CN102032761B - 一种用于冻干鹿茸的冷冻干燥机可变工件架 - Google Patents

Abstract

一种用于冻干鹿茸的冷冻干燥机可变工件架，包括架体、搁物板和导热介质软管道等，其特征在于：架体为立方体框架结构；搁物板包括3片大搁物板和4片小搁物板；顶层、底层大搁物板分别固定于架体上、下部；中层大搁物板借助两侧支撑轴和滚动轴承摆放在架体上的滑道内，可以沿滑道前后滑动和翻转；小搁物板依靠前、后摆臂、回转轴和回转轴承与架体上的支撑臂相连，可以绕回转轴向两侧翻转，从而使板面分别定位于水平位置或两侧立面垂直位置。该工件架搁物板可以构成五层平行等间距水平摆放、三层平行等间距水平摆放和五面包围正立方体形展开空间三种结构形式。本发明为实现在同一冻干机内完成不同尺度鹿茸的冻干提供了一种快捷方便的关键部件结构。

Description

一种用于冻干鹿茸的冷冻干燥机可变工件架

技术领域

本发明涉及冷冻真空干燥领域，特别涉及一种用于冷冻真空干燥方法加工鹿茸的冻干机可变工件架及其使用方法。 

背景技术

鹿茸是一种珍贵的传统中药原材料，食用和药用的鹿产品都来自于人工养殖鹿，仅在我国东北地区，干燥鹿茸年产量就有几百吨，包括梅花鹿茸和马鹿茸。 

新鲜鹿茸中含有70％左右的水分，容易变质。各种传统的干燥鹿茸的工艺中都包含有高温加热处理过程，例如火烤、水煮、热风吹等。而鹿茸中含有多种激素、酶、胺类、多肽、维生素等许多生物活性因子营养成分，它们多是热敏性物质。用传统高温加热干燥方法，鹿茸中的一些营养成分会因受热而变性或活性降低；而水煮工艺，会使有效药用成分流失。由于冷冻干燥(简称冻干)工艺是在低温下使物料脱水干燥，不涉及过水和加热，因此冻干鹿茸的工艺已普遍被接受。 

目前，鹿茸冻干学术研究、生产加工和公开的专利技术，都是在普通冻干设备中进行的，都是对鹿茸切片或枝型较小的梅花鹿茸进行冻干研究。由于普通冻干机的冷冻干燥箱内的搁物板是水平等间距平行摆放的，受搁物板间距限制，无法摆放枝型较大的整枝马鹿茸，所以尽管单头年产量很高的马鹿茸在鹿茸产品中占有很大比例，目前尚无马鹿茸的整枝冻干设备和冻干工艺研究。而对于鹿茸冻干加工单位，通常希望在同一设备中既能够完成鹿茸切片的冻干，也能够完成整枝梅花鹿茸和整枝马鹿茸的冻干生产，但现有的冻干设备无法满足这种实际需求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于冻干鹿茸的冷冻干燥机可变工件架，该冷冻干燥机可变工件架可以针对所冻干物料的形状、大小，来调节其结构布局，可以在同一设备中既能完成鹿茸切片和枝型较小的梅花鹿茸的冻干生产，也能完成大枝型的马鹿茸的冻干生产。当需要冻干体积较小、形状扁平的梅花鹿茸和鹿茸切片时，该搁物架组装成常规的水平多层平行板层状结构；当需要冻干枝型较大的整枝马鹿茸时，该搁物架可以组成上下左右和后面都带有辐射制冷加热板的整体展开空间，从而将整枝马鹿茸等大型物料悬挂于其中，完成冻干工艺。本发明的应用范围不局限于鹿茸冻干，对于物料体积或形状有明显差异，常规水平多层状结构搁物架不能放置的其它场合，也均可使用。 

