CN102183125A - 一种冻干机的冷阱捕冰系统及捕冰方法 - Google Patents
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Abstract
一种冻干机冷阱捕冰系统及捕冰方法，它是在干燥箱的一侧，设有一大一小二个内含盘管的冷阱(13、9)，与干燥箱相连的水汽通道(2)与小冷阱相连，在大、小冷阱之间设有与其相连的大冷阱水汽通道(11)，在水汽通道(2)上设小冷阱隔离阀(8)，大冷阱水汽通道(11)上设大冷阱隔离阀(12)，在大、小冷阱上分别装有大、小冷阱抽空阀(14、10)；冷阱制冷分路含有大、小冷阱制冷分路，大、小冷阱盘管分别与大、小冷阱制冷分路相连，在大、小冷阱制冷分路上分别设有节流阀(15、17)。通过对各阀门的开闭控制，完成对大、小冷阱的捕冰切换，其中，大冷阱用于物品一次干燥阶段的捕冰，小冷阱用于物品二次干燥阶段的捕冰。
Description
技术领域
本发明涉及一种冻干机的冷阱捕冰系统及捕冰方法，它适合于采用真空冷冻干燥工艺对物品进行干燥所使用的冻干机。
背景技术
所谓物品的真空冷冻干燥，是指将含有大量水分的物品预先冷冻成固态，然后在真空环境下，将这种固态物品含有的水分，通过升华方式去除到规定的程度。能够完成真空冷冻干燥工艺过程的设备被称为冻干机。通常，国内外用于物品真空冷冻干燥工艺过程的冻干机，其冷阱捕冰系统原理图如图1所示，主要含有干燥箱1、水汽通道2、隔离阀3、冷阱4、抽空阀5及与压缩机相连的冷阱制冷分路ab，其中，冷阱内部设置有至少一个盘管6，每个冷阱盘管6均与冷阱制冷分路ab相连接，每个冷阱制冷分路ab上都含有节流阀7及盘管6，冷阱制冷分路ab的制冷剂由a口进入，经过节流阀7在盘管6内部蒸发后，由b口流出，从而使盘管6降温；冻干机的真空泵由c口抽出容器内部的不凝性气体，使容器组件的内部处于真空状态；放置在干燥箱内部搁板上的固态物品，其水分在真空环境下被蒸发成水蒸汽，该水蒸汽经过干燥箱的水汽通道接口p、水汽通道2及隔离阀3之后进入冷阱4，并被冻结在处于低温状态的盘管6表面。一般把这种水蒸汽被冻干机冷阱捕捉并冻结的过程，称为冻干机的冷阱捕冰。
所述的各阀门及制冷分路的节流阀，均与安装于设备上的传感元件或安装在冻干机控制柜上的控制系统相连。
通常情况下，冻结成固态物品的干燥过程，在冻干工艺上被划分为两个阶段：在固态冻结冰消失之前的升华干燥，被称为一次干燥阶段，在固态冻结冰消失之后的解析干燥被称为二次干燥阶段。
目前，物品冻干的大量生产实践已经证明：物品经过一次干燥阶段的干燥，耗时约为物品全部干燥时间的五分之三，该阶段去除了固态物品90％以上的水分；物品经过二次干燥阶段的干燥，耗时约为物品全部干燥时间的五分之二，该阶段所去除的水分，一般已不足物品总水分的10％。
在固态物品的全部干燥时间内，由于水蒸汽的不断蒸发，冷阱需要连续捕冰，所以，冻干机制冷系统的全部制冷压缩机始终在满负荷运行。由于冻干机制冷系统是按物品的最大冷冻速率和冷阱的最大捕冰量而设计与制造的，因此，在物品的二次干燥阶段，为了捕捉已不足总水分10％的水蒸汽，冻干机的全部制冷压缩机仍然满负荷运行是不经济的。这样运行的结果是：不仅浪费了能源，加大了物品的制造成本，而且由于水蒸汽蒸发量减少，盘管冻结水蒸汽需要的制冷量减小，导致了制冷压缩机的制冷工况趋向极限低温而不断恶化，制冷压缩机的可靠性降低，使用寿命缩短。
发明内容
