CN108007075B - 真空冷冻干燥机系统及该系统的冲霜融冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空冷冻干燥机系统及该系统的冲霜融冰方法，旨在解决冷干机冻干效果不佳，能耗大，冷阱室除霜效果不佳的不足。该发明包括速冻库、干燥仓、冷阱室、加热组件、制冷组件、抽真空组件、控制组件，干燥仓和冷阱室连通，速冻库内设有制冷管，干燥仓内设有若干层加热板，冷阱室内设有冷阱盘管，制冷管和冷阱盘管均通过管道连通到制冷组件，加热板通过管道连通到加热组件，冷阱室通过管道连通到抽真空组件，冷阱室内冷阱盘管上方安装有喷液管，喷液管上安装有若干喷头，喷头朝向冷阱盘管设置，冷阱室下端连接排液管，冷阱室外喷液管上方连通储液罐。

Description

真空冷冻干燥机系统及该系统的冲霜融冰方法

技术领域

本发明涉及一种真空冷冻干燥机，更具体地说，它涉及一种真空冷冻干燥机系统及该系统的冲霜融冰方法。

背景技术

真空冷冻干燥简称冻干，是将湿物料或溶液在较低的温度（－10℃～－50℃）下冻结成固态，然后在真空（1.3～13帕）下使其中的水分不经液态直接升华成气态，最终使物料脱水的干燥技术。冻干食品生产最主要的设备为食品用真空冷冻干燥机组，主要包括干燥箱体、加热组件、真空组件、制冷组件、控制组件。由于冻干是在低温下干燥的，不会使蛋白质产生变性，物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分和芳香成分损失很小，但可使微生物等失去生物活力，干燥后能除去物质中95％～99.5％的水分，制品的保存期长，干燥后体积、形状基本不变，物质呈海绵状，无干缩，复水时与水的接触面大，能迅速还成原来的形状。对于那些热稳定性能差的生物活性制品、生物化学类制品、基因工程类制品和血液制品等的干燥保存特别适用。但是目前使用的很多冷干机冻干效果不佳，能耗大，冷阱室除霜效果不佳。

中国专利公告号CN204522704U，公开了一种板式冷干机，包括依次通过管道连接的硬焊型板式热交换器、干燥过滤器、冷凝器、压缩机、热气旁路阀和节流元件，硬焊型板式热交换器上设置有空气进口和空气出口，干燥过滤器位于硬焊型板式热交换器和冷凝器之间，冷凝器包括电机和冷凝网，电机上设置有扇叶，冷凝网位于电机右侧，冷凝网设置有一层以上，压缩机的底部设置有支脚，热气旁路阀与节流元件并联。该板式冷干机具有体积小、节能、能够充分利用冷媒热量，提高干燥空气质量的优点，但是冷干机冻干效果不佳，能耗大，冷阱室除霜效果不佳。

发明内容

本发明克服了冷干机冻干效果不佳，能耗大，冷阱室除霜效果不佳的不足，提供了一种真空冷冻干燥机系统及该系统的冲霜融冰方法，冷干机系统冻干效果好，能耗低，冷阱室除霜效果好。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种真空冷冻干燥机系统，包括速冻库、干燥仓、冷阱室、加热组件、制冷组件、抽真空组件、控制组件，干燥仓和冷阱室连通，速冻库内设有制冷管，干燥仓内设有若干层加热板，冷阱室内设有冷阱盘管，制冷管和冷阱盘管均通过管道连通到制冷组件，加热板通过管道连通到加热组件，冷阱室通过管道连通到抽真空组件，冷阱室内冷阱盘管上方安装有喷液管，喷液管上安装有若干喷头，喷头朝向冷阱盘管设置，冷阱室下端连接排液管，冷阱室外喷液管上方连通储液罐。

