一种混合制冷系统及其速冻方法

技术领域

本发明是一种混合制冷系统及其速冻方法，涉及速冻保鲜技术，具体涉及一种接触式式速冻和循环式喷淋的混合速冻系统及冷冻方法。

背景技术

液态二氧化碳喷淋速冻技术利用了液态二氧化碳汽化潜热高，干冰升华温度低(-78.5℃)，化学性质稳定，冻结干耗小的特点，可以促使冷冻对象短时间内迅速降温、冻结。但目前多数没有co2气体回收的装置，主要是是将喷淋出的低温气体一般都排出到环境中，这导致冷源利用率低，排放大量co2对大气会加剧地球温室效应，另外排放co2气体导致冷冻系统运行成本过高；在含有回收co2气体回收的装置中又会存在co2气体会和空气混合问题，空气中的水蒸气和氮气会阻碍机组的运行，以co2为制冷剂的制冷机组还存在冷凝压力过高等问题。

而目前国内外冷冻方式多采用空气鼓风的冷冻方法，通过空气鼓风制冷实现冷冻温度，该方法运行成本经济，技术成熟，但冷冻温度一般为-35℃～－45℃，最低温度也不过-60℃，冷冻时间一般为1～4h，冷冻时间长，冷冻对象容易产生大块冰晶导致冷冻品质较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合制冷系统和速冻方法，以克服现有技术冷冻品质较差、运行成本高的缺陷。

一种混合制冷系统，主要包括，冷冻腔室16、接触式复叠换热器21、接触式速冻系统和二氧化碳速冻循环系统；

其中，冷冻腔室16内设有托盘，托盘下方为接触式复叠换热器21，所述的接触式复叠换热器21由接触式速冻系统的蒸发器和二氧化碳速冻循环系统的冷凝器复叠而来并作为托盘支架，该支架供托盘放置，在冷冻腔室16内放置多层托盘支架，每层托盘支架上面放置托盘，托盘正上方为托盘正上方为若干个相连的液体二氧化碳喷嘴24，每一层二氧化碳喷嘴相互并联接入控制阀件，乏气回收装置5位于冷冻腔室的下方，乏气经乏气回收装置5经三路冷凝器3进入管内和高压储液桶8排气混合，之后进入气液分离器9再进入二氧化碳压缩机11；

接触式速冻系统包括，第一压缩机1、第一油分离器2、三路冷凝器3、回热器22、节流阀20、覆叠式换热器21的蒸发管路、和气液分离器23；其中，第一压缩机1出气口经管路与第一油分离器2相连；第一油分离器2出口由管路连至三路冷凝器第一管路制冷剂进口70；三路冷凝器第一管路制冷剂出口71连接至回热器22高温管路进口；回热器22高温管路出口连接至节流阀20的进口；节流阀20的出口连接至冷冻腔室1内的接触式复叠换热器21的蒸发管路进口；接触式复叠换热器21的蒸发管路出口连接至回热器22的低温管路进口；回热器22的低温管路出口连接至气液分离器23；气液分离器23的出口连接至第一压缩机1的吸气口；

二氧化碳速冻循环系统包括，第二压缩机10、第二油分离器11、冷凝器12、多个控制阀、覆叠式换热器21的冷凝管路、二氧化碳气液分离器9、高压储液桶8、二氧化碳补气桶26和喷淋系统；喷淋系统包括：加压泵14、二氧化碳喷淋管架25、液体二氧化碳喷阀24、乏气回收装置5、三路冷凝器3的第二管路；

其中喷淋管架与接触式复叠换热器分层组合，喷淋管架可做食品托盘支架，每层的装置由上到下依次是喷阀、食品托盘、接触式复叠换热器。

其中，在二氧化碳速冻循环系统中，第二压缩机10的出气口经管路与第二油分离器11相连运输二氧化碳气体；第二油分离器11的出口与冷凝器12相连，管路中的二氧化碳气体进入冷凝器12；冷凝器12的出口通过管路与冷冻腔室16的接触式复叠换热器21的冷凝管路进口相连；接触式复叠换热器21的冷凝管路出口由管路与二氧化碳节流阀7相连；二氧化碳节流阀7出口连接至高压储液桶8；补气桶26与高压储液桶8上部相连，用于补充逸出的二氧化碳气体；高压储液桶8上部出口与二氧化碳气液分离器9进口相连，二氧化碳气液分离器9出口经管路与第二压缩机吸气口相连。

在二氧化碳喷淋系统中，高压储液桶8下部管路连接至加压泵14进口以加压液体二氧化碳，加压泵14出口经管路连接至喷淋管架25，加压后的液态二氧化碳至第一控制阀15经由喷淋管架25的液体二氧化碳喷阀24迅速汽化和生成干冰雪花，干冰雪花与低温二氧化碳气体速冻带冷冻对象，干冰雪花升华为氧化碳气体，之后二氧化碳进入冷冻腔室下方的乏气回收装置5，压力/ph传感器6可控制各喷嘴的张开情况；乏气回收装置5经管路与三路冷凝器3第二管路二氧化碳进口81相连；三路冷凝器第二管路二氧化碳出口80与高压储液桶8上部出气管经管路相连通；联通后的管路连接二氧化碳气液分离器9进口，二氧化碳气液分离器出口经管路与第二压缩机10吸气口相连。

冷冻腔室16上方接入一通风管18与冷冻腔室16内部相连，通风管18上设有第二控制阀19，第二控制阀19用于控制冷冻腔室16内部与外界的气体交换。

在第六控制阀30和乏气回收装置5之间的管路上安装有第一压力传感器，在加压泵14与第一控制阀15之间的管路上安装有第二压力传感器13，在冷凝器12与覆叠式换热器21之间的管路上安装有第三压力传感器17。

