CN102620550B - 一种对冻干机余热进行回收和利用的系统及回收利用方法 - Google Patents

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Abstract

一种对冻干机余热进行回收和利用的系统和回收利用方法，它是在含有制冷系统、融霜系统的冻干机中，采用一个含有储水箱（9）、水箱溢流口（8）、压缩机高温换热器（11）、储热循环泵（10）等部件的储热系统，储热循环泵分别与压缩机高温换热器及储水箱相连接，压缩机高温换热器与储水箱相连接，储热系统通过压缩机高温换热器与制冷系统的冷凝器及制冷压缩机相连接，吸收制冷压缩机排出的热量，与融霜系统的融霜阀相连接，将热量提供给融霜系统用于融霜，在储水箱与融霜系统的冷阱、冷阱排出阀之间设有融霜水回收阀（14）。本发明能吸收、储存冻干机制冷系统中制冷压缩机的排气热量，并将该热量应用于融霜系统的冷阱除霜。

Description

一种对冻干机余热进行回收和利用的系统及回收利用方法
技术领域
本发明涉及一种对冻干机运行中需要排放的热量即余热进行回收并利用的系统及采用该系统对所需排放热量进行回收和利用的方法。 
背景技术
真空冷冻干燥的工艺特点就是将冷冻成固态的物品在真空环境下，升华掉物品中的水份而最终使物品干燥，而升华的水份，转移到冷阱盘管上重新凝华为冰。这一特点决定了：冻干机为冷冻物品或凝华水份必须配置相应的制冷压缩机，而制冷压缩机在运行中必然持续排出大量的热量，而冷阱盘管上所凝华的冰也必然需要大量的热量来融化后排放掉。 
目前，市场上所公开的含有制冷系统、融霜系统的冻干机，其原理图如图1所示，其制冷系统的冷阱盘管降温回路主要含有制冷压缩机1、冷凝器2、节流阀3、冷阱盘管4，融霜系统主要含有融霜阀5、冷阱6及冷阱排出阀7，冻干机制冷系统中压缩机排出的是含有很高热量的高温高压蒸汽，通过冷凝器将热量排掉；冻干机冷阱需要融霜时，打开融霜系统的融霜阀，向冷阱内放入融霜水或融霜蒸汽，将冷阱盘管上的冰溶解，最后通过冷阱排出阀将冷阱内的剩余水排出冷阱。 
冻干机在冷冻干燥过程中，冷阱需要连续捕捉升华产生水蒸气，所以制冷压缩机始终连续运行，直至干燥过程结束；制冷压缩机的排气热量始终通过冷凝器向外排放，该热量没有被利用而白白浪费；冷阱捕获的冰在每个冻干批次后都需要融冰，融冰又需要大量的高温的融霜水或融霜蒸汽。这种运行的结果是：一方面，制冷压缩机的排气热量被全部浪费；另一方面，制备融霜水或融霜蒸汽以及为升华提供必要的热量的电加热器又要大量消耗能源；冻干机过大的能源消耗造成了冻干物品的冻干成本过高和能源的严重浪费。 
发明内容
为克服现有的冻干机能耗过高且能源浪费严重的不足，本发明想提供一种对冻干机余热进行回收和利用的系统，在冻干机上采用该系统，不仅能够稳定吸收、储存冻干机运行过程中制冷压缩机排出的热量，而且还能将该热量应用于融霜系统的融冰，从而减少能源损耗，降低冻干成本；本发明同时还想提供一种利用该系统对冻干机余热进行回收和利用的方法。 
为实现本发明的上述目的，本发明采用了同一发明构思的二种技术方案来实现，第一种技术方案是：一种对冻干机余热进行回收和利用的系统，包括含有制冷压缩机、冷凝 器、节流阀及冷阱盘管的制冷系统，含有融霜阀、冷阱及冷阱排出阀的融霜系统，其特征是采用一个储热系统，该储热系统含有通过管道相接的储水箱、水箱溢流口、压缩机高温换热器、储热循环泵、水压调节阀，水箱溢流口设置于储水箱的融霜水溢流处，储热循环泵既与压缩机高温换热器相连接，又与储水箱相连接，水压调节阀既与压缩机高温换热器相连接，又与储水箱相连接，储热系统内注有融霜水；储热系统通过压缩机高温换热器与制冷系统的冷凝器及制冷压缩机相连接，压缩机高温换热器内的融霜水吸收制冷压缩机排出的热量后，通过水压调节阀进入储水箱内；融霜系统的融霜阀与储热系统中的水压调节阀和储热循环泵之间的管道相连接，储热系统内的融霜水通过融霜阀进入融霜系统内，在融霜系统的冷阱、冷阱排出阀之间的连接管道与储水箱之间设有融霜水回收阀，储水箱通过融霜水回收阀回收融霜系统排出的水。 
