CN112197517A - 一种多层次冷热共用真空冻干系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层次冷热共用真空冻干系统，包括预冻单元、脱水单元、负压单元以及热泵单元，产品在预冻单元进行冷冻后，在脱水单元进行脱水，脱水单元通过负压单元保证脱水单元内部为负压，热泵单元包括高温侧热泵组件以及低温侧热泵组件，高温侧热泵组件的高温冷凝器向脱水单元内提供热能，低温侧热泵组件向预冻单元以及脱水单元提供冷能。系统同时满足在预冻工序、真空脱干工序冷量、热量的需要；省去了现有常规的蒸汽、热油等系统；也省去了现有系统需要外置冷却塔等散热设备；采用低温冷凝器作为脱水单元内的除水装置，能够保证除水装置无结霜、结冻现象，系统效率高，节能效果明显，生产加工速度提高。
Description
技术领域
本发明涉及真空冻干技术领域，尤其是涉及一种多层次冷热共用真空冻干系统。
背景技术
真空冻干技术是利用在真空环境下升华温度低的原理使物料脱水的一种干燥技术，物料经快速冻结后，在真空(低于水的三相点压力)环境下加热。针对真空冻干领域，其在工艺上主要存在两个工序，第一个工序为预冻，第二个工序为真空脱水；目前针对第一个工序，通常采用一套低温机组供冷；针对第二个工序，利用蒸汽、热油等温度在90-140℃范围内提供物料脱水蒸发过程所需热量；利用一套种类机组提供真空泵前的空气除水工作，通常利用中冷蒸发器将抽出的空气中的水气冻结为霜冻，待工序完成后，停机化霜，以此避免真空泵滑油进水卤化。
针对目前的工艺，主要存在以下问题：
1、冷冻机组的冷凝端完全浪费，同时需采用冷却塔等散热，投资高；
2、需要有额外的高温热源供物料脱水蒸发的热量，费用高；
3、为保护真空泵，第二个工序中的中冷蒸发器蒸发温度低，cop低，且生产加工过程中，其表面霜冻层持续变厚，机组cop持续下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够充分利用能源且具有较高的cop的多层次冷热共用真空冻干系统。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种多层次冷热共用真空冻干系统，包括预冻单元、脱水单元、负压单元以及用于提供热能与冷能的热泵单元，产品在预冻单元进行冷冻后，在脱水单元进行脱水，脱水单元通过负压单元保证脱水单元内部为负压，所述的热泵单元包括高温侧热泵组件以及低温侧热泵组件，所述的高温侧热泵组件的高温冷凝器向脱水单元内提供热能，所述的低温侧热泵组件向预冻单元以及脱水单元提供冷能，在所述的脱水单元内经过高温侧热泵单元高温冷凝器加热的水蒸气遇到低温侧热泵单元的低温冷凝器转换为液态水。
进一步具体的，所述的低温侧热泵组件依次由低温压缩机、低温油分、低温冷凝器、中间换热器、低温节流阀以及低温蒸发器串联而成，所述的低温冷凝器位于脱水单元内，所述的低温蒸发器位于预冻单元内。
进一步具体的，所述的低温冷凝器有两个分别为第一低温冷凝器与第二低温冷凝器，所述的第二低温冷凝器位于脱水单元内，在所述的第一低温冷凝器旁设置外风机。
进一步具体的，在所述的第二低温冷凝器旁设置用于收集并排出液态水的排水装置。
进一步具体的，所述的高温侧热泵组件依次由高温压缩机、高温油分、高温冷凝器、高温节流阀以及中间换热器串联而成，所述的高温冷凝器位于脱水单元内。
进一步具体的，所述的高温冷凝器有两个分别为第一高温冷凝器与第二高温冷凝器，所述的第一高温冷凝器与第二高温冷凝器并联，所述的第一高温冷凝器位于脱水单元内，所述的第二高温冷凝器位于负压单元内。
进一步具体的，所述的高温节流阀有两个分别为第一高温节流阀与第二高温节流阀，所述的第一高温节流阀与第一高温冷凝器串联，所述的第二高温节流阀与第二高温冷凝器串联。
进一步具体的，在所述的负压单元内设置风道，在所述的风道上设置真空泵组。
