CN115406217B - 一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置 - Google Patents

一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置 Download PDF

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Abstract

一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，属于太阳能制冷节能设备技术领域。其包括太阳能集热单元、双温位喷射‑压缩制冷单元、真空冷冻干燥单元及热风转轮干燥单元；双温位喷射‑压缩制冷单元包括喷射器、压缩机、泵、三通阀、气液分离器等；真空冷冻干燥单元包括真空泵、冷阱、真空电磁阀、电加热辐射管等太阳能集热单元包括太阳能集热器，电磁阀，泵，节流阀；真空冷冻干燥单元包括吸附式除湿转轮、泵、热交换器。本发明针对现有真空冷冻干燥装置能耗高，模式单一的问题，利用太阳能资源，提出双温位喷射‑压缩制冷单元，满足真空冷冻干燥中预冻与真空冷冻干燥的过程，同时联合热风干燥，提升干燥效率，降低干燥能耗，满足多用途需求。

Description

一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置
技术领域
本发明涉及太阳能制冷节能设备技术领域，具体涉及一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置。
背景技术
太阳能作为一种可再生能源，具有取用方便、能量巨大、无污染、安全性好等优点。每年到达地球表面上的太阳能约相当于130万亿吨煤，是当今世界上可开发的最大能源。我国地域辽阔，拥有十分丰富的太阳能资源，因此将其应用于驱动空调具有巨大的发展潜力和应用前景，利于可持续发展。
真冷冻干燥是食品脱空水干燥的一种工艺措施，可较好的保持易氧化、热敏度高的食品的营养价值和口感。市场上冻干设备能源供给侧以电能为主，存在着因功率较大导致耗电量大，干燥模式单一的问题。因此，针对现有问题，研发一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了结构设计合理的一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置。
本发明技术方案如下：
一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，包括太阳能集热单元、双温位喷射-压缩制冷单元、真空冷冻干燥单元及热风转轮干燥单元；所述太阳能集热单元为双温位喷射-压缩制冷单元及热风转轮干燥单元提供热能，所述真空冷冻干燥单元具有预冻与真空冷冻干燥功能，所述热风转轮干燥单元具有热风干燥功能。
进一步的，所述太阳能集热单元包括太阳能集热器、三通阀I、发生器、泵I及节流阀I；所述太阳能集热器的出口与三通阀I的入口相连接，三通阀I的第一出口与发生器的第一入口相连接，发生器的第一出口与泵I的入口相连接，泵I的出口与节流阀I的入口相连接，节流阀I的出口与太阳能集热器的入口相连接。
