| 专利类型 | 发明授权 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202010083427.8 | 申请日 | 2020-02-09 |
| 公开(公告)号 | CN111189249B | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 中科碳冷(无锡)高科技有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 张振涛; 张鹏; 张俊浩; 张林; | 第一发明人 | 张振涛 |
| 权利人 | 中科碳冷(无锡)高科技有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 中科碳冷(无锡)高科技有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省无锡市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省无锡市锡山区安镇街道丹山路78号锡东创融大厦A座301-60室 | 邮编 | 当前专利权人邮编：214105 |
| 主IPC国际分类 | F25B9/00 | 所有IPC国际分类 | F25B9/00 ; F25B29/00 ; F25B30/02 ; F25B39/02 ; F25B40/06 ; F25B41/24 ; F25B41/26 ; F25B41/31 ; F25B49/02 ; A23B4/005 ; A23B4/03 ; A23B4/06 ; A23L3/16 ; A23L3/36 ; A23L3/40 |
| 专利引用数量 | 9 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 9 | 专利文献类型 | B |
| 专利代理机构 | 常州市科谊专利代理事务所 | 专利代理人 | 言倩玉; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于 食品加工 的 热 泵 冷热联供系统及相应的食品加工方法，包括CO2热泵循环单元，以及分别与CO2热泵循环单元相连的漂烫单元、干燥单元和冷却单元；其中CO2热泵循环单元包括依次相连以适于构成工质回路的CO2 压缩机 、气体冷却器组件、第三气体冷却器、 回热器 、第一膨胀 阀 、第一 蒸发 器 和气液分离器；其中漂烫单元连接气体冷却器组件；干燥单元连接第三气体冷却器；以及冷却单元连接第一 蒸发器 ；气体冷却器组件包括并联设置的第一气体冷却器和第二气体冷却器。本发明可极大地优化食品加工过程中的 能源 结构，从而降低食品加工的能源损耗。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于食品加工的热泵冷热联供系统，其特征在于，包括：CO2热泵循环单元，以及分别与所述CO2热泵循环单元相连的漂烫单元、干燥单元和冷却单元；其中所述CO2热泵循环单元包括依次相连以适于构成工质回路的CO2压缩机、气体冷却器组件、第三气体冷却器、回热器、第一膨胀阀、第一蒸发器和气液分离器；其中所述漂烫单元连接所述气体冷却器组件；所述干燥单元连接所述第三气体冷却器；以及所述冷却单元连接所述第一蒸发器； |
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| 说明书全文 | 用于食品加工的热泵冷热联供系统及相应的食品加工方法技术领域[0001] 本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种用于食品加工的热泵冷热联供系统及相应的食品加工方法。 背景技术[0002] 食品是一种易腐败、易滋生有害微生物的一种物料，因此为了延长食品的保质期，需要进行相关的处理，一般情况下，延长食品保质期的方法有漂烫、干燥、冷却、冷藏等。其 中，漂烫是将食品浸入到热水中烫较短时间后取出；干燥通常是利用热风吹过物料并带走 水分后取出；冷却过程通常发生在漂烫过程和干燥过程之后，目的是快速冷却(尤其是肉 类)和防止食品吸水；冷藏过程主要是在上述过程完成之后，对食品，尤其是易腐败食品进 行保存以方便运输。