CN1442222A - 小型冷冻浓缩设备 - Google Patents

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CN1442222A CN 03116299 CN03116299A CN1442222A CN 1442222 A CN1442222 A CN 1442222A CN 03116299 CN03116299 CN 03116299 CN 03116299 A CN03116299 A CN 03116299A CN 1442222 A CN1442222 A CN 1442222A
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Inventor
张洁
徐烈
季建刚
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Shanghai Jiaotong University
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Abstract

小型冷冻浓缩设备主要包括带真空夹层的透明敞口容器、调速搅拌器、带电加热丝的紫铜底板、半导体制冷片等。稀溶液注入透明敞口容器后，通过半导体制冷片对容器紫铜底板进行冷却，冷却的同时通过调节布置在紫铜底板内的电加热丝功率、搅拌器与容器底面的相对位置和搅拌器转速等来控制结晶过程，实现水分在容器底面上的结晶。结晶过程可以通过透明容器侧壁进行实时观察，浓缩过程结束后，将浓溶液倒出，直接取冰或通过电加热丝加热融冰后取水，该设备具有外形小，结晶面温度、搅拌器位置和转速可调，可实时观测结晶过程等特点，特别适合于实验室和家庭使用。

Description

小型冷冻浓缩设备
技术领域
本发明涉及的是一种冷冻浓缩设备，特别是一种冰晶层生长状况可实时观察，能满足冷冻浓缩工艺实验和家用冷冻浓缩需要的小型冷冻浓缩设备，属于低温工程技术领域。
背景技术
冷冻浓缩是将稀溶液中的部分水分以冰晶的形式析出，并从液相中分离出去，以获得浓缩溶液的分离方法。冷冻浓缩的主要优点在于：(1)节能，冷冻浓缩方法去除水分的能耗约为蒸发浓缩耗能的1/7。同时，水分结晶并分离后，还可作为蓄冷材料，用于制冷空调系统，能源综合利用效果显著。(2)操作温度低，挥发性成分和维生素等有效成分损失少。由于上述特点，冷冻浓缩在液体食品浓缩、生物医药提纯浓缩、酿酒业、海水淡化等领域均有所应用。
在已有技术中，专利“一种汁液冷冻浓缩的方法及专用设备”(申请号：94118125.1)是将预冷温度1-2℃的汁液在强压下送至-5-10℃的冰板成型器，形成连续排出的松软薄冰板，经封闭管道进入压强为2-3kg/cm2，的气流式提取器中，由气流的贯穿作用将浓缩液提出。专利“中草药有效成分的提取工艺及生产设备”(申请号：00122832.2)以动态荷电提取罐在低温下对其中草药进行浸取，并采用离心分离和冷冻浓缩及冷冻干燥的工艺对中草药的有效成分进行分离干燥。专利“基于乳品的冷冻浓缩产品及其制备方法”(申请号97190930.X)，其结构为两个平行放置、彼此啮合并按同一方向旋转的蜗杆，蜗杆置于一壳体内，壳体的一端装有一个模头，另一端装有待冷冻组合物的进料设备，而在其中部装有进气设备。上述已有技术均为连续生产设备，结晶过程不能实时观察，采用压缩机制冷系统冷却结晶表面，结晶面温度不易控制，但实际生产中，对于不同性质的溶液进行冷冻浓缩时，需要对影响结晶过程的主要参数，如结晶面温度、搅拌器位置和搅拌器转速等进行大量实验，才能确定合理的工艺参数，而用于此目的的冷冻浓缩设备却很少，目前已有技术的冷冻浓缩设备不能满足实验室和家庭冷冻浓缩的要求。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明根据结晶学理论，开发一种结晶面温度可控、搅拌器转速和位置可调、冰层生长可实时观察的小型冷冻浓缩设备，以满足冷冻浓缩工艺实验和家用冷冻浓缩设备的需求。
本发明主要由调速电机、搅拌器、半导体制冷片、敞口容器等组成。敞口容器的侧壁由带真空夹层的透明钢化玻璃制成，真空夹层是为了防止浓缩过程壁面结露，影响观察。冰晶层的形成和生长通过透明玻璃侧壁可以清楚地观察到。容器底面由上下两块厚2毫米的紫铜板扣合而成，其中，上板的上表面抛光，该表面即结晶表面。上板上表面周边开槽，将带真空夹层的钢化玻璃侧壁嵌入槽中并用504胶黏结，以保证容器不漏水。在容器底面上板的下表面上打五个直径为1毫米，深为1.5毫米的小孔，小孔分布为底面中心一个孔，其他四个孔均匀分布在某一直径的圆周上，小孔内用锡焊封热电偶，热电偶的引线由上板下表面上的浅槽引出。这样，结晶面的温度测量点不会影响结晶面的表面光洁度，不会影响结晶表面上的成核和晶体生长。容器底面下板的上表面开浅槽，布置电加热丝，电加热丝功率可调，并用云母片绝缘。容器底面与半导体制冷片的冷端接触，半导体制冷片的热端与散热片连接，在散热片下面，容器支撑平台中央安装风扇，用于半导体制冷片热端强化散热。搅拌器与调速电机相连，电机调速范围0-6000r/min。在底座和容器支撑平台之间安装升降螺栓，搅拌器与结晶表面的相对位置可以通过升降螺栓来调节。调速电机和轴承分别通过调速电机支架和轴承支架安装在底座上。
稀溶液注入敞口容器后，通过半导体制冷片对容器底面进行冷却，冷却的同时可以通过调节布置在容器底面内的电加热丝的电功率，搅拌器转速以及通过调节升降螺栓改变搅拌器叶片与容器底面的相对位置来控制结晶过程，实现水分在容器底面上的结晶。结晶过程可以通过透明的容器侧壁进行实时观察，浓缩过程结束后，将浓溶液倒出，直接取冰或通过电加热丝加热后，融冰后取水。
本发明具有外形小、可以观察到冰晶层生长过程，结晶面温度、搅拌器位置和转速可以根据要求进行调节，从而有效控制结晶过程，实现对不同溶液或不同浓度稀溶液的浓缩。特别适合实验室或家庭使用。
附图说明及具体实施方式：
图1是本发明设备的结构示意图。图中，1是敞口容器；2是容器侧壁；3是容器底面；4是半导体制冷片；5是散热片；6是风扇；7是升降螺栓；8是底座；9是容器支撑平台；10是容器支撑；11是搅拌器叶片；12是搅拌器杆；13是轴承；14是调速电机；15是调速电机支架；16是轴承支架。
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明主要包括敞口容器1，半导体制冷片4，散热片5，风扇6，升降螺栓7，底座8，容器支撑平台9，容器支撑10，搅拌器叶片11，搅拌器杆12，轴承13，调速电机14，调速电机支架15，轴承支架16
敞口容器1由带真空夹层的容器侧壁2和容器底面3组成，容器侧壁2由钢化玻璃制成，真空夹层是为了防止浓缩过程中壁面结露，影响观察。容器底面3由上下两块厚2毫米的紫铜板扣合而成，其中，上板的上表面抛光，该表面即结晶表面。上板上表面周边开槽，将带真空夹层的钢化玻璃容器侧壁2嵌入槽中并用504胶黏结，以保证容器不漏水。在容器底面3的上板的下表面上打五个直径为1毫米，深为1.5毫米的热电偶测温孔，小孔分布为底面中心一个孔，其他四个孔均匀分布在某一直径的圆周上，小孔内用锡焊封热电偶，热电偶的引线由上板下表面上所开的浅槽引出。这样，结晶面的温度测量点不会影响结晶面的表面光洁度，不会影响结晶表面上的成核和晶体生长。容器底面3下板上表面开浅槽，布置电加热丝，电加热丝功率可调，并用云母片绝缘。容器底面3与半导体制冷片4的冷端接触，半导体制冷片热端与散热片5连接，在散热片5下面，容器支撑平台9中央安装风扇6，用来强化半导体制冷片4热端的散热。搅拌器杆12上端与调速电机14连接，下端安装搅拌器叶片11。电机调速范围0-6000r/min。在底座8和容器支撑平台9之间安装升降螺栓7，搅拌器叶片11与容器底面3(结晶表面)的相对位置可以通过升降螺栓7来调节。敞口容器1由四个等高的容器支撑10固定在容器支撑平台9上。调速电机14和轴承13分别通过调速电机支架15和轴承支架16安装在底座8上。
稀溶液注入敞口容器1后，通过半导体制冷片对容器底面3进行冷却，冷却的同时可以通过调节布置在容器底面3内的电加热丝的电功率，搅拌器转速以及通过调节升降螺栓7改变搅拌器叶片11与容器底面3的相对位置来控制结晶过程，实现水分在容器底面上的结晶。结晶过程可以通过透明的容器侧壁2进行实时观察，浓缩过程结束后，将浓溶液倒出，直接取冰或通过电加热丝加热后，融冰后取水。

Claims (3)

1、种小型冷冻浓缩设备主要包括：敞口容器(1)，散热片(5)，风扇(6)，底座(8)，容器支撑平台(9)，容器支撑(10)，搅拌器叶片(11)，搅拌器杆(12)，轴承(13)，调速电机(14)，调速电机支架(15)，轴承支架(16)等，其特征在于还包括半导体制冷片(4)，升降螺栓(7)，敞口容器(1)由容器侧壁(2)和容器底面(3)组成，容器底面(3)与半导体制冷片(4)的冷端接触，半导体制冷片(4)的热端与散热片(5)连接，在散热片(5)下面，容器支撑平台(9)中央安装风扇(6)，搅拌器杆(12)上端与调速电机(14)连接，下端安装搅拌器叶片(11)，在底座(8)和容器支撑平台(9)之间安装升降螺栓(7)，敞口容器(1)由四个等高的容器支撑(10)固定在容器支撑平台(9)上，调速电机(14)和轴承(13)分别通过调速电机支架(15)和轴承支架(16)安装在底座8上。
2、如权利要求1所述的小型冷冻浓缩设备，其特征还在于容器侧壁(2)是由带真空夹层的钢化玻璃制成，容器底面(3)由上下两块厚2毫米的紫铜板扣合而成，容器底面(3)的上板的上表面抛光，上板上表面周边开槽，将带真空夹层的钢化玻璃容器侧壁(2)嵌入槽中并用504胶黏结，在容器底面(3)的上板的下表面上打五个直径为1毫米，深为1.5毫米的热电偶测温孔，小孔分布为底面中心一个孔，其他四个孔均匀分布在某一直径的圆周上，小孔内用锡焊封热电偶，热电偶的引线由上板下表面上所开的浅槽引出，容器底面(3)下板上表面开浅槽，布置电加热丝，电加热丝功率可调，并用云母片绝缘。
3、如权利要求1所述的小型冷冻浓缩设备，其特征还在于搅拌器叶片(11)与容器底面(3)的相对位置可以通过升降螺栓(7)来调节，调速电机(14)的调速范围为0-6000r/min。
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