока невозможно и соответственно срок хранения молока снижается.

Заявленное изобретение решает задачу создания быстродействующего терморегулятора, автоматически поддерживающего требуемую температуру молока.

Техническим результатом при этом является увеличение срока хранения молока и соответственно качества молока поддержанием требуемой его температуры в любое время года.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем резервуар для молока, источник холода, выполненный в виде емкости с охлаждающим агентом и связанной через фильтр, насос с змеевиковым теплообменником, установленным в резервуаре молока, он содержит дополнительный змеевиковый теплообменник, термоэлектрический охладитель с горячими и холодными спаями, электрический регулирующий орган, выполненный с возможностью воздействия на клапан подачи воды из теплообменника в электрический регулирующий орган и на клапан возврата воды в источник холода из теплообменника, причем вход электрического регулирующего органа соединен со змеевиковым тепообменником, связанным с источником холода, а один из выходов электрического регулирующего органа соединен через клапан возврата воды с источником холода, а другой выход подсоединен к входу горячих спаев термоэлектрического охладителя, выход которых подсоединен к источнику холода, выход дополнительного теплообменника соединен с входом холодных спаев термоэлектрического охладителя, выход которых соединен с входом дополнительного змеевикового теплообменника, при этом термоэлектрический охладитель электрически подсоединен к выходу блока управления, который подсоединен к задатчику программы через блок сравнения, связанный с датчиком температуры молока, причем один из выходов блока управления соединен с возможностью подачи сигнала с электронагревателем, выполненным с возможностью воздействия на электрический регулирующий орган для открывания и закрывания клапанов, другой выход блока управления электрически соединен с насосом подачи воды от источника холода в змеевиковый теплообменник, третий выход блока управления соединен с насосом подачи молока из резервуара молока в транспортное средство, четвертый выход блока управления электрически соединен с насосом подачи воды от холодных спаев термоэлектрического охладителя к входу дополнительного змеевикового теплообменника.

На чертеже представлен заявляемый терморегулятор, который содержит резервуар 1 для хранения молока; источник холода, например резервуар-колодец 2 с охлаждающим агентом, в качестве которого может быть использована родниковая вода, температура которой 10÷12°С; теплообменники 3, 4; электрический регулирующий орган 5, выполненный с возможностью воздействия на клапан 6 возврата воды в источник холода, и клапан 7 подачи воды в термоэлектрический охладитель 30, шток 8 и пружину 9, твердый наполнитель 10, электронагреватель 11, патрубки 12, 13, 14 соответственно приема, подачи воды в источник холода и к горячим спаям термоэлектрического охладителя 30; электрические насосы 15, 16, 17; фильтр 18; каналы подачи воды 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26; канал 27 подачи молока на транспортное средство; датчик температуры 28 молока; датчик уровня 29 молока; термоэлектрический охладитель 30 с теплообменником 31 холодных спаев и теплообменником 32 горячих спаев; задатчик 33 температуры молока; блок сравнения 34; блок управления 35, выполненный с возможностью реверсирования спаев термоэлектрического охладителя; каналы подачи электроэнергии 36, 37, 38, 39, 40, 41; транспортное средство 42.

Таким образом, в заявляемом терморегуляторе молока помимо источника холода, выполненного в виде колодца, предусмотрен второй источник холода, выполненный в виде термоэлектрического охладителя 30, холодные спаи которого охлаждают молоко, а горячие спаи охлаждаются охлаждающей водой первого источника холода. При необходимости получения более высокой температуры молока, например, в зимнее время года термоэлектрический охладитель 30 становится термоэлектрическим нагревателем, при этом блок управления 35 производит реверс, тогда холодные спаи термоэлектрического охладителя становятся горячими, а горячие - холодными. Работа терморегулятора осуществляется следующим образом.

1. Если охлаждение молока происходит только от первого источника холода, т.е. от колодца 2, то клапан 6 открыт, клапан 7 закрыт, при этом положение клапанов контролируется пружиной 9. В этом случае охлаждающая вода через патрубок 12 поступает в регулирующий орган 5, проходит через открытый клапан 6, патрубок 13 и по каналам 26, 19 вновь возвращается в колодец 2.

2. Подача холодной воды от источника холода 2 на горячие спаи термоэлектрического охладителя 30 осуществляется следующим образом. Если охлаждение молока происходит от источников холода 2, 30, то блок управления 35 включает электронагреватель 11, который нагревает твердый наполнитель и приводит его в рабочее состояние. Масса твердого наполнителя, например церезина, колеблется от 1 до 2 г. Эту работу может выполнить любой микроэлектронагреватель при минимальной затрате электрической энергии. При этом увеличивается объем наполнителя и создаваемое им осевое усилие через шток 8 воздействует на клапана 6, 7, в результате чего клапан 6 закрывается, клапан 7 открывается. Тогда охлаждающая вода через клапан 7, патрубок 14, канал 24 поступает в теплообменник 32 и происходит теплообмен между охлаждающей водой и горячими спаями термоэлектрического охладителя 30.

