Устройство для регулирования температуры молока

Полезная модель относится к пищевой промышленности и может быть использована объектами сельхозпредприятий. Устройство для регулирования температуры молока содержит резервуар для хранения молока, в нем находится змеевиковый теплообменник, вертикальный грунтовый теплообменник, термоэлектрический охладитель, клапанную систему и блок управления с элементами автоматики.

Грунтовый теплообменник расположен на глубине 50-100 м. Внутри теплообменника циркулирует незамерзающий теплоноситель, например, раствор соли (СаСl₂ или NaCl).

В результате теплообмена с поверхностью грунта происходит нагрев теплоносителя до 7-8°С. Далее часть теплоносителя подается в тепловой насос и энергия превращается в теплоту для отопления или горячего водоснабжения, другая часть теплоносителя подается в термоэлектрический охладитель, где его температура снижается до заданного значения, который подается в змеевиковый теплообменник, где охлаждает молоко до заданного значения. Отработанный теплоноситель вновь подается в вертикальный грунтовый теплообменник и цикл повторяется.

В данном устройстве для регулирования температуры молока используется низкопотенциальная теплота земли. Так как температура грунта летом холоднее, чем температура помещения регулируемого объекта, энергия грунта используется как «натуральное охлаждение» в сочетании с термоэлектрическим охладителем для охлаждения молока после его доения.

Таким образом, данное устройство позволяет поддерживать оптимальную температуру молока при хранении, что увеличивает сроки его хранения.

Полезная модель относится к пищевой промышленности и может быть использована объектами сельхозпредприятий.

Известна полезная модель «Устройство для регулирования температуры молока» [1]. Устройство содержит резервуар для хранения молока, змеевиковый теплообменник, холодильную машину, электрический блок управления, датчики температуры молока и хладоносителя и емкость с источником - аккумулятором холода в виде массы льда.

Основным недостатком данного патента является проблема заправки массы льда. Кроме того, в жаркое лето масса льда легко может превратиться в воду и эффективность работы устройства резко уменьшится.

Наиболее близким техническим решением является «Терморегулятор молока» [2]. Терморегулятор молока содержит резервуар для молока; термоэлектрический охладитель; источник холода в виде холодной воды, находящийся в колодце; электрический регулирующий орган, позволяющий распределить охлаждающую воду на термоэлектрический охладитель и минуя его.

Основными недостатками данного патента являются.

1. Электрический регулирующий орган работает от воздействия электронагревателя через твердый наполнитель на шток с клапанами. Такая конструкция повышает инерционность, для повышения быстродействия следует увеличивать мощность электронагревателя, а это снижает эффективность работы терморегулятора молока.

2. В жаркое время года колодец может оставаться без воды, что создает дополнительную проблему для эксплуатации терморегулятора молока.

Заявляемая полезная модель решает задачу создания эффективного устройства регулирования температуры молока.

Техническим результатом при этом является увеличение срока хранения молока и соответственно качества поддержанием оптимальной его температуры в любое время года.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем резервуар для молока, термоэлектрический охладитель, змеевиковый теплообменник, датчики температуры, блок управления, задатчик, блок сравнения, оно дополнительно содержит низкопотенциальный вертикальный грунтовый теплообменник с теплоносителем, установленный на расчетной глубине, вход которого подключен к поверхности грунта, выход теплоносителя присоединен к трехходовому крану, выход первого патрубка через трехходовой кран, термоэлектрический охладитель связан со змеевиковым теплообменником, а выход второго патрубка подключен к тепловому насосу с возможностью возвращения теплоносителя к грунтовому теплообменнику. Кроме того, термоэлектрический охладитель электрически подключен к выходу блока управления, который подсоединен к задатчику через блок сравнения, связанный с датчиками температуры теплоносителя и молока, причем один из выходов блока управления соединен с возможностью подачи сигнала на электрический исполнительный механизм, выполненный с возможностью воздействия на трехходовой кран для открытия, закрытия каналов на термоэлектрический охладитель или на перепуск, другой выход блока управления электрически соединен с насосом подачи теплоносителя от грунтового теплообменника, третий выход блока управления соединен с насосом подачи молока из резервуара молока в транспортное средство.

