帶經濟器噴氣增焓熱泵真空冷凍干燥組合設備節能控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種帶經濟器噴氣增焓熱泵真空冷凍干燥組合設備節能控制方法，特點是控制系統的節能控制方法步驟為：根據食品干燥工藝要求確定進入干燥室加熱隔板入口的加熱介質的溫度T1；根據組合設備真空度要求以及組合設備運行過程中捕水器表面霜層厚度的變化，確定組合設備運行過程中捕水器的蒸發溫度T3隨運行時間t變化的函數式；根據捕水器的蒸發溫度T3隨運行時間t變化的函數式，通過主節流閥的開度調節及噴氣增焓變頻壓縮機的轉速調節來實現；根據捕水器的蒸發溫度T3和冷凝器的冷凝溫度T2，通過實驗或理論計算得到主節流閥在不同的開度下對應的輔助節流閥的最佳開度，調節輔助節流閥的開度，使制冷系統處于最佳能效比狀態。其優點為：捕水器蒸發溫度能夠根據捕水器表面結霜厚度變化動態調整，實現了帶經濟器噴氣增焓制冷系統的運行節能，其運行更加節能。
【專利說明】
帶經濟器噴氣増絵熱累真空冷凍干燥組合設備節能控制方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種帶經濟器噴氣增洽熱累真空冷凍干燥組合設備節能控制方法。
【背景技術】
[0002] 真空冷凍干燥設備干燥的食品相對其他干燥方法干燥的食品品質好，但加工過程 中能耗大。真空冷凍干燥設備運行中，一方面被干燥食品中的水分升華需要大量的熱量，另 一方面，水分在捕水器中凝華需要大量的冷量。由于為真空冷凍干燥設備提供冷量的制冷 系統在制冷的過程中，其冷凝器放出大量的熱量，且運一熱量大于食品干燥所需熱量，因 此，有研究者提出利用制冷系統冷凝器熱量作為食品干燥熱源，運樣出現了熱累真空冷凍 干燥組合設備。組合設備在運行過程中的能耗主要是制冷系統能耗，要實現組合設備的節 能，關鍵是在滿足食品加工工藝參數如干燥室加熱溫度、真空度等要求下，盡可能提高制冷 系統的蒸發溫度。由于在一個干燥加工周期內食品干燥工藝是變化的，其所需的制冷量及 蒸發溫度是變化的，所需熱量及加熱溫度也是變化的，如何協同控制成為組合設備節能的 關鍵。同時，由于干燥室加熱所需的溫度一般在60°C左右，制冷系統蒸發溫度在-40°C左右， 制冷系統必須采用復疊式制冷、雙級壓縮制冷或噴氣增洽制冷才能滿足要求，但運也增加 了組合設備的控制難度。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是克服現有技術的不足而提供一種帶經濟器噴氣增洽熱累真空冷 凍干燥組合設備節能控制方法，在一個完整的干燥加工周期中，捕水器的蒸發溫度能夠根 據捕水器表面結霜厚度變化動態調整，實現了噴氣增洽制冷系統的運行節能，使得帶經濟 器噴氣增洽熱累真空冷凍干燥組合設備運行更加節能。
[0004] 為了達到上述目的，本發明是運樣實現的，其是一種帶經濟器噴氣增洽熱累真空 冷凍干燥組合設備節能控制方法，其特征在于組合設備包括真空系統、噴氣增洽變頻壓縮 機、冷卻水流量調節閥、旁通換熱器、加熱介質循環累、冷凝器、干燥室加熱隔板、經濟器、輔 助節流閥、主節流閥、捕水器、控制系統、加熱介質入口溫度傳感器、冷凝溫度傳感器及捕水 器蒸發溫度傳感器;其中所述加熱介質入口溫度傳感器感應進入干燥室加熱隔板入口的加 熱介質的溫度T1，冷凝溫度傳感器感應流出冷凝器的制冷劑的冷凝溫度T2,捕水器蒸發溫 度傳感器感應進入捕水器的制冷劑的蒸發溫度T3,所述控制系統節能控制方法包括步驟如 下： (一) 根據食品干燥工藝要求確定進入干燥室加熱隔板入口的加熱介質的溫度T1，W此 為控制對象通過調節冷卻水流量調節閥的開度來實現，當實際溫度大于設定值時，冷卻水 