CN111457683A - 一种新式余热与凝水回收冻干机及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新式余热与凝水回收冻干机及其运行方法，冻干机包括制冷系统、冷凝水回收系统、余热回收加热系统、化霜系统四部分，制冷系统包括制冷压缩机、内置换热盘管的换热器、储液罐、节流阀、电磁阀、内置蒸发盘管的蒸发器、内置盘管的冷阱、单向阀；冷凝水回收系统包括冻干箱、箱阱阀、真空泵，余热回收加热系统包括散热器、电磁阀、循环泵、蓄热器、电动阀、油箱；化霜系统包括四通换向阀、截止阀、集水器、电磁阀；运行方法包括预冻、升华干燥、解析干燥、化霜四个阶段，本发明实现了热量的充分合理利用，降低了电能消耗，提升了能源利用效率，调控准确，减少对资源的浪费，减少了时间。

Description

一种新式余热与凝水回收冻干机及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种新式余热与凝水回收冻干机及其运行方法，属于制冷技术领域。
背景技术
真空冷冻干燥技术是先将湿物料冷却到物料共晶点温度以下，使物料内部与冻干箱内部的水及水蒸气变为固态的冰，利用真空系统为冻干箱创造真空条件，在真空环境下直接加热使冰升华成水蒸气，再用真空系统不断将水蒸气除去,从而达到干燥物料的目的。现有的冻干设备主要存在两个问题。其一是，在干燥大量的海产品或果蔬等食品时，通过预冻、升华干燥和解析干燥三个阶段，会有大量的自由水和结合水通过固化和升华变成水蒸气，然后被冷阱捕获，现有大部分的冻干设备将水蒸气直接通过真空系统中的冷阱捕获固化，未被妥善的收集加以利用，造成了资源的浪费，尤其对于大型的冻干设备，其冷阱内会捕捉大量在冻干过程中物料挥发出的水分，待干物料尤其是果蔬中所蓄存的水分具有很好的养生价值，可以被回收利用。另外，现有的自然化霜的方法，耗时较长，影响冻干的批量工作效率。其二是，冻干过程中，预冻阶段需要降至并且保持在一个很低的温度，需要耗费较多的能量，将冻干箱内的热量取出释放，在升华和解析干燥阶段需要制冷和加热间歇作用以保持一个恒定的干燥脱水温度，期间需要反复取出热量和加入热量，现有的冻干设备一方面采用制冷循环降温，同时将冻干箱内的热量排出，另一方面还采用电加热升温，存在着大量的能量浪费。为解决上述问题，回收冻干得到的水分，提高批量工作效率，并在冻干不同阶段中回收制冷过程放出的热量，用于后续的加热，会节省大量的能量或电力消耗,这对于节约资源，提高设备的利用效率，推动冻干技术的推广应用尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种可回收冷凝水的新式冻干机及其运行方法。
本发明提供的技术方案如下：一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于其包括制冷系统、冷凝水回收系统、余热回收加热系统、化霜系统四部分，其中制冷系统包括制冷压缩机、换热器、储液罐、第一节流阀、第五电磁阀、蒸发器、第一电磁阀、第二节流阀、冷阱、第九电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀组成；冷凝水回收系统包括冻干箱、箱阱阀、真空泵，余热回收加热系统包括散热器、第二电磁阀、第六电磁阀、第一循环泵、设有电加热装置的蓄热器、第三电磁阀、电动阀、油箱、第四电磁阀、第二循环泵、第八电磁阀；化霜系统包括四通换向阀、截止阀、集水器、第七电磁阀；与制冷系统共同实现化霜功能；换热器内置换热盘管，蒸发器内置蒸发盘管，冷阱内置盘管；
制冷压缩机的出口连接四通换向阀的右侧进口，四通换向阀上部出口连接换热器的换热盘管的进口，换热器的换热盘管的出口连接第二单向阀和第四单向阀，第二单向阀连接储液罐的进口和第一单向阀，储液罐的出口一路连接第五电磁阀的进口，第五电磁阀的出口连接第一节流阀的进口，第一节流阀的出口连接蒸发器的蒸发盘管的进口，蒸发器的蒸发盘管的出口连接第七电磁阀的进口；储液罐的出口另一路连接第一电磁阀的进口，第一电磁阀的出口连接第二节流阀的进口，第二节流阀的出口连接第三单向阀和第四单向阀，第一单向阀和第三单向阀连接冷阱的盘管的进口，冷阱的盘管的出口连接第九电磁阀的进口，第九电磁阀出口与第七电磁阀出口并联后连接四通换向阀下部进口，四通换向阀左侧出口连接制冷压缩机的进口；冷阱下侧的出口连接截止阀的进口，截止阀的出口连接集水器的进口；冷阱左侧的出口连接真空泵，冷阱上侧的进口连接箱阱阀的出口，箱阱阀的进口连接冻干箱下侧的出口，冻干箱的出口一路连接蒸发器的进口，蒸发器左侧的出口连接第二循环泵的进口，第二循环泵的出口连接第四电磁阀的进口，第四电磁阀的出口连接冻干箱的进口；冻干箱的出口另一路连接油箱的接口，油箱还连接第六电磁阀的进口，第六电磁阀的出口一路连接第八电磁阀出口，另一路连接第一循环泵的进口，第一循环泵的出口连接换热器的进口，换热器的出口一路连接散热器的进口，散热器的出口连接第二电磁阀的进口，第二电磁阀的出口与第六电磁阀和第八电磁阀出口并联后连接第一循环泵的进口，换热器的出口另一路连接第三电磁阀的进口，第三电磁阀的出口连接蓄热器的进口，蓄热器的出口连接电动阀的进口，电动阀的出口与第四电磁阀的出口串联后连接冻干箱的进口。