一种混合制冷系统的速冻方法，包括如下步骤：

步骤一、打开冷冻腔室16的箱门，在放置在冷冻腔室16的各层的食品托盘抽出，之后将干净的待冷冻物品均匀摆放到托盘内；

步骤二、将放置好带冷冻物品的食品托盘放置到冷冻腔室16内各层位置并摆放均匀，关闭且密封冷冻腔室16箱门。

步骤三、打开冷冻腔室16上部连接通气管18的第二控制阀19，关闭乏气回收装置5的第六控制阀30，使冷冻腔室16内部气体只经由冷冻腔室16上部的通气管18管道与外界环境相通。

步骤四、在二氧化碳速冻喷淋系统中，打开第一控制阀15，启动加压泵14，打开二氧化碳喷淋管架25上的液体二氧化碳喷阀24，此时高压储液桶8内部的二氧化碳液体经由泵机14加压输送到二氧化碳喷淋管架25内部，二氧化碳喷淋管架25内部高压的二氧化碳液体经由液体二氧化碳喷阀24喷出，由于存在节流效应，二氧化碳液体迅速变成低温的气体二氧化碳和干冰；由于冷冻腔室16内处于一个大气压力下，所以干冰会迅速升华为二氧化碳气体，由于二氧化碳密度高于空气，二氧化碳气体会由上而下充满整个冷冻腔室16，完全排出腔室内部的空气和水蒸气；

当冷冻腔室16内的空气完全排空时，关闭加压泵14、关闭第一控制阀15、关闭液体二氧化碳喷阀24、关闭第二控制阀19；

步骤五、启动接触式制冷系统：启动第一压缩机1，压缩机1吸收低压制冷剂气体压缩为高温高压制冷气体；

步骤六、高温高压制冷剂气体经过第一油分离器2过滤除去润滑油。

步骤七、去除润滑油后的高温高压制冷剂气体经三路冷凝器第一管路制冷剂进口70进入，从三路冷凝器第一管路制冷剂出口71流出，变为低温低压的制冷剂气体；

步骤八、低温低压的制冷剂气体经过回热器22加热管路进行热交换；

步骤九、进一步降温后的低温低压制冷剂进入节流阀20，由于节流效应，低温低压的制冷剂气体变为温度更低的液体制冷剂；

步骤十、低温制冷剂液体进入接触式复叠式换热器21的蒸发器管路中，液体制冷剂迅速汽化吸热，使冷冻腔室16内的待冷冻品温度降低；

步骤十一、汽化后的制冷剂进入回热器22的冷却管路并进行热交换，之后进入气液分离器23，最后被第一压缩机吸气口吸入完成接触式制冷的循环；

步骤十二、在接触式制冷循环中，当冷冻腔室16的待冷冻品的温度不断降低，等待冷冻品的平均温度降至0℃时，此时二氧化碳速冻循环系统启动，二氧化碳喷淋系统启动，

步骤十三、打开第一控制阀15打开、第六控制阀30、第五控制阀29和第四控制阀28；

步骤十四、打开第三控制阀27，补气桶26对高压储液桶8进行适当的补气，补充排除冷冻腔室16空气和其他逸散的二氧化碳气体，补气完毕后关闭第三控制阀27；

步骤十五、启动加压泵14，并使加压泵14加压，打开液体二氧化碳喷阀24，液体二氧化碳喷阀24开始喷淋出二氧化碳雪花和低温气体，乏气回收装置5吸收制冷后的二氧化碳气体，回收后的二氧化碳气体进入三路冷凝器第二管路二气化碳进口81，并从三路冷凝器第二管路二气化碳出口80流出；

步骤十六、高压储液桶8内部气体和三路冷凝器第二管路二气化碳出口80出来的二氧化碳气体混合后经过二氧化碳气液分离器9进入第二压缩机10，第二压缩机10将吸入的二氧化碳气体压缩成高温高压的二氧化碳气体；

步骤十七、压缩后的高温高压的二氧化碳气体经过二氧化碳油分离器11过滤掉润滑油后，进入冷凝器12进行第一次冷凝，降低二氧化碳气体的温度和压力；

步骤十八、从冷凝器12出来的二氧化碳气体进入冷冻腔室16内的接触式复叠式换热器21冷凝器管路60-61，进行第二次冷凝，二氧化碳气体温度进一步降低。

步骤十九、从接触式复叠式换热装置21的冷凝器管路出来的低温二氧化碳气体经过二氧化碳节流阀7，由于节流效应，低温二氧化碳气体变成低温二氧化碳液体进入高压储液桶8中储存；

步骤二十、高压储液桶8中的二氧化碳液体通过管路经过加压泵14、第一控制阀15，流入冷冻腔室16的二氧化碳喷淋管架25，二氧化碳液体从液体二氧化碳喷阀24喷出，二氧化碳液体迅速汽化和凝固，产生低温二氧化碳气体和干冰，完成二氧化碳速冻循环和二氧化碳喷淋循环；

步骤二十一、干冰又升华吸热，变为二氧化碳气体，由于低温二氧化碳和干冰升华的使冷冻腔室16温度降低，待冷冻品的温度迅速降低，由于待冷冻品和冷冻腔室16的温差较大，此时的降温速率大大提高，待冷冻品快速降温；

步骤二十二、在带冷冻品快速冷冻降温的过程中，等到待冷冻品中心温度降至0℃到-5℃时，依次关闭加压泵14、第一控制阀15、液体二氧化碳喷阀24、第四控制阀28、第五控制阀29、第六控制阀30，使二氧化碳速冻循环系和二氧化碳喷淋系统都关闭；

