CN106858271A - 一种热泵型低温高湿空气解冻装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵型低温高湿空气解冻装置。该装置包括主机、送风管、解冻室和回风管；主机包括机箱壳体、循环空气处理室、散热室和控制系统；冷凝器风机、冷凝器和湿帘设置在出风口处；蒸发器和蒸发器风机设置在回风口处；潜水泵通过湿帘供水管与喷淋管连接，喷淋管设置在湿帘的上端；制冷压缩机通过管道与辅助冷凝器相连，辅助冷凝器与冷凝器通过管道连接；辅助蒸发器与蒸发器并联连接，并联的进口段都接冷凝器出口；冷凝器出口管路分为两路；主机通过送风管和回风管与解冻室连接；送风管与出风口连接；回风管与回风口连接。本发明环保节能，在5～15℃范围内温度可调，能保障湿度要求和运行稳定，可用于冷冻食品的解冻加工。

Description

一种热泵型低温高湿空气解冻装置

技术领域

本发明涉及一种冷冻食品解冻设备，特别是涉及一种热泵型低温高湿空气解冻装置，该装置尤其适合于冷冻的水产品与肉类的解冻加工。

背景技术

随着经济和社会的不断发展，冷冻食品(水产品与肉制品)在人们的日常生活越来越常见。低温贮藏对抑制大部分微生物生长、延长保质期都有重要作用。冷冻食品相对安全卫生、货架期较长。然而，相关的研究发现，食品在冷冻贮藏的过程中其内部会产生较大的结构变化，形成大小不同的冰晶。冰晶的大小和不均匀分布等因素会使食品在解冻的过程中流出大量汁液，严重影响食品的质量。冷冻食品在解冻过程中会出现风味的改变、汁液的损失、脂质氧化、色泽与嫩度变化和微生物快速繁殖等现象，使得食品的质量降低，因此控制解冻过程与工艺条件是保证冷冻食品质量的技术关键。

当前，我国解冻冷冻食品最常见的方法是空气解冻和水解冻。

水解冻法的解冻速率较空气解冻法快，但是由于冻肉直接浸泡在水中解冻，会是肉色灰白以及造成微生物污染，还易导致营养物质的流失。

空气解冻是以空气为解冻介质，以热对流的形式对食品进行解冻，它通过控制空气的温湿度而达到对不同食品的解冻工艺要求。作为低温高湿空气解冻一般要求解冻温度5～15℃，空气的相对湿度在95％以上。

目前，在空气解冻装置中常用的加热方法是电加热和蒸汽加热。电加热装置因为耗电量大不适应大量的冷冻肉类的解冻装置，而蒸汽加热则需要锅炉等蒸汽加热系统，使得解冻装置结构复杂并且不易控制。

现有技术也有提及加湿方法。在空气解冻装置中常用的加湿方式是在解冻室内喷蒸汽或者采用水喷淋的方法对送入解冻室的循环空气喷淋。在解冻室喷蒸汽的方式是当解冻室湿度低于85％开始喷蒸汽，湿度高于95％停止喷蒸汽，因而解冻室的湿度处于变化之中，不能保证解冻室湿度始终高于95％的要求；而对循环空气进入解冻室之前采用喷淋水的方式提高湿度则又会产生小水滴随循环空气进入解冻室内，易对解冻食品产生污染。

发明内容

本发明提供了一种新型的低温高湿空气解冻装置。热泵型低温高湿解冻装置不仅环保节能，而且可在技术上满足不同冷冻食品对解冻温度与湿度的要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种热泵型低温高湿空气解冻装置，包括主机、送风管、解冻室和回风管；所述主机包括机箱壳体、循环空气处理室、散热室和控制系统；

所述循环空气处理室中设有冷凝器风机、冷凝器、喷淋管、湿帘、蒸发器、第二接水盘、蒸发器风机和湿帘水喷淋系统；其中，冷凝器风机、冷凝器和湿帘设置在出风口处；蒸发器和蒸发器风机设置在回风口处；湿帘水喷淋系统由水箱、潜水泵、喷淋管、第一接水盘、回水管、湿帘供水管和湿帘构成；在水箱中放置有潜水泵和水位控制器；潜水泵通过湿帘供水管与喷淋管连接，喷淋管设置在湿帘的上端；第一接水盘设置在湿帘的下端；第一接水盘通过回水管与水箱连接；

