CN101832691A - 风冷型沉浸式冷冻装置及冷冻装置的控制方法 - Google Patents

风冷型沉浸式冷冻装置及冷冻装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

风冷型沉浸式冷冻装置提供了一种既可以进行食品的快速冻结也可以制冰的冷冻装置，包括冷冻机组、冷冻池系统、基础底座及控制系统，冷冻机组包括冷冻系统，复叠系统和过冷系统。本发明的或特点是：使用方便，系统运行稳定可靠；系统简单，易于维护；可实现速冻和制冰两种应用；使用单级压缩制冷循环可实现介质温度-40℃；机组可以在高环境温度中使用；系统效率高，达到快速冻结的目的。

Description

风冷型沉浸式冷冻装置及冷冻装置的控制方法
技术领域
本发明属于制冷技术领域，涉及冷冻装置，尤其涉及沉浸式速冻装置，用于食品速冻加工等。
背景技术
食品卫生事业促使了食品冷藏链的迅速发展。为了保证食品的营养成分不流失，多采用速冻的方式对食品进行加工，并要求冻结温度低，时间短，尤其在水产品加工领域，甚至要求介质温度达到-40度。在食品的冷冻冷藏领域，尤其是海产品，除了进行快速冻结加工外，一部分需要快速流通的产品，用冰块冷藏进行短途运输是最方便经济的。所以，冰块对于海产品冷藏流通也是必备的。
现有技术的速冻设备多数都不能达到-40度的介质温度，并且没有同时满足速冻和制冰的两种需求的速冻设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种既可以进行食品的快速冻结也可以制冰的风冷型沉浸式冷冻装置，采用单级压缩循环可以使冷却介质温度达到-40度，并可适用于43度的环境温度。
本发明的技术方案是：风冷型.沉浸式冷冻装置，包括冷冻机组、冷冻池系统、基础底座及控制系统，所述冷冻机组包括冷冻系统，所述冷冻系统包括冷冻压缩机、冷冻冷凝器、过冷板换的冷冻换热端、膨胀阀、冷冻液管电磁阀、冷冻气液分离器、冷冻储液器和冷冻油分离器，其中所述膨胀阀包括制冰膨胀阀和冷冻膨胀阀，所述冷冻液管电磁阀包括制冰液管电磁阀和冷冻液管电磁阀，上述部件通过管路和阀门连接，并通过管路与冷冻池系统的冷冻池中的盘管蒸发器连接，构成制冷循环；所述冷冻池系统包括冷冻池、设置在冷冻池中的盘管式蒸发器、搅拌器、电机、导流筒和静压板；所述基础底座是平板式底座；所述控制系统包括模式转换开关、温控器、温度传感器和液位控制器，温度传感器用线路与温控器相连，其特征在于所述冷冻机组还包括复叠系统和过冷系统，所述复叠系统包括复叠压缩机、复叠冷凝器、复叠蒸发器、复叠气液分离器和复叠毛细管，上述部件通管路和阀门连接，构成制冷循环；所述过冷系统包括过冷压缩机、过冷冷凝器、过冷板换的过冷换热端和过冷膨胀阀，上述部件通过管路和阀门连接，构成制冷循环；
所述冷冻系统的冷冻冷凝器管排与复叠系统的复叠蒸发器管排呈并联排列，两者管排端部共用一块管板，使冷冻系统的冷冻冷凝器与复叠系统的复叠蒸发器成为一体结构；所述过冷系统的过冷冷凝器管排与复叠系统复叠冷凝器管排呈上下垂直布置，过冷系统的过冷冷凝器管排安装在复叠系统复叠冷凝器管排上部，两者管排端部共用一块管板，使过冷系统的过冷冷凝器与复叠系统的复叠冷凝器成为一体结构；
所述过冷系统的过冷板换的冷冻换热端的进口与冷冻储液器的出口相连，冷冻换热端的出口与液管电磁阀的进口相连接，即与制冰电磁阀和冷冻电磁阀并联连接的进口相连，过冷板换的过冷换热端入口与过冷膨胀阀出口连接，过冷换热端的出口与过冷压缩机的吸气管相连接；
所述控制系统的模式转换开关是两位转换开关，两位转换开关的一位与控制系统的制冰模式温控器相连，另一位与控制系统的冷冻模式温控器相连；
