冷却奶流的冷却系统，奶存储设备，挤奶系统和重构冷却系统的方法

摘要

一种用于冷却奶流的冷却系统(10)，包括第一和第二制冷系统(11,12)；第一和第二中间制冷剂循环系统(13,14)；和连接在第一和第二中间制冷剂循环系统之间的管线歧管，其中所述第一中间制冷剂循环系统中的制冷剂在第一热交换部分(15)中与所述第一制冷系统热交换连接，并且所述第二中间制冷剂循环系统中的制冷剂在第二热交换部分(16)中与所述第二制冷系统热交换连接。该冷却系统可在为奶流提供两步式冷却的第一操作配置与为奶流提供一步式冷却的第二操作配置之间重构。

说明书

技术领域

该技术领域大体涉及冷却系统和和用于重构冷却系统的方法。该系统和方法可用于奶存储设备和/或挤奶系统。

背景技术

在乳品业中，动物被挤奶并且奶被存储在奶存储箱中用于定时地收集，例如每两天收集一次。为了保持奶的质量，以及为了减少奶中细菌增加和无脂肪酸(FFA)成分，需要尽快将其冷却至约4℃的温度。由于奶的冷冻将对奶的质量产生有害的作用，因此在奶的冷却过程中需要特别小心。

在本领域中已知在奶到达奶存储箱的路径中基于热交换器对其进行冷却的设备。

EP 0859545 B1公开了用于冷却产品的设备，包括第一蒸发器和从第一蒸发器分开的第二蒸发器，第一热交换器接合第一蒸发器且第二热交换器接合第二蒸发器。在操作中，产品或者中间热传递介质以至少两步进行冷却。在第一步，通过第一蒸发器将产品或者介质冷却至中间温度而从产品或介质提取热量。在第二步，通过第二蒸发器进一步将产品或介质冷却至要求的温度而从产品或介质提取热量。由于产品或介质由在比实现要求温度所需更高的蒸发温度操作的蒸发器部分地冷却，所以实现了提高的能量效率。

在EP 0859545 B1中所公开的设备的两个蒸发器可在不同的蒸发温度工作；第一蒸发器可用于部分地冷却奶且第二蒸发器可用于进一步冷却奶，低至要求的存储温度。尽管该设备因此是节能的，然而存在着该设备是不合适的情况。使用者的需要和奶牛场的设计会进一步限制该设备的应用。

发明内容

本发明的目的是提供新的冷却系统和重构冷却系统的方法，从而可克服现有技术中的限制。

本发明的具体的目的是提供冷却系统，其不仅仅是节能的，并且还是灵活和多用途的，并且其可符合使用者的多种需要，且可用于多种奶牛场设计和情况。

第一方面涉及用于冷却奶流的冷却系统，包括具有独立可控制冷却能力的第一制冷系统和第二制冷系统，第一中间制冷剂循环系统和第二中间制冷剂循环系统，和包括连接在第一和第二中间制冷剂循环系统之间的一个或多个管线的管线歧管。

第一中间制冷剂循环系统中的制冷剂在第一热交换部分中与第一制冷系统热交换连接，且第二中间制冷剂循环系统中的制冷剂在第二热交换部分中与第二制冷系统热交换连接。

冷却系统可在第一和第二操作配置之间重构。

在第一操作配置中，在第一中间制冷剂循环系统中的制冷剂在第三热交换部分中与待冷却奶流热交换连接，且在第二中间制冷剂循环系统中的制冷剂在相对于奶流位于第三热交换部分下游的第四热交换部分中与待冷却奶流热交换连接。第一和第二中间制冷剂循环系统中的制冷剂被保持分离，从而提供对奶流的两步式冷却。

在第二操作配置中，所述管线歧管连接在所述第一中间制冷剂循环系统和所述第二中间制冷剂循环系统之间以将所述第一中间制冷剂循环系统的制冷剂与所述第二中间制冷剂循环系统的制冷剂混合，从而所述第一中间制冷剂循环系统和第二中间制冷剂循环系统的混合制冷剂在所述第三热交换部分和所述第四热交换部分中与待冷却的奶热交换连接，或者仅仅在第四热交换部分中与待冷却的奶热交换连接，从而提供对奶流的一步式冷却。