本发明的目的是这样实现的：一种用于冻干鹿茸的冷冻干燥机可变工件架，包括架体、两种结构形状的7片搁物板和连接部件。架体是由12条型钢连接而成的立方体框架。搁物板共 7片，包括三片正方形大搁物板和四片长方形小搁物板。当它们以多层平行板形状水平摆放时，分五层安置。其中第一、三、五层每层各安置一片正方形的大搁物板，而第二、四层每层安放2片长方形的小搁物板，每片小搁物板的板面宽度为大搁物板宽度的一半，长度与大搁物板相同，2片小搁物板共同构成一片完整的、与大搁物板相等的正方形板面。每一片大、小搁物板的内部设有导热介质循环通道，通道进出口分别通过软管道与冻干箱的总导热介质进出管相连。顶层搁物板作为辐射板之用，固定在架体的上部；底层搁物板则固定在架体的下部；第三层大搁物板也称中层大搁物板，中层大搁物板中部两侧带有支撑轴，其上固定有支撑用滚动轴承，通过滚动轴承摆放在架体两侧中部高度的中搁物板滑道内，中层大搁物板可以沿滑道前后滑动和翻转，利用定位销和架体上的定位孔可以将其分别固定于架体中央水平位置或架体后部垂直位置，分别作为冻干箱的中层搁物板或后立面辐射板；第二、四层的每一片小搁物板的前后两侧分别安装有前摆臂和后摆臂，通过回转轴和回转轴承与固定于架体前后立柱上的支撑臂相连，每一片小搁物板都可以绕各自的回转轴相对于支撑臂转动，从而使板面分别定位于水平位置或两侧立面垂直位置，并用定位销固定，分别作为冻干箱的第二、四层搁物板或左右两侧立面辐射板。 

本发明提供的冻干机可变工件架在冻干箱内有三种摆放形式和使用方法： 

第一种是可变工件架的五层平行摆放结构形式：7片搁物板平行等间距水平分五层摆放，第一层和第五层大搁物板分别固定于架体的上层和底层，中层大搁物板和四片小搁物板均处于水平位置摆放，可用于冻干梅花鹿茸和鹿茸切片等体积较小、形状扁平的物料。在进行冻干生产时，可在第二、三、四、五层搁物板的上面：(1)、直接摆放盛放鹿茸(片)的容器以及其它小体积、小形状的物料；(2)、铺上竹片或其它材料作为隔热层，再在隔热层上摆放被干燥的鹿茸(片)，进行冷冻干燥。 

第二种是可变工件架的三层平行摆放结构形式：在第一种摆放形式的基础上，将7片搁物板中的四片小搁物板分别翻转至工件架体的左右两个侧面，固定于垂直位置，中层大搁物板仍然保持在工件架体的中间水平位置上固定，与顶层、底层大搁物板构成平行等间距三层水平板，在冻干箱内构成两个四面(上、下、左、右面)制冷/加热的中等空间，用于冻干体积较小的马鹿茸或中等体积的其它物料。在进行冻干生产时，可在第三、五层大搁物板的上面：(1)、直接摆放盛放鹿茸的容器以及其它中等体积的物料；(2)、铺上竹片或其它材料作为隔热层，再在隔热层上摆放被干燥的鹿茸，进行冷冻干燥；(3)、分别在顶层搁物板和中层搁物板下面的挂物杆上吊挂马鹿茸等物料，进行冷冻干燥。 

第三种是可变工件架的展开空间摆放形式：在第二种摆放形式的基础上，将中层大搁物 板滑动至工件架架体的后部并翻转成垂直位置固定，在冻干箱内形成一个五面(上、下、左、右、后面)制冷/加热的正立方体形展开空间，用于体积较大的马鹿茸或其它大体积物料的冻干。冷冻干燥箱前侧是可开关的箱门，可以用于被干燥鹿茸的送入和取出。在展开空间的顶部，利用架体上横梁的吊钩，将挂物架杆悬置于展开空间的上方，利用钩状工具或柔性绳体，将被干燥马鹿茸(或其它大型物料)悬吊于大空间内，进行冷冻干燥，避免马鹿茸在冻干过程中与冷冻干燥箱各个壁面接触，保证干燥鹿茸不因烫伤、冻伤而导致表面变形、破损和药用成分变性；或者在底层大搁物板上面：(1)、直接摆放盛放鹿茸的容器以及其它大体积的物料；(2)、铺上竹片或其它材料作为隔热层，再在隔热层上摆放被干燥的马鹿茸，进行冷冻干燥。 

本发明提供的冻干机可变工件架其特点是：在较小地、一次性提高成本的基础上，通过设计一套不很复杂的结构，扩大了冷冻干燥机的使用范围。本发明提供的可变工件架，改变了冻干箱内只有平行分层或只有展开空间的结构形式以及展开空间温度场分布不均匀的现象，可以真正实现在同一冻干机内完成不同体积、不同枝型鹿茸的冷冻干燥过程。而且当采用展开空间时，由于四面、或五面加热、制冷的结构设计，冻干箱内的温度场分布均匀，能够提高能量和空间的使用效率。 