在上述的技术方案中，本发明可在储水箱与融霜水回收阀之间设一融霜水回收泵，储水箱通过融霜水回收泵及融霜水回收阀回收融霜系统排出的水，达到储水箱高位放置时融霜水的重复利用。 
与本发明上述对冻干机余热进行回收和利用的系统属于一个总的发明构思的第二种技术方案为：一种对冻干机余热进行回收和利用的系统，包括含有制冷压缩机、冷凝器、节流阀及冷阱盘管的制冷系统，含有融霜阀、冷阱及冷阱排出阀的融霜系统，其特征是采用一个储热系统，该储热系统含有通过管道相接的储水箱、水箱溢流口、压缩机高温换热器、储热循环泵，水箱溢流口设置于储水箱的融霜水溢流处，储热循环泵既与压缩机高温换热器相连接，又与储水箱相连接，压缩机高温换热器与储水箱相连接，储热系统内注有融霜水；储热系统通过压缩机高温换热器与制冷系统的冷凝器及制冷压缩机相连接，压缩机高温换热器内的融霜水吸收制冷压缩机排出的热量后，通过管道进入储水箱内；储热系统的储水箱通过余热利用循环泵与融霜系统的融霜阀相连接，储热系统内的融霜水通过余热利用循环泵及融霜阀进入融霜系统的冷阱内，在融霜系统的冷阱、冷阱排出阀之间的连接管道与储水箱之间设有融霜水回收阀，储水箱通过融霜水回收阀回收融霜系统排出的水。 
在上述的第二种技术方案中，本发明也可在储水箱与融霜水回收阀之间设一融霜水回收泵，储水箱通过融霜水回收泵及融霜水回收阀回收融霜系统排出的水，达到储水箱高位放置时融霜水的重复利用。 
从以上叙述中可以看出，所述的对冻干机余热回收和利用的系统，利用储热系统对冻干机制冷系统的压缩机余热进行回收，用融霜系统对储热系统回收的余热进行利用。利用储热系统对冻干机制冷系统的压缩机余热进行回收，形成了压缩机余热回收系统；用融霜系统 对储热系统回收的余热进行利用，形成了冷阱融霜余热利用系统。为便于理解本发明，将所述的冻干机余热回收和利用的系统分述如下： 
利用储热系统对冻干机制冷系统的压缩机余热进行回收，所形成的压缩机余热回收系统含有二种：第一种是：含有储水箱、压缩机高温换热器、储热循环泵、水压调节阀，储热循环泵既与压缩机高温换热器相连接，又与储水箱连接，压缩机高温换热器既与储热循环泵相连接，又与水压调节阀相连接，水压调节阀既与压缩机高温换热器相连接，又与储水箱相连接，同时，压缩机高温换热器与制冷系统的冷凝器及制冷压缩机相连接，系统内部充注融霜水，各部件之间通过管道相连接；第二种是：含有储水箱、压缩机高温换热器、储热循环泵，储热循环泵既与压缩机高温换热器相连接，又与储水箱连接，压缩机高温换热器与储水箱相连接，同时，压缩机高温换热器与制冷系统的冷凝器及制冷压缩机相连接，系统内部充注融霜水，各部件之间通过管道相连接。 
用融霜系统对储热系统回收的余热进行利用，所形成的冷阱融霜余热利用系统：在压缩机余热回收系统的基础上，融霜系统的融霜阀与储热系统相连接，为重复利用融霜水，储热系统的储水箱通过管道及融霜水回收阀与融霜系统相连接，融霜水回收阀一端连接于融霜系统的冷阱和冷阱排出阀之间，另一端与储水箱相连接，为方便融霜水的回收，可在融霜水回收阀和储水箱之间设置一融霜水回收泵，各部件之间通过管道相连接。融霜阀与储热系统相连接的连接方式，可根据压缩机余热回收系统的设置，第一种是采用融霜系统的融霜阀与储热系统中的水压调节阀和储热循环泵之间的管道相连接，第二种是融霜阀通过余热利用循环泵与储水箱相连接。 
一种利用对冻干机余热进行回收和利用的系统对冻干机余热进行回收利用的方法，其特征是：当制冷压缩机运转且储热系统内融霜水的温度低于制冷压缩机排气温度时，开启储热系统的储热循环泵，利用储热系统的压缩机高温换热器回收、储存制冷系统中的制冷压缩机的排气热量；当冷阱需要除霜时，连通储热系统与融霜阀，储热系统内的融霜水注入冷阱，开启融霜水回收阀，冷阱内的融霜水回到储热系统的储水箱，利用融霜水循环完成冷阱融霜。 
所述的连通储热系统与融霜阀的方法，可根据储热系统与融霜阀之间的连接方式而定，当融霜系统的融霜阀与储热系统中的水压调节阀和储热循环泵之间的管道相连接时，连通储热系统与融霜阀的方法为开启储热系统的储热循环泵以及融霜阀，当储热系统的储水箱通过余热利用循环泵与融霜系统的融霜阀相连接时，连通储热系统与融霜阀的方法为开启余热利用循环泵及融霜阀。 
冻干机采用本发明的系统，不仅能够稳定吸收、储存冻干机制冷系统中制冷压缩机的排气热量，而且能将吸收、储存的热量应用于融霜系统的冷阱除霜。本发明充分利用了冻干机运行过程中排放的热量，使其自身达到了废物再利用的效果，大大地节约了能源，不仅如此，由于融霜水的重复利用，减少了融霜水的消耗，节约了水，从而降低了物品的冻干成本，其结构设计合理，简单、使用方便。 
附图说明
图1为现有技术中的冻干机原理示意图。 
图2为本发明第一种实施例的原理示意图。 
图3为本发明第二种实施例的原理示意图。 
图4为本发明第三种实施例的原理示意图。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施的例子对本发明做进一步详细的描述，然而所述的实施例不应以限制的方式解释。 
从图2给出的系统原理图中可以看出，它是在含有制冷系统(含有制冷压缩机1、冷凝器2、节流阀3、冷阱盘管4)、融霜系统(含有融霜阀5、冷阱6及冷阱排出阀7)的冻干机中，采用一个储热系统，该储热系统含有通过管道连接的储水箱9、水箱溢流口8、储热循环泵10、压缩机高温换热器11、水压调节阀12，水箱溢流口8设置于储水箱9的融霜水溢流处，用于排出进入储水箱9内多余的融霜水，储热循环泵10既与压缩机高温换热器11相连接，又与储水箱9相连接，水压调节阀12既与压缩机高温换热器11相连接，又与储水箱9相连接，系统内注有融霜水；储热系统通过压缩机高温换热器11与制冷系统的冷凝器2及制冷压缩机1相连接，压缩机高温换热器11内的融霜水吸收制冷压缩机1排出的热量后，通过水压调节阀12进入储水箱9内；融霜系统的融霜阀5与储热系统中的高温换热器11和水压调节阀12之间的管道c处相连接，储热系统内的热融霜水通过融霜阀5进入融霜系统内，在储水箱9与融霜系统的冷阱6、冷阱排出阀7之间设有融霜水回收阀14及融霜水回收泵13，储水箱9通过融霜水回收阀14及融霜水回收泵13回收融霜系统排出的冷水。 
从图3给出的本发明第二种实施例的原理示意图中可以看出，它与图2的第一种实施例的区别在于它是将储热循环泵10和压缩机高温换热器11之间的管道作为热水供应点，将融霜阀5接入储热循环泵10和压缩机高温换热器11之间的管道上。 