На фигуре представлено заявляемое устройство, которое содержит резервуар 1 для хранения молока; низкопотенциальный вертикальный грунтовый теплообменник 2 с теплоносителем; термоэлектрический охладитель 3; змеевиковый теплообменник 4; теплообменник 5 холодных спаев; теплообменник 6 горячих спаев; трехходовые краны 7, 8; электрический исполнительный механизм 9; электрические насосы 10, 11; трехходовой кран 12; тепловой насос 13; блок управления 14; блок сравнения 15; задатчик 16; блок питания 17; контакт замыкающий 18; датчик 19 уровня молока; датчики 20, 21 температуры молока и теплоносителя; транспортное средство 22; грунт 23; канал 24 приема теплоносителя; канал 25 возвращения теплоносителя в теплообменник 2; каналы теплоносителя 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34; каналы 35, 36 подачи молока в транспортное средство 22; каналы подачи и возвращения теплоносителя 37, 38 для отопления и горячего водоснабжения для бытовых целей; каналы 39, 40, 41, 42, 43 подачи электроэнергии; каналы 44, 45, 46, 47 подачи электрических сигналов.

Позицией 2 представлен низкопотенциальный вертикальный грунтовый теплообменник с теплоносителем, который располагается на глубине 50-100 м. По каналам 24, 25 происходит циркуляция теплоносителя - раствора соли CaCl₂ или NaCl. В результате теплообмена с поверхностью грунта происходит нагрев теплоносителя до 7-8°С. Далее этот теплоноситель течет по каналам 26, 27 в тепловой насос 13, где происходит передача тепловой энергии от теплоносителя через низкокипящую жидкость (хладагент) другому теплоносителю. Слегка нагревшись от теплоносителя в теплообменнике, хладагент превращается в пар, «испаряется» и поступает в компрессор насоса, а в конденсаторе (позиции не указаны) происходит передача теплоты к теплоносителю и по каналу 37 поступает на отопление и горячее водоснабжение, а по каналу 38 возвращается обратно в тепловой насос.

А другая часть теплоносителя с температурой 7-8°С через трехходовой кран 8 по каналу 29 поступает в трехходовой кран 12, который в зависимости от температуры молока в резервуаре 1 распределяет теплоноситель по каналу 30 на термоэлектрический охладитель 3, а другая часть теплоносителя по каналу 32 поступает в канал 33.

В трехходовом кране 7 происходит распределение потоков теплоносителя в холодный теплообменник 5, а по каналу 31 - в горячий теплообменник 6. При этом требуемую порцию теплоносителя следует регулировать трехходовым краном 7.

Охлажденный теплоноситель из холодного теплообменника 5 поступает в канал 33, где происходит перемешивание с теплоносителем, поступающего из канала 32 в канал 33. Далее охлажденный теплоноситель поступает в змеевиковый теплообменник 4, где происходит теплообмен с молоком, температура которого доводится до оптимального (заданного) значения. Отработанный теплоноситель по каналу 25 поступает в теплообменник 2 и цикл повторяется.

Таким образом, в данном варианте используется «натуральное охлаждение», при этом используется тот факт, что грунт летом холоднее, чем температура молока, т.е. грунт и грунтовые воды могут охлаждать молоко естественным путем. При этом низкая температура теплоносителя (7-8°С) уменьшает величину потребляемой мощности термоэлектрического охладителя.

Электрический исполнительный механизм 9 механически соединен с трехходовым краном 12 и работает в релейно-импульсном режиме [3].

Для уменьшения потерь энергии нижняя часть резервуара 1 с молоком помещается в грунт. Охлажденное молоко может быть отправлено потребителю с помощью насоса 10, каналов 35, 36 и транспортного средства 22. При этом количество отправляемого молока контролируется датчиком уровня молока 19.

Заявляемое устройство для регулирования температуры молока работает следующим образом.

