CN102283284A - 一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统，由压缩机、气体冷却器、回热器、膨胀阀、蒸发器、气液分离器与管路串联而成；压缩机与气体冷却器之间连接三通阀一，气体冷却器与回热器之间连接三通阀二，膨胀阀与蒸发器之间连接三通阀三，蒸发器与气液分离器之间连接三通阀四；三通阀一与三通阀二之间并联牛奶消毒装置；三通阀三与三通阀四之间并联牛奶冷却装置；牛奶消毒装置出口处有热电偶温度传感器一，牛奶冷却装置出口处有热电偶温度传感器二，牛奶消毒装置的出口与牛奶冷却装置的进口连接。各三通阀a-c接通，牛奶消毒装置或牛奶冷却装置与系统连通，各三通阀a-b接通，牛奶消毒装置或牛奶冷却装置与系统断开。本发明节约能源、效率高、成本低。

Description

一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统及方法

技术领域

本发明涉及一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统及方法。

背景技术

牛奶被公认是迄今为止的一种比较理想的高营养食品，长期饮用牛奶可以增加营养成分，帮助人体消化吸收，对促进身体健康有重要作用。但是，鲜牛奶中可能含有的致病微生物有牛结核杆菌、布氏杆菌、沙门氏菌与其他杂菌。因此鲜牛奶必须经过消毒杀菌才能给人们饮用。同时，杀菌后的牛奶为了抑制细菌繁殖，根据不同产品的工艺要求降至一定的温度。对于干酪生产、酸牛奶加工，一般要求将牛奶降温至37～44℃，而巴氏消毒牛奶要求杀菌后温度降至2～5℃左右。

根据加热杀菌方式的不同，牛奶可大体分为巴氏杀菌奶和超高温(UHT)灭菌奶两种。其中巴氏杀菌乳的加工方法又分为：(1)低温长时杀菌法(LTLT)：亦称保持杀菌法、低温杀菌法，即在62～65℃下加热处理30min；(2)高温短时杀菌法(HTST)：即在72℃以上加热15s以上进行杀菌，该方法是全世界普遍适用的方法，其中大多采用72℃加热15s的杀菌方法；由于乳中菌数的不同，也有采用72～75℃加热16～40s或80～85℃加热10～15s的杀菌方法。

目前，牛奶加工厂通常采用两个互相独立的制冷系统和加热系统。加热系统一种是采用燃烧煤等化石燃料来带动锅炉提供热水，造成不可再生能源的浪费和温室气体的释放；另一种是采用电加热的方式，不但效率不高而且是对高品位能源的浪费。另外，很多制冷系统采用的传统制冷剂会对臭氧层造成破坏，因此自然工质逐渐受到人们重新重视。

发明内容

本发明公开了一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统及方法，利用二氧化碳跨临界热泵循环系统，把冷却牛奶时吸收的高温热量转移到加热牛奶，对牛奶进行巴氏杀菌，使二氧化碳跨临界循环热泵中蒸发器的制冷量和气体冷却器的排热量均得到了有效的利用，能量利用率更高。本发明可以克服现有牛奶加工技术中，制冷和加热系统各自独立，采用燃煤或电加热，造成不可再生能源的浪费和温室气体的释放，以及生产效率低、牛奶加工成本高等弊端。

一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统，它由压缩机、气体冷却器、回热器、膨胀阀、蒸发器、气液分离器与管路串联而成，其特征在于：

A)在压缩机与气体冷却器之间的管路上连接三通阀一，在气体冷却器与回热器之间的管路上连接三通阀二，在膨胀阀与蒸发器之间的管路上连接三通阀三，在蒸发器与气液分离器之间的管路上连接三通阀四；

B)在三通阀一与三通阀二之间的管路上并联牛奶消毒装置；在三通阀三与三通阀四之间的管路上并联牛奶冷却装置；

C)牛奶消毒装置与牛奶冷却装置分别设置牛奶进口和牛奶出口，牛奶消毒装置的牛奶出口处设置热电偶温度传感器一，牛奶冷却装置的牛奶出口处设置热电偶温度传感器二，牛奶消毒装置的出口与牛奶冷却装置的进口连接。

跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统，消毒、冷却的方法分为四种工况：

D)当消毒和冷却的温度都没有达到要求的工况时，系统运行，三通阀一a-c接通、三通阀二a-c接通、三通阀三a-c接通、三通阀四a-c接通，牛奶消毒装置和牛奶冷却装置与系统连通，气体冷却器和蒸发器与系统连通；

E)当消毒温度达到要求而冷却温度没有达到要求的工况时，三通阀一a-b接通、三通阀6二a-b接通，牛奶消毒装置与系统断开，三通阀三a-c接通、三通阀四a-c接通，牛奶冷却装置连入系统，使二氧化碳通过蒸发器蒸发吸热；

F)当消毒温度没有达到要求而冷却温度达到要求的工况时，三通阀一a-c接通、三通阀二a-c接通，牛奶消毒装置与系统连通，三通阀三a-b接通、三通阀四a-b接通，牛奶冷却装置与系统断开，蒸发器连入系统，使二氧化碳通过气体冷却器冷凝放热；

