CN115479452B - 真空冻干系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空冻干系统及控制方法，制冷机组包括排气端连接到同一条排气总管上的多台压缩机；排气总管分别连接冷凝器和热泵机组；热泵机组连接储液器；制冷机组还包括作为1#回气总管的第十二管和作为2#回气总管的；第十二管和第十三上分别安装有低压传感器；每一台压缩机的吸气端通过两个自动阀分别连接所述第十二管和作为第十三；所述融霜排液装置分别连接所述捕水器；所述融霜排液装置还连接所述回气总管。本发明通过对各系统管道自动阀的控制，实现降低融冰耗能和制冷耗能；真空冻干生产过程出入货无需时间间隔，保障冻干仓的真空度，提高产品的品质。

Description

真空冻干系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种真空冻干系统，并涉及该系统的控制方法。
背景技术
现有的真空冻干系统普遍存在结构和控制方法不够合理的问题，导致系统能耗偏高、冻干效率偏低等问题。在现有的真空冻干系统中，目前存在以下弊端，具体分析如下：
一、融冰耗能高
冻干设备由三大系统构成：制冷系统、真空系统和加热系统。制冷系统的作用是为捕水器提供要求的低温冷源，捕集物料升化的水分。作为现有技术的冻干设备捕水器分为四种方式：1、内置式一次性捕水：捕水器在冻干仓的内部，当捕水器工作时开始捕集水分，捕水器结冰到一定程度后，捕水器效率下降，冻干速度减缓，当冻干结束后需要一次性融冰，融冰时间约需要2~3小时。2、外置式一次性捕水：捕水器在冻干仓的外部，其效果与内置式一次性捕水一样，当冻干结束仍需要一次性融冰，融冰时间约为2~3小时。3、内置交替捕水：捕水器在冻干仓的内部，配有两个捕水器，采用交替捕水方式融冰。当一个捕水器捕水结冰严重时，封闭其进气口后开始融冰，并切换另外一个捕水器进行捕水。因融冰是在仓内真空状态下进行，不能开仓门，因此会影响仓内进出货操作。4、外置交替捕水：捕水器在冻干仓的外部，其效果与内置交替捕水相同，融冰时也需要处于真空状态，因捕水器真空管道直接与冻干仓仓体连接没有控制，冻干仓与捕水器处在同一压力环境。开仓时无法融冰，因此融冰时不能出入仓。因此同样存在与上述内置式交替捕水同样出入仓受时间影响的问题。
上述捕水器融冰普遍存在以下问题。捕水器融冰时，所需要的融冰热能Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5（Q—融冰热能、Q1—制冷剂气化潜热、Q2—制冷剂气体升温显热、Q3—冰体升温显热、Q4—冰体融化潜热、Q5—水升温显热）。由此可见，在融冰时只有融冰所耗费的能源是有效耗能。而制冷剂气化所耗费的能源将需要增加制冷系统大量制冷量，产生制冷耗能，为无效耗能，此耗能并不参与融冰反而增加制冷负荷。在融冰时，只有捕水器内存有的制冷剂液体通过加热气化后，冰体继续受热才能融化。当融冰后捕水器再次工作捕水时，制冷系统需要再次给捕水器供低温制冷剂制冷捕水，再次增加制冷耗能。因此在融冰过程中，制冷剂气化增加了制冷负荷，再次制冷捕水进一步增加了制冷负荷，融冰时的制冷系统耗能均为无效耗能。
在外置和内置式交替补水方式中，因制冷系统负荷在融冰时有较大增加，造成制冷系统蒸发压力增高，捕水器制冷剂温度上升，捕水效率下降，造成捕水器捕水量下降，真空度上升（一般正常工作真空度在60-100 Pa之间），真空度上升（超过100Pa以上）过高，超过物料冰点允许值时，将造成物料融化和物料变形，直接影响产品的品质。
二、捕水器捕水效率低下，制冷剂用量大
现有的真空冻干设备设备中，外置式捕水器为使气流与捕水蒸发器的接触面积足够大，捕水器用于连接冻干仓的进气管均采用大口径管道与捕水器腔体直接相连。因缺少必要的分散导流机构以及均压平衡空间，普遍存在气流与蒸发器换热管接触不均的问题。由于气流分配不均匀，蒸发器与气流接触的前端结冰严重，而后端不结冰，导致捕水效率较差，融冰时间过长，从而影响冻干设备的工作效率和冻干品质。同时，因外置捕水器与真空仓的连接管径过粗无法连接自动阀门，很难实现自动控制。
另一方面，作为现有技术的真空冻干设备捕水器，无论是外置式捕水器还是内置式捕水器均采用光管式蒸发器。因采用光管式蒸发器，导致捕水器体积庞大；同时因蒸发器体积庞大造成制冷剂的用量较多，在融冰时耗能较大，在融冰完成后再次制冷时制冷耗能也同样较大。
三、多个冻干仓同用一个低压回气的制冷系统时，因各仓因入货先后热负荷的变化造成真空度的波动严重影响产品的品质和生产的效率
真空冻干设备在规模化生产时，通常配置共用一套制冷系统、一套真空系统、一套加热系统，为两套真空冻干仓提供保障。在实际生产过程中，由于物料需要加工、冷冻、装盘、进料等一系列流程操作，所以两套真空冻干仓的出入货时间通常不一致，并且后入货的物料含水量远大于先入货的物料。这就导致后入货的真空冻干仓的制冷负荷远大于先入货的真空冻干仓。现有的真空冻干设备制冷系统中，两套真空冻干仓共用一套制冷低压系统，且由于后入货的真空冻干仓内制冷负荷很大，使得制冷低压系统内的制冷剂蒸发压力升高，进而导致先入货真空冻干仓的捕水器蒸发压力升高，因蒸发温度升高，造成捕水能力下降，降低了该仓的工作效率，当真空度过高时，会影响到产品的品质。
四、满液式制冷系统回油纯度较差严重影响压缩机的使用寿命
现有的制冷系统回油普遍采用供液罐液位控制回油，但由于供液罐内低温制冷剂液体没有经过蒸发器蒸发气化，管内上层油的制冷剂含量较高，因而回到压缩机的油纯度较低，将影响到压缩机的润滑以及使用寿命。
满液式制冷系统中，分离罐是该制冷系统中的重要装置，其功能是将高温高压冷凝后的制冷剂通过节流膨胀在罐内转化为低压低温的液体制冷剂，通过供液管道将制冷剂输送至蒸发器，蒸发器吸热后制冷剂呈现气液两态经回液管从分离罐上端流入分离罐内，制冷剂液体流入桶内，制冷剂气体通过压缩机吸气管道回到压缩机。由于压缩机润滑油（以下称冷冻油）有部分溶入制冷剂内（约3-5%）。随着制冷剂气体不断从分离罐中分离而冷冻油将在桶内不断积累，如果不能及时将桶内冷冻油回到压缩机，压缩机将因缺油的得不到润滑无法正常工作，严重将造成压缩机损坏。现有的回油技术是通过控制分离罐液位，回油管口位于液位控制位置。因制冷冻油密度小于制冷剂密度，冷冻油浮在制冷剂上面，上层的油通过回油管经回气管虹吸引射回到压缩机吸气管内直接回到压缩机。
由于此时回到压缩机的冷冻油温度较低，油内含有大量的液体制冷剂（约30%左右）。因油的纯度不纯造成压缩机润滑不良，久而久之造成压缩机机械磨损损坏，严重影响压缩机的使用寿命。
另外，满液式制冷系统还存在如下弊端：分离罐需要精准控制液位，在实际运行中液位很难达到绝对精准控制，液位过高时也会有制冷剂液体通过回油管回到压缩机。冷媒会以液态形式进入压缩机内，引起液压缩，同样会导致压缩机损坏。
五、制冷时产生的冷凝热能排放对环境造成热污染，大量热能没有得到利用
真空冻干设备运行过程中，制冷系统产生大量的高温高压制冷剂气体。这部分高温高压制冷剂气体通过冷凝器直接冷却的方式（包括水冷、蒸发冷、风冷等方式）转化为液体，该过程冷凝器释放大量的热能。作为现有技术，过程冷凝器释放的热能被排放至环境中，不仅造成热能的浪费，而且还对自然环境产生热污染。
另一方面，作为现有技术，真空冻干设备运行过程中，多采用全过程锅炉加热方式为加热器提供热能，也就是说，真空冻干仓内的加热器即使在低温运行阶段仍利用外部热源加热。因此，现有的真空冻干设备耗能巨大，不利于节能环保和减碳。
