一种节能灭菌机组和使用方法

技术领域

本发明属于高温蒸汽灭菌技术领域，具体涉及一种节能灭菌机组和使用方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

食用菌培养基或者封装完的食品、饮料等物料在灭菌器内利用高压蒸汽灭菌时，一般要经过装料—往复预热抽真空—加热—保温—自然降温—出料的过程。在灭菌之后，物料需要降温到85℃左右后，才进行出料的过程，由于高压蒸汽灭菌，灭菌器内温度和气压均较高，如果是不含水的固体物料，一般利用减压冷却的方式进行降温，但是发明人发现，如果是含水分较高的物料，在减压的过程中，会出现灭菌物料因自热产生水蒸气，涨破包装物的现象。所以含水分较高的物料一般需要采用自然降温的方式，降温至100℃以下，但是自然降温的过程，耗费时间较长，灭菌器的工作效率较低，且该部分自然散失的热量全部都浪费掉了。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种节能灭菌机组和使用方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种节能灭菌机组，包括，

灭菌器，内部设置内换热器，灭菌器与高压蒸汽源连接；

灭菌器与无菌进气管线连接，无菌进气管线可向灭菌器内通入无菌压缩气体。

用于在灭菌器的高温灭菌后的冷却过程中，为了避免含水物料因自热产生蒸汽，涨破包装物，先开启无菌进气管线向灭菌器内通入压缩气体，保持灭菌器内的压力不因热量散失而降低，然后，通过换热器及时带走灭菌器内的热量，使含水灭菌物料的温度快速降至100℃以下。解决了含水物料减压降温涨破包装的问题，并且提高了降温效率。

第二方面，节能灭菌机组的使用方法，具体步骤为：

在灭菌器的自然降温过程中，无菌空气在空气压缩机的作用下通入到灭菌器中进行保压或加压。

开启灭菌器的内换热器，灭菌器的内换热器中的水经过换热后排出到热水储罐或温水储罐进行储存；

热水储罐中的水蒸气被蒸汽压缩机抽出经过加压、升温后直接或通过蒸汽喷射泵二次升温后进入到处于灭菌过程的灭菌器中，对其中的灭菌物料进行增温。

解决了含水灭菌物料因自热产生蒸汽导致涨破包装的问题，解决了灭菌器高温蒸汽灭菌能耗较大的问题，解决了灭菌器自然降温时间较长的问题。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

本发明巧妙的利用灭菌器中内换热器内流通的水，将物料处于降温阶段的灭菌器中的热量带出至热水储罐或温水储罐，其中热水储罐内的高温水在蒸汽压缩机的作用下，部分水闪蒸成为水蒸气，水蒸气通过蒸汽压缩机压缩增温后，直接进入或者通过蒸汽喷射泵后进入到物料处于升温或保温阶段的灭菌器中，作为灭菌的蒸汽使用，在机组内形成热量回收再利用的闭环，从而减少了热量浪费，降低了能耗。

热水储罐的热水进入到蒸汽发生器中作为水源，可有效降低蒸汽发生器的热能消耗。

通过灭菌管线加入无菌空气，提高或保持灭菌器中的压力，促使灭菌器内的压力不降低，进而利用内换热器里流通的水带走热量，快速降低物料的温度，避免物料因自热产生蒸汽，涨破包装物，缩短了灭菌周期，提高了灭菌效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为节能灭菌机组结构示意图；

其中，1-外水源，2-第一阀门，3-排气口，4-真空泵，5-第一水泵，6-排水口，7-换热器，8-第二阀门，9-温水入口，10-温水储罐，11-第二水泵，12-蒸汽压缩机，13-蒸汽发生器，14-蒸汽喷射泵，15-第三水泵，16-进水管，17-中温蒸汽管道，18-低温蒸汽管道，19-第四阀门，20-第五阀门，21-第六阀门，22-第七阀门，23-灭菌器，24-内换热器，25-空气入口，26-空气过滤器，27-空气压缩机，28-无菌管道，29-第八阀门，30-第九阀门，31-第十阀门，32-汽水排出管，33-出水管，34-三通换向阀，35-热水储罐，36-第三阀门。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，一种节能灭菌机组，包括，

