СЕЗОННЫЙ АККУМУЛЯТОР ЕСТЕСТВЕННОГО ХОЛОДА
SEASONAL NATURAL COLD ACCUMULATOR

Изобретение относится к механизации процессов на животноводческих фермах и может быть использовано для охлаждения молока перед отправкой его на молокоперерабатывающие предприятия.
Известен аккумулятор естественного холода А-15 [1, 2]. Он содержит сообщающийся с атмосферой и заполненный водой металлический бак, контактирующий внешней поверхностью с окружающим воздухом. Нижняя часть внутренней полости бака трубопроводом соединена с входом охладителя молока (теплообменника «вода - молоко»), с выхода которого вода через градирню поступает в верхнюю часть полости бака.
Недостатком данного аккумулятора естественного холода является то, что его нельзя использовать для сезонного накопления льда. Это связано с тем, что даже при достаточном объеме бака и достаточном на летний период накоплении в нем льда большая часть запасенного в нем холода уйдет не на охлаждение молока, а на охлаждение окружающего бак воздуха. Кроме того, наличие градирни усложняет конструкцию и управление работой указанного аккумулятора.
Задачей настоящего предполагаемого изобретения является повышение функциональной возможности и эксплуатационной надежности аккумулятора естественного холода за счет устранения указанных недостатков.
Технический результат достигается за счет того, что в сезонном аккумуляторе естественного холода, содержащем сообщающийся с атмосферой и заполненный водой металлический бак в виде цилиндра, контактирующего боковой поверхностью с окружающим воздухом, нижняя часть внутренней полости которого через циркуляционный насос соединена трубопроводом с входом охладителя молока, с выхода которого вода поступает в верхнюю часть полости бака, бак установлен плоским нижним торцом на плоское дно заглубленного в грунт цилиндрического колодца с возможностью свободного прохождения воздуха между стенкой бака и стенкой колодца, верхняя часть полости бака связана трубопроводом с выходом охладителя молока непосредственно, верхний торец бака покрыт слоем теплоизоляции, колодец имеет шатровое перекрытие, по периметру которого имеются защищенные от осадков и метелей окна, связывающие верхнюю часть полости между стенками бака и колодца с атмосферой.
Схематично заявляемый сезонный аккумулятор естественного холода изображен на фиг. 1.
Он содержит сообщающийся с атмосферой и заполненный водой металлический бак 1 в виде цилиндра, контактирующего боковой поверхностью с окружающим воздухом. Нижняя часть внутренней полости бака через циркуляционный насос 2 трубопроводом 3 соединена с входом 4 охладителя 5 молока, с выхода 6 которого вода через трубопровод 7 непосредственно поступает в верхнюю часть полости бака. Бак установлен плоским нижним торцом на плоское дно заглубленного в грунт цилиндрического колодца 8 с возможностью свободного прохождения воздуха между стенкой бака и стенкой колодца. Верхний торец бака покрыт слоем 9 теплоизоляции, в которой имеется отверстие 10 небольшого диаметра для выравнивания давлений в баке и атмосферного давления. Колодец имеет шатровое перекрытие 11, по периметру которого имеются защищенные от осадков и метелей окна 12 для поступления в кольцевую полость 13 колодца холодного атмосферного воздуха (х.в.), и отверстия 14 для выхода из полости колодца воздуха более высокой температуры (т.в.).
Работает сезонный аккумулятор естественного холода следующим образом.
В зимнее время года холодный воздух, как более тяжелый, заполняет через окна 12 кольцевое пространство 3 и охлаждает через стенки бака 1 находящуюся в нем воду. При этом температура воздуха повышается и он, поднимаясь, уходит через окна 14 в атмосферу.
Как только температура воды опустится до нуля градусов, в нижней зоне Н объема воды начнется образование и нарастание толщины слоя льда, прилегающего к стенке бака. В верхней же зоне h объема воды, так как туда периодически в течение суток поступает теплая вода с выхода 6 охладителя молока 5, лед не образуется ввиду того, что вода охлаждается до нуля градусов только тогда, когда ее слои в горизонтальной плоскости достигают зоны Н. При этом в зимнее время высота зоны h (зоны охлаждения циркулирующей воды и соответственно молока) в несколько раз меньше зоны Н (накопления льда на летний период). Это связано с тем, что, во-первых, период положительных летних температур для большинства климатических районов продолжительнее периода отрицательных температур, поэтому льда, а, следовательно, холода на летний период должно быть запасено больше. Во-вторых, с тем, что сопротивление теплопередаче в зоне h значительно меньше, чем в зоне Н, многократно увеличивающееся с увеличением толщины слоя льда.
В летнее время охлаждение воды в зоне h бака будет происходить не за счет оттока тепла через стенки верхней зоны бака, а за счет расплавления водой льда. Это будет происходить, в первую очередь за счет расплавления верхних его слоев. При этом зона h будет расширяться, а зона Н уменьшаться (к концу летнего периода при правильном расчете высоты бака вплоть до нуля).
3
Расчеты показывают, что например, для климатических условий Курганской области для животноводческой фермы на 200 дойных коров с удоем 4000 килограмм на голову в год высота бака при диаметре 8 метров должна составлять не менее 9 метров. При этом зона h в зимнее время года будет равна 2 метрам, а зона Н 7 метров. К началу летнего сезона в баке будет наморожено 188 м льда. В итоге в результате применения данного аккумулятора естественного холода вместо электрических холодильных установок позволит сэкономить на данной ферме 28000 киловатт⋅часов электрической энергии в год. Стоимость этого объема электроэнергии при цене для сельскохозяйственного предприятия 6 рублей за 1 кВт⋅ч - 168000 рублей.
Таким образом, поскольку колодец, в котором расположен бак, заглублен в грунт, холодный воздух в полости между стенками бака и колодца будет оставаться в ней даже при положительных температурах атмосферного воздуха. Поэтому отдача холода через стенки бака - минимальна, что способствует сохранению большей части запасенного объема льда непосредственно для охлаждения молока в теплое время года. Кроме того теплоизоляция верхнего торца бака, цилиндрическая форма и установка его днищем непосредственно на основание дна колодца предотвращает разрыв бака при перемерзании всего объема находящейся в нем воды, и деформацию стенок бака под действием напора воды при относительно малой их толщине, и следовательно, меньшей металлоемкости заявляемого устройства в целом. Все это в итоге и решает поставленную задачу предполагаемого изобретения.
Источники информации:
1. Козловцев, Андрей Петрович. Охлаждение молока на молочных фермах: монография / А.П. Козловцев, В.И. Квашенников, В.А. Шахов. - Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2016. С. 110.
2. http://mppnik.ru/publ/525-akkumulvator-estestvennogo-holoda-a-15.html