CN107560238B - 一种制冷系统的回油装置和回油方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷系统的回油装置，包括依次连接的蒸发器、存油弯、上升立管、水平横管和气液分离器。还包括副回油机构，该副回油机构包括第一压力变送器、第二压力变送器、热气喷管、电磁阀和电气控制单元；该第一压力变送器设在气液分离器与压缩机连接管路上，该第二压力变送器设在蒸发器与存油弯连接管路上，该热气喷管的一端与压缩机高压排气口相连，其另一端与存油弯靠近上升立管侧相连，该电磁阀设在热气喷管上；该电气控制单元用于根据第一和第二压力变送器的监测值控制电磁阀启闭。本发明还公开了该制冷系统的回油方法。本发明从根本上解决了制冷系统在极限低温运行工况下的回油问题，结构简单、方法可靠、自动化程度高、使用安全。

Description

一种制冷系统的回油装置和回油方法

技术领域

本发明涉及制冷装置技术领域，特别是涉及一种制冷系统的回油装置和回油方法。

背景技术

真空冷冻干燥机也称为冻干机，通常用于无菌制剂类药品或生物制剂的干燥。药品的冷冻干燥过程通常称为冻干，冻干过程中的干燥阶段通常含有在真空环境下进行的升华干燥和解吸干燥，通过升华干燥和解吸干燥去除药品中的水分或有机溶媒，并将水分或有机溶媒冻结或冷凝在冻干机的冷阱内部的盘管上，所述的盘管就是冻干机冷阱的制冷系统的蒸发器。干燥过程产生的水蒸汽或有机溶媒蒸汽在盘管上冻结或冷凝而释放热量，所释放热量被盘管内部的制冷工质吸收并带走。

冻干机的制冷系统通常采用以氟利昂为制冷工质的蒸汽压缩式制冷循环系统，所述系统中的制冷工质在压缩机的推动下连续进行压缩、冷凝、节流、蒸发的循环，从而使冷阱的盘管温度降低到冻干过程所需要的程度，同时，所述系统中还有一定含量的压缩机润滑油融合在制冷工质中参与循环。随着盘管温度的降低，盘管内制冷工质的蒸发量与流速也在降低，融合在制冷工质中的润滑油就会脱离出来，且以液态聚集在盘管中。如果盘管中的液态润滑油不能及时回到压缩机，则压缩机会因缺少润滑油而发生故障，所以，在实际使用冻干机的工程领域，为了压缩机的及时回油与运行安全，参照附图1所示，通常在制冷系统的蒸发器1与压缩机之间设置有相互连通的存油弯2、上升立管3、水平横管4及气液分离器5。该蒸发器1就是安装在冷阱101中的盘管，该蒸发器1内的液态润滑油在重力作用下流向存油弯2，当存油弯2被润滑油封堵时，润滑油在前后压差的作用下，被推动越过上升立管3进入水平横管5而流向压缩机，从而完成压缩机的回油。

但是，在药品冻干过程的解析干燥阶段，随着药品水分含量的减少，盘管的冷冻负荷也在不断减少，盘管温度也在不断下降到零下60℃以下，并逐渐向零下75℃以下的极限低温接近，更低的温度使润滑油的粘度增加而流动阻力变大，当存油弯被润滑油封堵时，由于盘管内制冷工质的蒸发压力很低，通常会达到0.2bar以下，此时润滑油的前后压差不足以使润滑油越过上升立管，从而发生了存油弯与上升立管被润滑油阻塞的现象，此时，制冷工质的蒸发循环也被截止，盘管的表面温度随即大幅度升高。只有当盘管温度使盘管内部压力升高到足够克服润滑油的流动阻力时，润滑油才能越过上升立管，制冷工质才能恢复蒸发循环。但是，制冷循环很快又将盘管温度降低到极限低温附近，存油弯与上升立管又再次被阻塞，从而导致盘管温度发生持续升高与降低的波动，且最大波动幅度可达到15℃左右。