真空冷冻干燥机系统工作时，先对速冻库进行预冷，然后将物料放置到速冻库进行冻结。之后通过冷阱盘管对冷阱室进行预冷，干燥仓内的加热板冷却，再将冻结完成的物料装入干燥仓的加热板上，然后关闭干燥仓和冷阱室，启动抽真空组件，对干燥仓和冷阱室进行抽真空，同时加热组件对加热板进行加热，从而对干燥仓内的物料进行真空冷冻干燥。物料冻干完成后，关闭制冷组件、加热组件、抽真空组件，打开干燥仓，将物料取出。最后对冷阱室内的冷阱盘管进行冲霜操作，储液罐向喷液管输送热水，热水通过喷头喷向冷阱盘管，对冷阱盘管外壁进行冲霜，冷阱室内的水流通过排液管排向水池。这种冷干机系统冻干效果好，能耗低，冷阱室除霜效果好。

作为优选，干燥仓和冷阱室之间设有隔板，隔板上设有若干安装通孔，安装通孔上安装电磁阀，排液管上安装竖向设置的自动排液阀，自动排液阀包括阀体、阀瓣，阀体内设有进液腔和排液腔，阀体内壁上进液腔和排液腔之间设有凸出的密封环，密封环内壁上设有由上往下朝外倾斜设置的抵接面，阀瓣靠近上端外壁上设有由上往下朝外倾斜设置且与抵接面适配的密封面，排液腔内安装支撑弹簧，支撑弹簧抵接在阀瓣下端，密封面和抵接面之间设有过流间隙。

干燥仓对物料进行冻干操作时，电磁阀开启，干燥仓和冷阱室连通，干燥仓和冷阱室均处于负压状态下，从而使阀瓣被向上吸附，密封面和抵接面紧密抵接在一起，使自动排液阀处于关闭状态。物料在干燥仓内冷干完成后，关闭电磁阀，冷阱室和干燥仓分离，此时冷阱室处于封闭的负压状态，阀瓣上的密封面抵接在密封环的抵接面上；通过储液罐向喷液管输送热水，冷阱室内压力小于外部压力，热水不需要其它动力而被抽到冷阱室内，有利于降低能耗，热水通过喷头喷向冷阱盘管，对冷阱盘管进行冲霜，此时在冷阱室内负压作用下阀瓣被向上吸附关闭；随着冷阱室内压力不断增加，阀瓣受到向下的作用力大于向上的作用力时，阀瓣向下开启，冷阱室内液体通过自动排液阀向下排放，如若此时冷阱盘管冲霜已经完成，切断喷液管，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作；如若此时冷阱盘管冲霜还没完成，在高度差作用下热水从储液罐流入喷液管并从喷头喷向冷阱盘管继续冲霜，直到冲霜完成，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作。这种结构设置以冷阱室内的负压作为动力，抽取热水进行冲霜，大大降低了能耗，提高了冲霜效果。

作为优选，排液腔内设有安装套，安装套外壁和排液腔内壁之间设有间隙，安装套侧壁上均布设有若干通液槽，安装套下端连接定位盖套，阀瓣安装在安装套中，支撑弹簧连接在阀瓣和定位盖套之间。阀瓣活动安装在安装套中，平稳可靠，定位盖套的设置便于支撑弹簧的安装定位。

作为优选，密封环上均布设有若干竖向设置的辅助孔，辅助孔下端连接可向下拉出的拉塞，阀瓣外壁上和辅助孔一一对应设有若干根拉杆，拉杆和拉塞之间连接拉绳，拉绳的长度大于拉杆和拉塞之间的距离。当冷阱室内水流较大时，阀瓣开度大，阀瓣向下移动量增大，安装在阀瓣上的拉杆通过拉绳将拉塞向下拉出辅助孔，从而开启辅助孔，加快冷阱室内水流的排出。

作为优选，密封环内壁上抵接面上方设有导流面，导流面从上往下朝内倾斜设置。导流面对水流起到了很好的导向作用，有利于水流的排出。

作为优选，阀瓣上端设有和密封环适配的定位柱，定位柱外壁上均布设有若干个过流槽，过流槽上端延伸到定位柱上端面，过流槽下端延伸到阀瓣的密封面。定位柱对阀瓣起到了很好的定位作用，有利于阀瓣的平稳移动。

