一种用于浸渍冷冻的间接制冷系统的制作方法

本发明涉及低温制冷技术领域，尤其涉及一种用于浸渍冷冻的间接制冷系统。

背景技术：

目前食品安全及冷链建设进入了高速发展期，冷库作为食品低温流通的中枢环节，对于整个冷链的各个环节都至关重要。针对水产品及肉类产品在使用传统的以空气为介质进行冷冻时，由于食品-4℃～-1℃的温度下超过了40分钟，冰晶也就由此形成。这时被冻物体细胞外和细胞内液体的密度发生了变化，压力也开始不均衡，再加上冰渣的边缘比较尖利，细胞壁在双重作用下很快会被刺破。由此，细胞内液体流失，其中的全价营养也随之流失。所以在解冻后的食品，人们吃起来也和生鲜食品有很大差别。

使用载冷剂对食品直接进行冷冻的浸渍冷冻技术则可以快速的将食品冷却到-5℃以下，从而防止细胞液结晶。但是在针对大批量的食品进行冷冻时，由于食品与载冷剂之间的热量交换太大，所需匹配的制冷机组功率数较高，且需制冷机组长期开机，从而造成成本大幅度升高。

由此可见本领域中目前急需一种能够以较低成本运行，且实现对大量食品进行低温浸渍速冻的冷冻技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种能够大批量进行浸渍速冻的间接制冷系统，且该制冷系统能够以相对于现有技术中的速冻系统已更为节约的成本运行。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于浸渍冷冻的间接制冷系统，其包括第一制冷循环系统及浸渍冷冻循环系统，所述第一制冷循环系统包括主制冷机组1、蒸发冷凝器2和主制冷机组换热器3，所述浸渍冷冻循环系统包括蓄冷水池4、冷冻泵5、浸渍冷冻槽6和循环泵7；所述主制冷机组1使用单机双级螺杆压缩机，所述主制冷机组换热器3完全浸没于蓄冷水池4中；所述浸渍冷冻循环系统中使用含有可水分散多异氰酸酯的载冷剂。

在一个实施例中，所述主制冷机组1制冷剂采用r404a。

在一个实施例中，所述主制冷机组换热器3采用16mn钢管的盘管式换热器。

在一个实施例中，所述载冷剂的具体成分为由质量比为30％～45％的甲酸钾、15％～27％的季戊四醇、10％～18％的可水分散多异氰酸酯、0～3％的丙二醇、0～2％脱氢乙酸钠、0～2％山梨酸钾和15％～25％的蒸馏水构成。

在一个实施例中，所述蓄冷水池4其内层为0.5mm碳钢板，外层为400mm聚氨酯保温层。

在一个实施例中，所述浸渍冷冻槽6为不锈钢箱体，其外部包覆有聚氨酯保温层，保温层厚度为150mm，上部设置有保温盖。

<第一制冷循环系统>

本发明的第一制冷循环系统包括主制冷机组、主制冷机组换热器以及蒸发冷凝器。第一制冷循环系统的作用在于对蓄冷水池中的中冷液进行制冷，使中冷液达到预期温度。本发明中第一制冷循环系统可使用直接蒸发制冷系统，例如，使用氟利昂作为制冷剂的制冷系统，或者也使用液氨作为制冷剂的制冷系统。主制冷机组中包括压缩机和节流阀，所述压缩机采用单机双级螺杆压缩机。单机双级螺杆压缩机一般需要在低温段，即低于-25℃才能够加载使用，在高温段如果制冷负载过大时容易造成电流过大导致机组烧毁。而本发明中利用蓄冷水池可以保证单机双级压缩机一直运行于低温段，即保证第二制冷循环系统中的载冷剂不高于-25℃。由此利用单机双级压缩机功效比高的特点降低整个制冷系统的能耗，这是本发明关键技术之一。而在本发明的制冷系统运行的初始阶段，即蓄冷水池中的载冷剂没有低于-25℃时，可以采取使单机双级压缩机处于低于其满载功率一般的状态运行，这时制冷效果虽然较差但可以保证压缩机不会出现故障，或者利用其它制冷机组先将蓄冷水池的载冷剂温度拉低，在低于-25℃时再启动单机双级螺杆压缩机运行。但是，一旦蓄冷水池中的载冷剂低于-25℃，单机双级螺杆压缩机可以被加载后，本发明的制冷系统就可以一直以高能效比状态运行。

第一制冷循环系统中所使用的主制冷机组换热器可选盘管式换热器、板式换热器或其组合。

<浸渍冷冻循环系统>

本发明的浸渍冷冻循环系统中包括蓄冷水池、冷冻泵、循环泵、浸渍冷冻槽以及其相互连接的管道和管道中所流动的均为甲酸钾-季戊四醇-可水分散多异氰酸酯-水系载冷剂。该载冷剂的具体组分为质量比30％～45％的甲酸钾、15％～27％的季戊四醇、10％～18％的可水分散多异氰酸酯、0～3％的丙二醇、0～2％脱氢乙酸钠、0～2％山梨酸钾和15％～25％的蒸馏水构成。该中冷液的密度在1.04～1.36g/cm³，比热在0.56～0.746cal/g·℃，粘度在2.9～15.9mpa·s(cp)，导热率在0.21～0.47w/m.k，沸点大于150℃，冰点小于-60℃，无闪点。该中冷液中由于无需混合润滑油使用，避免了由回油困难造成的制冷系统能耗增加。

