CN107677001B - 一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其结构包括循环桶、压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器，蒸发器安装于冷库内，冷凝器植入地底下以能够直接与大地或地下水进行热交换。通过二氧化碳制冷剂在循环回路内的不间断流动来实现对冷库的持续制冷，二氧化碳是该制冷系统唯一工质，即使在地下泄露，也不会污染地下水资源，更不会破坏地下生态平衡；由于蒸发器包括冷风机和顶排管，先用冷风机对冷库进行降温预冷，然后顶排管循环制冷维持冷库内的温度稳定，以使冷库内的温差波动范围很微小，从而实现冰温贮藏；由于冷凝器植入地底下能够直接与大地进行热交换，省去了冷凝换热时的机械能损耗，显著降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及冷库制冷技术领域，具体涉及一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统。
背景技术
随着经济的快速发展、人民生活水平的不断提高，消费者对果蔬需求量不断增加，并对其新鲜度、外观、营养、口感等方面的要求也越来越高，这一要求大大推动了国内外科学工作者对果蔬贮藏保鲜方法的不懈研究。
冰温技术是继传统冷藏、冷冻之后的第三代食品贮藏保鲜技术，但是狭窄的冰温带范围限制了冰温技术在我国的快速推广，也就是果蔬需要在温差波动范围很微小的冷库内才能实现冰温保鲜，冷库也为立体库。现有的对冷库进行制冷的制冷系统不仅能耗高，而且不能保证冷库内的温差在很微小的范围拨动，从而导致不能实现对其内的果蔬进行长时间的冰温贮藏。另外，在制冷剂方面，目前国内外冷库制冷系统中多采用氟利昂、氨作为制冷剂，但是氟利昂会破坏臭氧层而产生一定的温室效应，不够环保，而氨有毒并有发生爆炸的潜在危害，存在很高的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，该二氧化碳制冷系统不仅保证冷库内的温差在很微小的范围拨动，实现果蔬长时间的冰温贮藏，而且安全环保、能耗低。
本发明的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其技术方案为：
包括由管道依次连接成循环回路的循环桶、压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器，管道内流通有二氧化碳制冷剂，蒸发器安装于冷库内，且蒸发器包括能够对冷库快速降温预冷的冷风机和能够维持冷库温度稳定的顶排管，冷凝器植入地底下以能够直接与大地或地下水进行热交换。
其中，还包括浮球阀，储液器包括第一储液器和第二储液器，浮球阀的出气口分别通过压力管道连接第一储液器的顶部、第二储液器的顶部，第一储液器的顶部和第二储液器的顶部都通过抽气管道连接循环桶的进气口，压力管道和抽气管道都安装有电磁阀；循环桶的出液口分别通过储液管道连接第一储液器的底部、第二储液器的底部，第一储液器的底部和第二储液器的底部都通过输液管道连接蒸发器，储液管道和输液管道都安装有单向阀。
其中，冷风机与顶排管为并联排布，每条储液管道都安装有用于调节二氧化碳流量的调节阀。
其中，冷凝器为植入式冷凝器，冷凝器包括多个并联且竖直排布的冷凝管。
其中，冷凝管为单U形管、双U形管和螺旋管之中的一种或至少两种。
其中，植入式冷凝器能够承受的压力不大于120bar。
其中，冷凝管埋设于冻土层以下100m处。
其中，冷凝器为由耐压耐腐蚀的不锈钢制成的冷凝器。
其中，蒸发器能够承受的压力不大于40bar。
其中，冷库内的上部空间还安装有能够对果蔬进行喷淋加湿的加湿装置。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明的立体库二氧化碳制冷系统，其结构包括由管道依次连接成循环回路的循环桶、压缩机、冷凝器、浮球阀、储液器和蒸发器，蒸发器安装于冷库内，且蒸发器包括能够对冷库快速降温预冷的冷风机和能够维持冷库温度稳定的顶排管，冷凝器植入地底下以能够直接与大地或地下水进行热交换。通过二氧化碳制冷剂在循环回路内的不间断流动来实现对冷库的持续制冷，二氧化碳是该制冷系统唯一工质，即使在地下泄露，也不会污染地下水资源，更不会破坏地下生态平衡，更加安全环保；由于蒸发器包括冷风机和顶排管，先用冷风机对冷库进行快速降温预冷，然后顶排管循环制冷维持冷库内的温度稳定，以使冷库内的温差波动范围很微小，从而即可实现果蔬长时间的冰温贮藏；由于冷凝器植入地底下以能够直接与大地进行热交换，省去了冷凝换热时的机械能损耗，显著降低能耗。