所述控制系统的温控器包括复叠温控器、过冷温控器、制冰温控器和冷冻温控器，所述温度传感器包括冷凝器进风温度传感器和冷冻池中冷却介质温度传感器，冷凝器进风温度传感器用信号线与复叠温控器相连，冷冻池中冷却介质温度传感器用信号线分别与制冰温控器、冷冻温控器和过冷温控器相连接，复叠温控器用线路与复叠压缩机相连，制冰温控器、冷冻温控器和过冷温控器分别用线路与冷冻压缩机和过冷压缩机相连；
所述冷冻机组、冷冻池系统及控制系统置于基础底座上。
本发明所述的风冷型沉浸式冷冻装置，其特征在于所述过冷系统的过冷板换是板式换热器、闪蒸罐或套管换热器。
本发明所述的风冷型沉浸式冷冻装置，其特征在于所述冷冻压缩机、复叠压缩机和过冷压缩机是往复式压缩机或者是旋转式压缩机。
本发明所述的风冷型沉浸式冷冻装置，其特征在于所述往复式压缩机或者是旋转式压缩机是定容量压缩机或者是变容量压缩机。
本发明所述的风冷型沉浸式冷冻装置的控制方法，其特征在于所述控制方法包括冷冻和制冰转换控制和复叠系统及过冷系统开停控制，所述冷冻和制冰转换控制是：用模式转换开关控制，具体控制方法如下：选定风冷型沉浸式冷冻装置的运行模式，将模式转换开关置于选定的模式档位，风冷型沉浸式冷冻装置即开始该模式下的运行，当选定冷冻模式时，冷冻液管电磁阀开启，制冰液管电磁阀关闭，制冷剂液体流经冷冻膨胀阀进入蒸发器，当选定制冰模式时，制冰液管电磁阀开启，冷冻液管电磁阀关闭，冷冻系统制冷剂液体流经制冰节流阀进入蒸发器，冷冻池中冷却介质温度传感器监测冷却介质温度，将信号传递给制冰温控器和冷冻温控器，制冰温控器和冷冻温控器控制冷冻系统的开停；
所述复叠系统及过冷系统开停控制是：根据冷冻系统冷凝器进风温度控制复叠系统的开停，根据制冰池中冷却介质温度控制过冷系统的开停，具体控制方法如下：
冷凝器进风温度传感器监测冷凝器进风温度，将温度信号用信号线传递给复叠温控器，当冷凝器进风温度达到复叠温控器的设定开启值时，复叠温控器控制复叠压缩机运转，复叠系统开启，这时，风冷型沉浸式冷冻装置除了正常运行外，复叠压缩机运行，排气经过风冷冷凝器冷凝，然后经过毛细管进行节流，进入复叠蒸发器蒸发制冷，复叠蒸发器与冷冻冷凝器进行热交换，冷冻冷凝器被冷却，使冷冻系统冷凝温度降低，当冷凝器进风温度下降到复叠温控器的关闭限值时，复叠温控器控制复叠压缩机停止运转，复叠系统停止运行；
冷冻池中冷却介质温度传感器监测冷冻池中冷却介质温度，将信号传递给过冷温控器，当冷冻池中冷却介质温度达到过冷温控器的设定开启值时，过冷温控器控制过冷压缩机运转，过冷系统开启，这时，风冷型沉浸式冷冻装置除了正常运行外，过冷压缩机运行，排气经过风冷冷凝器冷凝，冷凝后的液体经过过冷液管电磁阀，进入膨胀阀节流，节流后的制冷剂进入过冷板换的过冷换热端)蒸发，与冷冻系统的冷冻换热端的制冷剂液体进行换热，冷冻系统的冷冻换热器的制冷剂液体温度降低，过冷度增大；当冷冻池中冷却介质温度升高到过冷温控器设定关闭值时，过冷温控器控制过冷压缩机停止运转，过冷系统停止运行。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
本装置可实现制冰和速冻两种功能，通过一键式切换，使用方便，配置两套电磁阀、膨胀阀系统分别对应制冰和速冻两种模式，使系统运行稳定可靠。
本装置使用单级压缩制冷循环可实现介质温度-40℃，使系统简单，易于维护。
当冷冻系统冷凝温度升高时复叠系统开启，降低冷冻系统的冷凝温度，从而使机组可以在高环境温度中使用；
当冷冻负荷增大时，过冷系统启动可以增大设备冷冻能力，提高系统效率，达到快速冻结的目的。
通过设定介质温度上限值和下限值来控制的开停，维护介质温度稳定。
附图说明
本发明共有2幅附图，其中
图1本发明外观图
图2本发明系统原理图