作为优选，加热组件包括加热罐、膨胀罐、冷却罐、三通调节阀、热水循环泵，加热罐内设有热换热管，冷却罐内设有冷换热管，加热板出口和冷换热管进口之间管道连接，冷换热管出口和热换热管进口之间管道连接，换热管出口和膨胀罐之间管道连接，加热罐上端通过管道连接蒸汽发生器，加热罐下端连接排水管，冷却罐下端连接冷却水进管，冷却罐上端连接冷却水出管，蒸汽发生器和加热罐之间的管道上安装蒸汽调节阀，三通调节阀的两个进口分别通过管道连接到热换热管与膨胀罐之间的管道上和热换热管与冷换热管之间的管道上，三通调节阀出口端连接热水循环泵，热水循环泵通过管道连接加热管的进口；与加热管进口连接的管道上安装有进水温度检测器，与加热管出口连接的管道上安装有出水温度检测器。

加热组件工作时热水循环泵启动，带动循环水在管道内循环输送换热。蒸汽发生器向加热罐内输送高温蒸汽，对热换热管内的水进行加热；冷却水从冷却水进管流入冷却罐对冷换热管内的水进行冷却。膨胀罐保证热水供水系统的供水水温，补偿管道内的热量损失。根据进水温度检测器检测到的水温值来调节蒸汽调节阀、三通调节阀。当检测到的温度低于所需的温度值时，增加蒸汽调节阀的开度，提高热换热管的换热效果，调整三通调节阀两个进口的开度，使与热换热管出口连接的三通调节阀的进口开度大于与冷换热管出口连接的三通调节阀的进口开度。同理，当检测到的温度高于所需的温度值时，减小蒸汽调节阀的开度，降低热换热管的换热效果，调整三通调节阀两个进口的开度，使与热换热管出口连接的三通调节阀的进口开度小于与冷换热管出口连接的三通调节阀的进口开度。通过调整校正使加热管的进水温度达到需要的温度值，使加热管对干燥仓内的加热板的加热温度控制精准。通过进水温度检测器和出水温度检测器检测到的温差值可以方便地了解加热板需要给物料提供的热量值，便于更好地掌控物料的真空冷干。热水在加热管内对加热板进行换热后从加热管出口输出，并通过管道输送到冷换热管内，循环使用。这种加热组件对加热板的加热温度控制精准，保证了物料的冻干效果。

作为优选，抽真空组件包括并联安装的第一真空机组和第二真空机组，第一真空机组包括真空旋片泵，第二真空机组包括真空罗茨泵和真空旋片泵，安装第一真空机组和第二真空机组的管道上均安装有高真空电磁充气阀和真空压力变送器。第一真空机组作为预抽泵，在起始阶段对干燥仓进行抽真空，第二真空机组作为工作泵，正常工作过程中进行抽真空，真空罗茨泵对水汽较为敏感，抽气速度快，压力低。

一种真空冷冻干燥机系统的冲霜融冰方法，第一步，物料在干燥仓内冷干完成后，关闭电磁阀，冷阱室和干燥仓分离，此时冷阱室处于封闭的负压状态，阀瓣上的密封面抵接在密封环的抵接面上；第二步，向喷液管输送热水，冷阱室内压力小于外部压力，热水不需要其它动力而被抽到冷阱室内，通过喷头喷向冷阱盘管，对冷阱盘管进行冲霜，此时在冷阱室内负压作用下阀瓣被向上吸附关闭；第三步，随着冷阱室内压力不断增加，阀瓣受到向下的作用力大于向上的作用力时，阀瓣向下开启，冷阱室内液体通过自动排液阀向下排放，如若此时冷阱盘管冲霜已经完成，切断喷液管，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作；如若此时冷阱盘管冲霜还没完成，在高度差作用下热水从储液罐流入喷液管并从喷头喷向冷阱盘管继续冲霜，直到冲霜完成，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作。热水通过冷阱室内的负压作为动力被抽到冷阱室内，而不需其它的动力，有利于降低能耗，而且除霜效果好。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：冷干机系统冻干效果好，能耗低，冷阱室除霜效果好。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的自动排液阀的剖视图；

