CN106679353A - 冻干合一真空冷冻干燥机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种干燥设备，特别是一种冻干合一真空冷冻干燥机，该机包括冻干蒸发仓、安装在冻干蒸发仓内的冷冻蒸发板、捕水仓、由制冷压缩机、油分离器、冷凝器、储液器组成的制冷压缩机组、真空泵和电气控制柜，其特征在于在密闭的冻干蒸发仓和捕水仓之间通过两个平行的隔板将其隔开，两个平行的隔板之间形成密闭的腔体，在冻干蒸发仓一侧的隔板下端开有通气孔，在捕水仓一侧的捕水仓隔板上端开有通气孔。制冷压缩机通过管路与冻干蒸发仓、捕水仓相连，真空泵与捕水仓底部相连。本技术方案具有设备配置和结构更加合理、设备的运行效率高、使用寿命长等特点，本设备的生产成本和使用成本，相对于目前的真空冷冻干燥设备可降低10‑20%左右。

Description

冻干合一真空冷冻干燥机
技术领域
本发明涉及一种干燥设备，特别是一种冻干合一真空冷冻干燥机。
背景技术
真空冻干过程是在低温低氧环境下进行的，物料在冰状态和真空环境下升华逸出水蒸气使物料脱除水分，冻干物料的含水量一般在3-5%左右。此工艺可最大程度保留被冻干物料原有的色、香、味和营养成分，并且具有外观形状和复水性好等特点，可在数秒至几分钟内恢复物料的新鲜状态。冻干产品无任何添加剂和防腐剂，能在常温下储存3至5年，冻干产品重量轻、方便运输，航天食品均为冻干制品。
中国知识产权局2010年03月24日授权公告的名为“真空冷冻干燥机”的专利，授权公告号：CN100595505C的发明专利，该机是将冻干、抽真空加热干燥放置在一起，具有结构紧凑、耗能低等特点，但在使用过程中主存在一下问题：1、抽真空加热升华干燥时，冻干仓内的升华水汽从下部直接进入捕水仓底部，由于热气上升，冷气下沉的物理特性，流经捕水器的水汽上升流速较快，缩短了捕水器的凝霜时间，捕水效率低，延长了冻干时间，增加了耗电量；2、由于套管式的制冷剂回液热加器换热效果较低，循环冷却水降温达不到冷凝器的水温要求，致使制冷压缩机组运行负荷增高，如果增加制冷剂回液热加器的换热面积，将大大增加设备制作成本和体积等问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有设备的技术不足，提供一种结构更为合理、运行效率更高、能耗更低的冻干合一真空冷冻干燥机。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种冻干合一真空冷冻干燥机，包括冻干蒸发仓、安装在冻干蒸发仓内的冷冻蒸发板、捕水仓、由制冷压缩机、油分离器、冷凝器、储液器组成的制冷压缩机组、真空泵和电气控制柜，其特征在于在密闭的冻干蒸发仓和捕水仓之间通过两个平行的隔板将其隔开，两个平行的隔板之间形成密闭的腔体，在冻干蒸发仓一侧的隔板下端开有通气孔，在捕水仓一侧的捕水仓隔板上端开有通气孔；
制冷压缩机的出口通过管路分别与油分离器、冷凝器、储液罐顺序相连通，储液罐上出液口通过制冷管路分别与冻干蒸发仓和捕水仓中的冻干蒸发仓分配器、捕水仓分配器相连通，在制冷管路与冻干蒸发仓分配器和冻干蒸发仓分配器相连的管路上分别安装有阀门，冻干蒸发仓分配器与安装在冻干蒸发仓内的冷冻蒸发板的进液口通过管路相连通，捕水仓分配器通过管路与安装在捕水仓内的换热器的进液口相连通；冷冻蒸发板的出液口和换热器的出液口通过管路与安装在冷却塔内的盘管的入口相连通，在连接冷冻蒸发板的出液口和换热器的出液口之间的管路上安装有阀门Ⅵ；盘管出口通过制冷压缩机低压级吸气管路与制冷压缩机吸气口相连通；在连接冷冻蒸发板出液口和阀门Ⅵ之间的管路上连接有支管路Ⅰ，该支管路Ⅰ将冷冻蒸发板与冷凝器相连通，在该支管路Ⅰ上安装有阀门Ⅴ；真空泵的抽气口通过管路与捕水仓底部相连通；
在油分离器与冷凝器相连的管路上连接有支管路Ⅱ，该支管路Ⅱ的一端安装在制冷管路与冻干蒸发仓分配器相连的管路中阀门Ⅱ出口端，另一端安装在油分离器与冷凝器相连管路上阀门Ⅳ的出口端，在该支管路Ⅱ上安装有阀门Ⅲ。
上述冻干蒸发仓分配器的进口与制冷管路相连通，冻干蒸发仓分配器的出口数量与冷冻蒸发板的数量一致，其出口通过连接管路分别与冷冻蒸发板相连通。
上述制冷压缩机为双级螺杆式制冷压缩机；上述真空泵为罗茨螺杆真空泵。
上述冷却塔为水冷却塔。
上述阀门均为电磁控制阀，电磁控制阀与电气控制柜相连。