进一步地，所述的冷凝器采用板式换热器或管壳式换热器或套管式换热器。
进一步地，所述的蒸发器采用板式换热器或管壳式换热器或套管式换热器。
一种新式余热与凝水回收冻干机的运行方法，其特征在于其包括预冻、升华干燥、解析干燥、化霜四个阶段；
1)预冻阶段：将物料中的水分降温使其冻结成固态；第五电磁阀、第七电磁阀、第二电磁阀、第一循环泵、第四电磁阀、第二循环泵、第三电磁阀、第八电磁阀开启，而第一电磁阀、蓄热器的电加热、电动阀、箱阱阀、真空泵、截止阀、第六电磁阀、第九电磁阀关闭；
预冻阶段制冷剂回路：制冷压缩机输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀，然后进入换热器中的换热盘管，放出大量的热量后变成高温高压的液体，经过第二单向阀进入储液罐，再经过第五电磁阀进入第一节流阀，节流后制冷剂变为低温低压的液体，进入蒸发器的蒸发盘管，吸热后变成低温低压的制冷剂气体，经第七电磁阀、四通换向阀流回制冷压缩机；
预冻阶段流体介质回路：一路流体介质在蒸发器中被吸热后在第二循环泵的驱动下经过第四电磁阀进入冻干箱，在箱体中吸热流回到蒸发器；另一路流体介质的一路流经换热器被加热后一路进入散热器，散热量后经过第二电磁阀，在第一循环泵驱动下流回换热器；另一路流体介质的另一路经第三电磁阀进入蓄热器，热量蓄存在蓄热器内，其中的电加热不启用，流出后经第八电磁阀，与第二电磁阀并联后进入第一循环泵；此处的流体介质是油或乙二醇盐溶液；
2)升华干燥阶段：需要抽真空，且在低温环境下升温，温度升高至升华干燥阶段设定温度后，通过流体介质和制冷剂切换保持其温度恒定，该升华干燥阶段设定温度比物料共晶点低5℃-10℃，升华干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段；在升华干燥阶段物料中的大部分水从固态直接变成气态被抽走；
在升华干燥阶段的升温加热阶段，第一电磁阀、第九电磁阀、第一循环泵、第三电磁阀、电动阀、第六电磁阀、箱阱阀、真空泵开启，第五电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀、第二循环泵、蓄热器的电加热、截止阀、第七电磁阀、第八电磁阀关闭；
此时制冷压缩机输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀，然后进入换热器中的换热盘管，放出大量的热量后变成高温高压的液体，经第二单向阀，流入储液罐后经过第一电磁阀进入第二节流阀，节流后经第三单向阀，进入冷阱的盘管，经第九电磁阀，进入四通换向阀下部进口后，流回制冷压缩机；制冷剂在换热盘管中将流体介质加热后，再经第三电磁阀、蓄热器、电动阀进入冻干箱，流出后经第六电磁阀、第一循环泵回到换热盘管；真空泵运行，冻干箱内气压下降，物料中的水分开始升华，经箱阱阀进入冷阱，在冷阱盘管表面凝结；电动阀的开度根据冻干箱内温度进行调节，当温度高于升华干燥阶段设定温度则开度关小，否则开度增加；
在升华干燥阶段的保持温度恒定阶段，第一电磁阀、第九电磁阀、箱阱阀、真空泵开启，截止阀、第八电磁阀关闭；
当温度低于升华干燥阶段设定温度时，第五电磁阀、第七电磁阀、第四电磁阀、第二循环泵关闭，第二电磁阀、第三电磁阀、电动阀、第六电磁阀、第一循环泵开启；电动阀的开度可调节，根据冻干箱内温度进行调节，当温度高于升华干燥阶段设定温度则开度关小，否则开度增加；当电动阀开度调至最大时，箱内温度仍低于升华干燥阶段设定温度，则蓄热器内的电加热装置开始加热，否则停止加热；当电动阀的开度调至最小时，第二电磁阀开启，否则第二电磁阀关闭；制冷压缩机输出的制冷剂蒸气流经四通换向阀进入换热器中的换热盘管，放热后变成高温高压的液体，经第二单向阀，进入储液罐，再经第一电磁阀、第二节流阀、第三单向阀，进入冷阱的盘管，提供捕获水蒸气的冷量，然后进入第九电磁阀，经四通换向阀流回制冷压缩机；对流体介质，先经换热器的换热盘管被加热，流出后分成两路，一路进入散热器，散热量后经过第二电磁阀，如此时第二电磁阀开启，则经第一循环泵驱动下流回换热器，另一路经第三电磁阀、蓄热器、电动阀进入冻干箱，流出后经第六电磁阀与另一路汇合后经第一循环泵驱动下流回流回换热器；