一些常规的冻干机搁物架具有板层间距可调节的功能，应用时除了最顶层大搁物板保留在上面作为辐射板用之外，可以将其余各层搁物板全部降低至下部紧密叠放，从而形成一个高度等于原各层板间距之和的摆放空间，能够用于放置较大形状体积的物料。但这种搁物架结构形式缺点是物料只能受到上下两板的辐射传热，其余四面没有温度控制，从而导致温度分布的不均匀和导热量不够，制约冻干速率。同时，只有两块搁物板在工作，其余搁物板均白白浪费了能量和作用。与这种搁物架应用方式相比，本发明提供的可变工件架，在形成较大摆放空间时，可形成四面或五面具有辐射板的结构形式，所有搁物板均得到了合理利用而没用浪费，从而使干燥空间内的温度场分布更均匀，辐射传热能力更强，可明显提高冻干速率，保证物料的冻干质量。本发明为实现在同一冻干机内完成梅花鹿茸、鹿茸切片和整枝马鹿茸(或其它尺寸规格相差较大的被冻干物料)的冻干提供了一种快捷方便的关键部件结构。 

附图说明

图1为可变工件架的五层平行摆放结构形式的主视图； 

图2为可变工件架的五层平行摆放结构形式的左视图； 

图3为可变工件架的三层平行摆放结构形式的主视图； 

图4为可变工件架的三层平行摆放结构形式的左视图； 

图5为可变工件架的展开空间摆放结构形式的主视图； 

图6为可变工件架的展开空间摆放结构形式的左视图。 

图中1.架体；2.顶层(第一层)大搁物板；3.小型被冻干物料(梅花鹿茸、鹿茸切片等)；4.小搁物板(第二、四层)；5.前摆臂；6.后摆臂；7.回转轴；8.回转轴承；9.小搁物板支撑臂；10.底层(第五层)大搁物板；11.中层(第三层)大搁物板；12.中搁物板支撑轴承；13.中层大搁物板滑道；14.导热介质连接软管；15.中层大搁物板定位销；16.小搁物板定位销；17.吊钩；18.挂物架杆；19.大型被冻干物料(马鹿茸等)。 

具体实施方式

本发明所提供的冻干机可变搁物架如结构图1-6所示，主要包括架体1、三片正方形大搁物板2、10、11和四片长方形小搁物板4以及一些连接部件。架体1是由12条型钢连接而成的立方体框架。当7片搁物板分五层水平平行摆放时，如图1、2所示，顶层(第一层)大搁物板2固定连接于架体上横梁，底层(第五层)大搁物板10固定连接于架体下横梁，中层大搁物板11置于架体中间高度位置作为第三层，在中层大搁物板11的上面和下面的两层(第二、四层)，每层都安放两片小搁物板4，两片小搁物板4共同构成一片完整的、与大搁物板同等大小的正方形板面。中层大搁物板11中间两侧带有支撑轴，其上是固定用的支撑滚动轴承12，中层大搁物板11通过滚动轴承12摆放在架体上的中层大搁物板滑道13内，中层大搁物板滑道13位于架体1两侧中部高度，整个中层大搁物板11可以沿滑道13前后滑动和翻转，利用中层大搁物板定位销15和架体上的定位孔可以将其分别固定于水平位置(如图1-4)作为冻干箱的中层大搁物板，或固定于架体1后部垂直位置(如图5、6)作为后立面辐射板；第二、四层的每一片小搁物板4的前后两侧分别安装有前摆臂5和后摆臂6，通过回转轴7和回转轴承8与固定于架体1前后立柱上的小搁物板支撑臂9相连，每一片小搁物板4都可以绕各自的回转轴7相对于小搁物板支撑臂9转动，从而使板面分别定位于水平位置(如图1、2)或两侧立面垂直位置(如图3-6)，并用小搁物板定位销16固定，分别作为冻干箱的第二、四层搁物板(如图1、2)或左右两侧立面辐射板(如图3-6)。与常规冻干机的搁物板相同，本发明所提供的每一片大、小搁物板的内部都设有导热介质循环通道，通道进出口分别通过导热介质连接软管14与冻干箱的总导热介质进出管相连。 

