Проточный охладитель молока
IN-LINE MILK COOLER

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к   холодильному оборудованию для животноводческих комплексов, молочно-товарных ферм и фермерских хозяйств, а именно  для охлаждения молока.
Известна холодильная установка с аккумулятором холода, содержащая замкнутый контур циркуляции хладагента, включающий компрессор, маслоотделитель, конденсатор, линейный ресивер, дроссель-вентиль и испаритель, а также аккумулятор холода, выполненный в виде бака заполненного водой, и тепловых труб, верхние части которых расположены в испарителе, а нижние части установлены в баке (патент РФ № 2190813, МПК F25B 7/00,  F28D 15/02, опубл. 10.10. 2002). Тепловые трубы размещены между коллекторами и на поверхности каждой из них на высоте не более 2/3 высоты тепловых труб закреплена теплообменная поверхность, которая выполнена из однотипных полых секций, соединенных с коллекторами, подключенными к контуру циркуляции хладагента.
Известен термоэлектричекий блок, содержащий,  по меньшей мере, одну термобатарею  Пельтье с установленными на ее разноименных спаях в тепловом контакте тепловыми трубами, выполненными каждая с изгибом, соединяющим два участка, продольные оси которых параллельны поверхностям упомянутых спаях и смещены относительно одна другой, при этом один из этих участков примыкает к поверхности соответствующих спаях, а другой участок каждой тепловой трубы смещен относительно первого и поверхности соответствующего спая к центру своей термобатареи, а при выполнении блока из нескольких термобатарей каждая последующая из последних размещена с примыканием к предыдущей соответствующими участками тепловых труб со стороны одноименных спаев (патент РФ № 2112908, МПК F25B 21/02, F28D 15/02, опубл. 06.10.1998).
Недостатком известных установок является то, что наряду с тепловыми трубками используются либо компрессорные холодильные машины, либо термоэлектрические элементы Пельтье, потребляющие энергию из электрической сети, что снижает энергетическую эффективность процесса охлаждения молока.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является термоэлектрический блок-охладитель напитков, в котором охлаждающим устройством является термосифон, заправленный теплоносителем, например, аммиаком, в таком количестве, чтобы присутствовала жидкая фаза этого теплоносителя в достаточном количестве (патент РФ № 2367854, МПК F25B 21/02, опубл. 09.20.2009). Термосифон в верхней части соединен с термоэлектрическим элементом Пельтье со стороны холодных спаев. Каждый термосифон снабжен автономным термоэлементом. Горячими спаями термоэлектрические элементы соединены с жидкостным коллектором, выполненным в виде трубы с полкой, которая является составной частью контура охлаждения заправленного жидкостью. Верхняя часть термосифона совместно с термоэлектрическими элементами и жидкостным коллектором закрыта теплоизоляцией. Жидкостной коллектор является составной частью контура охлаждения, заправленного жидкостью. Термоэлектрический блок–охладитель для напитков выполнен в виде набора последовательно соединенных термосифонов с автономными термоэлементами и общей изоляцией и жидкостно-воздушным теплообменником. Термоэлектрические элементы горячими спаями соединены с жидкостным коллектором, выполненным в виде трубы с полкой и связанным с жидкостно-воздушным теплообменником, продуваемым вентилятором. На контуре охлаждения установлен жидкостной насос.
Недостатком известного термоэлектрического блока–охладителя для напитков является то, что для работы термосифонов используется холодный контур термоэлектрических модулей Пельтье, потребляющих электроэнергию из электрической  сети и снижающих энергетическую эффективность процесса охлаждения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение затрат энергии в процессе охлаждения молока при  сохранении  высоких  показателей  качества молока.
В результате использования предлагаемого изобретения  снижаются затраты энергии на охлаждение молока путем использования возобновляемой энергии парного молока для его охлаждения за счет того, что в проточном охладителе молока имеются тепловые трубки, с помощью которых тепловая энергия парного молока из испарительной зоны трубок переносится в конденсационную зону трубок, представляющих собой жидкостно-воздушный теплообменник, где после конденсации паров жидкости в тепловых трубках на внутренних поверхностях жидкостно-воздушного теплообменника,  выделенная тепловая энергия отводится с помощью вентилятора.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый проточный охладитель молока, содержащий корпус, жидкостно-воздушный теплообменник, вентилятор с блоком  управления, согласно изобретению снабжен  емкостью с теплоизоляцией для охлаждения молока с нижним патрубком для входа парного молока из молокопровода с температурой 30°С и патрубком для выхода охлажденного  молока до температуры 10-12°С и тепловыми трубками, испарительная зона которых опушена в емкость с молоком,  испарительная зона трубок с напрессованными на трубки теплоотводящими ребрами образует проточный теплообменник, а конденсационная зона тепловых трубок объединена в жидкостно-воздушный теплообменник с вентилятором, при этом транспортная зона  тепловых трубок, соединяющая испарительную и конденсационную зоны тепловых трубок  расположена в верхней части корпуса в  отведенной для трубок  нише, каждая из тепловых трубок на выходе из емкости имеет уплотнение, препятствующее вытеканию  молока из емкости.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема проточного охладителя молока.