本发明具有一下特点：1、在冻干蒸发仓与捕水仓之间设置了两平行的隔板，通过在两隔板的上、下开设的通气孔，在加热抽真空干燥时，冻干蒸发仓内升华的水蒸气由冻干蒸发仓下部进入两隔板形成的密闭腔室，由隔板的上部进入捕水仓内，这样水蒸气由捕水仓上部向下流动，可充分与换热器表面进行热交换，可大大缩短抽真空干燥时间。以冻干面积为15平方米的真空冷冻干燥机为例，可减少冻干时间2小时左右，可节约100KW的电耗；2、由于采用在水冷却塔内加装盘管的换热装置，代替套管式的制冷剂回液热加器对制冷剂进行热交换，提高了换热效率，同时又提高了制冷压缩机的吸气温度，可有效防止了制冷压缩机吸气温度过低导致凝霜造成的效率下降和使用寿命降低的问题；3、采用对抽真空空气中含水分不敏感的罗茨螺杆真空泵，可省去气液分离器，同时选用螺杆式单机双级制冷压缩机组，可使整套设备的运行更加稳定、易损件少、维修简便、使用寿命长等特点，可有效降低设备生产成本和使用成本。
本技术方案具有设备配置和结构更加合理、设备的运行效率高、使用寿命长等特点，设备的生产成本和使用成本相对于目前的真空冷冻干燥设备可降低10-20%左右。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，其中：1-盘管、2-冷却塔、3-换热器、4-捕水仓分配器、5-捕水仓、6-捕水仓隔板、7-冷冻蒸发板、8-冻干蒸发仓分配器、9-阀门Ⅰ、10-阀门Ⅱ、11-制冷管路、12-阀门Ⅲ、13-阀门Ⅳ、14-冷凝器、15-储液罐、16-油分离器、17-制冷压缩机、18-阀门Ⅴ、19-冻干蒸发仓、20-阀门Ⅵ、21-制冷压缩机低压级吸气管路、22-真空泵。
冻干：现将需要冻干的物料放置在冷冻蒸发板7上，然后将冻干蒸发仓19的门关闭，使冻干蒸发仓密封。通过电气控制柜控制，启动冷却塔2、制冷压缩机17，然后开启阀门Ⅳ13、阀门Ⅱ10、阀门Ⅵ20，关闭阀门Ⅴ18、阀门Ⅰ9、阀门Ⅲ12，此时高温高压制冷剂由制冷压缩机出口通过管路，顺序进入油分离器16、阀门Ⅳ、冷凝器14、储液罐15，由储液罐上的出液口流经制冷管路11、阀门Ⅱ进入冻干蒸发仓分配器8的进口，通过冻干蒸发仓分配器出口的连接管路分别与冷冻蒸发板相连通，对放置在冷冻蒸发板上的物料进行冷冻。
由于冻干蒸发仓分配器的出口数量与冷冻蒸发板的数量一致，这样就可保证进入各个冷冻蒸发板内的制冷剂流量基本相同，使放置在冷冻蒸发板上的物料冷冻温度一致。吸热后的低温制冷剂由冷冻蒸发板的出液口经阀门Ⅵ进入冷却塔2中安装的盘管1内进行热交换，使制冷剂的温度上升，然后由盘管出口通过制冷压缩机低压级吸气管路21回到制冷压缩机吸气口内。
对捕水仓降温：冷冻蒸发板上的物料冷冻到设定温度后，通过电气控制柜控制，关闭阀门Ⅱ10、阀门Ⅵ20，开启阀门Ⅰ9，高温高压制冷剂由制冷压缩机出口通过管路，顺序进入油分离器16、阀门Ⅳ、冷凝器14、储液罐15，由储液罐上的出液口流经制冷管路11、阀门Ⅰ9进入捕水仓内的换热器3，对捕水仓进行降温。吸热后的低温制冷剂由换热器出口通过管路进入冷却塔2中安装的盘管1内进行热交换，使制冷剂的温度上升，然后由盘管出口通过制冷压缩机低压级吸气管路21回到制冷压缩机吸气口内。
真空冻干：当捕水仓内的温度降至设定温度后，开启真空泵，同时开启阀门Ⅲ12、阀门Ⅴ18、关闭阀门Ⅳ13，高温高压制冷剂由制冷压缩机出口通过管路、阀门Ⅲ12直接进入冻干蒸发仓分配器8，对放置在冷冻蒸发板上的冷冻物料进行加热。降温后的制冷剂由与冷冻蒸发板出液口相连的管路，经阀门Ⅴ18进入冷凝器14降温液化后流如储液器。
真空泵22的抽气口通过管路与捕水仓底部相连通，对捕水仓、冻干蒸发仓抽真空。冷冻蒸发板上的冷冻物料中的水分在真空和加热环境下，直接升华为水蒸气，由冻干蒸发仓左侧隔板下端开的通气孔进入两隔板形成的密闭的腔体，然后由捕水仓右侧的捕水仓隔板6上端开的通气孔进入捕水仓上端，通过安装在捕水仓内的换热器3将水蒸气凝结。
当冻干蒸发仓内的全部物料加热至设定温度，且真空度稳定后，关闭制冷压缩机、全部阀门和真空泵，冻干蒸发仓内的气压恢复到环境大气压后，取出冻干物料，冻干过程全部完成，此时冻干物料的含水量一般在3-5%左右。
上述5个阀门采用的是电磁阀，制冷压缩机为螺杆式单机双级制冷压缩机，真空泵为罗茨螺杆真空泵，上述设备通过电气控制柜进行控制，可根据冻干物料的特点，对冻干温度、加热温度和时间进行调节，实现自动控制。