当温度高于升华干燥阶段设定温度时，第五电磁阀、第七电磁阀、第四电磁阀、第二循环泵、第二电磁阀、第一循环泵开启，第三电磁阀、电动阀、第六电磁阀关闭；制冷压缩机输出的制冷剂蒸气流经四通换向阀进入换热器中的换热盘管，放热后变成高温高压的液体，经第二单向阀和储液罐后，分成两路，一路经第一电磁阀、第二节流阀、第三单向阀进入冷阱的盘管，提供捕获水蒸气的冷量，然后进入第九电磁阀，与另一路来自第七电磁阀的制冷剂汇合后流经四通换向阀流回制冷压缩机；另一路制冷剂经第五电磁阀、第一节流阀进入蒸发器的蒸发盘管，吸热后变成低温低压的制冷剂气体，进入第七电磁阀，与另一路来自第九电磁阀的制冷剂汇合后流经四通换向阀流回制冷压缩机；对流体介质，先经换热器的换热盘管被加热，流出后进入散热器，散热量后经过第二电磁阀，在第一循环泵驱动下流回换热器；
3)解析干燥阶段：需要在真空条件下使物料进一步升温，并保持一定的温度，使物料中的结合水被析出；解析干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段；在解析阶段物料中的剩余的水分以气态被抽走；解析干燥阶段设定温度为30以上；
解析干燥阶段的升温加热阶段的阀门与泵的开关状态及运行方法与2)步骤中升华干燥阶段的升温加热阶段的阀门与泵的开关状态及运行方法完全相同；解析干燥阶段的保持温度恒定阶段的阀门与泵的开关状态及运行方法与2)步骤中升华干燥阶段的保持温度恒定阶段的阀门与泵的开关状态及运行方法完全相同；
4)化霜阶段：使凝结于冷阱内的霜融化，使用集水器将其进行收集；
截止阀开启，第一电磁阀、第九电磁阀、第二电磁阀、第一循环泵开启，第六电磁阀、第三电磁阀、电动阀、箱阱阀、第四电磁阀、第二循环泵、蓄热器的电加热、真空泵、第五电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀关闭，四通换向阀换向；
截止阀开启后，冷阱内压力恢复为大气压力；此时开始化霜运行；
化霜阶段制冷剂回路：压缩机输出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀右侧进口，经过换向后从下部出口流出，经第九电磁阀流入冷阱内的盘管，放热后变为低温高压制冷剂液体，凝结于冷阱内盘管上的霜吸热融化，融化的凝结水在重力的作用下，经过截止阀流入集水器，制冷剂液体经过第一单向阀，进入储液罐，经第一电磁阀后，再经第二节流阀节流成为低温低压的制冷剂液体，经第四单向阀流入换热器(换热器起蒸发器作用)内的换热盘管，制冷剂液体吸热气化流经四通换向阀上部和左侧接口后，流回压缩机；
化霜阶段流体介质回路：流体介质流在换热器内放热后流入散热器吸收外界的热量，在第一循环泵的作用下经过第二电磁阀流回换热器内完成循环。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过由散热器、第二电磁阀、第六电磁阀、第一循环泵、蓄热器、第三电磁阀、电动阀、油箱、第四电磁阀、第二循环泵、第八电磁阀组成的余热回收加热系统，一方面，通过该余热回收加热系统将预冻过程中排出的热量蓄存在蓄热器内和散到大气中，蓄存起来的热量用于后续的加热过程，向大气散热则采用间接散热方式，提高改变循环泵转速、调节阀门开度等改变散热量，间接改变系统的冷凝温度，改善冷凝温度的稳定性和准确性，提高系统能效，保障机组的可靠运行，也提供了更丰富的温度调节手段；另一方面，通过蒸发器与冷阱吸收热量，由制冷剂送到换热器，再由油或乙二醇盐溶液回收换热器热量，送到冻干箱加热物料，实现了热量的充分合理利用，减少甚至不需要电加热，降低了电能消耗，提升了能源利用效率，也可以缩短温度调节滞后时间，提升调控准确。
2.本发明通过由四通换向阀、截止阀、集水器、第七电磁阀组成的化霜系统，将升华干燥与解析干燥阶段中冷阱捕获的水蒸气融化后收集利用，减少对资源的浪费。改变了现行冻干设备未对析出的水进行利用的弊端，实现水资源的回收再利用，提升系统的经济效益。
3.本发明引入四通换向阀实现热泵运行方式的转换，干燥过程的升华干燥和解析干燥过程中，冷阱作为蒸发器，冷阱内通入低温低压制冷剂，温度降低捕获冻干箱内的水蒸气。在化霜阶段，通过四通换向阀，冷阱作冷凝器用，冷阱内流动的是高温高压气体制冷剂，通过凝结放热使霜融化，回收凝结水。与自然融化相比，减少了时间，提高了批量生产效率；与电融霜相比，降低了电能消耗。
4. 本发明提出预冻、升华干燥、解析干燥、化霜4阶段冻干生产过程，区别于传统的冻干三阶段流程，有利于过程中余热和凝结水的回收利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明：
