CN111664613A - 一种臭氧-流化冰的制备系统及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种臭氧‑流化冰的制备系统，包括流化冰制备系统、蒸发式制冷系统和臭氧发生器，流化冰制备系统包括溶液配制罐、制冰机、蓄冰罐和气液混合泵，蓄冰罐内安装有搅拌装置，蓄冰罐的底部连接有放水管，蒸发式制冷系统包括满液式蒸发器、气液分离器、压缩机、冷凝器、干燥过滤器和节流阀，制冰机安装在满液式蒸发器上，通过制冷工质液体在满液式蒸发器内蒸发吸热使满液式蒸发器的内部降温，满液式蒸发器能够与制冰机换热从而为制冰机提供冷量，通过控制制冷工质液体流回满液式蒸发器的流量，以控制满液式蒸发器内部的温度。本发明还提供了上述制备系统的臭氧‑流化冰的制备方法，能制备出多种具有不同物性参数臭氧‑流化冰，并保证流化冰一次成型。

Description

一种臭氧-流化冰的制备系统及制备方法
技术领域
本发明涉及臭氧-流化冰制备领域，尤其涉及一种臭氧-流化冰的制备系统及制备方法。
背景技术
水产品如鱼、虾等富含无机盐、蛋白质等营养成分，肉质鲜美，深受人们的喜爱，但由于其水分含量高、营养丰富，故极易腐败，生物体鲜度自死亡起即开始迅速恶化，如果没有合适的保存条件，各种微生物、细菌、会加速消耗肉中的营养物质, 降低水产品的品质并缩短货架期。刚捕捞的水产品在运输、贩卖的过程中常用的保鲜方法是碎冰保鲜，这种方法在碎冰的更换和运输过程中需要消耗大量的劳动力，而且碎冰锋利的棱角会划伤生物体的表面，加剧产品的腐败。碎冰与水产品表面接触面积有限，换热效率低，且水产品长期暴露在空气中，更加速了水产品的腐败，因此迫切需要一种新的保鲜方法来解决传统保鲜过程中存在的问题。
流化冰俗称冰浆，是一种冰水混合物，其相变潜能大，含冰率为5%~20%的流化冰其载冷能力约是冷却水的1.8-4.3倍，且具有良好的流动性和输运性能，相对于碎冰块，它可以实现对水产品的快速预冷，减少水产品的二次损伤等益处。臭氧属于广谱杀菌剂，对细菌、真菌、病毒，甚至肉毒杆菌毒素均有较强的杀灭作用，而且它的杀菌速度很快，比氯快300-600倍，在食品保鲜中有着广泛的应用。臭氧-流化冰作为一种新的保鲜工质，不仅能够起到冷却作用，还能很好的杀菌，但由于其制备系统复杂，在制备过程中制冰机容易发生冰堵、流化冰保存过程中存在固化和融化的问题，且针对不同的类型的保鲜产品，所需的臭氧-流化冰的物性参数也不同，而现有的流化冰制备系统难以制备多种不同物性参数的臭氧-流化冰，并且现有技术中还存在流化冰向制冰机回流的风险，生产效率较低、成本较高。此外，现有技术中将臭氧直接通入到制备完毕的流化冰内形成臭氧-流化冰，使流化冰内的臭氧微泡过大，导致臭氧的分解速度过快，缩短了臭氧-流化冰的保质期，降低了臭氧的利用率。
发明内容
为解决上述现有的臭氧-流化冰制备中存在的问题，本发明提供了一种臭氧-流化冰的制备系统及制备方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种臭氧-流化冰的制备系统，包括用于制备并储存流化冰的流化冰制备系统、用于为流化冰制备系统提供冷量的蒸发式制冷系统、以及用于制备臭氧的臭氧发生器；
所述流化冰制备系统包括溶液配制罐、制冰机、蓄冰罐和气液混合泵，溶液配制罐、制冰机和蓄冰罐之间通过管路连接，气液混合泵安装于流化冰制备系统的管路上并位于溶液配制罐和制冰机之间，所述臭氧发生器与气液混合泵连接，使臭氧发生器生成的臭氧和溶液配制罐内的溶液能够流入气液混合泵内混合后再流动至制冰机内形成臭氧-流化冰，并通过气液混合泵带动臭氧-流化冰流入蓄冰罐，蓄冰罐内安装有搅拌装置以防止臭氧-流化冰固化，蓄冰罐的底部连接有放水管，放水管与溶液配制罐连接，以便于蓄冰罐内的臭氧-流化冰融化生成的溶液流回溶液配制罐；
