一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统的制作方法

阅读：评论：0

1.本发明属于冻干机节能环保综合利用系统，特别涉及一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统。

背景技术：

2.伴随着社会的发展、时代的进步和人们生活水平的提高，食品工业正朝着营养保健、方便快捷、绿环保的方向迈进。近年来，纯天然，高保质、易储运、生态健康的食品冻干工艺备受青睐，已引起食品工业的广泛关注；但其高耗能（烘干的3~5倍）、低出成（果蔬原料损失80%以上水分）、不环保（制冷工质cwp＞1000，加热除霜均有排放）的致命弱点，也极大地阻碍了这一高端干燥工艺的普及应用。特别是在“乡村振兴、绿发展、双碳减排、产业升级”的双循环新格局下，传统冻干机的节能降耗、绿环保、提高原料利用率，俨然成为亟待解决的当务之急。本发明采用绿环保工质co2，创新的co2跨临界制冷加热并行技术，将冻干制冷加热过程合二为一，省去了cop＜1的加热设备及耗功，进而产生综合cop＞6的超级功效；采用负压除霜水回收综合利用技术，使原料的利用率接近100%，可谓是冻干机节能环保综合利用的一次革命性提升。
3.食品冻干技术是将含水物料速冻后，在真空环境下加热，使物料中的冰晶直接升华而获得干燥制品的技术。在食品冻干过程中，物料必须经过深度速冻和加热升华两个极度耗能的冷热过程，因此，传统冻干设备单位脱水耗能指标的高企，是食品冻干工艺难以被普遍应用的关键所在；另外，果蔬冻干后损失掉80%以上原料水分，也让一般食品厂家难以接受。为此，在对冻干工艺及配套设备深入分析计算、理论实践的基础上，设计出了“一种冻干机二氧化碳跨临界制冷加热及负压除霜水回收成套系统”，充分利用二氧化碳优异的低温制冷性能和跨临界温度滑移换热特性，发挥逆卡诺循环制冷加热cop＞1的功效，把冻干制冷加热过程合二为一，使冻干机供冷设备发挥出冷热双效功能；利用冻干机已有的真空机组，使负压蒸汽发生器能在较低温条件下，充分利用工质气冷器中温段低质热源，实现无附加能源、冰水融冰的全自身融冰过程，进一步提高资源的综合利用率和融冰植物水的纯度，竭尽所能，创造最佳的经济效益和社会效益。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决传统冻干过程高耗能、低出成、不环保的棘手问题，提供一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统及工艺方法，用一套环境友好型制冷及真空设备，同时完成冻干机速冻、制冷、加热、负压除霜、纯植物水回收的综合利用过程。
5.本实用新型解决问题所采用的技术方案是：一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，包括二氧化碳加热部分a：共用部分b：二氧化碳制冷部分c：负压除霜水回收部分d。
6.所述的二氧化碳加热部分a，由气体冷却器；中温段进水口；中温段出水口；中温工
质气出口；高温工质气进口；高温段进水口；高温段出水口；二氧化碳跨临界制冷机组高压级排气接口；发生器加热给水接口；发生器加热回水接口；加热板组；加热板组进口一、加热板组进口二；加热板组出口一、加热板组出口二；加热板组进水电动调节阀；加热板组热媒泵；加热板组电动阀；加热板给水三通管；加热板给水电动阀；热回收系统给水接口；加热板组出口电动阀；加热板回水三通管；加热板回水电动阀；热回收系统回水接口所组成；二氧化碳跨临界制冷机组高压级排气接口与气体冷却器高温工质气进口连接，通过气体冷却器高温段、中温段散热管连接到中温工质气出口、再通过管道连接到共用部分b过冷器热侧进口；气体冷却器高温段出水口通过加热板给水三通管、加热板组电动阀、加热板组热媒泵、加热板组进水电动调节阀连接到加热板组进口一和加热板组进口二；加热板给水三通管另一接口通过加热板给水电动阀与热回收系统给水接口相通；加热板组出口一和加热板组出口二，通过加热板组出口电动阀、加热板回水三通管连接到气体冷却器高温段进水口；加热板回水三通管另一接口通过加热板回水电动阀与热回收系统回水接口相通；气体冷却器中温段进水口的发生器加热回水接口和中温段出水口的发生器加热给水接口通过管道阀泵分别与发生器加热水出口的气冷中温回水接口和发生器加热水进口的气冷中温给水接口相连通。
