本发明涉及食品速冻领域，更具体的说，是涉及一种利用食品速冻不同阶段放热特性和制冷系统冷凝热综合利用的复叠式分段速冻及冷热联供速冻机。
背景技术：
食品通过速冻是解决食品长期保存的一个方法，提高食品速冻过程的能效成为本领域研究人员的重点工作。一种新型的食品加工厂用智能速冻机（CN201610520745.X）公开了一种包括机箱、出料仓、制冷蒸发器、风机的速冻的机，能够远程无线控制、智能化水平更高、实用性更强；船用海水速冻机（CN201620856929.9）公开一种船用海水速冻机，具有冷冻箱、水箱、与冷冻箱配套的制冷机组、输送系统和用于盛装海产品的吊筐；高效隧道速冻机（ CN201620555019.7）将保温库及保温库内延伸至保温库的进料口和出料口外的传输网带，解决了现有技术中存在的来自蒸发器的低温气体在循环过程中能量损失大，导致用于食品速冻的低温气体温度升高，直接影响食品的速冻效果和品质等的技术问题；一种带有差速输送装置的螺旋速冻机（CN105712066A）提供一种带有差速输送装置的螺旋速冻机，可以避免物品因堆积造成的超高现象，可有效提高设备运行的稳定性；一种双厢式液氮隧道型速冻机（CN105091446A）提出了一种包括隧道腔、环绕型输送带的速冻机，各腔之间采用顶部液氮封堵装置进行隔离，工作室液氮使用效率高，能够有效降低物料的速冻成本；速冻机（CN103791671A）公开了一种包括冷冻库体，冷冻库体内设有冷冻室和安装吹冷风装置的供风室的速冻机，可以避免货物之间粘接以及货物与输送带粘连问题，提高了生产效率和产品质量，制冷量得到充分利用，降低了制冷机的负荷，达到节能目的; 一种平板速冻机(CN103453714A)公开了一种包括机体、冷冻风机和操作平台地速冻机，提高了食品速冻机工作效率，降低了能源消耗; 一拖多智能化速冻机的运作方法(CN103216994A)解决现有速冻机缺乏化霜、后台信息服务及智能控制功能等缺点，速冻操作便捷省力、智能自动化程度高等特点; 沉浸式速冻机(CN103040076A)提供一种包括低温制冷机组、载冷剂池及输送组件的速冻机，冻结速度快，冻结的时间短，具有更小的占地空间和更少的能耗; 一种速冻机(CN103017448A)提出一种包括机架、速冻仓、料筐、传动轴、循环风机、料筐翻转装置的速冻机，节省人力物力，节能环保，生产效率高；一种速冻机喷射风道(CN102735008A)公开一种包括保温机体、传送皮带、换热器、换热风机等的速冻机，冻结速度高，冻结速度是现有直线速冻机的2倍左右；脉冲式高效钢带速冻机(CN102384622A)包含在库体、蒸发器、冷风室、离心风机、上吹风室、喷嘴、钢带等。冻结速度更快，能耗减少；三温段食品速冻方法及三温段食品速冻机(CN102058139A)公开了一种包括了由预冷腔体、结晶腔体、深冷腔体三个腔体构成的速冻库体、制冷系统，传热温差小，达到节能目的；单冻机(CN101033905)公开了包括外壳和位于其内的蒸发器、送风室及装于送风室内的循环风机、送风道、回风室、回风道的速冻及，具有节约能源、速冻效率高、速冻食品品质好等优点。这些发明所公布的技术为速冻机的发展起到了促进作用，但是都有明显的不足，主要体现在以下方面：
（1）系统的能源综合利用率不高：
（2）没有结合食品速冻工艺特性来进行工艺调节，虽然专利三温段食品速冻方法及三温段食品速冻机(CN102058139A)提出了分段式速冻概念，但是没有在供冷方式上具体实现。
技术实现要素：
本发明提供了一种复叠式分段速冻及冷热联供速冻机，目的是利用复叠式制冷，给速冻机提供3种不同的蒸发温度，实现速冻机的分段速冻，同时利用制冷系统的冷凝废热加热热水，用于食品速冻过程中的其他操作，从而实现速冻过程的能量综合利用，并提高速冻效率和速冻食品质量。
为实现本发明的目的，采用以下的技术方案：
一种复叠式分段速冻及冷热联供速冻机，速冻机的传送装置由滚轮和传输链条组成；制冷剂压缩机的制冷剂出口连接冷凝器的制冷剂入口，冷凝器的制冷剂出口分别连接第一支路和第二支路；所述第一支路通过依次设置的节流阀一、制冷剂高温端蒸发器和背压阀一连接制冷剂压缩机的制冷剂入口；所述第二支路通过依次设置的节流阀二、冷凝蒸发器和背压阀二连接制冷剂压缩机的制冷剂入口；冷凝器出水口连接热水箱的入水口，热水箱的出水口通过热水泵连接冷凝器入水口；冷凝蒸发器的液体CO2出口连接CO2气液分离循环桶， CO2气液分离循环桶的液体出口通过CO2循环泵分别连接CO2中温蒸发器入口和第三支路，CO2中温蒸发器出口连接CO2气液分离循环桶气体入口；所述第三支路通过依次设置的CO2节流阀、CO2低温蒸发器和CO2气体压缩机连接冷凝蒸发器气体入口，CO2气液分离循环桶的气体出口连接冷凝蒸发器气体入口。
