Воздушно-тепловая завеса с термоэлектрическим тепловым насосом в доильно-молочном блоке фермы КРС
AIR CURTAIN WITH THERMOELECTRIC HEAT PUMP IN MILKING UNIT OF CATTLE FARM

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к оборудованию для создания микроклимата в помещениях сельскохозяйственного назначения.
Воздушно-тепловые завесы — это оборудование, позволяющее сохранять оптимальный микроклимат в помещениях, дверные проемы и ворота которых выходят на открытый воздух.
Термоэлектрические тепловые насосы на основе термоэлектрических сборок, это устройство на твердотельных термоэлектрических модулях Пельтье, которые объединяют в себе две функции: с одной стороны модуля  охлаждение, а с другой  нагрев.
Известны воздушно-тепловые завесы,  в которых забор воздуха осуществляется из обслуживаемого завесой  помещения без предварительного подогрева (Растимешин С.А., Трунов С.С. Энергосберегающие системы и технические средства отопления и вентиляции животноводческих помещений - М.: ФГБНУ ВИЭСХ, ООО «САМ Полиграфист», 2016.- 180 с., илл.).
Недостатком известной завесы является то, что при смешивании воздуха завесы с набегающим потоком холодного наружного воздуха температура полученной смеси воздуха может оказаться существенно ниже температуры внутреннего воздуха. Это может приводить к появлению дискомфортного переохлаждения различных зон обслуживаемого завесой помещения.
Известны модульные воздушно-тепловые завесы серии 400-1000, у которых мощность электрокалорифера для нагрева воздуха составляет от 9 до 140 кВт (https://teplomash-city.ru/elektricheskie-teplovye-zavesy-teplomash/promyshlennaya/).
Недостатком известных модульных воздушно-тепловых завес является завышенная тепловая мощность электрокалорифера применительно к завесам с забором воздуха из обслуживаемого помещения, и как следствие завышения установленной мощности, наблюдается перерасход электроэнергии на создание воздушно-тепловой завесы в помещении.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является воздушно-тепловая завеса, включающая калорифер, вентилятор, воздуховоды и воздухораспределитель, который содержит полость равного статического давления с основными и вспомогательными соплами, причем основные сопла расположены в два ряда под углом друг к другу 2-4°, длина сопел равна 2,5 от диаметра основного сопла, расстояние между рядами сопел равно 4-4,5 от диаметра основного сопла, а расстояние между основными соплами в ряду равно 8-10 от диаметра основного сопла, при этом в шахматном порядке по отношению к основным соплам расположены в 1 ряд вспомогательные сопла диаметром равным 0,8 от диаметра основного сопла, а в воздухораспределителе формируется плоская струя в направлении на наружную сторону здания, причем угол между осью плоской струи и плоскостью ворот здания составляет 12-20° (патент РФ № 56568, МПК F24F 9/00, опубл. 10.09.2006, Бюл. №25).
Недостатком известной воздушно-тепловой завесы является  повышенный расход энергии на создание воздушно-тепловой завесы в помещении, а также то, что она не позволяет в случае уменьшения скорости проникновения наружного воздуха изменить режим работы завесы в сторону уменьшения начальной струи расхода воздуха, и наоборот, что и является недостатком данного устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение потребляемой энергии на создание и поддержание микроклимата в доильно-молочном блоке при одновременном снижении затрат  энергии на охлаждение молока, снижение тепловой мощности и расхода электроэнергии на создание воздушно-тепловой завесы в помещении.
В результате использования предлагаемого изобретения снижается потребляемая энергия на создание и поддержание микроклимата в доильно-молочном блоке, а также появляется возможность сохранять стабильные параметры воздушной среды в помещении при открытых воротах, а также осуществлять предварительное охлаждение парного молока  за счет того, что воздушно тепловая завеса содержит компактный термоэлектрический тепловой насос и теплообменник охлаждения парного молока, установленного внутри охладителя молока в доильно-молочном блоке фермы КРС.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что воздушно-тепловая завеса с термоэлектрическим тепловым насосом в доильно-молочном блоке фермы КРС, содержащая воздухораспределитель с воздуховодами, установленный в проеме ворот, калорифер, электровентилятор, и блок управления, согласно изобретению, снабжена компактным термоэлектрическим тепловым насосом, состоящим из термоэлектрических модулей с теплообменниками горячего и холодного спаев, при подключении термоэлектрического модуля к блоку управления одна сторона модуля выделяет тепло, которое передается теплоносителю, при этом теплообменник горячего спая соединен трубопроводом горячего контура через циркуляционный насос горячего контура с калорифером и обратным трубопроводом горячего контура с теплообменником горячего спая, образуя замкнутый контур для циркуляции горячего теплоносителя, а другая сторона термоэлектрического модуля  охлаждается и отбирает тепло у теплоносителя  с помощью теплообменника холодного спая, при этом  тепло, выделяющееся из парного молока, находящегося в охладителе молока, поглощается с помощью теплообменника холодного контура, установленного внутри охладителя, соединенного трубопроводом холодного контура и обратным трубопроводом холодного контура с теплообменником холодного спая и через циркуляционный насос холодного контура с теплообменником холодного контура, образуя замкнутый контур для циркуляции холодного теплоносителя.