Проточный охладитель молока содержит корпус 1, емкость для охлаждения парного молока 3 с теплоизоляцией 2, тепловые трубки 4  с  испарительной зоной 16, в которых находится легко испаряющаяся жидкость, напрессованные теплоотводящие ребра 5 на тепловых трубках 4, конденсационная зона 6 тепловых трубок 4, электровентилятор 7, соединенный с блоком управления 9,  в верхней части каждой тепловой трубки 4 имеются уплотнения 8, в верхней части корпуса 1 имеется ниша 10 для тепловых трубок 4, патрубок 11 для поступления парного молока из молокопровода в емкость 3,   патрубок 12 для выхода охлажденного молока из емкости 3,  транспортная зона 13 тепловых трубок 4 в верхней части корпуса 1,  жидкостно-воздушный теплообменник 14 с теплоотдающими ребрами 15.
Емкость для охлаждения парного молока 3 установлена в корпусе 1. В нижней части емкости 3 имеется патрубок 11 для поступления парного молока из молокопровода в емкость 3, а в верхней части емкости 3патрубок 12 для выхода охлажденного молока из емкости 3. Тепловые трубки 4 с теплоотводящими ребрами 5 опущены в емкость 3, в которой происходит охлаждение парного молока.  Теплоотводящие ребра 5 увеличивают площадь поверхности теплоотдачи парного молока тепловым трубкам 4 и образуют проточный теплообменник, формирующий турбулентный поток молока и  позволяющий иметь эффективную теплоотдачу парного молока  тепловым трубкам 4 в испарительной зоне 16. Транспортная зона 13 тепловых трубок 4 расположена в  отведенной для трубок 4 нише 10 в верхней части корпуса 1. Конденсационная зона 6 тепловых трубок 4 является жидкостно-воздушным теплообменником 14, состоящим из объединенной для всех тепловых трубок 4 конденсационной зоны 6 и теплоотдающих ребер  15, продуваемых вентилятором 7. Блоком управления 9 включается и отключается электровентилятр 7, который с помощью потока воздуха охлаждает жидкостно-воздушный теплообменник 14. Уплотнения 8 на каждой тепловой  трубке 4 препятствуют вытеканию молока из емкости 3.
Проточный охладитель молока работает следующим образом.
Охлаждение парного молока с температурой 30°С из молокопровода осуществляется до температуры 10…12°С перед поступлением в резервуар молокоохладитель, охлаждающий молоко до 4-5°С на молочно-товарных фермах и в фермерских хозяйствах. Парное молоко из молокопровода через входной патрубок 11поступает в емкость 3. Тепловые трубки 4 переносят тепловую энергию из нагретой области («источника») в холодную область («сток») с КПД, большим, чем при использовании любых высокотеплопроводных металлов. При подводе тепла от парного молока к испарительной зоне 16 тепловых трубок 4,  содержащих легко испаряемую  жидкость (теплоноситель),  часть  жидкости  будет  испаряться,  поглощая  определенное количество тепла. Пары легко испаряемой жидкости переходя через  транспортную зону 13 в конденсационную зону 6 тепловых трубок 4, будут конденсироваться на внутренней поверхности трубок 4 и  отдавать  тепло с помощью жидкостно-воздушного теплообменника 14 окружающей среде.  Сконденсировавшаяся  жидкость  по трубкам 4 через  транспортную зону 13 возвращается в испарительную зону 16 трубок 4, образуя замкнутый цикл для теплообмена и охлаждения молока.
При возникновении перепада температур между испарительной зоной 16 и конденсационной зоной 6 тепловых трубок 4, вызванного наличием в емкости  3   парного молока,  находящийся внутри трубок 4 легкокипящая жидкость начинает кипеть в испарительной зоне 16, куда тепловая энергия  подводится  от парного молока. Поскольку на испарение жидкости затрачивается энергия от парного молока, в результате чего молоко охлаждается, а легкокипящая  жидкость   перемещается по транспортной зоне 13 трубок 4 в конденсационную зону 6, где происходит превращение пара в жидкость, которая конденсируется на внутренней поверхности жидкостно-воздушного теплообменника 14, а выделенная тепловая энергия отводится электровентилятром 7, который включается и отключается блоком управления 9.
Предлагаемый проточный охладитель молока позволяет снизить затраты энергии в процессе охлаждения парного молока, используя возобновляемую  энергию парного молока, при  сохранении  высоких  показателей  качества молока.