CN105865066A - 一种基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统 - Google Patents

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马卫武
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张青燕
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Abstract

本发明公开了一种基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，包括冷凝器，冷凝器的制冷工质通道上设有并联连接至少两条制冷支路，制冷支路包括压缩机、蒸发器、节流阀和换热器，蒸发器包括制冷工质通道和冷冻水通道，蒸发器的制冷工质通道通过压缩机、节流阀和冷凝器的制冷工质回路循环流动，制冷工质通道中的制冷工质为非共沸混合工质，换热器包括冷冻水通道和牛奶冷却通道，换热器的冷冻水通道通过循环泵和蒸发器的冷冻水通道循环流动，且各条制冷支路中换热器的牛奶冷却通道逐级相连，逐级相连的各条制冷支路中换热器的牛奶冷却通道的出口温度逐步降低。本发明能够在保证速冷系统高效、快速运行的前提下，实现高效速冷。

Description

一种基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统
技术领域
本发明涉及速冷技术，具体涉及一种基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统。
背景技术
随着我国人民生活水平的日益提高，人们对牛奶的需求也在不断增加。因此，人们愈发关注牛奶的品质。夏天，刚挤下的牛奶温度大约在35℃；冬天，其温度大约为22℃。然而，此温度范围正是微生物生长繁殖的最佳温度。如果不及时将原奶冷却，牛奶中便会滋生大量微生物，从而导致牛奶中的酸度迅速增加，影响牛奶的质量和口感。对于刚挤出的原奶，一般情况下需要将其冷却到4℃左右，这样才能更好的保证牛奶的品质，延长牛奶的储存时间。然而，从22℃冷却至4℃，牛奶冷却过程存在较大温差，采用传统的制冷系统能效较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够在保证速冷系统高效、快速运行的前提下，实现高效速冷的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，包括带有相互独立的制冷工质通道和冷却水通道的冷凝器，所述冷凝器的制冷工质通道上设有并联连接至少两条制冷支路，所述制冷支路包括压缩机、蒸发器、节流阀、换热器和循环泵，所述蒸发器包括相互独立的制冷工质通道和冷冻水通道，所述蒸发器的制冷工质通道、压缩机、冷凝器的制冷工质回路、节流阀形成制冷工质循环回路，所述制冷工质循环回路中的制冷工质为非共沸混合工质，所述换热器包括相互独立的冷冻水通道和牛奶冷却通道，所述蒸发器的冷冻水通道、换热器的冷冻水通道、循环泵形成冷冻水循环回路，且各条制冷支路中换热器的牛奶冷却通道逐级连通，使得逐级相连的各条制冷支路中换热器的牛奶冷却通道的出口温度逐步降低。
优选地，所述非共沸混合工质为R436a型制冷剂。
优选地，所述冷凝器的制冷工质通道入口位于冷却水通道的出口侧。
优选地，所述蒸发器的制冷工质通道入口位于冷冻水通道的出口侧。
优选地，所述换热器的冷冻水通道入口位于牛奶冷却通道的出口侧。
优选地，所述换热器为板式换热器。
优选地，所述制冷支路的数量为两个。
优选地，所述制冷支路的数量为三个。
优选地，所述制冷支路的数量为四个，所述冷凝器内设有设有两个相互独立的制冷工质通道，四个制冷支路中每两个制冷支路和一个制冷工质通道相连。
本发明基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统具有下述优点：
1、本发明的冷凝器的制冷工质通道上设有并联连接至少两条制冷支路，制冷支路包括压缩机、蒸发器、节流阀和换热器，蒸发器包括相互独立的制冷工质通道和冷冻水通道，蒸发器的制冷工质通道通过压缩机、节流阀和冷凝器的制冷工质回路循环流动，换热器包括相互独立的冷冻水通道和牛奶冷却通道，换热器的冷冻水通道通过循环泵和蒸发器的冷冻水通道循环流动，且各条制冷支路中换热器的牛奶冷却通道逐级相连形成多缸往复压缩机循环组合系统，把传统冷凝器的一个单级压缩循环分成若干子循环（制冷支路），每一个子循环制冷支路对应一组蒸发器，可按传热介质温度的变化规律，把相应温度低的冷凝器与温度低的蒸发器相匹配，每个子循环的传热温差与压力比均小于总循环的温差与压力比，从而实现将原奶依次从35～22℃逐级冷却至4℃，在保证速冷系统高效、快速运行的前提下，实现高效速冷。
2、本发明制冷工质通道中的制冷工质为非共沸混合工质，利用非共沸混合工质在蒸发、冷凝过程中的相变温度滑移特性，能够以达到减少传热过程中的不可逆损失，提高制冷系统效率的目的。