如图1所示，一种新式余热与凝水回收冻干机，其包括制冷系统、冷凝水回收系统、余热回收加热系统、化霜系统四部分，其中制冷系统由制冷压缩机1、换热器2、储液罐3、第一节流阀4、第五电磁阀24、蒸发器5、第一电磁阀6、第二节流阀7、冷阱8、第九电磁阀9、第一单向阀29-1、第二单向阀29-2、第三单向阀29-3、第四单向阀29-4组成；冷凝水回收系统由冻干箱10、箱阱阀18、真空泵22组成，余热回收加热系统由散热器11、第二电磁阀12、第六电磁阀13、第一循环泵14、蓄热器15、第三电磁阀16、电动阀17、油箱19、第四电磁阀20、第二循环泵21、第八电磁阀28组成；化霜系统包括四通换向阀27、截止阀23、集水器25、第七电磁阀26，与制冷系统共同实现化霜功能。换热器2内置换热盘管2-1，蒸发器5内置蒸发盘管5-1，冷阱8内置盘管8-1。蓄热器15内设有电加热装置。
制冷压缩机1的出口连接四通换向阀27的右侧进口，四通换向阀27上部出口连接换热器2的换热盘管2-1的进口，换热器2的换热盘管2-1的出口连接第二单向阀29-2和第四单向阀29-4，第二单向阀29-2连接储液罐3的进口和第一单向阀29-1，储液罐3的出口一路连接第五电磁阀24的进口，第五电磁阀24的出口连接第一节流阀4的进口，第一节流阀4的出口连接蒸发器5的蒸发盘管5-1的进口，蒸发器5的蒸发盘管5-1的出口连接第七电磁阀26的进口。储液罐3的出口另一路连接第一电磁阀6的进口，第一电磁阀6的出口连接第二节流阀7的进口，第二节流阀7的出口连接第三单向阀29-3和第四单向阀29-4，第一单向阀29-1和第三单向阀29-3连接冷阱8的盘管8-1的进口，冷阱8的盘管8-1的出口连接第九电磁阀9的进口，第九电磁阀9出口与第七电磁阀26出口并联后连接四通换向阀27下部进口，四通换向阀27左侧出口连接制冷压缩机1的进口。冷阱8下侧的出口连接截止阀23的进口，截止阀23的出口连接集水器25的进口。冷阱8左侧的出口连接真空泵22，冷阱8上侧的进口连接箱阱阀18的出口，箱阱阀18的进口连接冻干箱10下侧的出口，冻干箱10的出口一路连接蒸发器5的进口，蒸发器5左侧的出口连接第二循环泵21的进口，第二循环泵21的出口连接第四电磁阀20的进口，第四电磁阀20的出口连接冻干箱10的进口。冻干箱10的出口另一路连接油箱19的接口，油箱19还连接第六电磁阀13的进口，第六电磁阀13的出口一路连接第八电磁阀28出口，另一路连接第一循环泵14的进口，第一循环泵14的出口连接换热器2的进口，换热器2的出口一路连接散热器11的进口，散热器11的出口连接第二电磁阀12的进口，第二电磁阀12的出口与第六电磁阀13和第八电磁阀28出口并联后连接第一循环泵14的进口，换热器2的出口另一路连接第三电磁阀16的进口，第三电磁阀16的出口连接蓄热器15的进口，蓄热器15的出口连接电动阀17的进口，电动阀17的出口与第四电磁阀20的出口串联后连接冻干箱10的进口。
具体运行方式为：
本发明的新式冻干机的工作运行分为预冻、升华干燥、解析干燥、化霜4个阶段。
1.预冻阶段是为箱体提供冷量，将物料中的水分降温使其冻结成固态。此时第五电磁阀24、第七电磁阀26、第二电磁阀12、第一循环泵14、第四电磁阀20、第二循环泵21、第三电磁阀16、第八电磁阀28开启，而第一电磁阀6、蓄热器15的电加热、电动阀17、箱阱阀18、真空泵22、截止阀23、第六电磁阀13、第九电磁阀9关闭。
预冻阶段制冷剂回路：制冷压缩机1输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀27，然后进入换热器2(换热器2起冷凝器作用)中的换热盘管2-1，放出大量的热量后变成高温高压的液体，经过第二单向阀29-2进入储液罐3，再经过第五电磁阀24进入第一节流阀4，节流后制冷剂变为低温低压的液体，进入蒸发器5的蒸发盘管5-1，吸热后变成低温低压的制冷剂气体，经第七电磁阀26、四通换向阀27流回制冷压缩机1。
预冻阶段流体介质回路：一路流体介质在蒸发器5中被吸热后在第二循环泵21的驱动下经过第四电磁阀20进入冻干箱10，在箱体中吸热流回到蒸发器5。另一路流体介质的一路流经换热器2被加热后一路进入散热器11，散热量后经过第二电磁阀12，在第一循环泵14驱动下流回换热器2。另一路流体介质的另一路经第三电磁阀16进入蓄热器15，热量蓄存在蓄热器15内，其中的电加热不启用，流出后经第八电磁阀28，与第二电磁阀12并联后进入第一循环泵14。此处的流体介质可以是油或乙二醇盐溶液。
2.升华干燥阶段需要抽真空，且在低温环境下适当升温，温度升高至升华干燥阶段设定温度(比物料共晶点低5℃-10℃)后，通过流体介质和制冷剂切换保持其温度恒定，所以升华干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段。在升华干燥阶段物料中的大部分水从固态直接变成气态被抽走。
在升华干燥阶段的升温加热阶段，第一电磁阀6、第九电磁阀9、第一循环泵14、第三电磁阀16、电动阀17、第六电磁阀13、箱阱阀18、真空泵22开启，第五电磁阀24、第二电磁阀12、第四电磁阀20、第二循环泵21、蓄热器15的电加热、截止阀23、第七电磁阀26、第八电磁阀28关闭。
