专利名称：真空冷冻干燥设备余热回收利用系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种真空冷冻干燥设备，具体涉及一种真空冷冻干燥设备制冷系统冷凝器散热回收利用系统，同时还涉及一种基于上述余热回收利用系统的余热回收利用方法。
背景技术：
真空冷冻干燥是将食品冷冻，使其含有的水变成冰块，然后在真空下使冰升华而达到干燥目的。要维持升华干燥的不断进行，必须满足两个基本条件，即热量的不断供给和生成蒸汽的不断排除。现有的真空冷冻干燥设备基本采用辐射加热方式，由加热板辐射来供给热量，用热水加热加热板，热水是通过汽-水换热或电加热产生。供给热量的过程是一个传热过程，排除蒸汽的过程是一个传质的过程，升华蒸汽被蒸汽捕集器(冷阱)捕获后被制冷系统的蒸发器冷凝，并通过制冷系统冷凝器向大气中散热。对于制冷系统来讲，由于不同季节的大气温度不同，尤其是夏天大气温度高，制冷系统的制冷系数大幅下降，运行经济性大幅下降，电耗大。对于真空冷冻干燥设备整体来讲，在供给热量的同时将大量热量散失到大气中，热量未能充分合理利用。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能将制冷系统冷凝器散热回收利用的真空冷冻干燥设备余热回收利用系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为 一种真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，包括制冷系统冷凝器，加热盐水槽工质；第一热泵，其蒸发器与盐水槽内工质换热，其冷凝器与中间容器内工质换热； 第二热泵，其蒸发器与中间容器内工质换热，冷凝器加热加热板需热水； 中间容器还设有辅助加热装置。
第二热泵的数量根据生产线不同干燥时段所需的不同温度匹配，第二热泵彼此之间并联布置。
上述真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，所述辅助加热装置为空气源热泵。
上述真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，所述辅助加热装置为太阳能集热系统，其贮热水箱中工质与中间容器工质换热。
对于辅助加热装置为太阳能集热系统的真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，所述中间容器还设有空气源热泵辅助加热装置。
制冷系统冷凝器的散热通过余热回收利用系统加热加热板所需热水，对于真空冷冻干燥设备整体来讲，构成了能量循环系统。本发明不仅回收利用了制冷系统冷凝器的散热，还将制冷系统冷凝器的环境稳定保持在一个相对较低的温度，制冷系统的能效比增大， 运行经济性好，电耗降低。加热板所需热水的热量绝大部分来自于制冷系统冷凝器的散热，避免了蒸汽和电(电加热)的消耗，降低了运行成本，节能减排。真空冷冻干燥设备整体的热损失通过辅助加热装置补充。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能将制冷系统冷凝器散热回收利用的真空冷冻干燥设备余热回收利用方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种基于上述余热回收利用系统的余热回收利用方法，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
上述余热回收利用方法，所述盐水槽中水温控制在8°C 10°C，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择，当中间容器中工质温度低于40°C时，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
上述余热回收利用方法，所述辅助加热装置为空气源热泵或/和太阳能集热系统。
本发明用制冷系统冷凝器的散热加热加热板所需热水，对于真空冷冻干燥设备整体来讲，散热损失通过辅助加热装置弥补，构成了稳定的能量循环系统。制冷系统冷凝器的环境稳定保持在8°C 10°C，制冷系统的能效比增大，运行经济性好，电耗降低。加热板所需热水的热量绝大部分来自于制冷系统冷凝器的散热，避免了蒸汽和电(电加热)的消耗， 降低了运行成本，节能减排。
本发明还提供一种能将制冷系统冷凝器散热回收利用的真空冷冻干燥设备余热回收利用方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为 一种通过上述余热回收利用系统的余热回收利用方法，在用电低谷时段，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热，最终使得盐水槽蓄冰，第一热泵加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择；在用电低谷时段过后的初始时段，停用第一热泵，制冷系统冷凝器散热融冰，辅助加热装置加热中间容器，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择；当盐水槽水温高于10°C时，启用第一热泵，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，盐水槽中水温控制在8°C 10°C，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择，当中间容器中工质温度低于40°C时，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
