|
物质能以三种不同的形式存在：气体，固体和液体。每一种形式都称为一种物质的聚集状态。例如，水(H≈O)能够以蒸汽，冰和液态水的形式存在。物质形态的变化发生在某一个固定的温度，在这个温度点热量发生了变化，温度则保持不变。这部分隐藏的热量被称为潜热。
冰变成水的固定温度点被称为熔点，为0 °C，融化一千克的冰所需要的热量为93瓦特。水变成蒸汽的温度被称为沸点，一个大气压下为100 °C，潜热为268瓦特。我们应该知道，气压只影响沸点，不影响熔点。
|
物质的聚集状态.
|
- 冷凝
- 蒸发
- 融化
- 冻结
- 凝华
- 升华
|
许多制冷过程会包括液体的蒸发热量。如果液体蒸发，这个过程需要热量。吸收的热量来自液体周围的环境。
早在古埃及的时候就有采用蒸发进行冷却的先例。一种叫做Gandis的石瓶子里装满了水。由于瓶壁是可以渗水的，一部分水就渗出瓶壁并蒸发。在这个蒸发过程中，热量被带出瓶子，因此水中的热量也带出瓶外。
如果牛奶需要在农场储存较长的时间，即使最简单的冷却也要比没有冷却好。当然，如果制冷的设施比较简单，而且牛奶运输到收奶中心或乳品厂的时间相对比较短，最好尽快将牛奶运到最近的收奶中心。
许多制冷方法可以用于冷却牛奶。最简单的方法采用水管或者井里的水。如果井水的量足够的话，可以将奶桶浸没在井水里。当然，如果井水还用于饮用的话，就不适合采用这种方法，因为这很容易将水井污染。这种简单的冷却方法可以将牛奶温度下降到水温以上3 – 5 °C。这意味着温度为11 – 12 °C的井水最低可以将牛奶温度下降到15 °C左右。当然，这个温度还是有点高，而且在热带地区一般也不会有11 – 12 °C的井水，在这种情况下，需要采用特殊设备进行人工冷却。
无论有没有自来水，我们都可以用一个带孔的管子环绕在奶桶的颈部进行冷却。将这个管子和水管相连，水就会喷射到奶桶，洒在其表面。如果用冷水槽里的冰水来冷却牛奶，冷水应该收集起来回收利用，比如，可以将奶桶放置在冷水槽上的架子上来，将冷水回收。
返回最上端
表面冷却器由一系列直径较小，水平放置的管子组成。管子层层叠起来，在端口用接头连起来，这样，冷却液体就可以在相通的管子里流通循环。
通过喷洒管或者连接在上部管道的小开口，将温热的牛奶洒在冷却器的表面，即分布在水平管道上面。表面冷却器可以分为两个独立的部分，上面的部分采用水管或者井里的水进行冷却，下部则采用冰水直接冷却。表面冷却系统（也叫做开放式冷却系统）很简单，但需要适当的清洗操作。要特别留意，防止空气中微生物的污染。
如果要收集和运输数量较少的牛奶，而且运输距离比较长的话，从技术和经济的角度来讲，可以预先将牛奶冷却，这时候可以采用金属冰锥。将冰锥放进奶桶里，使其边缘靠在奶桶口，拧紧，防止在搬动和运输的过程中牛奶泼洒出去。冰锥大约占据奶桶三分之一的体积。如果冰锥里填一些碎冰，牛奶可以在运输的过程中从30 °C冷却到5 – 10 °C。冰和冰锥可以由牛奶运输车带到农场或者收奶中心。在运输的时候，冰块应该放在保温的箱子里，冰锥使用完之后要清洗干净，最好是在冷库或者乳品厂中进行。
|
冰锥 |
水箱 |
用水和冰进行冷却—简单但总是恰当的技术。
返回最上端
最简单的冷却系统由一个敞开的水箱和冷水组成。奶桶必须放入这个水罐里，然后用水浸没到颈部。箱子里的水必须不断更新或者定时换掉。
为了在冷却的时候让牛奶通风，奶桶的盖子应该松开。水槽必须用盖子盖起来，防止苍蝇和灰尘的污染。如果采用井水或者水管里的水，这种系统冷却的速度就比较慢，而且最终的冷却温度相对比较高。如果用冰水的话，冷却效果就比较好，而且可以通过强制水槽中冰水的循环流动获得更快的冷却速度。为了防止冷气以辐射的方式散失，水箱和盖子必须要绝缘。