Теплообменник 4, электрический насос 16 и каналы 22, 23 образуют замкнутый жидкостный контур холодильной установки, который подключен к холодным спаям термоэлектрического охладителя 30. По этому контуру циркулирует охлаждающая жидкость, например раствор солей CaCl₂ или NaCl, которая в результате теплообмена с холодными спаями в теплообменнике 31 охлаждается и поступает в теплообменник-змеевик 4, где в результате теплообмена с молоком, находящийся в резервуаре 1, его температура понижается до заданного значения.

Для уменьшения потерь энергии нижняя часть резервуара 2 с молоком помещается в грунт. Охлажденное молоко может быть отправлено потребителю или заказчику с помощью насоса 17, канала 27 и транспортного средства 42. Количество молока в резервуаре 2 контролируется с помощью датчика уровня 29.

Заявляемый терморегулятор молока работает следующим образом.

Подлежащее охлаждению теплое молоко заливается в резервуар 1 и одновременно в задатчике 33 задается требуемая температура. При этом возможны следующие случаи.

1. Температура окружающей среды Т_о.с≥20°С. Температура молока в резервуаре должна поддерживаться, например, Т_м=5°С.

В этом случае от датчика температуры 28 поступает сигнал в блок сравнения 34, куда одновременно поступает сигнал от задатчика 33. В блоке сравнения 34 происходит формирование сигнала, который поступает в блок управления 35. Блок управления 35 формирует соответствующие сигналы, которые могут подаваться в зависимости от задачи:

- сигнал от блока управления 35 по каналу 39 подается на электрический насос 15, который начинает работать, охлаждающая вода из колодца 2 через фильтр 18 по каналу 20 поступает в теплообменник 3, находящийся в резервуаре 1 с молоком, происходит теплообмен между теплообменником 3 и молоком и его охлаждение, а охлаждаемая вода по каналу 21 поступает в регулирующий орган 5;

- сигнал от блока управления 35 по каналу 38 подается на электронагреватель 11, который начинает работать, в результате чего закрывается клапан 6, открывается клапан 7 и охлаждающая вода через клапан 7, патрубок 14 и канал 24 поступает на термоэлектрический охладитель 30, охлаждает горячие спаи термоэлектрического охладителя и по каналам 22, 19 возвращается в источник холода 2;

- сигнал от блока управления 35 по каналу 37 поступает на термоэлектрический охладитель 30, включается этот охладитель и начинает охлаждать холодные спаи термоэлектрического охладителя;

- сигнал от блока управления 35 по каналу 41 поступает на электрический насос 16, который начинает работать, при этом рассол в виде раствора соли CaCl₂ или NaCl начинает циркулировать по замкнутому кругу: насос 16, теплообменник 4, канал 23, теплообменник 31 и канал 22. В теплообменнике 31 происходит теплообмен между холодными спаями и рассолом - раствором соли CaCl₂ или NaCl. Охлажденный раствор соли поступает в теплообменник, происходит теплообмен между теплообменником 4 и молоком. Работа вышеуказанных механизмов проводится до тех пор, пока молоко в резервуаре 1 не станет равной заданной температуре, например, Т_м=5°С.

2. Температура окружающей среды Т_о.с≥0°С. Температура молока в резервуаре должна поддерживаться, например, Т_м≤10°С. В этом случае температура молока может поддерживаться только от работы первого источника холода 2.

В этом случае от датчика температуры поступает соответствующий сигнал в блок сравнения 34, куда одновременно поступает сигнал от задатчика 33. В блоке сравнения 34 формируется сигнал управления и подается в блок управления 35. Блок управления 35 подает сигнал на электрический насос 15, включает его, и охлаждающая вода из источника холода 2 по каналу 20 поступает в теплообменник 3, где происходит теплообмен между теплообменником 3 и молоком и этот механизм будет работать до тех пор, пока температура молока не доводится до заданного значения, например, Т_м≤10°С. Охлаждаемая вода по каналу 21, патрубку 12, клапану, 6, патрубку 13 и каналам 26, 19 возвращается обратно в источник холода 2.