为克服现有的冻干机能耗过高，以及冻干后期制冷压缩机制冷工况不断恶化的不足，本发明想提供一种新的冻干机的冷阱捕冰系统及采用该系统进行捕冰的方法，该捕冰系统是按照物品冻干的两个干燥阶段来设置的，采用该捕冰系统不仅能够降低物品冻干机的能源消耗，直接降低物品成本，而且能够改善冻干后期制冷压缩机工况的不断恶化，提高设备的可靠性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冻干机冷阱捕冰系统，含有干燥箱、水汽通道及与压缩机相连的冷阱制冷分路，在干燥箱的一个侧面上设有一个水汽通道的接口，水汽通道与干燥箱的接口相连接，其特征是在干燥箱水汽通道接口的一侧，设有一大一小二个冷阱，与干燥箱接口相连接的水汽通道与小冷阱相连接，在大、小冷阱之间还设有大冷阱水汽通道，大冷阱内设有至少一个大冷阱盘管，小冷阱内设有至少一个小冷阱盘管，大冷阱水汽通道既与小冷阱相连接，又与大冷阱相连接，在与小冷阱相连接的水汽通道上，设有小冷阱隔离阀，在与大冷阱相连接的大冷阱水汽通道上，设有大冷阱隔离阀，在大冷阱上装有大冷阱抽空阀，在小冷阱上装有小冷阱抽空阀；与压缩机相连的冷阱制冷分路含有大冷阱制冷分路和小冷阱制冷分路，大冷阱通过大冷阱盘管与大冷阱制冷分路相连，小冷阱通过小冷阱盘管与小冷阱制冷分路相连，在大、小冷阱制冷分路上皆设有节流阀。
所述的大冷阱隔离阀、大冷阱及小冷阱隔离阀、小冷阱串联连接于干燥箱侧面的接口上。
所述的设置在干燥箱侧面的接口，可位于干燥箱除箱门以外的任意一侧。所述的大、小冷阱隔离阀可以是蝶阀、蘑菇阀、闸阀、球阀、插板阀等任意一种。
所述的大冷阱隔离阀、小冷阱隔离阀、大冷阱抽空阀、小冷阱抽空阀及大冷阱制冷分路上的节流阀、小冷阱制冷分路上的节流阀均可与安装于设备上的传感元件或安装在冻干机控制柜上的控制系统相连。
一种利用上述冻干机冷阱捕冰系统进行捕冰的方法，其特征是通过对大冷阱隔离阀、小冷阱隔离阀、大冷阱抽空阀、小冷阱抽空阀的开闭控制，以及对大、小冷阱制冷分路上节流阀的开闭控制，完成对大冷阱与小冷阱的捕冰切换，此时，仅保留与小冷阱制冷分路相连且该分路上的节流阀处于开启状态的压缩机运行，其他压缩机停止运行，其中，大冷阱用于物品一次干燥阶段的捕冰，小冷阱用于物品二次干燥阶段的捕冰。
本发明更进一步的捕冰方法：
在物品的一次干燥阶段，大冷阱投入捕冰，小冷阱不投入捕冰，此时，大冷阱制冷分路上的节流阀保持开启，小冷阱制冷分路上的节流阀关闭，大冷阱抽空阀开启，小冷阱抽空阀关闭，小冷阱的隔离阀开启，大冷阱的隔离阀开启；在物品的一次干燥阶段即将结束之前，小冷阱制冷分路上的节流阀开启，将小冷阱盘管的表面温度降低到二次干燥设定的常规温度以下，其他阀门保持原有开闭状态；
当一次干燥阶段结束，二次干燥阶段开始时，大冷阱停止捕冰，小冷阱投入捕冰，此时，小冷阱制冷分路上的节流阀保持开启，大冷阱制冷分路上的节流阀关闭，小冷阱抽空阀开启，大冷阱抽空阀关闭，小冷阱的隔离阀保持开启，大冷阱的隔离阀关闭，从而完成大冷阱与小冷阱的捕冰切换，此时，仅保留与小冷阱制冷分路相连且该分路上的节流阀处于开启状态的压缩机继续运行，其他压缩机停止运行。
上述各阀门及冷阱制冷分路的切换，及二次干燥时小冷阱的盘管表面温度的设定与控制，均由配置于冻干机上的传感元件及控制系统自动完成。