G)当消毒温度和冷却温度均达到要求的工况时，系统停止运行。

本发明利用跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统，把冷却牛奶时放出的高温热量转移到加热牛奶，对牛奶进行巴氏杀菌消毒，使能量得到更加有效的利用，具有工艺简单、节约能源、生产效率高、牛奶加工成本低等优点。

附图说明

图1为跨临界二氧化碳热泵对牛奶消毒、冷却系统的结构示意图。

1、压缩机；2、三通阀一；3、气体冷却器；4、牛奶消毒装置；5、热电偶温度传感器一；6、三通阀二；7、回热器；8、膨胀阀；9、三通阀三；10、蒸发器；11、牛奶冷却装置；12、热电偶温度传感器二；13、三通阀四；14、气液分离器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统，如图1所示：它由压缩机1、气体冷却器3、回热器7、膨胀阀8、蒸发器10、气液分离器14与管路串联而成，在压缩机1与气体冷却器3之间的管路上连接三通阀一2，在气体冷却器3与回热器7之间的管路上连接三通阀二6，在膨胀阀8与蒸发器10之间的管路上连接三通阀三9，在蒸发器10与气液分离器14之间的管路上连接三通阀四13；在三通阀一2与三通阀二6之间的管路上并联牛奶消毒装置4；在三通阀三9与三通阀四13之间的管路上并联牛奶冷却装置11；牛奶消毒装置4与牛奶冷却装置11分别设置牛奶进口和牛奶出口，牛奶消毒装置4的牛奶出口处设置热电偶温度传感器一5，牛奶冷却装置11的牛奶出口处设置热电偶温度传感器二12，牛奶消毒装置4的出口与牛奶冷却装置11的进口连接。

利用跨临界二氧化碳热泵系统对牛奶消毒、冷却的方法分四种工况：消毒温度通过对热电偶温度传感器一5进行监测，冷却温度通过对热电偶温度传感器二12进行监测：

1)当消毒和冷却的温度都没有达到要求的工况时，系统运行，三通阀一2a-c接通、三通阀二6a-c接通，牛奶消毒装置4与系统连通；三通阀三9a-c接通、三通阀四13a-c接通，牛奶冷却装置与系统连通，气体冷却器3和蒸发器10与系统连通；此时牛奶消毒装置4正在对牛奶进行杀菌、消毒，牛奶冷却装置正在对牛奶进行冷却降温。

2)当消毒温度达到要求而冷却温度没有达到要求的工况时，三通阀一2a-b接通、三通阀二6a-b接通，牛奶消毒装置4与系统断开，三通阀三9a-c接通、三通阀四13a-c接通，牛奶冷却装置11连入系统，使二氧化碳通过蒸发器蒸发吸热。

3)当消毒温度没有达到要求而冷却温度达到要求的工况时，三通阀一2a-c接通、三通阀二6a-c接通，牛奶消毒装置4与系统连通，三通阀三9a-b接通、三通阀四13a-b接通，牛奶冷却装置11与系统断开，蒸发器10连入系统，使二氧化碳通过气体冷却器冷凝放热。

4)当消毒温度和冷却温度均达到要求的工况时，系统停止运行。

Claims (2)

1.一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统，它由压缩机、气体冷却器、回热器、膨胀阀、蒸发器、气液分离器与管路串联而成，其特征在于：

A)在压缩机与气体冷却器之间的管路上连接三通阀一，在气体冷却器与回热器之间的管路上连接三通阀二，在膨胀阀与蒸发器之间的管路上连接三通阀三，在蒸发器与气液分离器之间的管路上连接三通阀四；

B)在三通阀一与三通阀二之间的管路上并联牛奶消毒装置；在三通阀三与三通阀四之间的管路上并联牛奶冷却装置；

C)牛奶消毒装置与牛奶冷却装置分别设置牛奶进口和牛奶出口，牛奶消毒装置的牛奶出口处设置热电偶温度传感器一，牛奶冷却装置的牛奶出口处设置热电偶温度传感器二，牛奶消毒装置的出口与牛奶冷却装置的进口连接。

2.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统，消毒、冷却的方法其特征在于：分为四种工况：

D)当消毒和冷却的温度都没有达到要求的工况时，系统运行，三通阀一a-c接通、三通阀二a-c接通、三通阀三a-c接通、三通阀四a-c接通，牛奶消毒装置和牛奶冷却装置与系统连通，气体冷却器和蒸发器与系统连通；

E)当消毒温度达到要求而冷却温度没有达到要求的工况时，三通阀一a-b接通、三通阀6二a-b接通，牛奶消毒装置与系统断开，三通阀三a-c接通、三通阀四a-c接通，牛奶冷却装置连入系统，使二氧化碳通过蒸发器蒸发吸热；

F)当消毒温度没有达到要求而冷却温度达到要求的工况时，三通阀一a-c接通、三通阀二a-c接通，牛奶消毒装置与系统连通，三通阀三a-b接通、三通阀四a-b接通，牛奶冷却装置与系统断开，蒸发器连入系统，使二氧化碳通过气体冷却器冷凝放热；

G)当消毒温度和冷却温度均达到要求的工况时，系统停止运行。