ТЕПЛОХОЛОДИЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОЛОЧНО-ТОВАРНЫХ ФЕРМ

Полезная модель относится к области охлаждения продукции сельского хозяйства, а именно к тепло-холодильным системам для молочно-товарных ферм, которые обеспечивают ферму холодом для охлаждения парного молока и сохранения его в охлажденном состоянии и теплой водой для технологических нужд, например для мойки доильных аппаратов и другого технологического оборудования и обогрева ферм в зимнее время.
Известно устройство для охлаждения молока на животноводческих фермах, содержащее резервуар для молока, имеющий водяную теплообменную рубашку, корпус распылителя с установленными в верхней части и закрепленными радиально на вращающейся обойме распылительными трубами с расположенными по их образующей распылительными отверстиями и установленными на обойме аэродинамическими пластинами, и резервуар для холодной воды. Известное устройство снабжено тепловым насосом с входным и выходным патрубками канала теплой воды и входным и выходным патрубками канала холодной воды, соединительной полостью, нижний срез которой размещен в нижней части резервуара для холодной воды, а верхний срез - в днище корпуса распылителя, причем в верхней части стенки соединительной полосы выполнено сливное отверстие, ниже которого в противоположной верхней части резервуара для холодной воды размещен сливной желоб, соединенный наклонной трубой непосредственно с верхней частью водяной рубашки резервуара для молока и выходным патрубком канала холодной воды теплового насоса, а нижняя часть резервуара через водяной насос соединена с входным патрубком канала теплой воды, при этом входной патрубок канала холодной воды теплового насоса соединен через водяной насос с рубашкой резервуара для молока, а выходной патрубок канала теплой воды связан с распылительными трубами и с системой горячего водоснабжения фермы, причем в стенке нижней части корпуса распылителя выполнены отверстия, а в качестве теплового насоса использован эжектор (см. патент РФ на изобретение №2155476 A01J 9/04 от 10.09.2000)
В известном устройстве, как и во всех других известных комбинированных системах для получения на ферме горячей и охлажденной воды нет полного согласования режимов работы теплового насоса и текущих потребностей фермы в охлажденной воде (при температуре воды 0-10 С) и горячей воде. Это связано с тем, что максимальная потребность в охлажденной воде имеет место при дойке коров, но в это время все заняты на обслуживании доильных аппаратов и приеме молока и другое технологическое оборудование, например, оборудование для мойки, используется при минимальной нагрузке. Таким образом возникает проблема, куда деть избыточное тепло, особенно в летнее время, когда температура воздуха в этот момент может достигать 30С и выше. При этом следует иметь в виду, что используемое в патенте №2155476 воздушное охлаждение будет при таких температурах весьма неэффективно. Следует также иметь в виду, что для эффективной работы теплового насоса в режиме с повышенным выходом охлажденной воды требуется постоянная сравнительно низкая температура воды на входе в тепловой насос. Кроме того, в патенте №2155476 горячая вода передается в технологические системы непосредственно из теплового насоса и попытка изменять температуру горячей воды в соответствии с потребностями технологических систем вызовет отклонение температуры охлажденной воды.
Целью полезной модели является разработка тепло-холодильной системы для молочно-товарных ферм, в которой можно обеспечить постоянные оптимальные характеристики охлажденной воды в любое время года, в том числе летом при повышенной температуре воздуха при соблюдении переменных требований к температуре горячей воды.
Для решения поставленных задач предлагается тепло-холодильная система для молочно-товарных ферм, содержащая резервуар для молока, тепловой насос, подключенные к тепловому насосу теплообменные контуры с горячей и холодной водой, при этом теплообменный контур с холодной водой оснащен теплообменником, установленным в резервуаре для молока, и насосом для прокачки холодной воды, теплообменный контур с горячей водой оснащен насосом для прокачки горячей воды, многопозиционным переключающим устройством, к выходам которого подключены первая линия горячей воды, оснащенная первым теплообменником, охлаждаемым наружным воздухом, и вторая линия горячей воды с устройством для отбора горячей воды для технологических нужд, в которой устройство для отбора горячей воды для технологических нужд оснащено резервуаром для горячей воды, а вторая линия горячей воды оснащена вторым теплообменником, установленным в резервуаре для горячей воды, при этом теплообменный контур с горячей водой оснащен подключенной к выходу многопозиционного переключающего устройства третьей линией горячей воды, оснащенной заглубленным в грунт третьим теплообменником.