3、本发明能够有效地提高了制冷系统的效率，同时达到了快速降低原奶温度的目的，适用于牧场、奶厂等场所，还可以应用其他铜需求的液体类物质的速冷。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例二的结构示意图。
图3为本发明实施例三的结构示意图。
图例说明：1、冷凝器；2、制冷支路；21、压缩机；22、蒸发器；23、节流阀；24、换热器；25、循环泵。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统包括带有相互独立的制冷工质通道和冷却水通道的冷凝器1，冷凝器1的制冷工质通道上设有并联连接至少两条制冷支路2，制冷支路2包括压缩机21、蒸发器22、节流阀23、换热器24和循环泵25，蒸发器22包括相互独立的制冷工质通道和冷冻水通道，蒸发器22的制冷工质通道、压缩机21、冷凝器1的制冷工质回路、节流阀23形成制冷工质循环回路，制冷工质循环回路中的制冷工质为非共沸混合工质，换热器24包括相互独立的冷冻水通道和牛奶冷却通道，蒸发器22的冷冻水通道、换热器24的冷冻水通道、循环泵25形成冷冻水循环回路，且各条制冷支路2中换热器24的牛奶冷却通道逐级连通，使得逐级相连的各条制冷支路2中换热器24的牛奶冷却通道的出口温度逐步降低。，参见图1，其中b点的温度比a点的温度低。
共沸混合工质是指在蒸发或冷凝过程中组分沸点相同的混合工质；而非共沸混合工质是指在蒸发或冷凝过程中组分沸点不相同的混合工质。非共沸混合工质在蒸发、冷凝过程中具有相变温度滑移的特性，即混合工质从饱和液体到两相区，直到全部蒸发完成，其温度均在不断变化。在本实施例基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统中，利用非共沸混合工质的温度滑移特性，可在一定程度上降低载冷剂与制冷剂之间的平均换热温差，从而可减小不可逆损失。本实施例中，非共沸混合工质具体为R436a型制冷剂，R436a型制冷剂具有由高纯度丙烷R290 、异丁烷R600a两者组成，且R436a型制冷剂中高纯度丙烷R290 、异丁烷R600a两者的质量比为56:44。
本实施例中，冷凝器1的制冷工质通道入口位于冷却水通道的出口侧，能够进一步减少冷凝器1传热过程中的不可逆损失，达到提高制冷系统效率的目的。
本实施例中，蒸发器22的制冷工质通道入口位于冷冻水通道的出口侧，能够进一步减少蒸发器22传热过程中的不可逆损失，达到提高制冷系统效率的目的。
本实施例中，换热器24的冷冻水通道入口位于牛奶冷却通道的出口侧，能够进一步减少换热器24传热过程中的不可逆损失，达到提高制冷系统效率的目的。
本实施例中，换热器24为板式换热器，板式换热器相对其他换热器而言具有占地空间小、换热效率高的优点。毫无疑问，也可以根据需要采用其他类型的换热器，同样也可以实现原奶和冷却水之间的热交换。
本实施例中，制冷支路2的数量为两个。本实施例基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统实质上构成采用非共沸混合工质的两缸-两蒸发器-单冷凝器的组合式速冷系统，各级牛奶冷却通道设在牛奶罐与奶源之间。本实施例的工作过程如下：经压缩机21压缩的非共沸混合工质先在冷凝器1中被冷却，向冷却水放出热量，并进入节流阀23绝热膨胀，膨胀后的非共沸混合工质进入蒸发器22，吸取冷冻水的热量，随后进入压缩机21被重新压缩。循环冷冻水通过换热器24与原奶进行换热，将原奶冷却至0～4℃。非共沸混合工质循环以及循环冷冻水需要输入一定量的电能（或其他形式的功）驱动其压缩机。原奶从第一级牛奶冷却通道的入口（A口）流入，依次经过各个冷却支路2中的两个换热器24，其温度被降至0～4℃，随后从最后一级牛奶冷却通道的出口（B口）流出，进入牛奶罐储存。
参见图1可知，本实施例基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统实质上由三个环路组成，分别为冷凝器1中的冷却水系统、冷凝器1和蒸发器22之间的制冷系统蒸发器22和换热器24之间的冷冻水系统。
综上所述，本实施例采用非共沸混合工质，利用其在蒸发、冷凝过程中的相变温度滑移特性，与采用逆流的变温载冷剂相匹配，以达到减少传热过程中的不可逆损失，提高制冷系统效率的目的；同时，通过换热器24的冷冻水通道通过循环泵和蒸发器22的冷冻水通道循环流动，且各条制冷支路2中换热器24的牛奶冷却通道逐级相连，逐级相连的各条制冷支路2中换热器24的牛奶冷却通道的出口温度逐步降低，形成多缸往复压缩机循环组合系统，即把一个单级压缩循环分成若干子循环（一条制冷支路2），每一个子循环对应一组蒸发器22，同时可按传热介质温度的变化规律，把相应温度低的换热器24与温度低的蒸发器22相匹配，其中每个子循环的传热温差与压力比均小于总循环的温差与压力比，通过前述利用非共沸混合工质和多缸往复压缩机循环组合系统，在一定程度上极大地提高了制冷系统的效率，同时达到了快速降低原奶温度的目的，适用于牧场、奶厂等场所原奶的速冷。