图中：1、速冻库，2、干燥仓，3、冷阱室，4、加热组件，5、制冷组件，6、抽真空组件，7、控制组件，8、制冷管，9、加热板，10、冷阱盘管，11、喷液管，12、喷头，13、排液管，14、储液罐，15、隔板，16、电磁阀，17、自动排液阀，18、阀体，19、阀瓣，20、进液腔，21、排液腔，22、密封环，23、抵接面，24、密封面，25、支撑弹簧，26、安装套，27、通液槽，28、定位盖套，29、辅助孔，30、拉塞，31、拉杆，32、拉绳，33、导流面，34、定位柱，35、过流槽，36、加热罐，37、膨胀罐，38、冷却罐，39、三通调节阀，40、热水循环泵，41、热换热管，42、冷换热管，43、蒸汽调节阀，44、真空压力变送器，45、进水温度检测器，46、出水温度检测器，47、真空旋片泵，48、真空罗茨泵，49、高真空电磁充气阀。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：一种真空冷冻干燥机系统（参见附图1、附图2），包括速冻库1、干燥仓2、冷阱室3、加热组件4、制冷组件5、抽真空组件6、控制组件7，干燥仓和冷阱室连通，速冻库内设有制冷管8，干燥仓内设有若干层加热板9，冷阱室内设有冷阱盘管10，制冷管和冷阱盘管均通过管道连通到制冷组件，加热板通过管道连通到加热组件，冷阱室通过管道连通到抽真空组件，冷阱室内冷阱盘管上方安装有喷液管11，喷液管上安装有若干喷头12，喷头朝向冷阱盘管设置，冷阱室下端连接排液管13，冷阱室外喷液管上方连通储液罐14。干燥仓和冷阱室之间设有隔板15，隔板上设有若干安装通孔，安装通孔上安装电磁阀16，排液管上安装竖向设置的自动排液阀17，自动排液阀包括阀体18、阀瓣19，阀体内设有进液腔20和排液腔21，阀体内壁上进液腔和排液腔之间设有凸出的密封环22，密封环内壁上设有由上往下朝外倾斜设置的抵接面23，阀瓣靠近上端外壁上设有由上往下朝外倾斜设置且与抵接面适配的密封面24，排液腔内安装支撑弹簧25，支撑弹簧抵接在阀瓣下端，密封面和抵接面之间设有过流间隙。排液腔内设有安装套26，安装套外壁和排液腔内壁之间设有间隙，安装套侧壁上均布设有若干通液槽27，安装套下端连接定位盖套28，阀瓣安装在安装套中，支撑弹簧连接在阀瓣和定位盖套之间。密封环上均布设有若干竖向设置的辅助孔29，辅助孔下端连接可向下拉出的拉塞30，阀瓣外壁上和辅助孔一一对应设有若干根拉杆31，拉杆和拉塞之间连接拉绳32，拉绳的长度大于拉杆和拉塞之间的距离。密封环内壁上抵接面上方设有导流面33，导流面从上往下朝内倾斜设置。阀瓣上端设有和密封环适配的定位柱34，定位柱外壁上均布设有若干个过流槽35，过流槽上端延伸到定位柱上端面，过流槽下端延伸到阀瓣的密封面。

加热组件包括加热罐36、膨胀罐37、冷却罐38、三通调节阀39、热水循环泵40，加热罐内设有热换热管41，冷却罐内设有冷换热管42，加热板出口和冷换热管进口之间管道连接，冷换热管出口和热换热管进口之间管道连接，换热管出口和膨胀罐之间管道连接，加热罐上端通过管道连接蒸汽发生器，加热罐下端连接排水管，冷却罐下端连接冷却水进管，冷却罐上端连接冷却水出管，蒸汽发生器和加热罐之间的管道上安装蒸汽调节阀43，三通调节阀的两个进口分别通过管道连接到热换热管与膨胀罐之间的管道上和热换热管与冷换热管之间的管道上，三通调节阀出口端连接热水循环泵，热水循环泵通过管道连接加热管的进口；与加热管进口连接的管道上安装有进水温度检测器45，与加热管出口连接的管道上安装有出水温度检测器46。