7.所述的共用部分b，由过冷器；热侧进口；冷侧出口；热侧出口；冷侧进口；二氧化碳跨临界制冷机组低压级吸气接口所组成；热侧进口、冷侧出口、热侧出口、冷侧进口分别与加热部分中温工质气出口、二氧化碳跨临界制冷机组低压级吸气接口、制冷部分电动节流阀、电动调节阀相连。
8.所述的二氧化碳制冷部分c，由低循桶；蒸气进口、节流气进口；蒸气出口；低温液出口一、低温液出口二；电动节流阀；电动调节阀；冷阱；冷阱进口；冷阱出口；冷阱电动调节阀；冷阱工质循环泵；冷阱出口电动阀；冷风机；冷风机进口；冷风机出口；冷风机电动调节阀；冷风机工质循环泵；冷风机出口电动阀所组成；低循桶节流气进口、蒸气出口分别与电动节流阀、电动调节阀相通；低循桶低温液出口一通过冷阱工质循环泵、冷阱电动调节阀与冷阱进口相连；冷阱出口通过冷阱出口电动阀与低循桶蒸气进口相通；低循桶低温液出口二通过冷风机工质循环泵、冷风机电动调节阀与冷风机进口相连；冷风机出口通过冷风机出口电动阀与低循桶蒸气进口相通。
9.所述的负压除霜水回收部分d，由负压蒸汽发生器；发生器加热水出口；加热水出口电动阀；气冷中温回水接口；发生器加热水进口；加热水进口电动阀；气冷中温给水接口；发生器蒸汽出口；发生器蒸汽电动阀；除霜蒸汽进口；发生器补水口；发生器补水电动阀；除霜水三通管；除霜排水口；除霜排水电动阀；除霜排水泵；回收水箱；回收水箱进水电动阀；回收水箱出水电动阀；回收水精处理接口；负压抽气口；负压抽气电动阀；真空机组接口；破真空口；破真空电动阀；放空接口所组成；发生器加热水出口、发生器加热水进口通过加热水出口电动阀、加热水电动调节阀分别与气体冷却器中温段回水接口及中温段给水接口相连；发生器蒸汽出口通过发生器蒸汽电动阀与冷阱除霜蒸汽进口相通；除霜排水口通过除霜排水电动阀、除霜排水泵、除霜水三通管、发生器补水电动阀与发生器补水进口相连；除霜水三通管另一接口通过回收水箱进水电动阀与回收水箱相通；回收水箱出水电动阀与回收水精处理接口相通；负压抽气口通过负压抽气电动阀与真空机组接口相连、通过仓体与除霜蒸汽进口相通；负压系统破真空口通过破真空电动阀与放空接口相通。
10.一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，采用以下步骤：
11.本成套系统的二氧化碳制冷、加热和负压除霜水回收各部分与冻干机控制系统一同由计算机+组态、plc模组+对应系统测控元器件，在全程自动程序控制下完成，可由计算机、移动终端通过5g网络，进行本地及远程控制。按冻干工艺过程要求，冻干机控制系统首先开启的是制冷部分，先给冷风机速冻物料制冷、再为冷阱捕水制冷，同时为热回收系统储能；当系统需要加热时，开启加热部分，为加热板组提供升华热量；最后，开启负压除霜水回收部分，为负压蒸汽发生器提供除霜热量；当除霜结束后，系统解除真空，除霜水先为发生器补水，然后被回收于回收水箱。由于此成套系统采用的是冷热二合一并行方案，即冻干过程的冷量热量均由同一二氧化碳跨临界制冷机组提供，因此，此成套系统的工作次序是制冷部分c；加热部分a；负压除霜水回收部分d。
12.c-制冷部分：在需要冷风机制冷时，开启冷风机、冷风机供液电动调节阀、冷风机工质循环泵、冷风机出口电动阀（此时，二氧化碳跨临界制冷机组已先行制冷，同时，气冷器为热回收系统储能），低循桶中低于-30℃的节流工质液体，在冷风机工质循环泵的作用下，经低循桶液体出口二、冷风机供液电动调节阀流入冷风机盘管入口，工质液体吸热后蒸发成气体，经冷风机盘管出口、冷风机出口电动阀回到低循桶，完成一次冷风机制冷循环，持续不断地循环进行，完成工艺设定程序后停止运行；在需要冷阱制冷时，开启冷阱供液电动调节阀、冷阱工质循环泵、冷阱出口电动阀（此时，二氧化碳跨临界制冷机组已先行制冷，同时，气冷器为热回收系统储能），低循桶中低于-30℃的节流工质液体，在冷阱工质循环泵的作用下，经低循桶液体出口一、冷阱供液电动调节阀流入冷阱盘管入口，工质液体吸收凝华热后蒸发成气体，经冷阱盘管出口、冷阱出口电动阀回到低循桶，完成一次冷阱制冷循环，持续不断地循环进行，完成工艺设定程序后停止运行。
13.a-加热部分：在需要加热板组加热时，开启加热板组电动调节阀、加热板组热媒、加热板组电动阀、加热板组出口电动阀，同时关闭两个三通管支路上通向热回收系统给、回水接口的给、回水电动阀，此时，二氧化碳跨临界制冷机组已先行开启，气体冷却器高温段散热盘管入口高温工质气体温度可达100℃以上，冷却水在加热板组热媒泵的作用下，经气体冷却器高温段冷却液出口、加热板给水三通管、加热板组电动阀、加热板组电动调节阀流入加热板组一、二入口，冷却水在不断吸收工质热的同时，将高温工质气体冷却到90℃以下、将加热板组加热到80℃以上，加热板组温度可根据工艺要求在一定范围进行调节；加热冷却后的水经加热板组一、出口二、加热板组出口电动阀、加热板回水三通管流回到气体冷却器高温段，完成一次加热板组加热循环，持续不断地循环进行，完成工艺设定程序后停止运行；在加热板组停止加热程序的同时，打开两个给、回水三通管支路上的给、回水电动阀，开启冻干机热回收系统，由热回收系统将气体冷却器的热量回收，并保持二氧化碳跨临界制冷机组的正常运行。
