CN109140860A - 一种液氮循环速冻制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液氮速冻制冷领域，旨在提供一种液氮循环速冻制冷系统，包括依次相连的动力输送设备、低温液化机、液氮储槽和速冻箱；所述速冻箱的底部设有液氮蒸发器；所述液氮蒸发器的上方为悬空设置的物料托架，二者之间通过低温风机进行空气传导，实现物料的速冻；所述液氮蒸发器出口通过管道与动力输送设备相连，气化后的氮气进入所述动力输送设备，实现氮气液化‑速冻‑气化‑液化的完整循环；通过传感器和控制阀门，以及逻辑控制器，实现对被冷冻物料的温度、降温速率控制。
Description
技术领域
本发明涉及液氮速冻制冷领域，尤其一种液氮循环速冻制冷系统。
背景技术
液氮是一种低温制冷剂，由于其具有温度低(-196℃)、气化潜热大的特点，在生产中得到广泛的应用。在食品加工行业，液氮主要用于食品的冷冻与运输等，冷冻干燥等；在机械加工行业，液氮主要用于金属的冷冻处理、冷冻铸型弯管、挤压及磨削、机械装配等；在医疗领域，液氮主要用于外科、低温冷冻治疗、血液冷藏、药物冷冻与低温粉碎等；在生物工程领域，液氮主要用于冷冻贮藏珍贵植物、植物细胞、遗传种质的冷冻保存和运输等。
然而，目前对于液氮的利用基本属于一次性利用，液氮速冻隧道、液氮速冻柜都采用直接喷淋液氮的方式，达到物料速冻或创造低温环境的目的。但这种一次性利用液氮的方式存在以下不足：
1、液氮价格贵，造成加工成本的升高，液氮速冻的产品与普通速冻产品在价格上没有竞争优势。
2、液氮挥发快，采用喷淋的方式，液氮在被速冻物料上迅速挥发，立即脱离和被冻物料的表面，换热不充分，造成冷量利用不足，资源浪费。
3、喷淋的方式控制困难，难以控制被冷冻物料的温度以及物料的降温速率，对产品质量的影响较大。
现阶段缺少一种可使液氮循环速冻制冷的技术出现。
发明内容
本发明是针对现有液氮速冻装置液氮不可回收、利用不充分、控制性差等问题，提供一种液氮循环速冻制冷系统，以回收氮气，提高液氮利用效率，降低加工成本。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种液氮循环速冻制冷系统，包括依次相连的动力输送设备、低温液化机、液氮储槽和速冻箱；所述速冻箱的底部设有液氮蒸发器；所述液氮蒸发器的上方为悬空设置的物料托架，二者之间通过低温风机进行空气传导。
作为本发明的进一步改进，所述液氮蒸发器的出口通过管道与所述输送设备相连。实现氮气液化-气化-液化的完整循环。
作为本发明的进一步改进，所述液氮储槽出口设置低温自动控制阀，用于控制进入所述速冻箱的液氮流量。
作为本发明的进一步改进，所述速冻箱内设置温度传感器,根据温度值及变化趋势曲线，控制进入的液氮流量。
作为本发明的进一步改进，还包括自动控制系统；所述控制系统由传感器、控制器和执行机构组成，分别采用温度传感器、压力传感器、差压传感器和流量计来分别测量系统的温度、压力、液位和流量，再通过控制器输出控制指令来调节阀门的开度，以控制所述速冻箱的温度和降温速度曲线、所述低温液化机的负荷以及所述液氮储罐的液位高度，实现对被冷冻物料的温度和降温速率控制。
与现有的速冻设备相比，本发明具有以下优点：
1、采用非直接接触式换热，封闭式循环，液氮气化后全部回收利用，能够省去购买液氮的成本，降低了加工成本；
2、采用高效换热器，液氮与物料充分换热，将液氮冷能充分回收利用；
3、采用高效的低温制冷机，节约能源，降低了能耗；
4、采用自动控制系统，操作简单，可控性高，降低了人工成本；通过控制器设定速冻过程的降温曲线，提高速冻产品的质量，不同物料可设计不同的速冻方案，灵活性高，适应性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，动力输送设备1、低温液化机2、液氮储槽3、液氮蒸发器4、物料托架5、低温风机6、速冻箱7、氮气流量计F1、液氮罐液位计L1、冷冻仓温度传感器T1，第一控制阀V1,第二控制阀V2。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，本发明的液氮循环速冻制冷系统，包括：动力输送设备1、低温液化机2、液氮储槽3、速冻箱7和阀门、传感器、管路等，以及控制系统；速冻箱7内有液氮蒸发器4、物料托架5和低温风机6。速冻箱7采用绝热保冷措施，增强液氮和物料的换热，减少冷损；速冻箱7内还设置温度传感器T1,根据T1的值及变化趋势曲线，控制进入速冻箱7的液氮流量。
