CN107246762A - 一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机 - Google Patents

一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机，包括箱体、真空泵和冻干实验系统，箱体内设有冷冻室和冻干室。所述冻干室内设有加热器，所述真空泵与冻干室相连通。箱体内还设有复叠制冷系统，所述复叠制冷系统包括高温制冷单元和低温制冷单元。高温制冷单元包括高温循环压缩机、高温循环冷凝器、高温循环膨胀阀和蒸发冷凝器。低温制冷单元包括冷冻循环回路和冻干循环回路。冻干实验系统包括茄型瓶和连通管，连通管一端密封固定连接在冻干室外壁，连通管另一端密封可拆卸连接有茄型瓶，茄型瓶与冻干室通过连通管相连通。本发明能解决目前实验室使用超低温冰箱和冷冻干燥机两台机器而占用空间大、布局不合理时转移距离较远的问题。

Description

一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机
技术领域
本发明涉及一种制冷设备技术领域，尤其涉及一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机。
背景技术
冻干机起源于19世纪20年代的真空冷冻干燥技术，经历了几十年的起伏和徘徊后，在20世纪最后的20年中取得了长足进展。进入21世纪，真空冻干技术凭借其它干燥方法无法比拟的优点，越来越受到人们的青睐，除了在医药、生物制品、食品、血液制品、活性物质领域得到广泛应用外，其应用规模和领域还在不断扩大中。
目前实验室中常使用超低温冰箱和冷冻干燥机结合起来做冻干实验，实验人员先将样品放入超低温冰箱冷冻完成后取出再放入冷冻干燥机中继续操作，因为要使用超低温冰箱和冷冻干燥机两台机器，占用空间大，布局不合理时转移距离较远，转移过程中因为样品与空气进行接触时间较长可能会引起冷冻样品的不稳定。实验室中还使用原位冻干机，原位冻干机带有预冻功能，样品可以在冻干室内完成由冷冻到冻干的全过程，样品不需要转移。但原位冻干机因只设有一个冻干室，冷冻后的样品无法分多次做冻干实验。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机，以解决占用空间大、布局不合理时转移距离较远的问题及原位冻干机无法分多次做冻干实验的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机，包括箱体、真空泵和冻干实验系统；所述箱体内设有冷冻室和冻干室；所述冻干室内设有加热器，所述真空泵与冻干室相连通。
箱体内还设有复叠制冷系统，所述复叠制冷系统包括高温制冷单元和低温制冷单元；高温制冷单元包括依次串联的高温循环冷凝器、高温循环膨胀阀、蒸发冷凝器和高温循环压缩机，高温循环压缩机出口与高温循环冷凝器进口相连接。低温制冷单元包括冷冻循环回路和冻干循环回路，冷冻循环回路包括依次串联的低温循环压缩机、蒸发冷凝器、冷冻膨胀阀和冷冻蒸发器，冷冻蒸发器出口与低温循环压缩机进口相连接，所述冷冻蒸发器设置在冷冻室内；冻干循环回路包括依次串联的低温循环压缩机、蒸发冷凝器、冻干膨胀阀和冻干蒸发器，冻干蒸发器出口与低温循环压缩机进口相连接，所述冻干蒸发器设置在冻干室内。
冻干实验系统包括与冻干室相连通的茄型瓶，茄型瓶设置在冻干室外壁。
优选的，所述冷冻循环回路中蒸发冷凝器出口与冷冻膨胀阀之间设有冷冻电磁阀；所述冻干循环回路中蒸发冷凝器出口与冻干膨胀阀之间设有冻干电磁阀。
优选的，所述冷冻循环回路中蒸发冷凝器出口与冷冻电磁阀之间设有冷冻过滤器；所述冻干循环回路中蒸发冷凝器出口与冻干电磁阀之间设有冻干过滤器。
优选的，所述高温制冷单元中高温循环冷凝器出口与高温循环膨胀阀之间设有高温循环过滤器。
优选的，所述冷冻蒸发器设有除霜用的冷冻电加热器，所述冻干蒸发器设有除霜的冻干电加热器。
优选的，所述高温制冷单元中高温循环冷凝器设有风扇。
优选的，所述茄型瓶通过连通管与冻干室相连通，所述连通管上设有控制茄型瓶与冻干室连通或隔离的橡胶阀。
优选的，所述加热器为直流电加热盘。
本发明的有益效果如下：
1、本发明箱体内设有冷冻室和冻干室，此结构节省了设备的占用空间，缩短冷冻样品在转移过程中与空气的接触时间，而且需要分多次做实验的样品冷冻完后取出需要冻干的样品放入冻干室继续冻干实验，剩余样品可继续放置在冷冻室内，给实验人员操作提供了便捷条件。
2、本发明的冷冻循环回路和冻干循环回路使用一台低温循环压缩机和一台蒸发冷凝器，因此能降低制造成本和运行成本，还能节约能源。
3、本发明还包括冻干实验系统，冻干实验系统包括茄型瓶和连通管，连通管一端密封固定连接在冻干室外壁，连通管另一端密封固定连接有茄型瓶，茄型瓶与冻干室通过连通管相连通。冻干实验系统利用冷冻室的低温和负压环境可做少量冻干实验，操作简便，节能环保。
4、本发明采用复叠制冷系统， 低温循环压缩机的气缸容积比采用双级压缩低温压缩机气缸容积小得多，这对减少整机的重量、尺寸有利，还可减少能耗，而且系统内保持正压力，空气不易漏入系统，使运行稳定而安全。
5、本发明的冷冻循环回路中蒸发冷凝器出口与冷冻膨胀阀之间、冻干循环回路中蒸发冷凝器出口与冻干膨胀阀之间均设有电磁阀，因此能独立精准控制冷冻循环回路和冻干循环回路的制冷温度。
6、本发明的冷冻循环回路、冻干循环回路和高温制冷单元中均设有过滤器，过滤器起到去除制冷剂中的杂质及水分的作用，保证设备正常运行，还能增加设备的使用寿命。
7、本发明的冷冻蒸发器设有除霜用的冷冻电加热器，冻干蒸发器设有除霜的冻干电加热器，电加热器能及时给蒸发器除霜，因此减少了蒸发器与各间室内空气的热阻，能提高制冷效率、节约能耗。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的复叠制冷系统图。
图3是本发明的冻干实验系统的局部放大图。
图中所示：1-低温循环压缩机，2-高温循环压缩机，3-冷冻蒸发器，4-冻干蒸发器，5-冻干膨胀阀，6-冻干电磁阀，7-冻干过滤器，8-冷冻膨胀阀，9-冷冻电磁阀，10-冷冻过滤器，11-蒸发冷凝器，12-高温循环膨胀阀，13-高温循环过滤器，14-高温循环冷凝器，15-风扇，16-高温制冷单元，17-低温制冷单元，18-冷冻室，19-冻干室，20-直流电加热盘，21-茄型瓶，22-橡胶阀，23-真空泵，24-连通管，25-冻干实验系统。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1和图2所示，一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机，包括箱体、真空泵23和冻干实验系统25；所述箱体内设有冷冻室18和冻干室19；所述冻干室19内设有直流电加热盘20，直流电加热盘20提供水分升华过程中所需的热量。所述真空泵23与冻干室19相连通。
箱体内还设有复叠制冷系统，所述复叠制冷系统包括高温制冷单元16和低温制冷单元17；高温制冷单元16包括高温循环压缩机2、高温循环冷凝器14、高温循环膨胀阀12和蒸发冷凝器11，所述高温循环压缩机2、高温循环冷凝器14、高温循环膨胀阀12和蒸发冷凝器11依次通过连接管相串联形成高温循环回路。低温制冷单元17包括冷冻循环回路和冻干循环回路，冷冻循环回路包括蒸发冷凝器11、冷冻膨胀阀8、冷冻蒸发器3和低温循环压缩机1，所述蒸发冷凝器11、冷冻膨胀阀8、冷冻蒸发器3和低温循环压缩机1依次通过连接管相串联；冻干循环回路包括蒸发冷凝器11、冻干膨胀阀5、冻干蒸发器4和低温循环压缩机1，所述蒸发冷凝器11、冻干膨胀阀5、冻干蒸发器4和低温循环压缩机1依次通过连接管相串联。 高温制冷单元16和低温制冷单元17中充有不同性质的制冷剂，高温制冷单元16采用中温制冷剂，低温制冷单元17采用低温制冷剂。这两个单元通过一个蒸发冷凝器11连接起来，它即既是低温制冷单元17的冷凝器，也是高温制冷单元16的蒸发器，即高温制冷单元16中制冷剂的蒸发用来冷凝低温制冷单元17中的制冷剂。这样，低温制冷单元17吸收的热量传给高温制冷单元16的制冷剂，高温制冷单元16的制冷剂再将热量传给环境介质。低温制冷单元17中的冷冻循环回路给冷冻室18制冷，冻干循环回路给冻干室19制冷。
如图1和图3所示，冻干实验系统25包括茄型瓶21和连通管24，连通管24一端密封固定连接在冻干室19外壁；连通管24另一端密封可拆卸连接有茄型瓶21，茄型瓶21与冻干室19通过连通管24相连通。连通管24上设有控制茄型瓶21与冻干室19连通或隔离的橡胶阀22。把预先冷冻好的少量实验样品放入茄型瓶21，利用冻干室19的低温和负压环境可做少量冻干实验。
冷冻循环回路中蒸发冷凝器11出口与冷冻膨胀阀8之间设有冷冻电磁阀9；冻干循环回路中蒸发冷凝器11出口与冻干膨胀阀5之间设有冻干电磁阀6。冷冻循环回路和冻干循环回路均设有电磁阀，通过电磁阀可独立控制开启或关闭冷冻循环回路和冻干循环回路，还能独立精准控制冷冻循环回路和冻干循环回路的制冷温度。冷冻循环回路中蒸发冷凝器11出口与冷冻电磁阀9之间设有冷冻过滤器10；冻干循环回路中蒸发冷凝器11出口与冻干电磁阀6之间设有冻干过滤器7。高温制冷单元16中高温循环冷凝器14出口与高温循环膨胀阀12之间设有高温循环过滤器13。过滤器能起到过滤杂质和水分的作用。
冷冻蒸发器3设有除霜用的冷冻电加热器，冻干蒸发器4设有除霜的冻干电加热器。高温制冷单元16中高温循环冷凝器14设有风扇15。
冷冻干燥的基本原理是基于水的三态变化。水有固态、液态和气态，三种状态既可以相互转换又可以共存。当水在三相点（温度为0.01℃，水蒸气压为610.5Pa）时，水、冰、水蒸气三者可共存且相互平衡。在高真空状态下，利用升华原理，使预先冻结的物料中的水分，不经过冰的融化，直接以冰态升华为水蒸汽被除去，从而达到冷冻干燥的目的。冻干制品呈海绵状、无干缩、复水性极好、含水分极少，相应包装后可在常温下长时间保存和运输。由于真空冷冻干燥具有其它干燥方法无可比拟的优点，因此该技术问世以来越来越受到人们的青睐，在医药、生物制品和食品方面的应用已日益广泛。血清、菌种、中西医药等生物制品多为一些生物活性物质，真空冷冻干燥技术也为保存生物活性提供了良好的解决途径。
本使用新型的工作过程为：
当冷冻室18工作时低温循环压缩机1和高温循环压缩机2同时启动。低温制冷剂通过低温循环压缩机1压缩后进入蒸发冷凝器11冷凝后经过冷冻过滤器10、冷冻电磁阀9和冷冻膨胀阀8后进入冷冻蒸发器3蒸发，蒸发过程中冷冻蒸发器3吸收冷冻室18内的热量实现冷冻室18制冷，经过换热后的低温制冷剂流回低温循环压缩机1。中温制冷剂通过高温循环压缩机2压缩后进入高温循环冷凝器14冷凝后经过高温循环过滤器13和高温循环膨胀阀12后进入蒸发冷凝器11蒸发，蒸发过程中带走低温制冷单元17的低温制冷剂的热量，经过换热后的中温制冷剂流回高温循环压缩机2。