14.d-负压除霜水回收部分：在冻干完成，干品出仓后，除霜系统需复抽到工艺设定负压值，此时，打开负压抽气电动阀、蒸汽电动阀，并开启真空机组，通过真空机组接口，连同除霜蒸汽进口及发生器蒸汽出口，将仓体及发生器一同抽到＜6000pa的压力；在达到工艺设定值后，关闭抽空电动阀，停止抽空；开启（或关闭）负压蒸汽发生器加热水电动调节阀、加热水出口电动阀等相应阀件、泵组，通过气体冷却器中温段冷却水为发生器中汽化水加热；此时，二氧化碳跨临界制冷机组已先行开启，气体冷却器中温段散热盘管流入工质温度
在70℃以上，冷却水在发生器加热泵组的作用下，经气体冷却器中温段冷却液出口、加热水电动调节阀流入负压蒸汽发生器盘管入口，冷却水在不断吸收工质热的同时，将中温工质气体继续冷却到50℃以下、将发生器中的水汽化成6000pa左右的蒸汽；放出汽化潜热的冷却水经发生器盘管出水口、加热水出口电动阀后，流回到气体冷却器中温段，完成一次发生器加热循环，持续不断地循环进行，完成工艺设定程序后停止运行；在发生器停止加热程序的同时，打开热回收系统相关阀件，由热回收系统将气体冷却的热量回收，并保持二氧化碳跨临界制冷机组的正常运行；其实，在发生器加热的同时，除霜就已经开始，发生器产生的负压蒸汽经蒸汽出口、蒸汽电动阀、除霜蒸汽进口，源源不断地流入冻干仓内，在能量场的驱动下弥散到冷阱结冰表面，与冰面进行冷热交换，放出汽化潜热的蒸汽将冰融化成水，持续的冷热交换到工艺设定时间后，冰全部融化成水，除霜过程结束；关闭加热水电动调节阀、加热水出口电动阀，停止发生器加热系统；打开破真空电动阀，解除除霜系统真空；压力平衡后，开启除霜排水电动阀、除霜排水泵、发生器补水电动阀，为发生器补水，到达设定水位后，关闭发生器补水电动阀，打开回收水箱进水电动阀，将剩余的除霜水全部储存到回收水箱，以备除霜水精处理系统使用。到此，关闭除霜排水阀泵，负压除霜水回收部分任务全部完成。
15.本实用新型的有益效果是：该发明针对冻干工艺特点，充分利用二氧化碳优异的低温制冷性能和跨临界温度滑移换热特性，发挥逆卡诺循环制冷加热cop＞1的功效，把冻干制冷加热过程合二为一，使冻干机供冷设备发挥出冷热双效功能；利用真空机组产生负压环境，在负压低温的条件下，充分利用工质气冷器中温段低质热源，实现无附加能源、冰水融冰的全自身融冰过程，进一步提高资源的综合利用率和融霜植物水的纯度。
附图说明
16.以下结合附图1，以实施例具体说明：
17.附图1是一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统的原理图。
18.图1中
19.a-二氧化碳加热部分： 2-10-气体冷却器；e-1-中温段进水口；e-2-中温段出水口；e-3-中温工质气出口；e-4-高温工质气进口；e-5-高温段进水口；e-6-高温段出水口；2-100-二氧化碳跨临界制冷机组高压级排气接口；10-1
’‑
发生器加热回水接口；10-2
’‑
发生器加热给水接口；1-20-加热板组；20-1-加热板组出口一、20-2-加热板组出口二；20-3-加热板组进口一、20-4-加热板组进口二；1-21-加热板组进水电动调节阀；1-22-加热板组热媒泵；1-23-加热板组电动阀；1-2a-加热板给水三通管；1-24-加热板给水电动阀；1-200-热回收系统给水接口；1-25-加热板组出口电动阀；1-2b-加热板回水三通管；1-26-加热板回水电动阀；1-201-热回收系统回水接口；
20.b-共用部分：2-20-过冷器；f-1-热侧进口；f-2-冷侧出口；f-3-热侧出口；f-4-冷侧进口；2-200-二氧化碳跨临界制冷机组低压级吸气接口；
21.c-二氧化碳制冷部分：2-30-低循桶；g-1-蒸气进口、g-2-节流气进口；g-3-蒸气出口；g-4-低温液出口一、g-5-低温液出口二；2-31电动节流阀；2-32电动调节阀；1-30-冷阱；30-2-冷阱进口；30-1-冷阱出口；1-31-冷阱电动调节阀；1-32-冷阱工质循环泵；1-33冷阱出口电动阀；1-40-冷风机；40-2-冷风机进口；40-1-冷风机出口；1-41-冷风机电动调节阀；