在可选的实施方式中，第一和第二中间制冷剂循环系统的混合制冷剂流经第三和第四热交换部分，该管线歧管可包括连接的旁路管线，使得第一和第二中间制冷剂循环系统的混合制冷剂在第四热交换部分中与待冷却的奶热交换连接，且通过旁路管线，接着首先在第三热交换部分中与待冷却的奶热交换连接。即，第三和第四热交换部分在第一和第二中间制冷剂循环系统的一端，串联连接。

在可选的实施方式中，第一和第二中间制冷剂循环系统的混合制冷剂仅流过第四热交换部分，该管线歧管可连接为使得所述第一和第二中间制冷剂循环系统的混合的制冷剂仅在第四热交换部分中与待冷却奶热交换连接，从而允许奶流在第三热交换部分中被自来水预冷却。

该冷却系统是灵活的和多用的，且可符合使用者的多种需要并且可用于多种奶牛场设计和情况。当在第一操作配置时，冷却系统是高效的，而在第二操作配置时，冷却系统可作为单步式冷却系统而允许例如与分离的预冷却配置共同使用。

该两步式冷却系统可应用于具有共同的控制系统和共同的电源连接的整体综合设计中，同时可在一步式和两步式冷却之间重构。

当需要两步式冷却时，冷却系统的第二中间制冷剂循环系统可被重构为以允许两步式冷却的第一操作配置操作，并且当需要全功率一步式冷却时，冷却系统的第一和第二中间制冷剂循环系统可被重构为以允许一步式冷却的第二操作配置操作。在第一操作配置，可获得高效率多步式冷却的优点，而在第二操作配置，可获得全功率一步式冷却的优点。

在一个实施方式中，第一中间制冷剂循环系统包括泵，用于在第一操作配置泵送第一中间制冷剂循环系统中的制冷剂，且第二中间制冷剂循环系统包括泵，用于在第一操作配置泵送第二中间制冷剂循环系统中的制冷剂。在第二操作配置，优选地每次仅有泵中的一个操作以泵送制冷剂。

更具体地，第一中间制冷剂循环系统可包括连接在第一和第三热交换部分之间的供应管线，以在第一操作配置让制冷剂从第一热交换部分通过至第三热交换部分，以及包括连接在所述第一热交换部分和所述第三热交换部分之间的返回管线，以在所述第一操作配置允许制冷剂从所述第三热交换部分通过和返回到所述第一热交换部分；且所述第二中间制冷剂循环系统包括连接在所述第二热交换部分和所述第四热交换部分之间的供应管线，以在所述第一操作配置允许制冷剂从所述第二热交换部分通过到达所述第四热交换部分，以及包括连接在所述第二热交换部分和所述第四热交换部分之间的返回管线，以在所述第一操作配置允许制冷剂从所述第四热交换部分通过和返回到所述第二热交换部分。

管线歧管可包括连接在所述第一中间制冷剂循环系统和第二中间制冷剂循环系统的供应管线之间的可选的另外的供应管线，以在所述第二操作配置允许制冷剂在所述第一中间制冷剂循环系统和所述第二中间制冷剂循环系统的供应管线之间流动，以及包括连接在所述第一中间制冷剂循环系统和第二中间制冷剂循环系统的返回管线之间的另外的返回管线，以在所述第二操作配置允许制冷剂在所述第一中间制冷剂循环系统和所述第二中间制冷剂循环系统的返回管线之间流动。

在一个实施方式中，所述第一中间制冷剂循环系统包括制冷剂箱，在所述第一操作配置所述第一中间制冷剂循环系统的泵被配置成从该制冷剂箱泵送制冷剂；所述第二中间制冷剂循环系统包括制冷剂箱，在所述第一操作配置所述第二中间制冷剂循环系统的泵被配置成从该制冷剂箱泵送制冷剂；且所述管线歧管包括连接在所述第一中间制冷剂循环系统和所述第二中间制冷剂循环系统的制冷剂箱之间的另外的管线，以在所述第二操作配置允许制冷剂在所述第一中间制冷剂循环系统和所述第二中间制冷剂循环系统的制冷剂箱之间流动。

