Энергосберегающая холодильная установка с аккумулятором природного холода для животноводческих ферм
Владельцы патента RU 2508627:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) (RU)
Изобретение относится к системам охлаждения и хранения сельскохозяйственных продуктов, в частности молока. Установка содержит насосы хладоносителя и молока, блок управления, вентили, датчики температуры хладоносителя и наружного воздуха, трубопроводы, холодильную машину, вентилятор, теплообменник для молока, резервуар-термос и теплоизолированный аккумулирующий резервуар, расположенный у наружной стены производственного помещения. В аккумулирующий резервуар помещен пакет панелей, крепящихся на вертикальных трубах, соединяющих верхнюю и нижнюю теплоизолированные полости аккумулирующего резервуара. Полости снабжены люками и вентилятором, обеспечивающим поступление наружного воздуха. Кромки панелей пакета контактируют со стенками аккумулирующего резервуара, при этом противоположно расположенные кромки каждой пары соседних панелей образуют щели с внутренними стенками этого резервуара. Противоположная щели нижняя часть объема аккумулирующего резервуара под нижней панелью соединена трубопроводом через насос и вентиль с охлаждающей секцией теплообменника для молока. И далее через вентиль соединена с расположенной над верхней панелью противоположной щели верхней частью объема того же резервуара. Над верхней полостью аккумулирующего резервуара установлена регулирующая емкость с поплавковым регулятором уровня. Емкость соединена с системой водоснабжения и теплоизолированной трубой аккумулирующего резервуара. Изобретение обеспечивает повышение надежности, хладопроизводительности и аккумулирующей способности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области охлаждения сельскохозяйственных продуктов, в том числе молока, и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, пищевой промышленности, а также при обработке и хранении жидких продуктов.
Известны установки с аккумуляторами природного холода для охлаждения сельхозпродукции, в частности молока на молочно-товарных фермах в холодное время года, а.с. СССР №1685324, БИ №39 от 23.10.91).
Недостатком этих устройств является большая металлоемкость, низкие надежность при низких температурах, аккумулирующая способность и большой расход электроэнергии.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является энергосберегающая аккумуляционная установка для охлаждения молока на фермах с использованием природного холода, патент РФ №2314681, БИ №2, 20.01.2008 г.).
Известное устройство содержит теплоизолированный аккумулирующий резервуар, насосы хладоносителя и молока, блок управления, вентилятор, вентили, датчики температуры хладоносителя и наружного воздуха, трубопроводы, холодильную машину, теплообменник для молока, резервуар-термос.
Недостатком этого устройства являются низкие надежность, хладопроизводительность, аккумулирующая способность в условиях низких температур наружного воздуха и большая металлоемкость.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности, хладопроизводительности, аккумулирующей способности установки и снижение металлоемкости.
В результате использования предлагаемого изобретения обеспечивается повышение надежности хладопроизводительности, аккумулирующей способности установки и снижение металлоемкости.
Технический результат достигается тем, что в теплоизолированный аккумулирующий резервуар, расположенный у наружной стены производственного помещения, помещен пакет панелей, крепящихся на сквозных вертикальных трубах, соединяющих верхнюю и нижнюю теплоизолированные полости, установленные на верхней и нижней стенках теплоизолированного аккумулирующего резервуара и соединенные с наружным воздухом через вентилятор, верхний и нижний люки, причем все наружные кромки панелей пакета находятся в контакте с внутренними стенками теплоизолированного аккумулирующего резервуара за исключением противоположно расположенных кромок каждой пары соседних панелей, которые образуют щели с внутренними стенками теплоизолированного аккумулирующего резервуара, при этом нижняя противоположная щели часть объема этого резервуара под нижней панелью соединена трубопроводом через насос хладоносителя и вентиль с охлаждающей секцией теплообменника для молока и далее через вентиль - с верхней частью объема теплоизолированного аккумулирующего резервуара над верхней панелью, противоположной щели, а над верхней полостью установлена регулирующая емкость с поплавковым регулятором уровня, соединенная с одной стороны с системой водоснабжения, а с другой стороны теплоизолированной трубой с теплоизолированным аккумулирующим резервуаром.
Для повышения уровня автоматизации на нагнетающем теплоизолированном трубопроводе, соединяющем насос хладоносителя с охлаждающей секцией теплообменника для молока, установлен датчик давления для контроля количества намороженного льда, электрически соединенный с блоком управления.
Для повышения аккумулирующей способности панели в теплоизолированном аккумулирующем резервуаре выполнены двух или трехслойными с высокой и низкой теплопроводностью, причем наружные слои выполнены с высокой теплопроводностью.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 - общий вид энергосберегающей холодильной установки с аккумулятором природного холода для животноводческих ферм; фиг.2 - вид сверху на теплоизолированный аккумулирующий резервуар.