1-42-冷风机工质循环泵；1-43-冷风机出口电动阀；
22.d-负压除霜水回收部分：1-10-负压蒸汽发生器；10-1-发生器加热水出口；1-11-加热水出口电动阀；e-1
’‑
气冷中温回水接口；10-2-发生器加热水进口；1-15-加热水进口电动阀；e-2
’‑
气冷中温给水接口；10-3-发生器蒸汽出口；10-5-发生器蒸汽电动阀；d-2-除霜蒸汽进口；10-4-发生器补水口；10-6-发生器补水电动阀；d-1b-除霜水三通管；d-1-除霜排水口；d-5-除霜排水电动阀；d-6-除霜排水泵；5-10-回收水箱；5-1-回收水箱进水电动阀；5-2-回收水箱出水电动阀；5-100-回收水精处理接口；d-3-负压抽气口；3-1-负压抽气电动阀；3-100-真空机组接口；d-7-破真空口；7-1-破真空电动阀；7-100-放空接口。
具体实施方式
23.实施例，参照附图1，其中包括二氧化碳加热部分a：共用部分b：二氧化碳制冷部分c：负压除霜水回收部分d。
24.所述的二氧化碳加热部分a，由气体冷却器2-10；中温段进水口e-1；中温段出水口e-2；中温工质气出口e-3；高温工质气进口e-4；高温段进水口e-5；高温段出水口e-6；二氧化碳跨临界制冷机组高压级排气接口2-100；发生器加热回水接口10-1’；发生器加热给水接口10-2’；加热板组1-20；加热板组出口一20-1、加热板组出口二20-2；加热板组进口一20-3、加热板组进口二20-4；加热板组进水电动调节阀1-21；加热板组热媒泵1-22；加热板组电动阀1-23；加热板给水三通管1-2a；加热板给水电动阀1-24；热回收系统给水接口1-200；加热板组出口电动阀1-25；加热板回水三通管1-2b；加热板回水电动阀1-26；热回收系统回水接口1-201所组成；二氧化碳跨临界制冷机组高压级排气接口2-100与气体冷却器2-10高温工质气进口e-4连接，通过气体冷却器2-10高温段、中温段散热管连接到中温工质气出口e-3、再通过管道连接到共用部分b过冷器2-20热侧进口f-1；气体冷却器2-10高温段出水口e-6通过加热板给水三通管1-2a、加热板组电动阀1-23、加热板组热媒泵1-22、加热板组进水电动调节阀1-21连接到加热板组进口一20-3和加热板组进口二20-4；加热板给水三通管1-2a另一接口通过加热板给水电动阀1-24与热回收系统给水接口1-200相通；加热板组出口一20-1和加热板组出口二20-2，通过加热板组出口电动阀1-25、加热板回水三通管1-2b连接到气体冷却器2-10高温段进水口e-5；加热板回水三通管1-2b另一接口通过加热板回水电动阀1-26与热回收系统回水接口1-201相通；气体冷却器2-10中温段进水口e-1的发生器加热回水接口10-1’和中温段出水口e-2的发生器加热给水接口10-2’通过管道阀泵分别与发生器加热水出口10-1的气冷中温回水接口e-1’和发生器加热水进口10-2的气冷中温给水接口e-2’相连通。
25.所述的共用部分b，由过冷器2-20；热侧进口f-1；冷侧出口f-2；热侧出口f-3；冷侧进口f-4；二氧化碳跨临界制冷机组低压级吸气接口2-200所组成；热侧进口f-1、冷侧出口f-2分别与二氧化碳加热部分（a）中温工质气出口e-3、二氧化碳跨临界制冷机组低压级吸气接口2-200相连；热侧出口f-3、冷侧进口f-4分别与二氧化碳制冷部分（c）电动节流阀2-31、电动调节阀2-32相通。
26.所述的二氧化碳制冷部分c，由低循桶2-30；蒸气进口g-1、节流气进口g-2；蒸气出口g-3；低温液出口一g-4、低温液出口二g-5；电动节流阀2-31；电动调节阀2-32；冷阱1-30；冷阱进口30-2；冷阱出口30-1；冷阱电动调节阀1-31；冷阱工质循环泵1-32；冷阱出口电动
阀1-33；冷风机1-40；冷风机进口40-2；冷风机出口40-1；冷风机电动调节阀1-41；冷风机工质循环泵1-42；冷风机出口电动阀1-43所组成；低循桶2-30节流气进口g-2、蒸气出口g-3分别与电动节流阀2-31、电动调节阀2-32相通；低循桶2-30低温液出口一g-4通过冷阱工质循环泵1-32、冷阱电动调节阀1-31与冷阱进口30-2相连；冷阱出口30-1通过冷阱出口电动阀1-33与低循桶2-30蒸气进口g-1相通；低循桶2-30低温液出口二g-5通过冷风机工质循环泵1-42、冷风机电动调节阀1-41与冷风机进口40-2相连；冷风机出口40-1通过冷风机出口电动阀1-43与低循桶2-30蒸气进口g-1相通。