第三方面，在自然环境中，因制冷系统的冷凝压力受制于环境温度，所以冷凝温度一般要高于环境温度，在水冷和蒸发冷冷凝方式时，冷凝温度会稍低于环境温度（3-5℃），受此影响，真空冻干设备制冷系统的制冷效率偏低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种节能高效真空冻干制冷系统及控制方法。
第一、本发明所要解决的技术问题是，提供一种真空冻干设备满液式制冷系统中的捕水排液融冰子系统，通过对各系统管道自动阀的控制，实现降低融冰耗能和制冷耗能；真空冻干生产过程出入货无需时间间隔，保障冻干仓的真空度，提高产品的品质。
第二、本发明所要解决的技术问题是，提供一种真空冻干设备外置式捕水装置，一、实现气流与蒸发器均匀接触从而提高捕水效率；二、在不扩大捕水器体积的前提下增加捕水面积，进一步提高捕水效率。三、大量减少捕水器内制冷剂的用量同时降低融冰耗能。
第三、本发明所要解决的技术问题是，提供一种真空冻干设备制冷系统中冷能自动分配控制子系统，使两个真空冻干仓内捕水器的蒸发器通过各自的制冷低压系统独立运行制冷，达到不同仓内捕水器互不干扰的目的，从而保障冻干仓的真空度，提高产品的品质。
第四、本发明所要解决的技术问题是，提供一种回气油分离纯化和排液化霜回液制冷的满液式制冷系统，实现了大量减少制冷剂用量的目的，并提高了回油纯度以保障压缩机润滑效果，延长了压缩机的使用寿命；并同时对制冷剂进行过冷，提高了系统制冷效率；在真空冻干生产中有效降低融冰耗能和制冷耗能。
第五、本发明所要解决的技术问题是，提供一种真空冻干设备热能回收系统。制冷系统回收的冷凝热能通过热泵冷凝器释放至热媒介质中，保障热回收水罐内具有较高水温，用于真空冻干设备生产过程加热器需要较低水温运行阶段的热源，也可以用于其他需要热源的负荷端。同时在热回收的过程中，制冷系统冷凝压力得到可控降低，使制冷系统的效率得到提高，制冷系统能耗降低。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
真空冻干系统，包括制冷机组、冷凝器、储液器、热泵机组、油纯化装置、油分离装置、真空泵组、内部安装有加热器的冻干仓、融霜排液装置以及通过管路和阀门与所述加热器相连接的热源装置，所述真空泵组连接有两个冻干仓，所述冻干仓通过装有进气自动阀的真空吸气管分别连接两个捕水器的捕水器进气管，所述两个捕水器的的捕水器出气管分别通过装有出气自动阀的管道与真空泵组的进口相连，其特征在于：所述制冷机组包括排气端连接到同一条排气总管上的多台压缩机；所述排气总管分别连接所述冷凝器和热泵机组；所述热泵机组连接所述储液器；所述制冷机组还包括作为1#回气总管的第十二管和作为2#回气总管的第十三；第十二管和第十三上分别安装有低压传感器；每一台压缩机的吸气端通过两个自动阀分别连接所述第十二管和第十三；所述融霜排液装置分别连接所述捕水器；所述融霜排液装置还连接所述回气总管。
优选地，所述热泵机组分别通过装有热回收水循环泵进水管和出水管连接所述热源装置。
优选地，所述捕水器包括带有捕水器进气管的捕水器壳体，所述捕水器壳体还带有融冰回水管；所述捕水器装有温度传感器；所述捕水器壳体内安装有蒸发器，所述蒸发器一端连接有蒸发器制冷剂进管，另一端连接有蒸发器制冷剂出管；所述捕水器壳体内还安装有围绕在所述蒸发器四周的两块蒸发器端部壁板和两块蒸发器侧部壁板；述两块蒸发器侧部壁板分别与所在一侧捕水器壳体围成一个出气均压腔；两块蒸发器侧部壁板的下端部分别开设有多个出气分流口用于导通所述蒸发器制冷列管所处空间与两侧的出气均压腔；两侧的出气均压腔分别连接有捕水器出气管；所述捕水器壳体内还安装有位于所述捕水器进气管内端口与蒸发器之间的进气分流板；所述进气分流板与捕水器壳体之间具有进气均压腔；所述进气分流板开设有多个进气分流口；全部进气分流口的通气面积之和小于或等于捕水器进气管的通气面积；捕水器进气管上安装有进气温度传感器，进气分流板上安装有分流板温度传感器；所述捕水器壳体内还安装有融冰供水管。
优选地，所述进气分流板由依次排列的金属板、加热板、阻燃板和保温板复合而成并开设有通孔形式的多个进气分流口。
优选地，所述油分离装置包括分离罐，分离罐的上端口分别通过管路和阀门连接所述回气总管；所述分离罐连接有用于控制分离罐内液位的液位控制器；所述分离罐内部设置有上端敞口的溢流油管，溢流油管与分离罐内壁之间具有环形空间；所述溢流油管的设置方式包括：第一种方式，溢流油管下端开口并且溢流油管作为流体通道，所述环形空间下端封闭并且该环形空间作为环形集油槽；第二种方式，所述溢流油管下端封闭并且溢流油管的腔体作为中心集油槽，所述环形空间上下均敞口并且该环形空间作为流体通道；所述环形集油槽或者中心集油槽连接有作为回油管的第六管；分离罐的下端口连接有第十四管；第十四管分别通过装有液相自动阀的管路连接所述蒸发器制冷剂出管；所述油纯化装置具有油纯化器壳程和油纯化器管程；油纯化器管程下端通过第十管连接所述储液器，上端连接有作为油纯化器出液管的第十一管；第十一管分别通过装有自动节流阀管路连接所述捕水器的蒸发器制冷剂进管；所述油纯化装置还具有与所述油纯化器壳程相通的油纯化器出油口、油纯化器进液口和油纯化器出气口；油纯化器进液口连接所述第六管，油纯化器出油口通过带有引射回油管的管路连接所述回气总管；油纯化器出气口通过均压回气管连接所述回气总管；油纯化器出气口高于油纯化器出油口，油纯化器出油口高于油纯化器进液口。
优选地，所述融霜排液装置包括连接有水罐液位传感器并装有第一温度传感器的融冰水罐，该融冰水罐通过管路和阀门连接所述融冰供水管；所述融冰水罐还通过管路和阀门连接所述融冰回水管；所述融霜排液装置还包括连接有排液桶液位传感器的排液桶；该排液桶通过管路和阀门连接所述蒸发器制冷剂进管；该排液桶上端还通过平衡排气管连接所述回气总管。
真空冻干系统控制方法，其特征在于它包括如下交替捕水融冰排液控制方法：通过对一个真空冻干仓配置的两个捕水器的制冷自动控制阀的转换控制，以及对两个捕水器的真空系统自动阀的转换控制，实现捕水器交替捕水的功能；通过对捕水器的排液自动阀以及融冰供水和回水自动阀的转换控制，实现自动排液融冰的功能；通过对回液泵的控制以及回液自动阀的转换控制，实现融冰后回液制冷的功能。
优选地，还包括如下外置捕水控制方法：当捕水器工作时，通过温度传感器实时检测捕水器进气温度和捕水器分流板温度，若分流板温度低于进气温度，控制器控制分流板加热器工作，使加热板温度不低于进气温度。
优选地，还包括如下冷能分配控制方法：控制器对制冷机组各压缩机的吸气端所配置的两个冻干仓各自回气制冷系统的自动阀进行转换控制，当一个冻干仓工作时，控制器控制压缩机吸气端所带的自动阀与处于工作状态的冻干仓的制冷回气管道连通，反之，另一个冻干仓处于工作状态时，控制器控制压缩机吸气端所带的自动阀与处于工作状态的冻干仓的制冷回气管道连通；当制冷系统负荷变化时，控制器根据各冻干仓的制冷回气管道上的压力传感器检测的压力控制压缩机的增卸载，从而满足制冷系统负荷要求；当两个冻干仓工作时，先运行的第一冻干仓所对应的自动阀与该仓的制冷回气管道连通，第二冻干仓运行时，首先将停止运行的压缩机对应的第二冻干仓自动阀打开，使第二冻干仓自动阀与该仓的制冷回气管道连通；根据第二冻干仓制冷回气管道上的压力传感器检测的压力控制停止运行的压缩机优先启动，并根该压力进行增卸载；在保障第一冻干仓的负荷前提下，制冷机组为第二冻干仓提供负荷。