所述蒸发式制冷系统包括满液式蒸发器、气液分离器、压缩机、冷凝器、干燥过滤器和节流阀，满液式蒸发器、气液分离器、压缩机、冷凝器和干燥过滤器依次通过管路连接，干燥过滤器还通过管路与满液式蒸发器连接，节流阀安装于蒸发式制冷系统的管路上，所述制冰机安装在满液式蒸发器上，通过制冷工质液体在满液式蒸发器内蒸发吸热使满液式蒸发器的内部降温，满液式蒸发器能够与制冰机换热从而为制冰机提供冷量，通过气液分离器使满液式蒸发器内蒸发生成的制冷工质气体和制冷工质液体分离，并使分离后的制冷工质气体流入压缩机，通过压缩机对制冷工质气体进行压缩后使制冷工质气体在冷凝器内冷凝为制冷工质液体，通过干燥过滤器对冷凝后所得的制冷工质液体进行过滤后使制冷工质液体流回满液式蒸发器，通过节流阀控制流回满液式蒸发器的制冷工质液体的流量，以便于控制满液式蒸发器内部的温度。
优选的，流化冰制备系统的管路上安装有流量计和控制阀。
优选的，蒸发式制冷系统的管路上安装有多个压力表和温度计。
上述制备系统的一种臭氧-流化冰的制备方法，根据所需流化冰的成分将原料加入溶液配制罐内配制得到溶液，并对溶液配制罐内的溶液进行预冷，然后开启气液混合泵和臭氧发生器，使臭氧和溶液流动至气液混合泵内混合后再流动到制冰机内，之后开启制冰机、气液分离器、压缩机、冷凝器、干燥过滤器和节流阀，使满液式蒸发器内的制冷工质液体吸热蒸发后在蒸发式制冷系统的管路内循环流动，控制节流阀的开度以控制满液式蒸发器内部的温度，使满液式蒸发器内部的温度低于溶液结晶温度5-10℃，制冰机与满液式蒸发器换热降温并将含有臭氧的溶液制成所需的臭氧-流化冰，臭氧-流化冰在气液混合泵的压力下从制冰机流动至蓄冰罐内储存，制备完成。
优选的，根据节流阀的开度配合控制气液混合泵的流量，以保证制冷工质的蒸发吸热量不小于流入制冰机内的溶液降温结冰所需的制冷量，并根据气液混合泵的流量控制臭氧发生器向气液混合泵内通入的臭氧流量。
优选的，根据所需的臭氧-流化冰的物性参数，确定流化冰的含冰率IBF和所需配置溶液的成分含量，并以此得到溶液的结晶温度T、溶液的预冷温度
Figure 936751DEST_PATH_IMAGE001
、溶液的比热容
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
、以及溶液的相变潜热
Figure 443955DEST_PATH_IMAGE003
，根据制冷工质液体的成分，得到单位流量的制冷工质液体蒸发吸热后的单位制冷量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
；
调整节流阀的开度以控制单位时间内蒸发吸热的制冷工质的量
Figure 922341DEST_PATH_IMAGE005
，并调整气液混合泵的流量以控制单位时间内降温结冰的溶液的量
Figure 503495DEST_PATH_IMAGE006
，通过对节流阀和气液混合泵进行同步配合控制，保证在相同单位时间内降温结冰的溶液的量
Figure 104241DEST_PATH_IMAGE006
与蒸发吸热的制冷工质的量
Figure 833163DEST_PATH_IMAGE005
之间满足：
Figure 364507DEST_PATH_IMAGE007
，以保证制冷工质的蒸发吸热量与溶液降温结冰所需的制冷量相匹配，并同时控制臭氧发生器向气液混合泵内通入的臭氧流量
Figure 128064DEST_PATH_IMAGE008
，保证
Figure 102973DEST_PATH_IMAGE009