在另一个实施方式中，冷却系统包括制冷剂箱，其中所述第一中间制冷剂循环系统包括所述制冷剂箱的第一分隔区，在所述第一操作配置所述第一中间制冷剂循环系统的泵被配置成从该第一分隔区泵送制冷剂；且所述第二中间制冷剂循环系统包括所述制冷剂箱的第二分隔区，在所述第一操作配置所述第二中间制冷剂循环系统的泵被配置成从该第二分隔区泵送制冷剂。

此外，所述制冷剂箱包括可移除壁，其分隔所述第一和第二分隔区，以在所述第一操作配置中防止制冷剂在所述第一和第二分隔区之间流动，且可移除壁可移除以在所述第二操作配置允许制冷剂在所述第一和第二分隔区之间流动。

另外，所述冷却系统可包括控制设备，其可操作地连接至所述可移除壁，且被配置成当重构所述冷却系统时控制所述可移除壁的移动。

在一个实施方式中，所述第一和第二中间制冷剂循环系统包括装置，其允许在所述冷却系统被重构时所述管线歧管连接至所述第一和第二中间制冷剂循环系统，以及允许所述管线歧管从所述第一和第二中间制冷剂循环系统分离。

这允许例如由操作者进行手动重构。

在可选的实施方式中，所述管线歧管通过阀连接在所述第一和第二中间制冷剂循环系统之间，根据所述阀的位置允许制冷剂经由阀在所述第一和第二中间制冷剂循环系统之间通过。

所述阀为可控制阀，且所述冷却系统包括可操作地连接至所述可控制阀的控制设备，并且在所述冷却系统重构时该控制设备被配置成控制所述可控制阀，从而允许完全自动地重构。

该控制设备或者其它分离的控制设备，可被配置成当冷却系统重构时控制所述第一和第二制冷系统的冷却能力，具体地使得在重构冷却系统以在第二操作配置操作时，冷却能力相似。

因此，允许自动重构，从而操作配置可自动地生效以在冷却系统的初始设置和安装之后符合不同的需要或者情况。

第二方面涉及奶存储设备，包括用于存储奶的奶箱，连接至所述奶箱的奶管线，用于泵送奶通过所述奶管线进入所述奶箱的奶泵，以及如第一方面的冷却系统，其中所述第三和第四热交换部分连接至所述奶管线。所述奶管线可选地经由缓存容器和奶供应管线连接至挤奶系统。

第三方面涉及挤奶系统，其包括第一方面的冷却系统或第二方面的奶存储设备。

第四方面涉及用于重构如上关于第一方面所述的冷却系统的方法。所述方法包括在第一和第二操作配置之间重构所述冷却系统。

该方法可包括与以上关于第一方面所述以及所附权利要求中所公开的特征相应的任何方法步骤。

根据以下的实施方式的具体说明和仅作为示意的附图1-4，其它特征和优点是明显的。

附图说明

图1-3分别示意地示出了根据各实施方式的用于冷却奶流的冷却系统。

图4示意地示出了连接至挤奶系统并且包括图1-3中任一冷却系统的奶存储设备的实施方式。

具体实施方式

图1示意地示出了根据一个实施方式的用于冷却奶流的冷却系统10。该冷却系统10包括具有独立可控制冷却能力的第一制冷系统11和第二制冷系统12，以及第一中间制冷剂循环系统13和第二中间制冷剂循环系统14。因此，可彼此独立地控制第一和第二制冷系统11、12的冷却能力。

第一中间制冷剂循环系统13的制冷剂可在第一热交换部分15中与第一制冷系统11热交换连接，并且第二中间制冷剂循环系统14的制冷剂可在第二热交换部分16中与第二制冷系统12热交换连接。