优选地，还包括如下自动回油控制方法：当制冷系统工作时，控制器将所设定的液位值与油纯化装置所带有的液位传感器检测的液位值进行比较，控制自动节流阀的开启状态，将液位控制在设定范围内。
本发明的积极效果在于：
1、采用外置式交替捕水融冰方式，出入货不受时间约束。本发明采用外置式交替捕水方式，并通过自动阀对真空管道、加热管道、制冷管道的开闭进行控制。在第一个捕水器捕水时，第二个捕水器融冰。第二个捕水器融冰完毕后，待在捕水的捕水器结冰严重需要融冰时切换其至融冰状态。同时，融冰完毕后的捕水器切换到捕水状态，实现了交替捕水和融冰。因捕水器外置，捕水器与真空仓之间的连接管道受真空管道自动阀控制，在融冰时管道与仓体封闭，不影响出入货，节约了生产时间，提高了产能。
2、采用排液融冰和制冷排液桶泵回液的方式，减小融冰耗能。当融冰时捕水器停止供液，但此时捕水器内存有大量的低温制冷剂液体影响融冰速度，将制冷剂用重力方式排到排液桶内封闭暂存（排液桶有很好的保温），融冰时只需提供加热冰体融冰的热能，节约融冰热能。因捕水器内的低温液体得以排空，捕水器内无需气化制冷剂液体，在节约热能的同时，不需要制冷剂气化产生的制冷耗能，因而节约了能源。当融冰完毕再次制冷捕水时，通过回液泵将排液桶内制冷剂打回捕水器内制冷捕水，无需通过制冷系统再次制冷耗能，降低制冷负荷，减少能耗。由此可见，该系统在融冰时，达到了节能效果。
3、融冰时冻干仓真空度稳定。本发明通过采用制冷排液桶泵回液的方式，降低了制冷系统在融冰时的制冷负荷，使制冷系统在融冰时蒸发压力稳定，从而保障捕水器的捕水效率，进而达到冻干仓真空度稳定，满足生产的工艺要求，从而保障了产品的品质。
4、采用本发明，冻干仓内的气体在仓内物料加热不断升华的同时在真空系统的作用下，通过捕水器进气口经进气均压腔均压和分流板分流，均匀分布到蒸发器的进气端，然后均匀流经蒸发器的翅片和列管，再通过蒸发器出气端两侧的出气分流口进入出气均压腔，使蒸发器的出气气流定向均匀分布，从而实现气流与蒸发器的充分、均匀接触，达到了提高捕水效率的目的。
5、采用翅片式蒸发器，加大了蒸发面积，形成了气流导向，进一步提高了捕水效率。在上述合理分布气流的前提下，蒸发器采用了翅片式蒸发器，两两翅片之间形成气道，气流在流动时通过气道充分与蒸发器列管和翅片接触，达到了进一步提高捕水效率的目的。
6、本发明采用翅片式蒸发器，增加了换热表面积，从而减小了捕水器的体积，降低了蒸发器制冷剂用量，降低了融冰热能耗量和再制冷时的冷能耗量，实现了高效节能。如果按照本发明光管加翅片的结构，其有效换热面积较光管式蒸发器增加三倍左右，制冷量增加两倍以上。因此在同等制冷量的条件下，本发明捕水器较光管式捕水器体积可以减少一倍，达到了减少捕水器体积的目的。
7、由于本发明采用了导流和均压等技术措施，外置式捕水器与真空仓之间的连接管道可以选用小管径管道，更便于连接自动阀门，实现自动控制。
8、本发明采用两套独立的制冷低压系统，通过自动切换控制压缩机的数量和能量输出等级，为各系统提供各自需要的能源，并为捕水器的蒸发器提供各自独立的工况，保证了先入货的真空冻干仓内捕水器的捕水效果，使该仓的工作效率得以提高，从而保障了各仓的真空度，提高了产品的品质。
9、提高压缩机回油纯度保障润滑质量：本发明充分利用储液器供液管内高温制冷剂液体中的热能，在低压桶供液时通过回油器加热来自低压桶的回油，回油中的（回油中含有30%左右的制冷剂液体）液态低温制冷剂受热气化，低压桶回油经回油器气化分离，油的纯度可达90%左右，高纯度的油通过回气管回到压缩机，达到提高回油纯度的目的。
10、自动回油：当低压桶的油回到回油器时，由于低压桶回油口高于回油器进液口，当低压桶液位高于回油口时，低压桶内上层的油液混合液，将通过管道回到回油器内。因制冷剂的密度大于油的密度，制冷剂将下沉至回油器的下部，油将上浮至回油器上部，上部的油纯度较高。当油位高于回油器出油口时，因回油器进液口低于回油器出油口，此时回油器进液口被油封闭，当油位继续上升至高于回油器出气口时（回油器出气口高于回油器出油口），回油器出气口封闭。由于管程高温制冷剂液体对壳程油液混合物加热，会使壳程内混合物中的制冷剂液体气化，气化后的制冷剂在回油器上端部形成气压腔，并使腔体内的压力与机组回气管内的压力形成压力差。由于回油器壳程内压力大于压缩机回气管压力，纯化的油经引射回油管进入机组回气管，并在机组回气管内制冷剂气体的流动气流引射作用下自动回到压缩机内。
11、低压桶供液自动过冷提高制冷效率：当制冷系统运行时，液位控制器控制自动节流阀使储液器供液管中的制冷剂液体通过回油器管程加热壳程内的低温冷冻油与制冷剂液体混合物，在放热气化壳程内的混合物使制冷剂气化吸热的同时，管程内的制冷剂因放热降温过冷，可使在回油器出口的制冷剂温度下降10-15℃。过冷后的制冷剂通过液位控制的节流阀供至低压桶内，因过冷的缘故，制冷效率得以提高。
12、制冷系统的冷凝热能回收利用：在真空冻干设备运行过程中，制冷系统制冷时将冷凝低温热能通过热回收热泵机组转变为高温热能，释放至热回收水罐中，当罐内水温能够满足真空冻干设备物料加热器所需温度时，罐内高温水做为加热器热源。这部分罐内高温水也可用于其它需要热能的负荷端（如冬季办公室、车间采暖、温室大棚供暖、洗浴用水等），因此本发明实现了制冷系统冷凝热能的二次回收利用，从而达到节能减排的积极效果。
热回收热泵机组回收利用制冷系统的冷凝热能并产生高温热能，其能量转换公式计算如下：
1）、设制冷系统的制冷量（即捕水器捕水量）为Q1，加热器的加热量为Q2，则Q1=Q2。
2）、设制冷系统制热量为Q3，电功率为P1，则Q3=Q1+P1，即Q3=Q2+P1。
3）、设热回收热泵机组的制热量为Q4，制冷量为Q5，电功率为P2，则Q4=Q5+P2。因为Q5=Q3=Q2+P1，所以Q4=Q2+P1+P2。
热回收机组制热量为Q4，加热器所需加热量为Q2，所以在真空冻干设备运行至低温加热阶段时，热回收热泵机组通过回收利用制冷系统的冷凝热能而产生的高温热能，能满足真空冻干仓中所需的热能。
13、制冷系统制冷效率得以提高：当热回收热泵机组运行时，其蒸发器成为制冷系统的冷凝器，热泵机组能够将制冷系统的冷凝压力降到低于其在自然环境使用时可以降至的冷凝压力，因此在热回收系统运行时，制冷系统的冷凝压力降低，制冷效率得以提高，从而达到制冷系统节能降耗的积极效果。
以使用制冷剂R22的复盛SDL双级螺旋压缩机制冷系统为例，当采用蒸发式冷凝器，环境温度为35℃，蒸发温度为-40℃时，蒸发压力（绝压）为1.05 bar，制冷系统的冷凝压力（绝压）13.55 bar，此时压缩机COP为1.91。当利用本发明进行热回收时，热泵机组冷凝温度为70℃，蒸发温度为20℃，制冷系统的冷凝温度可降至25℃，冷凝压力（绝压）为10.44bar，此时压缩机的COP为2.38。由此可见，当采用热回收时制冷系统的效率较没有热回收时提高了25.13%。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图2是本发明实施例中制冷机组的结构示意图。
图3是本发明实施例中油纯化装置和油分离装置的结构示意图。
图4是本发明实施例中捕水器的正视结构示意图。
图5是本发明实施例中捕水器的侧视结构示意图。
图6是本发明实施例捕水器的中进气分流板的结构示意图。
图7是本发明实施例中融霜排液子系统的结构示意图。
图中，1、制冷机组，1-1、1-1#自动阀，1-2、2-1#自动阀，1-3、1-2#自动阀，1-4、2-2#自动阀，1-5、1-3#自动阀，1-6、2-3#自动阀，1-7、1-4#自动阀，1-8、2-4#自动阀，1-9、1-5#自动阀，1-10、2-5#自动阀，1-11、1-6#自动阀，1-12、2-6#自动阀，1-13、1#压缩机，1-14、2#压缩机，1-15、3#压缩机，1-16、4#压缩机，1-17、5#压缩机，1-18、6#压缩机，1-19、1#低压传感器，1-20、2#低压传感器，2、冷凝器，3、储液器，4、热泵机组，5、热源装置，6、油纯化装置，6-1、油纯化器管程，6-2、油纯化器壳程，6-3、油纯化器出油口，6-4、油纯化器出气口，6-5、油纯化器进液口，7、2#捕水器，8、1#捕水器，9、冻干仓，10、加热器，11、油分离装置，11-1、溢流油管，11-2、液位控制器，11-3、沸腾腔，11-4、环形集油槽，11-5、分离腔，12、真空泵组，13、融霜排液装置，G1、第一管， G2、第二管， G3、第三管， G4、第四管， G5、第五管， G6、第六管， G7、第七管，G8、第八管， G9、第九管， G10、第十管，G11、第十一管，G12、第十二管，G13、第十三管，G14、第十四管，G15、第十五管，G16、第十六管，G17、第十七管，G18、第十八管，G19、第十九管，G20、第二十管，G21、第二十一管，G22、第二十二管，G23、第二十三管，G24、第二十四管，G25、第二十五管，G26、第二十六管，B1、捕水器壳体，B2、捕水器进气管，B3、进气均压腔，B4、进气分流板，B4-1、进气分流口，B4-2、金属板，B4-3、加热板，B4-4、阻燃板，B4-5、保温板，B5、蒸发器，B5-1、蒸发器制冷剂出管，B5-2、蒸发器制冷剂进管，B5-3、蒸发器制冷列管，B5-4、蒸发器翅片，B6、蒸发器端部壁板，B7、融冰供水管，B8、融冰喷头，B9、融冰回水管，B10、出气分流口，B11、蒸发器出气腔，B12、蒸发器进气腔，B13、捕水器出气管，B14、出气均压腔，B15、蒸发器侧部壁板，B16、分流板温度传感器，B17、进气温度传感器，R1、融冰水罐，R2、水罐液位传感器，P1、排液桶，P2、排液桶液位传感器。F1、1#出气自动阀，F2、1#自动节流阀，F3、1#液相自动阀，F4、1#进气自动阀，F5、2#进气自动阀，F6、2#出气自动阀，F7、2#自动节流阀，F8、2#液相自动阀，F9、限压阀，F10、比例调节阀，F11、1#回液自动阀，F12、1#排液自动阀，F13、1#融冰回水自动阀，F14、2#融冰回水自动阀，F15、1#融冰供水自动阀，F16、比例调节阀，F17、2#排液自动阀，F18、2#回液自动阀，F19、2#融冰供水自动阀，F20、均压排气自动阀，F21、逆止阀，SB1、热回收水循环泵，SB2、排水泵，SB3、排液泵，T1、第一温度传感器，T2、第二温度传感器，T3、第三温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
如图1，本实施例的真空冻干系统包括制冷机组1、冷凝器2、储液器3、热泵机组4、油纯化装置6、油分离装置11、真空泵组12、内部安装有加热器10的冻干仓9、融霜排液装置13以及通过管路与所述加热器10相连接的热源装置5。
1#捕水器8和2#捕水器7具有相同结构和功能，统称捕水器。如图4-5，所述捕水器包括带有捕水器进气管B2的捕水器壳体B1，所述捕水器壳体B1还带有融冰回水管B9。捕水器进气管B2用于连接下述第十五管G15。所述1#捕水器8和2#捕水器7分别装有第二温度传感器T2和第三温度传感器T3。
所述捕水器壳体B1内安装有蒸发器B5，所述蒸发器B5包括带有蒸发器翅片B5-4的蒸发器制冷列管B5-3，所述蒸发器制冷列管B5-3一端连接有蒸发器制冷剂进管B5-2，另一端连接有蒸发器制冷剂出管B5-1。蒸发器制冷剂进管B5-2通过第十一管G11连接所述油纯化器管程6-1的上端。蒸发器制冷剂出管B5-1连接所述第十四管G14。
所述捕水器壳体B1内还安装有围绕在所述蒸发器B5四周的两块蒸发器端部壁板B6和两块蒸发器侧部壁板B15。所述两块蒸发器侧部壁板B15分别与所在一侧捕水器壳体B1围成一个出气均压腔B14。其中两块蒸发器侧部壁板B15的下端部分别开设有多个出气分流口B10用于导通所述蒸发器制冷列管B5-3所处空间与两侧的出气均压腔B14。两侧的出气均压腔B14分别连接有捕水器出气管B13。该捕水器出气管B13通过第八管G8连接所述真空泵组12。
所述捕水器壳体B1内还安装有位于所述捕水器进气管B2内端口与蒸发器B5之间的进气分流板B4。所述进气分流板B4与捕水器壳体B1之间具有进气均压腔B3。
如图6，所述进气分流板B4开设有多个进气分流口B4-1。进一步地，为了避免进气分流口B4-1结霜，所述进气分流板B4中复合有加热板B4-3。所述进气分流板B4的具体结构为：它由依次排列的金属板B4-2、加热板B4-3、阻燃板B4-4和保温板B4-5复合而成并开设有通孔形式的多个进气分流口B4-1。其中保温板B4-5所在侧朝向蒸发器B5。
所述捕水器壳体B1内还安装有位于所述融冰回水管B9与所述蒸发器B5之间的融冰供水管B7，所述融冰供水管B7上安装有多个融冰喷头B8。进气分流板B4与蒸发器B5之间的空间为蒸发器进气腔B12，蒸发器B5与融冰回水管B9所在壳体一侧的空间为蒸发器出气腔B11。
如图5，捕水器进气管B2上安装有进气温度传感器B17，进气分流板B4上安装有分流
板温度传感器B16。所述进气分流口B4-1在进气分流板B4上均匀布置。全部进气分流口B4-1的通气面积之和小于或等于捕水器进气管B2的通气面积。
真空泵组12连接有至少两个冻干仓9（本实施例为两个）。结合图4和图5，所述冻干仓9通过装有1#进气自动阀F4和2#进气自动阀F5并作为真空吸气管的第十五管G15分别连接1#捕水器8和2#捕水器7的捕水器进气管B2，所述1#捕水器8和2#捕水器7的捕水器出气管B13分别通过装有1#出气自动阀F1和2#出气自动阀F6的管道与第八管G8连接，所述第八管G8与真空泵组12的进口相连。
如图2，所述制冷机组1包括并列设置的1#压缩机1-13、2#压缩机1-14、3#压缩机1-15、4#压缩机1-16、5#压缩机1-17和6#压缩机1-18。全部压缩机的排气端连接有第一管G1。所述制冷机组1还包括作为1#回气总管的第十二管G12和作为2#回气总管的第十三G13。第十二管G12上安装有1#低压传感器1-19，第十三G13上安装有2#低压传感器1-20。1#压缩机1-13、2#压缩机1-14、3#压缩机1-15、4#压缩机1-16、5#压缩机1-17和6#压缩机1-18的吸气端分别通过带有1-1#自动阀1-1、1-2#自动阀1-3、1-3#自动阀1-5、1-4#自动阀1-7、1-5#自动阀1-9和1-6#自动阀1-11的管路连接第十二管G12；1#压缩机1-13、2#压缩机1-14、3#压缩机1-15、4#压缩机1-16、5#压缩机1-17和6#压缩机1-18的吸气端分别通过带有2-1#自动阀1-2、2-2#自动阀1-4、2-3#自动阀1-6、2-4#自动阀1-8、2-5#自动阀1-10和2-6#自动阀1-12的管路连接第十三G13。第十二管G12连接有第二管G2，第十三G13连接有第三管G3。
