CN109442878A - 多功能真空冷冻干燥机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能真空冷冻干燥机及其使用方法，它包括真空冷冻干燥罐、加热装置、抽真空装置、制冷机组和控制系统；真空冷冻干燥罐包括和水平置于外罐体内的内罐体，内罐体包括冻干舱体、中间舱体和外舱体，中间舱体套置于冻干舱体的外部，两只之间的空间通过管路与制冷机组连通；外舱体套置在中间舱体的外部，两者之间的空间内设置隔热保温层；真空冷冻干燥罐上设置与冻干舱体内部连通的液氮接口；冻干舱体内放置有物料架，物料架上放置有物料盘，物料盘底部铺设有加热管和制冷管；加热装置与加热管的进出口连接；制冷机组与制冷管的进出口连接；抽真空装置与冻干舱体内连通；控制系统用于控制加热装置、抽真空装置和制冷机组的运行。

Description

多功能真空冷冻干燥机及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种多功能真空冷冻干燥机及其使用方法，属于冷冻机类技术领域。

背景技术

现有建造的用于食品的真空冷冻干燥机，主要由大型干燥主机、配以大型制冷机、冷凝器、真空泵和控制系统等组成，现有市售的冻干机结构复杂，造价高，操控要求高，且不适应于多品种小批量生产，试验和小型生产适应性差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种多功能真空冷冻干燥机及其使用方法，该干燥机将液氮快速制冷和制冷机组持续制冷相结合，能够大大提高产品冻干效果，提高产品质量，降低能耗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：它包括真空冷冻干燥罐、加热装置、抽真空装置、制冷机组和控制系统；

所述真空冷冻干燥罐包括外罐体和内罐体，所述内罐体水平置于所述外罐体内部，位于所述内罐体两端的所述外罐体上分别设置有罐盖；所述内罐体包括冻干舱体、中间舱体和外舱体，所述冻干舱体呈空心圆柱体结构，所述中间舱体套置于所述冻干舱体的外部，所述冻干舱体和中间舱体之间的空间通过管路与所述制冷机组连通，形成所述内罐体的外部制冷蒸发层；所述外舱体套置在所述中间舱体的外部，所述中间舱体和外舱体之间的空间内设置隔热保温层；

所述真空冷冻干燥罐上设置与所述冻干舱体内部连通的液氮接口，所述液氮接口与外部液氮供给装置；

所述冻干舱体内放置有物料架，所述物料架上放置有物料盘，所述物料盘底部铺设有加热管和制冷管；

所述加热装置与所述加热管的进出口连接，形成所述冻干舱体内的加热回路；所述制冷机组与所述制冷管的进出口连接，形成所述冻干舱体内的制冷回路；所述抽真空装置与所述冻干舱体内连通，用于使所述冻干舱体内保持真空条件；

控制系统用于控制所述加热装置、抽真空装置和制冷机组的运行。

所述加热装置包括防冻液储罐，所述防冻液储罐通过管路与所述冻干舱体内的所述加热管的进出口连通，所述管路上设置循环泵。

所述抽真空装置包括真空泵和冷凝捕水器，所述真空泵设置在所述真空冷冻干燥罐的外部，所述真空泵通过所述冷凝捕水器与所述冻干舱体连通，所述制冷机组通过管路与所述冷凝捕水器连接。

所述抽真空装置还包括凉水系统，所述凉水系统包括储水罐，所述储水罐的顶部设置喷淋冷却器，所述真空泵的进出水口通过管路与所述储水罐连通，在所述真空泵和储水罐之间形成凉水循环。

所述冷凝捕水器通过支架支撑设置在地面上，且所述支架的底部安装滑轮；所述储液罐放置于移动架上，所述移动架包括承载盘、立柱和卡环；所述储液罐放置于所述承载盘上，所述承载盘底部安装滑轮，在所述承载盘的顶部且绕所述储液罐圆周方向间隔设置多个所述立柱，所述卡环套置在所述储液罐的外部且固定连接在所述立柱的顶部。

在所述物料架上且沿其高度方向间隔放置多层所述物料盘，在相邻两层所述物料盘之间的所述物料架上铺设呈相互平行盘绕的加热管和制冷管，多层物料盘之间的所述加热管依次串联，多层物料盘之间的所述制冷管依次串联。