所述制冷剂高温端蒸发器与CO2中温蒸发器之间和CO2中温蒸发器与CO2低温蒸发器之间分别设置分段挡板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中制冷剂制冷系统的冷凝器为水冷冷凝器，冷凝器放热用于加热冷却水，加热后的水用于其他食品速冻工艺，如票汤等，实现能量的综合利用。
本发明中制冷剂压缩机两路回气管路上分别安装了背压阀，调节回气压力，使回气平稳，减少冲击。
本发明中通过CO2气液分离循环桶、CO2循环泵及CO2节流阀实现速冻阶段所需要的中温和低温。
附图说明
图1所示为复叠式分段速冻及冷热联供速冻机的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例对本发明作进一步详细说明。
本发明复叠式分段速冻及冷热联供速冻机的结构示意图如图1所示，由制冷剂压缩机1，冷凝器2，节流阀一3-1，节流阀二3-2， 制冷剂高温端蒸发器4，热水泵5，热水箱6，冷凝蒸发器7， CO2气体压缩机8， CO2气液分离循环桶9， CO2中温蒸发器10，CO2低温蒸发器11， CO2节流阀12，滚轮13，分段挡板14, CO2循环泵15,传输链条16，背压阀一17-1、背压阀二17-2。其中制冷剂采用R404A。
速冻机的传送装置由滚轮13和传输链条组成；所述制冷剂压缩机1的制冷剂出口连接冷凝器2的制冷剂入口，冷凝器的制冷剂出口分别连接第一支路和第二支路；所述第一支路通过依次设置的节流阀一3-1、制冷剂高温端蒸发器4和背压阀一17-1连接制冷剂压缩机1的制冷剂入口；所述第二支路通过依次设置的节流阀二3-2、冷凝蒸发器7和背压阀二17-2连接制冷剂压缩机1的制冷剂入口；冷凝器2出水口连接热水箱6的入水口，热水箱6的出水口通过热水泵5连接冷凝器2入水口；冷凝蒸发器7的液体CO2出口连接CO2气液分离循环桶9， CO2气液分离循环桶9的液体出口通过CO2循环泵15分别连接CO2中温蒸发器10入口和第三支路，CO2中温蒸发器10出口连接CO2气液分离循环桶9气体入口；所述第三支路通过依次设置的CO2节流阀、CO2低温蒸发器11和CO2气体压缩机8连接冷凝蒸发器7气体入口，CO2气液分离循环桶9的气体出口连接冷凝蒸发器7气体入口。
所述制冷剂高温端蒸发器4与CO2中温蒸发器10之间和CO2中温蒸发器10与CO2低温蒸发器11之间分别设置分段挡板14。
所述的制冷剂压缩机两路回气管路上分别安装了背压阀17，调节回气压力，使回气平稳，减少冲击；所述的CO2气液分离循环桶9、CO2循环泵15及CO2节流阀12实现了速冻阶段所需要的中温和低温。
工作过程如下：
R404A制冷剂经过制冷剂压缩机1的压缩，进冷凝器2，在冷凝器中R404A放热被热水箱6中经过热水泵5循环的水吸收，同时循环的水加热变成热水。冷凝后的制冷剂分两路分别经过节流阀3，一路进入速冻机的制冷剂高温端蒸发器4，在那里吸热蒸发回到制冷剂压缩机1的回气管，造成一个相对高的温度；另外一路进入冷凝蒸发器7，吸热蒸发，使CO2气体成为液体后回到制冷剂压缩机1的回气管，两路的气体在混合之前分别通过背压阀17调节到相同压力后混合进入制冷剂压缩机1，如此循环。
对CO2循环而言冷凝蒸发器7冷凝为液体的CO2进入CO2气液分离循环桶9，进行CO2气液分离，CO2液体从CO2气液分离循环桶9的底部进入CO2循环泵15，CO2液体从CO2循环泵15出来后分成两路，一路直接进入CO2中温蒸发器10，气化吸热，达到一个中温环境，然后进入CO2气液分离循环桶9进行气液分离；另外一路经过CO2节流阀12达到更低的蒸发温度进入CO2低温蒸发器11，气化吸热，气体CO2然后进入CO2气体压缩机8，压缩到中温，排出CO2气体压缩机8，排出的气体CO2与CO2气液分离循环桶9分离出的气体混合后进入冷凝蒸发器7冷凝为液体CO2,如此循环。
速冻食品从高温端蒸发器4进入，在滚轮13和传输链条16的传输下，分别经过制冷剂高温端蒸发器4、CO2中温蒸发器10和CO2低温蒸发器11，完成速冻过程，最后从CO2低温蒸发器11处离开。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。