进一步具体的，在所述的负压单元内设置风道，在所述的风道上设置真空泵组以及风风热回收器，按照风道内气体前进的方向依次设置风风热回收器与第二高温冷凝器，所述的风道内的气体经过风风热回收器后通过风道的出风口排出。
进一步具体的，按照风道内气体前进的方向依次设置风风热回收器、第二高温冷凝器以及真空泵组。
本发明的有益效果是：本系统同时满足在预冻工序、真空脱干工序冷量、热量的需要；省去了现有常规的蒸汽、热油等系统；也省去了现有系统需要外置冷却塔等散热设备；采用低温冷凝器作为脱水单元内的除水装置，能够保证除水装置无结霜、结冻现象，系统效率高，节能效果明显，生产加工速度提高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1、预冻单元；2、脱水单元；3、负压单元；4、低温压缩机；5、低温油分；6、第一低温冷凝器；7、第二低温冷凝器；8、中间换热器；9、低温节流阀；10、低温蒸发器；11、外风机；12、排水装置；13、高温压缩机；14、高温油分；15、第一高温冷凝器；16、第一高温节流阀；17、第二高温冷凝器；18、第二高温节流阀；19、风道；20、真空泵组；21、风风热回收器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
如图1所示一种多层次冷热共用真空冻干系统，包括预冻单元1、脱水单元2、负压单元3以及用于提供热能与冷能的热泵单元，产品在预冻单元1进行冷冻后，进入脱水单元2内并在脱水单元2进行脱水操作，脱水单元2通过负压单元3保证脱水单元2内部为负压，从而使得脱水单元2内部的水蒸气排出，保证脱水单元2内部干燥，所述的热泵单元包括高温侧热泵组件以及低温侧热泵组件，上述两个热泵组件组成复叠式热泵系统，由于热泵系统的冷凝器在进行液化冷媒过程中其温度较高，故利用所述的高温侧热泵组件的高温冷凝器向脱水单元2内提供热能，实现对产品的快速蒸发，所述的低温侧热泵组件向预冻单元1以及脱水单元2提供冷能，在脱水单元2内提供冷能能够快速收集水蒸气，在所述的脱水单元2内经过高温侧热泵单元高温冷凝器加热的水蒸气遇到低温侧热泵单元的低温冷凝器转换为液态水。
低温侧热泵组件依次由低温压缩机4、低温油分5、低温冷凝器、中间换热器8、低温节流阀9以及低温蒸发器10串联而成，所述的低温冷凝器位于脱水单元2内，所述的低温蒸发器10位于预冻单元1内；为了方便控制位于脱水单元2内低温冷凝器的温度，所述的低温冷凝器有两个分别为第一低温冷凝器6与第二低温冷凝器7，所述的第二低温冷凝器7位于脱水单元2内，在所述的第一低温冷凝器6旁设置外风机11；在第二低温冷凝器7的出口处设置一温度传感器，温度传感器检测到的温度传递至冻干系统的控制处理端，通过控制处理端控制外风机11开启、关闭、增加转速以及降低转速，外风机11采用变频风机；当第二低温冷凝器7的出口处的温度过高时，可以增加外风机11转速或者开启外风机11，增加第一低温冷凝器6的散热功率，从而使得第二低温冷凝器7的温度降低；当第二低温冷凝器7的出口处的温度过低时，可以降低外风机11转速或者关闭外风机11，降低其转速。
由于第二低温冷凝器7将脱水单元2内的水蒸气液化，为了方便液态水的排出，在所述的第二低温冷凝器7旁设置用于收集并排出液态水的排水装置12，该排水装置12为一集水盘，在该集水盘的底部设置排水口，排水口通过管道连接外部进行排水，集水盘设置于第二低温冷凝器7的下方，同时第二低温冷凝器7位于脱水单元2内气体的出口处，能够方便集水。