所述物料盘呈抽屉式结构，所述物料盘的底部为钢丝网，所述物料盘的侧壁安装把手。

在所述外罐体的顶部设置控制柜，所述控制系统集成设置于所述控制柜内；所述冻干舱体内设置有多个温度传感器，在所述控制柜上安装多点温度自动记录仪，多个所述温度传感器和所述多点温度自动记录仪电连接；所述控制系统包括与多个所述温度传感器和加热装置电连接的控制器。

所述外罐体的四周侧壁及顶壁均呈可拆卸设置；所述真空冷冻干燥罐上设置有真空压力表，所述液氮接口上安装有阀门。

本发明还提供了一种基于上述多功能真空冷冻干燥机的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过液氮接口向冻干舱体内加入少量液氮，冻干舱体内的温度急剧下降，使冻干舱体内的物料快速制冷冻结；

2)然后打开制冷机组，制冷机组分别向内罐体的外部制冷蒸发层、制冷管和冷凝捕水器内供冷，同时打开真空泵，真空泵对冻干舱体内进行抽真空，物料表面上的冰不断升华，并被真空泵抽出进入冷凝捕水器，在冷凝捕水器内遇冷快速冷凝；

3)开启加热装置，防冻液储罐内的防冻液在防冻液储罐和加热管之间循环，使冻干舱体内的物料保持一定温度，制冷机组持续向制冷管内供冷，使冻干舱体内物料进一步冷冻干燥，直至冻干舱体内物料冷冻干燥完全。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明利用少量液氮快速冻结物料，结合制冷机组在真空条件下对物料持续制冷，实现物料在真空条件下快速冷冻干燥，与单一制冷方式冷冻干燥产品相比，获得的产品质量好，且降低能耗。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的正视示意图；

图4是本发明的俯视结构示意图；

图5是本发明物料架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2、图5所示，本发明提供了一种多功能真空冷冻干燥机，它包括真空冷冻干燥罐1、加热装置2、抽真空装置3、制冷机组4和控制系统；

真空冷冻干燥罐1包括外罐体11和内罐体12，内罐体12水平置于外罐体11内部，位于内罐体12两端的外罐体11上分别设置有罐盖13；内罐体12包括冻干舱体121、中间舱体122和外舱体123，冻干舱体121呈空心圆柱体结构，中间舱体122套置于冻干舱体121的外部，冻干舱体121和中间舱体122之间的空间通过管路与制冷机组4连通，形成内罐体12的外部制冷蒸发层；外舱体123套置在中间舱体122的外部，中间舱体122和外舱体123之间的空间内设置隔热保温层；在冻干舱体121内放置物料架6，在物料架6上放置物料盘7，物料盘7底部铺设有加热管8和制冷管9；

真空冷冻干燥罐1上设置与冻干舱体121内部连通的液氮接口(图中未示出)，液氮接口与外部液氮供给装置(图中未示出)连接；

加热装置2与加热管8的进出口连接，形成冻干舱体121内的加热回路；制冷机组4与制冷管9的进出口连接，形成冻干舱体121内的制冷回路；抽真空装置3与冻干舱体121内连通，用于使冻干舱体121内保持真空条件；

控制系统用于控制加热装置2、抽真空装置3和制冷机组4的运行。

进一步地，如图3所示，加热装置2包括防冻液储罐21，防冻液储罐21通过管路与冻干舱体121内的加热管8的进出口连通，管路上设置循环泵(图中未示出)；分阶段开启加热装置2，利用防冻液防止冻干舱体121内的制冷管9冻裂，保证整个干燥机的正常运行。

进一步地，如图1、图3所示，抽真空装置3包括真空泵31和冷凝捕水器32，真空泵31设置在真空冷冻干燥罐1的外部，真空泵31通过冷凝捕水器32与冻干舱体121连通，制冷机组4通过管路与冷凝捕水器32连接，制冷机组4向冷凝捕水器32内供冷，使真空泵31自冻干舱体121内抽出的大部分水气凝结下来，避免影响真空泵的性能；优选地，冷凝捕水器32和冻干舱体121之间的管路上设置有阀门，用于方便控制冷凝捕水器32和冻干舱体121的通断。