，其中h为所需的臭氧-流化冰内的臭氧浓度。
优选的，制冰过程中，保证制冰机内具有0.2-0.3 Mpa的压力。
优选的，制冰过程中，制冰机内刮刀的刮削速度为400-500r/min，刮刀在制冰机内安装时的预紧力为1.5-3N。
进一步的，每当节流阀的开度增大使单位时间内蒸发吸热的制冷工质的量增大10%时，将制冰机内刮刀的刮削速度增大15%，并将刮刀在制冰机内安装时的预紧力增大5%。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中通过在蓄冰罐内设置搅拌装置解决了流化冰在保存过程中固化的问题，同时也使臭氧在流化冰中的溶解更均匀，蓄冰罐底部通过放水管进行回流的设计能够及时排除蓄冰罐内多余的融化溶液，保证了流化冰的品质。本发明中，通过气液混合泵使臭氧和溶液混合后进行制冰，采用的是将臭氧直接冻结在冰晶成核的过程中的方法，与现有技术中将臭氧直接通入到制备完毕的流化冰内相比，所形成的臭氧微泡较小，导致臭氧分解速率降低，大幅度的提高了臭氧-流化冰的保质期，并提高了臭氧的利用率。
本发明中，流化冰在制冰机内的冷却制备过程是与制冷工质在满液式蒸发器内的吸热蒸发过程关联配合的，因此可以通过对节流阀开度以及气液混合泵流量两方面分别或同时进行控制，来具体调整两个换热过程中发生交换的热量，就可以灵活控制溶液在制冰机内转化为流化冰的快慢过程，因此能够较为方便的对流化冰的各项参数进行调整和控制，有利于制备出多种具有不同的臭氧浓度、流化冰温度、含冰率、冰粒大小等物性参数的臭氧-流化冰，并保证流化冰一次成型，即通过控制换热过程能够保证流入制冰机内的溶液全部制备为流化冰后再被送出，避免了由于流化冰的参数不合格导致需要增设流化冰回流过滤机构、使得系统结构复杂的问题，也避免了流化冰随着未彻底转化的溶液向制冰机回流的风险，结构简单合理，效率高成本低。
附图说明
图1为本发明的系统原理示意图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3为另一视角的立体结构示意图。
图中标记：1、溶液配制罐，2、制冰机，3、蓄冰罐，4、气液混合泵，5、臭氧发生器，6、满液式蒸发器，7、气液分离器，8、压缩机，9、冷凝器，10、干燥过滤器，11、节流阀，12、流量计，13、控制阀，14、压力表，15、温度计。
具体实施方式
参见附图，具体实施方式如下：
一种臭氧-流化冰的制备系统，包括用于制备并储存流化冰的流化冰制备系统、用于为流化冰制备系统提供冷量的蒸发式制冷系统、以及用于制备臭氧的臭氧发生器5。本发明中采用的臭氧发生器5为现有技术中已有的臭氧发生器5。
流化冰制备系统包括溶液配制罐1、制冰机2、蓄冰罐3和气液混合泵4，溶液配制罐1、制冰机2和蓄冰罐3之间通过管路连接，流化冰制备系统的管路上安装有流量计12和控制阀13，气液混合泵4安装于流化冰制备系统的管路上并位于溶液配制罐1和制冰机2之间，所述臭氧发生器5与气液混合泵4连接，使臭氧发生器5生成的臭氧和溶液配制罐1内的溶液能够流入气液混合泵4内混合后再流动至制冰机2内形成臭氧-流化冰，并通过气液混合泵4带动臭氧-流化冰流入蓄冰罐3，蓄冰罐3内安装有搅拌装置以防止臭氧-流化冰固化，蓄冰罐3的底部连接有放水管，放水管与溶液配制罐1连接，以便于蓄冰罐3内的臭氧-流化冰融化生成的溶液流回溶液配制罐1。