抽真空组件包括并联安装的第一真空机组和第二真空机组，第一真空机组包括真空旋片泵47，第二真空机组包括真空罗茨泵48和真空旋片泵，安装第一真空机组和第二真空机组的管道上均安装有高真空电磁充气阀49和真空压力变送器44。

真空冷冻干燥机系统工作时，先对速冻库进行预冷，然后将物料放置到速冻库进行冻结。之后通过冷阱盘管对冷阱室进行预冷，干燥仓内的加热板冷却，再将冻结完成的物料装入干燥仓的加热板上，然后关闭干燥仓和冷阱室，启动抽真空组件，对干燥仓和冷阱室进行抽真空，同时加热组件对加热板进行加热，从而对干燥仓内的物料进行真空冷冻干燥。物料冻干完成后，关闭制冷组件、加热组件、抽真空组件，打开干燥仓，将物料取出。最后对冷阱室内的冷阱盘管进行冲霜操作，通过储液罐向喷液管输送热水，冷阱室内压力小于外部压力，热水不需要其它动力而被抽到冷阱室内，有利于降低能耗，热水通过喷头喷向冷阱盘管，对冷阱盘管进行冲霜，此时在冷阱室内负压作用下阀瓣被向上吸附关闭；随着冷阱室内压力不断增加，阀瓣受到向下的作用力大于向上的作用力时，阀瓣向下开启，冷阱室内液体通过自动排液阀向下排放，如若此时冷阱盘管冲霜已经完成，切断喷液管，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作；如若此时冷阱盘管冲霜还没完成，在高度差作用下热水从储液罐流入喷液管并从喷头喷向冷阱盘管继续冲霜，直到冲霜完成，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作。

一种真空冷冻干燥机系统的冲霜融冰方法，第一步，物料在干燥仓内冷干完成后，关闭电磁阀，冷阱室和干燥仓分离，此时冷阱室处于封闭的负压状态，阀瓣上的密封面抵接在密封环的抵接面上；第二步，向喷液管输送热水，冷阱室内压力小于外部压力，热水不需要其它动力而被抽到冷阱室内，通过喷头喷向冷阱盘管，对冷阱盘管进行冲霜，此时在冷阱室内负压作用下阀瓣被向上吸附关闭；第三步，随着冷阱室内压力不断增加，阀瓣受到向下的作用力大于向上的作用力时，阀瓣向下开启，冷阱室内液体通过自动排液阀向下排放，如若此时冷阱盘管冲霜已经完成，切断喷液管，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作；如若此时冷阱盘管冲霜还没完成，在高度差作用下热水从储液罐流入喷液管并从喷头喷向冷阱盘管继续冲霜，直到冲霜完成，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作。热水通过冷阱室内的负压作为动力被抽到冷阱室内，而不需其它的动力，有利于降低能耗，而且除霜效果好。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种真空冷冻干燥机系统，其特征是，包括速冻库、干燥仓、冷阱室、加热组件、制冷组件、抽真空组件、控制组件，干燥仓和冷阱室连通，速冻库内设有制冷管，干燥仓内设有若干层加热板，冷阱室内设有冷阱盘管，制冷管和冷阱盘管均通过管道连通到制冷组件，加热板通过管道连通到加热组件，冷阱室通过管道连通到抽真空组件，冷阱室内冷阱盘管上方安装有喷液管，喷液管上安装有若干喷头，喷头朝向冷阱盘管设置，冷阱室下端连接排液管，冷阱室外喷液管上方连通储液罐；干燥仓和冷阱室之间设有隔板，隔板上设有若干安装通孔，安装通孔上安装电磁阀，排液管上安装竖向设置的自动排液阀，自动排液阀包括阀体、阀瓣，阀体内设有进液腔和排液腔，阀体内壁上进液腔和排液腔之间设有凸出的密封环，密封环内壁上设有由上往下朝外倾斜设置的抵接面，阀瓣靠近上端外壁上设有由上往下朝外倾斜设置且与抵接面适配的密封面，排液腔内安装支撑弹簧，支撑弹簧抵接在阀瓣下端，密封面和抵接面之间设有过流间隙；密封环上均布设有若干竖向设置的辅助孔，辅助孔下端连接可向下拉出的拉塞，阀瓣外壁上和辅助孔一一对应设有若干根拉杆，拉杆和拉塞之间连接拉绳，拉绳的长度大于拉杆和拉塞之间的距离；密封环内壁上抵接面上方设有导流面，导流面从上往下朝内倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的真空冷冻干燥机系统，其特征是，排液腔内设有安装套，安装套外壁和排液腔内壁之间设有间隙，安装套侧壁上均布设有若干通液槽，安装套下端连接定位盖套，阀瓣安装在安装套中，支撑弹簧连接在阀瓣和定位盖套之间。

