真空冻干设备热能回收系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种冷凝热能回收综合利用系统，具体涉及一种真空冻干设备制冷系统冷凝热能回收利用系统。


背景技术：

2.真空冻干设备运行过程中，制冷系统产生大量的高温高压制冷剂气体。这部分高温高压制冷剂气体通过冷凝器直接冷却的方式（包括水冷、蒸发冷、风冷等方式）转化为液体，该过程冷凝器释放大量的热能。作为现有技术，过程冷凝器释放的热能被排放至环境中，不仅造成热能的浪费，而且还对自然环境产生热污染。
3.另一方面，作为现有技术，真空冻干设备运行过程中，多采用全过程锅炉加热方式为加热器提供热能，也就是说，真空冻干舱内的加热器即使在低温运行阶段仍利用外部热源加热。因此，现有的真空冻干设备耗能巨大，不利于节能环保和减碳。
4.第三方面，在自然环境中，因制冷系统的冷凝压力受制于环境温度，所以冷凝温度一般要高于环境温度，在水冷和蒸发冷冷凝方式时，冷凝温度会稍低于环境温度（3-5℃），受此影响，真空冻干设备制冷系统的制冷效率偏低。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种真空冻干设备热能回收系统，达到真空冻干设备制冷系统冷凝热能回收利用，并提高制冷系统的制冷效率的目的。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.真空冻干设备热能回收系统，包括高温水罐、热回收热泵机组和真空冻干舱，真空冻干舱内安装有加热器和真空压力传感器，热回收热泵机组包括热回收机组冷凝器，其特征在于：所述热能回收系统还包括回收水罐；热回收机组冷凝器通过热回收水罐回水管和热回收水罐出水管连接所述热回收水罐；加热器连接有加热器回水管和加热器供水管；加热器回水管连接有回水自动三通阀，所述回水自动三通阀通过高温水回水管连接所述高温水罐，回水自动三通阀还通过低温水回水管连接所述热回收水罐；加热器供水管连接有供水自动三通阀，所述供水自动三通阀通过加热器低温水供水管连接热回收水罐，所述供水自动三通阀还通过加热器高温水供水管连接所述高温水罐。
8.优选地，热回收水罐还通过负荷端供水管和负荷端回水管连接生活用水，负荷端供水管上安装有生活用水泵。
9.优选地，所述热回收水罐回水管上安装有热回收水自动阀。
10.优选地，所述热回收水罐出水管上安装有热回收水循环泵。
11.优选地，所述热回收水罐上安装有热回收水罐温度传感器。
12.优选地，所述高温水罐上安装有高温水罐温度传感器。
13.优选地，所述加热器低温水供水管上安装有加热器低温水循环泵。
14.优选地，所述加热器高温水供水管上安装有加热器高温水循环泵。
15.本实用新型的积极效果在于：
16.一、制冷系统的冷凝热能回收利用：在真空冻干设备运行过程中，制冷系统制冷时将冷凝低温热能通过热回收热泵机组转变为高温热能，释放至热回收水罐中，当罐内水温能够满足真空冻干设备物料加热器所需温度时，罐内高温水做为加热器热源。这部分罐内高温水也可用于其它需要热能的负荷端（如冬季办公室、车间采暖、温室大棚供暖、洗浴用水等），因此本实用新型实现了制冷系统冷凝热能的二次回收利用，从而达到节能减排的积极效果。
17.热回收热泵机组回收利用制冷系统的冷凝热能并产生高温热能，其能量转换公式计算如下：
18.1）、设制冷系统的制冷量（即捕水器捕水量）为q1，加热器的加热量为q2，则q1=q2。
19.2）、设制冷系统制热量为q3，电功率为p1，则q3=q1 p1，即q3=q2 p1。
20.3）、设热回收热泵机组的制热量为q4，制冷量为q5，电功率为p2，则q4=q5 p2。因为q5=q3=q2 p1，所以q4=q2 p1 p2。
21.热回收机组制热量为q4，加热器所需加热量为q2，所以在真空冻干设备运行至低温加热阶段时，热回收热泵机组通过回收利用制冷系统的冷凝热能而产生的高温热能，能满足真空冻干舱中所需的热能。
22.二、制冷系统制冷效率得以提高：当热回收热泵机组运行时，其蒸发器成为制冷系统的冷凝器，热泵机组能够将制冷系统的冷凝压力降到低于其在自然环境使用时可以降至的冷凝压力，因此在热回收系统运行时，制冷系统的冷凝压力降低，制冷效率得以提高，从而达到制冷系统节能降耗的积极效果。
23.以使用制冷剂r22的复盛sdl双级螺旋压缩机制冷系统为例，当采用蒸发式冷凝器，环境温度为35℃，蒸发温度为-40℃时，蒸发压力（绝压）为1.05 bar，制冷系统的冷凝压力（绝压）13.55 bar，此时压缩机cop为1.91。当利用本实用新型进行热回收时，热泵机组冷凝温度为70℃，蒸发温度为20℃，制冷系统的冷凝温度可降至25℃，冷凝压力（绝压）为10.44bar，此时压缩机的cop为2.38。由此可见，当采用热回收时制冷系统的效率较没有热回收时提高了25.13%。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例的结构及工作原理示意图。
25.1、制冷机组，2、高压传感器，3、排气管，4、恒压阀，5、冷凝器，6、比例调节阀，7、储液器，8、低压桶，9、回气管，10、捕水器，11、热源，12、热源回管，13、热源进管，14、高温水自动阀，15、换热器，16、高温水罐出水管，17、高温水罐回水管，18、高温水加热泵，19、高温水罐，20、加热器高温水循环泵，21、加热器高温水供水管，22、高温水回水管，23、高温水罐温度传感器，24、第一连接管，25、第二连接管，26、低压传感器，27、热回收热泵机组，28、热回收机组蒸发器，29、热回收机组冷凝器，30、热回收水自动阀，31、热回收水罐回水管，32、热回收水罐出水管，33、热回收水循环泵，34、热回收水罐，35、加热器低温水循环泵，36、加热器低温水供水管，37、低温水回水管，38、回水自动三通阀，39、供水自动三通阀，40、热回收水罐温度传感器，41、生活用水，42、负荷端回水管，43、生活用水泵，44、负荷端供水管，45、加热器供水管，46、加热器回水管，47、真空压力传感器，48、加热器，49、真空冻干舱，50、真
空泵组，51、供液管，52、自动节流阀，53、重力供液管，54、重力回液管。
具体实施方式
26.下面结合实施例以及附图进一步说明本实用新型。
27.如图1，本实用新型的实施例包括制冷机组1，制冷机组1通过排气管3连接有冷凝器5，排气管3上安装有高压传感器2和恒压阀4。制冷机组1还通过回气管9连接有低压桶8。
28.本实用新型的实施例还包括热回收热泵机组27，热回收热泵机组27包括热回收机组蒸发器28、热回收机组冷凝器29和低压传感器26。热回收机组蒸发器28通过第一连接管24连接所述冷凝器5，热回收机组蒸发器28还通过第一连接管24连接所述排气管3，第一连接管24上安装有比例调节阀6，热回收机组蒸发器28通过第二连接管25连接有储液器7。储液器7通过供液管51连接所述低压桶8，供液管51上安装有自动节流阀52。热回收机组冷凝器29通过热回收水罐回水管31和热回收水罐出水管32连接有热回收水罐34，热回收水罐34上安装有热回收水罐温度传感器40，热回收水罐回水管31上安装有热回收水自动阀30，热回收水罐出水管32上安装有热回收水循环泵33。
29.本实用新型的实施例还包括真空冻干舱49，真空冻干舱49内安装有加热器48和真空压力传感器47。加热器48连接有加热器回水管46和加热器供水管45，加热器回水管46连接有回水自动三通阀38，所述回水自动三通阀38通过高温水回水管22连接有高温水罐19，高温水罐19上安装有高温水罐温度传感器23。回水自动三通阀38还通过低温水回水管37连接所述热回收水罐34。加热器供水管45连接有供水自动三通阀39，所述供水自动三通阀39通过加热器低温水供水管36连接热回收水罐34，加热器低温水供水管36上安装有加热器低温水循环泵35，所述供水自动三通阀39还通过加热器高温水供水管21连接所述高温水罐19，加热器高温水供水管21上安装有加热器高温水循环泵20。
30.热回收水罐34还通过负荷端供水管44和负荷端回水管42连接生活用水41，负荷端供水管44上安装有生活用水泵43。
31.高温水罐19还通过高温水罐出水管16和高温水罐回水管17连接换热器15，高温水罐出水管16上安装有高温水加热泵18。换热器15通过热源回管12和热源进管13连接热源11，热源进管13上安装有高温水自动阀14。
32.本实用新型的实施例还包括真空泵组50，真空泵组50通过管路连接有捕水器10，捕水器10通过管路连接真空冻干舱49，捕水器10还通过重力供液管53和重力回液管54连接低压桶8。
33.在真空冻干设备运行过程中，首先要启动制冷系统预冷和高温水罐预热达到设定温度，同时制冷系统为捕水器供冷。当物料进入冻干舱，并封闭冻干舱后，启动真空系统，当冻干舱达到设定真空度时，加热系统为加热器供热，真空冻干设备进入正常运行阶段。
34.一、热回收过程：当真空冻干设备正常运行时，真空冻干舱49内的冷冻物料经加热器48加热升华，升华后的水蒸气，在真空泵组50的作用下经过捕水器10，捕水器10内低温制冷剂液体（-40℃）将水气捕集在捕水器10上形成冰体，捕水器10内的制冷剂吸收热量后回至低压桶8。低压桶8内的低温低压气体经制冷机组1压缩后转变为高温高压气体，通过排气管3进入到冷凝器5，再通过第一连接管24进入到热回收机组蒸发器28。若外界环境温度过低，比例调节阀6打开，高温高压气体直接通过比例调节阀6进入到热回收机组蒸发器28。此
时热回收水自动阀30打开，热回收水循环泵33启动并将热回收水罐34的水打至热回收机组冷凝器29，同时发出信号给热回收热泵机组27，热回收热泵机组27启动。冷凝器5和热回收热泵机组27通过高压传感器2和低压传感器26检测的压力自动增卸载，从而使热回收热泵机组27的蒸发压力控制在设定范围内。
35.二、加热器高温水与热回收低温水的切换以及利用：真空冻干设备运行初期，因物料温度（-25℃~-30℃）较低，且含水量（90%）较高，物料内的冰晶升华，需要高温水（100℃左右）为加热器4提供大量热源，该阶段为高温加热阶段。此时加热器供水管45和加热器回水管46通过供水自动三通阀39和回水自动三通阀38切换至高温水罐19，高温水罐19内的水已经通过热源11、换热器15预热至设定温度，经加热器高温水循环泵20流至加热器48内做为热源使用。此阶段中，热回收水罐34内的水经热回收热泵机组27升温后，可通过其他负荷端供水泵流至其它需要热能的负荷端（如冬季办公室、车间采暖、温室大棚供暖、洗浴用水等）。
36.随着时间的推移，物料内的水分大量升华，温度上升，此时进入低温加热阶段，需要较低温度的水（60℃左右）为加热器48提供热源。此时热回收水罐34内的水已被热回收热泵机组27升温至所需温度，加热器供水管45和加热器回水管46通过供水自动三通阀39和回水自动三通阀38切换至热回收水罐34，热回收水罐34内的水通过加热器低温水循环泵35流至加热器48内做为热源使用。这时热回收水罐34内的水优先供加热器48使用，其它需要热能的负荷端在优先确保加热器正常工作的情况下可以使用。
37.三、回收系统运行时，制冷系统提高了制冷效率：真空冻干设备正常运行时，热回收热泵机组27启动，冷凝器5根据高压传感器2所测压力逐步卸载直至停止，而热回收热泵机组蒸发器28成为制冷机组1的冷凝器。由于热回收热泵机组蒸发器28内蒸发温度较低（20℃），能够将制冷系统的冷凝压力降至较低压力（10.44bar）。如果不采用热回收的方式，环境温度为35℃时，制冷系统的冷凝压力则相对较高（13.55 bar）。因此在热回收系统运行时，制冷系统的冷凝压力降低，制冷效率得以提高，从而达到制冷系统节能降耗的积极效果。
38.综上所述，该系统综合回收利用的真空冻干设备中的冷凝热能降低了冻干设备本身耗能的同时，提供盈余的热能可利用于其他场合，二次利用冷凝热能达到了节能减排的目的，同时因热能回收系统阶段性降低了制冷系统的冷凝压力，提高了制冷系统的能效，达到了制冷节能的目的。