附图说明
图1为本发明的冷库二氧化碳制冷系统的原理示意图。
图2为本发明的冷库内的布局示意图。
图1和图2中的附图标记为：
1-循环桶；
2-压缩机；
3-冷凝器；
41-第一储液器、42-第二储液器；
5-浮球阀；
6-蒸发器、61-冷风机、62-顶排管；
7-压力管道；
8-抽气管道；
9-储液管道；
10-输液管道；
11-电磁阀；
12-单向阀；
13-调节阀；
14-堆垛机；
15-货架；
16-加湿装置。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图1和图2所示，本实施例提供的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其结构包括循环桶1、压缩机2、冷凝器3、浮球阀5、储液器和蒸发器6，其中，循环桶1为低压循环桶，储液器有两个，分别为第一储液器41和第二储液器42。循环桶1的出气口通过管道依次连接压缩机2、冷凝器3和浮球阀5的进气口，浮球阀5的出气口分别通过压力管道7连接第一储液器41的顶部、第二储液器42的顶部，第一储液器41的顶部和第二储液器42的顶部都通过抽气管道8连接循环桶1的进气口，压力管道7和抽气管道8都安装有电磁阀11；循环桶1的出液口分别通过储液管道9连接第一储液器41的底部、第二储液器42的底部，第一储液器41的底部和第二储液器42的底部都通过输液管道10连接蒸发器6的进液口，储液管道9和输液管道10都安装有单向阀12；蒸发器6的出气口通过管道也连接循环桶1的进气口。所有的管道内，包括压力管道7、抽气管道8、储液管道9和输液管道10，都流通有二氧化碳制冷剂，其流动方向如图1管道上中箭头所示。天然工质二氧化碳是该制冷系统唯一工质，即使在地下泄露，也不会污染地下水资源，更不会破坏地下生态平衡，更加安全环保。蒸发器6安装于冷库内，而且蒸发器6包括能够对冷库快速降温预冷的冷风机61和能够维持冷库温度稳定的顶排管62，冷凝器3为植入式冷凝器3，冷凝器3需要植入冻土层以下100m处以使冷凝器3能够直接与大地进行热交换。
在二氧化碳制冷系统正常工作时，储液器一个起储液功能，另一个起供液功能，并且两个储液器的功能可根据需要随时进行切换。假设此时的制冷系统中，第一储液器41为储液器，第二储液器42为供液器，浮球阀5与第一储液器41之间的电磁阀11闭合；循环桶1与第一储液器41之间的电磁阀11打开，循环桶1与第二储液器42之间的电磁阀11闭合。整个制冷过程为，循环桶1和第一储液器41的低温低压的二氧化碳气体被压缩器抽入其内，经压缩后变为高温高压的二氧化碳气体流入冷凝器3与大地或者地下水进行换热，然后冷凝为高压的二氧化碳液体进入浮球阀5，浮球阀5内的二氧化碳液体经浮球阀5节流降压后进入循环桶1，接着在重力作用下沿储液管道9流入第一储液器41进行储存，然后打开浮球阀5和第二储液器42之间的电磁阀11，在压差的作用下将事先储存在第二储液器42的低压二氧化碳液体送入蒸发器6中并吸取冷库内果蔬释放的热量后变为气液混合物，最后回流至低压的循环桶1中分离出气液两相，从而完成一个制冷循环。随着制冷时间的延长，第二储液器42内的二氧化碳液体越来越少，第一储液器41内的二氧化碳液体越来越多，待第二储液器42的二氧化碳液体减少至一定体积时，压力管道7和抽气管道8上的电磁阀11开闭开始切换，使得第二储液器42变为储液器，第一储液器41变为供液器，这样第二储液器42与第一储液器41交替变换功能，使得该制冷系统能够稳定持续制冷。在该制冷系统中电磁阀11和单向阀12严格按照图1中所示进行布置，通过电磁阀11和单向阀12的共同作用，保证系统储液与供液正常。
进一步的，该制冷系统中循环桶1在实际工程中放置位置在竖直高度上一定要高于两个储液器的位置，这样才能确保循环桶1中的低压液体在重力的作用下顺利流入同等压力下的储液器中。
蒸发器6包括冷风机61和顶排管62，冷风机61与顶排管62并联排布，每条储液管道9都安装有调节阀13，用于调节库流入内蒸发器6制冷剂流量。对于刚入冷库的果蔬先开启冷风机61进行预冷，因为冷风机61预冷速度快，能够快速去除果蔬大部分的田间热，当冷库内的温度降至3℃左右时，切换为顶排管62制冷，顶排管62能够进一步降低冷库内的温度至-1℃～-2.5℃之间，这个温度区间即为果蔬的冰点，而且顶排管62能够持续使得冷库内的温度波动可控制在±0.5℃以内。冷库内的上部空间还安装有能够对果蔬进行喷淋加湿的加湿装置16。待库温稳定在冰点时，加湿装置16对冷库内的果蔬表面进行喷淋加湿，使得果蔬表面能够形成一层极薄的冰膜，从而实现冰温保鲜，冰温保鲜可使果蔬能够长时间贮藏而避免果蔬的干耗，进而最大程度地保持果蔬原有品质。