无论是上述哪种处理过程，通常都需要消耗大量的能源，且四个过程通 常相互独立，对独立运行的四个加工工序来说分别需要一套相应的能源供给系统，这样的 话四个加工工序分别独立运行使得整体的能耗数量级倍增，不仅会造成整体食品加工成本 的增长，而且会极大地造成能源的浪费。 发明内容[0003] 本发明的第一目的是提供一种用于食品加工的热泵冷热联供系统，以解决优化食品加工过程中的能源结构的技术问题。 [0004] 本发明的第二目的是提供一种食品加工方法，以解决优化食品加工过程中的能源结构的技术问题。 [0005] 本发明的用于食品加工的热泵冷热联供系统是这样实现的： [0006] 一种用于食品加工的热泵冷热联供系统，包括：CO2热泵循环单元，以及分别与所述CO2热泵循环单元相连的漂烫单元、干燥单元和冷却单元；其中 [0008] 所述漂烫单元连接所述气体冷却器组件；所述干燥单元连接所述第三气体冷却器；以及所述冷却单元连接所述第一蒸发器； [0009] 所述气体冷却器组件包括并联设置的第一气体冷却器和第二气体冷却器； [0010] 所述第一气体冷却器的第一入口和第二气体冷却器的第一入口分别与CO2压缩机的出口相连，所述第一气体冷却器的第一出口和第二气体冷却器的第一出口均与第三气体 冷却器的第一入口相连。 [0011] 在本发明较佳的实施例中，所述第一气体冷却器的第一出口和第二气体冷却器的第一出口与所述第三气体冷却器之间设有第一三通阀；以及 [0012] 所述CO2压缩机的出口与所述第一气体冷却器的第一入口和第二气体冷却器的第一入口之间设有第二三通阀。 [0014] 所述第三气体冷却器的第一出口与所述回热器的第一入口相连，而所述回热器的第一出口与所述第一蒸发器的第一入口相连，该第一蒸发器的第一出口与所述回热器的第 二入口相连，所述回热器的第二出口与气液分离器的入口相连，所述气液分离器的出口与 CO2压缩机的入口相连；其中 [0015] 所述第一膨胀阀设于所述回热器的第一出口与第一蒸发器的第一入口之间； [0016] 在所述第一蒸发器的第一出口与所述回热器的第二入口之间设有第一截止阀。 [0017] 在本发明较佳的实施例中，在所述第一三通阀的第三端口与所述回热器的第一入口之间还设有连接管路，在所述连接管路上设有第二截止阀。 [0018] 在本发明较佳的实施例中，所述漂烫单元包括带式漂烫机，以及与所述带式漂烫机的出水口相连的水泵；水泵的进水口连接带式漂烫机的出水口；其中 [0019] 所述带式漂烫机的进水口与所述第一气体冷却器的第二出口相连，而所述第一气体冷却器的第二进口连接有一冷水输入管，即冷水在经过第一气体冷却器后流入带式漂烫 机内；以及 [0020] 所述水泵的出水口与第二气体冷却器的第二入口相连，而第二气体冷却器的第二出口则连接所述带式漂烫机的进水口； [0021] 所述冷却单元包括在所述带式漂烫机与第一蒸发器之间建立的循环冷却回路。 [0022] 在本发明较佳的实施例中，所述干燥单元包括带式干燥机； [0023] 所述带式干燥机的进风口与所述第三气体冷却器的第二出口连接，而所述第三气体冷却器的第二入口则连接有一新风进风管。 [0024] 在本发明较佳的实施例中，所述用于食品加工的热泵冷热联供系统还包括有适于对食品进行冷藏加工的冷藏单元；所述冷藏单元包括第二蒸发器，以及与所述第二蒸发器 相连且构成循环回路的冷库；即所述第二蒸发器的第一入口和第一出口均与所述冷库相 连；其中 [0025] 所述第二蒸发器的第二入口与所述第一蒸发器的第一出口相连，且该第二蒸发器的第二出口还与所述回热器的第二入口相连；以及 [0026] 在所述第一蒸发器的第一出口与第二蒸发器的第二入口之间还设有第二膨胀阀。 [0027] 在本发明较佳的实施例中，在所述CO2压缩机与气体冷却器组件之间还设有油分离器。 [0028] 本发明的食品加工方法是这样实现的： [0029] 一种食品加工方法，采用所述的用于食品加工的热泵冷热联供系统； [0030] 在CO2热泵循环单元运行的同时运行所述漂烫单元。 [0031] 在本发明较佳的实施例中，在所述CO2热泵循环单元和漂烫单元运行的同时运行干燥单元和冷藏单元这两个单元中的至少一个单元。 [0032] 本发明的有益效果是：本发明的用于食品加工的热泵冷热联供系统及相应的食品加工方法，基于CO2热泵循环单元运行的来实现食品的漂烫加工和冷却加工，还可是漂烫加 工、冷却加工、干燥加工和冷藏加工同时运行，整体结构集成度高，对于能源的利用率高，可 避免多个加工程序分别单独使用一套能源结构造成能源损耗较大的问题产生。