盘管温度升高与降低的波动，不仅影响药品在冻干过程中的卫生安全与设备的运行安全，而且，还影响冻干机在空载状态下进行的真空系统漏率的测试与判断。第一，盘管温度波动会导致药品干燥的环境压力随之波动，特别是在解析干燥阶段的后期，由于药品的环境真空度较高，在较高真空状态下的压力波动会增加冷阱内部的气态分子逆向进入药品的概率，从而增加了药品被污染的风险。第二，盘管温度波动源于存油弯与上升立管内的润滑油阻塞，所述的阻塞还会导致制冷工质的蒸发循环被截止，从而导致未蒸发的液态制冷工质在盘管内部大量积存，当阻塞的管路疏通时，大量的液态制冷工质与润滑油会瞬间越过上升立管而流向压缩机；虽然冻干机的制冷系统通常配置了防止液击的气液分离器，但由于气液分离器在工程应用上的容积有限，仍然不能消除液击隐患，更无法避免压缩机在湿压缩状态下长期运行而破坏制冷系统。第三，冻干机真空系统的密闭性能直接决定了药品是否存在污染风险，判断密闭性能是否合格，通常采用盘管在极限低温运行工况下检测冻干机真空系统漏率的方法，盘管温度在极限低温运行工况下的波动，会造成真空系统的压力波动，因而影响真空系统漏率测试数值的真实性，这通常会导致冻干机因无法判断密闭性能是否合格而不能用于药品生产。

目前，冻干机制造厂商对于盘管在极限低温运行工况下的温度波动尚无有效的解决方法。为了避免盘管温度波动产生的不良影响，冻干机制造厂商现在普遍采用的方法有两个，一是采用硅油类的载冷剂为盘管制冷，二是限制上升立管的长度尺寸，用降低回油高度来降低盘管内部的回油压力，从而减小盘管温度的波动幅度。第一种方法，由于增加了中间换热环节，盘管极限低温与快速降温的能力均有明显不足，同时，中间换热热备的增加也导致冻干机价格大幅度增加，因而使用范围有限。第二种方法，虽然能够满足一部分制药厂商的需求，但是，由于上升立管长度受到限制，因而不能满足制药厂商对生产环境中的动设备与静设备进行分层管理的需求；同时，第二种方法也没有消除存油弯与上升立管中润滑油阻塞的现象，盘管温度仍然波动，只是波动幅度减小，药品卫生安全与设备运行安全的隐患仍然存在，因而也不能满足制药厂商对限制盘管温度波动提出的更高要求。

由此可见，上述现有的制冷系统的回油装置在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的制冷系统的回油装置和回油方法，使其解决制冷系统在极限低温工况下润滑油阻塞的回流问题，成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制冷系统的回油装置，使其解决制冷系统在极限低温工况下润滑油阻塞的回流问题，从而克服现有的制冷系统回油装置的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种制冷系统的回油装置，所述回油装置包括依次连接的蒸发器、存油弯、上升立管、水平横管和气液分离器，所述蒸发器的入口用于与所述制冷系统的节流装置排出口相连，所述气液分离器的排气口用于与所述制冷系统的压缩机低压吸气口相连，所述回油装置还包括副回油机构，所述副回油机构包括第一压力变送器、第二压力变送器、热气喷管、电磁阀和电气控制单元；

所述第一压力变送器设置在所述气液分离器与压缩机连接的管路上，所述第二压力变送器设置在所述蒸发器与存油弯连接的管路上，所述热气喷管的一端与所述压缩机的高压排气口相连，所述热气喷管的另一端与所述存油弯靠近所述上升立管侧相连，所述电磁阀设置在所述热气喷管上；

所述电气控制单元与所述第一压力变送器、第二压力变送器和电磁阀相连，用于根据所述第一压力变送器和第二压力变送器的监测值控制所述电磁阀的启闭。

作为本发明的一种改进，与所述存油弯连接的所述热气喷管的端口朝向与所述存油弯中制冷工质的流向相同。

进一步改进，所述存油弯采用U型结构。

进一步改进，与所述存油弯连接的所述热气喷管的端口从所述存油弯底部插入，且所述热气喷管端口高于所述U形结构最低点所在横截面的最高点。

进一步改进，所述蒸发器采用管壳式、钎焊板式或螺旋板式结构。

本发明还提供一种如上述制冷系统的回油装置的回油方法，所述副回油机构的回油方法为：所述电气控制单元实时接收由所述第一压力变送器和第二压力变送器采集并发送的压力监测值，对所述压力监测值进行分析，

若所述第一压力变送器的压力监测值小于第一预设值，同时，所述第二压力变送器的压力监测值与所述第一压力变送器的压力监测值的差值大于第二预设值，表明所述存油弯和上升立管出现阻塞状况，此时所述电气控制单元控制所述电磁阀开启，则所述压缩机的高温与高压气态制冷工质经过所述热气喷管进入所述存油弯和上升立管，实现所述制冷系统的回油循环；若所述第一压力变送器的压力监测值大于第三预设值，表明所述存油弯和上升立管回流正常，此时所述电气控制单元控制所述电磁阀关闭。