进一步的，所述双温位喷射-压缩制冷单元包括发生器、喷射器I、变速压缩机、冷凝器、泵Ⅱ、三通阀Ⅱ、节流阀II、气液分离器、电磁阀、三通阀III、节流阀III、喷射器II、节流阀Ⅳ、预冻蒸发器及低温蒸发器；所述喷射器I的出口及变速压缩机的出口合流后与冷凝器的第一入口相连接，冷凝器的第一出口与泵Ⅱ的进口相连，泵Ⅱ的出口与三通阀Ⅱ的入口连接，三通阀Ⅱ的第一出口与节流阀Ⅱ的入口相连接，三通阀Ⅱ的第二出口与发生器的第二入口相连接，发生器的第二出口与喷射器的引射流体入口相连接；节流阀Ⅱ的出口与气液分离器的入口相连接，气液分离器上端的出口与电磁阀的入口相连接，电磁阀的出口与喷射器的工作流体入口相连接，气液分离器下端的出口与三通阀III的入口相连，三通阀III的第一出口与节流阀III的入口相连接，三通阀III的第二出口与节流阀Ⅳ的入口相连接，节流阀Ⅳ的出口与预冻蒸发器的入口相连，预冻蒸发器的出口与喷射器II的引射流体入口相连；所述节流阀III的出口与低温蒸发器的入口相连，低温蒸发器的出口与喷射器II的工作流体入口相连，喷射器II的出口与变速压缩机相连。
进一步的，所述真空冷冻干燥单元包括预冻室与低温干燥室，预冻室包括预冻蒸发器，低温干燥室包括低温蒸发器、冷阱，物料盘、电加热辐射管、真空电磁阀及真空泵；被干燥物料先进入预冻室中进行预冻，预冻完毕后进入低温干燥室中，放入物料盘，进行低温冷冻干燥。
进一步的，所述热风转轮干燥单元包括三通阀I、泵III冷凝器、热交换器、除湿转轮及电热设备；所述三通阀I的第二出口与热交换器的第一入口相连，泵III的入口与外界相连，泵III的出口与冷凝器的第二入口相连，冷凝器的第二出口与热交换器的第二入口相连，热交换器的第一出口与热风除湿干燥室的入口相连，热交换器的第二出口与转除湿转轮的再生区相连。
进一步的，所述太阳能集热单元内的太阳能集热器吸收太阳辐射能量，常温水进入太阳能集热器进行加热，一股从太阳能集热器出来后经由三通阀进入发生器，与喷射压缩制冷单元的制冷剂进行换热，加热制冷剂，另一股进入热交换器，完成热交换后，为除湿转轮的再生区提供热能。
进一步的，所述双温位喷射-压缩制冷单元中，制冷剂通过发生器吸收太阳能集热单元的热能，升温升压，成为高温高压蒸汽，进入喷射器I后在喷嘴出口处形成高速低压流体，从而引射被引射的流体，在喷射器混合室内等压混合后与来自变速压缩机的流体等压合流进入冷凝器中冷凝，制冷剂在冷凝器中被冷凝成饱和或过冷液态，经由泵Ⅱ通过三通阀Ⅱ分为两股流体，第一股流体输送到发生器成为高温高压蒸汽制冷剂，进入喷射器工作流体入口；第二股流体通过节流阀Ⅱ节流成中间温度的流体，进入气液分离器进行气液分离，气液分离器中饱和气态制冷剂被喷射器I的工作流体所引射，喷射器I中的工作流体和引射流体在混合室内等压混合，进入到冷凝器中；气液分离器中的一股饱和液态制冷剂从下端出口经由三通阀III的第二出口进入节流阀Ⅳ中，经由预冻蒸发器吸热升温，蒸汽进入喷射器II引射流体入口；另一股饱和液态制冷剂经由三通阀III的第一出口，进入节流阀III中进行节流，经由低温蒸发器吸热升温，蒸汽进入喷射器II工作流体入口；两股制冷剂在喷射器II内混合喷射，进入变速压缩机内升温升压，与喷射器I的制冷剂混合后进入冷凝器中冷凝放热。
进一步的，所述真空冷冻干燥单元中，物料先进入预冻室内进行预冻，预冻完毕后放置在物料盘内，由低温蒸发器于冷阱内冷冻，再打开真空泵，将真空泵降低至设定真空度，电加热辐射管开始加热，温度上升，开始升华干燥，结束后进入解析干燥阶段，去除物料中的结合水。
进一步的，所述热风干燥单元中，新风由泵III加压后，与冷凝器换热，吸收热量后进入热交换器内与三通阀I第二出口的热水进行换热，进一步提高温度后进入热风除湿干燥室内，经由除湿转轮的干燥区去除水分后，经过电热设备对物料进行进一步干燥；热水在热交换器换热后，进入除湿转轮再生区内，对干燥剂进行加热再生；被真空冷冻干燥后的物料进入热风除湿干燥室内进行与被除湿后的新风进行干燥。
与目前的技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明充分利用太阳能资源充足的特点，利用太阳能集热单元收集热量，满足了喷射制冷单元热源、转轮除湿热风单元吸附剂再生和热风干燥的需求，实现了太阳能热从制冷、热水、热风多维利用，最大程度节省能源消耗，实现低碳发展；