В предлагаемом устройстве тепловая  энергия для нагрева воздуха, используемого в завесе, вырабатывается термоэлектрическим тепловым насосом на основе термоэлектрических модулей Пельтье, когда тепловая энергия с помощью теплоносителя  по трубопроводам передается  от горячей стороны термоэлектрического модуля к теплообменнику тепловой завесы, с помощью  которого происходит нагрев воздуха в воздушно - тепловой завесе.
В холодном контуре термоэлектрического модуля теплоноситель охлаждается в теплообменнике холодного спая и с помощью теплоносителя отбирает теплоту у парного молока, при этом  тепло, выделяющееся из парного молока  поглощается теплоносителем с помощью теплообменника холодного контура, установленного внутри охладителя молока, соединенного с теплообменником холодного спая трубопроводом по которому с помощью циркуляционного насоса циркулирует теплоноситель. Таким образом, холодный контур термоэлектрического модуля с помощью теплоносителя и соответствующих теплообменников по трубопроводу отводит теплоту парного молока при его охлаждении и передает ее  горячему контуру, что приводит к существенному повышению выработки тепловой энергии, что приводит к существенной экономии энергии на нагрев воздуха в тепловой завесе и охлаждение молока.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена воздушно-тепловая завеса с использованием термоэлектрического теплового насоса в доильно-молочном блоке фермы.
Воздушно – тепловая завеса содержит воздухораспределитель 1 , установленный в воротах  доильно-молочного блока 2, калорифер (теплообменник горячего контура) 3, электровентилятор 4, термоэлектрические модули Пельтье 5, теплообменник горячего спая 6, теплообменник холодного спая 7,  циркуляционный насос горячего контура 8,  циркуляционный насос холодного контура 9, теплообменник холодного контура 10, охладитель парного молока 11, трубопровод  горячего контура 12, обратный трубопровод  горячего контура 13, трубопровод холодного контура 14, обратный трубопровод холодного контура 15, блок управления 16.
Термоэлектрический тепловой насос, представляет собой термоэлектрическую сборку с расположенными в ней жидкостными теплообменниками холодного 7 и горячего 6 спаев и помещенными между ними термоэлектрическими модулями Пельтье 5, которые соединены с блоком управления 16.
Теплообменник горячего спая 6 соединен трубопроводом горячего контура 12 и обратным трубопроводом  горячего контура 13 через циркуляционный насос горячего контура 8 с калорифером 3, образуя замкнутый контур для циркуляции горячего теплоносителя.
Теплообменник холодного спая 7, через циркуляционный насос холодного контура 9 соединен трубопроводом холодного контура 14 и обратным трубопроводом холодного контура 15 с теплообменником холодного контура 10, образуя замкнутый контур для циркуляции холодного теплоносителя.
Воздушно–тепловая завеса установлена в воротах доильно-молочного блока 2 и включает в себя воздухораспределитель 1, электровентилятор 4, калорифер 3. После нагрева в калорифере 3 воздух поступает в воздухораспределитель 1.
Работает термоэлектрическая установка следующим образом.
При подключении термоэлектрических модулей 5 к блоку управления 16 на горячей стороне модулей выделяется теплота, которая через теплообменник горячего спая 6 нагревает теплоноситель. С помощью циркуляционного насоса горячего контура 8 по трубопроводу горячего контура 12 теплоноситель подается в калорифер 3 (теплообменник горячего контура), а возвращается по обратному трубопроводу горячего контура 13 в теплообменник горячего спая 6,  образуя замкнутый контур для циркуляции горячего теплоносителя. Воздух завесы, нагнетаемый электровентилятором 4 нагревается в калорифере 3, а затем направляется в воздухораспределительную сеть воздушно-тепловой завесы 1, создавая и поддерживая микроклимат в доильно-молочном блоке фермы КРС и сохранять стабильные параметры воздушной среды в помещении при открытых воротах.
На холодной стороне термоэлектрических модулей 5 происходит ассимиляция тепла из парного молока, находящегося в охладителе молока 11. Теплообменник холодного контура 10, установленный в охладителе  молока 11, охлаждается, при этом процесс охлаждения молока происходит за счет того, что теплоноситель охлаждается в теплообменнике холодного спая 7 и с помощью циркуляционного насоса холодного контура 9 по трубопроводу холодного контура 14 подается в теплообменник 10, находящийся внутри охладителя молока 11. В процессе теплообмена нагретый парным молоком теплоноситель по обратному трубопроводу холодного контура 15 возвращается в теплообменник холодного спая 7, образуя замкнутый контур для циркуляции холодного теплоносителя, где снова охлаждается и таким образом процесс  повторяется. Парное молоко, температура которого 37°С находясь в охладителе молока 11, соприкасается с теплообменником 10, охлаждается и направляется в танк-охладитель для дальнейшей первичной обработки.