灭菌器，内部设置内换热器，灭菌器与高压蒸汽源连接；

灭菌器与无菌进气管线连接，无菌进气管线可向灭菌器内通入压缩气体。

在本发明的一些实施方式中，还包括热水储罐、蒸汽压缩机，内换热器与热水储罐连接，内换热器的热水可进入热水储罐，蒸汽压缩机与热水储罐连接，热水储罐内的水蒸气可进入蒸汽压缩机。通过热水储罐和蒸汽压缩机的配合利用，实现热量的回收，由于内换热器的热水温度较高，在蒸汽压缩机抽吸作用下，热水储罐中的水不断闪蒸产生水蒸气，蒸汽压缩机不断抽取、压缩热水储罐中的水蒸气，使其转变为100℃以上的蒸汽，然后进入到物料处于升温或保温阶段的灭菌器中再利用，从而在灭菌机组内形成热量回收再利用的闭环，减少灭菌机组的整体能量消耗。

在本发明的一些实施方式中，还包括温水储罐，内换热器与温水储罐连接，内换热器的温水可进入温水储罐，温水储罐与热水储罐连接。

在本发明的一些实施方式中，灭菌器内的物料为液体物料或含水固体物料；进一步液体物料为饮料，含水固体物料为食用菌培养基。灭菌器内的物料为液体物料或含水固体物料，在高温蒸汽灭菌的过程中，灭菌器内的温度较高，在减压降温的过程中，灭菌器内的物料容易因自热产生蒸汽，涨破包装。本发明解决了热量回收的问题和物料涨破包装的问题。

在本发明的一些实施方式中，无菌进气管线上包括依次连接的空气过滤器、空气压缩机，空气压缩机与灭菌器连接。空气压缩机与灭菌器通过无菌管线连接。向灭菌器中注入无菌空气，保持灭菌器内压力不降低的措施，避免了灭菌物料因为失压而自热产生蒸汽，同时，将灭菌器内的热量通过换热器，带到灭菌器外的热水储罐内储存起来，当物料温度降到100℃以下后，再降低灭菌器内的压力，物料就不会因自热产生大量蒸汽了。这样一边加压，抑制物料因自热产生大量蒸汽，一边转移热量，加速物料降温，双管齐下，缩短了灭菌器的降温时间，提高了使用效率。

在本发明的一些实施方式中，灭菌器内的换热器为盘管换热器或板式换热器。

在本发明的一些实施方式中，还包括外换热器，外换热器与灭菌器连接，灭菌器的水蒸气可进入到换热器中，外换热器与外水源相接，外换热器中经过换热得到的温水可进入到温水储罐中。

在本发明的一些实施方式中，还包括蒸汽发生器，热水储罐的出水口与蒸汽发生器连接，蒸汽发生器与灭菌器连接。

在本发明的一些实施方式中，还包括蒸汽喷射泵，蒸汽压缩机和蒸汽发生器均与蒸汽喷射泵连接，蒸汽喷射泵与灭菌器连接。

在本发明的一些实施方式中，热水储罐的出水口与蒸汽发生器连接。

在本发明的一些实施方式中，蒸汽压缩机的出水口与热水储罐连接。

在本发明的一些实施方式中，机组外部洁净的温水，也可进入到温水储罐，在灭菌机组中加以利用。

第二方面，节能灭菌机组的使用方法，具体步骤为：

在灭菌器的自然降温过程中，无菌空气在空气压缩机的作用下通入到灭菌器中进行保压或加压。

开启灭菌器的内换热器，灭菌器的内换热器中的水经过换热后排出到热水储罐或温水储罐进行储存；

热水储罐中的水蒸气被蒸汽压缩机抽出经过加压、升温后直接或通过蒸汽喷射泵二次升温后进入到处于灭菌过程的灭菌器中，对其中的灭菌物料进行增温。

在本发明的一些实施方式中，蒸汽压缩机排出的水蒸气直接进入到灭菌器中进行高温灭菌或者通过蒸汽喷射泵后进入到灭菌器或内换热器中。

在本发明的一些实施方式中，灭菌器中排出的水进入到外换热器中与外水源冷水进行换热后排出，外换热器得到的温水进入到温水储罐中。

含水物料在灭菌器内经过高压蒸汽灭菌时，一般要经过装料—往复预热抽真空—加热—保温—降温(85℃左右)—出料的过程。由于传统灭菌器必须利用自然降温来使物料降温，因为如果不是自然降温，物料在高温高压下灭菌后，若直接降低压力，含水物料必然会因为自热产生大量蒸汽，从而涨破包装物，但是自然降温的过程时间较长，生产周期长。

本发明涉及一种节能灭菌机组，包括，灭菌器，内部设置内换热器，与高压蒸汽源连接；蒸汽压缩机，与灭菌器连接，蒸汽压缩机压缩后的水蒸气进入灭菌器内；热水储罐，内换热器与热水储罐连接，回收灭菌器内的热量；蒸汽压缩机与热水储罐连接，一方面蒸汽压缩机从热水储罐内抽取水蒸气，一方面又将蒸汽压缩机压缩水蒸气后产生的热水送入温水储罐；灭菌器内的物料为含水食用菌培养基或饮料。

本发明中提供的节能灭菌机组，可以缩短灭菌物料降温过程，从而缩短生产周期。

在物料降温的过程中，灭菌器内的水蒸气会冷凝为水，所以灭菌器内的内换热器可以将物料的热量和水蒸气冷凝的潜热带走，使内换热器中的换热介质水的温度升高，流入到热水储罐中。两种热量：第一：将灭菌器内的热量通过内换热器，带到灭菌器外的热水储罐内储存起来，当物料温度降到100℃以下后，再降低灭菌器内的压力，物料就不会因自热产生大量蒸汽了。第二，水在标准大气压下，沸点是100℃，超过该温度，水会汽化，水蒸气在低于该温度时会冷凝为水，水的潜热是其比热的约500倍，因此，当将物料温度从100℃以上降低到100℃以下时，该过程中，部分水发生相变，可以回收大量的热量，并将其储存到热水储罐内。

在热水储罐中，由于蒸汽压缩机抽吸作用，气压较低，温度较高的水(80℃左右)会闪蒸成水蒸气，这部分水蒸气的温度为80℃左右，水蒸气不断通过蒸汽压缩机抽出、压缩，部分得到100℃以上的蒸汽，部分得到水，100℃以上的蒸汽直接或经过蒸汽喷射泵后进入到灭菌器中，作为灭菌用的高温蒸汽，压缩后的热水排入温水储罐。

由于灭菌器内的热量被换热器带走，物料的温度降低，巧妙的使用了保压或加压降温的方式，解决了物料因自热产生水蒸气涨破包装物的问题。

热水储罐是用于暂时存储热水的，通过蒸汽压缩机和热水储罐的配合，不断的抽取蒸汽，加压转化为高温灭菌蒸汽，所以既解决了物料减压快速降温会涨破包装物的问题，又减少了产自蒸汽发生器的蒸汽消耗量。所以降低了能耗。

还包括依次连接的空气过滤器、空气压缩机，空气压缩机与灭菌器连接。通过空气过滤器进行除菌过滤后的无菌空气，在空气压缩机的作用下通入灭菌器中，从而提高或保持灭菌器内的气压，灭菌器内压力不降低，则含水物料不会因自热产生大量蒸汽，通过通入无菌压缩空气，保持灭菌器内压力不降低的措施，避免灭菌物料因自热产生水蒸气涨破包装物的问题。

灭菌器的内换热器为盘管换热器或板式换热器。内换热器可以设置在灭菌器内的侧壁中。

还包括温水储罐，内换热器与温水储罐连接，内换热器的温水可进入温水储罐，温水储罐与热水储罐连接。内换热器得到的温度较低的水进入到温水储罐，热水储罐和温水储罐的水可相互流通。

还包括外换热器，外换热器与灭菌器连接，灭菌器的水蒸气进入到外换热器中，外换热器与外水源相接，外换热器中得到的温水进入到温水储罐中。

灭菌器内的物料在往复预热抽真空时，高温蒸汽冷凝，会有大量热水排出，这些热水进入到外换热器中，与冷水进行换热，加热冷水成为温水。这些温水进入到温水储罐中，作为内换热器的换热介质和热水储罐的补充水，因为热水储罐中产生的水蒸气不断被蒸汽压缩机抽走，且有部分水流入蒸汽发生器，所以热水储罐中的水会不断减少，所以这些温水可以补充到热水储罐中。