所述融霜排液装置13通过蒸发器制冷剂进管B5-2分别连接有1#捕水器8和2#捕水器7，所述融霜排液装置13通过第十九管G19连接所述第二管G2，所述融霜排液装置13通过融冰回水管B9和融冰供水管B7分别连接1#捕水器8和2#捕水器7。
所述第一管G1通过带有限压阀F9的管路连接所述冷凝器2进气端并通过带有比例调节阀F10的第四管G4连接热泵机组4，所述冷凝器2的排液端通过第五管G5连接所述第四管G4。所述热泵机组4分别通过装有热回收水循环泵SB1进水管和出水管连接所述热源装置5，所述热泵机组4出液端通过第九管G9连接所述储液器3的进液端。
本实施例的真空冻干系统还包括如图3所示的油纯化装置6和油分离装置11。所述油分离装置11包括分离罐，两个分离罐的上端口分别通过管路连接所述第二管G2或者第三管G3。所述分离罐连接有用于控制分离罐内液位的液位控制器11-2。所述分离罐内部设置有上端敞口的溢流油管11-1，溢流油管11-1与分离罐内壁之间具有环形空间。所述溢流油管11-1的设置方式包括：第一种方式，溢流油管11-1下端开口并且溢流油管11-1作为流体通道，所述环形空间下端封闭并且该环形空间作为环形集油槽11-4。第二种方式，所述溢流油管11-1下端封闭并且溢流油管11-1的腔体作为中心集油槽，所述环形空间上下均敞口并且该环形空间作为流体通道。所述环形集油槽11-4或者中心集油槽连接有作为回油管的第六管G6。在分离罐内部，所述溢流油管11-1下方的空间是沸腾腔11-3，所述溢流油管11-1上方的空间是分离腔11-5。分离罐的下端口连接有第十四管G14。
所述油纯化装置6具有油纯化器壳程6-2和油纯化器管程6-1。其中油纯化器管程6-1下端通过第十管 G10连接所述储液器3的出液端，油纯化器管程6-1上端连接有作为油纯化器出液管的第十一管G11。所述第十一管G11分别通过装有1#自动节流阀F2和2#自动节流阀F7的第十四管G14连接1#捕水器8和2#捕水器7的蒸发器制冷剂进管B5-2。
分离罐的下端口所连接的第十四管G14分别通过装有1#液相自动阀F3和2#液相自动阀F8的管路连接蒸发器制冷剂出管B5-1。
所述油纯化装置6还具有与所述油纯化器壳程6-2相通的油纯化器出油口6-3、油纯化器进液口6-5和油纯化器出气口6-4。其中油纯化器进液口6-5连接所述第六管G6，油纯化器出油口6-3通过带有引射回油管的管路连接第二管G2或者第三管G3，油纯化器出气口6-4通过作为均压回气管的第七管 G7连接第二管G2或者第三管G3。油纯化器出气口6-4高于油纯化器出油口6-3，油纯化器出油口6-3高于油纯化器进液口6-5。所述环形集油槽11-4或者中心集油槽与第六管G6的连接位置高于油纯化器进液口6-5。
如图7所示，所述融霜排液装置13包括连接有水罐液位传感器R2的融冰水罐R1，该融冰水罐R1下端连接有作为排水管并装有排水泵SB2和逆止阀F21的第十六管G16，该融冰水罐R1通过第十七管G17分别连接装有装有1#融冰供水自动阀F15和装有2#融冰供水自动阀F19的分支管路，所述分支管路分别连接1#捕水器8和2#捕水器7的融冰供水管B7。所述融冰水罐R1上端还通过第十八管G18分别连接装有装有1#融冰回水自动阀F13和装有2#融冰回水自动阀F14的分支管路，所述分支管路分别连接1#捕水器8和2#捕水器7的融冰回水管B9。所述融冰水罐R1还装有第一温度传感器T1。所述融冰水罐R1还通过装有比例调节阀F16的第二十二管G22连接其他热源装置。
所述融霜排液装置13还包括连接有排液桶液位传感器P2的排液桶P1。该排液桶P1上端通过作为排液管的第二十管G20分别连接装有1#排液自动阀F12的第二十三管G23和装有2#排液自动阀F17的第二十四管G24，第二十三管G23和第二十四管G24分别连接1#捕水器8和2#捕水器7的蒸发器制冷剂进管B5-2。
所述排液桶P1下端通过作为回液管并装有排液泵SB3的第二十一管G21分别连接装有1#回液自动阀F11的第二十五管G25和装有2#回液自动阀F18的第二十六管G26，第二十五管G25和第二十六管G26分别连接1#捕水器8和2#捕水器7的蒸发器制冷剂进管B5-2。该排液桶P1上端还通过作为平衡排气管并装有均压排气自动阀F20的第十九管G19连接所述第二管G2或者第三管G3。
本发明的控制方法包括交替捕水融冰排液控制方法、外置捕水控制方法、冷能分配控制方法、自动回油控制方法以及热能回收控制方法。
交替捕水融冰排液控制方法：
通过对一个真空冻干仓配置的两个捕水器的制冷自动控制阀的转换控制，以及对两个捕水器的真空系统自动阀的转换控制，实现捕水器交替捕水的功能；通过对捕水器的排液自动阀以及融冰供水和回水自动阀的转换控制，实现自动排液融冰的功能；通过对回液泵的控制以及回液自动阀的转换控制，实现融冰后回液制冷的功能；
外置捕水控制方法：
当捕水器工作时，通过温度传感器实时检测捕水器进气温度和捕水器分流板温度，若分流板温度低于进气温度，控制器控制分流板加热器工作，使加热板温度不低于进气温度；
冷能分配控制方法：
控制器对制冷机组各压缩机的吸气端所配置的两个冻干仓各自回气制冷系统的自动阀进行转换控制，当一个冻干仓工作时，控制器控制压缩机吸气端所带的自动阀与处于工作状态的冻干仓的制冷回气管道连通，反之，另一个冻干仓处于工作状态时，控制器控制压缩机吸气端所带的自动阀与处于工作状态的冻干仓的制冷回气管道连通；当制冷系统负荷变化时，控制器根据各冻干仓的制冷回气管道上的压力传感器检测的压力控制压缩机的增卸载，从而满足制冷系统负荷要求；当两个冻干仓工作时，先运行的第一冻干仓所对应的自动阀与该仓的制冷回气管道连通，第二冻干仓运行时，首先将停止运行的压缩机对应的第二冻干仓自动阀打开，使第二冻干仓自动阀与该仓的制冷回气管道连通；根据第二冻干仓制冷回气管道上的压力传感器检测的压力控制停止运行的压缩机优先启动，并根该压力进行增卸载；在保障第一冻干仓的负荷前提下，制冷机组为第二冻干仓提供负荷；
自动回油控制方法：
当制冷系统工作时，控制器将所设定的液位值与油纯化装置所带有的液位传感器检测的液位值进行比较，控制自动节流阀的开启状态，将液位控制在设定范围内。
具体控制方法如下：
一、交替捕水融冰排液控制方法：
1、1#捕水器8捕水：在冻干设备运行过程中，1#捕水器8进入捕水状态，首先制冷系统运行，1#自动节流阀F2打开，通过1#捕水器8的第十四管G14，经蒸发器制冷剂进管B5-2，给1#捕水器8提供冷源，同时1#液相自动阀F3打开，制冷剂气液混合物经蒸发器制冷剂出管B5-1，气体回到第二管G2，液体回到油分离装置11内，当第二温度传感器T2检测1#捕水器8的制冷温度达到设定值时，真空系统1#出气自动阀F1、1#进气自动阀F4打开，真空泵组12启动，此时其余所有自动阀关闭，1#捕水器8进入捕水状态。
2、交替捕水，2#捕水器7工作，1#捕水器8停止捕水：当1#捕水器8内的蒸发器B5结冰严重时，通过时间控制，制冷系统2#自动节流阀F7和2#液相自动阀F8打开，制冷系统通过，2#捕水器7的第十四管G14和2#自动节流阀F7向2#捕水器7提供冷源，制冷剂气液混合物经2#捕水器7的蒸发器制冷剂出管B5-1，气体回到第二管G2，液体回到油分离装置11内，当第三温度传感器T3检测到捕水器内温度达到设定值时，打开真空系统2#进气自动阀F5和2#出气自动阀F6，2#捕水器7进入工作状态。关闭1#自动节流阀F2，1#液相自动阀F3，同时关闭1#出气自动阀F1和1#进气自动阀F4，此时1#捕水器8停止捕水。