所述散热室设有制冷压缩机、辅助冷凝器、变频风机、辅助蒸发器、辅助蒸发器风机、第二排水管、第三接水盘；在散热室箱体壳体上开有散热进风口；

所述制冷压缩机通过管道与辅助冷凝器相连，辅助冷凝器与冷凝器通过管道连接；辅助蒸发器与蒸发器并联连接，并联的进口段都接冷凝器出口；冷凝器出口管路分为两路，第一路，冷凝器出口与蒸发器连接，连接的管路上依次安装有第二电磁截止阀、第二干燥过滤器、第二热力膨胀阀；第二热力膨胀阀通过管道与蒸发器相连，蒸发器出口用管道与制冷压缩机相连接；蒸发器下端设有第二接水盘；第二路，冷凝器出口通过管道连接辅助蒸发器，连接的管道上依次设有第一电磁截止阀、第一干燥过滤器和第一热力膨胀阀；第一热力膨胀阀与辅助蒸发器相连，辅助蒸发器出口用管道与制冷压缩机相连接；辅助蒸发器下端设有第三接水盘；

所述控制系统包括温度显示与控制器、温度传感器；温度传感器设置在解冻室中；温度显示与控制器包括温度显示器与控制器；温度显示器与解冻室中的温度传感器相连；控制器分别与制冷压缩机、辅助蒸发器风机、冷凝器风机、蒸发器风机和潜水泵的控制电路相连，控制器还分别与第一电磁截止阀、第二电磁截止阀和变频风机的变频器相连；

所述主机通过送风管和回风管与解冻室连接；送风管与出风口连接；回风管与回风口连接。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述第二接水盘通过第一排水管连通到空气处理室箱体外。

优选地，所述辅助蒸发器下端设有第三接水盘，第三接水盘通过第二排水管连通到散热室箱体外。

优选地，所述水箱放置在空气处理室的底部。

优选地，所述第二电磁截止阀、第二干燥过滤器和第二热力膨胀阀设在循环空气处理室内。

优选地，所述温度显示与控制器设置在主机机箱壳体顶板上。

优选地，所述解冻室设有解冻室门。

优选地，所述送风管和回风管采用保温风管。

优选地，所述辅助冷凝器、冷凝器、辅助蒸发器和蒸发器采用套片管式换热器。

优选地，所述制冷压缩机使用全封闭式压缩机。

本发明在主机的循环空气处理室一侧壁面上开有出风口与回风口，通过保温风管与解冻室相通。在循环空气处理室下部回风口处装有蒸发器和蒸发器风机。

湿度是影响解冻肉类表面干燥的主要因素。当解冻室湿度低于85％，肉类表面的干燥速度是解冻室湿度为95％时的3倍，从而造成解冻肉类色泽变差和重量损失，为此要求解冻室湿度必须高于95％。本发明采用湿帘对循环空气加湿的方式，不单湿帘和风机配合，而且湿帘和蒸发器以及冷凝器配合，冷凝器风机、冷凝器和湿帘设置在出风口处；蒸发器和蒸发器风机设置在回风口处；采用该湿帘水喷淋系统加湿，使得进入解冻室循环空气的湿度高于95％并且没有送风夹带水滴的现象产生。

本发明采用热泵加热既节能又易于控制；本发明整体结构简单，节能环保，易于控制，可保障解冻食品的质量。

本发明具有如下优点：

1、在适用温度范围，温度可任意调节：对于冷冻食品，不同的食品材质适用于不同的解冻温度。一般在低温高湿空气解冻中，解冻温度为5℃～15℃。本发明在此温度范围内，解冻温度可任意调节。