2）本发明以双温位制冷，针对预冻过程中的机械效应，提出制冷单元双温位的设定，加快物料的预冻速度，同时以喷射器回收能量，提升节能效率；
3）本发明中，真空冷冻与热风干燥联用，降低能耗，增加产出效率，利用太阳能集热单元的热水与冷凝器排放废热，利用除湿转轮降低热风湿度，降低能耗，提高干燥效率；
4）本发明能够实现系统多模式的运行，在太阳光照不足乃至没有的情况下可保证了冷冻干燥过程中供冷的稳定，确保装置整体的可靠性；
5）本发明利用喷射器对预冻蒸发器、低温蒸发器进行压力的回收，节省能量的损耗，提升系统的效率。
附图说明
图1为本发明的实施例1的方法流程图；
图2为本发明的实施例2的方法流程图；
图3为本发明的实施例3的方法流程图。
图中：1、太阳能集热器；2、三通阀I；3、发生器；4、泵I；5、节流阀I；6、喷射器I；7、变速压缩机；8、冷凝器；9、泵Ⅱ；10、三通阀Ⅱ；11、节流阀II；12、气液分离器；13、电磁阀；14、三通阀III；15、三通阀Ⅳ；16、喷射器II；17、节流阀III；18、预冻蒸发器；19、低温蒸发器；20、冷阱；21、物料盘；22、电加热辐射管；23、真空电磁阀；24、真空泵；25、除湿转轮；26、热交换器；27、电热设备；28、泵III。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式包括实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：参见图1，当太阳能充足，满足整个系统的运行，且被干燥物料的工艺需要真空冷冻干燥和热风干燥同时运行时，以实施例1进行运行。
一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，包括太阳能集热单元、双温位喷射-压缩制冷单元、真空冷冻干燥单元、热风转轮干燥单元。
太阳能集热单元包括太阳能集热器1、三通阀I2、发生器3、泵I4、节流阀I5。所述太阳能集热器1的出口与三通阀I2的入口相连接，三通阀I2的第一出口与发生器3的第一入口相连接，发生器3的第一出口与泵I4的入口相连接，泵I4的出口与节流阀I5的入口相连接，节流阀I5的出口与太阳能集热器1的入口相连接。
双温位喷射-压缩制冷单元包括发生器3、喷射器I6、变速压缩机7、冷凝器8、泵II9、三通阀II10、节流阀II11、气液分离器12、电磁阀13、三通阀III14、节流阀III15、喷射器II16、节流阀Ⅳ17、预冻蒸发器18、低温蒸发器19。所述喷射器I6的出口及变速压缩机7的出口合流后与冷凝器8的第一入口相连接，冷凝器8的第一出口与泵Ⅱ9的进口相连，泵Ⅱ9的出口与三通阀Ⅱ的10入口连接，三通阀Ⅱ10的第一出口与节流阀Ⅱ的11入口相连接，三通阀Ⅱ10的第二出口与发生器3的第二入口相连接，发生器3的第二出口与喷射器I6的引射流体入口相连接；节流阀Ⅱ11出口与气液分离器12的入口相连接，气液分离器12上端的出口与电磁阀13的入口相连接，电磁阀13的出口与喷射器I6的工作流体入口相连接，气液分离器12下端的出口与三通阀III14的入口相连，三通阀III14的第一出口与节流阀III15的入口相连接，三通阀III14的第二出口与节流阀Ⅳ17的入口相连接，节流阀Ⅳ17的出口与预冻蒸发器18的入口相连，预冻蒸发器18的出口与喷射器II16的引射流体入口相连，节流阀III15的出口与低温蒸发器19的入口相连，低温蒸发器19的出口与喷射器II16的工作流体入口相连，喷射器II16的出口与变速压缩机7相连。
