CN108955099A - 一种冻干装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种冻干装置，包括干燥箱、冷凝器和抽真空装置，所述干燥箱连接于冷凝器，所述冷凝器连接于抽真空装置，所述干燥箱包括板层，所述板层中设置有连接供油装置的导热流道，所述供油装置包括循环泵和油箱，所述循环泵能够将油箱中的导热油泵入板层中的导热流道，所述冷凝器连接于供油装置，所述循环泵能够将油箱中的导热油泵入冷凝器。循环泵能够将外部低温导热油、高温导热油在不同的工艺时间段泵入干燥箱、冷凝器进行制冷、供热。此外，本发明还提供一种冻干方法。本发明的抽真空装置参与时间短，大大节约了抽真空装置消耗的电能，实现了正真意义上的闭式冻干，防止气体直接排入大气引起环境污染。

Description

一种冻干装置及方法

技术领域

本发明属于制冷工程技术领域，具体为一种冻干装置及方法。

背景技术

目前的冻干制冷方式采用氟利昂作为制冷剂，氟利昂会引起大气臭氧层的空洞，不环保。同时压缩机压缩时耗电量大，制冷过程中对冷却水需求量大，消耗大量的水资源。真空技术都采用的是开式冻干技术，即预冻结束，真空泵介入后一直到冻干结束，真空泵一直在抽真空，导致冻干时间延长、真空泵能耗高、污染环境。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种冻干装置及方法，抽真空装置工作一段时间后即停止工作，实现闭式冻干，节约用水、用电，减少排放、利于环保。

为解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案具体如下。

一种冻干装置，包括干燥箱、冷凝器和抽真空装置，所述干燥箱连接于冷凝器，所述冷凝器连接于抽真空装置，所述干燥箱包括板层，所述板层中设置有连接供导热油装置的导热流道，所述供导热油装置包括循环泵和外部导热油主管，所述循环泵能够将油箱中的导热油泵入板层中的导热流道，所述冷凝器连接于供油装置，所述循环泵能够将油箱中的导热油泵入冷凝器。

进一步地，所述干燥箱的进油管和出油管上分别设置有第一阀门和第二阀门，所述冷凝器的进油管和出油管上分别设置有第三阀门和第四阀门。

进一步地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为换向阀。

进一步地，所述抽真空装置包括真空泵和设置在真空泵和冷凝器之间的真空阀。

进一步地，所述干燥箱的出油管和冷凝器的出油管交汇后的总管道上设置有调节阀。

进一步地，所述干燥箱和冷凝器通过隔离阀相连接。

另外，本发明还提供一种冻干方法，包括以下步骤：

S1、制品冻实：将制品装入干燥箱，采用低温导热油对干燥箱和冷凝器供冷，使得制品温度降到共晶点以下并冻实形成冰层；

S2、建立真空：当冷凝器温度降至设定温度以后，对冷凝器进行抽真空，冷凝器中的真空度达到设定值以后，停止抽真空；

S3、升华阶段：当真空建立后，采用高温导热油对对干燥箱供热，使得制品中的冰层不断升华；

S4、解吸阶段：当升华结束后，采用高温导热油对干燥箱供热，直至制品被完全干燥；

S5、制品出箱：破除干燥箱中的真空，取出冻干后的制品。

进一步地，所述干燥箱的进油管和出油管上分别设置有第一阀门和第二阀门，所述冷凝器的进油管和出油管上分别设置有第三阀门和第四阀门；当第一阀门和第二阀门开启时，第三阀门和第四阀门关闭，所述循环泵将低温导热油泵入干燥箱板层中的导热流道，对板层之间的制品进行预冻；当第一阀门和第二阀门关闭时，第三阀门和第四阀门开启，循环泵将低温导热油泵入冷凝器中，对冷凝器进行制冷。

进一步地，所述低温导热油采用液氮制冷。

进一步地，所述抽真空装置包括真空泵和设置在真空泵和冷凝器之间的真空阀。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：

在密封管路中，所述冷凝器连接于抽真空装置，抽真空装置完成抽真空后即停止工作，在后续封闭管路中的冻干过程中抽真空装置不再参与工作，因此抽真空装置参与时间短，大大节约了抽真空装置消耗的电能，实现了正真意义上的闭式冻干，防止气体直接排入大气引起环境污染。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中单侧进油的冻干装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中两侧进油的冻干装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图2所示，一种冻干装置，包括干燥箱100、冷凝器200和抽真空装置500，所述干燥箱100连接于冷凝器200，所述冷凝器200连接于抽真空装置500，所述干燥箱100包括板层，所述板层中设置有连接供油装置的导热流道，所述供油装置包括循环泵300和油箱，所述循环泵300能够将油箱中的导热油泵入板层中的导热流道，所述冷凝器200连接于供油装置，所述循环泵300能够将油箱中的导热油泵入冷凝器200。循环泵300能够将外部低温导热油、高温导热油在不同的工艺时间段泵入干燥箱100、冷凝器200进行制冷、供热。在密封管路中，所述冷凝器200连接于抽真空装置500，抽真空装置500完成抽真空后即停止工作，在后续封闭管路中的冻干过程中抽真空装置500不再参与工作，因此抽真空装置500参与时间短，大大节约了抽真空装置500消耗的电能，实现了正真意义上的闭式冻干，防止气体直接排入大气引起环境污染。