27.所述的负压除霜水回收部分d，由负压蒸汽发生器1-10；发生器加热水出口10-1；加热水出口电动阀1-11；气冷中温回水接口e-1’；发生器加热水进口10-2；加热水进口电动阀1-15；气冷中温给水接口e-2’；发生器蒸汽出口10-3；发生器蒸汽电动阀10-5；除霜蒸汽进口d-2；发生器补水口10-4；发生器补水电动阀10-6；除霜水三通管d-1b；除霜排水口d-1；除霜排水电动阀d-5；除霜排水泵d-6；回收水箱5-10；回收水箱进水电动阀5-1；回收水箱出水电动阀5-2；回收水精处理接口5-100；负压抽气口d-3；负压抽气电动阀3-1；真空机组接口3-100；破真空口d-7；破真空电动阀7-1；放空接口7-100所组成；发生器加热水出口10-1、发生器加热水进口10-2通过加热水出口电动阀1-11、加热水进口电动阀1-15分别与气冷中温段回水接口e-1’及气冷中温段给水接口e-2’相连；发生器蒸汽出口10-3通过发生器蒸汽电动阀10-5与冷阱除霜蒸汽进口d-2相通；除霜排水口d-1通过除霜排水电动阀d-5、除霜排水泵d-6、除霜水三通管d-1b、发生器补水电动阀10-6与发生器补水口10-4相连；除霜水三通管d-1b另一接口通过回收水箱进水电动阀5-1与回收水箱5-10相通；回收水箱出水电动阀5-2与回收水精处理接口5-100相通；负压抽气口d-3通过负压抽气电动阀3-1与真空机组接口3-100相连、通过仓体与除霜蒸汽进口d-2相通；负压系统破真空口d-7通过破真空电动阀7-1与放空接口7-100相通。
28.一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，采用以下步骤：
29.本成套系统的二氧化碳制冷、加热和负压除霜水回收各部分与冻干机控制系统一同由计算机+组态、plc模组+对应系统测控元器件，在全程自动程序控制下完成，可由计算机、移动终端通过5g网络，进行本地及远程控制。按冻干工艺过程要求，冻干机控制系统首先开启的是制冷部分，先给冷风机1-40速冻物料制冷、再为冷阱1-30捕水制冷，同时为热回收系统储能；当系统需要加热时，开启加热部分，为加热板组1-20提供升华热量；最后，开启负压除霜水回收部分，为负压蒸汽发生器1-10提供除霜热量；当除霜结束后，系统解除真空，除霜水先为发生器补水，然后被回收于回收水箱。由于此成套系统采用的是冷热二合一并行方案，即冻干过程的冷量热量均由同一二氧化碳跨临界制冷机组提供，因此，此成套系统的工作次序是制冷部分c；加热部分a；负压除霜水回收部分d。
30.c-制冷部分：在需要冷风机1-40制冷时，开启冷风机1-40、冷风机电动调节阀1-41、冷风机工质循环泵1-42、冷风机出口电动阀1-43（此时，二氧化碳跨临界制冷机组已先行制冷，同时，气冷器为热回收系统储能），低循桶2-30中低于-30℃的节流工质液体，在冷风机工质循环泵1-42的作用下，经低温液出口二g-5、冷风机电动调节阀1-41流入冷风机进口40-2，工质液体吸热后蒸发成气体，经冷风机出口40-1、冷风机出口电动阀1-43回到低循桶2-30，完成一次冷风机1-40制冷循环，持续不断地循环进行，完成工艺设定程序后停止运行；在需要冷阱1-30制冷时，开启冷阱电动调节阀1-31、冷阱工质循环泵1-32、冷阱出口电
动阀1-33（此时，二氧化碳跨临界制冷机组已先行制冷，同时，气冷器为热回收系统储能），低循桶2-30中低于-30℃的节流工质液体，在冷阱工质循环泵1-32的作用下，经低温液出口一g-4、冷阱电动调节阀1-31流入冷阱进口30-2，工质液体吸收凝华热后蒸发成气体，经冷阱出口30-1、冷阱出口电动阀1-33回到低循桶2-30，完成一次冷阱1-30制冷循环，持续不断地循环进行，完成工艺设定程序后停止运行。