Включается контакт замыкающий 18.

Пусть температура окружающей среды больше или равна 20°С. Температура молока в резервуаре должна поддерживаться, например, 4°С.

В этом случае сигналы от датчиков температуры 20, 21 и задатчика 16 поступают в блок сравнения 15, где происходит обработка сигналов. Сигнал управления подается в блок управления 14, который подает электроэнергию на электрический исполнительный механизм 9, который в зависимости от температуры молока в релейно-импульсивном режиме начинает распределять требуемую порцию теплоносителя через трехходовой кран 12 по каналу 30 или по каналу 32 до тех пор, пока температура молока не достигнет заданного значения.

При прохождении трехходового крана 7 теплоноситель распадается на два потока: первая часть потока поступает в холодный теплообменник 5, другая часть потока по каналу 31 поступает в горячий теплообменник 6.

В холодном теплообменнике 5 в результате теплообмена теплоносителя с холодными спаями термоэлектрического охладителя происходит понижение температуры теплоносителя, который по каналу 33 подается в змеевиковый теплообменник 4 и в результате теплообмена с молоком его температура понижается до заданного значения.

В горячем теплообменнике 6 происходит отвод теплоты от горячих спаев термоэлектрического охладителя и подогретый теплоноситель по каналу 34 поступает в канал 28, где смешивается с теплоносителем, поступающим из теплового насоса 13, далее поступает в канал 25, где смешивается с теплоносителем, поступающим из змеевикового теплообменника 4, и поступает в грунтовый теплообменник 2. Цикл повторяется.

Таким образом, низкопотенциальная теплота земли может использоваться в заявляемой заявке без применения других источников энергии. При этом, так как температура грунта летом холоднее, чем температура помещения регулируемого объекта, эта энергия может быть использована как «натуральное охлаждение» в сочетании с термоэлектрическим охладителем для охлаждения молока после его доения.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры молока может работать в соответствии с любой программой по поддержанию температуры во время хранения молока.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент 76776 Россия, МПК AO1J 9/04. Устройство для регулирования температуры молока / А.О.Васильев, В.Н.Тимофеев, А.Р.Егоров, Р.В.Арсентьев; опубл. в БИ 10.10.2008.

2. Патент 2297760 Россия, МПК AO1J 9/04. Терморегулятор молока / И.М.Селиванов, В.Н.Тимофеев, О.И.Петрова и др.; опубл. в БИ 27.04.2007.

3. Патент 2031216 Россия, F01Р 7/14. Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания с турбокомпрессором, имеющим газовыхлопной патрубок / В.Н.Тимофеев, Е.А.Киселев, Е.В.Кротов и др.; опубл. в БИ 20.03.1995.

1. Устройство для регулирования температуры молока, содержащее резервуар для молока, термоэлектрический охладитель, змеевиковый теплообменник, датчик температуры, блок управления, задатчик, блок сравнения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит низкопотенциальный вертикальный грунтовый теплообменник с теплоносителем, установленный на расчетной глубине, вход которого подключен к поверхности грунта, выход теплоносителя присоединен к трехходовому крану, выход первого патрубка через трехходовой кран, термоэлектрический охладитель связан со змеевиковым теплообменником, а выход второго патрубка подключен к тепловому насосу с возможностью возвращения теплоносителя к грунтовому теплообменнику.

2. Устройство для регулирования температуры молока по п.1, отличающееся тем, что термоэлектрический охладитель электрически подключен к выходу блока управления, который подсоединен к задатчику через блок сравнения, связанный с датчиками температуры теплоносителя и молока, причем один из выходов блока управления соединен с возможностью подачи сигнала на электрический исполнительный механизм, выполненный с возможностью воздействия на трехходовой кран для открытия, закрытия каналов на термоэлектрический охладитель или на перепуск, другой выход блока управления электрически соединен с насосом подачи теплоносителя от грунтового теплообменника, третий выход блока управления соединен с насосом подачи молока из резервуара молока в транспортное средство.