此外，第一中间制冷剂循环系统13的制冷剂在第三热交换部分17中与流经奶管线19的奶热交换连接，从而冷却奶。在第一操作配置中，第二中间冷却剂循环系统14的冷却剂在相对于奶流设置在第三热交换部分17的下游的第四热交换部分18中与待冷却奶流热交换连接。

第一和第二制冷系统11、12可分别包括蒸发器，吸入侧连接至蒸发器的压缩机，连接至压缩机的高压侧的冷凝器，以及连接在冷凝器和蒸发器之间的膨胀阀，从而形成让制冷剂在其中循环的闭合回路(没有具体地示出)。该制冷系统在上述EP 0859545 B1，EP1251732 B2，和EP 1370131 B1中公开，在此结合其内容作为参考。各制冷系统11、12的蒸发器在相应的热交换部分15、16中与相应的中间制冷剂循环系统13、14热交换连接。

第一中间制冷剂循环系统13可包括供应管线13a，返回管线13a’，和泵13b，该供应管线13a连接在第一和第三热交换部分15、17之间以允许制冷剂从第一热交换部分15输送到第三热交换部分17，该返回管线13a’连接在第一和第三热交换部分15、17之间以允许制冷剂从第三热交换部分17输送返回到第一热交换部分15，该泵13b用于在第一中间制冷剂循环系统13中循环制冷剂。

第二中间制冷剂循环系统14可包括供应管线14a，返回管线14a’，和泵14b，该供应管线14a连接在第二和第四热交换部分16、18之间以允许制冷剂从第二热交换部分16输送到第四热交换部分18，该返回管线14a’连接在第二和第四热交换部分16、18之间以允许制冷剂从第四热交换部分18输送返回到第二热交换部分16，该泵14b用于在第二中间制冷剂循环系统14中循环制冷剂。

第一和第二中间制冷剂循环系统13、14的制冷剂可以是例如纯净水，或者其中添加了一种或多种添加剂(例如，乙二醇)的水。

冷却系统10可包括控制系统26，用于整体控制冷却系统10的操作。

冷却系统10还可包括可连接在第一和第二中间制冷剂循环系统13、14之间的管线歧管(line manifold)。该管线歧管可包括连接在第一和第二中间制冷剂循环系统13、14的供应管线13a、14a之间的另外的供应管线20a，连接在第一和第二中间制冷剂循环系统13、14的返回管线13a’、14a’之间的另外的返回管线21a，和/或在第一和第二中间制冷剂循环系统13、14中泵13b、14b的上游连接在供应管线13a、14a之间的另外的管线22a。

各另外的供应管线20a、返回管线21a和另外的管线22a可通过三通阀20b-c、21b-c和22b-c的方式连接至第一和第二中间制冷剂循环系统13、14的各管线，根据阀20b-c、21b-c、22b-c的位置而允许制冷剂在第一和第二中间制冷剂循环系统之间流动。阀20b-c、21b-c和22b-c可以是可控阀，并且控制设备26或者其它控制设备可以可操作地连接至阀20b-c、21b-c和22b-c，并且被配置成控制阀20b-c、21b-c和22b-c。

冷却系统10可在第一和第二操作配置之间重构。

在第一操作配置中，在第一中间制冷剂循环系统13中的制冷剂在第三热交换部分17中与待冷却的奶流热交换连接，并且在第二中间制冷剂循环系统14中的制冷剂在相对于奶流设置在第三热交换部分17下游的第四热交换部分18中与待冷却的奶流热交换连接，从而提供对奶流的两步式冷却(two-stage cooling)。换言之，泵13b在第一中间制冷剂循环系统13中循环制冷剂，且泵14b在第二中间制冷剂循环系统14中循环制冷剂。阀20b-c、21b-c和22b-c被合适地设置。