当可变工件架的搁物板以第一种结构形式摆放时，如图1、2所示，7片搁物板平行等间距分五层水平摆放，顶层大搁物板2置于顶层(第一层)，底层大搁物板10置于底层(第五层)，中层大搁物板11担在冻干箱中部的中层大搁物板滑道13内，四片小搁物板4均处于水平位置摆放。在进行冻干生产时，可在第二、三、四、五层搁物板的上面：(1)直接摆放盛 放鹿茸(片)的容器以及其它小体积、小形状的物料；(2)铺上竹片或其它材料作为隔热层，再在隔热层上摆放被干燥的鹿茸(片)，进行冷冻干燥。 

当可变工件架的搁物板以第二种结构形式摆放时，如图3、4所示，顶层大搁物板2置于顶层，底层大搁物板10置于底层，中层大搁物板11担在中层大搁物板滑道13内，于冻干箱中部水平位置摆放，四片小搁物板4分别翻转至工件架体1的左右两个侧面，固定于垂直位置。中层大搁物板11与顶、底层大搁物板2、10构成平行等间距上中下三个水平板面，在冻干箱内构成两个四面(上、下、左、右面)制冷/加热的中等空间，用于冻干体积不太大的马鹿茸或中等体积的其它物料。在进行冻干生产时，可在第三、五层大搁物板的上面：(1)、直接摆放盛放鹿茸的容器以及其它中等体积的物料；(2)、铺上竹片或其它材料作为隔热层，再在隔热层上摆放被干燥的鹿茸，进行冷冻干燥；(3)、分别在顶层搁物板2和中层搁物板11下面的挂物杆上吊挂马鹿茸等物料，进行冷冻干燥。 

当可变工件架的搁物板以第三种结构形式摆放时，如图5、6所示，顶层大搁物板2置于顶层，底层大搁物板10置于底层。先将四片小搁物板4分别翻转至工件架体1的左右两个侧面，固定于垂直位置，再将中层大搁物板11滑动至工件架体1的后部并翻转成垂直位置固定，在冻干箱内构成一个展开的立方体大空间，平行水平摆放时的五层搁物板分别构成展开空间的上、下、左、右和后面，用以提供制冷/加热。在进行冻干生产时，在展开空间的顶部，将挂物架杆18插入连接于架体横梁上的吊钩17上，再将被干燥的马鹿茸(或其它大型物料)19悬吊于大空间内挂物架杆18之上，进行冷冻干燥。 

小搁物板回转机构的结构设计需要保证小搁物板4处于正确的水平和垂直位置，同时防止与顶层大搁物板2、底层搁物板10、中层搁物板11发生干涉。设正方形大搁物板(2、10、11)的边长均为L，则每片小搁物板4的宽度为L/2，长度为L；各种搁物板的厚度均为δ。要求展开空间摆放时，每边留有气流通道的间隙宽度为a，则顶层大搁物板2下表面与底层大搁物板10上表面之间的高度为L+2a，而五层平行均匀分布摆放时，相邻二层搁物板的间距： 

$B=\frac{1}{4}(L+2a-3\mathrm{\δ})$

每个小搁物板4回转中心的正确坐标位置(如图5中所示)，可按如下公式计算： 

$X=\frac{(3L-2a+\mathrm{\δ})\·(L+2a-\mathrm{\δ})+16a(L+a)}{8(L+6a-\mathrm{\δ})}$

$Y_1=\frac{a(3L-2a+\mathrm{\δ})}{2(L+6a-\mathrm{\δ})}-\frac{2a(L+a)\·(L+4a-\mathrm{\δ})}{(L+2a-\mathrm{\δ})\·(L+6a-\mathrm{\δ})}+\frac{1}{8}\·(L+2a-\mathrm{\δ})$

$Y_2=\frac{2a(L+a)\·(L+4a-\mathrm{\δ})}{(L+2a-\mathrm{\δ})\·(L+6a-\mathrm{\δ})}-\frac{a(3L-2a+\mathrm{\δ})}{2(L+6a-\mathrm{\δ})}+\frac{1}{8}\·(3L+6a+5\mathrm{\δ})$

设计中应调节a的取值在合适的范围，防止小搁物板4与其它大搁物板发生干涉碰撞。防止发生干涉的条件为：(2L+4a-4Y₁)²-(L+2a+3δ-4Y₁)²-16X²＞0 

小搁物板后摆臂6要留有足够的长度，保证中层大搁物板11定位于工件架1后部位置时不与之干涉碰撞。例如，设计取L＝1000mm，δ＝20mm，取a＝40mm，则回转中心的位置X＝387.5，Y₁＝112.5，Y₂＝437.7。五层平行均匀分布摆放时，搁物板之间间距B＝255；展开空间摆放时，左右两侧板间距等于顶层搁物板2和底层搁物板10之间高度，均为L+2a＝1080mm。 