附图中，1a是冷冻系统1号压缩机，1b是冷冻系统2号压缩机，2是油分离器，3是复合换热器，3a是冷冻冷凝器，3b是复叠蒸发器，4是冷冻储液罐，5是过冷板换，5a是冷冻换热端，5b是过冷换热端，6是液管电磁阀，6a是制冰用液管电磁阀，6b是冷冻用液管电磁阀，7是膨胀阀，7a是制冰用膨胀阀，7b是冷冻用膨胀阀，8是制冰池蒸发器，9是冷冻用气液分离器，10是复叠风冷冷凝器，11是复叠毛细管，12是复叠系统气液分离器，13是过冷系统风冷冷凝器，14是过冷系统液管电磁阀，15是过冷系统膨胀阀，16是制冰池温度传感器，17是冷冻冷凝器温度传感器。20是制冰温控器，21是冷冻温控器，22是复叠温控器，23是过冷温控器，31是过冷系统压缩机，32是冷冻机组，33是冷冻池系统，34是基础底座，35是控制系统，41是复叠系统压缩机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的描述。图1是本发明的外观示意图，图中32是冷冻机组，33是冷冻池系统，34是基础底座，35是控制系统。图2是本发明的系统原理图。图中，1a是1号冷冻系统压缩机，1b是冷冻系统2号压缩机，两台压缩机并联连接，2是冷冻油分离器，其一端与两台压缩机的排气管连接在一起，另一端通过管路与复合换热器3的冷冻冷凝器3a端连接在一起，复合换热器的冷冻冷凝器3a的出口与冷冻储液罐4的进口通过管路连接在一起，冷冻储液器的出口端与过冷板换5的冷冻换热端5a进口相连，冷冻换热端5a的出口与液管电磁阀6相连接，液管电磁阀6的出口与膨胀阀7的进口相连接，其中，6a是制冰电磁阀，6b是冷冻电磁阀，7a是制冰膨胀阀，7b是冷冻膨胀阀，制冰电磁阀6a与制冰膨胀阀7a串联连接，冷冻电磁阀6b与冷冻膨胀阀7b串联连接，制冰电磁阀6a与制冰膨胀阀7a串联连接后与串联连接的冷冻电磁阀6b和冷冻膨胀阀7b并联连接，既制冰电磁阀6a和冷冻电磁阀6b进口处并联连接，制冰膨胀阀7a与冷冻膨胀阀7b的出口并联连接，膨胀阀7的出口与蒸发器8的进口相连接，蒸发器8的出口与冷冻气液分离器9的入口相连，冷冻气液分离器9的出口与冷冻压缩机1a和1b共同进口相连接，构成了冷冻系统的制冷循环；41是复叠系统压缩机，复叠压缩机的排气口与复叠风冷冷凝器10的进口相连接，复叠冷凝器10的出口与复叠毛细管11相连接，复叠毛细管11的出口与复合换热器3的复叠蒸发器3b入口连接，复叠蒸发器3b的出口与复叠气液分离器12的入口相连接，复叠气液分离器12的出口与复叠压缩机41的入口相连接，构成复叠系统；31是过冷压缩机，13是过冷系统风冷冷凝器，过冷压缩机31的排气管与过冷冷凝器13的入口管相连接过冷冷凝器13的出口与过冷液管电磁阀14入口连接，过冷液管电磁阀14出口与过冷膨胀阀15入口相连接，过冷膨胀阀15出口与过冷板换5的过冷换热端5b入口连接，过冷换热端5b的出口与过冷压缩机31的吸气管相连接，构成过冷系统；16是冷却介质温度传感器，放置在冷冻池冷却介质中，冷却介质温度传感器16用信号线分别与制冰温控器20、冷冻温控器21和过冷温控器23相连接；冷却介质温度传感器监测冷却介质温度，将信号传递给与之相连的温控器，通过过冷温控器23发出指令控制过冷系统的运行或停止，通过制冰温控器20、冷冻温控器21发出指令控制的冷冻系统运行或停止；17是冷凝器进风温度传感器，放置在冷冻冷凝器进风侧，冷凝器进风温度传感器用信号线与复叠温控器22连接，冷凝器进风温度传感器17监测冷冻冷凝器进风温度，将温度信号传递给与之相连的复叠温控器22，复叠温控器22发出指令控制复叠系统的运行或停止。
正常制冰循环时，压缩机1a、1b运行，排气经过油分离器2后进入风冷冷凝器3a，排气经过冷凝后进入储液器4，然后经过5a和液管电磁阀6a，经过热力膨胀阀7a节流后进入蒸发盘管8，在盘管8中蒸发冷却冷冻池中的冷却介质；使冷却介质温度降低以达到制冰的目的，蒸发后的制冷剂气体经过气液分离器9回到压缩机吸气口。这时候过冷系统和复叠系统没开，5a相当于一段管路，没有被过冷。3a也没有和3b进行热交换。