当冻干室19工作时低温循环压缩机1和高温循环压缩机2同时启动。低温制冷剂通过低温循环压缩机1压缩后进入蒸发冷凝器11冷凝后经过冻干过滤器7、冻干电磁阀6和冻干膨胀阀5后进入冻干蒸发器4蒸发，蒸发过程中冻干蒸发器4吸收冻干室19内的热量实现冻干室19制冷，经过换热后的低温制冷剂流回低温循环压缩机1中温制冷剂通过高温循环压缩机2压缩后进入高温循环冷凝器14冷凝后经过高温循环过滤器13和高温循环膨胀阀12后进入蒸发冷凝器11蒸发，蒸发过程中带走低温制冷单元17的低温制冷剂的热量，经过换热后的中温制冷剂流回高温循环压缩机2。冻干室19的温度达到所需温度时打开真空泵23，这时冻干室19处于低温负压状态。
实验人员开启冷冻循环回路，将样品放入冷冻室18，再开启冻干室19的冻干循环回路，当冻干室19的温度达到所需温度时打开真空泵23把冷冻完成的样品放入冻干室19，并将冷冻电磁阀9关闭，如果冷冻室18内还存有实验样品时冷冻电磁阀9保持开启状态。实验人员根据对样品冻干过程的观察，判断直流电加热盘20开启的时间。实验人员通过观察确认冻干操作完成后关闭冻干电磁阀6、直流电加热盘20、低温循环压缩机1及真空泵23。
使用茄型瓶21做少量冻干实验时先开启冻干室19的冻干循环回路，当冻干室19的温度达到所需温度时打开真空泵23，真空泵23工作稳定后将预先冷冻好的装有样品的茄型瓶21密封固定安装在连通管24一端，开启橡胶阀22使茄型瓶21内形成负压状态，实验人员通过观察确认实验结束后关闭真空泵。冻干循环回路工作时也可使用茄型瓶做冻干实验，操作步骤同上。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种采用复叠制冷系统的非原位冻干机，其特征在于：包括箱体、真空泵和冻干实验系统；所述箱体内设有冷冻室和冻干室；所述冻干室内设有加热器，所述真空泵与冻干室相连通；
箱体内还设有复叠制冷系统，所述复叠制冷系统包括高温制冷单元和低温制冷单元；高温制冷单元包括依次串联的高温循环冷凝器、高温循环膨胀阀、蒸发冷凝器和高温循环压缩机，高温循环压缩机出口与高温循环冷凝器进口相连接；低温制冷单元包括冷冻循环回路和冻干循环回路，冷冻循环回路包括依次串联的低温循环压缩机、蒸发冷凝器、冷冻膨胀阀和冷冻蒸发器，冷冻蒸发器出口与低温循环压缩机进口相连接，所述冷冻蒸发器设置在冷冻室内；冻干循环回路包括依次串联的低温循环压缩机、蒸发冷凝器、冻干膨胀阀和冻干蒸发器，冻干蒸发器出口与低温循环压缩机进口相连接，所述冻干蒸发器设置在冻干室内；
冻干实验系统包括与冻干室相连通的茄型瓶，茄型瓶设置在冻干室外壁。
2.根据权利要求1所述的采用复叠制冷系统的非原位冻干机，其特征在于：所述冷冻循环回路中蒸发冷凝器出口与冷冻膨胀阀之间设有冷冻电磁阀；所述冻干循环回路中蒸发冷凝器出口与冻干膨胀阀之间设有冻干电磁阀。
3.根据权利要求1所述的采用复叠制冷系统的非原位冻干机，其特征在于：所述冷冻循环回路中蒸发冷凝器出口设有冷冻过滤器；所述冻干循环回路中蒸发冷凝器出口设有冻干过滤器。
4.根据权利要求1所述的采用复叠制冷系统的非原位冻干机，其特征在于：所述高温制冷单元中高温循环冷凝器出口与高温循环膨胀阀之间设有高温循环过滤器。
5.根据权利要求1所述的采用复叠制冷系统的非原位冻干机，其特征在于：所述冷冻蒸发器设有除霜用的冷冻电加热器，所述冻干蒸发器设有除霜的冻干电加热器。
6.根据权利要求1所述的采用复叠制冷系统的非原位冻干机，其特征在于：所述高温制冷单元中高温循环冷凝器设有风扇。
7.根据权利要求1所述的采用复叠制冷系统的非原位冻干机，其特征在于：所述茄型瓶通过连通管与冻干室相连通，所述连通管上设有控制茄型瓶与冻干室连通或隔离的橡胶阀。
8.根据权利要求1所述的采用复叠制冷系统的非原位冻干机，其特征在于：所述加热器为直流电加热盘。
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