如图2所示，冷库内的中部为堆垛机14，堆垛机14的两侧货架15，堆垛机14将送入冷库的果蔬为放置在货架15上，为了使果蔬表面加湿均匀，也避免水洒向堆垛机14，加湿装置16安装在货架15的上方。预冷过程中为避免冷风直吹果蔬造成部分干耗，冷风机61选择垂直下吹风式，布置在堆垛机14巷道上部，如图2位置所示。
本实施例中，冷凝器3为植入式冷凝器3，冷凝器3包括多个并联且竖直排布的冷凝管。植入式冷凝器3在高压下运行，其最大需承受压力不大于120bar。库内蒸发器6在亚临界范围运行，其最大需承受压力不大于60bar ，优选的。蒸发器6最大需承受压力不大于40bar。植入式换热器的形式不定，根据需要可以采用单U形管，双U形管或螺旋管中的一种或这几种组合。考虑到提高换热效果，施工成本以及占地面积，植入式冷凝器3应埋设在当地冻土层以下100m深的范围内。因植入式冷凝器3常年埋置在地面下，需采用耐腐蚀的不锈钢材质。为确保这两系统回油，在植入式冷凝器3高度方向上需设置一定数量的回油弯。
本实施例中，储液器在具体实施中，先做简单的保温处理然后再埋置在地下4m深处，防止周围环境对低压液体的影响。
本发明的二氧化碳制冷系统，该制冷系统环保安全，不局限于果蔬冰温库的应用，还可适用于一些对温控精度要求高的的场所，如医疗行业用的医药库等。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，包括由管道依次连接成循环回路的循环桶、压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器，其特征在于：管道内流通有二氧化碳制冷剂，蒸发器安装于冷库内，且蒸发器包括能够对冷库快速降温预冷的冷风机和能够维持冷库温度稳定的顶排管，冷凝器植入地底下以能够直接与大地或地下水进行热交换；蒸发器能够承受的压力不大于60bar；
其中，还包括浮球阀，储液器包括第一储液器和第二储液器；
循环桶的出气口通过管道依次连接压缩机、冷凝器和浮球阀的进气口，浮球阀的出液口通过管道连接循环桶的进液口，循环桶的出液口分别通过储液管道连接第一储液器的底部、第二储液器的底部，第一储液器的底部和第二储液器的底部都通过输液管道连接蒸发器的进液口，蒸发器的出气口通过管道也连接循环桶的进气口；
浮球阀的出气口分别通过压力管道连接第一储液器的顶部、第二储液器的顶部，第一储液器的顶部和第二储液器的顶部都通过抽气管道连接循环桶的进气口，压力管道和抽气管道都安装有电磁阀。
2.根据权利要求1所述的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其特征在于：冷风机与顶排管为并联排布，每条储液管道都安装有用于调节二氧化碳流量的调节阀。
3.根据权利要求1或2所述的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其特征在于：冷凝器为植入式冷凝器，冷凝器包括多个并联且竖直排布的冷凝管。
4.根据权利要求3所述的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其特征在于：冷凝管为单U形管、双U形管和螺旋管之中的一种或至少两种。
5.根据权利要求3所述的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其特征在于：植入式冷凝器能够承受的压力不大于120bar。
6.根据权利要求3所述的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其特征在于：冷凝管埋设于冻土层以下100m处。
7.根据权利要求3所述的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其特征在于：冷凝器为由耐压耐腐蚀的不锈钢制成的冷凝器。
8.根据权利要求1或2所述的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其特征在于：蒸发器能够承受的压力不大于40bar。
9.根据权利要求1或2所述的一种独立加湿式果蔬冰温立体库二氧化碳制冷系统，其特征在于：冷库内的上部空间还安装有能够对果蔬进行喷淋加湿的加湿装置。
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