根据浸渍冷冻槽所需的容积，浸渍冷冻循环系统中蓄冷水池的容积可在20～60m³之间根据实际条件进行调整。蓄冷水池其内层为0.5mm碳钢板，外层为300mm聚氨酯保温层。

浸渍冷冻槽采用不锈钢箱体，箱体外部保护聚氨酯保温层，保温层厚度为150mm，箱体上端设置保温箱盖用于防止冷量损失。浸渍冷冻槽的容积根据食品的每天速冻量以及用于装载食品的冷冻货架的体积进行计算。例如，每天需速冻40吨羊肉，不锈钢冷冻货架设置为1000mm×650mm×1000mm，设置成7层，每一冷冻货架可承载280kg羊肉。则浸渍冷冻槽的尺寸可设计为3900mm×800mm×1500mm用于放置三排冷冻货架，共计36个。每2小时可完成速冻10吨羊肉，每天8小时可完成速冻40吨。

与现有技术相比，本发明的关键技术点包括如下几方面：

1.本发明中使用蓄冷水池作为载冷剂蓄冷装置，从而能够将制冷机组的开机时间调节至用电价谷值时间段，从而降低了整个制冷系统运营成本。

2.本发明中使用单机双级压缩机作为主制冷机组，在蓄冷水池的作用下能够保证单机双级压缩机始终在低温段正常加载运行，利用单机双级压缩机能效比高的优势，有效的降低制冷机组的功耗。

3.本发明中使用了包含了可水分散多异氰酸酯的载冷剂，该载冷剂的使用使得载冷剂能够被冷却至低温-40℃以下，从而实现了更大强度的蓄冷。

4.本发明中直接使用载冷剂作为冷媒在浸渍冷冻槽中对食品进行浸渍冷冻，大大提高了食品的冷冻速度，保证食品能够在最快速度内冷却到-5℃以下，从而防止细胞液结晶。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明制冷系统的系统结构示意图；

图2是根据本发明制冷系统速冻时间与传递冷库速冻时间对比示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

图1是根据本发明一实施例的系统结构示意图。下面结合图1对本实施例进行说明。

本实施例的浸渍冷冻间接制冷系统包括第一制冷循环系统及浸渍冷冻循环系统，所述第一制冷循环系统包括主制冷机组1、蒸发冷凝器2和主制冷机组换热器3，所述浸渍冷冻循环系统包括蓄冷水池4、冷冻泵5、浸渍冷冻槽6和循环泵7。本实施例中所述主制冷机组1使用单机双级螺杆压缩机，针对速冻量为40吨/日的肉品，且将肉品速冻至-22℃的速冻需求下，需要采用单机功率为200kw的单机双级压缩机2台并联使用。第一制冷循环系统中所使用的制冷剂为r404a，蒸发冷凝器2台工况排热量为960kw的顺流式蒸发冷凝器，所述主制冷机组换热器使用16mn钢管的盘管式换热器。所述浸渍冷冻循环系统中的蓄冷水池4的容积为30m³，该蓄冷水池4其内层为0.5mm碳钢板，外层为300mm聚氨酯保温层。冷冻泵5与循环泵7均采用功率为22kw的变频电机带动的离心泵。所述浸渍冷冻槽6的尺寸设置为1300mm×800mm×1500mm，采用三个浸渍冷冻槽串联使用，该浸渍冷冻槽可每2小时完成10吨肉品的速冻，每天8小时完成40吨货品速冻。

本实施例中第一制冷循环系统的主制冷机组换热器完全浸没在蓄冷水池中存储的载冷剂中，本实施例所使用的载冷剂的组分为质量比38％的甲酸钾、21％的季戊四醇、16.9％的可水分散多异氰酸酯、1.55％的丙二醇、1.45％脱氢乙酸钠、1.1％山梨酸钾和20％的蒸馏水构成。

本实施例的制冷运行过程如下：在电价谷值时段，启动主制冷机组1，利用第一制冷循环系统对蓄冷水池4中的载冷剂进行制冷，将蓄冷水池4中的载冷剂温度降至-40℃，随后关闭主制冷机组1。在进行肉品速冻时，打开冷冻泵5，关闭循环泵7，使载冷剂在蓄冷水池4和浸渍冷冻槽6之间不断循环。当载冷剂温度上升至-25℃时，关闭冷冻泵5及蓄冷水池的进出液阀门，打开循环泵7，使载冷剂尽在浸渍冷冻槽之间循环。同时等待电价谷值时段到来以启动主制冷机组1对载冷剂进行制冷，使载冷剂温度再次下降到-40℃后再次打开冷冻泵5，关闭循环泵7，使载冷剂在蓄冷水池4和浸渍冷冻槽6之间不断循环。这样可以保证单机双级压缩机始终处于低温段可加载状态运行，保持单机双级压缩机在最佳能效比状态运行。

图2为本实施例的速冻时间曲线与传递排管式冷库速冻时间上的对比，从图2可以看出本发明的浸渍速冻系统可以在2个小时内将食品速冻至-22℃，而传统的速冻方式在同样的2个小时内仅能够将食品速冻至-13℃，还达不到保鲜的需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。