本发明由于采用了一大一小二个冷阱，在大小冷阱上分别设置抽空阀，并设置了与大、小冷阱分别连接的制冷分路，按照物品冻干的两个干燥阶段来设置捕冰系统，其中与大冷阱制冷分路相连的大冷阱用于一次干燥阶段的捕冰，与小冷阱制冷分路相连的小冷阱用于二次干燥阶段的捕冰，通过对大、小冷阱的捕冰切换，即可完成对物品二个干燥阶段的捕冰。这种冷阱捕冰方法，不仅能够有效降低冻干机的能源消耗，直接降低物品冻干的制造成本，而且能够改善物品冻干后期制冷压缩机工况的不断恶化，提高设备的可靠性。
附图说明
图1为现有技术中的冷阱捕冰系统的原理图。
图2为本发明一种实施例的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明，然而所述的实施例不应以限制的方式解释。
由图1可以看出，现有技术中的冷阱捕冰系统含有干燥箱1、水汽通道2、隔离阀3、冷阱4、抽空阀5及与压缩机相连的冷阱制冷分路ab，水汽通道2与干燥箱接口p相连接，冷阱4的内部安装有盘管6；冷阱制冷分路ab主要含有节流阀7及盘管6，制冷系统的制冷剂由a口进入，经过节流阀7及盘管6蒸发之后，由b口流出。
图2是本发明一种具体实施例的冷阱捕冰系统的原理图，它含有干燥箱1、水汽通道2、大冷阱水汽通道11、大冷阱13、小冷阱9、大冷阱隔离阀12、小冷阱隔离阀8、大冷阱抽空阀14、小冷阱抽空阀10、大冷阱制冷分路a1b1及小冷阱制冷分路a2b2，由图中可以看出，在干燥箱的一个侧面上设有一个水汽通道接口p，大冷阱13内设有大冷阱盘管16，小冷阱9内设有小冷阱盘管18，与干燥箱1的接口p相连接的水汽通道2与小冷阱9相连接，大冷阱水汽通道11既与小冷阱9相连接，又与大冷阱13相连接，在与小冷阱9相连接的水汽通道2上，设有小冷阱隔离阀8，在与大冷阱13相连接的大冷阱水汽通道11上，设有大冷阱隔离阀12，在大冷阱13上装有大冷阱抽空阀14，在小冷阱9上装有小冷阱抽空阀10，大冷阱隔离阀12、大冷阱13与小冷阱隔离阀8、小冷阱9串联连接于干燥箱水汽通道的接口p；与压缩机相连的冷阱制冷分路含有大冷阱制冷分路a1b1和小冷阱制冷分路a2b2，大冷阱13通过大冷阱盘管16与大冷阱制冷分路a1b1相连，小冷阱9通过小冷阱盘管18与小冷阱制冷分路a2b2相连，在大冷阱制冷分路a1b1上设有节流阀15，在小冷阱制冷分路a2b2上设有节流阀17，也即大冷阱制冷分路a1b1含有通过管道连接的大冷阱盘管16及节流阀15，小冷阱制冷分路a2b2含有通过管道连接的小冷阱盘管18及节流阀17。所述的大冷阱隔离阀12、小冷阱隔离阀8、大冷阱抽空阀14、小冷阱抽空阀10及大冷阱制冷分路a1b1上的节流阀15、小冷阱制冷分路a2b2上的节流阀17均可与安装于设备上的传感元件或安装在冻干机控制柜上的控制系统相连。
当大冷阱制冷分路a1b1为大冷阱13制冷时，制冷剂由a1口进入，经过节流阀15及大冷阱盘管16蒸发之后，由b1口流出；当小冷阱制冷分路a2b2为小冷阱9制冷时，制冷剂由a2口进入，经过节流阀17及小冷阱盘管18蒸发之后，由b2口流出。
所述的冷阱制冷分路a1b1及a2b2通常都包含至少一个节流阀及至少一个盘管，图2仅表示大、小冷阱制冷分路中的各一个节流阀及一个盘管。所述的大、小冷阱制冷分路分别与多个节流阀及多个盘管的连接方式，与现有技术中的冷阱制冷分路与多个节流阀及多个盘管的连接方式相同，这里就不再叙述。
所述的大冷阱隔离阀12、大冷阱13及小冷阱隔离阀8、小冷阱9串联连接于干燥箱1侧面的接口p。
所述的干燥箱侧面的一个接口p，可位于干燥箱1除箱门以外的任意一侧。
所述的大、小冷阱的隔离阀(12、8)可以是蝶阀、蘑菇阀、闸阀、球阀、插板阀等任意一种。