上述余热回收利用方法，所述辅助加热装置为空气源热泵或/和太阳能集热系统。
本发明是在夜间用电低谷时段，尽量利用低价电，在盐水槽蓄冰，在其它时段，停用第一热泵，制冷系统冷凝器散热融冰，靠第二热泵加热加热板需热水，散热损失通过辅助加热装置弥补，构成了稳定的能量循环系统。本发明减少了其它时段用电，系统运行经济性提尚。
本发明还提供一种能将制冷系统冷凝器散热回收利用的真空冷冻干燥设备余热回收利用方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为 一种通过上述余热回收利用系统的余热回收利用方法，在用电低谷时段，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热，最终使得盐水槽蓄冰，第一热泵加热中间容器中工质，中间容器中的热量在满足第二热泵取热的前提下，将多余热量储存于贮热水箱中，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择，在用电低谷时段过后的初始时段，停用第一热泵，制冷系统冷凝器散热融冰，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温度温控制在40°C 50°C，当中间容器中工质温度低于40°C时，通过贮热水箱补热，在贮热水箱对中间容器补热不足的情况下，空气源热泵辅助加热，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择；当盐水槽水温高于10°C时，启用第一热泵，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，盐水槽中水温控制在8°C 10°C，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，当中间容器中工质温度低于40°C时，通过贮热水箱补热，在贮热水箱对中间容器补热不足的情况下， 空气源热泵辅助加热，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择。
本发明是在夜间用电低谷时段，尽量利用低价电，在盐水槽蓄冰，在其它时段，停用第一热泵，制冷系统冷凝器散热融冰，靠第二热泵加热加热板需热水，散热损失通过首先通过贮热水箱补热，在补热不足的情况下(或连续阴雨天)，空气源热泵辅助加热，本发明减少了其它时段用电，尽量利用太阳能，系统运行经济性提高。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明 图1为本发明的原理图。
图中1制冷系统冷凝器，2盐水槽，3冰球，4第一热泵，5中间容器，6第二热泵，7空气源热泵，8贮热水箱，9太阳能集热器。
具体实施方式
图1示出了真空冷冻干燥设备余热回收利用系统原理图，余热回收利用系统包括收容制冷系统(制冷系统可以包括冷阱和冷库)冷凝器1的盐水槽2，吸收制冷系统冷凝器的散热。
将热量从盐水槽2 (低温热源)向中间容器5 (高温热源)传递的第一热泵4，一种具体结构是第一热泵蒸发器热流体的给水来自盐水槽，换热后回水又回流入盐水槽中，第一热泵冷凝器冷流体的给水来自中间容器，换热后回水又回流入中间容器中。
将热量从中间容器5 (低温热源)向加热板需热水(高温热源)传递的第二热泵6， 第二热泵6的数量根据生产线不同干燥时段所需的不同温度匹配，多条生产线应错开干燥时段进行，第二热泵6彼此之间并联布置，以提供满足不同干燥时段的温度要求。具体结构是第二热泵蒸发器热流体的给水来自中间容器，换热后回水又回流入中间容器中，第二热泵冷凝器冷流体的给水来自加热板热水回水，换热后回水为加热板热水给水。
对于真空冷冻干燥设备整体来讲，由散热损失，辅助加热装置适时向中间容器辅助加热。
第一种辅助加热装置可以是太阳能集热系统，太阳能集热系统包括太阳能集热器 9和贮热水箱8，贮热水箱8中工质与中间容器5中工质换热。
第二种辅助加热装置可以是空气源热泵7，一种具体结构是空气源热泵冷凝器冷流体的给水来自中间容器5，换热后回水又回流入中间容器5中。另一种具体结构是空气源热泵的冷凝器置于中间容器5中。
第三种辅助加热装置还可以是空气源热泵和太阳能集热系统，具体结构同上。
制冷系统冷凝器的散热通过余热回收利用系统加热加热板所需热水，对于真空冷冻干燥设备整体来讲，构成了能量循环系统。本发明不仅回收利用了制冷系统冷凝器的散热，还将制冷系统冷凝器的环境稳定保持在一个相对较低的温度，制冷系统的能效比增大， 运行经济性好，电耗降低。加热板所需热水的热量绝大部分来自于制冷系统冷凝器的散热， 避免了蒸汽和电(电加热)的消耗，降低了运行成本，节能减排。真空冷冻干燥设备整体的热损失通过辅助加热装置补充。
一种基于上述余热回收利用系统的真空冷冻干燥设备余热回收利用方法，制冷系统冷凝器1散热给盐水槽2中盐水，第一热泵4从盐水槽内取热并加热中间容器5中盐水， 第二热泵6从中间容器内取热并加热加热板需热水，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
具体地，盐水槽2中水温控制在8°C 10°C，中间容器5中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择，当中间容器5中工质温度低于40°C时，辅助加热装置给中间容器辅助加热。所述辅助加热装置为空气源热泵或/ 和太阳能集热系统。