正常冷冻循环时，压缩机1a、1b运行，排气经过油分离器2后进入风冷冷凝器3a，经过冷凝后进入储液器4，然后经过5a和液管电磁阀6b，经过热力膨胀阀7b节流后进入蒸发盘管8，在盘管8中蒸发冷却冷冻池中的冷却介质；使冷却介质温度降低以达到制冷的目的，蒸发后的制冷剂气体经过气液分离器9回到压缩机吸气口。这时候过冷系统和复叠系统没开，5a相当于一段管路，没有被过冷。3a也没有和3b进行热交换。
当冷凝器进风温度17过高，达到控制系统设定值时，复叠系统开启。这时候除了冷冻系统正常运行外，压缩机41运行，排气经过风冷冷凝器10冷凝，然后经过毛细管11进行节流，进入复合换热器3蒸发制冷，3b段与3a段进行热交换，3a段被冷却，从而使主系统冷凝温度降低，蒸发后的气体从3b段出来进入气液分离器12进行气液分离，分离后气体又回到压缩机吸气端开始循环。
当冷冻池中冷却介质温度16降低，达到控制系统设定值时，过冷系统开启。这时候除了冷冻系统正常运行外，压缩机31运行，排气经过风冷冷凝器13冷凝，冷凝后的液体经过液管电磁阀，进入膨胀阀15节流，节流后的制冷剂进入板式换热器5中，在5b侧蒸发，与5a侧的冷冻系统制冷剂液体进行换热，蒸发后的制冷剂返回压缩机31的吸气侧进行新的循环。5a侧冷冻系统的制冷剂液体经5b侧制冷剂蒸发冷却后温度降低，过冷度增大，从而提高了冷冻系统的制冷量。

Claims (5)

1.风冷型沉浸式冷冻装置，包括冷冻机组(32)、冷冻池系统(33)、基础底座(34)及控制系统(35)，所述冷冻机组(32)包括冷冻系统，所述冷冻系统包括冷冻压缩机(1a、1b)、冷冻冷凝器(3a)、过冷板换(5)的冷冻换热端(5a)、膨胀阀(7)、冷冻液管电磁阀(6)、冷冻气液分离器(9)、冷冻储液器(4)和冷冻油分离器(2)，其中所述膨胀阀(7)包括制冰膨胀阀(7a)和冷冻膨胀阀(7b)，所述液管电磁阀(6)包括制冰液管电磁阀(6a)和冷冻液管电磁阀(6b)，上述部件通过管路和阀门连接，并通过管路与冷冻池系统的冷冻池中的盘管蒸发器(8)连接，构成制冷循环；所述冷冻池系统(33)包括冷冻池、设置在冷冻池中的盘管式蒸发器(8)、搅拌器、电机、导流筒和静压板；所述基础底座(34)是平板式底座；所述控制系统(35)包括模式转换开关、温控器、温度传感器和液位控制器，温度传感器用线路与温控器相连，其特征在于所述冷冻机组(32)还包括复叠系统和过冷系统，所述复叠系统包括复叠压缩机(41)、复叠冷凝器(10)、复叠蒸发器(3b)、复叠气液分离器(12)和复叠毛细管(11)，上述部件通过管路和阀门连接，构成制冷循环；所述过冷系统包括过冷压缩机(31)、过冷冷凝器(13)、过冷板换(5)的过冷换热端(5b)和过冷膨胀阀(15)，上述部件通过管路和阀门连接，构成制冷循环；
所述冷冻系统的冷冻冷凝器(3a)管排与复叠系统的复叠蒸发器(3b)管排呈并联排列，两者管排端部共用一块管板，使冷冻系统的冷冻冷凝器(3a)与复叠系统的复叠蒸发器(3b)成为一体结构；所述过冷系统的过冷冷凝器(13)管排与复叠系统复叠冷凝器(10)管排呈上下垂直布置，过冷系统的过冷冷凝器(13)管排安装在复叠系统复叠冷凝器(10)管排上部，两者管排端部共用一块管板，使过冷系统的过冷冷凝器(13)与复叠系统的复叠冷凝器(10)成为一体结构；
所述过冷系统的过冷板换(5)的冷冻换热端(5a)的进口与冷冻储液器(4)的出口相连，冷冻换热端(5a)的出口与液管电磁阀(6)的进口相连接，即与制冰电磁阀(6a)和冷冻电磁阀(6b)并联连接的进口相连，过冷板换(5)的过冷换热端(5b)入口与过冷膨胀阀(15)出口连接，过冷换热端(5b)的出口与过冷压缩机(31)的吸气管相连接；
所述控制系统的模式转换开关是两位转换开关，两位转换开关的一位与控制系统的制冰模式温控器相连，另一位与控制系统的冷冻模式温控器相连；