蒸发式制冷系统包括满液式蒸发器6、气液分离器7、压缩机8、冷凝器9、干燥过滤器10和节流阀11，满液式蒸发器6、气液分离器7、压缩机8、冷凝器9和干燥过滤器10依次通过管路连接，蒸发式制冷系统的管路上安装有多个压力表14和温度计15，干燥过滤器10还通过管路与满液式蒸发器6连接，节流阀11安装于蒸发式制冷系统的管路上，所述制冰机2安装在满液式蒸发器6上，通过制冷工质液体在满液式蒸发器6内蒸发吸热使满液式蒸发器6的内部降温，满液式蒸发器6能够与制冰机2换热从而为制冰机2提供冷量，通过气液分离器7使满液式蒸发器6内蒸发生成的制冷工质气体和制冷工质液体分离，并使分离后的制冷工质气体流入压缩机8，通过压缩机8对制冷工质气体进行压缩后使制冷工质气体在冷凝器9内冷凝为制冷工质液体，通过干燥过滤器10对冷凝后所得的制冷工质液体进行过滤后使制冷工质液体流回满液式蒸发器6，通过节流阀11控制流回满液式蒸发器6的制冷工质液体的流量，以便于控制满液式蒸发器6内部的温度。
根据上述制备系统的一种臭氧-流化冰的制备方法，具体为：根据所需流化冰的成分将原料加入溶液配制罐1内配制得到溶液，并对溶液配制罐1内的溶液进行预冷，然后开启气液混合泵4和臭氧发生器5，使臭氧和溶液流动至气液混合泵4内混合后再流动到制冰机2内，之后开启制冰机2、气液分离器7、压缩机8、冷凝器9、干燥过滤器10和节流阀11，使满液式蒸发器6内的制冷工质液体吸热蒸发后在蒸发式制冷系统的管路内循环流动，制冰机2与满液式蒸发器6换热降温并将含有臭氧的溶液制成所需的臭氧-流化冰，臭氧-流化冰在气液混合泵4的压力下从制冰机2流动至蓄冰罐3内储存，制备完成。
制备过程中，控制节流阀11的开度以控制满液式蒸发器6内部的温度，使满液式蒸发器6内部的温度低于溶液结晶温度5-10℃，根据节流阀11的开度配合控制气液混合泵4的流量，以保证制冷工质的蒸发吸热量不小于流入制冰机2内的溶液降温结冰所需的制冷量，并根据气液混合泵4的流量控制臭氧发生器5向气液混合泵4内通入的臭氧流量。
通过对节流阀11开度以及气液混合泵4流量两方面分别或同时进行调整，能够具体调整流化冰制备系统和蒸发式制冷系统两个换热过程中发生交换的热量，并通过对配制溶液的添加剂浓度和预冷温度、蒸发器的蒸发温度、制冰机刮刀转速、制冰机刮刀预紧力大小、臭氧通入量来控制所制备流化冰的温度、含冰率、冰粒大小、臭氧浓度四个物性参数，实现不同物性参数流化冰的制备。并通过对换热量的控制有效保证流化冰一次成型，保证流化冰的物性参数合格，即通过控制换热过程能够保证流入制冰机2内的溶液全部制备为流化冰后再被送出，避免了流化冰随着未彻底转化的溶液向制冰机2回流的风险。
对节流阀11开度、气液混合泵4流量以及臭氧发生器5向气液混合泵4内通入的臭氧流量同时进行调整的方法为：
首先，根据所需的臭氧-流化冰的物性参数，确定流化冰的含冰率IBF和所需配置溶液的成分含量，并以此得到溶液的结晶温度T、溶液的预冷温度
Figure 319191DEST_PATH_IMAGE001
、溶液的比热容
Figure 201696DEST_PATH_IMAGE002
、以及溶液的相变潜热
Figure 757442DEST_PATH_IMAGE003
，根据制冷工质液体的成分，得到单位流量的制冷工质液体蒸发吸热后的单位制冷量
Figure 965570DEST_PATH_IMAGE004
。其中，溶液的结晶温度T与溶液中的添加剂质量百分数x之间的关系为：
Figure 403504DEST_PATH_IMAGE010
，其中k为修正系数，根据溶液内添加剂的种类确定。
然后，调整节流阀11的开度以控制单位时间内蒸发吸热的制冷工质的量
Figure 27384DEST_PATH_IMAGE005
，并调整气液混合泵4的流量以控制单位时间内降温结冰的溶液的量
Figure 765532DEST_PATH_IMAGE006
，通过对节流阀11和气液混合泵4进行同步配合控制，保证在相同单位时间内降温结冰的溶液的量
Figure 878982DEST_PATH_IMAGE006