流量調節閥的開度加大，反之減小； (二) 根據組合設備真空度要求W及組合設備運行過程中捕水器表面霜層厚度的變化， 確定組合設備運行過程中捕水器的蒸發溫度T3隨運行時間t變化的函數式，W下是一種簡 化的計算方法： (a) 根據確定的干燥室的真空度，得到捕水器的對應水蒸氣凝華溫度，也即捕水器霜層 表面的蒸發溫度必須低于此溫度，此溫度也即組合設備開始運行時捕水器的最高初始蒸發 溫度T31; (b) 根據捕水器的總捕水量和表面積，確定整個運行周期結束時捕水器表面結霜厚度 d，得到運行周期結束時的所需捕水器的結束蒸發溫度T32,因此整個運行周期S時間內捕水 器的初始蒸發溫度T31與結束蒸發溫度T32的差Δ Τ=Τ31-Τ32; (C)因整個運行周期S時間內，單位時間升華水量不同，根據實際運行規律，其運行過程 基本可W分為兩個階段，第一階段在一半的運行時間內即0~0.5S，升華水量約為總水量的 70%± 10%，且單位時間升華量基本相同；在第二階段余下的運行時間內也即0.5S~S，升華 水量約為總水量的30%±10%，單位時間升華量同樣基本相同；如W平板型捕水器來計算，貝U 第一階段捕水器（11)的蒸發溫度Τ3隨運行時間t變化的函數式I為Τ3= T31-1.4*(t/s)*A Τ，式I中，^S>i>0,在第二階段捕水器的蒸發溫度Τ3隨時間t變化的函數式Π 為了3=了31- 0.4AT-0.6*(t/s)*AT，式Π 中，S吉，考慮到給蒸發溫度一定安全余量，實際蒸發溫 度T4可在上述計算值的基礎上降低2~：3°C ; (Ξ)根據捕水器的蒸發溫度T3隨運行時間t變化的函數式I及函數式Π ，通過主節流閥 的開度調節及噴氣增洽變頻壓縮機的轉速調節來實現；當捕水器的蒸發溫度T3的實際值高 于計算值時，噴氣增洽變頻壓縮機的轉速提高，主節流閥的開度相應減小，當實際值低于計 算值時，增洽變頻壓縮機(2)的轉速降低，主節流閥的開度相應加大； (四）根據捕水器的蒸發溫度T3和冷凝器的冷凝溫度T2，通過實驗或理論計算得到主節 流閥在不同的開度下對應的輔助節流閥的最佳開度，調節輔助節流閥的開度，使制冷系統 處于最佳能效比狀態。
[0005] 本發明與現有技術相比，具有如下優點： 熱累真空冷凍干燥組合設備在一個完整的干燥加工周期中，捕水器蒸發溫度能夠根據 捕水器表面結霜厚度變化動態調整，實現了帶經濟器噴氣增洽制冷系統的運行節能，使得 帶經濟器噴氣增洽熱累真空冷凍干燥組合設備運行更加節能。
【附圖說明】
[0006] 圖1是本發明實施的帶經濟器噴氣增洽熱累真空冷凍干燥組合設備系統原理圖。
【具體實施方式】
[0007] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考 附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[000引如圖1所示，其是一種帶經濟器噴氣增洽熱累真空冷凍干燥組合設備節能控制方 法，組合設備包括真空系統1、噴氣增洽變頻壓縮機2、冷卻水流量調節閥3、旁通換熱器4、加 熱介質循環累5、冷凝器6、干燥室加熱隔板7、經濟器8、輔助節流閥9、主節流閥10、捕水器 11、控制系統12、加熱介質入口溫度傳感器13、冷凝溫度傳感器14及捕水器蒸發溫度傳感器 15;其中 所述噴氣增洽變頻壓縮機2的制冷劑出口與旁通換熱器4的制冷劑入口連通，所述旁通 換熱器4的制冷劑出口與冷凝器6的制冷劑入口連通，所述冷凝器6的制冷劑出口與經濟器8 的二制冷劑入口連通，所述輔助節流閥9設在一根冷凝器6與經濟器8連通的管上，所述經濟 