对于余热利用，图2中所示的融霜阀5与储热系统中的压缩机高温换热器11和水压 调节阀12之间的管道c处相连接的方式，是一种最佳的连接方式，还可以将储热系统中的储热循环泵10和水压调节阀12之间的任何位置的管道作为热水供应点，例如图3中所示的将储热循环泵10和压缩机高温换热器11之间的管道作为热水供应点，将融霜阀5接入储热循环泵10和压缩机高温换热器11之间的管道上。 
从图4给出的实施例中可以看出，它是在含有制冷系统(含有制冷压缩机1、冷凝器2、节流阀3、冷阱盘管4)、融霜系统(含有融霜阀5、冷阱6及冷阱排出阀7)的冻干机中，采用一个储热系统，该储热系统含有通过管道连接的储水箱9、水箱溢流口8、储热循环泵10、压缩机高温换热器11，水箱溢流口8设置于储水箱9的融霜水溢流处，储热循环泵10既与压缩机高温换热器11相连接，又与储水箱9相连接，压缩机高温换热器11与储水箱9相连接，系统内注有融霜水；储热系统通过压缩机高温换热器11与制冷系统的冷凝器2及制冷压缩机1相连接，压缩机高温换热器11内的融霜水吸收制冷压缩机1排出的热量后，通过管道进入储水箱9内；余热利用循环泵15的进水口与储水箱9相连接，余热利用循环泵15的出水口与融霜阀5相连接，采用余热利用循环泵15从储热系统的储水箱9中直接泵水应用于融霜系统中，储热系统内的热融霜水通过余热利用循环泵15及融霜阀5进入到融霜系统的冷阱6内，在储水箱9与融霜系统的冷阱6、冷阱排出阀7之间设有融霜水回收阀14及融霜水回收泵13，储水箱9通过融霜水回收阀14及融霜水回收泵13回收融霜系统排出的冷水。 
采用本发明的对冻干机余热进行回收和利用的系统对冻干机余热进行回收利用的方法为：当制冷压缩机1运转且储热系统内融霜水的温度低于制冷压缩机1排气温度时，开启储热系统的储热循环泵10，融霜水在储热循环泵10的作用下，利用储热系统的压缩机高温换热器11连续吸收、储存制冷系统中的制冷压缩机1的排气热量后，通过图2或图3所示的水压调节阀27或直接通过图4所示的管道回到储水箱9内；当冷阱需要除霜时，连通储热系统与融霜阀5，具体如下：①、如果融霜系统中的融霜阀5与储热循环泵10和水压调节阀12之间的管道相连接时，开启储热系统的储热循环泵10，由于水压调节阀12的作用，管道内的融霜水保持在一定压力下，使储热系统内的融霜水处于备用的状态，控制融霜系统的融霜阀5，使融霜水进入冷阱6并喷洒在冷阱盘管4上，当冷阱内融霜水水位到达设定的融霜水回收最低水位时，控制融霜水回收阀14和融霜水回收泵13，将冷阱内的融霜水泵回储水箱9内，这样使融霜水在融霜系统和储热系统内循环进行融霜，完成融霜后，关闭融霜阀5及储热循环泵10，融霜水回收泵13将冷阱6内残留的融霜水抽至设定的融霜水回收最低水位后关闭，打开冷阱排出阀7，将融霜水回收泵13及融霜水回收管道内残余的融 霜水排空后，各相关阀关闭完成融霜；②、如果融霜系统中的融霜阀5通过余热利用循环泵15连接到储水箱9时，开启余热利用循环泵15，同时，控制融霜系统的融霜阀5，使融霜水进入冷阱6并喷洒在冷阱盘管4上，当冷阱内融霜水水位到达设定的融霜水回收最低水位时，控制融霜水回收阀14和融霜水回收泵13，将冷阱内的融霜水泵回储水箱9，这样使融霜水在融霜系统和储热系统内循环进行融霜，完成融霜后，关闭融霜阀5及余热利用循环泵15，融霜水回收泵13将冷阱6内残留的除霜水抽至设定的融霜水回收最低水位后关闭，打开冷阱排出阀7，将融霜水回收泵13及融霜水回收管道内残余的融霜水排空后，各相关阀关闭完成融霜。 
本发明所述的水压调节阀为一市场上购得的水压调节单向阀，其作用是使压缩机高温换热器与水压调节阀之间管道内的融霜水保持在所需的水压上。 
本发明所述的其它各个部件也为市场上直接购得的部件，它们之间的连接方法，皆为本领域内的普通专业技术人员所共知的常识，这里就不再叙述。 