步骤二十三、此时在接触式速冻系统的工作条件下将待冷冻品冻至中心温度低于-18℃，完成速冻过程；

步骤二十四、关闭第一压缩机，使接触式制冷系统关闭；打开冷冻腔室箱门，取出存放待冷冻物品的食品托盘，取出待冷冻物品，完成整个食品速冻过程。

在进出覆叠式换热器21的管道上及进入二氧化碳喷淋管架的管道上都分别安装有第三压力传感器17、第一压力传感器4和第二压力传感器13。

本发明的优点

1)通过对不同温区的带冷冻对象进行冷冻，改变了带冷冻对象在降温区和结晶温度区的降温速率，使带冷冻对象的品质得到了更好的保存。

2)将接触式速冻系统和二氧化碳喷淋式速冻系统进行复叠，降低了二氧化碳的冷凝压力，降低了冷凝设备耐高压的要求。

3)实现了对喷淋速冻过程中制冷剂的回收再利用，大大降低了制冷剂的损耗，节约了喷淋速冻的成本。

4)冷冻过程在低氧环境下进行，防止食品被氧化，提高了速冻过程的保鲜品质。

5)使用二氧化碳做制冷剂对环境友好，相比于氟利昂制冷剂能有效缓臭氧层空洞和解温室效应。

6)根据不同用途对循环中不同状态制冷剂进行合理选用，实现了能量的梯级利用，充分发挥了循环中二氧化碳的制冷能力，节约了循环所需的运行能耗。

7)循环喷淋装置设计为两级冷凝，提高了速冻能力，降低了冷凝压力，提高了系统安全性。

8)高压储液桶和乏气回收装置的二氧化碳混合后二氧化碳温度降低，可以使压缩机吸入的气体温度降低，压缩机排气温度降低，压缩机效率提高。

附图说明

图1、为本发明系统的外观示意图；

图2、为本发明的冷冻腔室托盘方式示意图；

图3、本发明冷冻腔室内喷淋装置和接触式复叠式换热器连接原理示意图；

图4、本发明加入食品托盘的冷冻腔室喷淋装置和接触式复叠式换热器布置示意图；

图5、本发明结构原理图。

其中，1为第一压缩机，2为第一油分离器，3为三路冷凝器，4为第一压力传感器，5为乏气回收装置，6为压力/ph传感器，7为二氧化碳节流阀，8为高压储液桶，9为二氧化碳气液分离器，10为第二压缩机，11为二氧化碳油分离器，12为冷凝器，13为第二压力传感器，14为加压泵，15为第一控制阀，16为冷冻腔室，17为第三压力传感器，18为通风管，19为第二控制阀，20为节流阀，21为接触式复叠式换热器，22为回热器，23为气液分离器，24为液体二氧化碳喷阀，25为二氧化碳喷淋管架，26为二氧化碳补气桶，27为第三控制阀，28为第四控制阀，29为第五控制阀，30为第六控制阀，40为制冷剂液体进口，41为制冷剂气体出口，50为液体二氧化碳进口，51为气体二氧化碳出口，60为二氧化碳气体制冷剂进口，61为二氧化碳气体制冷剂出口，70为三路冷凝器第一管路制冷剂进口，71为三路冷凝器第一管路制冷剂出口，80为三路冷凝器第二管路二氧化碳出口，81为三路冷凝器第二管路二氧化碳进口。

具体实施方式

一种混合制冷系统，主要包括，冷冻腔室16、接触式复叠换热器21、接触式速冻系统和二氧化碳速冻循环系统；

其中，冷冻腔室16内设有托盘，托盘下方为接触式复叠换热器21，所述的接触式复叠换热器21由接触式速冻系统的蒸发器和二氧化碳速冻循环系统的冷凝器复叠而来并作为托盘支架，该支架供托盘放置，在冷冻腔室16内放置多层托盘支架，每层托盘支架上面放置托盘，托盘正上方为托盘正上方为若干个相连的液体二氧化碳喷嘴24，每一层二氧化碳喷嘴相互并联接入控制阀件，乏气回收装置5位于冷冻腔室的下方，乏气经乏气回收装置5经三路冷凝器3进入管内和高压储液桶8排气混合，之后进入气液分离器9再进入二氧化碳压缩机11；

接触式速冻系统包括，第一压缩机1、第一油分离器2、三路冷凝器3、回热器22、节流阀20、覆叠式换热器21的蒸发管路、和气液分离器23；其中，第一压缩机1出气口经管路与第一油分离器2相连；第一油分离器2出口由管路连至三路冷凝器第一管路制冷剂进口70；三路冷凝器第一管路制冷剂出口71连接至回热器22高温管路进口；回热器22高温管路出口连接至节流阀20的进口；节流阀20的出口连接至冷冻腔室1内的接触式复叠换热器21的蒸发管路进口；接触式复叠换热器21的蒸发管路出口连接至回热器22的低温管路进口；回热器22的低温管路出口连接至气液分离器23；气液分离器23的出口连接至第一压缩机1的吸气口；

二氧化碳速冻循环系统包括，第二压缩机10、第二油分离器11、冷凝器12、多个控制阀、覆叠式换热器21的冷凝管路、二氧化碳气液分离器9、高压储液桶8、二氧化碳补气桶26和喷淋系统；喷淋系统包括：加压泵14、二氧化碳喷淋管架25、液体二氧化碳喷阀24、乏气回收装置5、三路冷凝器3的第二管路；