3、1#捕水器8排液融冰：当1#捕水器8停止捕水后，1#排液自动阀F12打开，均压排气自动阀F20打开，此时1#捕水器8的蒸发器B5内存留的制冷剂液体，在重力的作用下，经1#蒸发器制冷剂进管B5-2和第二十管G20排到排液桶P1内。当排液到一定时间，排液桶液位传感器P2检测到液位不再上升时，关闭1#排液自动阀F12，均压排气自动阀F20，排液程序结束，进入融冰程序。在融冰前，融冰水罐R1内有一定容量的，能够满足捕水器融冰要求温度的水，当温度传感器T1检测的温度低于设定值时，蒸汽通过打开比例调节阀F16，经第二十二管G22实现对罐内水的加热（一般在20℃左右）。当温度达到设定温度时，比例调节阀F16关闭，加热停止。此时打开1#融冰供水自动阀F15，融冰水由第十七管G17，1#融冰供水管B7进入1#捕水器8内，同时打开1#融冰回水自动阀F13，由于1#捕水器8内为真空状态，20℃的融冰水瞬间气化，与罐内的低温气体以及1#捕水器8内蒸发器B5上的冰换热，由于受到降温影响，水蒸气冷凝，释放大量热量，将捕水器蒸发器上的冰融化。融化后的水经1#融冰回水管B9、1#融冰回水自动阀F13和第十八管G18，又流回融冰水罐R1中。当水罐液位传感器R2感知水位高于设定水位时，启动排水泵SB2，将罐内的水通过第十六管G16排出融冰水罐R1中，当水位低于设定值时，排水泵SB2停止排水。当1#捕水器8内蒸发器B5的第二温度传感器T2感受温度达到设定融冰终止温度时，1#融冰供水自动阀F15、1#融冰回水自动阀F13关闭，1#捕水器8融冰完成。
4、排液桶泵回液及1#捕水器8再次捕水：当2#捕水器7内蒸发器B5结冰严重需要融冰时（根据设定时间），首先排液桶1#回液自动阀F11打开，均压排气自动阀F20打开，排液泵SB3启动，进入回液程序。排液桶P1内的低温制冷剂液体，经排液泵SB3和第二十一管G21进入1#捕水器8内蒸发器B5。通过排液桶液位传感器P2检测排液桶P1内的液位，当液位低于设定值时，先关闭排液泵SB3，关闭排液桶1#回液自动阀F11，再打开1#自动节流阀F2，1#液相自动阀F3，制冷系统重新为1#捕水器8提供冷源。当第二温度传感器T2达到设定温度时，真空系统1#出气自动阀F1和1#进气自动阀F4打开，1#捕水器8进入工作状态后，关闭真空系统2#进气自动阀F5、2#出气自动阀F6、2#自动节流阀F7和2#液相自动阀F8，2#捕水器7停止捕水。
5、2#捕水器7排液融冰：当2#捕水器7停止捕水后，2#排液自动阀F17打开，均压排气自动阀F20打开，此时2#捕水器7内蒸发器B5内存留的制冷剂液体，在重力的作用下，经2#蒸发器制冷剂进管B5-2和第二十管G20排到排液桶P1内。当排液到一定时间，排液桶液位传感器P2检测到液位不再上升时，关闭2#排液自动阀F17，均压排气自动阀F20，排液程序结束，进入融冰程序。打开2#融冰供水自动阀F19，融冰水由第十八管G18经2#融冰回水管B9进入2#捕水器7内，同时打开2#融冰回水自动阀F14，由于2#捕水器7内为真空状态，20℃的融冰水瞬间气化，与罐内的低温气体以及2#捕水器7内蒸发器B5上的冰换热，由于受到降温影响，水蒸气冷凝，释放大量热量，将捕水器蒸发器上的冰融化。融化后的水经2#融冰回水管B9、2#融冰回水自动阀F14和第十八管G18，流回融冰水罐R1中。当水罐液位传感器R2感知水位高于设定水位时，启动排水泵SB2，将罐内的水通过第十六管G16排出融冰水罐R1中，当水位低于设定值时，排水泵SB2停止排水。当2#捕水器7的第三温度传感器T3感受温度达到设定融冰终止温度时，2#融冰供水自动阀F19、2#融冰回水自动阀F14关闭，2#捕水器7融冰完成。
二、外置捕水控制方法：
当捕水器工作时，制冷机组1通过蒸发器制冷剂进管B5-2为蒸发器B5供液制冷，制冷后气液混合物通过蒸发器制冷剂出管B5-1流出。因捕水器内温度较低，进气分流板B4容易结冰堵塞，故对进气温度传感器B17与分流板温度传感器B16的检测温度进行比较，要求分流板温度传感器B16的检测温度高于进气温度传感器B17的检测温度（一般要求高出2-3℃），当温差过低时启动加热板B4-3加热，以确保水蒸气无法结霜（凝结）堵塞进气分流口B4-1。
当蒸发器管温达到设定值时，真空系统运行，气流通过捕水器进气管B2将冻干仓内高温高湿气体抽至进气均压腔B3，均压后到达进气分流板B4，经各进气分流口B4-1分流，因进气均压腔B3与蒸发器进气腔B12压差相同，气流均匀进入到蒸发器进气腔B12，并进入蒸发器B5的进气端，与内低温制冷剂换热。因蒸发器内制冷剂温度一般在-35℃~-40℃之间，气体中的水蒸气被捕捉到蒸发器B5的蒸发器翅片B5-4和蒸发器制冷列管B5-3上形成冰体。被蒸发器B5捕水后的气流通过蒸发器出气腔B11，经蒸发器侧部壁板B15上的出气分流口B10进入出气均压腔B14内，经均压后通过捕水器出气管B13被真空系统抽出捕水器。由于在上述进气分流口B4-1，进气均压腔B3和出气分流口B10以及出气均压腔B14的作用下，捕水器内的气场分布均匀，在蒸发器翅片B5-4的作用下，流向稳定，捕水效率提高。
融冰时，蒸发器B5停止供液制冷，融冰高温水通过融冰供水管B7经融冰喷头B8进入捕水器内开始融冰，冰融化后的水与融冰水由融冰回水管B9排出捕水器。
本实施例的蒸发器由120根，管间距A为50mm，直径d为16mm，管长度L为1210mm，片距20mm，管距40mm，翅片数量为56片，尺寸为长600mm，宽500mm。管换热面积S1=π×d×L×120=3.14×16×1210×120=7294848mm2≈7.3m2，翅片换热面积S2=[500×600-π×(d/2)2]×120 ×56×2=30899097 mm2≈30.9m2，总换热面积S3=S1+S2=38.2 m2。因平均捕水效率光管式的是翅片式的两倍，相当于光管换热面积S4=S3/2=38.2 /2=19.1m2，在环境工况相同的情况下，以该换热器为例，翅片式捕水器较光管式捕水器体积可以减少S3/(2×S1)=38.2/(2×7.3)=2.67倍。由此可见，采用翅片式蒸发器可以有效减小捕水器的管容积，使制冷剂的用量降低了1.67倍，降低了制冷剂的用量，减少了融冰耗能，使捕水器的体积大幅缩减。
三、冷能分配控制方法：
当真空冻干设备制冷系统启动运行时，控制子系统通过调节与第十二管G12相连的1-1#自动阀1-1、 1-2#自动阀1-3、1-3#自动阀1-5、1-4#自动阀1-7、1-5#自动阀1-9、1-6#自动阀1-11打开，使1#压缩机1-13、2#压缩机1-14、3#压缩机1-15、4#压缩机1-16、5#压缩机1-17、6#压缩机1-18与之对应连通，1#压缩机1-13、2#压缩机1-14、3#压缩机1-15、4#压缩机1-16、5#压缩机1-17、6#压缩机1-18根据1#低压传感器1-19检测的蒸发压力，逐个启动并自动增载，压缩机压缩后的高温高压气体通过第一管G1、限压阀F9经冷凝器2冷凝为液体后流至储液器3内，冷凝后的液体通过第十管G10经1#自动节流阀节流后为1#捕水器8内的蒸发器B5供冷，蒸发器B5内制冷剂吸收热量后，回到第十二管G12内。