与蒸发吸热的制冷工质的量
Figure 256743DEST_PATH_IMAGE005
之间满足：
Figure 481050DEST_PATH_IMAGE007
，以保证制冷工质的蒸发吸热量与溶液降温结冰所需的制冷量相匹配，并同时控制臭氧发生器5向气液混合泵4内通入的臭氧流量
Figure 808127DEST_PATH_IMAGE008
，保证
Figure 295740DEST_PATH_IMAGE009
，其中h为所需的臭氧-流化冰内的臭氧浓度。
制冰过程中，保证制冰机2内具有0.2-0.3 Mpa的压力，并控制制冰机2内刮刀的刮削速度为400-500r/min，刮刀在制冰机2内安装时的预紧力为1.5-3N。每当节流阀11的开度增大使单位时间内蒸发吸热的制冷工质的量增大10%时，将制冰机2内刮刀的刮削速度增大15%，并将刮刀在制冰机2内安装时的预紧力增大5%，可避免冰晶成核的速度过快，防止溶液在制冰机2内壁上生成的冰层过厚，保证流化冰的含冰率和冰粒大小满足要求，使流化冰的参数变化率稳定在15%以内，防止流化冰的参数出现大幅波动。

Claims (9)

1.一种臭氧-流化冰的制备系统，其特征在于：包括用于制备并储存流化冰的流化冰制备系统、用于为流化冰制备系统提供冷量的蒸发式制冷系统、以及用于制备臭氧的臭氧发生器（5）；
所述流化冰制备系统包括溶液配制罐（1）、制冰机（2）、蓄冰罐（3）和气液混合泵（4），溶液配制罐（1）、制冰机（2）和蓄冰罐（3）之间通过管路连接，气液混合泵（4）安装于流化冰制备系统的管路上并位于溶液配制罐（1）和制冰机（2）之间，所述臭氧发生器（5）与气液混合泵（4）连接，使臭氧发生器（5）生成的臭氧和溶液配制罐（1）内的溶液能够流入气液混合泵（4）内混合后再流动至制冰机（2）内形成臭氧-流化冰，并通过气液混合泵（4）带动臭氧-流化冰流入蓄冰罐（3），蓄冰罐（3）内安装有搅拌装置以防止臭氧-流化冰固化，蓄冰罐（3）的底部连接有放水管，放水管与溶液配制罐（1）连接，以便于蓄冰罐（3）内的臭氧-流化冰融化生成的溶液流回溶液配制罐（1）；
所述蒸发式制冷系统包括满液式蒸发器（6）、气液分离器（7）、压缩机（8）、冷凝器（9）、干燥过滤器（10）和节流阀（11），满液式蒸发器（6）、气液分离器（7）、压缩机（8）、冷凝器（9）和干燥过滤器（10）依次通过管路连接，干燥过滤器（10）还通过管路与满液式蒸发器（6）连接，节流阀（11）安装于蒸发式制冷系统的管路上，所述制冰机（2）安装在满液式蒸发器（6）上，通过制冷工质液体在满液式蒸发器（6）内蒸发吸热使满液式蒸发器（6）的内部降温，满液式蒸发器（6）能够与制冰机（2）换热从而为制冰机（2）提供冷量，通过气液分离器（7）使满液式蒸发器（6）内蒸发生成的制冷工质气体和制冷工质液体分离，并使分离后的制冷工质气体流入压缩机（8），通过压缩机（8）对制冷工质气体进行压缩后使制冷工质气体在冷凝器（9）内冷凝为制冷工质液体，通过干燥过滤器（10）对冷凝后所得的制冷工质液体进行过滤后使制冷工质液体流回满液式蒸发器（6），通过节流阀（11）控制流回满液式蒸发器（6）的制冷工质液体的流量，以便于控制满液式蒸发器（6）内部的温度。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧-流化冰的制备系统，其特征在于：流化冰制备系统的管路上安装有流量计（12）和控制阀（13）。
3.根据权利要求1所述的一种臭氧-流化冰的制备系统，其特征在于：蒸发式制冷系统的管路上安装有多个压力表（14）和温度计（15）。
