带闪蒸器喷气增焓热泵真空冷冻干燥组合设备节能控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种带闪蒸器的喷气增焓热泵真空冷冻干燥组合设备节能控制方法，特点是控制系统的节能控制方法步骤为：根据食品干燥工艺要求确定干燥室加热隔板的加热介质的入口温度T1；根据组合设备干燥室的真空度要求以及组合设备运行过程中捕水器表面霜层厚度的变化，确定组合设备运行过程中捕水器的蒸发温度T4随运行时间t变化的函数式；根据不同捕水器的蒸发温度T4和冷凝器的冷凝温度T2，以制冷系统能效比最大为原则；根据捕水器的蒸发温度T4随运行时间变化的函数式，通过二级节流阀的开度调节及喷气增焓变频压缩机的转速调节来实现；根据函数式计算确定的闪蒸器制冷剂最佳中间温度T3，通过一级节流阀的开度调节来实现。其优点为：捕水器蒸发温度能够根据捕水器表面结霜厚度变化动态调整，实现了带闪蒸器喷气增焓制冷系统的运行节能，使其运行更加节能。
【专利说明】
带闪蒸器喷气増絵热累真空冷冻干燥组合设备节能控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种带闪蒸器喷气增洽热累真空冷冻干燥组合设备节能控制方法。
【背景技术】
[0002] 真空冷冻干燥设备干燥的食品相对其他干燥方法干燥的食品品质好，但加工过程 中能耗大。真空冷冻干燥设备运行中，一方面被干燥食品中的水分升华需要大量的热量，另 一方面，水分在捕水器中凝华需要大量的冷量。由于为真空冷冻干燥设备提供冷量的制冷 系统在制冷的过程中，其冷凝器放出大量的热量，且运一热量大于食品干燥所需热量，因 此，有研究者提出利用制冷系统冷凝器热量作为食品干燥热源的热累真空冷冻干燥组合设 备。组合设备在运行过程中的能耗主要是制冷系统能耗，要实现组合设备的节能，关键是在 满足食品加工工艺参数如干燥室加热溫度、真空度等要求下，尽可能提高制冷系统的蒸发 溫度。由于在一个干燥加工周期内食品干燥工艺是变化的，其所需的制冷量及蒸发溫度是 变化的，所需热量及加热溫度也是变化的，如何协同控制成为组合设备节能的关键。同时， 由于干燥室加热所需的溫度一般在60°C左右，制冷系统蒸发溫度在-40°C左右，制冷系统必 须采用复叠式制冷、双级压缩制冷或喷气增洽制冷才能满足要求，但运也增加了组合设备 的控制难度。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种喷气增洽热累真空冷冻干燥组 合设备节能控制方法，其可W根据食品干燥工艺参数要求，调节干燥室供热溫度及热量，进 而确定冷凝器冷凝溫度，根据真空度要求和捕水器结霜厚度，确定捕水器(也即蒸发器)最 佳蒸发溫度，根据冷凝器冷凝溫度和捕水器蒸发溫度，确定闪蒸器制冷剂最佳中间溫度，并 通过相应控制系统实现，实现组合设备运行节能。
[0004] 为了达到上述目的，本发明是运样实现的，其是一种喷气增洽热累真空冷冻干燥 组合设备节能控制方法，其特征在于组合设备包括真空系统、喷气增洽变频压缩机、冷却水 流量调节阀、旁通换热器、加热介质循环累、冷凝器、干燥室加热隔板、闪蒸器、一级节流阀、 二级节流阀、捕水器、控制系统、加热介质入口溫度传感器、冷凝溫度传感器、中间溫度传感 器及捕水器蒸发溫度传感器;其中所述加热介质入口溫度传感器感应进入干燥室加热隔板 的加热介质的入口溫度T1，冷凝溫度传感器感应流出冷凝器的制冷剂的冷凝溫度T2,中间 溫度传感器感应进入闪蒸器的制冷剂的中间溫度T3,捕水器蒸发溫度传感器感应进入捕水 器的制冷剂的蒸发溫度T4;所述控制系统的节能控制方法包括步骤如下： (一) 根据食品干燥工艺要求确定干燥室加热隔板的加热介质的入口溫度T1，W此为控 制对象通过调节冷却水流量调节阀的开度来实现，当实际溫度大于设定值时，冷却水流量 调节阀的开度加大，反之减小； (二) 根据组合设备干燥室的真空度要求W及组合设备运行过程中捕水器表面霜层厚 度的变化，确定组合设备运行过程中捕水器的蒸发溫度T4随运行时间t变化的函数式，W下 是一种简化的计算方法： (a) 根据确定干燥室的真空度，得到捕水器的对应水蒸气凝华溫度，捕水器的表面霜层 溫度必须低于此溫度，此溫度也即组合设备开始运行时捕水器的最高初始蒸发溫度T41; (b) 根据捕水器的总捕水量和表面积，确定整个运行周期结束时捕水器表面结霜厚度 d，得到运行周期结束时捕水器的最终蒸发溫度T42,因此整个运行周期S时间内捕水器初始 蒸发溫度与最终蒸发溫度的差 ΔΤ=Τ41-Τ42； (C)因整个运行周期S时间内，单位时间升华水量不同，根据实际运行规律，其运行过程 基本可W分为两个阶段，第一阶段在一半的运行时间内即0~0.5S，升华水量约为总水量的 70%± 10%，且单位时间升华量基本相同；在第二阶段余下的运行时间内也即0.5S~S，升华 水量约为总水量的30%± ±10%，单位时间升华量同样基本相同；如W平板型捕水器来计算， 则第一阶段捕水器（11)的蒸发溫度Τ4随运行时间t变化的函数式I为Τ4= T41-1.4*(t/s)* ΔΤ，式I中，古t>0，在第二阶段捕水器的蒸发溫度Τ4随时间t变化的函数式Π 为Τ4= 2 Τ41 _0.4 Δ Τ-0.6*(t/s)* Δ Τ，式Π 中，占'吉? ^，考虑到给蒸发溫度一定安全余量，实际 蒸发溫度Τ4可在上述计算值的基础上降低2~：TC ; (Ξ)根据不同捕水器的蒸发溫度Τ4和冷凝器的冷凝溫度T2，W制冷系统能效比最大为 原则，通过实验得到闪蒸器最佳的制冷剂溫度T3,并通过回归方法得到闪蒸器的最佳制冷 剂的制冷剂溫度T3随捕水器的蒸发溫度T4和冷凝器的冷凝溫度T2变化的函数式虹； (四） 根据捕水器的蒸发溫度T4随运行时间变化的函数式I及函数式（Π )，通过二级节 流阀的开度调节及喷气增洽变频压缩机的转速调节来实现，当捕水器的蒸发溫度T4实际值 高于计算值时，喷气增洽变频压缩机的转速提高，二级节流阀的开度相应减小，当实际值低 于计算值时，喷气增洽变频压缩机的转速降低，二级节流阀的开度相应加大； (五) 根据函数式m计算确定的闪蒸器制冷剂最佳中间溫度T3,通过一级节流阀的开度 调节来实现，当闪蒸器制冷剂最佳中间溫度T3实际值高于计算值时，一级节流阀的开度相 应减小，当实际值低于计算值时，一级节流阀的开度相应加大。
[0005] 本发明与现有技术相比的优点为:热累真空冷冻干燥组合设备在一个完整的干燥 加工周期中，捕水器蒸发溫度能够根据捕水器表面结霜厚度变化动态调整，实现了带闪蒸 器喷气增洽制冷系统的运行节能，使得带闪蒸器喷气增洽热累真空冷冻干燥组合设备运行 更加节能。
【附图说明】
[0006] 图1是本发明的系统原理图。
【具体实施方式】
[0007] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考 附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[000引如图1所示，其是一种带闪蒸器喷气增洽热累真空冷冻干燥组合设备节能控制方 法，组合设备包括真空系统1、喷气增洽变频压缩机2、冷却水流量调节阀3、旁通换热器4、加 热介质循环累5、冷凝器6、干燥室加热隔板7、闪蒸器8、一级节流阀9、二级节流阀10、捕水器 11、控制系统12、加热介质入口溫度传感器13、冷凝溫度传感器14、中间溫度传感器15及捕 水器蒸发溫度传感器16;其中所述喷气增洽变频压缩机2的制冷剂出口与旁通换热器4的制 冷剂入口连通，所述旁通换热器4的制冷剂出口与冷凝器6的制冷剂入口连通，所述冷凝器6 的制冷剂出口通过一级节流阀9与闪蒸器8的制冷剂入口连通，所述闪蒸器8的制冷剂气体 出口与喷气增洽变频压缩机2的制冷剂制冷剂中间回气口连通，闪蒸器8的制冷剂液体出口 通过二级节流阀10与捕水器11的制冷剂入口连通，捕水器11的制冷剂出口与喷气增洽变频 压缩机2的制冷剂入口连通;所述加热介质循环累5与干燥室加热隔板7串联，冷凝器6对加 热介质加热，被加热后的加热介质流入到干燥室加热隔板7中对干燥室中物料进行加热;所 述冷却水流量调节阀3可调节旁通换热器4的制冷剂出口溫度，所述真空系统1对干燥室进 行抽真空，捕水器11捕集来自干燥室的水份;所述加热介质入口溫度传感器13感应流入干 燥室加热隔板7的加热介质的入口溫度T1，冷凝溫度传感器14感应流出冷凝器6的制冷剂的 冷凝溫度T2,中间溫度传感器15感应进入闪蒸器8的制冷剂的中间溫度T3,捕水器蒸发溫度 传感器16感应进入捕水器11的制冷剂的蒸发溫度T4,所述控制系统12的节能控制方法包括 步骤如下： (一) 根据食品干燥工艺要求确定干燥室加热隔板7的加热介质的溫度T1，W此为控制 对象通过调节冷却水流量调节阀3的开度来实现，当实际溫度大于设定值时，冷却水流量调 节阀3的开度加大，反之减小； (二) 根据组合设备干燥室的真空度要求W及组合设备运行过程中捕水器11表面霜层 厚度的变化，确定组合设备运行过程中捕水器11蒸发溫度T4随运行时间t变化的函数式，因 组合设备在一个运行周期内，单位时间内升华的水量不同，按照传热学理论进行计算较为 复杂，W下是一种简化的计算方法： (a) 根据确定干燥室的真空度，得到捕水器11的对应水蒸气凝华溫度，捕水器11的表面 霜层溫度必须低于此溫度，此溫度也即组合设备开始运行时捕水器11的最高初始蒸发溫度 T41; (b) 根据捕水器11的总捕水量和表面积，确定整个运行周期结束时捕水器表面结霜厚 度d，得到运行周期结束时捕水器11的最终蒸发溫度T42,因此整个运行周期S时间内捕水器 11初始蒸发溫度与最终蒸发溫度的差 ΔΤ=Τ41-Τ42； (C)因整个运行周期S时间内，单位时间升华水量不同，根据实际运行规律，其运行过程 基本可W分为两个阶段，第一阶段在一半的运行时间内即0~0.5S，升华水量约为总水量的 70%± 10%，且单位时间升华量基本相同；在第二阶段余下的运行时间内也即0.5S~S，升华 水量约为总水量的30%±10%，单位时间升华量同样基本相同；如W平板型捕水器来计算，贝U 第一阶段捕水器的蒸发溫度Τ4随运行时间t变化的函数式I为Τ4= T41-1.4*(t/s)*AT，式 I中，^孩> (>0:，在第二阶段捕水器（11)的蒸发溫度T4随时间t变化的函数式Π 为Τ4= 2 T41_0.4AT-0.6*(t/s)*AT，式π中，占'。考虑到给蒸发溫度一定安全余量，实际 蒸发溫度Τ4可在上述计算值的基础上降低2~：TC ; (Ξ)根据不同捕水器11的蒸发溫度Τ4和冷凝器6的冷凝溫度T2，W制冷系统能效比最 大为原则，通过实验得到对应的闪蒸器8的制冷剂最佳中间溫度T3,并通过回归方法得到闪 蒸器8的制冷剂最佳中间溫度T3随捕水器11的蒸发溫度T4和冷凝溫度T2变化的函数式虹； (四） 根据捕水器11的蒸发溫度T4随运行时间变化的函数式I及函数式Π ，通过二级节 流阀10的开度调节及喷气增洽变频压缩机2的转速调节来实现，当捕水器11的蒸发溫度T4 实际值高于计算值时，喷气增洽变频压缩机2的转速提高，二级节流阀10的开度相应减小， 当实际值低于计算值时，喷气增洽变频压缩机2的转速降低，二级节流阀10的开度相应加 大； (五) 根据函数式虹计算确定的闪蒸器8的制冷剂最佳中间溫度T3,通过一级节流阀9的 开度调节来实现，当闪蒸器8的制冷剂最佳中间溫度T3实际值高于计算值时，一级节流阀9 的开度相应减小，当实际值低于计算值时，一级节流阀9的开度相应加大。
[0009]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可W理解:在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可W对运些实施例进行多种变化、修改、替换及变形，本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种带闪蒸器的喷气增焓热栗真空冷冻干燥组合设备节能控制方法，其特征在于组 合设备包括真空系统（1)、喷气增焓变频压缩机（2)、冷却水流量调节阀（3)、旁通换热器 (4)、加热介质循环栗（5)、冷凝器(6)、干燥室加热隔板(7)、闪蒸器(8)、一级节流阀（9)、二 级节流阀（10)、捕水器（11)、控制系统（12)、加热介质入口温度传感器（13)、冷凝温度传感 器（14)、中间温度传感器（15)及捕水器蒸发温度传感器（16);其中所述加热介质入口温度 传感器（13)感应进入干燥室加热隔板(7)的加热介质的入口温度T1，冷凝温度传感器（14) 感应流出冷凝器(6)的制冷剂的冷凝温度T2,中间温度传感器（15)感应进入闪蒸器(8)的制 冷剂中间温度T3,捕水器蒸发温度传感器（16)感应进入捕水器（11)的制冷剂的蒸发温度 T4;所述控制系统（12)的节能控制方法包括步骤如下： (一) 根据食品干燥工艺要求确定干燥室加热隔板(7)的加热介质的入口温度T1，以此 为控制对象通过调节冷却水流量调节阀（3)的开度来实现，当实际温度大于设定值时，冷却 水流量调节阀（3)的开度加大，反之减小； (二） 根据组合设备干燥室的真空度要求以及组合设备运行过程中捕水器（11)表面霜 层厚度的变化，确定组合设备运行过程中捕水器（11)的蒸发温度T4随运行时间t变化的函 数式，以下是一种简化的计算方法： (a) 根据确定干燥室的真空度，得到捕水器（11)的对应水蒸气凝华温度，捕水器（11)的 表面霜层温度必须低于此温度，此温度也即组合设备开始运行时捕水器（11)的初始蒸发温 度 T41; (b) 根据捕水器（11)的总捕水量和表面积，确定整个运行周期结束时捕水器（11)表面 结霜厚度d，得到运行周期结束时捕水器（11)的最终蒸发温度T42,因此整个运行周期S时间 内捕水器(11)初始蒸发温度与最终蒸发温度的温差A T=T41-T42; (c) 因整个运行周期S时间内，单位时间升华水量不同，根据实际运行规律，其运行过程 基本可以分为两个阶段，第一阶段在一半的运行时间内即〇~0.5S，升华水量约为总水量的 70%± 10%，且单位时间升华量基本相同；在第二阶段余下的运行时间内也即0.5S~S，升华 水量约为总水量的30%± ± 10%，单位时间升华量同样基本相同；如以平板型捕水器来计算， 则第一阶段捕水器（11)的蒸发温度T4随运行时间t变化的函数式I为T4= T41 一 1.4*(t/s)* 八1\式1中，，在第二阶段捕水器(11)的蒸发温度T4随时间t变化的函数式Π 为 Τ4= T41 一 0.4AT-0.6*(t/s)*AT，式Π 中，，考虑到给蒸发温度一定安全余量， 实际蒸发温度T4可在上述计算值的基础上降低2~3°C ; (三) 根据不同捕水器（11)的蒸发温度T4和冷凝器(6)的冷凝温度T2,以制冷系统能效 比最大为原则，通过实验得到闪蒸器(8)最佳的制冷剂温度T3,并通过回归方法得到闪蒸器 (8)的制冷剂最佳温度T3随捕水器（11)的蒸发温度T4和冷凝器(6)的冷凝温度T2变化的函 数式ΙΠ ; (四） 根据捕水器（11)的蒸发温度T4随运行时间变化的函数式I及函数式Π ，通过二级 节流阀（10)的开度调节及喷气增焓变频压缩机(2)的转速调节来实现，当捕水器（11)的蒸 发温度T4实际值高于计算值时，喷气增焓变频压缩机(2)的转速提高，二级节流阀（10)的开 度相应减小，当实际值低于计算值时，喷气增焓变频压缩机（2)的转速降低，二级节流阀 (10)的开度相应加大； (五)根据函数式m计算确定的闪蒸器(8)制冷剂最佳中间温度T3,通过一级节流阀(9) 的开度调节来实现，当闪蒸器(8)制冷剂最佳中间温度T3实际值高于计算值时，一级节流阀 (9)的开度相应减小，当实际值低于计算值时，一级节流阀(9)的开度相应加大。
【文档编号】F25B49/02GK105928326SQ201610299894
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】徐言生, 吴治将, 李锡宇, 李东洺
【申请人】顺德职业技术学院