一仓运行一段时间后，物料的含水量下降，制冷负荷随之下降，1#压缩机1-13、2#压缩机1-14、3#压缩机1-15、4#压缩机1-16、5#压缩机1-17、6#压缩机1-18根据1#低压传感器1-19检测的蒸发压力逐个自动减载，然后停机，假设停机的压缩机为5#压缩机1-17、6#压缩机1-18，5#压缩机1-17对应的1-5#自动阀1-9和6#压缩机1-18对应的1-6#自动阀1-11也自动关闭，当所有的压缩机关闭时，停机压缩机对应与1#制冷低压系统的回气自动阀全部关闭。
当物料准备进入二仓之前，控制子系统通过调节与第十三管G13相连的2-5#自动阀1-10、2-6#自动阀1-12打开，使5#压缩机1-17、6#压缩机1-18与之对应连通，5#压缩机1-17、6#压缩机1-18根据2#低压传感器1-20检测的蒸发压力重新启动，自动增载。压缩机压缩后的高温高压气体通过第一管G1经冷凝器2冷凝为液体后流至储液器3内，冷凝后的液体通过2#第十管G10经2#自动节流阀节流后为2#捕水器7内的蒸发器B5供冷供冷蒸发器B5内制冷剂吸收热量后，回到第十三管G13内。
此时若一仓制冷负荷继续下降，1#低压传感器1-19检测的蒸发压力降低，1#压缩机1-13、2#压缩机1-14、3#压缩机1-15、4#压缩机1-16逐个自动减载，然后停机，假设停机的压缩机为3#压缩机1-15、4#压缩机1-16，3#压缩机1-15对应的1-3#自动阀1-5和4#压缩机1-16对应的1-4#自动阀1-7也自动关闭。而二仓的制冷负荷较大，2#低压传感器1-20检测的蒸发压力仍超过增载设定值时，控制子系统自动打开2-3#自动阀1-6、2-4#自动阀1-8，使3#压缩机1-15、4#压缩机1-16与2#制冷低压系统连通，3#压缩机1-15、4#压缩机1-16根据2#低压传感器1-20检测的蒸发压力重新启动，自动增载，为二仓提供冷源。若一仓随着物料的继续升华，制冷负荷变大，1#低压传感器1-19检测的蒸发压力升高，控制子系统使3#压缩机1-15卸载停机，并关闭2-3#自动阀1-6，打开1-3#自动阀1-5，3#压缩机1-15重新启动并增载，为一仓提供冷源，如果满载后蒸发压力仍高于设定值，则控制子系统使4#压缩机1-16卸载停机，并关闭2-4#自动阀1-8，打开1-4#自动阀1-7，4#压缩机1-16重新启动并增载，为一仓提供冷源，直到1#低压传感器1-19检测的蒸发压力达到设定值。
二仓运行一段时间后，物料的含水量下降，制冷负荷随之下降，为二仓提供冷源的压缩机根据2#低压传感器1-20检测的蒸发压力逐个自动减载，然后停机，停机后的压缩机对应的回气自动阀也自动关闭。
上述过程中，1#制冷低压系统和2#制冷低压系统完全独立，控制子系统通过自动切换回气自动阀使压缩机与1#、2制冷低压系统的连通，以及自动调节压缩机的能级，为各自系统提供各自需要的冷源，在压缩机配置的制冷量能够满足两个真空冻干仓需要的制冷负荷时，控制子系统能够自动分配冷源为捕水器的蒸发器提供各自独立的实时工况，保证了各真空冻干仓内捕水器的捕水效果，保障了各仓的真空度，使各仓的工作效率得以提高，确保了产品的品质。
四、自动回油控制方法：
在制冷系统运行过程中，制冷剂液体通过第十管G10经油纯化装置6下端进入油纯化器管程6-1内，在油纯化装置6中放热，加热油纯化器壳程6-2内来自油分离装置11的（油和制冷剂）混合液体，使所述混合液体内的制冷剂液体气化。气化的制冷剂第七管G7回到第二管G2。同时，油纯化器管程6-1中的高温制冷剂液体因放热降温过冷，过冷后的制冷剂液体经第十一管G11经节流阀节流膨胀后进入蒸发器B5内。
油分离装置11内的混合液体通过第六管G6进入油纯化器壳程6-2内，随着不断回油，油纯化装置6内油位升高，当油位高于油纯化器出气口6-4时，油纯化器进液口6-5、油纯化器出油口6-3、油纯化器出气口6-4均被封闭。由于油纯化器管程6-1内的制冷剂液体加热油纯化器壳程6-2内的混合液体，使其中的制冷剂液体气化，在油纯化器出气口6-4上方形成封闭的气压腔，腔体内的压力与第二管G2内的压力形成压力差，油纯化器壳程6-2内的压力高于第二管G2内的压力，在此压力差的作用下，纯化的油经引射回油管进入第二管G2，并在第二管G2内制冷剂气体的流动气流引射作用下自动回到压缩机内。
蒸发器B5工作时，系统控制器给节流阀发出开启信号，制冷剂通过蒸发器B5下端的蒸发器制冷剂进管B5-2进入蒸发器制冷列管B5-3与介质换热蒸发，进入蒸发器B5上端的蒸发器制冷剂出管B5-1，然后经油分离装置11下端口进入沸腾腔11-3内。混合在油中的液相制冷剂在沸腾腔11-3内进一步气化，气化的制冷剂气体依次经过所述流体通道、分离腔11-5和油分离装置11上端出口进入第二管G2，然后回到压缩机吸气端。被制冷剂气体携带的小粒径油在分离腔11-5中与制冷剂进一步分离，部分落入环形集油槽11-4内，部分落入沸腾腔11-3内。
因油分离装置11上端口高于蒸发器制冷剂出管B5-1，并且油的密度小于制冷剂密度，随着制冷剂不断进入油分离装置11，沸腾腔11-3内的油位逐渐上升，当油位高于溢流油管11-1上端口时，油分离装置11上层的油不断溢流至环形集油槽11-4内，经第六管G6流入油纯化装置6内。
当油分离装置11内液位没有达到设定高度时，指令节流阀打开或加大供液；当达到设定液位时，液位控制器11-2指令节流阀关闭或减少供液。因该系统工作时油分离装置11内为气液两态，故该系统为满液式制冷系统。
五、热能回收控制方法：
在真空冻干设备运行过程中，首先要启动制冷系统预冷和高温水罐预热达到设定温度，同时制冷系统为捕水器供冷。当物料进入冻干仓，并封闭冻干仓后，启动真空系统，当冻干仓达到设定真空度时，加热系统为加热器供热，真空冻干设备进入正常运行阶段。
1、热回收过程：当真空冻干设备正常运行时，冻干仓9内的冷冻物料经加热器10加热后升华，升华后的水蒸气，在真空泵组12的作用下经过1#捕水器8，1#捕水器8内低温制冷剂液体（-40℃）将水气捕集在1#捕水器8上形成冰体，1#捕水器8内的制冷剂吸收热量气化后后回至制冷机组1，经制冷机组1压缩后转变为高温高压气体，通过第一管G10经限压阀F9进入到冷凝器2，再通过第四管G4进入到热泵机组4。若外界环境温度过低，比例调节阀F10打开，高温高压气体直接通过比例调节阀F10进入到热泵机组4。此时热回收水自动阀打开，热回收水循环泵SB1启动，同时发出信号给热泵机组4，热泵机组4启动。冷凝器2和热泵机组4通过压力传感器检测的压力自动增卸载，从而使热泵机组4的蒸发压力控制在设定范围内。
2、加热器高温水与热回收低温水的切换以及利用：真空冻干设备运行初期，因物料温度（-25℃~-30℃）较低，且含水量（90%）较高，物料内的冰晶升华，需要高温水（100℃左右）为冻干仓9提供大量热源，该阶段为高温加热阶段。此时冻干仓9所需的热源为其他热源（如锅炉等）。此阶段中，热源装置5内的水经热回收热泵机组4升温后，可通过其他负荷端供水泵流至其它需要热能的负荷端（如冬季办公室、车间采暖、温室大棚供暖、洗浴用水等）。
随着时间的推移，物料内的水分大量升华，温度上升，此时进入低温加热阶段，需要较低温度的水（60℃左右）为加热器10提供热源。此时热源装置5内的水已被热泵机组4升温至所需温度，热源装置5内的水通过加热器水循环泵流至加热器10内做为热源使用。这时热源装置5内的水优先供加热器10使用，其它需要热能的负荷端在优先确保加热器正常工作的情况下可以使用。