进一步改进，所述第一预设值为0.1bar，所述第二预设值为0.1bar，所述第三预设值为0.25bar。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明通过对现有回流装置进行改进，设置副回流机构，使其在该回流装置处于极限低温运行时解决润滑油阻塞导致的回流问题，并通过设置电气控制单元，实时对第一压力变送器与第二压力变送器的压力监测值进行分析，实现自动判断存油弯和上升立管是否发生了阻塞，以此自动开启或关闭电磁阀，实现润滑油阻塞的消除。本发明回流装置适合于生产药品及生物制剂所使用的冻干机与给载冷剂降温的深冷机组。

本发明制冷系统的回流方法在制冷系统的存油弯与上升立管发生润滑油阻塞时，采用将压缩机运行产生的高温与高压的气态制冷工质直接通入存油弯与上升立管中，以对发生阻塞的润滑油进行加热与加压，使润滑油粘度降低并获得越过上升立管的动力而回到压缩机，达到及时恢复该制冷系统回油循环的目的。

本发明从根本上解决了冻干机的制冷系统及给载冷剂降温的深冷机组在极限低温运行工况下的回油问题，具有结构简单、方法可靠、自动化程度高、使用安全的特点，不仅可以满足制药厂商对工艺装备的更高要求，而且还可以满足制药厂商对尚在服役的冻干机及深冷机组进行技术改造的要求。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为现有技术中制冷系统的回油装置示意图；

图2为本发明制冷系统的回油装置结构示意图；

其中：1-蒸发器，2-存油弯，3-上升立管，4-水平横管，5-气液分离器，6-第一压力变送器，7-第二压力变送器，8-热气喷管，9-电磁阀，101-冻干机的冷阱，201-连接制冷系统节流装置的排出口，202-连接制冷系统压缩机的低压吸气口，203-连接制冷系统的压缩机的高压排气口。

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。

为了便于理解蒸汽压缩式制冷系统在极限低温运行时存在的回油问题，本实施例以真空冷冻干燥机的制冷系统为例，具体阐述本发明技术方案。

参照附图2所示，本实施例制冷系统的回油装置，包括依次连接的蒸发器1、存油弯2、上升立管3、水平横管4和气液分离器5，该蒸发器1的入口用于与该制冷系统的节流装置排出口201相连，该气液分离器5的排气口用于与该制冷系统的压缩机低压吸气口202相连。该回油装置在正常工况下，其内部的制冷工质在压缩机的推动下连续进行压缩、冷凝、节流、蒸发、回流，形成制冷工质的循环流动。

为解决制冷系统在极限低温工况下出现的回流问题，该回油装置还包括副回油机构，该副回油机构包括第一压力变送器6、第二压力变送器7、热气喷管8、电磁阀9和电气控制单元。

该第一压力变送器6设置在该气液分离器5与压缩机连接的管路上，用于实时监测并采集该气液分离器5与压缩机连接管路的压力值。

该第二压力变送器7设置在该蒸发器1与存油弯2连接的管路上，用于实时监测并采集该蒸发器1与存油弯2连接管路的压力值。

该热气喷管8的一端与该压缩机的高压排气口203相连，该热气喷管8的另一端与该存油弯2靠近该上升立管3侧相连。较优设置为：与该存油弯2连接的该热气喷管8的端口朝向与该存油弯2中制冷工质的流向相同。这样便于从压缩机排出的高温与高压气态制冷工质沿该存油弯2和上升立管3的顺序流动，避免制冷工质反流。

本实施例中该蒸发器1可采用管壳式、钎焊板式或螺旋板式结构，该存油弯2采用U型结构，该U型结构的入口与该蒸发器1底端出口相连。与该存油弯2连接的该热气喷管8的端口从该存油弯2底部插入，且该热气喷管8端口高于该U形结构最低点所在横截面的最高点。这样更确保该热气喷管8的端口朝向与该存油弯2中制冷工质的流向相同，进一步避免制冷工质反流。

该电磁阀9设置在该热气喷管8上，用于控制压缩机的高温与高压气态制冷工质经过热气喷管8进入存油弯2，实现对存油弯2中阻塞润滑油的加热和加压。

该电气控制单元与该第一压力变送器6、第二压力变送器7和电磁阀9相连，用于接收该第一压力变送器6和第二压力变送器7采集的压力监测值，并通过分析控制该电磁阀9的启闭。