动力传输设备1相应出口与低温液化机2相连，低温液化机2的出口与液氮储槽3相连，在低温液化机2中实现氮气的降温液化，并存储在液氮储槽3中。所述液氮储槽3的出口通过低温管道与液氮蒸发器4相连；液氮蒸发器4置于速冻箱7的底部，上方有悬空设置的物料托架5，低温风机6位于二者之间。工作时，被冷却物料置于物料托架5之上，通过液氮蒸发器4和低温风机6的组合，将液氮的冷量通过速冻箱7内的循环空气传递到被冷却物料。而液氮蒸发器4的出口通过管道与动力传输设备1相连，从而可实现氮气的回收利用。
以上系统各设备通过管道连接后，管路上再设置必要的调节阀和安全阀，形成了氮气液化-气化-液化的完整闭式循环。
为实现对被冷冻物料的温度、降温速率控制，本发明还包括自动控制系统；控制系统由传感器、控制器和执行机构组成，可分别采用流量传感器、温度传感器和压力/差压传感器，测量关键点的流量、温度、压力、液位，使用自动控制系统采集这些信号，并根据编写和存储在控制器内的控制逻辑，对速冻加工过程进行自动控制；即通过控制器输出控制指令来调节阀门的开度，以控制速冻箱7的温度和降温速度曲线、所述低温液化机2的负荷以及液氮储罐3的液位高度。
本发明的工作实施过程如下：
开机前，液氮储槽3中先充装一定量的液氮。将所需速冻的物料从速冻箱7的进料舱门放置于物料托架5上，关闭舱门。通过PLC控制柜的控制屏，设定速冻的温度和降温曲线，一键启动速冻设备。动力输送设备1(风机)将氮气送入所述低温液化机2内，将氮气温度降至液化点以下实现液化，液氮利用自身的压力进入液氮储槽3存储。液氮储槽3设置液位计，根据液位计信号控制低温液化机的启停，当液位到达某一设定高值时，低温液化机2停止工作；当液位到达某一设定低值时，低温液化机2又开始启动。液氮储槽3的出口通过低温真空管道与液氮蒸发器4相连，冷流体为液氮，走换热器内侧，热流体为空气，走换热器外侧。液氮蒸发器4置于密闭的速冻箱7内，速冻箱7内还设置有低温风机6和物料托架5，物料置于托架5上，低温风机6将液氮的低温冷量通过空气传递给被冷却的物料，实现物料的速冻。速冻箱7内还设置温度传感器T1,根据T1的值及变化趋势曲线，调节阀门V2的开度，控制进入所述速冻箱7的液氮流量。液氮蒸发器4出口通过管道与动力输送设备2相连，实现氮气液化-速冻-气化的完整循环。通过流量传感器、温度传感器和压力/差压传感器和控制阀门，以及逻辑控制器，实现对被冷冻物料的温度、降温速率控制。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (5)
1.一种液氮循环速冻制冷系统，包括依次相连的动力输送设备(1)、低温液化机(2)、液氮储槽(3)和速冻箱(7)；其特征在于，所述速冻箱(7)的底部设有液氮蒸发器(4)；所述液氮蒸发器(4)的上方为悬空设置的物料托架(5)，二者之间通过低温风机(6)进行空气传导。
2.根据权利要求1所述的液氮循环速冻制冷系统，其特征在于，所述液氮蒸发器(4)的出口通过管道与所述输送设备(1)相连。实现氮气液化-气化-液化的完整循环。
3.根据权利要求1所述的液氮循环速冻制冷系统，其特征在于，所述液氮储槽(3)出口设置低温自动控制阀，用于控制进入所述速冻箱(7)的液氮流量。
4.根据权利要求1所述的液氮循环速冻制冷系统，其特征在于，所述速冻箱(7)内设置温度传感器,根据温度值及变化趋势曲线，控制进入的液氮流量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液氮循环速冻制冷系统，其特征在于，还包括自动控制系统；所述控制系统由传感器、控制器和执行机构组成，分别采用温度传感器、压力传感器、差压传感器和流量计来分别测量系统的温度、压力、液位和流量，再通过控制器输出控制指令来调节阀门的开度，以控制所述速冻箱(7)的温度和降温速度曲线、所述低温液化机(2)的负荷以及所述液氮储罐(3)的液位高度，实现对被冷冻物料的温度和降温速率控制。
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