此时制冷压缩机1输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀27，然后进入换热器2(换热器2起冷凝器作用)中的换热盘管2-1，放出大量的热量后变成高温高压的液体，经第二单向阀29-2，流入储液罐3后经过第一电磁阀6进入第二节流阀7，节流后经第三单向阀29-3，进入冷阱8的盘管8-1，经第九电磁阀9，进入四通换向阀27下部进口后，流回制冷压缩机1。制冷剂在换热盘管2-1中将流体介质加热后，再经第三电磁阀16、蓄热器15、电动阀17进入冻干箱10，流出后经第六电磁阀13、第一循环泵14回到换热盘管2-1。真空泵22运行，冻干箱10内气压下降，物料中的水分开始升华，经箱阱阀18进入冷阱8，在冷阱盘管8-1表面凝结。电动阀17的开度可调节，根据冻干箱10内温度进行调节，当温度高于升华干燥阶段设定温度则开度关小，否则开度增加。
在升华干燥阶段的保持温度恒定阶段，第一电磁阀6、第九电磁阀9、箱阱阀18、真空泵22开启，截止阀23、第八电磁阀28关闭。
当温度低于升华干燥阶段设定温度时，第五电磁阀24、第七电磁阀26、第四电磁阀20、第二循环泵21关闭，第二电磁阀12、第三电磁阀16、电动阀17、第六电磁阀13、第一循环泵14开启。电动阀17的开度可调节，根据冻干箱10内温度进行调节，当温度高于升华干燥阶段设定温度则开度关小，否则开度增加。当电动阀17开度调至最大时，箱内温度仍低于升华干燥阶段设定温度，则蓄热器15内的电加热开始加热，否则停止加热。当电动阀17的开度调至最小时，第二电磁阀12开启，否则第二电磁阀12关闭。制冷压缩机1输出的制冷剂蒸气流经四通换向阀27进入换热器2(换热器2起冷凝器作用)中的换热盘管2-1，放热后变成高温高压的液体，经第二单向阀29-2，进入储液罐3，再经第一电磁阀6、第二节流阀7、第三单向阀29-3，进入冷阱8的盘管8-1，提供捕获水蒸气的冷量，然后进入第九电磁阀9，经四通换向阀27流回制冷压缩机1。对流体介质，先经换热器2的换热盘管2-1被加热，流出后分成两路，一路进入散热器11，散热量后经过第二电磁阀12，如此时第二电磁阀12开启，则经第一循环泵14驱动下流回换热器2，另一路经第三电磁阀16、蓄热器15、电动阀17进入冻干箱10，流出后经第六电磁阀13与另一路汇合后经第一循环泵14驱动下流回流回换热器2。
当温度高于升华干燥阶段设定温度时，第五电磁阀24、第七电磁阀26、第四电磁阀20、第二循环泵21、第二电磁阀12、第一循环泵14开启，第三电磁阀16、电动阀17、第六电磁阀13关闭。制冷压缩机1输出的制冷剂蒸气流经四通换向阀27进入换热器2(换热器2起冷凝器作用)中的换热盘管2-1，放热后变成高温高压的液体，经第二单向阀29-2和储液罐3后，分成两路，一路经第一电磁阀6、第二节流阀7、第三单向阀29-3进入冷阱8的盘管8-1，提供捕获水蒸气的冷量，然后进入第九电磁阀9，与另一路来自第七电磁阀26的制冷剂汇合后流经四通换向阀27流回制冷压缩机1。另一路制冷剂经第五电磁阀24、第一节流阀4进入蒸发器5的蒸发盘管5-1，吸热后变成低温低压的制冷剂气体，进入第七电磁阀26，与另一路来自第九电磁阀9的制冷剂汇合后流经四通换向阀27流回制冷压缩机1。对流体介质，先经换热器2的换热盘管2-1被加热，流出后进入散热器11，散热量后经过第二电磁阀12，在第一循环泵14驱动下流回换热器2。
3. 解析干燥阶段时需要在真空条件下使物料进一步升温，并保持一定的温度，使物料中的结合水被析出。解析干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段。在解析阶段物料中的剩余的水分以气态被抽走。在解析干燥阶段的升温加热阶段和保持温度恒定阶段，阀门与泵的开关状态与升华干燥阶段相同。
在此两个阶段制冷剂回路、流体介质回路流动与升华干燥阶段一样；区别在于：升华干燥阶段设定温度与解析干燥阶段设定温度有区别，具体值取决于待干物料种类，解析干燥阶段设定温度为30℃以上。
4.化霜阶段使凝结于冷阱内的霜融化，使用集水器25将其进行收集。
截止阀23开启，第一电磁阀6、第九电磁阀9、第二电磁阀12、第一循环泵14开启，第六电磁阀13、第三电磁阀16、电动阀17、箱阱阀18、第四电磁阀20、第二循环泵21、蓄热器15的电加热、真空泵22、第五电磁阀24、第七电磁阀26、第八电磁阀28关闭，四通换向阀27换向。
截止阀23开启后，冷阱8内压力恢复为大气压力。此时开始化霜运行。
化霜阶段制冷剂回路：压缩机1输出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀27右侧进口，经过换向后从下部出口流出，经第九电磁阀9流入冷阱8内的盘管8-1，放热后变为低温高压制冷剂液体，凝结于冷阱内盘管8-1上的霜吸热融化，融化的凝结水在重力的作用下，经过截止阀23流入集水器25，制冷剂液体经过第一单向阀29-1，进入储液罐3，经第一电磁阀6后，再经第二节流阀7节流成为低温低压的制冷剂液体，经第四单向阀29-4流入换热器2(换热器2起蒸发器作用)内的换热盘管2-1，制冷剂液体吸热气化流经四通换向阀27上部和左侧接口后，流回压缩机1。
化霜阶段流体介质回路：流体介质流在换热器2内放热后流入散热器11吸收外界的热量，在第一循环泵14的作用下经过第二电磁阀12流回换热器2内完成循环。
上述提到的流体介质可以是乙二醇溶液，也可以是油，酒精等液体。
所述的冷凝器2内置冷凝盘管2-1结构还可以采用板式换热器、管壳式换热器、套管式换热器等液-液换热器。
所述的蒸发器5内置蒸发盘管5-1结构还可以采用板式换热器、管壳式换热器、套管式换热器等液-液换热器。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分都属于现有技术。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于其包括制冷系统、冷凝水回收系统、余热回收加热系统、化霜系统四部分，其中制冷系统包括制冷压缩机（1）、换热器（2）、储液罐（3）、第一节流阀（4）、第五电磁阀（24）、蒸发器（5）、第一电磁阀（6）、第二节流阀（7）、冷阱（8）、第九电磁阀（9）、第一单向阀（29-1）、第二单向阀（29-2）、第三单向阀（29-3）、第四单向阀（29-4）组成；冷凝水回收系统包括冻干箱（10）、箱阱阀（18）、真空泵（22），余热回收加热系统包括散热器（11）、第二电磁阀（12）、第六电磁阀（13）、第一循环泵（14）、设有电加热装置的蓄热器（15）、第三电磁阀（16）、电动阀（17）、油箱（19）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）、第八电磁阀（28）；化霜系统包括四通换向阀（27）、截止阀（23）、集水器（25）、第七电磁阀（26）；与制冷系统共同实现化霜功能；换热器（2）内置换热盘管（2-1），蒸发器（5）内置蒸发盘管（5-1），冷阱（8）内置盘管（8-1）；
制冷压缩机（1）的出口连接四通换向阀（27）的右侧进口，四通换向阀（27）上部出口连接换热器（2）的换热盘管（2-1）的进口，换热器（2）的换热盘管（2-1）的出口连接第二单向阀（29-2）和第四单向阀（29-4），第二单向阀（29-2）连接储液罐（3）的进口和第一单向阀（29-1），储液罐（3）的出口一路连接第五电磁阀（24）的进口，第五电磁阀（24）的出口连接第一节流阀（4）的进口，第一节流阀（4）的出口连接蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1）的进口，蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1）的出口连接第七电磁阀（26）的进口；储液罐（3）的出口另一路连接第一电磁阀（6）的进口，第一电磁阀（6）的出口连接第二节流阀（7）的进口，第二节流阀（7）的出口连接第三单向阀（29-3）和第四单向阀（29-4），第一单向阀（29-1）和第三单向阀（29-3）连接冷阱（8）的盘管（8-1）的进口，冷阱（8）的盘管（8-1）的出口连接第九电磁阀（9）的进口，第九电磁阀（9）出口与第七电磁阀（26）出口并联后连接四通换向阀（27）下部进口，四通换向阀（27）左侧出口连接制冷压缩机（1）的进口；冷阱（8）下侧的出口连接截止阀（23）的进口，截止阀（23）的出口连接集水器（25）的进口；冷阱（8）左侧的出口连接真空泵（22），冷阱（8）上侧的进口连接箱阱阀（18）的出口，箱阱阀（18）的进口连接冻干箱（10）下侧的出口，冻干箱（10）的出口一路连接蒸发器（5）的进口，蒸发器（5）左侧的出口连接第二循环泵（21）的进口，第二循环泵（21）的出口连接第四电磁阀（20）的进口，第四电磁阀（20）的出口连接冻干箱（10）的进口；冻干箱（10）的出口另一路连接油箱（19）的接口，油箱（19）还连接第六电磁阀（13）的进口，第六电磁阀（13）的出口一路连接第八电磁阀（28）出口，另一路连接第一循环泵（14）的进口，第一循环泵（14）的出口连接换热器（2）的进口，换热器（2）的出口一路连接散热器（11）的进口，散热器（11）的出口连接第二电磁阀（12）的进口，第二电磁阀（12）的出口与第六电磁阀（13）和第八电磁阀（28）出口并联后连接第一循环泵（14）的进口，换热器（2）的出口另一路连接第三电磁阀（16）的进口，第三电磁阀（16）的出口连接蓄热器（15）的进口，蓄热器（15）的出口连接电动阀（17）的进口，电动阀（17）的出口与第四电磁阀（20）的出口串联后连接冻干箱（10）的进口。