在第二操作配置中，管线歧管连接在第一和第二中间制冷剂循环系统13、14之间，以将第一中间制冷剂循环系统13的制冷剂与第二中间制冷剂循环系统14的制冷剂混合，从而第一和第二中间制冷剂循环系统的混合制冷剂在第三和第四热交换部分17、18中或者仅在第四热交换部分18中与待冷却的奶热交换连接，从而提供对奶流的一步式冷却(one-stage cooling)。

在第二操作配置中，有利地每次仅操作泵13b、14b中的一个以泵送制冷剂。

在第二操作配置的第一种变形中，管线歧管被连接使得第一和第二中间制冷剂循环系统13、14的混合制冷剂仅在第四热交换部分18中与待冷却的奶热交换连接，从而允许奶流在第三热交换部分17中被自来水预冷却。

如果要使用第一中间制冷剂循环系统13的泵13b，则以以下方式泵送制冷剂。制冷剂被泵送通过第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a的一部分，通过阀20c转向至另外的供应管线20a，泵送通过第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a的一部分，通过第四热交换部分18，以及通过第二中间制冷剂循环系统14的返回管线14a’的一部分。在阀21b，制冷剂被分开。一束被引导经过另外的返回管线21a，通过第一中间制冷剂循环系统13的返回管线13a’的一部分，通过第一热交换部分15，并且进入第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a。另一束被引导通过第二中间制冷剂循环系统14的返回管线14a’，通过第二热交换部分16，通过第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a的一部分，通过另一个管线22a，以及进入第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a，在其中与第一束混合。阀20b-c、21b-c和22b-c被合适地设置。

如果使用第二中间制冷剂循环系统14的泵14b，则以以下方式泵送制冷剂。制冷剂被泵送通过第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a的一部分，通过第四热交换部分18，以及通过第二中间制冷剂循环系统14的返回管线14a’的一部分。在阀21b处，制冷剂被分开。一束被引导经过另外的返回管线21a，通过第一中间制冷剂循环系统13的返回管线13a’的一部分，通过第一热交换部分15，通过第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a的一部分，通过另外的管线22a，并且进入第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a。另一束被引导通过第二中间制冷剂循环系统14的返回管线14a’，通过第二热交换部分16，进入第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a的一部分，在其中与阀22b下游的第一束混合。阀20b-c、21b-c和22b-c被合适地设置。

应理解，在第二操作配置的第一种变形中，奶流可在第三热交换部分17中通过自来水预冷却。这样，第一中间制冷剂循环系统13可包括用于连接至自来水的连接点24a、25a，其中连接点24a、25a可连接至设置在第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a和返回管线13a’中的阀24、25，例如自动可控制阀。

在第二操作配置的第二种变形中，管线歧管包括连接在第二中间制冷剂循环系统14的返回管线14a’与第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a之间的旁路管线(未示出)，并且该管线歧管被连接为使得第一和第二中间制冷剂循环系统13、14的混合制冷剂在第四热交换部分18中与待冷却的奶热交换连接，经过旁路管线，并且之后首先在第三热交换部分17中与待冷却的奶热交换连接。

如果使用第一中间制冷剂循环系统13的泵13b，则以以下方式泵送制冷剂。制冷剂泵送通过第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a的一部分，通过阀20c分流进入另外的供应管线20a，泵送通过第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a的一部分，通过第四热交换部分18，通过旁路管线，通过第三热交换部分17，以及进入第一中间制冷剂循环系统13的返回管线13a’。在阀21c处，制冷剂被分流。一束被引导通过第一中间制冷剂循环系统13的返回管线13a’，经过第一热交换部分15，以及进入第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a。另一束被引导通过另外的返回管线21a，经过第二中间制冷剂循环系统14的返回管线14a’的一部分，经过第二热交换部分16，经过第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a的一部分，经过另外的管线22a，并且进入第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a，在其中与第一流束混合。阀20b-c，21b-c，和22b-c被合适地设置。