所述控制系统的温控器包括复叠温控器(22)、过冷温控器(23)、制冰温控器(20)和冷冻温控器(21)，所述温度传感器包括冷凝器进风温度传感器(17)和冷冻池中冷却介质温度传感器(16)，冷凝器进风温度传感器(17)用信号线与复叠温控器(22)相连，冷冻池中冷却介质温度传感器(16)用信号线分别与制冰温控器(20)、冷冻温控器(21)和过冷温控器(23)相连接，复叠温控器(22)用线路与复叠压缩机(41)相连，制冰温控器(20)、冷冻温控器(21)和过冷温控器(23)分别用线路与冷冻压缩机(1a、1b)和过冷压缩机(31)相连；
所述冷冻机组(32)、冷冻池系统(33)及控制系统(35)置于基础底座(34)上。
2.根据权利要求1所述的风冷型沉浸式冷冻装置，其特征在于所述过冷系统的过冷板换(5)是板式换热器、闪蒸罐或套管换热器。
3.根据权利要求1所述的风冷型沉浸式冷冻装置，其特征在于所述冷冻压缩机(1a、1b)、复叠压缩机(41)和过冷压缩机(31)是往复式压缩机或者是旋转式压缩机。
4.根据权利要求3所述的风冷型沉浸式冷冻装置，其特征在于所述往复式压缩机或者是旋转式压缩机是定容量压缩机或者是变容量压缩机。
5.权利要求1所述的风冷型沉浸式冷冻装置的控制方法，其特征在于所述控制方法包括冷冻和制冰转换控制和复叠系统及过冷系统开停控制，所述冷冻和制冰转换控制是：用模式转换开关控制，具体控制方法如下：选定风冷型沉浸式冷冻装置的运行模式，将模式转换开关置于选定的模式档位，风冷型沉浸式冷冻装置即开始该模式下的运行，当选定冷冻模式时，冷冻液管电磁阀(6b)开启，制冰液管电磁阀(6a)关闭，制冷剂液体流经冷冻膨胀阀(7b)进入蒸发器(8)，当选定制冰模式时，制冰液管电磁阀(6a)开启，冷冻液管电磁阀(6b)关闭，冷冻系统制冷剂液体流经制冰节流阀(7a)进入蒸发器(8)，冷冻池中冷却介质温度传感器(16)监测冷却介质温度，将信号传递给制冰温控器(20)和冷冻温控器(21)，制冰温控器(20)和冷冻温控器(21)控制冷冻系统的开停；
所述复叠系统及过冷系统开停控制是：根据冷冻系统冷凝器进风温度控制复叠系统的开停，根据制冰池中冷却介质温度控制过冷系统的开停，具体控制方法如下：
冷凝器进风温度传感器(17)监测冷凝器进风温度，将温度信号用信号线传递给复叠温控器(22)，当冷凝器进风温度达到复叠温控器(22)的设定开启值时，复叠温控器(22)控制复叠压缩机(41)运转，复叠系统开启，这时，风冷型沉浸式冷冻装置除了正常运行外，复叠压缩机(41)运行，排气经过风冷冷凝器(10)冷凝，然后经过毛细管(11)进行节流，进入复叠蒸发器(3b)蒸发制冷，复叠蒸发器(3b)与冷冻冷凝器(3a)进行热交换，冷冻冷凝器(3a)被冷却，使冷冻系统冷凝温度降低，当冷凝器进风温度下降到复叠温控器(22)的关闭限值时，复叠温控器(22)控制复叠压缩机(41)停止运转，复叠系统停止运行；
冷冻池中冷却介质温度传感器(16)监测冷冻池中冷却介质温度，将信号传递给过冷温控器(23)，当冷冻池中冷却介质温度达到过冷温控器(23)的设定开启值时，过冷温控器(23)控制过冷压缩机(31)运转，过冷系统开启，这时，风冷型沉浸式冷冻装置除了正常运行外，过冷压缩机(31)运行，排气经过风冷冷凝器(13)冷凝，冷凝后的液体经过过冷液管电磁阀(14)，进入膨胀阀(15)节流，节流后的制冷剂进入过冷板换的过冷换热端(5b)蒸发，与冷冻系统的冷冻换热端(5a)的制冷剂液体进行换热，冷冻系统的冷冻换热器(5a)的制冷剂液体温度降低，过冷度增大；当冷冻池中冷却介质温度升高到过冷温控器(23)设定关闭值时，过冷温控器(23)控制过冷压缩机(31)停止运转，过冷系统停止运行。
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