实施例二：
本实施例与实施例基本相同，其主要不同点为：制冷支路2的数量为三个，详见图2。本实施例基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统实质上构成采用非共沸混合工质的三缸-三蒸发器-单冷凝器的组合式速冷系统，各级牛奶冷却通道设在牛奶罐与奶源之间。本实施例的工作过程如下：经压缩机21压缩的非共沸混合工质先在冷凝器1中被冷却，向冷却水放出热量，并进入节流阀23绝热膨胀，膨胀后的非共沸混合工质进入蒸发器22，吸取冷冻水的热量，随后进入压缩机21被重新压缩。循环冷冻水通过换热器24与原奶进行换热，将原奶冷却至0～4℃，参见图2，其中c点的温度比b点的温度低，b点的温度比a点的温度低。原奶从第一级牛奶冷却通道的入口（A口）流入，依次经过各个冷却支路2中的三个换热器24，其温度被降至0～4℃，随后从最后一级牛奶冷却通道的出口（B口）流出，进入牛奶罐储存。
实施例三：
本实施例与实施例基本相同，其主要不同点为：制冷支路2的数量为四个，冷凝器1内设有设有两个相互独立的制冷工质通道，四个制冷支路2中每两个制冷支路2和一个制冷工质通道相连，详见图3。本实施例基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统实质上构成采用非共沸混合工质的四缸-四蒸发器-两冷凝器的组合式速冷系统，各级牛奶冷却通道设在牛奶罐与奶源之间。本实施例的工作过程如下：经压缩机21压缩的非共沸混合工质先在冷凝器1中被冷却，向冷却水放出热量，并进入节流阀23绝热膨胀，膨胀后的非共沸混合工质进入蒸发器22，吸取冷冻水的热量，随后进入压缩机21被重新压缩。循环冷冻水通过换热器24与原奶进行换热，将原奶冷却至0～4℃。原奶从第一级牛奶冷却通道的入口（A口）流入，依次经过各个冷却支路2中的四个换热器24，其温度被降至0～4℃，参见图3，其中d点的温度比c点的温度低，c点的温度比b点的温度低，b点的温度比a点的温度低，随后从最后一级牛奶冷却通道的出口（B口）流出，进入牛奶罐储存。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：包括带有相互独立的制冷工质通道和冷却水通道的冷凝器（1），所述冷凝器（1）的制冷工质通道上设有并联连接至少两条制冷支路（2），所述制冷支路（2）包括压缩机（21）、蒸发器（22）、节流阀（23）、换热器（24）和循环泵（25），所述蒸发器（22）包括相互独立的制冷工质通道和冷冻水通道，所述蒸发器（22）的制冷工质通道、压缩机（21）、冷凝器（1）的制冷工质回路、节流阀（23）形成制冷工质循环回路，所述制冷工质循环回路中的制冷工质为非共沸混合工质，所述换热器（24）包括相互独立的冷冻水通道和牛奶冷却通道，所述蒸发器（22）的冷冻水通道、换热器（24）的冷冻水通道、循环泵（25）形成冷冻水循环回路，且各条制冷支路（2）中换热器（24）的牛奶冷却通道逐级连通，使得逐级相连的各条制冷支路（2）中换热器（24）的牛奶冷却通道的出口温度逐步降低。
2.根据权利要求1所述的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：所述非共沸混合工质为R436a型制冷剂。
3.根据权利要求1所述的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：所述冷凝器（1）的制冷工质通道入口位于冷却水通道的出口侧。
4.根据权利要求1所述的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：所述蒸发器（22）的制冷工质通道入口位于冷冻水通道的出口侧。
5.根据权利要求1所述的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：所述换热器（24）的冷冻水通道入口位于牛奶冷却通道的出口侧。
6.根据权利要求1所述的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：所述换热器（24）为板式换热器。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：所述制冷支路（2）的数量为两个。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：所述制冷支路（2）的数量为三个。
9.根据权利要求1～6中任意一项所述的基于非共沸混合工质的组合式原奶速冷系统，其特征在于：所述制冷支路（2）的数量为四个，所述冷凝器（1）内设有设有两个相互独立的制冷工质通道，四个制冷支路（2）中每两个制冷支路（2）和一个制冷工质通道相连。
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