4.根据权利要求1所述制备系统的一种臭氧-流化冰的制备方法，其特征在于：根据所需流化冰的成分将原料加入溶液配制罐（1）内配制得到溶液，并对溶液配制罐（1）内的溶液进行预冷，然后开启气液混合泵（4）和臭氧发生器（5），使臭氧和溶液流动至气液混合泵（4）内混合后再流动到制冰机（2）内，之后开启制冰机（2）、气液分离器（7）、压缩机（8）、冷凝器（9）、干燥过滤器（10）和节流阀（11），使满液式蒸发器（6）内的制冷工质液体吸热蒸发后在蒸发式制冷系统的管路内循环流动，控制节流阀（11）的开度以控制满液式蒸发器（6）内部的温度，使满液式蒸发器（6）内部的温度低于溶液结晶温度5-10℃，制冰机（2）与满液式蒸发器（6）换热降温并将含有臭氧的溶液制成所需的臭氧-流化冰，臭氧-流化冰在气液混合泵（4）的压力下从制冰机（2）流动至蓄冰罐（3）内储存，制备完成。
5.根据权利要求4所述的一种臭氧-流化冰的制备方法，其特征在于：根据节流阀（11）的开度配合控制气液混合泵（4）的流量，以保证制冷工质的蒸发吸热量不小于流入制冰机（2）内的溶液降温结冰所需的制冷量，并根据气液混合泵（4）的流量控制臭氧发生器（5）向气液混合泵（4）内通入的臭氧流量。
6.根据权利要求5所述的一种臭氧-流化冰的制备方法，其特征在于：根据所需的臭氧-流化冰的物性参数，确定流化冰的含冰率IBF和所需配置溶液的成分含量，并以此得到溶液的结晶温度T、溶液的预冷温度
Figure 177770DEST_PATH_IMAGE001
、溶液的比热容
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、以及溶液的相变潜热
Figure 307400DEST_PATH_IMAGE003
，根据制冷工质液体的成分，得到单位流量的制冷工质液体蒸发吸热后的单位制冷量
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
调整节流阀（11）的开度以控制单位时间内蒸发吸热的制冷工质的量
Figure 652931DEST_PATH_IMAGE005
，并调整气液混合泵（4）的流量以控制单位时间内降温结冰的溶液的量
Figure 475393DEST_PATH_IMAGE006
，通过对节流阀（11）和气液混合泵（4）进行同步配合控制，保证在相同单位时间内降温结冰的溶液的量
Figure 663798DEST_PATH_IMAGE006
与蒸发吸热的制冷工质的量
Figure 862698DEST_PATH_IMAGE005
之间满足：
Figure 265998DEST_PATH_IMAGE007
，以保证制冷工质的蒸发吸热量与溶液降温结冰所需的制冷量相匹配，并同时控制臭氧发生器（5）向气液混合泵（4）内通入的臭氧流量
Figure 259361DEST_PATH_IMAGE008
，保证
Figure 810428DEST_PATH_IMAGE009
，其中h为所需的臭氧-流化冰内的臭氧浓度。
7.根据权利要求6所述的一种臭氧-流化冰的制备方法，其特征在于：制冰过程中，保证制冰机（2）内具有0.2-0.3 Mpa的压力。
8.根据权利要求6所述的一种臭氧-流化冰的制备方法，其特征在于：制冰过程中，制冰机（2）内刮刀的刮削速度为400-500r/min，刮刀在制冰机（2）内安装时的预紧力为1.5-3N。
9.根据权利要求8所述的一种臭氧-流化冰的制备方法，其特征在于：每当节流阀（11）的开度增大使单位时间内蒸发吸热的制冷工质的量增大10%时，将制冰机（2）内刮刀的刮削速度增大15%，并将刮刀在制冰机（2）内安装时的预紧力增大5%。
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