2.根据权利要求1所述的一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于所述的冷凝器（2）采用板式换热器或管壳式换热器或套管式换热器。
3.根据权利要求1所述的一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于所述的蒸发器（5）采用板式换热器或管壳式换热器或套管式换热器。
4.权利要求1所述的一种新式余热与凝水回收冻干机的运行方法，其特征在于其包括预冻、升华干燥、解析干燥、化霜四个阶段；
1)预冻阶段：将物料中的水分降温使其冻结成固态；第五电磁阀（24）、第七电磁阀（26）、第二电磁阀（12）、第一循环泵（14）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）、第三电磁阀（16）、第八电磁阀（28）开启，而第一电磁阀（6）、蓄热器（15）的电加热、电动阀（17）、箱阱阀（18）、真空泵（22）、截止阀（23）、第六电磁阀（13）、第九电磁阀（9）关闭；
预冻阶段制冷剂回路：制冷压缩机（1）输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀（27），然后进入换热器（2）中的换热盘管（2-1），放出大量的热量后变成高温高压的液体，经过第二单向阀（29-2）进入储液罐（3），再经过第五电磁阀（24）进入第一节流阀（4），节流后制冷剂变为低温低压的液体，进入蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1），吸热后变成低温低压的制冷剂气体，经第七电磁阀（26）、四通换向阀（27）流回制冷压缩机（1）；
预冻阶段流体介质回路：一路流体介质在蒸发器（5）中被吸热后在第二循环泵（21）的驱动下经过第四电磁阀（20）进入冻干箱（10），在箱体中吸热流回到蒸发器（5）；另一路流体介质的一路流经换热器（2）被加热后一路进入散热器（11），散热量后经过第二电磁阀（12），在第一循环泵（14）驱动下流回换热器（2）；另一路流体介质的另一路经第三电磁阀（16）进入蓄热器（15），热量蓄存在蓄热器（15）内，其中的电加热不启用，流出后经第八电磁阀（28），与第二电磁阀（12）并联后进入第一循环泵（14）；此处的流体介质是油或乙二醇盐溶液；
2)升华干燥阶段：需要抽真空，且在低温环境下升温，温度升高至升华干燥阶段设定温度后，通过流体介质和制冷剂切换保持其温度恒定，该升华干燥阶段设定温度比物料共晶点低5℃-10℃，升华干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段；在升华干燥阶段物料中的大部分水从固态直接变成气态被抽走；
在升华干燥阶段的升温加热阶段，第一电磁阀（6）、第九电磁阀（9）、第一循环泵（14）、第三电磁阀（16）、电动阀（17）、第六电磁阀（13）、箱阱阀（18）、真空泵（22）开启，第五电磁阀（24）、第二电磁阀（12）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）、蓄热器（15）的电加热、截止阀（23）、第七电磁阀（26）、第八电磁阀（28）关闭；
此时制冷压缩机（1）输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀（27），然后进入换热器（2）中的换热盘管（2-1），放出大量的热量后变成高温高压的液体，经第二单向阀（29-2），流入储液罐（3）后经过第一电磁阀（6）进入第二节流阀（7），节流后经第三单向阀（29-3），进入冷阱（8）的盘管（8-1），经第九电磁阀（9），进入四通换向阀（27）下部进口后，流回制冷压缩机（1）；制冷剂在换热盘管（2-1）中将流体介质加热后，再经第三电磁阀（16）、蓄热器（15）、电动阀（17）进入冻干箱（10），流出后经第六电磁阀（13）、第一循环泵（14）回到换热盘管（2-1）；真空泵（22）运行，冻干箱（10）内气压下降，物料中的水分开始升华，经箱阱阀（18）进入冷阱（8），在冷阱盘管（8-1）表面凝结；电动阀（17）的开度根据冻干箱（10）内温度进行调节，当温度高于升华干燥阶段设定温度则开度关小，否则开度增加；
在升华干燥阶段的保持温度恒定阶段，第一电磁阀（6）、第九电磁阀（9）、箱阱阀（18）、真空泵（22）开启，截止阀（23）、第八电磁阀（28）关闭；
