CN108344221B - 一种可调控压力的真空预冷机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调控压力的真空预冷机，包括真空室与真空发生器，所述真空发生器包括两级的罗茨泵与水环泵，所述两级罗茨泵串联一起，所述气管通路中设有水环泵水温调节器，水环泵水温调节器包括有冷却塔和换热器，所述水箱与水环泵的进水口连通，所述水环泵的排气口与冷却塔连通，所述换热器的进水口也与水箱连通。本发明通过罗茨水环泵组作为真空发生器，省去了捕水器的结构，而且通过改变水环泵中的水温从而调整真空度。

Description

一种可调控压力的真空预冷机

技术领域

本发明涉及一种真空预冷机，特别是可调压力的真空预冷机。

背景技术

真空预冷机是运用真空预冷技术，利用真空泵抽取真空槽内空气和水蒸气以降低真空箱体内气压的冷却加工设备。在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，蒸发热为2256KJ/kg；当压力下降到610帕时，水的沸点是0℃，蒸发热为2500KJ/kg。随着气压的降低，水的沸点降低，而蒸发单位质量的水所消耗的热量增加。真空预冷就是在真空条件下，使水迅速在真空处理室内以较低的温度蒸发，在此过程中，消耗较多热量，在没有外界热源的情况下，在真空室内产生了制冷效果。真空预冷技术原理简单，降温速度高，广泛应用于农产品保鲜、运输与储存等。

真空预冷机中，核心的是真空泵，但是现有的真空泵采用的基本都是单级旋片泵。工作的时候，从理论上讲，蒸发的水蒸气可由真空泵抽吸排空，但绝对压力越小，水蒸气汽化体积就越大，如所有的水蒸气都只靠真空泵抽吸，是很难使预冷室压力维持在较低的水平，冷却速率也就相当慢，无法达到预定的目标。为此，现有的真空预冷机中，会通过一个闭式制冷系统中的“捕水器”(实为闭式制冷系统的蒸发器，但在真空预冷机中，通常被称为水汽凝结器或捕水器)予以冷却成水滴，蓄在捕水器表面及下方的积水箱中，预冷结束后由放水阀排除。真空预冷机中捕水器不是直接起着冷却食品的作用，捕水器在凝结水蒸气的同时，使冷凝室水蒸气分压力降低，水蒸气在冷凝室压差及真空泵抽气的作用下进入冷凝室连续被凝结，避免水蒸气进入真空泵，在真空泵压缩腔内被压缩成水珠，使真空泵油被乳化，对真空泵造成损坏。

但是，现有的预冷机存在有以下不足：首先真空泵采用的单级旋片泵工作时所能提供的真空度是固定的，比较难以根据需要调整；其次，捕水器一般采用氟利昂制冷，从真空室内抽吸的水蒸气需要在捕水器中全部凝结出来，从捕水器中抽走的热量最终也需要通过水冷或者风冷排放到大气中，热量经过了多次转换传递导致效率不高。另外，闭式的捕水器在工作一段时间后，会导致制冷效果的降低，连续运行过程中，在温度低时，蒸发器容易结冰，并且蒸发器表面水没有及时排出时，导致换热效率降低，连续生产时，除霜不干净，容易导致捕水不干净，影响真空泵工作，从而导致了生产成本的升高。而且捕水器需要有足够的制冷量使水蒸气凝结，但蒸发器过冷，又会导致有结冰现象，因此捕水器的结构及制作要求较高，导致成本上升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种克服现有技术中的不足，实现一种压力可调的真空预冷机。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种可调控压力的真空预冷机，包括真空室与真空发生器，所述真空室与真空发生器连通，所述真空发生器包括两级的罗茨泵与水环泵，还包括有水环泵水温调节器，所述两级罗茨泵串联一起，第一级罗茨泵与真空室连通，而第二级罗茨泵与水环泵通过气管通路连通，所述水环泵水温调节器包括换热器与冷却塔，所述换热器包括气通回路与水通回路，所述气通回路的进气端与罗兹泵连通，所述气通回路的出气端与水环泵连通，所述冷却塔包括有积水箱，所述积水箱的出水口与水环泵的进水口连通，所述积水箱通过水泵与换热器水通回路入水口连通，所述水环泵的排气口以及换热器出水口与冷却塔入水口连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述换热器气通回路的进气端与第二级罗茨泵的出气端之间通过连通管连接，所述连通管的上端与第二级罗茨泵的出气端连接，所述连通管的下端与换热器气通回路的进气端连通，且所述的连通管的走向自上而下单向向下。

作为上述技术方案的进一步改进，所述换热器气通回路的进气端与第二级罗茨泵的出气端之间通过连通管连接，所述连通管的上端与第二级罗茨泵的出气端连接，所述连通管的下端与换热器气通回路的进气端连通，所述的连通管包括拐弯段，所述的连通管中的拐弯段中设有排水机构或设置有加热器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述换热器上的水通回路入水口与气通回路出气口的位于同一侧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述水环泵水温调节器还包括压缩机制冷装置，所述制冷装置设置在冷却塔积水箱与水环泵和水泵之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却塔包括可调速风机。

