С появлением арендных и семейных ферм возникла необходимость создания малогабаритной техники.
В Мордовском государственном университете разработан и уже испытан малогабаритный аккумулятор естественного холода А-5 для
охлаждения молока при минусовых температурах наружного воздуха (рис. 1). Он рассчитан для ферм с суточным объемом производства молока менее 5 т.
В период между доением коров вода, залитая в поддон 2 до уровня отверстия сливной трубы (0,9 м3), охлаждается при отрицательной температуре воздуха с образованием льда на поверхности и стенках поддона 2. Пропорционально увеличению объема воды со льдом сжимается компенсатор 9 что предотвращает разрушение не только стенок поддона 2, но и ледяного покрытия на поверхности воды. Таким способом защищается сливная труба 7 от образования в ней ледяной пробки. Кроме того наличие компенсатора 9 с эластичными стенками, полость которого прямоточно соединена трубами 11 и 12 с окружающим воздухом, способствует дополнительному охлаждению воды в поддоне 2 за счет конвективного теплообмена между воздухом и стенками компенсатора 9.
При доении коров в молокопровод включают вентилятор 6 и насос 17. Молоко охлаждается в пластинчатом охладителе 16 за счет циркуляции воды по замкнутому-контуру: накопитель 13 - насос 17 - пластинчатый охладитель 16 - форсунка 5 - оросительная насадка 4 - поддон 2 - накопитель 13. Накопитель имеет вместимость 200 л. Вентилятор 6 нагнетает холодный воздух через оросительную насадку 4 в поддон 2. Здесь воздух отделяется от капель и вытесняется наружу. Вода охлаждается главным образом на пластинах оросительной насадки, двигаясь по ним тонким слоем, а в поддоне от контакта со льдом доохлаждается до 1 ..2 °С и стекает в накопитель 13. Активно охлаждаясь, вода частично испаряется ее уровень в накопителе снижается, и поплавковый клапан 14 обеспечивает автоматическую подпитку накопителя до заданного уровня.
Рис. 1. Малогабаритный аккумулятор естественного холода А-5:
1 - каркас; 2 - поддон; 3 - корпус теплообменника; 4 - оросительная насадка; 5 - форсунка; 6 - осевой вентилятор № 8; 7 - сливная трубв; В - выступ; 9 - компенсатор; 10 - пружина; 11, 12- трубы-воздуховоды; 13 - накопитель воды; 14 - клапан; 15 - водопровод подпитки; 16 - пластинчатый охладитель; 17 - насос
После окончания доения и охлаждения молока электропотребители выключают, естественный холод вновь пассивно накапливается в поддоне до очередного доения. Таким образом, повышение цикловой (при каждом доении) производительности А-5 обеспечивается за счет накопления льда в поддоне. Это позволяет агрегатировать А-5 с пластинчатым охладителем молока доильной установки производительностью до 1,5 т/ч.
Аккумулятор А-5 благодаря наличию компенсатора и выступа в поддоне, накопителя воды и прямоточной подачи воздуха способен работать при температурах воздуха от 2 °С до любой минусовой.
Суточная производительность А-5 до 5 т молока, охлажденного от 30 до 5 °С при температуре наружного воздуха минус 10 °С. Установленная мощность вентилятора и насоса 2,2 кВт, удельные затраты электроэнергии 1,4...2,6 кВт' ч/т, габаритные размеры (без накопителя) 1300 х 1300 х 2500 мм, масса - 0,4 т. Обслуживается оператором молочного блока.
Аккумулятор А-5 в агрегате с емкостным охладителем молока представлен на рис. 2. В данном случае линия охлаждения молока имеет емкость для охлаждения 1 типа РПО-2,5, холодильную установку 2 искусственного холода типа ТХУ-14 с насосом 3 и параллельно с ней подключенный аккумулятор 4 естественного холода А-5 с водопроводной арматурой, включающей трехходовые краны 5 и 6. Для обеспечения подачи воды самотеком в водяную рубашку из аккумулятора холода необходимо, чтобы уровень воды в нем был не ниже уровня верхней точки водяной рубашки.
В аккумуляторе холода А-5 за рабочий уровень воды принят уровень воды в накопителе с поплавковым клапаном. При минусовых температурах наружного воздуха и соответствующих положениях трехходовых кранов вода под действием насоса движется по замкнутому контуру: насос 3 - трехходовой кран 6 - аккумулятор естественного холода 4 - трехходовой кран 5 - водяная рубашка емкости 1 насос 3. В зимний период холодильная установка выключена.
При плюсовых температурах наружного воздуха трехходовые краны 5 и 6 переводят в положение "искусственный холод", а аккумулятор А-5 обесточивают. Включают в работу источник искусственного холода, и вода циркулирует по контуру: насос 3 - трехходовой кран 6 - холодильная установка 2 - трехходовой кран 5 - водяная рубашка емкости 1 - насос 3.
Рис. 2. Схема агрегатирования аккумулятора А-5 с емкостью для охлаждения:
1 — емкость для охлаждения 2 - холодильная установка; 3 - насос; 4 - аккумулятор А-5; 5,6 — трехходовые краны
В летнее время А-5 может быть использован в качестве градирни для охлаждения конденсата холодильной установки МКТ-20, АВ-30.
К общему недостатку всех известных типов аккумуляторов естественного холода для периода стойлового содержания коров можно отнести неэффективность их использования при плюсовых температурах воздуха для охлаждения молока, что вызывает необходимость комплектования молочных блоков холодильными установками.
Совершенствование аккумуляторов естественного холода сезонного и круглогодичного использования ведется в направлении снижения энергозатрат и трудозатрат на охлаждение молока, снижения материалоемкости конструкции и расхода воды, повышения термического КПД и надежности в работе, автоматизации аккумулирования естественного холода и упрощения эксплуатации.