31.a-加热部分：在需要加热板组1-20加热时，开启加热板组进水电动调节阀1-21、加热板组热媒泵1-22、加热板组电动阀1-23、加热板组出口电动阀1-25，同时关闭两个三通管支路通向热回收系统接口的加热板给水电动阀1-24和加热板回水电动阀1-26，此时，二氧化碳跨临界制冷机组已先行开启，气体冷却器2-10高温工质气进口e-4的高温工质气体温度可达100℃以上，冷却水在加热板组热媒泵1-22的作用下，经气体冷却器2-10高温段出水口e-6、加热板给水三通管1-2a、加热板组电动阀1-23、加热板组进水电动调节阀1-21流入加热板组进口一20-3和加热板组进口二20-4，冷却水在不断吸收工质热的同时，将高温工质气体冷却到90℃以下、将加热板组加热到80℃以上，加热板组温度可根据工艺要求在一定范围进行调节；加热冷却后的水经加热板组出口一20-1和加热板组出口二20-2、加热板组出口电动阀1-25、加热板回水三通管1-2b流回到气体冷却器2-10高温段，完成一次加热板组1-20加热循环，持续不断地循环进行，完成工艺设定程序后停止运行；在加热板组1-20停止加热程序的同时，打开两个三通管支路通向热回收系统接口的加热板给水电动阀1-24和加热板回水电动阀1-26，开启冻干机热回收系统，由热回收系统将气体冷却器2-10的热量回收，并保持二氧化碳跨临界制冷机组的正常运行。
32.d-负压除霜水回收部分：在冻干完成，干品出仓后，除霜系统需复抽到工艺设定负压值，此时，打开负压抽气电动阀3-1、发生器蒸汽电动阀10-5，并开启真空机组，通过真空机组接口3-100，连同除霜蒸汽进口d-2及发生器蒸汽出口10-3，将仓体及发生器一同抽到＜6000pa的压力；在达到工艺设定值后，关闭负压抽气电动阀3-1，停止抽空；开启（或关闭）负压蒸汽发生器1-10加热水进口电动阀1-15、加热水出口电动阀1-11等相应阀件、泵组，通过气体冷却器2-10中温段冷却水为发生器中汽化水加热；此时，二氧化碳跨临界制冷机组已先行开启，气体冷却器2-10中温段散热盘管流入工质温度在70℃以上，冷却水在发生器加热泵组的作用下，经气体冷却器2-10中温段出水口e-2、发生器加热给水接口10-2’及加热水进口电动阀1-15流入发生器加热水进口10-2，冷却水在不断吸收工质热的同时，将中温工质气体继续冷却到50℃以下、将负压蒸汽发生器1-10中的水汽化成6000pa左右的蒸汽；放出汽化潜热的冷却水经发生器加热水出口10-1、加热水出口电动阀1-11及气冷中温段回水接口e-1’，流回到气体冷却器2-10中温段，完成一次负压蒸汽发生器1-10加热循环，持续不断地循环进行，完成工艺设定程序后停止运行；在负压蒸汽发生器1-10停止加热程序的同时，打开热回收系统相关阀件，由热回收系统将气体冷却2-10的热量回收，并保持二氧化碳跨临界制冷机组的正常运行；其实，在负压蒸汽发生器1-10加热的同时，除霜就已经开始，负压蒸汽发生器1-10产生的负压蒸汽经发生器蒸汽出口10-3、发生器蒸汽电动阀10-5、除霜蒸汽进口d-2，源源不断地流入冻干仓内，在能量场的驱动下弥散到冷阱1-30结冰表面，与冰面进行冷热交换，放出汽化潜热的蒸汽将冰融化成水，持续的冷热交换到工艺设定时间后，冰全部融化成水，除霜过程结束；关闭加热水进口电动阀1-15、加热水出口电动阀1-11，停止负压蒸汽发生器1-10加热；打开破真空电动阀7-1，解除除霜系统真空；压力平衡
后，开启除霜排水电动阀d-5、除霜排水泵d-6、发生器补水电动阀10-6，为负压蒸汽发生器1-10补水，到达设定水位后，关闭发生器补水电动阀10-6，打开回收水箱进水电动阀5-1，将剩余的除霜水全部储存到回收水箱5-10，以备除霜水精处理系统使用。至此，关闭除霜排水阀泵，负压除霜水回收部分d任务全部完成。
33.本实用新型的设计原理：无论是何种冻干机，在完成冻干工艺过程中，都必不可少的配备提供冻结、凝华冷量的制冷设备；提供升华、除霜的制热设备；提供真空环境的真空设备；并且在生产干品的同时，产生大量（果蔬原料＞80%）的原料脱水；目前传统冻干机配用的制冷设备普遍是hfcs混合工质的制冷机（cwp＞1000）；配用的加热设备普遍是锅炉（cop＜1）；配用的除霜方案普遍是水除霜；由此可见，传统冻干机都超级耗能、浪费惊人、且不环保；这与当前“节能减排、绿发展”的大环境极不适应，也正是这种高端干燥工艺不能被普遍应用的最大痛点；本发明选择绿环保的co2工质（gwp=1），采用跨临界双极制冷压缩机组、加装分段气体冷却器2-10、过冷器2-20、低循桶2-30，充分利用二氧化碳优异的低温制冷性能和跨临界温度滑移换热特性，发挥逆卡诺循环制冷加热能效比均大于1的功效，将冻干制冷加热过程合二为一，使冻干机供冷设备发挥出制冷制热双效功能，配合冻干机热回收系统（zl202023232256.5）省去cop＜1的加热设备及耗功，进而产生综合cop＞6的超级功效；利用冻干机配备的真空机组，加装负压蒸汽发生器1-10（zl 201620676267.7）、回收水箱5-10（zl202021599215.7），利用气体冷却器2-10中温段提供的热量，将冷阱1-30（zl 201620676268.1）的捕冰全部融化，完全回收利用，使冻干原料利用率接近100%。