利用本发明的冷阱捕冰系统进行捕冰的方法为：
通过对大冷阱隔离阀12、小冷阱隔离阀8、大冷阱的抽空阀14、小冷阱抽空阀10的开闭控制，以及对大冷阱制冷分路a1b1上的节流阀15及小冷阱制冷分路a2b2上的节流阀17的开闭控制，完成大冷阱13与小冷阱9的捕冰切换，此时，仅保留与小冷阱制冷分路a2b2相连且该分路上的节流阀17处于开启状态的压缩机运行，其他压缩机停止运行，其中，大冷阱13用于物品一次干燥阶段的捕冰，小冷阱9用于物品二次干燥阶段的捕冰。
在物品的一次干燥阶段，大冷阱13投入捕冰，小冷阱9不投入捕冰，此时，大冷阱制冷分路a1b1的节流阀15保持开启，小冷阱制冷分路a2b2的节流阀17关闭，大冷阱抽空阀14开启，小冷阱抽空阀10关闭，小冷阱隔离阀8开启，大冷阱隔离阀12开启。
在物品的一次干燥阶段即将结束之前，小冷阱制冷分路a2b2上的节流阀17开启，并将小冷阱盘管18的表面温度降低到二次干燥设定的常规温度以下，其它阀门仍保持原有的开闭状态。
当一次干燥阶段结束，二次干燥阶段开始时，大冷阱13停止捕冰，小冷阱9投入捕冰，此时，小冷阱制冷分路a2b2的节流阀17保持开启，大冷阱制冷分路a1b1的节流阀15关闭，小冷阱抽空阀10开启，大冷阱抽空阀14关闭，小冷阱隔离阀8保持开启，大冷阱隔离阀12关闭，从而完成大冷阱13与小冷阱9的捕冰切换，此时，仅保留与小冷阱制冷分路a2b2相连且该分路上的节流阀17处于开启状态的压缩机继续运行，其他压缩机停止运行。
上述各阀门及冷阱制冷分路的切换，及二次干燥阶段小冷阱的盘管表面温度的设定与控制，均可由配置于冻干机上的传感元件及控制系统自动完成。
所述的安装于设备上的传感元件及安装在冻干机控制柜上的控制系统，可直接从市场上购得，其安装与使用方法也为本领域内的普通技术人员所皆知的常识，这里也不再叙述。
Claims (4)
1.一种冻干机冷阱捕冰系统，含有干燥箱(1)、水汽通道(2)及与压缩机相连的冷阱制冷分路，在干燥箱(1)的一个侧面上设有一个水汽通道接口p，水汽通道(2)与干燥箱(1)的水汽通道接口p相连，其特征是在干燥箱含有水汽通道接口p的一侧，设有一个大冷阱(13)、一个小冷阱(9)，与干燥箱接口p相连接的水汽通道(2)与小冷阱(9)相连接，在大冷阱(13)与小冷阱(9)之间还设有大冷阱水汽通道(11)，大冷阱(13)内设有至少一个大冷阱盘管(16)，小冷阱(9)内设有至少一个小冷阱盘管(18)，大冷阱水汽通道(11)既与小冷阱(9)相连接，又与大冷阱(13)相连接，在与小冷阱(9)相连接的水汽通道(2)上，设有小冷阱隔离阀(8)，在与大冷阱相连的大冷阱水汽通道(11)上，设有大冷阱隔离阀(12)，在大冷阱(13)上装有大冷阱抽空阀(14)，在小冷阱(9)上装有小冷阱抽空阀(10)；与压缩机相连的冷阱制冷分路含有大冷阱制冷分路a1b1和小冷阱制冷分路a2b2，大冷阱(13)通过大冷阱盘管(16)与大冷阱制冷分路a1b1相连，小冷阱(9)通过小冷阱盘管(18)与小冷阱制冷分路a2b2相连，在大冷阱制冷分路a1b1上设有节流阀15，在小冷阱制冷分路a2b2上设有节流阀17。
2.按照权利要求1所述的冻干机冷阱捕冰系统，其特征是所述的大冷阱隔离阀(12)、大冷阱(13)及小冷阱隔离阀(8)、小冷阱(9)串联连接于干燥箱(1)侧面的接口p上。