作为上述技术方案的进一步改进，所述换热器进气口与气管通路之间设有第一三通接头，所述出气口与气管通路之间设有第二三通接头，所述气管通路中还设有真空阀。

作为上述技术方案的进一步改进，气通回路的出气口设置储水槽，所述储水槽的底部包括开关阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述罗茨泵可以有三级以上，多级的罗茨泵相互串联一起。

本发明的有益效果是：本发明通过罗茨水环泵组作为真空发生器，利用罗茨泵的抽速大，相对能耗低，单价低的特点，可以采用多台罗茨泵并联来加大抽速，省去了对捕水器的过高要求和复杂结构，而且其提供的真空度是随着水环泵水温的变化而变化，这样对于一些特殊要求的果蔬，就可以通过水温调节器改变冷却塔中的水箱温度，进而改变水环泵中的水温从而调整真空度来适应，这样就可以扩大真空预冷机的适应范围。而且罗茨泵至少有两级，通过罗茨泵的多次提升压力，将低温的饱和空气提升至高温饱和空气，可以直接通过冷却塔水冷方式将热量排入大气中，提高了能量利用效率，避免热量在真空发生器中汇集，影响真空发生器的效率，达到降低能耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1，本发明解决其技术问题的解决方案是：一种可调控压力的真空预冷机，包括真空室与真空发生器，所述真空室与真空发生器连通，所述真空发生器包括两级的罗茨泵与水环泵，所述两级罗茨泵串联一起，第一级罗茨泵与真空室连通，而第二级罗茨泵与水环泵通过气管通路连通，所述气管通路中设有换热器，所述换热器包括进气口与出气口，所述进气口与气管通路之间设有第一三通接头，所述出气口与气管通路之间设有第二三通接头，所述气管通路中还设有真空阀；本真空预冷机还包括有冷却塔，所述冷却塔包括有水箱以及水温调节器，所述水温调节器可以控制水箱中的水温度，所述水箱与水环泵的进水口连通，所述水环泵的排气口与冷却塔连通，所述换热器的进水口也与水箱连通。

根据气体的道尔顿定律可知，混合气体的压力等于组成气体的各种成分的分压力之和，因而水的饱和蒸汽压对泵的抽气量的影响必然会存在，特别是在水温较高、吸入压力较低(真空度较高)时，对气量的影响更为显著。水温对气量的影响，可举例计算说明。根据标准GB/T 13929《水环真空泵和水环压缩机试验方法》规定，水温对水环真空泵抽气量的影响系数K1可用下式计算。

式中：p₁———泵入口气体压力(绝压)，hPa；

p₁₅———水温15℃时饱和蒸汽压，17.04hPa；

p_t———水温为t℃时饱和蒸汽压，hPa；

如果供水温度为30℃，其饱和蒸汽压为42.42hPa，当入口气体压力为400hPa时，水温影响系数K1＝1.07，即由于水的饱和蒸气压的影响使抽气量与进水温度15℃时相比降低了7％，如果入口压力更低而水温更高，对气量的影响就更大了。

因此，本发明就是利用了这一原理，通过换热器的降温作用，使进入水环泵的饱和水汽先凝结，避免水蒸气在水环泵中凝结从而影响水环泵中的水温，冷却塔中又对过热水进行降温，使水温控制在环境温度附近，水环泵中的供水进行控温，当水环泵的水温低，水的蒸发压力就低，水环泵所能达到的极限真空度也就低，罗茨水环泵的极限压力也就更低。因此利用温控系统调节水环泵的入水口温度来调整真空泵组的极限真空压力。反之，如果让进入水环泵的水温稳定在某一个值时，真空库内的真空度也会稳定在一定的值，这样就可以通过调整真空库内的压力来适应不同的果蔬品种。

一开始工作的时候，为了提高抽速，真空阀开启，空气直接从罗茨泵进入到水环泵。而当真空室中的空气开始冷却后，空气中包含了大量的水汽，此时真空阀打开，从真空室中所制冷物品中抽出的饱和水汽经过罗茨泵的压力提升后，水汽的温度高于环境温度，此时通过换热器将热量从湿空气传递到水中，水经过冷却塔冷却，这样热量可以通过冷却塔的水蒸发将系统热量排放到大气中，而降温好的空气再进入水环泵，从水环泵中排出，这样就可以避免高温高湿的空气经过水环泵时影响水环泵抽气效率和水环泵使用寿命。

进一步作为优选的实施方式，所述换热器气通回路的进气端与第二级罗茨泵的出气端之间通过连通管连接，所述连通管的上端与第二级罗茨泵的出气端连接，所述连通管的下端与换热器气通回路的进气端连通，且所述的连通管的走向自上而下单向向下。利用连通管自身的高度落差，保证了从第二级罗茨泵出来的空气能够全部流入到换热器中去，而且不会出现冷凝水集聚在连通管中，从而影响到真空发生器的工作效率。换热器的安装方式会影响到气通回路中冷凝水的聚集部位，如果冷凝水在进入换热器气通回路前的气管通路中聚集不能及时排入换热器中，会导致高温水再次气化而影响水环泵抽速，从而影响效率

进一步作为优选的实施方式，所述换热器气通回路的进气端与第二级罗茨泵的出气端之间通过连通管连接，所述连通管的上端与第二级罗茨泵的出气端连接，所述连通管的下端与换热器气通回路的进气端连通，所述的连通管包括拐弯段，所述的连通管中的拐弯段中设有排水机构或设置有加热器。当连通管在实际布局中，不得不出现拐弯段的时候，该拐弯段容易出现积压的冷凝水，此时，应该对冷凝水进行及时的排出，避免冷凝水堵塞管路影响抽气速度，排出方法可以通过排水机构将其直接流入水环泵，或直接流入积水箱；又或者通过加热器，可以将集聚在该连通管中的水进行汽化，然后被带走。避免了冷凝水对整个真空发生器的造成影响。

进一步作为优选的实施方式，所述冷却塔包括可调速风机。利用可调风机，可以调节水箱的热量蒸发大小，从而起到控制水箱水温的效果。当然了，可调风机的调整范围不仅仅是转速，还可以是调整风机的启停或者是风机的吹风角度等。

进一步作为优选的实施方式，所述水环泵水温调节器还包括压缩机制冷装置，所述制冷装置设置在冷却塔积水箱与水环泵和水泵之间。当然了，单靠风机难以对水温进行大幅度的调温，因此可以利用现有中的压缩机制冷装置对水温进行调控。

进一步作为优选的实施方式，所述换热器与水箱之间还包括有水泵。利用水泵，使得换热器中与水箱之间形成一个循环往复的回路，保证换热器的换热效率。

进一步作为优选的实施方式，所述气通回路的出气口设置储水槽，所述储水槽的底部包括开关阀。

进一步作为优选的实施方式，所述罗茨泵可以有三级以上，多级的罗茨泵相互紧密串联一起。罗茨泵的数量越多，其真空度就可以更大，当然了，能耗也更高，客户可以根据实际的需求对罗茨泵的数量进行选定。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种可调控压力的真空预冷机，包括真空室与真空发生器，所述真空室与真空发生器连通，其特征在于：所述真空发生器包括两级罗茨泵与水环泵，还包括有水环泵水温调节器，所述两级罗茨泵串联一起，第一级罗茨泵与真空室连通，而第二级罗茨泵与水环泵通过气管通路连通，所述水环泵水温调节器包括换热器与冷却塔，所述换热器包括气通回路与水通回路，所述气通回路的进气端与罗兹泵连通，所述气通回路的出气端与水环泵连通，所述冷却塔包括有积水箱，所述积水箱的出水口与水环泵的进水口连通，所述积水箱通过水泵与换热器水通回路入水口连通，所述水环泵的排气口以及换热器出水口与冷却塔入水口连通；所述换热器气通回路的进气端与第二级罗茨泵的出气端之间通过连通管连接，所述连通管的上端与第二级罗茨泵的出气端连接，所述连通管的下端与换热器气通回路的进气端连通，且所述的连通管的走向自上而下单向向下；所述换热器进气端与气管通路之间设有第一三通接头，所述出气端与气管通路之间设有第二三通接头，所述气管通路中还设有真空阀。

2.根据权利要求1所述的可调控压力的真空预冷机，其特征在于：所述换热器气通回路的进气端与第二级罗茨泵的出气端之间通过连通管连接，所述连通管的上端与第二级罗茨泵的出气端连接，所述连通管的下端与换热器气通回路的进气端连通，所述的连通管包括拐弯段，所述的连通管中的拐弯段中设有排水机构或设置有加热器。

3.根据权利要求1或2所述的可调控压力的真空预冷机，其特征在于：所述换热器上的水通回路入水口与气通回路出气口的位于同一侧。

4.根据权利要求1所述的可调控压力的真空预冷机，其特征在于：所述水环泵水温调节器还包括压缩机制冷装置，所述制冷装置设置在冷却塔积水箱与水环泵和水泵之间。

5.根据权利要求1所述的可调控压力的真空预冷机，其特征在于：所述冷却塔包括可调速风机。

6.根据权利要求1所述的可调控压力的真空预冷机，其特征在于：气通回路的出气口设置储水槽，所述储水槽的底部包括开关阀。

7.根据权利要求1所述的可调控压力的真空预冷机，其特征在于：所述罗茨泵有三级以上，多级的罗茨泵相互串联一起。