3.根据权利要求1所述的真空冷冻干燥机系统，其特征是，阀瓣上端设有和密封环适配的定位柱，定位柱外壁上均布设有若干个过流槽，过流槽上端延伸到定位柱上端面，过流槽下端延伸到阀瓣的密封面。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的真空冷冻干燥机系统，其特征是，加热组件包括加热罐、膨胀罐、冷却罐、三通调节阀、热水循环泵，加热罐内设有热换热管，冷却罐内设有冷换热管，加热板出口和冷换热管进口之间管道连接，冷换热管出口和热换热管进口之间管道连接，换热管出口和膨胀罐之间管道连接，加热罐上端通过管道连接蒸汽发生器，加热罐下端连接排水管，冷却罐下端连接冷却水进管，冷却罐上端连接冷却水出管，蒸汽发生器和加热罐之间的管道上安装蒸汽调节阀，三通调节阀的两个进口分别通过管道连接到热换热管与膨胀罐之间的管道上和热换热管与冷换热管之间的管道上，三通调节阀出口端连接热水循环泵，热水循环泵通过管道连接加热管的进口；与加热管进口连接的管道上安装有进水温度检测器，与加热管出口连接的管道上安装有出水温度检测器。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的真空冷冻干燥机系统，其特征是，抽真空组件包括并联安装的第一真空机组和第二真空机组，第一真空机组包括真空旋片泵，第二真空机组包括真空罗茨泵和真空旋片泵，安装第一真空机组和第二真空机组的管道上均安装有高真空电磁充气阀和真空压力变送器。

6.一种权利要求1所述真空冷冻干燥机系统的冲霜融冰方法，其特征是，第一步，物料在干燥仓内冷干完成后，关闭电磁阀，冷阱室和干燥仓分离，此时冷阱室处于封闭的负压状态，阀瓣上的密封面抵接在密封环的抵接面上；第二步，向喷液管输送热水，冷阱室内压力小于外部压力，热水不需要其它动力而被抽到冷阱室内，通过喷头喷向冷阱盘管，对冷阱盘管进行冲霜，此时在冷阱室内负压作用下阀瓣被向上吸附关闭；第三步，随着冷阱室内压力不断增加，阀瓣受到向下的作用力大于向上的作用力时，阀瓣向下开启，冷阱室内液体通过自动排液阀向下排放，如若此时冷阱盘管冲霜已经完成，切断喷液管，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作；如若此时冷阱盘管冲霜还没完成，在高度差作用下热水从储液罐流入喷液管并从喷头喷向冷阱盘管继续冲霜，直到冲霜完成，打开冷阱室，待冷阱室内液体排放完成即完成了冷阱盘管的冲霜融冰操作。