2、节能：与电加热装置相比，热泵加热装置具有良好的节能效果。

3、环保：采用环保制冷剂和环保保温材料对环境无影响。

4、结构合理：装置设计结构紧凑、合理，占地面积小。

5、保证湿度：采用湿帘水喷淋系统使得进入解冻室空气的相对湿度始终保持在大于95％以上，满足解冻工艺的要求。

6、用途广泛：本发明由于解冻温度可以任意调节，故可以满足不同肉类和水产品类等食品解冻工艺的温度要求。

附图说明

图1为本发明的一种热泵型低温高湿空气解冻装置的结构示意图。

图1示出：主机01、送风管02、解冻室03、解冻室门04、回风管05。

图2为本发明的一种热泵型低温高湿空气解冻装置的主机结构示意图。

图2示出：机箱壳体1、温度显示与控制器2、第一热力膨胀阀3、第一干燥过滤器4、第一电磁截止阀5、散热进风口6、保温箱体7、循环空气处理室8、冷凝器风机9、冷凝器10、喷淋管11、湿帘12、出风口13、第一接水盘14、回水管15、湿帘供水管16、第二电磁截止阀17、第二干燥过滤器18、第二热力膨胀阀19、回风口20、蒸发器21、第二接水盘22、第一排水管23、蒸发器风机24、水箱25、潜水泵26、水位控制器27、制冷压缩机28、辅助蒸发器风机29、第二排水管30、第三接水盘31、辅助蒸发器32、散热室33、辅助冷凝器34、变频风机35。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。

如图1所示，一种热泵型低温高湿空气解冻装置，包括主机01、送风管02、解冻室03和回风管05；解冻室03分置在主机01旁。主机01通过送风管02和回风管05与解冻室03连接；解冻室03设有解冻室门04。

如图2所示，一种热泵型低温高湿空气解冻装置的主机，包括机箱壳体1、循环空气处理室8、散热室33和控制系统；

循环空气处理室8中设有冷凝器风机9、冷凝器10、喷淋管11、湿帘12、蒸发器21、第二接水盘22、第一排水管23、蒸发器风机24和湿帘水喷淋系统；其中，冷凝器风机9、冷凝器10和湿帘12设置在出风口13处；蒸发器21和蒸发器风机24设置在回风口20处。湿帘水喷淋系统由水箱25、潜水泵26、喷淋管11、第一接水盘14、回水管15、湿帘供水管16和湿帘12构成；水箱25优选放置在空气处理室8的底部，在水箱25中放置有潜水泵26和水位控制器27；潜水泵26通过湿帘供水管16与喷淋管11连接，喷淋管11设置在湿帘12的上端；第一接水盘14设置在湿帘12的下端；第一接水盘14通过回水管15与水箱25连接。湿帘12放置在循环空气处理室8上部出风口处，冷凝器10放置在循环空气处理室上部出风口处湿帘12前。

散热室33设有制冷压缩机28、辅助冷凝器34、变频风机35、辅助蒸发器32、辅助蒸发器风机29、第二排水管30、第三接水盘31；在散热室33箱体壳体1上开有散热进风口6。

制冷压缩机28通过管道与辅助冷凝器34相连，辅助冷凝器34与冷凝器10通过管道连接；制冷压缩机28、辅助冷凝器34与冷凝器10串联连接；辅助蒸发器32与蒸发器21并联连接，并联的进口段都接冷凝器10出口；冷凝器10出口管路分为两路，第一路，冷凝器10出口与蒸发器21连接，连接的管路上依次安装有第二电磁截止阀17、第二干燥过滤器18、第二热力膨胀阀19；第二热力膨胀阀19通过管道与蒸发器21相连，蒸发器21出口用管道与制冷压缩机28相连接；蒸发器21下端设有第二接水盘22，第二接水盘22通过第一排水管23连通到空气处理室8箱体外。第二电磁截止阀17、第二干燥过滤器18和第二热力膨胀阀19设在循环空气处理室8内；第二路，冷凝器10出口通过管道连接辅助蒸发器32，连接的管道上依次设有第一电磁截止阀5、第一干燥过滤器4和第一热力膨胀阀3；第一热力膨胀阀3与辅助蒸发器32相连，辅助蒸发器32出口用管道与制冷压缩机28相连接。辅助蒸发器32下端设有第三接水盘31，第三接水盘31通过第二排水管30连通到散热室33箱体外。

控制系统包括温度显示与控制器2、温度传感器；温度传感器设置在解冻室03中；温度显示与控制器2包括温度显示器与控制器；温度显示器与解冻室中的温度传感器相连；控制器分别与制冷压缩机28、辅助蒸发器风机29、冷凝器风机9、蒸发器风机24和潜水泵26的控制电路相连，控制器还分别与第一电磁截止阀5、第二电磁截止阀17和变频风机35的变频器相连。温度显示器显示解冻室03的温度；

控制器用于控制制冷压缩机28、辅助蒸发器风机29、冷凝器风机9、蒸发器风机24和潜水泵26的有序开停，并控制第一电磁截止阀5、第二电磁截止阀17的有序通断，以及控制变频风机35的转速。通过控制器控制第一电磁截止阀5和第二电磁截止阀17的通断可以实现对解冻室进行加热循环或者降温循环；通过控制器控制变频风机35的变频器实现对变频风机35转速的控制从而达到对解冻室温度的控制。温度显示与控制器2优选设置在主机机箱壳体1顶板上。

送风管02与出风口13连接；回风管05与回风口20连接。

优选地，送风管02和回风管05采用保温风管。辅助冷凝器34、冷凝器10、辅助蒸发器32和蒸发器21采用套片管式换热器。制冷压缩机28使用全封闭式压缩机。

应用本发明热泵型低温高湿空气解冻装置对冷冻食品解冻。例如，解冻冷冻牛肉块，假定要求第一阶段，解冻温度为12℃，第二阶段，解冻温度为5℃。可将‐18℃的冷冻牛肉块放入解冻室中，由于‐18℃的冷冻牛肉块相当于一个低温热源使得解冻室的温度降低，当解冻室温度低于5℃时，开启主机进入加热循环。

1、加热循环：

通过控制器开启冷凝器风机9、蒸发器风机24、辅助蒸发器风机29和潜水泵26，打开第一电磁截止阀5，开启制冷压缩机28。

制冷剂循环过程：在加热循环中，打开第一电磁截止阀5，使得冷凝器10与辅助蒸发器32的管路联通。制冷剂(例如R134a)在辅助蒸发器32中吸收热量后，由液体蒸发为蒸汽，经制冷压缩机28压缩后成为高压高温的蒸汽，蒸汽流过辅助冷凝器34，进入冷凝器10被冷凝为液体，液化后的制冷剂经过第一电磁截止阀5和第一干燥过滤器4进入第一热力膨胀阀3节流再次回到辅助蒸发器32吸热蒸发，制冷剂如此循环实现了热泵加热过程。

加热空气循环：在循环空气处理室8中，循环空气在蒸发器风机24的作用下通过回风管05从解冻室03流过蒸发器21进入循环空气处理室8中，然后，在冷凝器风机9的作用下通过冷凝器10而被加热升温，流过湿帘12而被加湿，通过出风口13进入送风管02被送入解冻室03中，对冷冻牛肉进行解冻，随后在蒸发器风机24的作用下通过回风管05再次进入空气处理室8中，如此循环。

在加热循环过程中，室外空气在辅助蒸发器风机29的作用下通过机箱壳体1上的散热进风口6进入散热室33，然后流过辅助蒸发器32排到散热室外，冷凝水落入第三接水盘31中，通过第二排水管30排到散热室33箱体外。

加热循环解冻室温度调节过程：在加热循环中，高温高压制冷剂蒸汽在冷凝器10中放出热量而被冷凝为液体，循环空气在冷凝器10中而被加热。此时，制冷剂的冷凝热量全部用于加热循环空气，解冻室温度上升的速度较快。由于解冻工艺要求维持12℃的解冻温度，因此，当解冻室温度上升到11℃时，需要降低冷凝器10对循环空气的加热量，降低解冻室温度上升的速度，使得解冻室温度缓慢逼近12℃，并维持12℃不变。为此，开启变频风机35。室外空气在变频风机35的作用下通过机箱壳体1上的散热进风口6进入散热室33，然后流过辅助冷凝器34排到散热室外。由于制冷压缩机28提供的制冷剂的冷凝热量是一定的，冷凝热量等于辅助冷凝器34的散热量与冷凝器10的散热量之和。因此，通过调节变频风机35的转速可以达到控制解冻室解冻温度的目的。

当开启变频风机35后，辅助冷凝器34进入工作，随着变频风机35转速的增大，流过辅助冷凝器34的风量增加，辅助冷凝器34的散热量增大，这样使得冷凝器10的散热量减少，冷凝器10给予循环空气的加热量得到减小，循环空气的温度降低，从而降低了解冻室温度的上升速度。如此调节变频风机35的转速，当转速达到某一值时，可使得冷凝器10的散热量恰好满足循环空气加热量的要求，使得解冻室03的温度维持在12℃不变。

2、降温循环

假定在解冻室维持12℃的解冻温度下运行一定时间后，解冻要求进入第二阶段，要求解冻室温度为5℃，这则要求解冻装置进入降温循环。

通过控制器打开第二电磁截止阀17、关闭第一电磁截止阀5、停止辅助蒸发器风机29的运行、调节变频器使得变频风机35以最高转速运行。

制冷剂循环过程：在降温循环中，打开第二电磁截止阀17，关闭第一电磁截止阀5，使得冷凝器10断开与辅助蒸发器32的连通反而与蒸发器21的管路连通。制冷剂在蒸发器21中吸收热量后，由液体蒸发为蒸汽，经制冷压缩机28压缩后成为高压高温的蒸汽，蒸汽进入辅助冷凝器34被冷凝为液体，然后流入冷凝器10，制冷剂液体经过第二电磁截止阀17和第二干燥过滤器18进入第二热力膨胀阀19节流再次回到蒸发器21吸热蒸发，制冷剂如此循环。

降温空气循环：在循环空气处理室8中，循环空气在蒸发器风机24的作用下通过回风管05从解冻室03流过蒸发器21而被降温除湿，进入空气处理室8中后，在冷凝器风机9的作用下通过冷凝器10流过湿帘12而被加湿，通过出风口13进入送风管02被送入解冻室03中，对冷冻牛肉进行解冻，然后在蒸发器风机24的作用下通过回风管05再次流过蒸发器21而被降温除湿，随后进入空气处理室8中，如此循环。

对于制冷剂而言，在冷凝过程中相变潜热远远大于制冷剂液体因温度降低而放出的热量。即制冷剂的冷凝热量主要是高压高温蒸汽冷凝为液体所释放出的热量。因此，在降温空气循环中，冷凝器10中制冷剂液体因温度下降而对循环空气的加热量是非常小的。

在降温空气循环中，循环空气流过蒸发器21而被降温除湿，冷凝水落入第二接水盘22中，通过第一排水管23排到空气处理室8箱体外。

降温循环解冻室温度调节过程：在降温循环中，高温高压制冷剂蒸汽在辅助冷凝器34中放出热量而被冷凝为液体，循环空气在蒸发器21中而被降温除湿。在解冻工艺要求维持5℃的解冻温度不变时，可以通过调节变频风机35的转速来满足工艺条件要求。

在降温循环中，变频风机35处于最高转速运转，高温高压蒸汽是在辅助冷凝器34中被冷凝为液体，而蒸发器21以制冷系统运行工况下的制冷量供给循环空气。当解冻室温度下降到6℃时，降低变频风机35的转速，流过辅助冷凝器34的风量减少，辅助冷凝器34的散热量减小，这样使得冷凝器10的散热量增大，冷凝器10给予循环空气的加热量得到增加。当循环空气经过蒸发器21降温除湿后进入空气处理室8中，在冷凝器风机9的作用下流过冷凝器10而被加热，这使得进入解冻室03循环空气的温度有所提高，从而降低了解冻室温度的降温速度。如此调节变频风机35的转速，使得解冻室03的温度缓慢降低并逐步逼近5℃。当变频风机35的转速降低到某一值时，可使得冷凝器10的散热量恰好满足循环空气在经过蒸发器21降温后对加热量的要求，使得解冻室的温度维持在5℃不变。

通过上述加温循环或降温循环满足解冻工艺要求，当冷冻牛肉块中心温度达到0±1℃时，解冻过程结束。

对于冷冻食品，不同的食品材质适用于不同的解冻温度。一般在低温高湿空气解冻中，解冻温度为5℃～15℃，本发明在此温度范围内，解冻温度可任意调节。本发明采用湿帘水喷淋系统使得进入解冻室空气的相对湿度始终保持在大于95％以上，满足解冻工艺的要求。本发明与电加热装置相比，热泵加热装置具有良好的节能效果。本发明采用环保制冷剂和环保保温材料对环境无影响。本发明装置设计结构紧凑、合理，占地面积小。本发明由于解冻温度可以任意调节，故可以满足不同肉类和水产品类等食品解冻工艺的温度要求。

Claims (10)

1.一种热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于包括主机、送风管、解冻室和回风管；所述主机包括机箱壳体、循环空气处理室、散热室和控制系统；

所述循环空气处理室中设有冷凝器风机、冷凝器、喷淋管、湿帘、蒸发器、第二接水盘、蒸发器风机和湿帘水喷淋系统；其中，冷凝器风机、冷凝器和湿帘设置在出风口处；蒸发器和蒸发器风机设置在回风口处；湿帘水喷淋系统由水箱、潜水泵、喷淋管、第一接水盘、回水管、湿帘供水管和湿帘构成；在水箱中放置有潜水泵和水位控制器；潜水泵通过湿帘供水管与喷淋管连接，喷淋管设置在湿帘的上端；第一接水盘设置在湿帘的下端；第一接水盘通过回水管与水箱连接；

所述散热室设有制冷压缩机、辅助冷凝器、变频风机、辅助蒸发器、辅助蒸发器风机、第二排水管、第三接水盘；在散热室箱体壳体上开有散热进风口；

所述制冷压缩机通过管道与辅助冷凝器相连，辅助冷凝器与冷凝器通过管道连接；辅助蒸发器与蒸发器并联连接，并联的进口段都接冷凝器出口；冷凝器出口管路分为两路，第一路，冷凝器出口与蒸发器连接，连接的管路上依次安装有第二电磁截止阀、第二干燥过滤器、第二热力膨胀阀；第二热力膨胀阀通过管道与蒸发器相连，蒸发器出口用管道与制冷压缩机相连接；蒸发器下端设有第二接水盘；第二路，冷凝器出口通过管道连接辅助蒸发器，连接的管道上依次设有第一电磁截止阀、第一干燥过滤器和第一热力膨胀阀；第一热力膨胀阀与辅助蒸发器相连，辅助蒸发器出口用管道与制冷压缩机相连接；辅助蒸发器下端设有第三接水盘；

所述控制系统包括温度显示与控制器、温度传感器；温度传感器设置在解冻室中；温度显示与控制器包括温度显示器与控制器；温度显示器与解冻室中的温度传感器相连；控制器分别与制冷压缩机、辅助蒸发器风机、冷凝器风机、蒸发器风机和潜水泵的控制电路相连，控制器还分别与第一电磁截止阀、第二电磁截止阀和变频风机的变频器相连；

所述主机通过送风管和回风管与解冻室连接；送风管与出风口连接；回风管与回风口连接。

2.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述第二接水盘通过第一排水管连通到空气处理室箱体外。

3.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述辅助蒸发器下端设有第三接水盘，第三接水盘通过第二排水管连通到散热室箱体外。

4.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述水箱放置在空气处理室的底部。

5.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述第二电磁截止阀、第二干燥过滤器和第二热力膨胀阀设在循环空气处理室内。

6.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述温度显示与控制器设置在主机机箱壳体顶板上。

7.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述解冻室设有解冻室门。

8.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述送风管和回风管采用保温风管。

9.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述辅助冷凝器、冷凝器、辅助蒸发器和蒸发器采用套片管式换热器。

10.根据权利要求1所述的热泵型低温高湿空气解冻装置，其特征在于：所述制冷压缩机使用全封闭式压缩机。