34.本实用新型针对冻干工艺特点，有效利用二氧化碳跨临界循环产生的低温冷源和高温热源，加装分段气体冷却器2-10，分别满足加热板组1-20（zl2016201385248.5 ）、负压蒸汽发生器1-10的加热需求；用低循桶2-30工质倍率循环直接蒸发来满足冷阱1-30、冷风机1-40低温、均匀、高效的制冷要求；加装过冷器2-20、电动节流阀2-31，解决二氧化碳临界温度低（31.1℃）、节流损失大的问题；加装负压蒸汽发生器1-10、回收水箱5-10，利用真空机组产生负压环境，在负压低温的条件下，充分利用气体冷却器2-10中温段低质热源，实现无附加能源、冰水融冰的全自身融冰过程，进一步提高了资源的综合利用率和植物水的提纯度。
35.本实用新型的系统控制是通过可编程plc模组+组态上位机、5g网络+移动终端，通过各控制点专用传感器及执行元器件，对系统进行本地及远程自动程序控制；二氧化碳跨临界制冷机组在完成冷风机1-40、冷阱1-30制冷的同时，也完成了加热板组1-20、负压蒸汽发生器1-10的加热过程；并通过负压除霜水回收系统，实现了气冷器中温段低质热源的再利用和融冰水的完全回收，提高了资源的综合利用率和植物水的纯度，创造出超高的使用价值。

技术特征：

1.一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，其特征在于包括二氧化碳加热部分（a）；共用部分（b）；二氧化碳制冷部分（c）；负压除霜水回收部分（d）；二氧化碳加热部分（a）由气体冷却器（2-10）、中温段进水口（e-1）、中温段出水口（e-2）、中温工质气出口（e-3）、高温工质气进口（e-4）、高温段进水口（e-5）、高温段出水口（e-6）、二氧化碳跨临界制冷机组高压级排气接口（2-100）、发生器加热回水接口（10-1’）、发生器加热给水接口（10-2’）、加热板组（1-20）、加热板组出口一（20-1）、加热板组出口二（20-2）、加热板组进口一（20-3）、加热板组进口二（20-4）、加热板组进水电动调节阀（1-21）、加热板组热媒泵（1-22）、加热板组电动阀（1-23）、加热板给水三通管（1-2a）、加热板给水电动阀（1-24）、热回收系统给水接口（1-200）、加热板组出口电动阀（1-25）、加热板回水三通管（1-2b）、加热板回水电动阀（1-26）、热回收系统回水接口（1-201）组成；共用部分（b）由过冷器（2-20）、热侧进口（f-1）、冷侧出口（f-2）、热侧出口（f-3）、冷侧进口（f-4）、二氧化碳跨临界制冷机组低压级吸气接口（2-200）组成；二氧化碳制冷部分（c）由低循桶（2-30）、蒸气进口（g-1）、节流气进口（g-2）、蒸气出口（g-3）、低温液出口一（g-4）、低温液出口二（g-5）、电动节流阀（2-31）、电动调节阀（2-32）、冷阱（1-30）、冷阱进口（30-2）、冷阱出口（30-1）、冷阱电动调节阀（1-31）、冷阱工质循环泵（1-32）、冷阱出口电动阀（1-33）、冷风机（1-40）、冷风机进口（40-2）、冷风机出口（40-1）、冷风机电动调节阀（1-41）、冷风机工质循环泵（1-42）、冷风机出口电动阀（1-43）组成；负压除霜水回收部分（d）由负压蒸汽发生器（1-10）、发生器加热水出口（10-1）、加热水出口电动阀（1-11）、气冷中温回水接口（e-1’）、发生器加热水进口（10-2）、加热水进口电动阀（1-15）、气冷中温给水接口（e-2’）、发生器蒸汽出口（10-3）、发生器蒸汽电动阀（10-5）、除霜蒸汽进口（d-2）、发生器补水口（10-4）、发生器补水电动阀（10-6）、除霜水三通管（d-1b）、除霜排水口（d-1）、除霜排水电动阀（d-5）、除霜排水泵（d-6）、回收水箱（5-10）、回收水箱进水电动阀（5-1）、回收水箱出水电动阀（5-2）、回收水精处理接口（5-100）、负压抽气口（d-3）、负压抽气电动阀（3-1）、真空机组接口（3-100）、破真空口（d-7）、破真空电动阀（7-1）、放空接口（7-100）组成。2.