其中，导热流道可以为金属导热管。

除阀门外，冻干装置中各部件可以通过管道连接，图中管道未进行标注。

需要说明的是，循环泵300能够将油箱中的导热油泵入板层中的导热流道进行制冷和供热，制冷和供热并非同时进行，一般是通过管路中的低温导热油先行制冷对制品进行冻实，再通过管路中的高温导热油供热使得制品升华冻干。制冷和供热可以采用图1所示的一套供油装置，先后对制品进行制冷和供热。也可以采用图2所示的两套供油装置，一套用于制冷，一套用于供热，采用两套供油装置的好处为：当其中一套对制品进行供热时，另一套可以同时工作对冷凝器200进行制冷，有利于提高冻干速度。

此外，本发明可以多个冻干装置共用一套供油装置和抽真空装置500。

进一步地，为了提高冻干效果，干燥箱100连接于冷凝器200，因此可以打开干燥箱100和冷凝器200之间的连接装置(阀门)，进而对干燥箱100抽真空。

进一步地，所述干燥箱100的进油管和出油管上分别设置有第一阀门410和第二阀门420，所述冷凝器200的进油管和出油管上分别设置有第三阀门430和第四阀门440。

进一步地，所述第一阀门410、第二阀门420、第三阀门430和第四阀门440均为换向阀。

进一步地，所述抽真空装置500包括真空泵和设置在真空泵和冷凝器200之间的真空阀600。真空泵相对于压缩机，功率更小，节约能源。

进一步地，所述干燥箱100的出油管和冷凝器200的出油管交汇后的总管道上设置有调节阀800，调节阀800可以根据制品对冷量的需求调节开度。

进一步地，所述干燥箱100和冷凝器200通过隔离阀相连接。

进一步地，抽真空时干燥箱100和冷凝器200连通。

进一步地，干燥箱100和冷凝器200的壳层连通。

为了更好地理解冻干装置的原理，下面对冻干装置的工作过程进一步进行阐述：

将第一阀门410、第二阀门420开启，同时将第三阀门430、第四阀门440关闭，经过液氮制冷的低温导热油通过循环泵300进入干燥箱100的板层，对制品进行预冻冻实。然后，将第一阀门410、第二阀门420关闭，同时将第三阀门430、第四阀门440开启，对冷凝器200进行制冷到一定温度后，开启抽真空装置500、真空阀600开始抽真空至一定真空度(真空度优选为100Pa以下，特别优选为20Pa以下)。最后，将真空装置500、真空阀600关闭，板层开式缓慢升温，进行闭式冻干，并维持此冻干过程中一直保持此状态，直至冻干结束。

另外，本发明还提供一种冻干方法，包括以下步骤：

S1、制品冻实：将制品装入干燥箱100，采用低温导热油对干燥箱100和冷凝器200供冷，使得制品温度降到共晶点以下并冻实形成冰层。

本方法也可以先对干燥箱100进行供冷，再对冷凝器200供冷，直到制品温度降到共晶点以下，并切所有制品都以全部冻实。现有冻干方法都是先对干燥箱100制冷，直至制品冻实后，再对冷凝器200制冷，工艺时间长；本方法可以采用同时制冷，制冷时间短。同时现有方法都是一对一的制冷、制热方法，本方法是集中提供冷热，同时对多台冻干设备进行供冷、供热。

S2、建立真空：当冷凝器200温度降至设定温度以后，对冷凝器200进行抽真空，冷凝器200中的真空度达到设定值以后，停止抽真空。

现有方法是整个工艺过程真空泵一直工作，需要运行几十个小时，本方法只需运行1个小时，工作时间短，节约时间。

S3、升华阶段：当真空建立后，采用高温导热油对对干燥箱100供热，使得制品中的冰层不断升华。

此时高温导热油，开始对干燥箱100供热，提供维持制品持续升华所需的热量，温度控制要缓慢均匀，防止过热导致制品溶解，直至升华结束，整个过程制品温度较低。与此同时，冷导热油对冷凝器200进行供冷，提供将干燥箱100升华产生的水蒸气进行凝华所需的冷量，并维持住真空度，防止制品溶解。

S4、解吸阶段：当升华结束后，采用高温导热油对干燥箱100供热，直至制品被完全干燥。

当升华结束后，制品的中冰层消失，此时制品温度会进行大幅都提升，会越过零度以上，但制品水分仍然超标，需要进一步升温使得水分蒸发，直至制品被完全干燥。

S5、制品出箱：破除干燥箱100中的真空，取出冻干后的制品。

所述步骤S5之后还设置有融冰阶段：冻干结束后，采用高温导热油对冷凝器200进行供热，将冷凝器200内的冰融化成水，然后排放。现有技术是采用大量的高温水进行融冰，浪费大量的水，同时溶解完后需要将冷凝器抽干，时间长，浪费能源。