进一步地，如图3、图4所示，抽真空装置3还包括凉水系统33，该凉水系统33包括一储水罐331，储水罐331的顶部设置喷淋冷却器(图中未示出)，真空泵31的进出水口通过管路与储水罐331连通，真空泵31和储水罐331之间形成凉水循环，储水罐331内的凉水及时将真空泵31内的热量带走，循环回储水罐331内经喷淋冷却器冷却降温，同时，物料水分随真空泵31循环进入凉水系统33，既减少了冷凝水的冻结量，又使凉水系统33有凉水补充，能够节能20﹪以上。

进一步地，冷凝捕水器32通过支架34支撑设置在地面上，且支架34的底部安装滑轮(图中未示出)，以方便冷凝捕水器32的转移。

进一步地，为方便储水罐33的移动，储液罐33放置于移动架35上，移动架35包括承载盘351、立柱352和卡环353；在承载盘351的底部安装滑轮354，优选地，承载盘351底部周向间隔安装三个滑轮354；储液罐33放置于承载盘351顶部，在承载盘351的顶部且绕储液罐33圆周方向间隔设置三个立柱352，卡环353套置在储液罐33的外部且固定连接在三个立柱352的顶部。

进一步地，物料盘7呈抽屉式结构，物料盘7的底部为钢丝网，物料盘7的侧壁安装把手。

进一步地，在物料架6上且沿其高度方向间隔放置多层物料盘7，在相邻两层物料盘7之间的物料架6上铺设呈相互平行盘绕的加热管8和制冷管9，且多层物料盘7之间的加热管8依次串联，多层物料盘7之间的制冷管9依次串联；因此，冻干舱体121内的加热回路和制冷回路为相互平行设置，加热管8内的冷冻液保证制冷管9各处均不会因温度过低出现冻裂。

进一步地，外罐体11的四周侧壁及顶壁均呈可拆卸设置，这样，方便对真空冷冻干燥罐1内的冻干舱121及其他部件进行检修。

进一步地，液氮接口上安装有阀门，方便控制冻干舱体121和外部液氮供给装置的通断，真空冷冻干燥罐1上设置有真空压力表，能够实时监测冻干舱体121内的真空度。

进一步地，为方便工作人员操作，在外罐体11的顶部设置控制柜5，控制系统集成设置于控制柜5内。

进一步地，冻干舱体121内设置有多个温度传感器，在控制柜5上安装多点温度自动记录仪，多个温度传感器和多点温度自动记录仪电连接，冻干舱体121内的多个温度传感器将实时采集的多点温度数据传入多点温度自动记录仪中，多点温度自动记录仪对接收的温度数据进行自动记录存储和数据处理，即可获取冻干温度曲线指示，能够帮助工作人员及时掌握工艺流程的温度动态，有利于科研生产过程中生产工艺的优化；控制系统包括与多个温度传感器和加热装置2电连接的控制器，多个温度传感器实时采集冻干舱体121内的温度信息并传递给控制器，控制器根据获取的温度信息开启或关闭加热装置2。

基于上述实施例中提供的多功能真空冷冻干燥机，本发明还提供了一种多功能真空冷冻干燥机的使用方法，其包括以下步骤：

1)通过液氮接口向冻干舱体121内加入少量液氮，冻干舱体121内的温度急剧下降，使冻干舱体121内的物料快速制冷冻结；

2)然后打开制冷机组4，制冷机组4分别向内罐体12的外部制冷蒸发层、制冷管9和冷凝捕水器32内供冷，同时打开真空泵31，真空泵31对冻干舱体121内进行抽真空，物料表面上的冰不断升华，并被真空泵31抽出进入冷凝捕水器32，在冷凝捕水器32内遇冷快速冷凝；

3)开启加热装置2，防冻液储罐21内的防冻液在防冻液储罐21和加热管8之间循环，使冻干舱体121内的物料保持一定温度，制冷机组4持续向制冷管9供冷，使冻干舱体121内物料进一步冷冻干燥，直至冻干舱体121内物料冷冻干燥完全。由于防冻液的作用，避免了冻干舱体121内的制冷管9的冻裂，保证整个干燥机的正常运行。

该使用方法利用少量液氮快速冻结物料，结合制冷机组在真空条件下对物料持续制冷，实现物料在真空条件下快速冷冻干燥，与单一制冷方式冷冻干燥产品相比，获得的产品质量好，且降低能耗。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：它包括真空冷冻干燥罐、加热装置、抽真空装置、制冷机组和控制系统；

