СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR COOLING OF FLUID AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к холодильной технике и предназначено для охлаждения пищевых и производственных жидкостей.
Известен способ охлаждения молока, при котором производят наращивание льда на панелях испарителя, размещенных в резервуаре аккумулятора (см. а.с. №1537989). Недостатком данного способа является низкая производительность холодильной установки при высоком энергопотреблении.
Известен способ охлаждения жидкости и устройство для его осуществления (см. патент РФ №2043711). Способ предусматривает подачу в емкость жидкости и размещение в наиболее нагретом ее слое теплообменника. Недостатком этого способа является ограниченная область применения для охлаждаемой жидкости с различными удельными плотностями, а также высокое энергопотребление.
Известен способ охлаждения молока и устройство для его осуществления (см. патент РФ №1794235), принятый за прототип.
К недостаткам данного устройства можно отнести: высокие энергетические затраты на охлаждение, составляющие не менее 25 кВт·ч электроэнергии на тонну охлажденного молока; сложность установки, содержащей два теплообменных аппарата оросительного типа, первый - для охлаждения молока «ледяной» водой, второй - для аккумуляции льда, что приводит к дополнительным капитальным затратам на теплообменную поверхность по сравнению, например, с танками-охладителями молока. Применение водоледяного аккумулятора невозможно без разности температур, влекущей за собой потерю работы, снижая при этом эффективность термодинамического цикла холодильной машины. Теплообмен через стенку между водой (промежуточный теплоноситель) и, например, молоком требует соответствующей разности температур и, следовательно, дополнительной работы термодинамического цикла.
Техническая задача - снижение капитальных и эксплуатационных затрат на охлаждение жидкости.
Это достигается тем, что охлаждаемую жидкость подают непосредственно на наружную поверхность теплообменника, которую охлаждают изнутри холодильным агентом из ряда хладонов, ограничивая при этом область орошения до внутренней поверхности трубной решетки теплообменника. Под рядом хладонов следует понимать холодильные агенты, используемые в холодильном цикле парокомпрессионных холодильных машин.
В устройстве, реализующем данный способ, зона орошения ограничена трубной решеткой. Концевые части труб теплообменника выходят из трубных решеток вне зоны орошения на расстояние от 0,1 до 25 размера наружного диаметра трубы теплообменника, имеют герметичное уплотнение как в месте соединения с трубной решеткой, так и в месте соединения с концевой частью следующей трубы, имеющей поворот в вертикальной плоскости на 180°. Установление трубных решеток исключает вероятность попадания хладагента из труб теплообменника в охлаждаемую жидкость. Холодильная установка содержит один или несколько каскадов холодильных машин с различными параметрами кипения и общими параметрами конденсации. Количество каскадов зависит от параметров охлаждаемой жидкости и температуры окружающей среды.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, состоящая из двух каскадов, на фиг.2 - теплообменник.
Устройство содержит трубопровод 1, подводящий охлаждаемую жидкость, регулирующий вентиль 2, орошающее устройство 3, теплообменник 4, емкость для сбора жидкости 5, трубы 6, которые имеют концевые части 7, проходящие в трубных решетках 8, и соединительные элементы 9. Холодильная установка включает дроссельное устройство 10, соленоидный вентиль 11, ресивер 12, конденсатор 13, компрессоры 14.
Устройство работает следующим образом.
1
2
3
4
5
Охлаждаемая жидкость с начальной температурой T по трубопроводу 1 через регулирующий вентиль 2 поступает в орошающее устройство 3, через отверстия которого свободные струи жидкости падают на наружную поверхность труб 6 теплообменника 4, стекают последовательно с трубы па трубу до выхода с температурой Т в сборник жидкости 5. Холодильный агент, например хладон 22 или хладон 404А, из ресивера 12 через соленоидный вентиль 11 и дроссельные устройства 10 поступает в трубное пространство теплообменника 4, где выкипает при температурах Т и Т, отбирает теплоту от охлаждаемой жидкости и в парообразном состоянии откачивается компрессорами 14, компремируется и поступает в конденсатор 13, где конденсируется за счет отвода теплоты в окружающую среду, имеющую температуру Т, после чего поступает в ресивер 12, и цикл замыкается.
Применение каскада холодильных машин позволяет существенно снизить как энергетические затраты на охлаждение за счет повышения температуры кипения холодильного агента в верхнем каскаде, что приводит к снижению работы сжатия компрессора верхнего каскада, так и капитальные затраты на холодильное оборудование за счет уменьшения типоразмеров компрессоров и конденсатора холодильной машины. Применение прямого охлаждения и каскада холодильных машин позволяет снизить энергетические затраты до 9 кВт·ч электроэнергии на тонну охлажденного молока, для сравнения - по существующим европейским стандартам нормы потребления электроэнергии на тонну охлажденного молока составляют 14 кВт·ч.