如图2所示，当干燥箱100的两侧分别设置供油装置时，其中一个供油装置包括高温导热油循环管路，能够提供高温导热油；另一个供油装置包括低温导热油循环管路，能够提供低温导热油。而如图1所示，通过调节阀门配合外界供冷和供热设备，可以实现单侧同时供冷和供热。

在密封管路中，所述冷凝器200连接于抽真空装置500，抽真空装置500完成抽真空后即停止工作，在后续封闭管路中的冻干过程中抽真空装置500不再参与工作，因此抽真空装置500参与时间短，大大节约了抽真空装置500消耗的电能，实现了正真意义上的闭式冻干，防止气体直接排入大气引起环境污染。

进一步地，所述干燥箱100的进油管和出油管上分别设置有第一阀门410和第二阀门420，所述冷凝器200的进油管和出油管上分别设置有第三阀门430和第四阀门440；当第一阀门410和第二阀门420开启时，第三阀门430和第四阀门440关闭，所述循环泵300将低温导热油泵入干燥箱100板层中的导热流道，对板层之间的制品进行预冻；当第一阀门410和第二阀门420关闭时，第三阀门430和第四阀门440开启，循环泵300将低温导热油泵入冷凝器200中，对冷凝器200进行制冷。

进一步地，所述低温导热油采用液氮制冷。采用对环境友好的液氮制冷技术，淘汰对臭氧层不利的氟利昂的压缩制冷技术，保护环境。液氮制冷能力强，制冷温度低，大大缩短冻干时间，提高冻干效率。液氮制冷只是一种环保的制冷方式，该技术也可以和其它压缩制冷配套使用。

进一步地，所述抽真空装置500包括真空泵和设置在真空泵和冷凝器200之间的真空阀600。

进一步地，抽真空时干燥箱100和冷凝器200连通。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种冻干装置，其特征在于：包括干燥箱(100)、冷凝器(200)和抽真空装置(500)，所述干燥箱(100)连接于冷凝器(200)，所述冷凝器(200)连接于抽真空装置(500)，所述干燥箱(100)包括板层，所述板层中设置有连接供油装置的导热流道，所述供油装置包括循环泵(300)和油箱，所述循环泵(300)能够将油箱中的导热油泵入板层中的导热流道，所述冷凝器(200)连接于供油装置，所述循环泵(300)能够将油箱中的导热油泵入冷凝器(200)。

2.根据权利要求1所述的冻干装置，其特征在于：所述干燥箱(100)的进油管和出油管上分别设置有第一阀门(410)和第一阀门(420)，所述冷凝器(200)的进油管和出油管上分别设置有第三阀门(430)和第四阀门(440)。

3.根据权利要求2所述的冻干装置，其特征在于：所述第一阀门(410)、第一阀门(420)、第三阀门(430)和第四阀门(440)均为换向阀。

4.根据权利要求1所述的冻干装置，其特征在于：所述抽真空装置(500)包括真空泵和设置在真空泵和冷凝器(200)之间的真空阀(600)。

5.根据权利要求2所述的冻干装置，其特征在于：所述干燥箱(100)的出油管和冷凝器(200)的出油管交汇后的总管道上设置有调节阀(800)。

6.根据权利要求1所述的冻干装置，其特征在于：所述干燥箱(100)和冷凝器(200)通过隔离阀相连接。

7.一种冻干方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制品冻实：将制品装入干燥箱(100)，采用低温导热油对干燥箱(100)和冷凝器(200)供冷，使得制品温度降到共晶点以下并冻实形成冰层；

S2、建立真空：当冷凝器(200)温度降至设定温度以后，对冷凝器(200)进行抽真空，冷凝器(200)中的真空度达到设定值以后，停止抽真空；

S3、升华阶段：当真空建立后，采用高温导热油对对干燥箱(100)供热，使得制品中的冰层不断升华；

S4、解吸阶段：当升华结束后，采用高温导热油对干燥箱(100)供热，直至制品被完全干燥；

S5、制品出箱：破除干燥箱(100)中的真空，取出冻干后的制品。

8.根据权利要求7所述的冻干方法，其特征在于：所述干燥箱(100)的进油管和出油管上分别设置有第一阀门(410)和第一阀门(420)，所述冷凝器(200)的进油管和出油管上分别设置有第三阀门(430)和第四阀门(440)；当第一阀门(410)和第一阀门(420)开启时，第三阀门(430)和第四阀门(440)关闭，所述循环泵(300)将低温导热油泵入干燥箱(100)板层中的导热流道，对板层之间的制品进行预冻；当第一阀门(410)和第一阀门(420)关闭时，第三阀门(430)和第四阀门(440)开启，循环泵(300)将低温导热油泵入冷凝器(200)中，对冷凝器(200)进行制冷。

9.根据权利要求7所述的冻干方法，其特征在于：所述低温导热油采用液氮制冷。

10.根据权利要求7所述的冻干方法，其特征在于：所述抽真空装置(500)包括真空泵和设置在真空泵和冷凝器(200)之间的真空阀(600)。