CN212179386U - 一种可回收冷凝水的新式冻干机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可回收冷凝水的新式冻干机，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，其中制冷系统包括制冷压缩机、内置冷凝盘管的冷凝器、储液罐、节流阀、电磁阀、内置蒸发盘管的蒸发器、内置盘管和加热盘管的冷阱；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、加热器、电动阀、油箱；化霜系统包括截止阀、集水器、电磁阀、加热盘管，本实用新型达到了热量充分合理利用、减少了电量消耗，节能，提高冻干的经济效益，增加了干燥的批量生产效率，克服环境温度对冷凝温度的影响，很好地保障冷凝温度的稳定控制和系统的高效运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可回收冷凝水的新式冻干机，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。现有干燥设备存在两个问题。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，然后被冷阱捕获凝结在表面，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，冷阱表面的凝结水需尽快融化以开始新的冻干过程，依靠自然融化需要时间较长，影响批量干燥效率。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，为了向冻干箱加入热量，还要采用电加热升温，存在的大量的能量浪费。为解决上述问题，回收冻干得到的水分，加快干燥过程，并回收冻干不同阶段中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。
实用新型内容
本实用新型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。
本实用新型提供的技术方案如下：一种可回收冷凝水的新式冻干机，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、冷凝器、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；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、加热器、第三电磁阀、电动阀、油箱、第四电磁阀、第二循环泵；化霜系统包括截止阀、集水器、第七电磁阀、第八电磁阀、加热器、加热盘管；冷凝器内置冷凝盘管，蒸发器内置蒸发盘管，冷阱内置盘管和加热盘管；
制冷压缩机的出口连接冷凝器的冷凝盘管的进口，冷凝器的冷凝盘管的出口一路连接储液罐的进口，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制冷压缩机的进口；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冷阱的盘管进口，冷阱的盘管的出口连接第九电磁阀的进口，第九电磁阀的出口与蒸发器的蒸发盘管的出口串联后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，冷阱上侧的接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，冻干箱的出口第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；冻干箱的出口第二路连接油箱的进口，油箱的出口连接第六电磁阀的进口，第六电磁阀的出口连接第一循环泵的进口，第一循环泵的出口连接冷凝器的进口，冷凝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的出口并联后连接第一循环泵的进口，冷凝器的出口另一路连接加热器的进口，加热器的出口连接第三电磁阀的进口，第三电磁阀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并联后连接冻干箱的进口；冻干箱的出口还连接第八电磁阀的出口，第八电磁阀的进口连接冷阱内的加热盘管的出口，加热盘管的进口连接第七电磁阀的出口，第七电磁阀的进口与加热器的出口连接。
进一步地，所述的第九电磁阀采用单向阀。
进一步地，其特征在于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。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过由散热器、第二电磁阀、第六电磁阀、第一循环泵、第三电磁阀、电动阀、油箱、第四电磁阀、第二循环泵组成的余热回收加热系统，将蒸发器与冷阱吸收热量，经制冷剂循环送到冷凝器放出，再由油或乙二醇盐溶液回收冷凝器热量，送到冻干箱加热物料，实现了制冷系统运行过程冷凝器凝结热的回收利用，达到热量充分合理利用、减少甚至不需要电加热的目的，减少了电量消耗，获得节能效果。
1.本实用新型通过由截止阀、集水器、第七电磁阀、第八电磁阀、加热器、加热盘管组成的化霜系统，加热真空系统内凝结在冷阱表面的冻干物料水分，融化后收集利用。物料尤其是果蔬干燥中析出的水分具有较好的养生价值。通过增加化霜系统，将冻干的三阶段改进到四阶段，回收了干燥过程中产生的水资源，提高冻干的经济效益。
2.本实用新型设置的化霜系统中，冷阱内置两个螺旋盘管—盘管和加热盘管，可分别通入冷和热的流体介质，实现物料干燥过程的水分补集和化霜。通过化霜系统中的电加热使得流体介质升温，融化冷阱表面霜层，与传统的自然化霜相比，提高了干燥的批量生产效率。
3.本实用新型由冷凝器、散热器、第二电磁阀、第一循环泵组成的回路可以实现冷凝热量的排放，与传统的仅通过冷凝器散热相比，除了回收余热外，还通过这种间接换热方式提供了冷凝温度调节的新手段，丰富了冷凝温度调节方式，也有利于系统克服环境温度对冷凝温度的影响，很好地保障冷凝温度的稳定控制和系统的高效运行。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
注：粗线表示流体介质流通路线。
细线表示制冷剂流通路线。
箭头
表示冻干第一阶段（预冻阶段）的制冷剂与流体介质的流通方向。
箭头
表示冻干第二、三阶段（升华干燥阶段、解析干燥阶段）的制冷剂与流体介质的流通方向。
箭头
表示冻干第四阶段（化霜阶段）的制冷剂与流体介质的流通方向。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细说明：
如图1所示，一种可回收冷凝水的新式冻干机，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、冷凝器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、加热器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组成；化霜系统包括截止阀23、集水器25、第七电磁阀26、第八电磁阀27、加热器15、加热盘管28，与余热回收加热系统共同实现化霜功能。冷凝器2内置冷凝盘管2-1，蒸发器5内置蒸发盘管5-1，冷阱8内置两个螺旋盘管—盘管8-1和加热盘管28，分别置于冷阱两侧或内外嵌套。