器8的一制冷劑出口與噴氣增洽變頻壓縮機2的一制冷劑中間回氣口連通，經濟器8的另一 制冷劑出口通過主節流閥10與捕水器11的制冷劑入口連通，捕水器11的制冷劑出口與噴氣 增洽變頻壓縮機2的制冷劑主回氣口連通;所述加熱介質循環累5與干燥室加熱隔板7串聯， 冷凝器6對加熱介質加熱，被加熱后的加熱介質流入到干燥室加熱隔板7中對干燥室物料進 行加熱;所述冷卻水流量調節閥3可調節旁通換熱器4的溫度，所述真空系統1對干燥室進行 抽真空，捕水器11捕集來自干燥室的水份； 所述加熱介質入口溫度傳感器13感應循環加熱介質的入口溫度，也即進入干燥室加熱 隔板7入口的加熱介質的溫度T1，冷凝溫度傳感器14感應流出冷凝器6的制冷劑的冷凝溫度 T2,捕水器蒸發溫度傳感器15感應進入捕水器11的制冷劑的蒸發溫度T3,所述控制系統12 的節能控制方法包括步驟如下： (一) 根據食品干燥工藝要求確定進入干燥室加熱隔板7入口的加熱介質的溫度T1，W 此為控制對象通過調節冷卻水流量調節閥3的開度來實現，當實際溫度大于設定值時，冷卻 水流量調節閥3的開度加大，反之減小； (二) 根據組合設備真空度要求W及組合設備運行過程中捕水器11表面霜層厚度的變 化，確定組合設備運行過程中捕水器11的蒸發溫度T3隨運行時間t變化的函數式，W下是一 種簡化的計算方法： (a) 根據確定干燥室的真空度，得到捕水器11的對應水蒸氣凝華溫度，也即捕水器11霜 層表面的蒸發溫度T3必須低于此溫度，此溫度也即組合設備開始運行時捕水器11的最高初 始蒸發溫度T31; (b) 根據捕水器11的總捕水量和表面積，確定整個運行周期結束時捕水器11表面結霜 厚度d，得到運行周期結束時的所需捕水器11的結束蒸發溫度T32,因此整個運行周期S時間 內捕水器(11)的初始蒸發溫度T31與結束蒸發溫度T32的差ΔΤ=Τ31-Τ32; (C)因整個運行周期S時間內，單位時間升華水量不同，根據實際運行規律，其運行過程 基本可W分為兩個階段，第一階段在一半的運行時間內即0~0.5S，升華水量約為總水量的 70%± 10%，且單位時間升華量基本相同；在第二階段余下的運行時間內也即0.5S~S，升華 水量約為總水量的30%±10%，單位時間升華量同樣基本相同；如W平板型捕水器來計算，貝U 第一階段捕水器（11)的蒸發溫度Τ3隨運行時間t變化的函數式I為Τ3= T31-1.4*(t/s)*A Τ，式I中，S' ，在第二階段捕水器11的蒸發溫度Τ3隨時間t變化的函數式Π 為Τ3 = Τ31-0.4 Δ Τ-0.6*( t/s)* Δ Τ，式Π 中，杳呈妃每;考慮到給蒸發溫度一定安全余量，實際蒸 發溫度T4可在上述計算值的基礎上降低2~：TC ; (Ξ)根據捕水器11的蒸發溫度T3隨運行時間t變化的函數式I及函數式Π ，通過主節流 閥10的開度調節及噴氣增洽變頻壓縮機2的轉速調節來實現。當捕水器1的蒸發溫度T3的實 際值高于計算值時，噴氣增洽變頻壓縮機2的轉速提高，主節流閥10的開度相應減小，當實 際值低于計算值時，增洽變頻壓縮機2的轉速降低，主節流閥10的開度相應加大； (四）根據捕水器11的蒸發溫度Τ3和冷凝器6的冷凝溫度Τ2，通過實驗或理論計算得到 在不同主節流閥10的開度下對應的輔助節流閥9的最佳開度，調節輔助節流閥9的開度，使 制冷系統處于最佳能效比狀態。