3. Температура окружающей среды Т_о.с≥35°С. Температура молока в резервуаре Т_м=0°С. Температура молока в резервуаре должна поддерживаться, например, Т_м≤5°С. При этом блок управления 35 формирует все сигналы на 11, 15, 30, 16, предусмотренные в "1". Кроме того, в этом случае сигнал от датчика температуры 28 поступает в блок сравнения 34, куда одновременно поступает сигнал от задатчика 33. В блоке сравнения формируется требуемый сигнал, который поступает в блок управления 35, где происходит реверс термоэлектрического охладителя, и сигнал подается в термоэлектрический охладитель 30, который включается и начинает работать. При этом горячие спаи термоэлектрического охладителя становятся холодными и охлаждают охлаждающую воду, поступающую из первого источника холода 2, а холодные спаи термоэлектрического охладителя становятся горячими и при теплообмене между теплообменником 31 и раствором соли CaCl₂ или NaCl происходит нагрев этого раствора, а в резервуаре с молоком в результате теплообмена между теплообменником 4 и молоком происходит нагрев молока до заданного значения.

Заявляемый терморегулятор молока может работать в соответствии с любой программой по поддержанию температуры во время хранения молока после его доения.

Для отправки охлажденного молока потребителю в терморегуляторе предусмотрен электрический насос 17, который при получении сигнала от блока питания 35 по каналу 41 включается и нужное количество молока по каналу 27 отправляется в транспортное средство 42, при этом количество молока контролируется датчиком уровня 29.

Таким образом, предложенный терморегулятор, используя кроме первого источника холода термоэлектрический охладитель и электрический регулирующий орган, использующий для автоматической подачи охлаждающей воды к горячим спаям терморегулирующего охладителя, может быть вполне использован на существующих фермах во всех регионах России, что существенно позволит повысить срок хранения молока в любое время года и соответственно его качество.

При этом в терморегуляторе использован термоэлектрический охладитель, который обладая такими свойствами, как

- возможность получения холода и теплоты на основе использования эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей и холодильного агента;

- универсальность, то есть возможность перевода термоэлектрического устройства из режима охлаждения в режим нагрева путем реверса;

- сочетание в едином устройстве таких традиционно реальных элементов, как источник холода или теплоты и теплообменный аппарат;

- простота устройства, компактность и взаимозаменяемость, возможность применения любой компоновочной схемы;

- высокая надежность;

- практически неограниченный срок службы - позволяют создать быстродействующий терморегулятор, позволяющий повысить эффективность автоматического регулирования температуры молока.

Использование электрического регулирующего органа с твердым наполнителем и электрическими элементами в терморегуляторе молока позволит своевременно подать охлаждающую воду на горячие спаи термоэлектрического охладителя. При этом электронагреватели отличаются целым рядом преимуществ. К ним относятся: быстрота включения и доведения до номинальной мощности, возможность концентрации большой мощности в малом объеме, достижение требуемых температур, простота регулирования температурного режима при высокой степени равномерности нагрева, возможность герметизации рабочей зоны, удобство механизации и автоматизации работы, улучшение условий эксплуатации, полное отсутствие выбросов в окружающую среду и, наконец, компактность.

Источники информации

1. А.с. 1409168 СССР, МКИ А 01 J 9/04. Установка для охлаждения молока / В.М.Шлейников (СССР); Опубл. 15.07.88. Бюл. №26.

2. А.с.1353366 СССР, МКИ А 01 J 9/04. Устройство для охлаждения молока / А.П.Меркулов (СССР); Опубл. 23.11.87. Бюл.№43.

Терморегулятор молока, содержащий резервуар для молока, источник холода, выполненный в виде емкости с охлаждающим агентом, связанной через фильтр и насос с змеевиковым теплообменником, установленным в резервуаре молока, отличающийся тем, что он содержит дополнительный змеевиковый теплообменник, термоэлектрический охладитель с горячими и холодными спаями, электрический регулирующий орган, выполненный с возможностью воздействия на клапан подачи воды из теплообменника в электрический регулирующий орган и на клапан возврата воды в источник холода из теплообменника, причем вход электрического регулирующего органа соединен со змеевиковым теплообменником, связанным с источником холода, а один из выходов электрического регулирующего органа соединен через клапан возврата воды с источником холода, а другой выход подсоединен к входу горячих спаев термоэлектрического охладителя, выход которых подсоединен к источнику холода, выход дополнительного теплообменника соединен с входом холодных спаев термоэлектрического охладителя, выход которых соединен с входом дополнительного змеевикового теплообменника, при этом термоэлектрический охладитель электрически подсоединен к выходу блока управления, который подсоединен к задатчику программы через блок сравнения, связанный с датчиком температуры молока, причем один из выходов блока управления соединен с возможностью подачи сигнала с электронагревателем, выполненным с возможностью воздействия на электрический регулирующий орган с целью открывания и закрывания клапанов, другой выход блока управления электрически соединен с насосом подачи воды от источника холода в змеевиковый теплообменник, третий выход блока управления соединен с насосом подачи молока из резервуара молока в транспортное средство, четвертый выход блока управления электрически соединен с насосом подачи воды от холодных спаев термоэлектрического охладителя к входу дополнительного змеевикового теплообменника.