当温度低于升华干燥阶段设定温度时，第五电磁阀（24）、第七电磁阀（26）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）关闭，第二电磁阀（12）、第三电磁阀（16）、电动阀（17）、第六电磁阀（13）、第一循环泵（14）开启；电动阀（17）的开度可调节，根据冻干箱（10）内温度进行调节，当温度高于升华干燥阶段设定温度则开度关小，否则开度增加；当电动阀（17）开度调至最大时，箱内温度仍低于升华干燥阶段设定温度，则蓄热器（15）内的电加热装置开始加热，否则停止加热；当电动阀（17）的开度调至最小时，第二电磁阀（12）开启，否则第二电磁阀（12）关闭；制冷压缩机（1）输出的制冷剂蒸气流经四通换向阀（27）进入换热器（2）中的换热盘管（2-1），放热后变成高温高压的液体，经第二单向阀（29-2），进入储液罐（3），再经第一电磁阀（6）、第二节流阀（7）、第三单向阀（29-3），进入冷阱（8）的盘管（8-1），提供捕获水蒸气的冷量，然后进入第九电磁阀（9），经四通换向阀（27）流回制冷压缩机（1）；对流体介质，先经换热器（2）的换热盘管（2-1）被加热，流出后分成两路，一路进入散热器（11），散热量后经过第二电磁阀（12），如此时第二电磁阀（12）开启，则经第一循环泵（14）驱动下流回换热器（2），另一路经第三电磁阀（16）、蓄热器（15）、电动阀（17）进入冻干箱（10），流出后经第六电磁阀（13）与另一路汇合后经第一循环泵（14）驱动下流回流回换热器（2）；
当温度高于升华干燥阶段设定温度时，第五电磁阀（24）、第七电磁阀（26）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）、第二电磁阀（12）、第一循环泵（14）开启，第三电磁阀（16）、电动阀（17）、第六电磁阀（13）关闭；制冷压缩机（1）输出的制冷剂蒸气流经四通换向阀（27）进入换热器（2）中的换热盘管（2-1），放热后变成高温高压的液体，经第二单向阀（29-2）和储液罐（3）后，分成两路，一路经第一电磁阀（6）、第二节流阀（7）、第三单向阀（29-3）进入冷阱（8）的盘管（8-1），提供捕获水蒸气的冷量，然后进入第九电磁阀（9），与另一路来自第七电磁阀（26）的制冷剂汇合后流经四通换向阀（27）流回制冷压缩机（1）；另一路制冷剂经第五电磁阀（24）、第一节流阀（4）进入蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1），吸热后变成低温低压的制冷剂气体，进入第七电磁阀（26），与另一路来自第九电磁阀（9）的制冷剂汇合后流经四通换向阀（27）流回制冷压缩机（1）；对流体介质，先经换热器（2）的换热盘管（2-1）被加热，流出后进入散热器（11），散热量后经过第二电磁阀（12），在第一循环泵（14）驱动下流回换热器（2）；
3)解析干燥阶段：需要在真空条件下使物料进一步升温，并保持一定的温度，使物料中的结合水被析出；解析干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段；在解析阶段物料中的剩余的水分以气态被抽走；解析干燥阶段设定温度为30以上；
解析干燥阶段的升温加热阶段的阀门与泵的开关状态及运行方法与2)步骤中升华干燥阶段的升温加热阶段的阀门与泵的开关状态及运行方法完全相同；解析干燥阶段的保持温度恒定阶段的阀门与泵的开关状态及运行方法与2)步骤中升华干燥阶段的保持温度恒定阶段的阀门与泵的开关状态及运行方法完全相同；
4)化霜阶段：使凝结于冷阱内的霜融化，使用集水器（25）将其进行收集；
截止阀（23）开启，第一电磁阀（6）、第九电磁阀（9）、第二电磁阀（12）、第一循环泵（14）开启，第六电磁阀（13）、第三电磁阀（16）、电动阀（17）、箱阱阀（18）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）、蓄热器（15）的电加热、真空泵（22）、第五电磁阀（24）、第七电磁阀（26）、第八电磁阀（28）关闭，四通换向阀（27）换向；
截止阀（23）开启后，冷阱（8）内压力恢复为大气压力；此时开始化霜运行；
化霜阶段制冷剂回路：压缩机（1）输出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀（27）右侧进口，经过换向后从下部出口流出，经第九电磁阀（9）流入冷阱（8）内的盘管（8-1），放热后变为低温高压制冷剂液体，凝结于冷阱内盘管（8-1）上的霜吸热融化，融化的凝结水在重力的作用下，经过截止阀（23）流入集水器（25），制冷剂液体经过第一单向阀（29-1），进入储液罐（3），经第一电磁阀（6）后，再经第二节流阀（7）节流成为低温低压的制冷剂液体，经第四单向阀（29-4）流入换热器（2）(换热器（2）起蒸发器作用)内的换热盘管（2-1），制冷剂液体吸热气化流经四通换向阀（27）上部和左侧接口后，流回压缩机（1）；
化霜阶段流体介质回路：流体介质流在换热器（2）内放热后流入散热器（11）吸收外界的热量，在第一循环泵（14）的作用下经过第二电磁阀（12）流回换热器（2）内完成循环。
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