本发明用制冷系统冷凝器的散热加热加热板所需热水，对于真空冷冻干燥设备整体来讲，散热损失通过辅助加热装置弥补，构成了稳定的能量循环系统。制冷系统冷凝器的环境稳定保持在8°C 10°C，制冷系统的能效比增大，运行经济性好，电耗降低。加热板所需热水的热量绝大部分来自于制冷系统冷凝器的散热，避免了蒸汽和电(电加热)的消耗， 降低了运行成本，节能减排。
一种基于上述余热回收利用系统的真空冷冻干燥设备余热回收利用方法，在用电低谷时段，制冷系统冷凝器1散热给盐水槽2中盐水，第一热泵4从盐水槽内取热，最终使得盐水槽蓄冰，第一热泵加热中间容器5中工质，第二热泵6从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择。
在用电低谷时段过后的初始时段，停用第一热泵，制冷系统冷凝器散热融冰，辅助加热装置加热中间容器，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择；当盐水槽水温高于10°C时，启用第一热泵，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，盐水槽中水温控制在8°C 10°C，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择，当中间容器中工质温度低于40°C时，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
所述辅助加热装置为空气源热泵或/和太阳能集热系统。
考虑到盐水槽蓄冰的要求，盐水槽内布置有冰球。
一种基于上述第三种辅助加热装置的余热回收利用系统的真空冷冻干燥设备余热回收利用方法，在用电低谷时段，制冷系统冷凝器1散热给盐水槽中盐水，第一热泵4从盐水槽2内取热，最终使得盐水槽蓄冰，第一热泵4加热中间容器5中工质，中间容器5中的热量在满足第二热泵取热的前提下，将多余热量储存于贮热水箱8中，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择，在用电低谷时段过后的初始时段，停用第一热泵，制冷系统冷凝器散热融冰，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温度温控制在40°C 50°C，当中间容器中工质温度低于40°C时，通过贮热水箱补热，在贮热水箱对中间容器补热不足的情况下，空气源热泵辅助加热，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择；由于盐水槽水温较高时，违背了使得制冷系统冷凝器的环境温度维持在较低温度的初衷，也就达不到制冷系统的能效比增大，运行经济性好，电耗降低的目的。因此，当盐水槽水温高于10°C时，启用第一热泵，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，盐水槽中水温控制在8°C 10°C，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，当中间容器中工质温度低于40°C时，通过贮热水箱补热，在贮热水箱对中间容器补热不足的情况下， 空气源热泵辅助加热，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择。
针对该种余热回收利用方法，更具体的为在0:00到7:00时段，制冷系统冷凝器散热作为系统加热来源，损失热量通过拉低盐水槽的温度补充。由于此时处于用电低谷，电费便宜，盐水槽的温度可由第一热泵拉至_8°C左右进行蓄冰。从盐水槽取热除补充损失热量外，多出的热量可以加热贮热水箱。7:00以后， 第一热泵停止工作，冷凝器散热用于融冰。加热热量来自贮热水箱与中间容器的热交换，由太阳能集热器提供热量。当由于天气原因热量不足时，短缺热量由空气源热泵提供。
总之，系统需要的热量等于余热回收的热量与辅助加热热量之和。余热回收的能效比为1:4，达到了节能的目的。损失的热量由太阳能补充，在太阳能产热不足时，由空气源热泵补充，其能效比根据季节不同在1 :2 — 1 :4之间，节能效果显著。至于夜间蓄冰，实际上是提前进行了余热回收，利用峰谷电价差价，达到降低费用的目的。第一热泵在回收余热的同时优化了冷凝器的工作条件，达到了制冷系统的节电运行。
下面举例分析说明余热回收利用的效果某FD干燥生产企业共有六条干燥面积200平方米/条的生产线，每仓一次装入冻品 2. 66吨，干燥后产品重0. 2吨。生产线两条一组，冷阱压缩机制冷量M3KW，电机功率200KW， 运行耗电每小时约150度。4吨燃煤锅炉一台，每天耗煤6 7吨，生产蒸汽送到车间用于消毒、加热热水用于干燥及冷阱融冰。每组之间错开时段生产，24小时一个周期。
经改造，盐水槽中安装两台制热量259KW、功率62KW的第一热泵，中间容器安装三台制热量259kw的第二热泵，以分别制取水温为50°C、70°C和90°C的加热板需热水，供生产线不同干燥时段使用。另外，安装了太阳能集热系统及空气源热泵用于补充散热损失。改造后，冷阱压缩机电流由300A降到200A，锅炉停用。锅炉鼓风、引凤、给水及压缩机节约的电量与热泵系统耗电持平。消毒改为紫外线消毒。每年节煤1800吨，节约额144万，两年即可收回投资。
权利要求