真空冷冻干燥单元包括预冻室与低温干燥室，其中，预冻室包括预冻蒸发器18，低温干燥室包括低温蒸发器19、冷阱20、物料盘21、电加热辐射管22、真空电磁阀23、真空泵24。被干燥物料先进入预冻室中进行预冻，预冻完毕后进入低温干燥室中，放入物料盘21，进行低温冷冻干燥。
热风转轮干燥单元，包括三通阀I2、冷凝器8，热交换器26，热风除湿干燥室。所述三通阀I2的第二出口与热交换器26的第一入口相连，冷凝器8的第二出口与热交换器26的第二入口相连，热交换器26的第一出口与热风除湿干燥室入口相连，热交换器26的第二出口与除湿转轮25的再生区相连。
太阳能集热单元内的太阳能集热器1吸收太阳辐射能量，常温的水进入太阳能集热器1进行加热，一股从太阳能集热器1出来后经由三通阀I2进入发生器3，与喷射压缩制冷单元的制冷剂进行换热，加热制冷剂，另一股进入热交换器26，完成热交换后，为除湿转轮再生区提供热能。
制冷剂通过发生器3吸收太阳能集热单元的热能，升温升压，成为高温高压蒸汽，进入喷射器I6后在喷嘴出口处形成高速低压流体，从而引射被引射的流体，在喷射器混合室内等压混合后与来自变速压缩机7的流体等压合流进入冷凝器8中冷凝，制冷剂在冷凝器8中被冷凝成饱和或过冷液态，经由泵Ⅱ9通过三通阀Ⅱ10分为两股流体，第一股流体输送到发生器3成为高温高压蒸汽制冷剂，进入喷射器I6工作流体入口；第二股流体通过节流阀Ⅱ11节流成中间温度的流体，进入气液分离器12进行气液分离，气液分离器12中饱和气态制冷剂被喷射器I6的工作流体所引射，喷射器I6中的工作流体和引射流体在混合室内等压混合，进入到冷凝器8中；气液分离器12中的饱和液态制冷剂从下端出口经由三通阀III14的第二出口进入节流阀Ⅳ17中，温度降低至5℃至-5℃内，经由预冻蒸发器18吸热升温，蒸汽进入喷射器II16引射流体入口；饱和液态制冷剂经由三通阀III14的第一出口，进入节流阀III15中进行节流，降温至-30℃到-40℃，经由低温蒸发器19吸热升温，蒸汽进入喷射器II16工作流体入口，两股制冷剂在喷射器II16内混合喷射，进入变速压缩机7内升温升压，与喷射器I6的制冷剂混合后进去冷凝器8中冷凝放热。
在真空冷冻干燥单元内，物料先进入预冻室内进行预冻，预冻完毕后放置在物料盘21内，由低温蒸发器19于冷阱20内冷冻至-40℃，再打开真空泵24，将真空泵降低至设定真空度，电加热辐射管22开始加热，温度上升，开始升华干燥，结束后进入解析干燥阶段，去除物料中的结合水。
热风干燥单元，新风由泵加压，与冷凝器8换热，吸收热量后进入热交换器26内与三通阀I2另一出口的热水进行换热，进一步提高温度后进入热风除湿干燥室内，经由除湿转轮25干燥区去除水分后，对物料进行干燥。热水在热交换器26换热后，进入除湿转轮25再生区内，对干燥剂进行加热再生。被真空冷冻干燥后的物料进入热风除湿干燥室内进行与被除湿后的新风进行干燥。
实施例2：
参见图2，当太阳能不足以支持系统运行时，被干燥物料需要真空冷冻干燥与热风干燥两者联合干燥时，以实施实例2进行运行。
本实施例2中，由于太阳能不足，太阳能集热单元停止运行。双温位喷射-压缩制冷单元内，通过关闭电磁阀13、三通阀Ⅱ10与发生器3的接口，喷射器I6停止运行，变速压缩机7加大功率的输出，以满足系统所需的能量的需求。热风干燥单元内，热交换器26，除湿转轮25停止工作，电热设备27开始工作，新风由泵加压，与冷凝器8换热，进入电加热设备27进一步提高温度后进入热风除湿干燥室内，对物料进行干燥。
实施例3：
参见图3，当太阳能不足以支持系统运行时，被干燥物料只需要真空冷冻干燥以实施实例3进行运行。
本实施例3，由于太阳能不足，太阳能集热单元停止运行。双温位喷射-压缩制冷单元内，通过关闭电磁阀13、三通阀Ⅱ10与发生器3的接口，喷射器I6停止运行，变速压缩机7加大功率的输出，以满足系统所需的能量的需求。
本发明实施例1-3中，提供了一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，该系统结合真空冷冻与热风干燥物料，降低能耗的同时增加产出；充分利用太阳能资源，为双温位喷射-压缩制冷单元与除湿热风干燥单元提供所需的热能，实现了整体制冷系统能耗大幅下降。针对预冻过程中的机械效应，提出制冷单元双温位的设定，加快物料的预冻速度，提高制冷系统的紧凑型与效率，降低了投资成本与运行成本。
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式（包括实施例）中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。

Claims (5)

1.一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，其特征在于：包括太阳能集热单元、双温位喷射-压缩制冷单元、真空冷冻干燥单元及热风转轮干燥单元；所述太阳能集热单元为双温位喷射-压缩制冷单元及热风转轮干燥单元提供热能，所述真空冷冻干燥单元具有预冻与真空冷冻干燥功能，所述热风转轮干燥单元具有热风干燥功能；
所述太阳能集热单元包括太阳能集热器（1）、三通阀I（2）、发生器（3）、泵I（4）及节流阀I（5）；所述太阳能集热器（1）的出口与三通阀I（2）的入口相连接，三通阀I（2）的第一出口与发生器（3）的第一入口相连接，发生器（3）的第一出口与泵I（4）的入口相连接，泵I（4）的出口与节流阀I（5）的入口相连接，节流阀I（5）的出口与太阳能集热器（1）的入口相连接；
所述双温位喷射-压缩制冷单元包括发生器（3）、喷射器I（6）、变速压缩机（7）、冷凝器（8）、泵Ⅱ（9）、三通阀Ⅱ（10）、节流阀II（11）、气液分离器（12）、电磁阀（13）、三通阀III（14）、节流阀III（15）、喷射器II（16）、节流阀Ⅳ（17）、预冻蒸发器（18）及低温蒸发器（19）；所述喷射器I（6）的出口及变速压缩机（7）的出口合流后与冷凝器（8）的第一入口相连接，冷凝器（8）的第一出口与泵Ⅱ（9）的进口相连，泵Ⅱ（9）的出口与三通阀Ⅱ（10）的入口连接，三通阀Ⅱ（10）的第一出口与节流阀Ⅱ（11）的入口相连接，三通阀Ⅱ（10）的第二出口与发生器（3）的第二入口相连接，发生器（3）的第二出口与喷射器I（6）的引射流体入口相连接；节流阀Ⅱ（11）的出口与气液分离器（12）的入口相连接，气液分离器（12）上端的出口与电磁阀（13）的入口相连接，电磁阀（13）的出口与喷射器I（6）的工作流体入口相连接，气液分离器（12）下端的出口与三通阀III（14）的入口相连，三通阀III（14）的第一出口与节流阀III（15）的入口相连接，三通阀III（14）的第二出口与节流阀Ⅳ（17）的入口相连接，节流阀Ⅳ（17）的出口与预冻蒸发器（18）的入口相连，预冻蒸发器（18）的出口与喷射器II（16）的引射流体入口相连；所述节流阀III（15）的出口与低温蒸发器（19）的入口相连，低温蒸发器（19）的出口与喷射器II（16）的工作流体入口相连，喷射器II（16）的出口与变速压缩机（7）相连；
所述真空冷冻干燥单元包括预冻室与低温干燥室，预冻室包括预冻蒸发器（18），低温干燥室包括低温蒸发器（19）、冷阱（20），物料盘（21）、电加热辐射管（22）、真空电磁阀（23）及真空泵（24）；被干燥物料先进入预冻室中进行预冻，预冻完毕后进入低温干燥室中，放入物料盘（21），进行低温冷冻干燥；
所述热风转轮干燥单元包括三通阀I（2）、泵III（28）、冷凝器（8）、热交换器（26）、除湿转轮（25）及电热设备（27）；所述三通阀I（2）的第二出口与热交换器（26）的第一入口相连，泵III（28）的入口与外界相连，泵III（28）的出口与冷凝器（8）的第二入口相连，冷凝器（8）的第二出口与热交换器（26）的第二入口相连，热交换器（26）的第一出口与热风除湿干燥室的入口相连，热交换器（26）的第二出口与除湿转轮（25）的再生区相连。
2.根据权利要求1所述一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，其特征在于，所述太阳能集热单元内的太阳能集热器（1）吸收太阳辐射能量，常温水进入太阳能集热器（1）进行加热，一股从太阳能集热器（1）出来后经由三通阀I（2）进入发生器（3），与喷射压缩制冷单元的制冷剂进行换热，加热制冷剂，另一股进入热交换器（26），完成热交换后，为除湿转轮（25）的再生区提供热能。
3.根据权利要求2所述一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，其特征在于，所述双温位喷射-压缩制冷单元中，制冷剂通过发生器（3）吸收太阳能集热单元的热能，升温升压，成为高温高压蒸汽，进入喷射器I（6）后在喷嘴出口处形成高速低压流体，从而引射被引射的流体，在喷射器混合室内等压混合后与来自变速压缩机（7）的流体等压合流进入冷凝器（8）中冷凝，制冷剂在冷凝器（8）中被冷凝成饱和或过冷液态，经由泵Ⅱ（9）通过三通阀Ⅱ（10）分为两股流体，第一股流体输送到发生器（3）成为高温高压蒸汽制冷剂，进入喷射器I（6）工作流体入口；第二股流体通过节流阀Ⅱ（11）节流成中间温度的流体，进入气液分离器（12）进行气液分离，气液分离器（12）中饱和气态制冷剂被喷射器I（6）的工作流体所引射，喷射器I（6）中的工作流体和引射流体在混合室内等压混合，进入到冷凝器（8）中；气液分离器（12）中的一股饱和液态制冷剂从下端出口经由三通阀III（14）的第二出口进入节流阀Ⅳ（17）中，经由预冻蒸发器（18）吸热升温，蒸汽进入喷射器II（16）引射流体入口；另一股饱和液态制冷剂经由三通阀III（14）的第一出口，进入节流阀III（15）中进行节流，经由低温蒸发器（19）吸热升温，蒸汽进入喷射器II（16）工作流体入口；两股制冷剂在喷射器II（16）内混合喷射，进入变速压缩机（7）内升温升压，与喷射器I（6）的制冷剂混合后进入冷凝器（8）中冷凝放热。
4.根据权利要求3所述一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，其特征在于，所述真空冷冻干燥单元中，物料先进入预冻室内进行预冻，预冻完毕后放置在物料盘（21）内，由低温蒸发器（19）于冷阱（20）内冷冻，再打开真空泵（24），将真空泵降低至设定真空度，电加热辐射管（22）开始加热，然后进入解析干燥阶段，去除物料中的结合水。
5.根据权利要求4所述一种太阳能真空冷冻联合热风干燥装置，其特征在于，所述热风转轮干燥单元中，新风由泵III（28）加压后，与冷凝器（8）换热，吸收热量后进入热交换器（26）内与三通阀I（2）第二出口的热水进行换热，进一步提高温度后进入热风除湿干燥室内，经由除湿转轮（25）的干燥区去除水分后，经过电热设备（27）对物料进行进一步干燥；热水在热交换器（26）换热后，进入除湿转轮（25）的再生区内，对干燥剂进行加热再生；被真空冷冻干燥后的物料进入热风除湿干燥室内进行与被除湿后的新风进行干燥。
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