CN107606811A - 一种低温冷冻系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温冷冻系统及其运行方法，属于冷冻冷藏及快速冻结技术领域。该低温冷冻包括高温侧制冷系统、低温侧制冷系统以及相变蓄冷模块。所述高温侧制冷系统包括高温侧压缩机、室外侧冷凝器和第一膨胀阀。所述低温侧制冷系统包括由低温侧压缩机、冷库侧蒸发器和第二膨胀阀。所述相变蓄冷模块包括高温侧蒸发盘管、低温侧冷凝盘管及多个相变蓄冷单元。该系统运行时主要分为晚间谷电蓄冷和冷冻运行两种模式。本发明装置的低温侧制冷系统与高温侧制冷系统是相互独立的，系统启动和运行控制更简单、安全、可靠，系统制冷性能高、运行能耗小、运行费用低。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温冷冻系统及其运行方法，属于冷冻冷藏及快速冻结技术领域。
背景技术
随着社会和经济的发展，人们崇尚食品的安全、卫生、营养、方便。为适应越来越高的物质需求，各种新型的食品保贮技术应运而生，如速冻、辐照、无菌包装等。冷冻技术是迄今为止效果较好、保存时间较长的一种有效保鲜方法。冷冻食品分为冷却食品和冻结食品，冷冻食品易保藏，广泛用于肉、禽、水产、乳、蛋、蔬菜和水果等易腐食品的生产、运输和贮藏。食品冷冻冷藏市场需求量大，在发达国家占有重要的地位，在发展中国家发展迅速。
食品冷藏链是在二十世纪随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的一项系统工程，是建立在食品冷冻工艺学的基础上，以制冷技术为手段，使易腐食品从生产者到消费者之间的所有环节，即从原料采摘、捕捞、收购等、生产、加工、运输、储藏及销售流通等整个过程中，始终保持合适的低温条件，以保证食品的质量，减少食品的损耗。
在食品冷藏链中，食品的预冷和快速冷冻环节，需将食品置于-20℃甚至更低的环境温度下，该环境温度一般是由低温冷冻装置来实现的。目前常用的低温冷冻装置主要采用多级压缩制冷系统或复叠式制冷系统，其高温侧的冷凝温度高于环境温度，低温侧温度低于冷库的设定温度，系统高温测与低温侧的温差高达60-80℃，这导致目前低温冷冻装置系统的制冷性能系数一般介于1.2左右，远低于常规的单级的工业冷水机组（其制冷性能系数可大于5）或家用空调器（其制冷性能系数可大于3）。
发明内容
针对现有目前低温冷冻系统装置的制冷性能系数低、系统能耗大、运行操作复杂的缺陷，本发明基于相变蓄冷技术，提出了一种低温冷冻系统及其运行方法，提高了低温冷冻系统装置的制冷性能，降低系统的能耗和运行费用。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种低温冷冻系统，特征在于，包括：高温侧制冷系统、低温侧制冷系统以及相变蓄冷模块，高温侧制冷系统和相变蓄冷模块连接，相变蓄冷模块和低温侧制冷系统连接。
所述高温侧制冷系统包括顺序相连的高温侧压缩机、室外侧冷凝器和第一膨胀阀。
所述低温侧制冷系统包括顺序连接的低温侧压缩机、冷库侧蒸发器和第二膨胀阀。
所述相变蓄冷模块包括高温侧蒸发盘管、低温侧冷凝盘管和相变蓄冷单元，其中高温侧蒸发盘管穿过相变蓄冷单元，低温侧冷凝盘管穿过相变蓄冷单元。
所述相变蓄冷单元内部填充有相变材料，相变材料的相变温度范围为-20—10℃。
一种低温冷冻系统的运行方法，主要包括晚间谷电蓄冷和冷冻运行两种运行模式；
所述晚间谷电蓄冷模式为：晚间谷电时间段，高温侧制冷系统启动运行，制冷剂从高温侧压缩机出口进入室外侧冷凝器，被冷却冷凝后流入第一膨胀阀，降温降压后的制冷剂进入高温侧蒸发盘管，从相变蓄冷模块吸热气化，返回高温侧压缩机，完成循环；
所述冷冻运行模式为：制冷剂从低温侧压缩机出口进入低温侧冷凝盘管，向相变蓄冷模块放热，被冷却冷凝后流入第二膨胀阀，降温降压后的制冷剂进入冷库侧蒸发器，从冷库环境中吸热气化，返回低温侧压缩机，完成循环。
本发明有益效果如下：
1）与复叠式制冷系统相比，本发明装置的低温侧制冷系统或高温侧制冷系统的蒸发温度与冷凝温度的温差相对较小，压缩机的压比减小，制冷系统的性能系数可提高30%以上。