3、真空冻干设备正常运行时，热泵机组4启动，冷凝器2根据高压传感器所测压力逐步卸载直至停止，而热泵机组蒸发器成为制冷机组1的冷凝器。由于热回收热泵机组4的蒸发器内蒸发温度较低（20℃），能够将制冷系统的冷凝压力降至较低压力（10.44bar）。如果不采用热回收的方式，环境温度为35℃时，制冷系统的冷凝压力则相对较高（13.55bar）。因此在热回收系统运行时，制冷系统的冷凝压力降低，制冷效率得以提高，从而达到制冷系统节能降耗的积极效果。

Claims (2)

1.真空冻干系统，包括制冷机组（1）、冷凝器（2）、储液器（3）、热泵机组（4）、油纯化装置（6）、油分离装置（11）、真空泵组（12）、内部安装有加热器（10）的冻干仓（9）、融霜排液装置（13）以及通过管路和阀门与所述加热器（10）相连接的热源装置（5），所述真空泵组（12）连接有两个冻干仓（9），每个冻干仓（9）通过装有1#进气自动阀（F4）和2#进气自动阀（F5）并作为真空吸气管的第十五管（G15）分别连接1#捕水器（8）和2#捕水器（7）的捕水器进气管（B2），所述1#捕水器（8）和2#捕水器（7）的捕水器出气管 （B13）分别通过装有1#出气自动阀（F1）和2#出气自动阀（F6）的管道与第八管（G8）连接；所述第八管（G8）与真空泵组（12）的进口相连，1#捕水器（8）和2#捕水器（7）具有相同结构和功能，统称捕水器，
其特征在于：所述制冷机组（1）包括排气端连接到同一条排气总管上的多台压缩机；所述排气总管分别连接所述冷凝器（2）和热泵机组（4）；所述热泵机组（4）连接所述储液器（3）；全部压缩机的排气端连接有第一管（G1）；所述第一管（G1）通过带有限压阀（F9）的管路连接所述冷凝器（2）进气端并通过带有比例调节阀（F10）的第四管（G4）连接热泵机组（4）；所述冷凝器（2）的排液端通过第五管（G5）连接所述第四管（G4）；所述热泵机组（4）分别通过装有热回收水循环泵（SB1）进水管和出水管连接所述热源装置（5）；所述热泵机组（4）出液端通过第九管（G9）连接所述储液器（3）的进液端；所述制冷机组（1）还包括作为1#回气总管的第十二管（G12）和作为2#回气总管的第十三管（G13）；第十二管（G12）和第十三管（G13）上分别安装有低压传感器；每一台压缩机的吸气端通过两个自动阀分别连接所述第十二管（G12）和第十三管（G13）；所述融霜排液装置（13）分别连接所述捕水器；所述融霜排液装置（13）还连接所述回气总管；
所述捕水器包括带有捕水器进气管（B2）的捕水器壳体（B1），所述捕水器壳体（B1）还带有融冰回水管（B9）；所述捕水器装有温度传感器；所述捕水器壳体（B1）内安装有蒸发器（B5），所述蒸发器（B5）包括带有蒸发器翅片（B5-4）的蒸发器制冷列管（B5-3），所述蒸发器制冷列管（B5-3）一端连接有蒸发器制冷剂进管（B5-2），另一端连接有蒸发器制冷剂出管（B5-1）；所述捕水器壳体（B1）内还安装有围绕在所述蒸发器（B5）四周的两块蒸发器端部壁板（B6）和两块蒸发器侧部壁板（B15）；两块蒸发器侧部壁板（B15）分别与所在一侧捕水器壳体（B1）围成一个出气均压腔（B14）；两块蒸发器侧部壁板（B15）的下端部分别开设有多个出气分流口（B10）用于导通所述蒸发器制冷列管（B5-3）所处空间与两侧的出气均压腔（B14）；两侧的出气均压腔（B14）分别连接有捕水器出气管（B13）；所述捕水器壳体（B1）内还安装有位于所述捕水器进气管（B2）内端口与蒸发器（B5）之间的进气分流板（B4）；所述进气分流板（B4）与捕水器壳体（B1）之间具有进气均压腔（B3）；所述进气分流板（B4）开设有多个进气分流口（B4-1）；全部进气分流口（B4-1）的通气面积之和小于或等于捕水器进气管（B2）的通气面积；捕水器进气管（B2）上安装有进气温度传感器（B17），进气分流板（B4）上安装有分流板温度传感器（B16）；所述捕水器壳体（B1）内还安装有融冰供水管（B7）；
所述油分离装置（11）包括分离罐，分离罐的上端口分别通过管路和阀门连接所述回气总管；所述分离罐连接有用于控制分离罐内液位的液位控制器（11-2）；所述分离罐内部设置有上端敞口的溢流油管（11-1），溢流油管（11-1）与分离罐内壁之间具有环形空间；所述溢流油管（11-1）的设置方式包括：第一种方式，溢流油管（11-1）下端开口并且溢流油管（11-1）作为流体通道，所述环形空间下端封闭并且该环形空间作为环形集油槽（11-4）；第二种方式，所述溢流油管（11-1）下端封闭并且溢流油管（11-1）的腔体作为中心集油槽，所述环形空间上下均敞口并且该环形空间作为流体通道；所述环形集油槽（11-4）或者中心集油槽连接有作为回油管的第六管（G6）；分离罐的下端口连接有第十四管（G14）；第十四管（G14）分别通过装有液相自动阀的管路连接所述蒸发器制冷剂出管（B5-1）；所述油纯化装置（6）具有油纯化器壳程（6-2）和油纯化器管程（6-1）；油纯化器管程（6-1）下端通过第十管（G10）连接所述储液器（3）的出液端，油纯化器管程（6-1）上端连接有作为油纯化器出液管的第十一管（G11）；所述第十一管（G11）分别通过装有1#自动节流阀（F2）和2#自动节流阀（F7）的第十四管（G14）连接1#捕水器（8）和2#捕水器（7）的蒸发器制冷剂进管（B5-2）；所述油纯化装置（6）还具有与所述油纯化器壳程（6-2）相通的油纯化器出油口（6-3）、油纯化器进液口（6-5）和油纯化器出气口（6-4）；油纯化器进液口（6-5）连接所述第六管（G6），油纯化器出油口（6-3）通过带有引射回油管的管路连接所述回气总管；油纯化器出气口（6-4）通过均压回气管连接所述回气总管；油纯化器出气口（6-4）高于油纯化器出油口（6-3），油纯化器出油口（6-3）高于油纯化器进液口（6-5）；
所述融霜排液装置（13）包括连接有水罐液位传感器（R2）并装有第一温度传感器（T1）的融冰水罐（R1），该融冰水罐（R1）通过第十七管（G17）分别连接装有1#融冰供水自动阀（F15）和装有2#融冰供水自动阀（F19）的分支管路；所述分支管路分别连接1#捕水器（8）和2#捕水器（7）的融冰供水管（B7）；所述融冰水罐（R1）上端还通过第十八管（G18）分别连接装有1#融冰回水自动阀（F13）和装有2#融冰回水自动阀（F14）的分支管路；所述分支管路分别连接1#捕水器（8）和2#捕水器（7）的融冰回水管（B9）；所述融霜排液装置（13）还包括连接有排液桶液位传感器（P2）的排液桶（P1）；该排液桶（P1）上端通过作为排液管的第二十管（G20）分别连接装有1#排液自动阀（F12）的第二十三管（G23）和装有2#排液自动阀（F17）的第二十四管（G24），第二十三管（G23）和第二十四管（G24）分别连接1#捕水器（8）和2#捕水器（7）的蒸发器制冷剂进管（B5-2）；所述排液桶（P1）下端通过作为回液管并装有排液泵（SB3）的第二十一管（G21）分别连接装有1#回液自动阀（F11）的第二十五管（G25）和装有2#回液自动阀（F18）的第二十六管（G26），第二十五管（G25）和第二十六管（G26）分别连接1#捕水器（8）和2#捕水器（7）的蒸发器制冷剂进管（B5-2）；该排液桶（P1）上端还通过平衡排气管连接所述回气总管。
2.如权利要求1所述的真空冻干系统，其特征在于：所述进气分流板（B4）由依次排列的金属板（B4-2）、加热板（B4-3）、阻燃板（B4-4）和保温板（B4-5）复合而成并开设有通孔形式的多个进气分流口（B4-1）。
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