返回最上端
制冷系统通过制冷剂将牛奶的热量转移到空气或者水中。热量的转移经过一分隔层，所以不会和牛奶直接接触。在蒸发器的内部，制冷剂或者冷却剂吸收牛奶的热量。在一定的压力下，每种制冷剂都有自己的沸点。冷却的速度取决于设备的设计。冷却的最终温度取决于板式冷却器的温度调节装置或流动板式冷却的奶流量。较大的温度差可以提高冷却速度。流体沿避面高速流动以及湍动可以提高热量的传递速度。
如果以现代化的方式进行牛奶冷却，就需要电力供应才能获得所需要的温度。冷凝机组由电作为能源，可以将蒸发的液体进行冷凝，使得整个过程形式一个连续的循环。
返回最上端
制冷循环可以分为两个部分： 低压侧和高压侧
一个简单的制冷循环。
蒸发器里面充满有一部分制冷剂。当压缩机开始运转的时候，液面以上的气体会被吸去。因此压力就会降低。当压力下降到当前温度的饱和压力以下时，液体就开始沸腾。部分制冷剂开始蒸发，热量就从剩余的制冷媒介里释放出来，这使得剩下的媒介变得更冷。如果温度下降到牛奶温度以下，奶中的热量就会转移到沸腾的制冷剂里面。这部分热量会引起部分制冷剂的蒸发。当压缩机转移的热量和牛奶中的热量互相平衡的时候，温度就会保持恒定。
返回最上端
压缩机的高压侧和冷凝器相连。冷凝器的作用是将冷凝热量转移到周围环境中去。压缩机将气体排到冷凝器中。只要压缩机里面的压力小于冷凝器里的压力，前者的压力就会持续上升。当前者的压力大于后者时，热量就开始从气体转移到周围环境中去。“前热”首先会被转移出去，它是指沸点以上热气的温度和沸点温度之间的热量差异，自此之后，冷凝过程就开始了。为了达到一定的冷凝容量，需要有一个特别的温度差。如果这个温差足够大，使得压缩机排出的气体全部冷凝，里面的压力将保持恒定。
为了使这个过程的连续进行，冷凝器里面的液体需要返回到蒸发器中。由于冷凝器里面的压力往往要大于蒸发器，只要在冷凝器和蒸发器之间连一根管子，返液就很容易做到。如果在这根管子上装一个阀门，就可以调节冷凝剂的量。一般来说，这个阀门是自动的，被称为热力膨胀阀。这个阀门可以测量蒸发器里面的压力以及吸气管的温度。阀门一般过热度进行调节。
|
制冷装置的各个组成部分。
|
返回最上端
上图数字所代表的装置
|
1. 压缩机 |
在蒸发器里产生低压（低温）和冷凝器里产生高压（高温）的气体泵。 |
|
2. 压力控制器 |
主要用于保护装置的冷凝机组。如果压力太高的话，压力控制器可以关闭压缩机。同样，该装置还用于防止由制冷剂泄漏引起的压力过低，同时它也可以在泵空循环结束时作为关闭压缩机的开关。 |
|
3. 冷凝器 |
冷凝器是制冷剂发生冷凝的装置。气体中热量释放到空气中，随后气体变成液体。 |
|
4. 储液器 |
储液器主要用来储存制冷剂。在制冷装置运行的时候，储液器几乎是空的。当装置停止运转，并且安装有泵空系统时，制冷剂就储存在储液器中。
|
|
5. 过滤器/干燥器 |
过滤器是用来将液体中固体成分隔离的装置。干燥器用来去除制冷剂中少量的水气。 |
|
6. 电磁阀 |
含有泵空系统的装置，此阀门是用来防止液体流进蒸发器。 |
|
7. 视液镜 |
视液镜是用来检查系统中是否有足够制冷剂的装置。 |
|
8. 热力膨胀阀 |
将制冷剂以液体的形式带回蒸发器，制冷剂的量相当于压缩机里带出的气态形式的量。 |
|
9. 蒸发器
|
在蒸发器里，制冷剂蒸发，最后将牛奶中的热量带出来。 |
|
10.温控器 |
温控器用来控制冷却牛奶的温度，根据温度情况来开启或者关闭压缩机。 |
返回最上端
这是最常见的牛奶制冷系统。缸体的底部设计成一个蒸发器，而牛奶中的热量则通过不锈钢壁进入制冷剂中。制冷剂蒸发，并带走牛奶中的热量。由于直接膨胀式冷缸没有储冷装置，所以一直需要能量供应。在这种系统中，牛奶在进入冷缸后直接被冷却和搅拌。