Указанные факторы, а именно наличие отдельного резервуара для горячей воды с собственным теплообменником, и двух разных теплообменников для сброса избыточного тепла дает возможность независимо поддерживать оптимальные характеристики по температуре как для охлаждения молока, так и для поддержания оптимальной температуры системы горячего водоснабжения.
Полезная модель поясняется рисунком, на котором схематично показана предлагаемая тепло-холодильная система для молочно-товарных ферм.
Основой тепло-холодильной системы является тепловой насос 1. К тепловому насосу 1 подключен теплообменный контур с холодной водой для охлаждения молока, включающий в себя переключающее устройство 2, насос 3 и теплообменник 4, установленный в резервуаре 5 для приема и охлаждения молока и хранения охлажденного молока. К тепловому насосу 1 подключен также теплообменный контур с горячей водой. Теплообменный контур с горячей водой оснащен насосом 6 для прокачки горячей воды и переключающим устройством 7, к выходам которого подключены три линии теплообменного контура горячей воды. Первая линия 8 предназначена для сброса избыточного тепла в атмосферу и содержит первый теплообменник 9, обдуваемый вентилятором 10. Вторая линия 11 обслуживает устройство для отбора горячей воды для технологических нужд и содержит второй теплообменник 12, установленный в резервуаре 13 для хранения горячей воды. Третья линия 14 предназначена для сброса избыточного тепла в грунт и содержит заглубленный в грунт третий теплообменник 15 и два вентиля 16 и 17 для подключения теплообменника 15.
В тепло-холодильной системе можно использовать любые известные тепловые насосы, но предпочтительно использовать тепловые насосы типа, описанного в патенте РФ №2153133.
В предлагаемой тепло-холодильной системе целесообразно оснастить резервуар 5 для приема молока мешалкой (на чертеже не показано), а также теплоизолировать резервуар 5 для приема молока и резервуар 13 для хранения горячей воды. Для этого могут использоваться любые известные решения.
Предлагаемая тепло-холодильная система работает следующим образом.
Основным режимом работы является охлаждение молока поступающего в резервуар 5 для хранения молока.
Вода, охлажденная в тепловом насосе 1 до заданной температуры 0-10 С (обычно называется «ледяная» вода), через открытое переключающее устройство 2 поступает в насос 3 и прокачивается насосом 3 с заданным расходом через теплообменник 4, охлаждая молоко, поступающее в резервуар 5 до заданной температуры. Тепловой насос 1 в этом режиме настраивается на обеспечение быстрого охлаждения поступающего молока.
Сброс избыточного тепла, вырабатываемого тепловым насосом 1, может осуществляться несколькими путями.
При малых расходах «ледяной» воды достаточно сброса избыточного тепла в устройство для отбора горячей воды для технологических нужд. В этом режиме, используя переключающее устройство 7, подключают к насосу 6 вторую линию 11 и прокачивают горячую воду через теплообменник 12 в резервуаре 13 для горячей воды.
Если теплообменник 12 не может обеспечить полный сброс избыточного тепла, то используют две другие линии.
При достаточно низких температурах наружного воздуха, используя переключающее устройство 7, подключают первую линию 8 и сбрасывают избыточное тепло через теплообменник 9 в атмосферу.
В условиях жаркого лета теплообменник 9 не может обеспечить эффективный сброс избыточного тепла в атмосферу при высоких температурах наружного воздуха, используя переключающее устройство 7, подключают третью линию 14 и сбрасывают избыточное тепло, например в подземные водоносные слои. Вентили 16 и 17 дают возможность при необходимости полностью отключить теплообменник 15.
В описанном варианте осуществления многопозиционное переключающее устройство 7 представлено как устройство, подключающее какую либо одну линию 8, 11 или 14, но можно использовать переключающие устройства, одновременно подключающие две линии, например, лини 8 и 11, или линии 11 и 14.
Таким образом, предлагаемая тепло-холодильная система обеспечивает эффективную работу по охлаждению молока при всех условиях эксплуатации.
В предлагаемой тепло-холодильной системе тепловой насос 1 функционально может использоваться как классический тепловой насос с обслуживанием двух потребителей (охлаждение молока и подогрев технологической горячей воды) или только как холодильник (охлаждение молока) со сбросом тепла во внешнюю среду.
Следует понимать, что приведенное описание не ограничивает объема защиты конкретной описанной выше схемой и могут быть сделаны различные видоизменения в системе в пределах объема формулы полезной модели.