从而一方面 降低食品加工的成本，另一方面可以降低食品加工的能源损耗，达到节能的效果。 附图说明 [0033] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 [0034] 图1是本发明的用于食品加工的热泵冷热联供系统的整体结构示意图。 [0035] 图中：CO2压缩机1、第三气体冷却器2、回热器3、第一膨胀阀4、第一蒸发器5、气液分离器6、第一气体冷却器7、第二气体冷却器8、第一三通阀9、第二三通阀10、第三截止阀 11、连接管路12、第二截止阀13、带式漂烫机14、水泵15、冷水输入管16、新风进风管17、第二 蒸发器18、冷库19、第二膨胀阀20、油分离器21、第一截止阀22、带式干燥机23。 具体实施方式[0036] 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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。 [0037] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以 特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0038] 此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应 做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通 技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述 中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。 [0039] 实施例1： [0040] 如图1所示，本实施例提供了一种用于食品加工的热泵冷热联供系统，包括：CO2热泵循环单元，以及分别与CO2热泵循环单元相连的漂烫单元、干燥单元和冷却单元；其中CO2 热泵循环单元包括依次相连以适于构成工质回路的CO2压缩机1、气体冷却器组件、第三气 体冷却器2、回热器3、第一膨胀阀4、第一蒸发器5和气液分离器6；其中漂烫单元连接气体冷 却器组件；干燥单元连接第三气体冷却器2；以及冷却单元连接第一蒸发器5；气体冷却器组 件包括并联设置的第一气体冷却器7和第二气体冷却器8。 [0041] 具体来说，第一气体冷却器7的第一入口和第二气体冷却器8的第一入口分别与CO2压缩机1的出口相连，第一气体冷却器7的第一出口和第二气体冷却器8的第一出口均与 第三气体冷却器2的第一入口相连。 [0042] 首先，第一气体冷却器7的第一出口和第二气体冷却器8的第一出口与第三气体冷却器2之间设有第一三通阀9，第一气体冷却器7的第一出口与第一三通阀9的第一端口相 连，第二气体冷却器8的第一出口与第一三通阀9的第二端口连接。CO2压缩机1的出口与第 一气体冷却器7的第一入口和第二气体冷却器8的第一入口之间设有第二三通阀10。CO2压 缩机1的出口与第二三通阀10的第一端口相连，第二三通阀10的第二端口与第一气体冷却 器7的第一入口连接，第二三通阀10的第三端口与第二气体冷却器8的第一入口相连。 [0043] 第一三通阀9的第三端口与第三气体冷却器2的第一入口相连，且在第一三通的第三端口与第三气体冷却器2之间还设有第三截止阀11；以及第三气体冷却器2的第一出口与 回热器3的第一入口相连，而回热器3的第一出口与第一蒸发器5的第一入口相连，该第一蒸 发器5的第一出口与回热器3的第二入口相连，回热器3的第二出口与气液分离器6的入口相 连，气液分离器6的出口与CO2压缩机1的入口相连；其中第一膨胀阀4设于回热器3的第一出 口与第一蒸发器5的第一入口之间。本实施例在第三气体冷却器2与CO2压缩机1之间设有回 热器3的意义在于，一方面起到第三气体冷却器2过冷的作用，另一方面起到CO2压缩机1的 入口过热的作用，设置回热器3能提高CO2热泵系统的COP，减少能量损失。而气液分离器6的 作用是防止气体中混有制冷剂液体而对CO2压缩机1造成液击。 [0044] 此外，还需要说明的是，CO2热泵循环单元还包括在第一三通阀9的第三端口与回热器3的第一入口之间设有的连接管路12，以及在连接管路12上设有第二截止阀13。 [0045] 其次，漂烫单元包括带式漂烫机14，以及与带式漂烫机14的出水口相连的水泵15；水泵15的进水口连接带式漂烫机14的出水口；其中带式漂烫机14的进水口与第一气体冷却 器7的第二出口相连，而第一气体冷却器7的第二进口连接有一冷水输入管16，即冷水在经 过第一气体冷却器7后流入带式漂烫机14内；以及水泵15的出水口与第二气体冷却器8的第 二入口相连，而第二气体冷却器8的第二出口则连接带式漂烫机14的进水口。 [0046] 冷却单元包括在带式漂烫机14的出水口与第一蒸发器5之间建立的循环冷却回路。冷却单元用于对漂烫后的食品进行冷却加工。也就是说，对于本实施例的冷却单元来 说，其与漂烫单元是联用的，并且对于CO2热泵循环单元的运行来说，也需要同时运行漂烫 单元和冷却单元才能实现弯折的CO2热泵循环单元的完整运行状态。 [0047] 再者，干燥单元包括带式干燥机23；带式干燥机23的进风口与第三气体冷却器2的第二出口连接，而第三气体冷却器2的第二入口则连接有一新风进风管17。对于本实施例的 干燥单元来说，其主要通过将新风通过新风进风管17后再配合第三气体冷却器2来实现的。 [0048] 最后，考虑到对于食品的冷藏存放和运输的需求，本实施例还包括适于对食品进行冷藏加工的冷藏单元；具体的本实施例采用的冷藏单元包括第二蒸发器18，以及与第二 蒸发器18相连且构成循环回路的冷库19；即第二蒸发器18的第一入口和第一出口均与冷库 19相连；其中第二蒸发器18的第二入口与第一蒸发器5的第一出口相连，且该第二蒸发器18 的第二出口还与回热器3的第二入口相连；以及在第一蒸发器5的第一出口与第二蒸发器18 的第二入口之间还设有第二膨胀阀20；在第一蒸发器5的第一出口与回热器3的第二入口之 间设有第一截止阀22。也就是说对于本实施例的冷藏单元来说其运行状态不影响到漂烫单 元或者干燥单元或者冷却单元，对于冷藏单元是否启用可以根据具体的食品加工的需求来 选择控制。 [0049] 综上，对于本实施例的漂烫单元、干燥单元、冷却单元和冷藏单元这四个单元来说虽然分别与CO2热泵循环单元相连，其中漂烫单元与冷却单元是相关的运行过程，干燥单元 的运行是在漂烫单元运行时候需要同步配合第三气体冷却器2来完成CO2热泵循环单元的 运行的。而冷藏单元是完全可以独立选择是否需要启用运行的。也就是说对于本实施例的 四个加工单元来说，随着CO2热泵循环单元运行的时候，漂烫单元和冷却单元还有干燥单元 是需要同步运行的，而对于可以同时也随之运行，也可以不运行。所以对于本实施例的用于 食品加工的热泵冷热联供系统整体来说，使用情况灵活，当所有的单元一起跟随CO2热泵循 环单元运行时，可以实现CO2热泵循环单元对于所有单元的能源供给，从而起到节约能源降 低能耗的目的。当然上述过程中需要加以说明的是，对于干燥单元随着CO2热泵循环单元、 漂烫单元和冷却单元运行的时候，干燥单元本身对于CO2热泵循环单元所起到的作用主要 是让新风通过第三气体冷却器2进行换热，也就是说，CO2热泵循环单元的正常运行需要在 第三气体冷却器2处由新风进风管17让新风流入使得新风与第三气体冷却器2进行换热。当 然此处根据实际情况也可以是如果不需要对食品进行干燥加工时，对于新风通过第三气体 冷却器2进行换热后直接排放掉，而不用于食品的干燥加工过程。当然一般情况下，食品是 需要干燥后保存的，所以在新风通过第三气体冷却器2进行换热后还是直接用于干燥单元 的运行使用。 [0050] 还需要加以说明的是，可选的一种实施情况下，在CO2压缩机1与气体冷却器组件之间还设有油分离器21。此处设置油分离器21的作用是将CO2压缩机1排出的高压CO2蒸汽中 的润滑油进行分离，以保证CO2热泵循环单元安全高效地运行。 [0051] 实施例2： [0052] 在实施例1的用于食品加工的热泵冷热联供系统的基础上，本实施例提供了一种食品加工方法，本实施例的食品加工方法采用实施例1的用于食品加工的热泵冷热联供系 统。在CO2热泵循环单元运行的同时运行漂烫单元，并且在运行漂烫单元的同时启动带式漂 烫机14与第一蒸发器5之间的循环冷却回路也即冷却单元使得对漂烫后的食品材料可以及 时进行冷却处理。 [0053] 关于CO2热泵循环单元的具体运行过程如下： [0054] 打开CO2压缩机1，将第一三通阀9和第二三通阀10导通至第一气体冷却器7，在第一气体冷却器7的第二入口由冷水输入管16通入冷水，气态CO2被CO2压缩机1吸入并压缩至 高温高压的超临界状态后进入到第一气体冷却器7中放热给冷水，打开第二截止阀13同时 关闭第三截止阀11，让经第一气体冷却器7放热后的超临界CO2气体经回热器3的高压侧进 入到第一膨胀阀4中膨胀节流，节流后的气液两相混合物进入到第一蒸发器5中，对于进入 到第一蒸发器5中的气液两相混合物中的液态制冷剂吸收由带式漂烫机14流入第一蒸发器 5中的循环热水中的热量而变成气态。当关闭第二膨胀阀20而打开第一截止阀22时，气态的 CO2经回热器3的低压侧进入到气液分离器6中，最后经气液分离器6分离后的气体CO2则被吸 入CO2压缩机1中，如此，气体CO2被CO2压缩机1升温增焓至超临界状态后再经油分离器21又 一次进入第一气体冷却器7中开始新一轮的循环过程。对于本实施例涉及的CO2压缩机1的 运行频率可在0‑70Hz之间运行。也就是说对于漂烫单元的带式漂烫机14中所需的用于食品 漂烫的初步热水是由冷水经过第一气体冷却器7而形成的。 [0055] 在上述过程中，可以根据不同的物料所需要的漂烫温度，冷水经第一气体冷却器7加热至预定状态后进入到带式漂烫机14中，待带式漂烫机14中充满热水后投料(此处的投 料指的是将需要漂烫的食品材料投入带式漂烫机14中等待漂烫加工)；食品材料经带式漂 烫机14的履带进行运输。在完成投料后带式漂烫机14中充满热水后即对食品进行漂烫加 工。对于完成漂烫后的食品材料，特别是肉类、海产品等食品，通常需要用0～5℃的水快速 冷却，对此，本实施例是利用第一蒸发器5中液态CO2蒸发吸热带来的冷量让所需冷水在第 一蒸发器5和带式漂烫机14之间不断循环从而达到快速冷却的目的。 [0056] 考虑到带式漂烫机14中的热水在完成一批食品烫漂加工后与第一蒸发器5之间的循环回路对食品进行快速冷却后，带式漂烫机14中的水温无法再次达到对于新一批食品的 漂烫的温度需求，此时为了保证带式漂烫机14中的热水的温度满足使用需求，从而保证漂 烫效果，将第一三通阀9和第二三通阀10导通至第二气体冷却器8，控制CO2压缩机1的频率， 同时打开第三截止阀11同时关闭第二截止阀13。再打开水泵15，让带式漂烫机14中温度达 不到漂烫使用需求的水由水泵15吸出至第二气体冷却器8内进行重新升温使升温至预定状 态的水再循环进入带式漂烫机14中对食品材料进行漂烫使用。在此过程中，气态CO2被CO2压 缩机1吸入并压缩至高温高压的超临界状态后进入到第二气体冷却器8中放热给由水泵15 从带式漂烫机14中产生的吸出的水，使水升温后再回流入带式漂烫机14中，此处，对于经第 二气体冷却器8形成的超临界状态的CO2流过第三气体冷却器2后通过与第三气体冷却器2 的第二入口连接的新风进风管17中的新风进行换热，然后再经回热器3的高压侧进入到第 一膨胀阀4中膨胀节流，节流后的气液两相混合物进入到第一蒸发器5中。也就是说对于漂 烫单元的带式漂烫机14在完成一次对于食品的冷却加工后水温的再次升温过程使水温达 到漂烫的使用需求是通过第二气体冷却器8来实现的。 [0057] 对于冷却后的食品材料的干燥，将待干燥的食品材料投至带式干燥机23的履带中，具体是通过与第三气体冷却器2的第二入口连接的新风进风管17让新风流入第三气体 冷却器2的另一换热侧即可启动干燥单元，使得新风经第三气体冷却器2的升温增焓后形成 的热风进入到带式干燥机23的下端，而经过对食品材料的干燥后形成的湿风则由带式干燥 机23的上端排出。此处也就是说对于干燥单元的运行是利用新风与第三气体冷却器2的换 热来实现的。 [0058] 对于完成冷却后的食品材料需要进行冷藏保存或者运输，关于食品材料的冷藏环节具体是这样操作的，关闭第一截止阀22并打开第二膨胀阀20，让经第一蒸发器5蒸发的 CO2气体经第二膨胀阀20再次膨胀节流，节流后形成的节流后的气液两相混合物进入第二 蒸发器18中，气液两相混合物中的气态的CO2经回热器3的低压侧进入到气液分离器6中，最 后经气液分离器6分离后的气体CO2则被吸入CO2压缩机1中；而气液两相混合物中的液态的 CO2则与第二蒸发器18换热以吸收热量升温形成气态的CO2经回热器3的低压侧进入到气液 分离器6中，最后经气液分离器6分离后的气体CO2则被吸入CO2压缩机1中，在此过程中，则第 二蒸发器18与气液两相混合物中的液态的CO2换热的过程中形成的低温空气则进入冷库中 用于食品的冷藏使用。 |
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