最常用的制冷方法——直接膨胀式制冷系统
间接式制冷系统中，蒸发器要放置在装满载冷剂（一般为水）的池子里。蒸发器由一系盘管组成，制冷介质在盘管内蒸发并冷却载冷剂。
采用冰水系统进行牛奶冷却。
返回最上端
冰水式制冷系统的最大优点是它可以将冷量储存在有载冷剂及冷储或“冰储”的独立冰箱内。如果有些地区没有足够的能量来源，那么冰水系统是非常有效的制冷方案。水箱盘管周围形成的冰块可作为冷储，可以用来冷却牛奶。冷储可以缓解高峰期用电的昂贵价格和那些电力供应不足的地区牛奶冷却的实际困难，这也就意味着在挤奶的时候，可以关闭此制冷系统，避免产生用电高峰。制冷可以在能源价格不贵的时候进行，也可以用更长的时间，从而可以使用小型的压缩机。
比起直接式制冷系统来说，间接式制冷系统的能量利用效率要低一些，因为冷却载冷剂需要额外的能量。冰水系统的能量消耗是23 W/l。冷水装置有两种。第一种是制冰机，主要在挤奶间隔期间用较小冷凝机组制造冰块，每天制冷时间可达18小时。第二种是一体式冷水机组，它有一个较大的冷凝机组，只在挤奶的时候运行。
牛奶从奶牛到终端设备再从那里以恒定的速度由过滤器泵人板式冷却器里。板式冷却器由不锈钢波纹板组成。牛奶从钢板的一侧流过，而自来水或井水以相反方向在钢板的另一侧流过。当牛奶离开板式冷却器，并在进入冷缸里进行最后冷却和储存之前，温度已经下降到水温以上2 – 4 °C。
预冷系统。
预冷换热器里面的牛奶/水的流向。
返回最上端
由于减少了冷水的用量，采用冷自来水进行预冷可降低农场的总费用。当然，实现这一目标的首要条件是要有大量价格低廉的冷水供应。通常人们将预冷系统和其他的制冷系统联合使用，这样可以进一步减少费用。如果对自来水已经用于预冷，最好将这些冷水或者冰水循环利用，作为奶牛的饮用水。如果自来水不重复利用，就会增加成本抵消能量节省的好处，而如果预冷使用的是井水，从节约成本的角度来讲，水的重复利用就不是很重要了。
今天，农场的规模变得越来越大，这意味着工作更繁重，奶牛更多，牛奶的产量越大，而挤奶间隔时间则越短。在农场操作的过程中，牛奶冷却的问题就会凸显出来，因为所有的牛奶都需要冷却和储存。大量的牛奶，再加上较高的奶流量以及较长的挤奶时间，使得传统的冷缸有些力不从心。
挤奶速度越快，就意味着单位时间里生产的牛奶越多。制冷系统过载，会导致冷却速度的减慢和细菌数量的升高，而如果冷却时间太长的话会使搅拌时间也变长伴随着黄油泛出危险。保持牛奶的口味和质量变得更加困难，这样会使整批牛奶受污染的风险加大。即时冷却系统是一种在线系统，在牛奶到达储存罐之前，已经将牛奶进行了冷却。
即时冷却，从35°C 到3°C。
返回最上端
牛奶从奶牛流到终端设备和储奶罐，然后用奶泵以恒定的速度（通过过滤器）泵到板式冷却器中。板式冷却器是制冷系统的核心部分，不锈钢波纹板组成，牛奶在一侧流动，冰水在另外一侧反向流动。当牛奶离开板式冷却器的时候，奶温已经下降到水温以上2 – 4 °C。牛奶源源不断地泵进保温储存罐里，不时地进行搅动，直到被收走。
 |
|
冷热交换器/板式冷却器中的牛奶/水的流向。 |
混合冷却包括两个冷却过程。如果将即时冷却系统和采用冷水的预冷系统综合起来的话，效果是非常明显的。用冷的自来水或者井水进行的预冷可以降低总费用，包括运行费用，因为冷水的需求量降低了。
利用混合冷却器进行牛奶冷却。
返回最上端
在预冷时，板式热交换器分为两个部分。在第一个部分，牛奶用冷的自来水或者井水进行冷却。在第二部分，用冰水将牛奶冷却到最终的储存温度
混合冷却器（热交换器）中牛奶和水的流向。
返回最上端
|