还包括蒸汽发生器，热水储罐的出水口与蒸汽发生器连接，蒸汽发生器与灭菌器连接。热水储罐的水也可以单独作为蒸汽发生器的进水，从而降低蒸汽发生器的能耗，在机组内实现热量回收及再利用的闭环。

还包括蒸汽喷射泵，蒸汽压缩机和蒸汽发生器均与蒸汽喷射泵连接，蒸汽喷射泵与灭菌器连接。蒸汽压缩机产生的蒸汽也可以进入蒸汽喷射泵的吸气口，和蒸汽喷射泵进气口进入的高温蒸汽混合成中温蒸汽，进入另一台处于加热或保温阶段的灭菌器的内换热器和/或灭菌器内室，用于物料灭菌过程，从而在机组内实现热量回收及再利用的闭环。

实施例1

一种节能灭菌机组，包括空气过滤器(26)、空气压缩机(27)、蒸汽压缩机(12)、蒸汽喷射泵(14)、热水储罐(35)和至少两台高压灭菌器(23)，所述高压灭菌器(23)的内壁上设置有内换热器(24)，内换热器(24)的出口通过第十阀门(31)、出水管(33)与三通换向阀(34)相连，三通换向阀(34)的另外两个接口，一个与热水储罐(35)相连，另一个与温水储罐(10)相连，热水储罐(35)的顶端出汽口与蒸汽压缩机(12)的进汽口通过管道连通，蒸汽压缩机(12)的出汽口通过低温蒸汽管道(18)、第七阀门(22)与灭菌器(23)的内室连通，同时通过低温蒸汽管道(18)与蒸汽喷射泵(14)的吸气口连通，蒸汽喷射泵(14)的出汽口通过中温蒸汽管道(17)分别和第五阀门(20)、第六阀门(21)相连，第五阀门(20)连接内换热器(24)进口，第六阀门(21)连通灭菌器(23)内室。

外界空气通过空气入口(25)在空气过滤器(26)的过滤作用下，变为无菌空气，通过空气压缩机(27)和无菌管道(28)、第八阀门(29)与灭菌器(23)的内室联通，无菌空气在空气压缩机(27)作用下通入到灭菌器(23)中进行加压或保压。

外水源(1)通过第一阀门(2)进入到外换热器(7)中，灭菌器(23)的水蒸气和冷凝水通过汽水排出管(32)进入到外换热器(7)中，汽水排出管(32)上设置第九阀门(30)。外换热器(7)与外水源(1)相接，外换热器(7)中得到的温水(外水源被加热)进入到温水储罐(10)中。灭菌器(23)内的水蒸气被冷凝之后得到的冷凝水通过第一水泵(5)和排水口(6)排出，气体通过真空泵(4)和排气口(3)排出。

热水储罐(35)和温水储罐(10)之间还通过设置有第三阀门(36)的管道连接，温水储罐(10)的出水口通过进水管(16)与灭菌器(23)的内换热器(24)连接，进水管(16)上设置第三水泵(15)、第四阀门(19)。当热水储罐(35)内的水位高于最高设定水位时，开启第三阀门(36)，将部分水排入温水储罐(10)中；当热水储罐(35)内的水位低于最低设定水位时，开启第三阀门(36)，促使温水储罐(10)内的水流入热水储罐(35)进行补充。

热水储罐(35)排出的热水通过第二水泵(11)补入到蒸汽发生器(13)中作为水源。

蒸汽发生器(13)的蒸汽出口连接蒸汽喷射泵(14)进气口，蒸汽喷射泵(14)出气口排出的蒸汽通过中温蒸汽管道(17)进入到灭菌器(23)和/或内换热器(24)中。

蒸汽压缩机(12)抽取热水储罐(35)上层的水蒸气，压缩后，一部分转化成水，排入温水储罐(10)中，一部分转化成更高温度的水蒸气，通过低温蒸汽管道(18)直接进入到灭菌器(23)中和/或通过蒸汽喷射泵(14)后，再通过中温蒸汽管道(17)进入到灭菌器(23)和/或内换热器(24)中。

灭菌器(23)的内换热器(24)中的水经过换热后，经过三通换向阀(34)排出到热水储罐(35)或温水储罐(10)中进行储存。

机组外部产生的洁净的温水，也可通过温水入口(9)、第二阀门(8)进入温水储罐(10)，在灭菌机组中加以利用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。