上述制冷系统的副回油机构是对现有制冷系统回流装置的补充，用于解决现有制冷系统在极限低温运行时存在的润滑油阻塞导致的回流问题，该副回油机构的具体回油方法为：

该电气控制单元实时接收由该第一压力变送器6和第二压力变送器7采集并发送的压力监测值，并对该压力监测值进行分析。分析如下：

若该第一压力变送器6的压力监测值小于第一预设值，如0.1bar，同时，该第二压力变送器7的压力监测值与该第一压力变送器6的压力监测值的差值大于第二预设值，如0.1bar，表明该存油弯2和上升立管3出现阻塞状况，此时该电气控制单元控制该电磁阀9开启，则该压缩机的高温与高压气态制冷工质经过该热气喷管8进入该存油弯2和上升立管3，实现对存油弯2中阻塞润滑油的加热和加压，使润滑油粘度降低并获得越过上升立管3的动力而回到压缩机，达到及时恢复该制冷系统回油循环的目的。

若该第一压力变送器6的压力监测值大于第三预设值，如0.25bar，表明该存油弯2和上升立管3回流正常或未出现阻塞状况，此时该电气控制单元控制该电磁阀9关闭。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种制冷系统的回油装置，所述回油装置包括依次连接的蒸发器、存油弯、上升立管、水平横管和气液分离器，所述蒸发器的入口用于与所述制冷系统的节流装置排出口相连，所述气液分离器的排气口用于与所述制冷系统的压缩机低压吸气口相连，其特征在于，所述回油装置还包括副回油机构，所述副回油机构包括第一压力变送器、第二压力变送器、热气喷管、电磁阀和电气控制单元；

所述第一压力变送器设置在所述气液分离器与压缩机连接的管路上，所述第二压力变送器设置在所述蒸发器与存油弯连接的管路上，所述热气喷管的一端与所述压缩机的高压排气口相连，所述热气喷管的另一端与所述存油弯靠近所述上升立管侧相连，所述电磁阀设置在所述热气喷管上；其中，所述存油弯采用U型结构，与所述存油弯连接的所述热气喷管的端口从所述存油弯底部插入，且所述热气喷管端口高于U形结构最低点所在横截面的最高点，且与所述存油弯连接的所述热气喷管的端口朝向与所述存油弯中制冷工质的流向相同；

所述电气控制单元与所述第一压力变送器、第二压力变送器和电磁阀相连，用于根据所述第一压力变送器和第二压力变送器的监测值控制所述电磁阀的启闭；

所述副回油机构的回油方法为：所述电气控制单元实时接收由所述第一压力变送器和第二压力变送器采集并发送的压力监测值，对所述压力监测值进行分析，

若所述第一压力变送器的压力监测值小于第一预设值，同时，所述第二压力变送器的压力监测值与所述第一压力变送器的压力监测值的差值大于第二预设值，表明所述存油弯和上升立管出现阻塞状况，此时所述电气控制单元控制所述电磁阀开启，则所述压缩机的高温与高压气态制冷工质经过所述热气喷管进入所述存油弯和上升立管，实现所述制冷系统的回油循环；若所述第一压力变送器的压力监测值大于第三预设值，表明所述存油弯和上升立管回流正常，此时所述电气控制单元控制所述电磁阀关闭。

2.根据权利要求1所述的制冷系统的回油装置，其特征在于，所述蒸发器采用管壳式、钎焊板式或螺旋板式结构。

3.一种如权利要求1或2所述的制冷系统的回油装置的回油方法，其特征在于，所述副回油机构的回油方法为：所述电气控制单元实时接收由所述第一压力变送器和第二压力变送器采集并发送的压力监测值，对所述压力监测值进行分析，

若所述第一压力变送器的压力监测值小于第一预设值，同时，所述第二压力变送器的压力监测值与所述第一压力变送器的压力监测值的差值大于第二预设值，表明所述存油弯和上升立管出现阻塞状况，此时所述电气控制单元控制所述电磁阀开启，则所述压缩机的高温与高压气态制冷工质经过所述热气喷管进入所述存油弯和上升立管，实现所述制冷系统的回油循环；若所述第一压力变送器的压力监测值大于第三预设值，表明所述存油弯和上升立管回流正常，此时所述电气控制单元控制所述电磁阀关闭。

4.根据权利要求3所述的制冷系统的回油装置的回油方法，其特征在于，所述第一预设值为0.1bar，所述第二预设值为0.1bar，所述第三预设值为0.25bar。

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