1.一种真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，其特征在于包括制冷系统冷凝器，加热盐水槽工质；第一热泵，其蒸发器与盐水槽内工质换热，其冷凝器与中间容器内工质换热；第二热泵，其蒸发器与中间容器内工质换热，冷凝器加热加热板需热水；中间容器还设有辅助加热装置；第二热泵的数量根据生产线不同干燥时段所需的不同温度匹配，第二热泵彼此之间并联布置。
2.根据权利要求1所述的真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，其特征在于所述辅助加热装置为空气源热泵。
3.根据权利要求1所述的真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，其特征在于所述辅助加热装置为太阳能集热系统，其贮热水箱中工质与中间容器工质换热。
4.根据权利要求3所述的真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，其特征在于所述中间容器还设有空气源热泵辅助加热装置。
5.一种基于权利要求1所述余热回收利用系统的余热回收利用方法，其特征在于制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
6.根据权利要求5所述的余热回收利用方法，其特征在于所述盐水槽中水温控制在 8V 10°C，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在 50°C 90°C范围内选择，当中间容器中工质温度低于40°C时，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
7.根据权利要求5或6所述的余热回收利用方法，其特征在于所述辅助加热装置为空气源热泵或/和太阳能集热系统。
8.—种通过权利要求1所述余热回收利用系统的余热回收利用方法，其特征在于在用电低谷时段，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热，最终使得盐水槽蓄冰，第一热泵加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择；在用电低谷时段过后的初始时段，停用第一热泵，制冷系统冷凝器散热融冰，辅助加热装置加热中间容器，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择；当盐水槽水温高于10°C时，启用第一热泵，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，盐水槽中水温控制在8°C 10°C，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择，当中间容器中工质温度低于40°C时，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
9.根据权利要求8所述的余热回收利用方法，其特征在于所述辅助加热装置为空气源热泵或/和太阳能集热系统。
10. 一种通过权利要求4所述余热回收利用系统的余热回收利用方法，其特征在于 在用电低谷时段，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热，最终使得盐水槽蓄冰，第一热泵加热中间容器中工质，中间容器中的热量在满足第二热泵取热的前提下，将多余热量储存于贮热水箱中，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择，在用电低谷时段过后的初始时段，停用第一热泵，制冷系统冷凝器散热融冰，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，中间容器中工质温度温控制在40°C 50°C，当中间容器中工质温度低于40°C时，通过贮热水箱补热，在贮热水箱对中间容器补热不足的情况下，空气源热泵辅助加热，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择；当盐水槽水温高于10°C时，启用第一热泵，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，盐水槽中水温控制在8V 10°C，中间容器中工质温度控制在40°C 50°C，当中间容器中工质温度低于40°C时，通过贮热水箱补热，在贮热水箱对中间容器补热不足的情况下， 空气源热泵辅助加热，加热板需热水水温根据工艺要求在50°C 90°C范围内选择。
全文摘要
本发明提供了一种能将制冷系统冷凝器散热回收利用的真空冷冻干燥设备余热回收利用系统，包括制冷系统冷凝器，加热盐水槽工质；第一热泵，其蒸发器与盐水槽内工质换热，其冷凝器与中间容器内工质换热；第二热泵，其蒸发器与中间容器内工质换热，冷凝器加热加热板需热水；中间容器还设有辅助加热装置。第二热泵的数量根据生产线不同干燥时段所需的不同温度匹配，第二热泵彼此之间并联布置。本发明还提供一种能将制冷系统冷凝器散热回收利用的真空冷冻干燥设备余热回收利用方法，制冷系统冷凝器散热给盐水槽中盐水，第一热泵从盐水槽内取热并加热中间容器中工质，第二热泵从中间容器内取热并加热加热板需热水，辅助加热装置给中间容器辅助加热。
文档编号A23L3/44GK102524912SQ20121002032
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月29日 优先权日2012年1月29日
发明者李守顺, 荆书典 申请人:济南大陆机电股份有限公司