低温侧热泵组件冷媒的运转方式，首先气态冷媒经过低温压缩机4将低温低压的气态冷媒压缩为高温高压的气态冷媒，之后通过低温油分5将气态冷媒与滑油分开，滑油重新回到低温压缩机4内继续使用，而气态冷媒首先进行第一低温冷凝器6进行冷凝操作，使得气态冷媒部分变为液体冷媒，气态与液态混合的冷媒进入第二低温冷凝器7继续进行液化，之后进入中间换热器8与高温侧热泵组件进行换热，使得液态冷媒温度降低，之后通过低温节流阀9后温度大幅度降低，进入低温蒸发器10与预冷单元1内部气体进行换热，此时预冷单元1内设置风机增加换热效率，冷媒在此处从液态变为气态，吸收大量热量实现降温目的，气态冷媒回到低温压缩机4继续循环使用。低温冷凝器温度在10℃～20℃范围内，故本发明利用低温冷凝器作为除湿盘管，对于为何不采用低温系统蒸发侧或高温系统冷凝侧作为除湿盘管，其原因为过低的温度，会导致结霜或结冻。
高温侧热泵组件依次由高温压缩机13、高温油分14、高温冷凝器、高温节流阀以及中间换热器8串联而成，所述的高温冷凝器位于脱水单元2内，高温冷凝器用于给被预冻过的产品进行加热，使得产品中的水分变为水蒸气，之后该水蒸气被第二低温冷凝器7捕获转化为液态水。
高温冷凝器有两个分别为第一高温冷凝器15与第二高温冷凝器17，所述的第一高温冷凝器15与第二高温冷凝器17并联，所述的第一高温冷凝器15位于脱水单元2内，所述的第二高温冷凝器17位于负压单元3内，第二高温冷凝器17将排出的气体温度升高，使得饱和气体变为不饱和气体，保证吸入气体不与真空泵组20中润滑油卤化；进一步，为了方便对高温侧热泵组件产生的热量进行有效分配，所述的高温节流阀有两个分别为第一高温节流阀16与第二高温节流阀18，所述的第一高温节流阀16与第一高温冷凝器15串联，所述的第二高温节流阀18与第二高温冷凝器17串联，通过采用两个不同的节流阀来控制不同的高温冷凝器，能够根据需要对热量进行分配，当脱水单元2内温度过高时，可通过提高第二高温冷凝器17的发热，增加第二高温冷凝器17的流量实现。
高温侧热泵组件冷媒的运转方式为，首先气态冷媒经过高温压缩机13将低温低压的气态冷媒压缩为高压高温的气态冷媒，之后经过高温油分14将气态冷媒与滑油分开，滑油重新回到高温压缩机13内继续使用；气态冷媒分为两路，第一路经过第一高温冷凝器15、第一高温节流阀16后进入中间换热器与8低温侧热泵组件换热后回到高温压缩机13内继续循环使用，第一高温冷凝器15用于给产品加热；第二路经过第二高温冷凝器17、第二高温节流阀18后进入中间换热器8与低温侧热泵组件换热后回到高温压缩机13内继续循环使用，第二高温冷凝器17用于提高脱水单元2排出饱和气体的温度；由于在本方案中高温冷媒采用245fa，其冷凝器的温度可达到100℃～140℃，完全能够满足脱水单元2内的加热需求。
在负压单元3内设置风道19，该风道19的进风口与脱水单元2的出风口连通，在风道19上设置真空泵组20，通过真空泵组20将脱水单元2内的饱和气体抽出排出，同时可在风道19的进风口的位置设置一风风热回收器21，按照风道19内气体前进的方向依次设置风风热回收器21、第二高温冷凝器17以及真空泵组20，该风风热回收器21有两个通道为第一通道与第二通道，风道19的进风口连接在第一通道上，风道19的出风口连接在第二通道上；饱和气体通过第一通道进入风道19内，经过第二高温冷凝器17对饱和气体加热升温，此时气体变为不饱和气体，之后经过真空泵组20进入第二通道，通过第二通道温度较高的不饱和气体与通过第一通道温度较低的饱和气体之间进行热交换，实现了对饱和气体的预加热，提高热量的利用率。