Энергосберегающая холодильная установка с аккумулятором природного холода для животноводческих ферм содержит теплоизолированный аккумулирующий резервуар 1, насосы хладоносителя 2 и молока 3, блок управления 4, вентили 5, 6, 7, 8, 9, 10, датчики температуры хладоносителя 11 и наружного воздуха 12, нагнетающий трубопровод 13, холодильную машину 14, вентилятор 15, теплообменник для молока 16, резервуар-термос 17, причем в теплоизолированный аккумулирующий резервуар 1, расположенный у наружной стены производственного помещения, помещен пакет панелей 18, крепящихся на сквозных вертикальных трубах 19, соединяющих верхнюю 20 и нижнюю 21 теплоизолированные полости, установленные на верхней и нижней стенках теплоизолированного аккумулирующего резервуара 1 и соединенные с наружным воздухом через вентилятор 15, верхний 22 и нижний 23 люки, причем все наружные кромки панелей 18 пакета находятся в контакте с внутренними стенками теплоизолированного аккумулирующего резервуара 1 за исключением противоположно расположенных кромок каждой пары соседних панелей 18, которые образуют щели 24 с внутренними стенками теплоизолированного аккумулирующего резервуара 1, причем нижняя противоположная щели 24 часть объема этого резервуара под нижней панелью 18 соединена трубопроводом 13 через насос хладоносителя 2 и вентиль 7 - с охлаждающей секцией теплообменника для молока 16 и далее через вентиль 5 с верхней частью объема теплоизолированного аккумулирующего резервуара 1 над верхней панелью 18, противоположной щели 24, а над верхней полостью 20 установлена регулирующая емкость 25 с поплавковым регулятором уровня 26, соединенная с одной стороны с системой водоснабжения, а с другой стороны теплоизолированной трубой 27 с теплоизолированным аккумулирующим резервуаром 1, а на нагнетающем теплоизолированном трубопроводе 13, соединяющем насос хладоносителя 2 с охлаждающей секцией теплообменника для молока 16, установлен датчик давления для контроля количества намороженного льда 28, электрически соединенный с блоком управления 4.
Панели 18 в теплоизолированном аккумулирующем резервуаре 1 выполнены двух или трехслойными с высокой и низкой теплопроводностью, причем наружные слои выполнены с высокой теплопроводностью.
Энергосберегающая холодильная установка с аккумулятором природного холода для молочно-товарных ферм работает следующим образом.
Молоко из животноводческого помещения молочным насосом 3 подается на охлаждение в молочную секцию теплообменника для молока 16 и затем поступает в резервуар-термос 17. В холодное время года от датчиков температуры хладоносителя 11, наружного воздуха 12 и с блока управления 4 до начала дойки для аккумуляции холода подается команда на включение вентилятора 15 при открытых верхнем 22 и нижнем 23 люках. Охлажденный наружный воздух подается в верхнюю полость 20, оттуда по трубам (или трубе) 19, внутренняя поверхность которых может быть оребренной, - в нижнюю полость 21 и выходит через открытый люк 23. При этом через поверхность труб 19, панелей 18 и внутренних стенок теплоизолированного аккумулирующего резервуара 1 охлаждается вода, которой заполнен этот резервуар 1. Кроме того, на наружных поверхностях труб 19 и панелей 18 образуется лед. Таким образом, происходит зарядка холодом аккумулирующего резервуара 1, которая может производиться во время, когда действует льготный ночной тариф. Затраты на электроэнергию при этом сокращаются.
Регулирующая емкость 25, поплавковым регулятором уровня 26 соединенная с системой водоснабжения фермы и теплоизолированной трубой 27 с теплоизолированным аккумулирующим резервуаром 1, обеспечивает его заполнение водой, компенсируя потери и возможный отбор нагретой воды на технологические нужды, поступающей из теплообменника для молока 16.
Молоко подается из животноводческого помещения. После аккумуляции холода, при поступлении молока в теплообменник для молока 16 от молочного насоса 3 по сигналу с блока управления 4 включается насос хладоносителя 2. При этом охлажденная вода из нижней части аккумулирующего резервуара 1, размещаемой под нижней панелью 18, поступает через насос хладоносителя 2 и вентиль 7 по теплоизолированному нагнетающему трубопроводу 13 в холодильную секцию теплообменника для молока 16, и далее через вентиль 5 в верхнюю часть объема аккумулирующего резервуара 1 над верхней панелью 18 и далее, протекая по системе противоположно расположенных щелей 24, образуемых кромками панелей 18 и внутренней поверхностью аккумулирующего резервуара 1, омывает охлаждаемые поверхности панелей 18, труб 19, внутренних стенок теплоизолированного аккумулирующего резервуара 1, в т.ч. ледяные поверхности, и далее поступает через теплоизолированную трубу в насос хладоносителя 2 и цикл заканчивается, а затем повторяется. Если требуемый объем льда в теплоизолированном аккумулирующем резервуаре 1 наморожен, сечение для протекания охлаждаемой воды уменьшается, давление в нагнетающем трубопроводе 13 повышается и вентилятор 15 по сигналу с датчика давления для контроля количества намороженного льда 28 и блока управления 4 отключается. Наморозка льда прекращается.
Энергосберегающая холодильная установка может работать в режиме аккумуляции холода без охлаждения молока. Этот режим может использоваться во время льготного ночного тарифа или при техническом обслуживании теплообменника для молока 16. При этом перекрываются вентили 5, 7 и 10, открывается вентиль 6 и хладоноситель следует по укороченному трубопроводу. Для экономии электроэнергии насос хладоносителя 2 может автоматически включаться на короткое время для определения критического объема намороженного льда.
В теплое время года закрываются верхний 22 и нижний 23 люки и вентили 5, 7 и 10, открываются вентили 8, 9, и холодильная машина 14 может подавать хладоноситель в теплообменник для молока 16, охлаждая молоко и намораживая лед в аккумуляторе холодильной машины 14. Выполнение панелей 18 двух или трехслойными с чередующими слоями с высокой и низкой теплопроводностью повысит энергоэффективность установки, т.к. они будут затруднять распространение потока тепловой энергии в осевом (продольном) направлении аккумулирующего резервуара 1 и способствовать распространению его в поперечном. Это необходимо при охлаждении хладоносителя от труб 19, предотвращения перемешивания теплой и холодной воды в верхних и нижних частях теплоизолированного аккумулирующего резервуара 1.
Это позволяет предотвратить перемешивание и организовать более длительное поступление холодной воды в теплообменник для молока 16 и увеличить аккумулирующую способность установки. Для повышения надежности установки при низких температурах, концы теплоизолированных труб, подходящих к теплоизолированному аккумулирующему резервуару 1 могут подогреваться, в т.ч. естественным теплом помещения.
Для повышения энергоэффективности системы возможно совместное включение холодильной машины 14 и теплоизолированного аккумулирующего резервуара 1. При этом увеличивается хладопроизводительность и аккумулирующая способность системы охлаждения за счет совместного использования естественного и природного холода и увеличения аккумулирующего объема.
Таким образом, энергосберегающая холодильная установка для животноводческих ферм может работать в следующих четырех режимах, в зависимости от характера включения.
1. Холодный период. Режим аккумуляции холода с отключенным теплообменником для молока 16. Вентилятор 15 включен, открыты вентиль 6, люки 22, 23, закрыты вентили 5, 7, 10. Может происходить кратковременное включение насоса хладоносителя 2 для контроля объема намораживаемого льда.
2. Холодный период. Режим с отключенной холодильной машиной 14. Вентилятор 15 включен, открыты люки 22, 23, вентили 5 и 7, закрыты вентили 6, 8, 9, 10.
3. Переходный период. Совместная работа с холодильной машиной 14. Вентилятор 15 включен, открыты люки 22, 23, вентили 5, 8, 10, закрыты вентили 6, 7, 9.
4. Теплый период. Режим работы холодильной машины 14. Вентилятор 15 выключен, открыты вентили 8, 9, закрыты вентили 5, 7. 10, люки 22, 23. Возможна работа с использованием теплоизолирующего резервуара 1. При этом включается насос хладоносителя 2, закрываются вентили 6, 7 и 9, открываются вентили 5, 8 и 10.
Предлагаемая установка обладает более высокими хладопроизводительностью, аккумулирующей способностью, уровнем автоматизации, высокой надежностью и уменьшенной металлоемкостью. Этим объясняется ее более высокая энергоэффективность в режиме использования искусственного и природного холода.
1. Энергосберегающая холодильная установка с аккумулятором природного холода для животноводческих ферм, содержащая теплоизолированный аккумулирующий резервуар, насосы хладоносителя и молока, блок управления, вентили, датчики температуры хладоносителя и наружного воздуха, трубопроводы, холодильную машину, вентилятор, теплообменник для молока, резервуар-термос, отличающаяся тем, что в теплоизолированный аккумулирующий резервуар, расположенный у наружной стены производственного помещения, помещен пакет панелей, крепящихся на сквозных вертикальных трубах, соединяющих верхнюю и нижнюю теплоизолированные полости, установленные на верхней и нижней стенках теплоизолированного аккумулирующего резервуара и соединенные с наружным воздухом через вентилятор, верхний и нижний люки, причем все наружные кромки панелей пакета находятся в контакте с внутренними стенками теплоизолированного аккумулирующего резервуара, за исключением противоположно расположенных кромок каждой пары соседних панелей, которые образуют щели с внутренними стенками теплоизолированного аккумулирующего резервуара, при этом нижняя противоположная щели часть объема этого резервуара под нижней панелью соединена трубопроводом через насос хладоносителя и вентиль с охлаждающей секцией теплообменника для молока и далее через вентиль - с верхней частью объема теплоизолированного аккумулирующего резервуара над верхней панелью, противоположной щели, а над верхней полостью установлена регулирующая емкость с поплавковым регулятором уровня, соединенная с одной стороны с системой водоснабжения, а с другой стороны теплоизолированной трубой с теплоизолированным аккумулирующим резервуаром.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на нагнетающем трубопроводе, соединяющем насос хладоносителя с охлаждающей секцией теплообменника для молока, установлен датчик давления для контроля количества намороженного льда, электрически соединенный с блоком управления.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что панели в теплоизолированном аккумулирующем резервуаре выполнены двух или трехслойными с высокой и низкой теплопроводностью, причем наружные слои выполнены с высокой теплопроводностью.