如果使用第二中间制冷剂循环系统14的泵14b，则以以下方式泵送制冷剂。制冷剂泵送通过第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a的一部分，经过第四热交换部分18，经过旁路管线，经过第三热交换部分17，以及进入第一中间制冷剂循环系统13的返回管线13a’。在阀21c处，制冷剂被分流。一束被引导通过第一中间制冷剂循环系统13的返回管线13a’，经过第一热交换部分15，经过第一中间制冷剂循环系统13的供应管线13a的一部分，经过另外的管线22a，以及进入第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a。另外的流束被引导通过另外的返回管线21a，通过第二中间制冷剂循环系统14的返回管线14a’的一部分，经过第二热交换部分16，以及进入第二中间制冷剂循环系统14的供应管线14a，在其中与阀22b下游的第一流束混合。该阀20b-c，21b-c，和22b-c被合适地设置。

控制设备26可被配置成在冷却系统被重构时控制第一和第二制冷系统11、12的冷却能力。具体地，当冷却系统被重构成第二操作配置时，第一和第二制冷系统11、12的冷却能力应该相似。在第一操作配置，根据冷却系统10所用于的应用，第一和第二制冷系统11、12的冷却能力可以相似或者不相似。

应理解，当冷却系统10被重构时，可采用图1中的各个阀，还可提供替代的装置以允许管线歧管连接至第一和第二中间制冷剂循环系统13、14以及从其分离。

图2示意地示出了根据一个实施方式的用于冷却奶流的冷却系统，其与图2的实施方式的区别在于阀22b-c被替换成制冷剂箱13c、14c，即，制冷剂箱13c连接在供应管线13a中，制冷剂箱14c连接在供应管线14a中，以及另外的管线22a连接在制冷剂箱13c、14c之间。此外，提供了三个阀22d-f，用于将制冷剂箱13c、14c的下游的供应管线13a、14a以及在另外的管线22a中的制冷剂流接通/断开。

图3示意地示出了根据一个实施方式用于冷却奶流的冷却系统，其与图2的实施方式的区别在于第一和第二中间制冷剂循环系统13、14的制冷剂箱13c、14c，管线22a，以及阀22f被更换为单个制冷剂箱28。

第一中间制冷剂循环系统13包括制冷剂箱28的第一分隔区28a，第一中间制冷剂循环系统13的泵13b被配置成从该第一分隔区28a以第一操作配置泵送制冷剂，并且第二中间制冷剂循环系统14包括制冷剂箱28的第二分隔区28b，第二中间制冷剂循环系统14的泵14b被配置成从该第二分隔区28b以第一操作配置泵送制冷剂。

此外，制冷剂箱28包括可移除壁28c，其将第一和第二分隔区28a、28b分开，以防止制冷剂在第一操作配置在制冷剂箱28的第一和第二分隔区28a、28b之间流动，且该可移除壁可移除以在第二操作配置允许制冷剂箱28的第一和第二分隔区28a、28b之间的制冷剂流动。

可移除壁28c可自动地移动，其中控制系统26(或者其他控制设备)可被配置成在重构冷却系统10时控制可移除壁28c进行移动。

图4示意地示出了奶存储设备的实施方式，其连接至挤奶系统35并且包括图1-3的任一个冷却系统。

奶存储设备包括用于存储奶的奶箱31，连接至奶箱的奶管线19，用于将奶泵送通过奶管线19以及进入奶箱31的奶泵33，和上述冷却系统10，其中奶管线19通过第三和第四热交换部分18、19。

此外，奶存储设备可选地包括奶供应管线34，其可连接至可选奶供应管线34所接通进入的挤奶系统35和缓冲容器36，其中奶管线19连接至可选缓冲容器36允许奶泵33从可选的缓冲容器36泵送奶，通过奶管线19，并且进入奶箱31。如果采用了可选奶供应管线34和可选缓冲容器36，则奶管线19直接连接至挤奶系统35.

本说明书还涉及包括图1-3中所公开的任一个冷却系统或者图4所公开的奶存储设备的挤奶系统。

另外，本说明书涉及重构如以上参考图1-3中任一所公开的冷却系统的方法。该方法可通过操作者以操作阀或通过使用装置连通/断开管线歧管的方式手动操作的方法。或者，该方法可通过自动操作开关方式进行自动操作。