所述真空冷冻干燥罐包括外罐体和内罐体，所述内罐体水平置于所述外罐体内部，位于所述内罐体两端的所述外罐体上分别设置有罐盖；所述内罐体包括冻干舱体、中间舱体和外舱体，所述冻干舱体呈空心圆柱体结构，所述中间舱体套置于所述冻干舱体的外部，所述冻干舱体和中间舱体之间的空间通过管路与所述制冷机组连通，形成所述内罐体的外部制冷蒸发层；所述外舱体套置在所述中间舱体的外部，所述中间舱体和外舱体之间的空间内设置隔热保温层；

所述真空冷冻干燥罐上设置与所述冻干舱体内部连通的液氮接口，所述液氮接口与外部液氮供给装置；

所述冻干舱体内放置有物料架，所述物料架上放置有物料盘，所述物料盘底部铺设有加热管和制冷管；

所述加热装置与所述加热管的进出口连接，形成所述冻干舱体内的加热回路；所述制冷机组与所述制冷管的进出口连接，形成所述冻干舱体内的制冷回路；所述抽真空装置与所述冻干舱体内连通，用于使所述冻干舱体内保持真空条件；

控制系统用于控制所述加热装置、抽真空装置和制冷机组的运行。

2.如权利要求1所述的多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：所述加热装置包括防冻液储罐，所述防冻液储罐通过管路与所述冻干舱体内的所述加热管的进出口连通，所述管路上设置循环泵。

3.如权利要求2所述的多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：所述抽真空装置包括真空泵和冷凝捕水器，所述真空泵设置在所述真空冷冻干燥罐的外部，所述真空泵通过所述冷凝捕水器与所述冻干舱体连通，所述制冷机组通过管路与所述冷凝捕水器连接。

4.如权利要求3所述的多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：所述抽真空装置还包括凉水系统，所述凉水系统包括储水罐，所述储水罐的顶部设置喷淋冷却器，所述真空泵的进出水口通过管路与所述储水罐连通，在所述真空泵和储水罐之间形成凉水循环。

5.如权利要求4所述的多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：所述冷凝捕水器通过支架支撑设置在地面上，且所述支架的底部安装滑轮；所述储液罐放置于移动架上，所述移动架包括承载盘、立柱和卡环；所述储液罐放置于所述承载盘上，所述承载盘底部安装滑轮，在所述承载盘的顶部且绕所述储液罐圆周方向间隔设置多个所述立柱，所述卡环套置在所述储液罐的外部且固定连接在所述立柱的顶部。

6.如权利要求1所述的多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：在所述物料架上且沿其高度方向间隔放置多层所述物料盘，在相邻两层所述物料盘之间的所述物料架上铺设呈相互平行盘绕的加热管和制冷管，多层物料盘之间的所述加热管依次串联，多层物料盘之间的所述制冷管依次串联。

7.如权利要求1所述的多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：所述物料盘呈抽屉式结构，所述物料盘的底部为钢丝网，所述物料盘的侧壁安装把手。

8.如权利要求1所述的多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：在所述外罐体的顶部设置控制柜，所述控制系统集成设置于所述控制柜内；所述冻干舱体内设置有多个温度传感器，在所述控制柜上安装多点温度自动记录仪，多个所述温度传感器和所述多点温度自动记录仪电连接；所述控制系统包括与多个所述温度传感器和加热装置电连接的控制器。

9.如权利要求1至8任一项所述的多功能真空冷冻干燥机，其特征在于：所述外罐体的四周侧壁及顶壁均呈可拆卸设置；所述真空冷冻干燥罐上设置有真空压力表，所述液氮接口上安装有阀门。

10.一种基于权利要求3至9任一项所述的多功能真空冷冻干燥机的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过液氮接口向冻干舱体内加入少量液氮，冻干舱体内的温度急剧下降，使冻干舱体内的物料快速制冷冻结；

2)然后打开制冷机组，制冷机组分别向内罐体的外部制冷蒸发层、制冷管和冷凝捕水器内供冷，同时打开真空泵，真空泵对冻干舱体内进行抽真空，物料表面上的冰不断升华，并被真空泵抽出进入冷凝捕水器，在冷凝捕水器内遇冷快速冷凝；

3)开启加热装置，防冻液储罐内的防冻液在防冻液储罐和加热管之间循环，使冻干舱体内的物料保持一定温度，制冷机组持续向制冷管内供冷，使冻干舱体内物料进一步冷冻干燥，直至冻干舱体内物料冷冻干燥完全。