综上，本系统同时满足预冻工序、真空脱干工序冷量、热量的需要；省去了现有常规的蒸汽、热油等系统；也省去了现有系统需要外置冷却塔等散热设备；本系统对真空泵组所抽吸空气进行除湿升温，真空泵组抽吸的空气温度高、相对湿度低，极大提高了机组的可靠性；采用低温冷凝器作为脱水单元内的除水装置，能够保证除水装置无结霜、结冻现象，系统效率高，节能效果明显，提高cop值，生产加工速度提高。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种多层次冷热共用真空冻干系统，包括预冻单元(1)、脱水单元(2)、负压单元(3)以及用于提供热能与冷能的热泵单元，产品在预冻单元(1)进行冷冻后，在脱水单元(2)进行脱水，脱水单元(2)通过负压单元(3)保证脱水单元(2)内部为负压，其特征在于，所述的热泵单元包括高温侧热泵组件以及低温侧热泵组件，所述的高温侧热泵组件的高温冷凝器向脱水单元(2)内提供热能，所述的低温侧热泵组件向预冻单元(1)以及脱水单元(2)提供冷能，在所述的脱水单元(2)内经过高温侧热泵单元高温冷凝器加热的水蒸气遇到低温侧热泵单元的低温冷凝器转换为液态水。
2.根据权利要求1所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，所述的低温侧热泵组件依次由低温压缩机(4)、低温油分(5)、低温冷凝器、中间换热器(8)、低温节流阀(9)以及低温蒸发器(10)串联而成，所述的低温冷凝器位于脱水单元(2)内，所述的低温蒸发器(10)位于预冻单元(1)内。
3.根据权利要求2所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，所述的低温冷凝器有两个分别为第一低温冷凝器(6)与第二低温冷凝器(7)，所述的第二低温冷凝器(7)位于脱水单元(2)内，在所述的第一低温冷凝器(6)旁设置外风机(11)。
4.根据权利要求3所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，在所述的第二低温冷凝器(7)旁设置用于收集并排出液态水的排水装置(12)。
5.根据权利要求1所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，所述的高温侧热泵组件依次由高温压缩机(13)、高温油分)14、高温冷凝器、高温节流阀以及中间换热器(8)串联而成，所述的高温冷凝器位于脱水单元(2)内。
6.根据权利要求5所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，所述的高温冷凝器有两个分别为第一高温冷凝器(15)与第二高温冷凝器(17)，所述的第一高温冷凝器(15)与第二高温冷凝器(17)并联，所述的第一高温冷凝器(15)位于脱水单元(2)内，所述的第二高温冷凝器(17)位于负压单元(3)内。
7.根据权利要求6所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，所述的高温节流阀有两个分别为第一高温节流阀(16)与第二高温节流阀(18)，所述的第一高温节流阀(16)与第一高温冷凝器(15)串联，所述的第二高温节流阀(18)与第二高温冷凝器(17)串联。
8.根据权利要求1所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，在所述的负压单元(3)内设置风道(19)，在所述的风道(19)上设置真空泵组(20)。
9.根据权利要求6所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，在所述的负压单元(3)内设置风道(19)，在所述的风道(19)上设置真空泵组(20)以及风风热回收器(21)，按照风道(19)内气体前进的方向依次设置风风热回收器(21)与第二高温冷凝器(17)，所述的风道(19)内的气体经过风风热回收器(21)后通过风道(19)的出风口排出。
10.根据权利要求9所述的多层次冷热共用真空冻干系统，其特征在于，按照风道内气体前进的方向依次设置风风热回收器(21)、第二高温冷凝器(17)以及真空泵组(20)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |