消毒存储工艺系统及其控制方法与流程

本发明涉及消毒存储工艺系统的，尤其涉及一种能够节约能源的消毒存储工艺系统。

背景技术：

1、高温消毒作为一种传统的消毒方法，历经数千年的使用历史。随着技术水平的不断提升，现代技术引入了热泵机组来进行高温消毒，并利用热泵机组或其他机组对高温消毒后的产品进行低温存储。这一技术的应用，显著提高了消毒和存储的效率与效果。

2、下面以牛奶的消毒和存储为例，探讨热泵技术在高温消毒和低温存储中的应用，并分析现有技术中的不足和改进方向。

3、目前，牛奶的消毒技术主要采用巴氏灭菌法。巴氏灭菌法是通过控制温度和保温时间，利用细菌在不同温度下的繁殖速率不同，来杀灭病原菌，同时保留一部分无害或有益的耐热细菌。此方法不仅能够有效杀死牛奶中的有害微生物，还能最大程度地保留牛奶中的营养物质和风味。

4、除了牛奶，其他液体饮料也广泛采用巴氏消毒法进行灭菌处理。这种方法的优点在于既能杀灭病原菌，又能保持饮料的原有品质和营养成分，是一种兼顾安全性和口感的灭菌技术。

5、申请号为201911280942.9的现有技术提出了一种牛乳冷冻浓缩巴氏杀菌方法，基于热泵技术分别为牛乳的冷冻浓缩和巴氏杀菌提供制冷和制热，进而提供一种能耗低、效率高、浓缩品质好的巴氏杀菌方法用于生产牛乳浓缩产品，制冷时提供-0.5℃~-1℃低温环境，供热时提供62~65℃的高温环境。然而，该系统存在一定的局限性。由于其采用单台热泵机组进行供冷供热，无法根据系统冷热负荷的变化进行灵活调节。这导致系统能效较低，部分热量难以避免地浪费。单一热泵机组的设计也限制了系统的灵活性和适应性。

6、申请号为201110163144.5的现有技术提出了一种跨临界二氧化碳热泵牛奶消毒、冷却系统，通过将压缩机、气体分离器、回热器、膨胀阀、蒸发器、气液分离器与管路串联而成。该系统也存在类似的问题：采用单台热泵进行供热供冷，无法根据系统冷热负荷的变化进行调节，导致系统能效低，部分热量浪费难以避免。此外，单台热泵的负荷适应性较差，在面对不同工况时，系统的运行稳定性也较难保证。

7、申请号为202211432983.7的现有技术提出了一种基于高温热泵技术的巴氏杀菌系统及其方法，其通过余热利用，结合热泵技术，在生产中通过电能替代大幅降低蒸汽用量，同时提升系统能效降低运行成本。虽然该系统采用了两种机组，分别为热泵机组和制冷机组，但该系统采用热泵机组和制冷机组直接串联的形式，难以有效解决两台机组负荷不匹配造成的水温不稳定，机组运行不稳定的风险。

8、因此，如何提供一种能够实现制冷制热的二级机组，来满足工艺的要求，同时避免二级机组的能源浪费问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决二级机组的能源浪费的技术问题，提出了消毒存储工艺系统及其控制方法。

2、本发明提出的消毒存储工艺系统，包括控制模块、用于对产品进行消毒的高温侧机组和用于对产品进行冷藏或冷冻存储的低温侧机组，设置在高温侧机组和低温侧机组之间的缓冲水箱，且所述缓冲水箱与所述低温侧机组的冷却塔并联；

3、所述控制模块控制所述缓冲水箱回收所述低温侧机组的冷凝侧的热量，同时将缓冲水箱回收的热量提供给所述高温侧机组的蒸发侧。

4、进一步，所述缓冲水箱通过预冷循环泵连接预冷工艺换热器，所述产品通过输送管道经所述高温侧机组消毒后，与所述预冷工艺换热器进行换热，回收部分热量至所述缓冲水箱后，再送至所述低温侧机组进行存储。

5、进一步，所述控制模块控制所述低温侧机组的冷凝侧的排热量优先供给所述缓冲水箱；

6、当所述低温侧机组的冷凝侧的排热量大于所述高温侧机组的蒸发侧所需的吸热量，或者所述低温侧机组的冷凝侧的排热量与经预冷工艺换热器回收的热量之和大于所述高温侧机组的蒸发侧所需的吸热量时，控制所述冷却塔回收多余的所述低温侧机组的冷凝侧的排热量。

7、进一步，所述低温侧机组的冷凝侧出水管路上设有第一循环泵，所述冷却塔与所述第一循环泵连通的进水管上设有冷却塔调节阀，所述缓冲水箱与所述第一循环泵连通的第一进水管上设有第一调节阀。

8、进一步，所述低温侧机组的蒸发侧与末端低温工艺换热器进行换热，所述低温侧机组的蒸发侧出水管路上设有第二循环泵，所述末端低温工艺换热器连通所述第二循环泵的进水管设有第一切换阀；所述第二循环泵的出水侧通过第一旁通支路与第一旁通阀与所述缓冲水箱连接。

9、进一步，所述高温侧机组的冷凝侧与末端消毒工艺换热器进行换热，所述高温侧机组的冷凝侧出水管路上设有第三循环泵，所述末端消毒工艺换热器连通所述第三循环泵的进水管设有第二切换阀；

10、所述第三循环泵的出水侧通过第二旁通支路与第二旁通阀与所述缓冲水箱连接。

11、进一步，所述高温侧机组的蒸发侧进水管路上设有第四循环泵。

12、本发明基于上述技术方案的消毒存储工艺系统的控制方法，在每一个控制周期内通过对对应的循环泵的频率进行控制以及对对应阀门的开度进行分段式控制，使得所述缓冲水箱输出的吸热量进水温度位于以用户设定的水箱温度为基准的温度范围内。

13、进一步，当所述缓冲水箱输出的吸热侧进水温度位于以用户设定的水箱温度为基准的温度范围内时，将排热量回水温度的设定值和/或预冷回收热量回水温度的设定值根据所述缓冲水箱输出的吸热侧进水温度的实时变化而调整。

14、进一步，对对应的循环泵的频率进行控制包括：

15、当低温侧机组的排热量对应的温差小于排热量设定温差时，控制第一循环泵降频，否则控制第一循环泵升频，所述排热量设定温差为排热量出水温度减去排热量回水温度的设定值的差值。

16、进一步，对对应的循环泵的频率进行控制包括：

17、当高温侧机组的吸热量对应的温差小于吸热量设定温差，控制第四循环泵降频，否则控制第四循环泵升频，所述吸热量设定温差为吸热量进水温度减去吸热量回水温度设定值的差值。

18、进一步，当所述预冷工艺换热器回收的部分热量对应的温差小于预设回收温差，则控制预冷循环泵降频，否则控制预冷循环泵升频，所述预设回收温差为预冷回收热量回水温度的设定值减去预冷回收热量出水温度的差值。

19、进一步，对对应阀门的开度进行分段式控制包括：

20、当所述缓冲水箱供给所述高温侧机组的出水温度在一定时长内大于t5max，=t5设+△t，t5设为用户设定的水箱温度，0＜△t＜15；

21、若此时冷却塔调节阀的开度小于预设较大开度，控制所述冷却塔调节阀的开度增加一个开度调节幅度；否则控制所述第一调节阀关闭一个开度调节幅度。

22、进一步，当所述缓冲水箱供给所述高温侧机组的出水温度在一定时长内大于t5max，对对应阀门的开度进行分段式控制时，将排热量回水温度的设定值和/或预冷回收热量回水温度的设定值设置为以用户设定的水箱温度为基准的温度范围的最大值，以使得对应的循环泵的频率的控制进行动态调整。

23、进一步，在将对应的温度设置为以用户设定的水箱温度为基准的温度范围的最大值后，监控所述缓冲水箱输出的吸热量进水温度；若吸热量进水温度的上升速率降低，则预冷回收热量回水温度的设定值降低一个档位，直至降至用户设定的水箱温度；若吸热量进水温度的上升速率不变或升高，则延迟一定时间，判断所述缓冲水箱供给所述高温侧机组的出水温度是否大于t5max，若是，则将预冷回收热量回水温度的设定值设置为用户设定的水箱温度，若否，则进入下一个控制周期。

24、进一步，对对应阀门的开度进行开关控制包括：

25、当所述缓冲水箱供给所述高温侧机组的出水温度在一定时长内小于t5min，=t5设-△t；t5设为用户设定的水箱温度，0＜△t＜15；

26、控制所述第一调节阀为开启状态，关闭所述冷却塔调节阀，并且将排热量回水温度的设定值和/或预冷回收热量回水温度的设定值设置为以用户设定的水箱温度为基准的温度范围的最小值。

27、本发明采用二级制冷热泵机组串联方式，在中间加入缓冲水箱，既能够有效提高能源的利用率，又可缓冲、抵消一二级机组负荷变化调节不及时造成的运行水温波动，从而导致机组停机保护的风险。本发明可应用于巴氏消毒工艺及其他同时具有冷热需求的工艺生产流程中。