Claims (3)

1.一种用于冻干鹿茸的冷冻干燥机可变工件架，包括架体、两种结构形状的7片搁物板和连接部件，其特征是：架体是由12条型钢连接而成的立方体框架；搁物板共7片，包括三片正方形大搁物板和四片长方形小搁物板；当它们以多层平行板形状水平摆放时，分五层安置；其中第一、三、五层每层各安置一片正方形的大搁物板，而第二、四层每层安放2片长方形的小搁物板，每片小搁物板的板面宽度为大搁物板宽度的一半，长度与大搁物板相同，2片小搁物板共同构成一片完整的、与大搁物板相等的正方形板面；每一片大、小搁物板的内部设有导热介质循环通道，通道进出口分别通过软管道与冻干箱的总导热介质进出管相连；顶层大搁物板作为辐射板之用，固定在架体的上部；底层大搁物板则固定在架体的下部；第三层大搁物板也称中层大搁物板，中层大搁物板中部两侧带有支撑轴，其上固定有支撑用滚动轴承，中层大搁物板通过滚动轴承摆放在架体两侧中部高度的中搁物板滑道内，可以沿滑道前后滑动和翻转，利用定位销和架体上的定位孔将中层大搁物板分别固定于架体中央水平位置或架体后部垂直位置，分别作为冻干箱的中层搁物板或后立面辐射板；第二、四层的每一片小搁物板的前后两侧分别安装有前摆臂和后摆臂，前摆臂和后摆臂通过回转轴和回转轴承分别与固定于架体前后立柱上的支撑臂相连，每一片小搁物板都可以绕各自的回转轴相对于支撑臂转动，从而使板面分别定位于水平位置或两侧立面垂直位置，并用定位销固定，分别作为冻干箱的第二、四层搁物板或左右两侧立面辐射板。

2.根据权利要求1所述的一种用于冻干鹿茸的冷冻干燥机可变工件架，其特征是：所述的小搁物板在绕各自的回转轴转动时，不得与其它大搁物板发生干涉碰撞，回转轴中心的坐标位置可由下述公式计算：

$X=\frac{(3L-2a+\mathrm{\δ})\·(L+2a-\mathrm{\δ})+16a(L+a)}{8(L+6a-\mathrm{\δ})}$

$Y_1=\frac{a(3L-2a+\mathrm{\δ})}{2(L+6a-\mathrm{\δ})}-\frac{2a(L+a)\·(L+4a-\mathrm{\δ})}{(L+2a-\mathrm{\δ})\·(L+6a-\mathrm{\δ})}+\frac{1}{8}\·(L+2a-\mathrm{\δ})$

$Y_2=\frac{2a(L+a)\·(L+4a-\mathrm{\δ})}{(L+2a-\mathrm{\δ})\·(L+6a-\mathrm{\δ})}-\frac{a(3L-2a+\mathrm{\δ})}{2(L+6a-\mathrm{\δ})}+\frac{1}{8}\·(3L+6a+5\mathrm{\δ})$

并保证满足如下条件：

(2L+4a-4Y₁)²-(L+2a+3δ-4Y₁)²-16X²＞0

式中：L为大搁物板边长，小搁物板宽度为L/2，长度为L；δ为所有搁物板厚度；a为展开空间摆放时每边所留气流通道的间隙宽度。

3.按照权利要求1所述一种用于冻干鹿茸的冷冻干燥机可变工件架，其特征在于所述的冷冻干燥机可变工件架，通过部分搁物板的滑动、翻转，可以构成三种结构形式；第一种结构形式：当中层大搁物板和四片小搁物板均处于水平位置摆放时，构成五层搁物板平行等间距水平摆放结构形式，用于冻干梅花鹿茸和鹿茸切片体积较小、形状扁平的物料；在第一种结构形式的基础上，将四片小搁物板分别翻转至左右两侧，固定于垂直位置，则构成三层搁物板平行等间距水平摆放结构形式，从而构成上、下、左、右四个面制冷/加热的中等空间，用于冻干体积较小的马鹿茸或中等体积的其它物料；在第二种结构形式的基础上，再将中层大搁物板滑动至架体的后部并翻转成垂直位置固定，则在冻干箱内形成一个上、下、左、右、后五个面制冷/加热的正立方体形展开空间，用于体积较大的马鹿茸或其它大体积物料的冻干。

Images