本发明所述技术方案不仅可以单机应用，也同时可以多台冻干机公用一套储热系统，形成储热站复合应用。 
按照本发明，除了可广泛应用到冻干机的生产中，还可以对现有的冻干机进行技术改造，以达到节能增效的目的。 

Claims (5)

1.一种对冻干机余热进行回收和利用的系统，包括含有制冷压缩机（1）、冷凝器（2）、节流阀（3）及冷阱盘管（4）的制冷系统，含有融霜阀（5）、冷阱（6）及冷阱排出阀（7）的融霜系统，其特征是采用一个储热系统，该储热系统含有通过管道相接的储水箱（9）、水箱溢流口（8）、压缩机高温换热器（11）、储热循环泵（10）、水压调节阀（12），水箱溢流口（8）设置在储水箱（9）顶部的融霜水溢流处，储热循环泵（10）既与压缩机高温换热器（11）相连接，又与储水箱（9）相连接，水压调节阀（12）既与压缩机高温换热器（11）相连接，又与储水箱（9）相连接，储热系统内注有融霜水；储热系统通过压缩机高温换热器（11）与制冷系统的冷凝器（2）及制冷压缩机（1）相连接；融霜系统的融霜阀（5）与储热系统中的水压调节阀（12）和储热循环泵（10）之间的管道相连接，在融霜系统的冷阱（6）、冷阱排出阀（7）之间的连接管道与储水箱（9）之间设有融霜水回收阀（14）。
2.一种对冻干机余热进行回收和利用的系统，包括含有制冷压缩机（1）、冷凝器（2）、节流阀（3）及冷阱盘管（4）的制冷系统，含有融霜阀（5）、冷阱（6）及冷阱排出阀（7）的融霜系统，其特征是采用一个储热系统，该储热系统含有通过管道相接的储水箱（9）、水箱溢流口（8）、压缩机高温换热器（11）、储热循环泵（10），水箱溢流口（8）设置在储水箱（9）顶部的融霜水溢流处，储热循环泵（10）既与压缩机高温换热器（11）相连接，又与储水箱（9）相连接，压缩机高温换热器（11）与储水箱（9）相连接，储热系统内注有融霜水；储热系统通过压缩机高温换热器（11）与制冷系统的冷凝器（2）及制冷压缩机（1）相连接；储热系统的储水箱（9）通过余热利用循环泵（15）与融霜系统的融霜阀（5）相连接，在融霜系统的冷阱（6）、冷阱排出阀（7）之间的连接管道与储水箱（9）之间设有融霜水回收阀（14）。
3.按照权利要求1或2所述的对冻干机余热进行回收和利用的系统，其特征为在储水箱（9）与融霜水回收阀（14）之间设一融霜水回收泵（13）。
4.一种利用权利要求1或2所述的系统对冻干机余热进行回收利用的方法，其特征是：当制冷压缩机（1）运转且储热系统内融霜水的温度低于制冷压缩机（1）的排气温度时，开启储热系统的储热循环泵（10），利用储热系统的压缩机高温换热器（11）回收、储存制冷系统中的制冷压缩机（1）的排气热量；当冷阱（6）需要除霜时，连通储热系统与融霜阀（5），储热系统内的融霜水注入冷阱（6），开启融霜水回收阀（14），冷阱（6）内的融霜水回到储热系统的储水箱（9），利用融霜水循环完成冷阱融霜。
5.按照权利要求4所述的对冻干机余热进行回收利用的方法，其特征为所述的连通储热系统与融霜阀（5）的方法，当融霜系统的融霜阀（5）与储热系统中的水压调节阀（12）和储热循环泵（10）之间的管道相连接时，连通储热系统与融霜阀（5）的方法为开启储热系统的储热循环泵（10）以及融霜阀（5），当储热系统的储水箱（9）通过余热利用循环泵（15）与融霜系统的融霜阀（5）相连接时，连通储热系统与融霜阀（5）的方法为开启余热利用循环泵（15）及融霜阀（5）。
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