[0009]盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可W理解:在不 脫離本發明的原理和宗旨的情況下可W對運些實施例進行多種變化、修改、替換及變形，本 發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1. 一種帶經濟器噴氣增焓熱栗真空冷凍干燥組合設備節能控制方法，其特征在于組合 設備包括真空系統（1)、噴氣增焓變頻壓縮機(2)、冷卻水流量調節閥（3)、旁通換熱器(4)、 加熱介質循環栗(5)、冷凝器(6)、干燥室加熱隔板(7)、經濟器(8)、輔助節流閥（9)、主節流 閥（10)、捕水器（11)、控制系統（12)、加熱介質入口溫度傳感器（13)、冷凝溫度傳感器（14) 及捕水器蒸發溫度傳感器（15);其中所述加熱介質入口溫度傳感器（13)感應進入干燥室加 熱隔板(7)入口的加熱介質的溫度T1，冷凝溫度傳感器(14)感應流出冷凝器(6)的制冷劑的 冷凝溫度T2,捕水器蒸發溫度傳感器（15)感應進入捕水器（11)的制冷劑的蒸發溫度T3,所 述控制系統（12)節能控制方法包括步驟如下： (一) 根據食品干燥工藝要求確定進入干燥室加熱隔板(7)入口的加熱介質的溫度T1， 以此為控制對象通過調節冷卻水流量調節閥（3)的開度來實現，當實際溫度大于設定值時， 冷卻水流量調節閥（3)的開度加大，反之減小； (二） 根據組合設備真空度要求以及組合設備運行過程中捕水器（11)表面霜層厚度的 變化，確定組合設備運行過程中捕水器（11)的蒸發溫度T3隨運行時間t變化的函數式，以下 是一種簡化的計算方法： (a) 根據確定干燥室的真空度，得到捕水器（11)的對應水蒸氣凝華溫度，也即捕水器 (11)霜層表面的蒸發溫度T3必須低于此溫度，此溫度也即組合設備開始運行時捕水器（11) 的最高初始蒸發溫度T31; (b) 根據捕水器（11)的總捕水量和表面積，確定整個運行周期結束時捕水器（11)表面 結霜厚度d，得到運行周期結束時的所需捕水器（11)的結束蒸發溫度T32,因此整個運行周 期S時間內捕水器(11)的初始蒸發溫度T31與結束蒸發溫度T32的溫差ΔΤ=Τ31-Τ32; (c) 因整個運行周期S時間內，單位時間升華水量不同，根據實際運行規律，其運行過程 基本可以分為兩個階段，第一階段在一半的運行時間內即〇~0.5S，升華水量約為總水量的 70%± 10%，且單位時間升華量基本相同；在第二階段余下的運行時間內也即0.5S~S，升華 水量約為總水量的30% ± 10%，單位時間升華量同樣基本相同；如以平板型捕水器來計算，則 第一階段捕水器（11)的蒸發溫度Τ3隨運行時間t變化的函數式I為T3= T31-1.4*(t/s)*A T,在第二階段捕水器（11)的蒸發溫度Τ3隨時間t變化的函數式Π 為Τ3= Τ31-0.4 Δ T-0.6*( t/s)* Δ Τ，式Π 中，考慮到給蒸發溫度一定安全余量，實際蒸 發溫度T4可在上述計算值的基礎上降低2~3°C ; (三) 根據捕水器（11)的蒸發溫度T3隨運行時間t變化的函數式I及函數式Π ，通過主節 流閥（10)的開度調節及噴氣增焓變頻壓縮機(2)的轉速調節來實現；當捕水器（11)的蒸發 溫度T3的實際值高于計算值時，噴氣增焓變頻壓縮機(2)的轉速提高，主節流閥（10)的開度 相應減小，當實際值低于計算值時，增焓變頻壓縮機(2)的轉速降低，主節流閥（10)的開度 相應加大； (四） 根據捕水器（11)的蒸發溫度T3和冷凝器(6)的冷凝溫度T2,通過實驗或理論計算 得到主節流閥（10)在不同的開度下對應的輔助節流閥(9)的最佳開度，調節輔助節流閥(9) 的開度，使制冷系統處于最佳能效比狀態。
【文檔編號】A23L3/44GK105918770SQ201610299896
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】徐言生, 吳治將, 李東洺, 李錫宇
【申請人】順德職業技術學院