3.一种利用权利要求1所述的冻干机冷阱捕冰系统进行捕冰的方法，其特征是通过对大冷阱隔离阀(12)、小冷阱隔离阀(8)、大冷阱抽空阀(14)、小冷阱抽空阀(10)的开闭控制，以及对大冷阱制冷分路a1b1上的节流阀(15)、小冷阱制冷分路a2b2上的节流阀(17)的开闭控制，完成对大冷阱(13)与小冷阱(9)的捕冰切换，此时，仅保留与小冷阱制冷分路a2b2相连且该制冷分路上的节流阀(17)处于开启状态的压缩机运行，其他压缩机停止运行，其中，大冷阱(13)用于物品一次干燥阶段的捕冰，小冷阱(9)用于物品二次干燥阶段的捕冰。
4.按照权利要求3所述的利用冻干机冷阱捕冰系统进行捕冰的方法，其特征是：
在物品的一次干燥阶段，大冷阱(13)投入捕冰，小冷阱(9)不投入捕冰，此时，大冷阱制冷分路a1b1上的节流阀(15)开启，小冷阱制冷分路a2b2上的节流阀(17)关闭，大冷阱抽空阀(14)开启，小冷阱抽空阀(10)关闭，小冷阱隔离阀(8)开启，大冷阱隔离阀(12)开启；
在物品的一次干燥阶段即将结束之前，小冷阱制冷分路a2b2上的节流阀(17)开启，将小冷阱盘管(18)的表面温度降低到二次干燥设定的常规温度以下，其他阀门保持原有开闭状态；
当一次干燥阶段结束，二次干燥阶段开始时，大冷阱(13)停止捕冰，小冷阱(9)投入捕冰，此时，小冷阱制冷分路a2b2上的节流阀(17)保持开启，大冷阱制冷分路a1b1上的节流阀(15)关闭，小冷阱抽空阀(10)开启，大冷阱抽空阀(14)关闭，小冷阱隔离阀(8)保持开启，大冷阱隔离阀(12)关闭，从而完成大冷阱(13)与小冷阱(9)的捕冰切换，此时，仅保留与小冷阱制冷分路a2b2相连且该分路上的节流阀(17)处于开启状态的压缩机继续运行，其他压缩机停止运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: YANG JUN Free format text: FORMER OWNER: YANTAI ORIENT PHARMACEUTICAL EQUIPMENT CO., LTD. Effective date: 20111026 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 265500 YANTAI, SHANDONG PROVINCE TO: 101400 HUAIROU, BEIJING |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20111026 Address after: 101400 Beijing city Huairou District 29 floor, No. 2502 South Fullerton Applicant after: Yang Jun Address before: 265500 Shandong province Fushan District of Yantai City West Road No. 4 Applicant before: Yantai ORIENT Pharmaceutical Equipment Co., Ltd. |
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| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20110914 |
|
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |