CN115289707B - 一种空气制冷系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请属于冷冻干燥技术领域，特别是涉及一种空气制冷系统及其应用。现有系统制冷温度高并且固定，污染环境。本申请提供了一种空气制冷系统，包括依次连接的进气阀一端、过滤器、压缩机、冷却器、一级回热器、二级回热器和膨胀机，所述压缩机与氮气罐连接，所述过滤器中设置有过滤网。环保，制冷温度低，冷冻速度快，可变压冷冻，可无水无氧冷冻，负压变温干燥，能量利用率高。

Description

一种空气制冷系统及其应用

技术领域

本申请属于冷冻干燥技术领域，特别是涉及一种空气制冷系统及其应用。

背景技术

真空冷冻干燥机的工作原理，是使物料中的大部分水通过冷冻结为冰，然后在真空下使冰直接升华为水蒸气而使物料脱水和干燥的过程。低温下的冷冻干燥一是低温环境避免了干燥过程对物件的热损害和氧化损害，二是水分在冻结状态下升华脱除，避免了水蒸气流动带来的副作用。冻干工艺包括预冻、升华干燥和解析干燥三个阶段。

目前，冻干机中的制冷循环一般是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和热力膨胀阀所构成的压缩式制冷系统，系统能量利用率低，并且工质往往为氟利昂。现有系统制冷温度高并且固定，污染环境。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于现有系统制冷温度高并且固定，污染环境的问题，本申请提供了一种空气制冷系统及其应用。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种空气制冷系统，包括依次连接的进气阀一端、过滤器、压缩机、冷却器、一级回热器、二级回热器和膨胀机，所述压缩机与氮气罐连接，所述过滤器中设置有过滤网。

本申请提供的另一种实施方式为：所述进气阀另一端与大气连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述压缩机通过氮气进气阀与所述氮气罐连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述压缩机与抽气阀连接，所述压缩机与闭式调节阀连接，所述闭式调节阀与所述一级回热器连接。

本申请还提供一种空气制冷系统的应用，将所述的空气制冷系统应用于真空冷冻干燥机。

本申请提供的另一种实施方式为：所述空气制冷系统与加热系统、冻干仓依次连接，所述空气制冷系统与所述冻干仓连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述加热系统包括相互连接的高温加热阀和加热器，所述高温加热阀与低温加热阀连接，所述低温加热阀与所述加热器连接，所述高温加热阀与压缩机连接，所述高温加热阀与冷却器连接，所述低温加热阀与所述一级回热器连接，所述低温加热阀与所述二级回热器连接，所述加热器与所述一级回热器连接，所述加热器与所述二级回热器连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述冻干仓包括依次连接的干燥箱排气阀、干燥箱、冷阱、冷阱调节阀和旁通阀，所述干燥箱、干燥箱调节阀与所述膨胀机依次连接，所述旁通阀与所述二级回热器连接，所述旁通阀与所述冷阱连接，所述冷阱与所述抽气阀连接。

本申请提供的另一种实施方式为：包括变压快速冷冻模式、闭式保鲜冷冻模式和负压变温干燥模式。

本申请提供的另一种实施方式为：所述变压快速冷冻模式为开启所述进气阀、所述冷阱调节阀、所述干燥箱调节阀和所述干燥箱排气阀、所述抽气阀，关闭所述旁通阀、所述高温加热阀、所述低温加热阀、所述闭式调节阀和所述氮气进气阀；所述闭式保鲜冷冻模式为开启所述冷阱调节阀、所述干燥箱调节阀、所述干燥箱排气阀、所述闭式调节阀和所述氮气进气阀，关闭所述进气阀、所述旁通阀、所述高温加热阀和所述低温加热阀；所述负压变温干燥模式为开启所述进气阀、所述冷阱调节阀、所述旁通阀、所述抽气阀、所述高温加热阀和所述低温加热阀，关闭所述干燥箱调节阀、所述干燥箱排气阀、所述闭式调节阀和所述氮气进气阀。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的空气制冷系统及其应用的有益效果在于：

本申请提供的空气制冷系统，采用空气制冷循环。

本申请提供的空气制冷系统，具有环保、制冷温度更低并且可调节、效率高、运行稳定等优点。

本申请提供的空气制冷系统，采用开式制冷循环，直接对物料冷却，冷冻速度快，无需额外的制冷剂循环系统，并且可以实现闭式循环，达到无水无氧的保鲜效果。

本申请提供的空气制冷系统的应用，可以采用开式循环，低温空气在冻干机中直接对物料制冷，冷冻速度快，并且无需额外的制冷剂循环系统；也可选用闭式制冷循环，达到无水无氧保鲜的冷冻效果。

本申请提供的空气制冷系统的应用，对现有的冻干机装置进行改造，具备多种运行模式，环保，制冷温度低，冷冻速度快，可变压冷冻，可无水无氧冷冻，负压变温干燥，能量利用率高。

附图说明

图1是本申请的空气制冷循环的冻干机结构示意图；

图2是本申请的变压快速冷冻模式下的冻干机结构示意图；

图3是本申请的闭式保鲜冷冻模式下的冻干机结构示意图；

图4是本申请的负压变温干燥模式下的冻干机结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

参见图1～4，本申请提供一种空气制冷系统A，包括依次连接的进气阀10一端、过滤器4、压缩机5、冷却器6、一级回热器7、二级回热器8和膨胀机9，所述压缩机5与氮气罐20连接，所述过滤器4中设置有过滤网。

进一步地，所述进气阀10另一端与大气连接。

进一步地，所述压缩机5通过氮气进气阀19与所述氮气罐20连接。

进一步地，所述压缩机5与抽气阀15连接，所述压缩机5与闭式调节阀18连接，所述闭式调节阀18与所述一级回热器7连接。

具体的，进气阀10的进口连接大气，进气阀10的出口连接过滤器4进口，过滤器4出口与压缩机5进口的第一路相连；抽气阀15出口与压缩机5进口的第二路相连；闭式调节阀18出口与压缩机5进口的第三路相连；氮气罐20出口与氮气进气阀19进口相连，氮气进气阀19出口与压缩机5进口的第四路相连。压缩机5出口的第一路通道与冷却器6进口相连，冷却器6出口与一级回热器7第一个通道的进口相连，一级回热器7第一个通道的第一路出口与二级回热器8第一个通道的第一路进口相连，二级回热器8第一个通道的出口与膨胀机9的进口相连，二级回热器8第二个通道的出口与一级回热器7第二个通道的进口相连，一级回热器7第二个通道的出口第一路与闭式调节阀18进口相连，一级回热器7第二个通道的出口第二路排空，组成空气制冷系统。

本申请还提供一种空气制冷系统的应用，将所述的空气制冷系统A应用于真空冷冻干燥机。

进一步地，所述空气制冷系统A与加热系统B、冻干仓C依次连接，所述空气制冷系统A与所述冻干仓C连接。

进一步地，所述加热系统B包括相互连接的高温加热阀16和加热器3，所述高温加热阀16与低温加热阀17连接，所述低温加热阀17与所述加热器3连接，所述高温加热阀16与压缩机5连接，所述高温加热阀16与冷却器6连接，所述低温加热阀17与所述一级回热器7连接，所述低温加热阀17与所述二级回热器8连接，所述加热器3与所述一级回热器7连接，所述加热器3与所述二级回热器8连接。

高温加热阀16出口与加热器3进口的第一路管道相连，低温加热阀17出口与加热器3进口的第二路管道相连。

进一步地，所述冻干仓C包括依次连接的干燥箱排气阀14、干燥箱2、冷阱1、冷阱调节阀11和旁通阀13，所述干燥箱2、干燥箱调节阀12与所述膨胀机9依次连接，所述旁通阀13与所述二级回热器8连接，所述旁通阀13与所述冷阱1连接，所述冷阱1与所述抽气阀15连接。

冷阱调节阀11出口与冷阱1进口相连，干燥箱调节阀12出口与干燥箱2进口相连，干燥箱2出口与干燥箱排气阀14进口相连。

所述的空气制冷系统A与加热系统B的连接方式为，压缩机5出口的第一路管路与高温加热阀16进口相连，一级回热器7第一个通道的出口第二路与低温加热阀17进口相连，加热器3出口与二级回热器8第一个通道的进口第二路相连。所述的空气制冷系统A与冻干仓C的连接方式为，膨胀机9出口与旁通阀13进口、冷阱调节阀11进口、干燥箱调节阀12进口，抽气阀15进口与冷阱1第二个出口相连，二级回热器8第二个通道的进口第一路与旁通阀13出口相连，二级回热器8第二个通道的进口第二路与干燥箱排气阀14出口相连，二级回热器8第二个通道的进口第三路与冷阱1第一个出口相连，抽气阀15进口与冷阱1出口第二路相连。

进一步地，包括变压快速冷冻模式、闭式保鲜冷冻模式和负压变温干燥模式。

进一步地，所述变压快速冷冻模式为开启所述进气阀10、所述冷阱调节阀11、所述干燥箱调节阀12和所述干燥箱排气阀14、所述抽气阀15，关闭所述旁通阀13、所述高温加热阀16、所述低温加热阀17、所述闭式调节阀18和所述氮气进气阀19；外界空气从进气阀10进入，经过过滤器4过滤，经过压缩机5变为高温高压状态，再经过冷却器6、一级回热器7、二级回热器8、膨胀机9后变为低温低压状态，分为两路，第一路通过冷阱调节阀11进入冷阱1制冷；第二路通过干燥箱调节阀12后进入干燥箱2，直接对物料制冷，达到快速冷冻的效果。并且压缩机5通过抽气阀15对冻干机内压力进行调节，在温度降低时控制压力，针对不同产品，调节不同压力进行匹配，达到变压冷冻的效果。制冷后的两路空气依次通过一级回热器7、二级回热器8后排出。

所述闭式保鲜冷冻模式为开启所述冷阱调节阀11、所述干燥箱调节阀12、所述干燥箱排气阀14、所述闭式调节阀18和所述氮气进气阀19，关闭所述进气阀10、所述旁通阀13、所述高温加热阀16和所述低温加热阀17；运行前氮气进气阀19从氮气罐20通入氮气。运行时，氮气通过经过过滤器4、压缩机5变为高温高压状态，再经过冷却器6、一级回热器7、二级回热器8、膨胀机9后变为低温低压状态，在干燥箱2和冷阱1制冷后，通过一级回热器7、二级回热器8、闭式调节阀18重新进入制冷循环。该模式下冷冻速度快，温度低，冷冻过程中除产品本身外无水无氧，保鲜效果好。

所述负压变温干燥模式为开启所述进气阀10、所述冷阱调节阀11、所述旁通阀13、所述抽气阀15、所述高温加热阀16和所述低温加热阀17，关闭所述干燥箱调节阀12、所述干燥箱排气阀14、所述闭式调节阀18和所述氮气进气阀19。压缩机5后的高温气体和一级回热器7后的高温气体，在加热器3中释放热量，通过控制高温加热阀16和低温加热阀17控制加热器内温度，还可以通过抽气阀15对冻干机进行抽气，相比传统的冻干机干燥过程，该模式可实现负压变温干燥。

抽气阀15打开时，压缩机5入口可实现对冻干机抽气的作用，在制冷的同时干燥箱2内压力被多个阀门控制，达到变压冷冻的目的。

加热阀打开时，制冷系统中不同位置的高温空气通过加热器3加热干燥箱2，干燥温度可控，装置的能量利用率高，并且在干燥的同时，可以通过压缩机5入口进行抽气，达到负压干燥的效果。

空气作为制冷剂，具有环保、无污染、无泄漏和爆炸风险等。相比传统的压缩式系统，该系统制冷温度低并且可调节、运行稳定、效率高等优点。空气进入冻干机中的干燥箱2直接冷却物料，无需额外的制冷剂循环系统，提高了冷冻的速度和效率。

在变压快速冷冻模式中，在物料降温的同时，压缩机5对干燥箱2进行抽气，结合阀门的控制，达到变压冷冻的效果。在闭式保鲜冷冻模式中，通入气体如氮气，通过开关阀门形成闭式循环，达到无水无氧保鲜的效果。在负压变温干燥模式中，利用制冷系统不同位置的高温气体加热干燥箱，通过阀门控制温度，同时压缩机5对干燥箱2进行抽气，具有负压变温干燥的优点。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (2)

1.一种真空冷冻干燥机，其特征在于：包括依次连接的空气制冷系统、加热系统和冻干仓，所述空气制冷系统与所述冻干仓连接；所述空气制冷系统包括依次连接的进气阀一端、过滤器、压缩机、冷却器、一级回热器、二级回热器和膨胀机，所述过滤器中设置有过滤网，所述压缩机进口通过氮气进气阀与氮气罐连接，所述压缩机与抽气阀连接，所述压缩机与闭式调节阀连接，所述闭式调节阀与所述一级回热器连接；所述加热系统包括加热器，所述加热器一端与高温加热阀一端和低温加热阀一端分别连接，所述高温加热阀与低温加热阀连接，所述高温加热阀另一端连接于所述压缩机和所述冷却器之间，所述低温加热阀另一端连接于所述一级回热器和所述二级回热器之间，所述加热器另一端连接于所述一级回热器和所述二级回热器之间；所述冻干仓包括干燥箱排气阀、干燥箱、冷阱、冷阱调节阀和旁通阀，所述膨胀机、干燥箱调节阀与所述干燥箱依次连接，所述旁通阀一端与所述膨胀机出口连接，所述冷阱与所述干燥箱排气阀出口以及所述旁通阀另一端连接于所述二级回热器入口，依次通过所述二级回热器和所述一级回热器排出，所述冷阱与所述抽气阀连接，所述干燥箱与所述加热器连接；包括变压快速冷冻模式、闭式保鲜冷冻模式和负压变温干燥模式；所述变压快速冷冻模式为开启所述进气阀、所述冷阱调节阀、所述干燥箱调节阀和所述干燥箱排气阀、所述抽气阀，关闭所述旁通阀、所述高温加热阀、所述低温加热阀、所述闭式调节阀和所述氮气进气阀；所述闭式保鲜冷冻模式为开启所述冷阱调节阀、所述干燥箱调节阀、所述干燥箱排气阀、所述闭式调节阀和所述氮气进气阀，关闭所述进气阀、所述旁通阀、所述高温加热阀和所述低温加热阀；所述负压变温干燥模式为开启所述进气阀、所述冷阱调节阀、所述旁通阀、所述抽气阀、所述高温加热阀和所述低温加热阀，关闭所述干燥箱调节阀、所述干燥箱排气阀、所述闭式调节阀和所述氮气进气阀。

2.如权利要求1所述的真空冷冻干燥机，其特征在于：所述进气阀另一端与大气连接。