其中喷淋管架与接触式复叠换热器分层组合，喷淋管架可做食品托盘支架，每层的装置由上到下依次是喷阀、食品托盘、接触式复叠换热器。

其中，在二氧化碳速冻循环系统中，第二压缩机10的出气口经管路与第二油分离器11相连运输二氧化碳气体；第二油分离器11的出口与冷凝器12相连，管路中的二氧化碳气体进入冷凝器12；冷凝器12的出口通过管路与冷冻腔室16的接触式复叠换热器21的冷凝管路进口相连；接触式复叠换热器21的冷凝管路出口由管路与二氧化碳节流阀7相连；二氧化碳节流阀7出口连接至高压储液桶8；补气桶26与高压储液桶8上部相连，用于补充逸出的二氧化碳气体；高压储液桶8上部出口与二氧化碳气液分离器9进口相连，二氧化碳气液分离器9出口经管路与第二压缩机吸气口相连。

在二氧化碳喷淋系统中，高压储液桶8下部管路连接至加压泵14进口以加压液体二氧化碳，加压泵14出口经管路连接至喷淋管架25，加压后的液态二氧化碳至第一控制阀15经由喷淋管架25的液体二氧化碳喷阀24迅速汽化和生成干冰雪花，干冰雪花与低温二氧化碳气体速冻带冷冻对象，干冰雪花升华为氧化碳气体，之后二氧化碳进入冷冻腔室下方的乏气回收装置5，压力/ph传感器6可控制各喷嘴的张开情况；乏气回收装置5经管路与三路冷凝器3第二管路二氧化碳进口81相连；三路冷凝器第二管路二氧化碳出口80与高压储液桶8上部出气管经管路相连通；联通后的管路连接二氧化碳气液分离器9进口，二氧化碳气液分离器出口经管路与第二压缩机10吸气口相连。

冷冻腔室16上方接入一通风管18与冷冻腔室16内部相连，通风管18上设有第二控制阀19，第二控制阀19用于控制冷冻腔室16内部与外界的气体交换。

在第六控制阀30和乏气回收装置5之间的管路上安装有第一压力传感器，在加压泵14与第一控制阀15之间的管路上安装有第二压力传感器13，在冷凝器12与覆叠式换热器21之间的管路上安装有第三压力传感器17。

一种混合制冷系统的速冻方法，包括如下步骤：

步骤一、打开冷冻腔室16的箱门，在放置在冷冻腔室16的各层的食品托盘抽出，之后将干净的待冷冻物品均匀摆放到托盘内；

步骤二、将放置好带冷冻物品的食品托盘放置到冷冻腔室16内各层位置并摆放均匀，关闭且密封冷冻腔室16箱门。

步骤三、打开冷冻腔室16上部连接通气管18的第二控制阀19，关闭乏气回收装置5的第六控制阀30，使冷冻腔室16内部气体只经由冷冻腔室16上部的通气管18管道与外界环境相通。

步骤四、在二氧化碳速冻喷淋系统中，打开第一控制阀15，启动加压泵14，打开二氧化碳喷淋管架25上的液体二氧化碳喷阀24，此时高压储液桶8内部的二氧化碳液体经由泵机14加压输送到二氧化碳喷淋管架25内部，二氧化碳喷淋管架25内部高压的二氧化碳液体经由液体二氧化碳喷阀24喷出，由于存在节流效应，二氧化碳液体迅速变成低温的气体二氧化碳和干冰；由于冷冻腔室16内处于一个大气压力下，所以干冰会迅速升华为二氧化碳气体，由于二氧化碳密度高于空气，二氧化碳气体会由上而下充满整个冷冻腔室16，完全排出腔室内部的空气和水蒸气；

当冷冻腔室16内的空气完全排空时，关闭加压泵14、关闭第一控制阀15、关闭液体二氧化碳喷阀24、关闭第二控制阀19；

步骤五、启动接触式制冷系统：启动第一压缩机1，压缩机1吸收低压制冷剂气体压缩为高温高压制冷气体；

步骤六、高温高压制冷剂气体经过第一油分离器2过滤除去润滑油。

步骤七、去除润滑油后的高温高压制冷剂气体经三路冷凝器第一管路制冷剂进口70进入，从三路冷凝器第一管路制冷剂出口71流出，变为低温低压的制冷剂气体；

步骤八、低温低压的制冷剂气体经过回热器22加热管路进行热交换；

步骤九、进一步降温后的低温低压制冷剂进入节流阀20，由于节流效应，低温低压的制冷剂气体变为温度更低的液体制冷剂；

步骤十、低温制冷剂液体进入接触式复叠式换热器21的蒸发器管路中，液体制冷剂迅速汽化吸热，使冷冻腔室16内的待冷冻品温度降低；

步骤十一、汽化后的制冷剂进入回热器22的冷却管路并进行热交换，之后进入气液分离器23，最后被第一压缩机吸气口吸入完成接触式制冷的循环；

步骤十二、在接触式制冷循环中，当冷冻腔室16的待冷冻品的温度不断降低，等待冷冻品的平均温度降至0℃时，此时二氧化碳速冻循环系统启动，二氧化碳喷淋系统启动，

步骤十三、打开第一控制阀15打开、第六控制阀30、第五控制阀29和第四控制阀28；

步骤十四、打开第三控制阀27，补气桶26对高压储液桶8进行适当的补气，补充排除冷冻腔室16空气和其他逸散的二氧化碳气体，补气完毕后关闭第三控制阀27；

步骤十五、启动加压泵14，并使加压泵14加压，打开液体二氧化碳喷阀24，液体二氧化碳喷阀24开始喷淋出二氧化碳雪花和低温气体，乏气回收装置5吸收制冷后的二氧化碳气体，回收后的二氧化碳气体进入三路冷凝器第二管路二气化碳进口81，并从三路冷凝器第二管路二气化碳出口80流出；

步骤十六、高压储液桶8内部气体和三路冷凝器第二管路二气化碳出口80出来的二氧化碳气体混合后经过二氧化碳气液分离器9进入第二压缩机10，第二压缩机10将吸入的二氧化碳气体压缩成高温高压的二氧化碳气体；

步骤十七、压缩后的高温高压的二氧化碳气体经过二氧化碳油分离器11过滤掉润滑油后，进入冷凝器12进行第一次冷凝，降低二氧化碳气体的温度和压力；

步骤十八、从冷凝器12出来的二氧化碳气体进入冷冻腔室16内的接触式复叠式换热器21冷凝器管路60-61，进行第二次冷凝，二氧化碳气体温度进一步降低。

步骤十九、从接触式复叠式换热装置21的冷凝器管路出来的低温二氧化碳气体经过二氧化碳节流阀7，由于节流效应，低温二氧化碳气体变成低温二氧化碳液体进入高压储液桶8中储存；

步骤二十、高压储液桶8中的二氧化碳液体通过管路经过加压泵14、第一控制阀15，流入冷冻腔室16的二氧化碳喷淋管架25，二氧化碳液体从液体二氧化碳喷阀24喷出，二氧化碳液体迅速汽化和凝固，产生低温二氧化碳气体和干冰，完成二氧化碳速冻循环和二氧化碳喷淋循环；

步骤二十一、干冰又升华吸热，变为二氧化碳气体，由于低温二氧化碳和干冰升华的使冷冻腔室16温度降低，待冷冻品的温度迅速降低，由于待冷冻品和冷冻腔室16的温差较大，此时的降温速率大大提高，待冷冻品快速降温；

步骤二十二、在带冷冻品快速冷冻降温的过程中，等到待冷冻品中心温度降至0℃到-5℃时，依次关闭加压泵14、第一控制阀15、液体二氧化碳喷阀24、第四控制阀28、第五控制阀29、第六控制阀30，使二氧化碳速冻循环系和二氧化碳喷淋系统都关闭；

步骤二十三、此时在接触式速冻系统的工作条件下将待冷冻品冻至中心温度低于-18℃，完成速冻过程；

步骤二十四、关闭第一压缩机，使接触式制冷系统关闭；打开冷冻腔室箱门，取出存放待冷冻物品的食品托盘，取出待冷冻物品，完成整个食品速冻过程。

在进出覆叠式换热器21的管道上及进入二氧化碳喷淋管架的管道上都分别安装有第三压力传感器17、第一压力传感器4和第二压力传感器13。

实施例：

本发明的一个目的在于提出一种将接触式速冻方法和循环式喷淋方法结合的一种混合制冷系统系统(以下简称混合速冻系统)。

本发明的混合制冷系统系统包括:冷冻腔室、二氧化碳补气罐、接触式复叠换热器、冷冻腔室、调节阀、输液泵、乏气回收装置、排气口、喷淋管架、食品托盘、二氧化碳速冻循环系统、接触式速冻系统、其中接触式速冻系统包括：第一压缩机、油分离器、三路冷凝器的第一管路、回热器、电磁阀、接触式复叠换热器(蒸发器管路)、二氧化碳速冻循环的冷凝器和接触式速冻系统的蒸发器进行复叠组成接触式复叠式换热器，气液分离器；二氧化碳速冻循环系统包括：第二压缩机、油分离器、节流阀、储液桶、油分离器，接触式复叠式换热器(冷凝器管路)；喷淋系统包括：第二压缩机、储液桶、加压泵、控制阀、喷淋管架、喷阀、乏气回收装置、三路冷凝器的第二管路。其中喷淋管架与接触式复叠换热器分层组合，喷淋管架可做食品托盘支架，每层的装置由上到下依次是喷阀、食品托盘、接触式复叠换热器。

在接触式速冻系统中，第一压缩机出气口经管路与油分离器相连；油分离器出口由管路连至三路冷凝器的第一管路进口；三路冷凝器第一管路出口连接至回热器高温管路进口；回热器高温管路出口连接至节流阀进口；节流阀出口连接至冷冻腔室内的接触式复叠换热器(蒸发器效果)蒸发管路进口；接触式复叠换热器(蒸发器效果)蒸发管路出口连接至回热器低温管路进口；回热器低温管路出口连接至气液分离器；气液分离器出口连接至压缩机吸气口。

在二氧化碳速冻循环系统中，第二压缩机出气口经管路与油分离器相连运输二氧化碳气体；油分离器出口与冷凝器相连，管路中的二氧化碳气体进入冷凝器；冷凝器出口用管路与冷冻腔室的接触式复叠换热器(冷凝器效果)的冷凝管路进口相连；接触式复叠换热器(冷凝器效果)的冷凝管路出口由管路与节流阀相连；节流阀出口连接至储液桶；补气桶与储液桶上部相连用于补充逸出的二氧化碳气体；储液桶出口与喷淋系统回收的乏气回收管相连共同汇入油分离器进口，油分离器进口经管路与第二压缩机吸气口相连。

在二氧化碳喷淋系统中，储液桶下部管路连接至加压泵进口以加压液体二氧化碳，加压泵出口经管路连接至喷淋管架，加压后的液态二氧化碳至调节阀经由喷淋管架中的喷嘴迅速汽化和生成干冰雪花，干冰雪花与低温二氧化碳气体速冻带冷冻对象，干冰雪花升华为氧化碳气体，之后二氧化碳进入冷冻腔室下方的乏气回收装置，腔体的传感器可控制各喷嘴的张开情况；乏气回收装置经管路与三路冷凝器的第二管路进口相连；第二管路出口与储液桶出气管经管路相连通共同接入第二压缩机的气液分离器；二氧化碳气体从三路冷凝器第二管路出来与储液桶上部出气口气体混合，之后混合后的二氧化碳气体进入气液分离器再次进入第二压缩机实现二氧化碳速冻循环。

冷冻腔室内放置带冷冻对象，将带冷冻对象放于不锈钢(304)或铝制的托盘中，托盘下方为接触式复叠换热器，该接触式复叠换热器由接触式速冻系统的蒸发器和二氧化碳速冻循环系统的冷凝器复叠而来并作为托盘支架，该支架供托盘放置，在冷冻腔室内放置多层托盘支架，每层托盘支架上面放置托盘，托盘正上方为托盘正上方为若干个相连的二氧化碳喷嘴，每一层二氧化碳喷嘴相互并联接入控制阀件，乏气回收装置位于冷冻腔室的下方，乏气经乏气回收装置经三路冷凝器进入管内和储液桶排气混合，之后进入气液分离器再进入第二压缩机。

冷冻腔室外形大致为一个长方体结构，正面为对开门(或单开门)设计，关闭腔门可使腔门处于密封状态，腔门打开可直接从支架上抽取放置带冷冻对象的托盘，在箱体上方接入一根管子与腔内相连，管子与电磁阀相连接，电磁阀可控制腔体与外界的气体交换。

本发明的另一个目的在于提供该混合制冷系统的速冻方法，包括如下步骤：

1.打开冷冻腔室16的箱门，在放置在冷冻腔室16的各层的食品托盘抽出，之后将干净的待冷冻品均匀摆放到托盘内。

2.将放置好带冷冻物品的食品托盘放置到冷冻腔室16内各层位置并摆放均匀，关闭且密封腔室16箱门。

3打开冷冻腔室16上部连接通气管18的第二控制阀19，关闭乏气回收装置5的第六控制阀30，使冷冻腔室16内部气体只经由冷冻腔室16上部的通气管18管道与外界环境相通。

4.打开第一控制阀15，启动二氧化碳速冻喷淋系统中的加压泵14，打开二氧化碳喷淋管架25上的液体二氧化碳喷阀24。此时加压泵14将储液桶8内部的二氧化碳液体经由泵机14加压输送到二氧化碳喷淋管架25内部，二氧化碳喷淋管架25内部高压的二氧化碳液体经由液体二氧化碳喷阀24喷出，由于存在节流效应，二氧化碳液体迅速变成低温的气体二氧化碳和干冰，由于冷冻腔室16内处于一个大气压力下，所以干冰会迅速升华为二氧化碳气体，由于二氧化碳密度高于空气，二氧化碳气体会由上而下充满整个冷冻腔室16，完全排出腔室内部的空气(水蒸气、氮气、氧气等)。

5关闭加压泵14，关闭第一控制阀15，关闭液体二氧化碳喷阀24，关闭控制阀19。

6.启动接触式制冷系统：启动第一压缩机1，压缩机1吸收低压制冷剂气体压缩为高温高压制冷气体。

7.高温高压制冷剂气体经过油分离器2过滤除去润滑油。

8.去除润滑油后的高温高压制冷剂气体经三路冷凝器3的第一管路7071(此时三路冷凝器3的冷源为第三管路的冷却水)变为低温低压的制冷剂气体。

9.低温低压的制冷剂气体经过回热器22加热管路进行热交换。

10.进一步降温后的低温低压制冷剂进入节流阀20，由于节流效应，低温低压的制冷剂气体变为温度更低的液体制冷剂。

11.低温制冷剂液体进入复叠式换热器21(蒸发器效果)的蒸发器管路中，液体制冷剂迅速汽化吸热，使冷冻腔室16内的待冷冻品温度降低。

12.汽化后的制冷剂进入回热器22冷却管路并进行热交换，之后进入气液分离器23，最后被压缩机吸气口吸入完成接触式制冷的循环。

13.在接触式制冷循环中，冷冻腔室16的待冷冻品的温度不断降低，等带冷冻品的平均温度降至0℃左右，此时二氧化碳速冻循环系统启动，二氧化碳喷淋系统启动，

14.第一控制阀15打开，第六控制阀30打开，打开第五控制阀29，打开第四控制阀28。

15.第三控制阀27打开，补气桶26对高压储液桶8进行适当的补气，补充排除腔室空气和其他逸散的二氧化碳气体，补气完毕后关闭第三控制阀27。

16.加压泵14启动并加压，液体二氧化碳喷阀24打开，液体二氧化碳喷阀24开始喷淋出二氧化碳雪花和低温气体，乏气回收装置5吸收制冷后的二氧化碳气体，回收后的二氧化碳气体进入三路冷凝器3的第二管路81-80。

17.储液桶8内部气体和三路冷凝器3第二管路81-80出来的二氧化碳气体混合后经过二氧化碳气液分离器9进入第二压缩机10，第二压缩机10将吸入的二氧化碳气体压缩成高温高压的二氧化碳气体。

18高温高压的二氧化碳气体经过二氧化碳油分离器11过滤掉润滑油，然后气体进入冷凝器12进行第一次冷凝，降低二氧化碳气体的温度和压力。

19.从冷凝器12出来的二氧化碳你气体进入冷冻腔室16内的复叠式换热器21(冷凝器效果)冷凝器管路60-61，进行第二次冷凝，二氧化碳气体温度进一步降低。

20.从复叠式换热装置21(冷凝器效果)的冷凝器管路60-61出来的低温二氧化碳气体经过二氧化碳节流阀7，由于节流效应，低温二氧化碳气体变成低温二氧化碳液体进入高压储液桶8中储存。

21.高压储液桶8中的二氧化碳液体通过管路经过加压泵14、第一控制阀15，流入冷冻腔室16的二氧化碳喷淋管架25，二氧化碳液体从液体二氧化碳喷阀喷24出，二氧化碳液体迅速汽化和凝固，产生低温二氧化碳气体和干冰，完成二氧化碳速冻循环和二氧化碳喷淋循环。

22.干冰的升华吸热，(干冰的相变温度为-79℃)变为二氧化碳气体，由于低温二氧化碳和干冰升华的使冷冻腔室16温度降低，待冷冻品的温度迅速降低，由于待冷冻品和冷冻腔室16的温差较大，此时的降温速率大大提高，待冷冻品快速降温。

23.在带冷冻品快速冷冻降温的过程中，等到待冷冻品中心温度降至-5℃，

24.关闭加压泵14，关闭第一控制阀15，关闭液体二氧化碳喷阀24，关闭长四控制阀28、第五控制阀29，第六控制阀30，关闭二氧化碳速冻循环系和二氧化碳喷淋系统。

25.此时在接触式速冻系统的工作条件下将待冷冻品冻至中心温度-18℃。完成速冻过程。

26.关闭第一压缩机，关闭接触式制冷系统，打开冷冻腔室箱门。取出存放待冷冻物品的食品托盘，取出待冷冻物品。完成整个食品速冻过程。

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

本发明的混合制冷系统装置包括:第一压缩机1、油分离器2、三路冷凝器3、第一压力传感器4、乏气回收装置5、压力/ph值传感器6、二氧化碳节流阀7、高压储液桶8、二氧化碳气液分离器9、第二压缩机10、二氧化碳油分离器11、冷凝器12、第二压力传感器13、加压泵14、第一控制阀15、冷冻腔室16、第三压力传感器17、通风管18、第二控制阀19、节流阀20、接触式复叠式换热器21(也做蒸发器)、回热器22、气液分离器23、液体二氧化碳喷阀24、二氧化碳喷淋管架25、补气桶26、第三控制阀27、第四控制阀28、第五控制阀29、食品托盘、其中食品托盘放置于喷淋管架正下方。

混合制冷系统包括：二氧化碳速冻循环系统、接触式速冻系统、二氧化碳喷淋系统。其中接触式速冻系统包括：第一压缩机1、油分离器2、三路冷凝器3的第一管路、回热器22、节流阀20、接触式复叠式换热器21的蒸发管路(蒸发器效果)、气液分离器23；二氧化碳循环速冻系统包括：第二压缩机10、二氧化碳油分离器11、接触式复叠式换热器21的冷凝管路(冷凝器效果)、二氧化碳节流阀7、高压储液桶8、二氧化碳油分离器9；其中二氧化碳速冻循环的冷凝器和接触式速冻系统的蒸发器进行复叠组成接触式复叠换热器21(也做蒸发器)；喷淋系统包括：、加压泵14、第一控制阀15、二氧化碳喷淋管架25和液体二氧化碳喷阀24，其中二氧化碳喷淋管架25与接触式复叠换热器21分层组合，每层的装置由上到下依次是液体二氧化碳喷阀24，食品托盘、接触式复叠换热器21、乏气回收装置5、三路冷凝器3的第二管路。

如图3、图5：在冷冻腔室内的接触式复叠式换热器中的制冷剂路径：制冷剂液体进口40、制冷剂气体出口41，液体二氧化碳进口50、气体二氧化碳出口51；在冷冻腔室内的制冷剂路径：二氧化碳气体制冷剂进口61，二氧化碳气体制冷剂出口60。

如图5：在接触式速冻系统中，第一压缩机1出气口经管路与油分离器2相连，油分离器2出口由管路连至三路冷凝器3的第一管路制冷剂进口70；管路中的制冷剂从三路冷凝器3的第一管路制冷剂出口71至回热器22的高温管路，之后从回热器22流到节流阀20，节流阀20经管路与冷冻腔室16内接触式复叠换热器21相连，接触式复叠换热器21的制冷剂气体从接触式复叠换热器21出来经管路至回热器22的低温管路，回热器22低温管路连至气液分离器23经管路回流至压缩机1吸气口；在二氧化碳速冻循环系统中，第二压缩机10出气口经管路与二氧化碳油分离器11相连，管路中的二氧化碳气体进入冷凝器12，冷凝器12出口用管路与冷冻腔室16的接触式复叠换热器21相连，从接触式复叠换热器21出来的二氧化碳经管路流入二氧化碳节流阀7，二氧化碳节流阀7出口与高压储液桶8相连，高压储液桶8上部出口经第四控制阀28进入二氧化碳气液分离器9，二氧化碳气液分离器9出口与第二压缩机10进口相连，补气桶26与高压储液桶8上部相连用于补充逸出的二氧化碳气体；在喷淋循环系统中高压储液桶8中的液态二氧化碳经管路至加压泵14加压，加压后的液态二氧化碳至第一控制阀15经由二氧化碳喷淋管架25中的液体二氧化碳喷阀24迅速汽化和生成干冰雪花，干冰雪花与低温二氧化碳气体速冻带冷冻对象，干冰雪花升华为氧化碳气体，之后二氧化碳进入冷冻腔室下方的乏气回收装置5，腔体的第一压力传感器14、压力/ph传感器6、第二压力传感器13可控制各液体二氧化碳喷阀24的张开情况。