Claims (5)

1.一种冻干合一真空冷冻干燥机，包括冻干蒸发仓、安装在冻干蒸发仓内的冷冻蒸发板、捕水仓、由制冷压缩机、油分离器、冷凝器、储液器组成的制冷压缩机组、真空泵和电气控制柜，其特征在于在密闭的冻干蒸发仓（19）和捕水仓（5）之间通过两个平行的隔板将其隔开，两个平行的隔板之间形成密闭的腔体，在冻干蒸发仓一侧的隔板下端开有通气孔，在捕水仓一侧的捕水仓隔板（6）上端开有通气孔；
制冷压缩机（17）的出口通过管路分别与油分离器（16）、冷凝器（14）、储液罐（15）顺序相连通，储液罐上出液口通过制冷管路（11）分别与冻干蒸发仓和捕水仓中的冻干蒸发仓分配器（8）、捕水仓分配器（4）相连通，在制冷管路与冻干蒸发仓分配器和冻干蒸发仓分配器相连的管路上分别安装有阀门，冻干蒸发仓分配器与安装在冻干蒸发仓内的冷冻蒸发板（7）的进液口通过管路相连通，捕水仓分配器通过管路与安装在捕水仓内的换热器（3）的进液口相连通；冷冻蒸发板的出液口和换热器的出液口通过管路与安装在冷却塔（2）内的盘管（1）的入口相连通，在连接冷冻蒸发板的出液口和换热器的出液口之间的管路上安装有阀门Ⅵ（20）；盘管出口通过制冷压缩机低压级吸气管路（21）与制冷压缩机吸气口相连通；在连接冷冻蒸发板出液口和阀门Ⅵ之间的管路上连接有支管路Ⅰ，该支管路Ⅰ将冷冻蒸发板与冷凝器相连通，在该支管路Ⅰ上安装有阀门Ⅴ（18）；真空泵（22）的抽气口通过管路与捕水仓底部相连通；
在油分离器与冷凝器相连的管路上连接有支管路Ⅱ，该支管路Ⅱ的一端安装在制冷管路与冻干蒸发仓分配器相连的管路中阀门Ⅱ出口端，另一端安装在油分离器与冷凝器相连管路上阀门Ⅳ的出口端，在该支管路Ⅱ上安装有阀门Ⅲ（12）。
2.根据权利要求1所述的冻干合一真空冷冻干燥机，其特征在于上述冻干蒸发仓分配器（7）的进口与制冷管路（11）相连通，冻干蒸发仓分配器的出口数量与冷冻蒸发板（6）的数量一致，其出口通过连接管路分别与冷冻蒸发板相连通。
3.根据权利要求2所述的冻干合一真空冷冻干燥机，其特征在于上述制冷压缩机（17）为螺杆式单机双级制冷压缩机；上述真空泵（22）为罗茨螺杆真空泵。
4.根据权利要求3所述的冻干合一真空冷冻干燥机，其特征在于上述冷却塔（2）为水冷却塔。
5.根据权利要求4所述的冻干合一真空冷冻干燥机，其特征在于上述阀门均为电磁控制阀，电磁控制阀与电气控制柜相连。
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Application publication date: 20170517

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