2）与多级压缩制冷系统相比，本发明装置的低温侧制冷系统和高温侧制冷系统均为单级压缩制冷系统，且低温侧制冷系统与高温侧制冷系统是相互独立的，系统启动和运行控制更简单、可靠。
3）本发明装置的低温侧制冷系统和高温侧制冷系统不需要同时运行，可独立分开运行，高温侧制冷系统采用晚间谷电蓄冷的运行模式，系统年运行费用可降低20%。
附图说明
图1是低温冷冻装置的运行流程示意图，其中：1、高温侧压缩机，2、室外侧冷凝器，3、第一膨胀阀，4、高温侧蒸发盘管，5、相变蓄冷模块，6、低温侧压缩机，7、低温侧冷凝盘管，8、第二膨胀阀，9、冷库侧蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造作进一步详细地说明。
本发明的一种低温冷冻系统如图1所示，包括高温侧制冷系统、低温侧制冷系统以及相变蓄冷模块5。
所述高温侧制冷系统包括顺序相连的高温侧压缩机1、室外侧冷凝器2和第一膨胀阀3；高温侧压缩机1、室外侧冷凝器2、第一膨胀阀3和高温侧蒸发盘管4通过依次首尾相连，构成一个闭合环路。
所述低温侧制冷系统包括顺序连接的低温侧压缩机6、冷库侧蒸发器9和第二膨胀阀8；低温侧压缩机6、低温侧冷凝盘管7及第二膨胀阀8和冷库侧蒸发器9通过依次首尾相连，构成一个闭合环路。
所述相变蓄冷模块5包括高温侧蒸发盘管4、低温侧冷凝盘管7及多个相变蓄冷单元。
所述相变蓄冷单元为密封型结构，内部填充一定质量的相变材料，相变材料的相变温度为-20—10℃为宜。
本发明主要分为晚间谷电蓄冷和冷冻运行两种模式。
晚间谷电蓄冷模式：晚间谷电时间段，高温侧制冷系统启动运行，制冷剂从高温侧压缩机1出口进入室外侧冷凝器2，被冷却冷凝后流入第一膨胀阀3，降温降压后的制冷剂进入高温侧蒸发盘管4，从相变蓄冷模块5吸热气化，返回高温侧压缩机1，完成循环。该运行模式下，高温侧制冷系统产生的冷量储存在相变蓄冷模块5内。非晚间谷电时间段，高温侧制冷系统停止运行。
冷冻运行模式：有产品需要快速预冷或冷冻储藏时，低温侧制冷系统启动运行，制冷剂从低温侧压缩机6出口进入低温侧冷凝盘管7，向相变蓄冷模块5放热，被冷却冷凝后流入第二膨胀阀8，降温降压后的制冷剂进入冷库侧蒸发器9，从冷库环境中吸热气化，返回低温侧压缩机6，完成循环。该运行模式下，低温侧制冷系统对冷库提供冷量，并为冷库维持低温环境。无产品需要快速预冷或冷冻储藏时，低温侧制冷系统停止运行。
Claims (6)
1.一种低温冷冻系统，特征在于，包括：高温侧制冷系统、低温侧制冷系统以及相变蓄冷模块（5），高温侧制冷系统和相变蓄冷模块（5）连接，相变蓄冷模块（5）和低温侧制冷系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种低温冷冻系统，特征在于，所述高温侧制冷系统包括顺序相连的高温侧压缩机（1）、室外侧冷凝器（2）和第一膨胀阀（3）。
3.根据权利要求1所述的一种低温冷冻系统，特征在于，所述低温侧制冷系统包括顺序连接的低温侧压缩机（6）、冷库侧蒸发器（9）和第二膨胀阀（8）。
4.根据权利要求1所述的一种低温冷冻系统，特征在于，所述相变蓄冷模块（5）包括高温侧蒸发盘管（4）、低温侧冷凝盘管（7）和相变蓄冷单元，其中高温侧蒸发盘管（4）穿过相变蓄冷单元，低温侧冷凝盘管（7）穿过相变蓄冷单元。
5.根据权利要求4所述的一种低温冷冻系统，特征在于，所述相变蓄冷单元内部填充有相变材料，相变材料的相变温度范围为-20—10℃。
6.一种低温冷冻系统的运行方法，特征在于，包括晚间谷电蓄冷和冷冻运行两种运行模式；
所述晚间谷电蓄冷模式为：晚间谷电时间段，高温侧制冷系统启动运行，制冷剂从高温侧压缩机（1）出口进入室外侧冷凝器（2），被冷却冷凝后流入第一膨胀阀（3），降温降压后的制冷剂进入高温侧蒸发盘管（4），从相变蓄冷模块（5）吸热气化，返回高温侧压缩机（1），完成循环；
所述冷冻运行模式为：制冷剂从低温侧压缩机（6）出口进入低温侧冷凝盘管（7），向相变蓄冷模块（5）放热，被冷却冷凝后流入第二膨胀阀（8），降温降压后的制冷剂进入冷库侧蒸发器（9），从冷库环境中吸热气化，返回低温侧压缩机（6），完成循环。
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