乏气回收装置5经管路与三路冷凝器3的第二管路二氧化碳进口81相连，二氧化碳气体从三路冷凝器3的第二管路二氧化碳出口80进入储液桶8，二氧化碳气体由储液桶8再次进入二氧化碳速冻循环。

冷冻腔室16内放置带冷冻对象，将带冷冻对象放于不锈钢(304)或铝制的托盘中，托盘下方为接触式复叠换热器21，该接触式复叠换热器21由接触式速冻系统的蒸发器和二氧化碳速冻循环系统的冷凝器复叠而来并作为托盘支架，该支架供托盘放置，在冷冻腔室16内放置多层托盘支架，每层托盘支架上面放置托盘，托盘正上方为托盘正上方为若干个管路相连的液体二氧化碳喷阀24，每一层二氧化碳喷嘴相互并联接入二氧化碳喷淋管架25，乏气回收装置5位于冷冻腔室16的下方，乏气经乏气回收装置5经三路冷凝器3进入8储液桶8。

如图1，图2：冷冻箱外形大致为一个长方体结构，正面为对开门(或单开门)设计，腔门打开可直接从支架上抽取放置带冷冻对象的托盘，在箱体上方接入一根管子18与腔内相连，该管子与第二控制阀19相连接，第二控制阀19可控制腔体与外界的气体交换。关闭腔门和箱体上方管路则可使腔体处于密封状态。

本实施例的循环式二氧化碳喷淋速冻系统的冷冻方法，包括以下步骤：

打开冷冻腔室的箱门，在放置在冷冻腔室的各层的食品托盘抽出，之后将干净的待冷冻品均匀摆放到托盘内；将放置好带冷冻物品的食品托盘再放置到冷冻腔室内各层原来位置，关闭并密封腔室箱门。打开冷冻腔室上部连接通气管的电磁阀，关闭乏气回收装置的电磁控制阀；打开控制喷淋管架的电磁阀，启动二氧化碳速冻喷淋系统中的高压泵，此时高压泵将储液桶内部的二氧化碳液体经由泵机加压输送到喷淋管架内部，喷淋管架内部高压的二氧化碳液体经由喷阀喷出，由于节流效应，二氧化碳液体迅速变成低温的气体二氧化碳和干冰，由于腔室内处于一个大气压力所以干冰会迅速升华为二氧化碳气体，由于二氧化碳密度高于空气，二氧化碳气体会由上而下充满整个冷冻腔体，完全排处腔室内部的空气(水蒸气、氮气、氧气等)；关闭二氧化碳喷淋系统，关闭冷冻腔室上部控制冷冻腔室通气管的阀件；启动接触式制冷系统：启动第一压缩机，压缩机吸收低压制冷剂气体压缩为高温高压制冷气体；高温高压制冷剂气体经过油过滤器过滤除去润滑油；去除润滑油后的高温高压制冷剂气体经三路冷凝器(此时三路冷凝器的冷源为冷却水)变为低温低压的制冷剂气体；低温低压的制冷剂气体经过回热器进一步降温；进一步降温后的低温低压制冷剂进入电磁膨胀阀，由于节流效应，低温低压的制冷剂气体变为温度更低的液体制冷剂；低温制冷剂液体进入复叠式换热器(蒸发器效果)蒸发管路中，液体制冷剂迅速汽化吸热，使冷冻腔室内的待冷冻品温度降低；汽化后的制冷剂进入回热器并进行热交换，之后进入气液分离器，最后被压缩机吸气口吸入完成接触式制冷的循环；冷冻室的待冷冻品的温度不断降低，等带冷冻品的温度降至0℃左右，二氧化碳速冻循环系统启动，乏气回收管路的控制阀打开，补气桶对储液桶进行适当的补气，补充冷冻腔室和其他管路设备逸散的二氧化碳气体；储液桶内部和乏气回收装置回收的二氧化碳气体经过气液分离器进入第二压缩机，压缩机将吸入的二氧化碳气体压缩成高温高压的二氧化碳气体；高温高压的二氧化碳气体经过油分离器过滤掉润滑油，然后气体进入冷凝器进行第一次冷凝，降低二氧化碳气体的温度和压力；从冷凝器出来的二氧化碳你气体进入冷冻腔内的复叠换热装置(冷凝器效果)冷凝管路，进行第二次冷凝，二氧化碳气体温度进一步降低；从复叠换热装置出来的低温二氧化碳气体经过节流阀，由于节流效应，低温二氧化碳气体变成低温二氧化碳液体进入储液桶中储存；储液桶中的二氧化碳液体通过管路经过加压泵、控制阀，流入冷冻腔室的喷淋管架，二氧化碳液体从连接在管架上的喷阀喷出，二氧化碳液体迅速汽化和凝固，产生低温二氧化碳气体和干冰；干冰的升华吸热，(干冰的相变温度为-79℃)变为二氧化碳气体，低温二氧化碳和干冰升华的低温腔室中，待冷冻品的温度迅速降低，由于待冷冻品和冷冻腔室的温差较大，此时的降温速率大大提高，带冷冻品快速冷冻。与待冷冻品热交换后的二氧化碳气体被乏气回收装置回收，重新吸入第二压缩机中完成一个循环；在带冷冻品快速冷冻降温的过程中，等到待冷冻品中心温度降至-5℃；关闭二氧化碳喷阀，关闭乏气回收装置，关闭二氧化碳循环速冻系统；此时在接触式速冻系统的工作环境下将待冷冻品冻至中心温度-18℃。完成速冻过程。关闭接触式制冷系统，打开冷冻腔室箱门。取出存放待冷冻物品的食品托盘，取出待冷冻物品。完成整个食品速冻过程。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实例所公开的内容。