根据权利要求1所述的一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，其特征在于所述的二氧化碳加热部分（a）二氧化碳跨临界制冷机组高压级排气接口（2-100）与气体冷却器（2-10）高温工质气进口（e-4）连接，通过气体冷却器（2-10）高温段、中温段散热管连接到中温工质气出口（e-3）、再通过管道连接到共用部分（b）过冷器（2-20）热侧进口（f-1）；气体冷却器（2-10）高温段出水口（e-6）通过加热板给水三通管（1-2a）、加热板组电动阀（1-23）、加热板组热媒泵（1-22）、加热板组进水电动调节阀（1-21）连接到加热板组进口一（20-3）和加热板组进口二（20-4）；加热板给水三通管（1-2a）另一接口通过加热板给水电动阀（1-24）与热回收系统给水接口（1-200）相通；加热板组出口一（20-1）和加热板组出口二（20-2）通过加热板组出口电动阀（1-25）、加热板回水三通管（1-2b）连接到气体冷却器（2-10）高温段进水口（e-5）；加热板回水三通管（1-2b）另一接口通过加热板回水电动阀（1-26）与热回收系统回水接口（1-201）相通；气体冷却器（2-10）中温段进水口（e-1）的发生器加热回水接口（10-1’）和中温段出水口（e-2）的发生器加热给水接口（10-2’）通过管道阀泵分别与发生器加热水出口（10-1）的气冷中温回水接口（e-1’）和发生器加热水进口（10-2）的气冷中温给水接口（e-2’）相连通。3.根据权利要求1所述的一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，
其特征在于所述的共用部分（b）过冷器（2-20）热侧进口（f-1）、冷侧出口（f-2）分别与二氧化碳加热部分（a）中温工质气出口（e-3）、二氧化碳跨临界制冷机组低压级吸气接口（2-200）相连；热侧出口（f-3）、冷侧进口（f-4）分别与二氧化碳制冷部分（c）电动节流阀（2-31）、电动调节阀（2-32）相通。4.根据权利要求1所述的一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，其特征在于所述的二氧化碳制冷部分（c）低循桶（2-30）节流气进口（g-2）、蒸气出口（g-3）分别与电动节流阀（2-31）、电动调节阀（2-32）相通；低循桶（2-30）低温液出口一（g-4）通过冷阱工质循环泵（1-32）、冷阱电动调节阀（1-31）与冷阱进口（30-2）相连；冷阱出口（30-1）通过冷阱出口电动阀（1-33）与低循桶（2-30）蒸气进口（g-1）相通；低循桶（2-30）低温液出口二（g-5）通过冷风机工质循环泵（1-42）、冷风机电动调节阀（1-41）与冷风机进口（40-2）相连；冷风机出口（40-1）通过冷风机出口电动阀（1-43）与低循桶（2-30）蒸气进口（g-1）相通。5.根据权利要求1所述的一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，其特征在于所述的负压除霜水回收部分（d）发生器加热水出口（10-1）、发生器加热水进口（10-2）通过加热水出口电动阀（1-11）、加热水进口电动阀（1-15）分别与气冷中温回水接口（e-1’）、气冷中温给水接口（e-2’）相连；发生器蒸汽出口（10-3）通过发生器蒸汽电动阀（10-5）与除霜蒸汽进口（d-2）相通；除霜排水口（d-1）通过除霜排水电动阀（d-5）、除霜排水泵（d-6）、除霜水三通管（d-1b）、发生器补水电动阀（10-6）与发生器补水口（10-4）相连；除霜水三通管d-1b另一接口通过回收水箱进水电动阀（5-1）与回收水箱（5-10）相通；回收水箱出水电动阀（5-2）与回收水精处理接口（5-100）相通；负压抽气口（d-3）通过负压抽气电动阀（3-1）与真空机组接口（3-100）相连、通过仓体与除霜蒸汽进口（d-2）相通；负压系统破真空口（d-7）通过破真空电动阀（7-1）与放空接口（7-100）相通。

技术总结

本实用新型是一种冻干机二氧化碳制冷加热及负压除霜水回收成套系统，其中包括二氧化碳加热部分的气体冷却器、加热板组、热媒泵等；二氧化碳制冷部分的低循桶、冷媒泵、冷阱、冷风机等；共用部分的过冷却等；负压除霜水回收部分的负压蒸汽发生器、排水泵、回收水箱等。其特征在于选用绿环保工质，采用二氧化碳跨临界循环技术，充分利用二氧化碳优异的低温制冷性能和跨临界温度滑移换热特性，发挥逆卡诺循环制冷加热均COP＞1的功效，将冻干制冷加热过程合二为一，省去COP＜1的加热设备及功耗，进而产生综合COP＞6的超级功效；采用负压除霜技术，充分利用系统低质热源，实现纯植物原料水的完全回收，使原料利用率接近100%。使原料利用率接近100%。使原料利用率接近100%。