制冷压缩机1的出口连接冷凝器2的冷凝盘管2-1的进口，冷凝器2的冷凝盘管2-1的出口一路连接储液罐3的进口，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的出口连接制冷压缩机1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的出口连接冷阱8的盘管8-1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的出口与蒸发器5的蒸发盘管5-1的出口串联后连接制冷压缩机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上侧的接口连接箱阱阀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的出口第一路连接蒸发器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的出口第二路连接油箱19的进口，油箱19的出口连接第六电磁阀13的进口，第六电磁阀13的出口连接第一循环泵14的进口，第一循环泵14的出口连接冷凝器2的进口，冷凝器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的出口并联后连接第一循环泵14的进口，冷凝器2的出口另一路连接加热器15的进口，加热器15的出口连接第三电磁阀16的进口，第三电磁阀16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的出口并联后连接冻干箱10的进口。冻干箱10的出口还连接第八电磁阀27的出口，第八电磁阀27的进口连接冷阱8内的加热盘管28的出口，加热盘管28的进口连接第七电磁阀26的出口，第七电磁阀26的进口与加热器15的出口连接。
具体运行方式为：
本实用新型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、第二电磁阀12、第一循环泵14、第四电磁阀20、第二循环泵21开启，而第一电磁阀6、加热器15、第三电磁阀16、电动阀17、箱阱阀18、真空泵22、截止阀23、第六电磁阀13、第七电磁阀26、第八电磁阀27、第九电磁阀9关闭。
箭头
为预冻阶段制冷剂与流体介质的流通路径。
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冷凝器2中的冷凝盘管2-1，放出大量的热量后变成高温高压的液体，经过储液罐3后经过第五电磁阀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，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。另一路流体介质流经冷凝器2被加热后进入散热器11，散热量后经过第二电磁阀12，在第一循环泵14驱动下流回冷凝器2。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，通过来自蒸发器5和冷凝器2的冷热流体介质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。
箭头
为升华干燥阶段的制冷剂与流体介质循环环路。
在升华干燥阶段的升温加热阶段，第一电磁阀6、箱阱阀18、第三电磁阀16、电动阀17、第九电磁阀9、第六电磁阀13开启，压缩机1、第一循环泵14、真空泵22启动，第五电磁阀24、第二电磁阀12、第四电磁阀20、第二循环泵21关闭。第七电磁阀26、第八电磁阀27、截止阀23关闭。加热器15的开关取决于电动阀17的开度和和冻干箱10内温度变化情况，升温过程中，如果电动阀17的开度已经调到最大，且持续一段时间(如10min)后，冻干箱10内温度仍低于升华干燥阶段设定温度，则加热器15开始加热，否则加热器15不启动。
此时制冷压缩机1输出的制冷剂蒸气进入冷凝器2中的冷凝盘管2-1，放出大量的热量后变成高温高压的液体，经过储液罐3后经过第一电磁阀6进入第二节流阀7，节流后制冷剂进入冷阱8的盘管8-1，经第九电磁阀9，流回制冷压缩机1。制冷剂在冷凝盘管2-1将流体介质加热后经加热器15、第三电磁阀16、电动阀17进入冻干箱10，流出后经油箱19、第六电磁阀13、第一循环泵14回到冷凝盘管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。
在升华干燥阶段保持温度恒定阶段，当温度低于升华干燥阶段设定温度时，阀门、设备切换以及运行与加热阶段一样。当温度高于升华干燥阶段设定温度时，第一电磁阀6、第九电磁阀9、箱阱阀18、第二电磁阀12、第四电磁阀20、第五电磁阀24、第二循环泵21开启，压缩机1、第一循环泵14、真空泵22启动，第三电磁阀16、电动阀17、第六电磁阀13、第七电磁阀26、第八电磁阀27、截止阀23、加热器15关闭。
制冷压缩机1输出的制冷剂蒸气进入冷凝器2中的冷凝盘管2-1，放热后变成高温高压的液体，经储液罐3后分成两路，一路经第一电磁阀6、第二节流阀7、进入冷阱8的盘管8-1，提供捕获水蒸气的冷量，然后经第九电磁阀9流回制冷压缩机1。另一路经第五电磁阀24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，与第九电磁阀9流出的制冷剂汇合后流回制冷压缩机1。对流体介质，先经冷凝器2被加热，流出后进入散热器11，散热量后经过第二电磁阀12，经第一循环泵14驱动下流回冷凝器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大部分水以气态被抽走。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、第六电磁阀13、第一循环泵14、第七电磁阀26、第八电磁阀27开启，箱阱阀18、第二电磁阀12、第三电磁阀16、电动阀17、第四电磁阀20、第一电磁阀6、第九电磁阀9、第五电磁阀24、第二电磁阀12、第四电磁阀20、第二循环泵21关闭。压缩机1、真空泵22停止运行。加热器15开始加热。
化霜阶段制冷剂不流动。
化霜阶段流体介质回路：流体介质在第一循环泵14驱动下，经冷凝器2(不发生换热)进入加热器15吸热，温度升高后经第七电磁阀26进入冷阱8内的加热盘管28，冷阱8温度升高后，凝结在冷阱8内盘管8-1上的霜融化，融化后的凝结水通过截止阀23进入集水器25收集，放热结束后的流体介质经过第八电磁阀27、油箱19、第六电磁阀13、回到第一循环泵14继续循环。
所述的油箱19上设有加油阀，当油箱19内液位低于油箱高度的三分之二时，从加油阀加油至正常液位，每次运行前需要打开加油阀排气，正常运行中关闭。油箱19还起到储存多余的油和油回路膨胀定压的作用。
所述的第九电磁阀9还可采用单向阀。
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实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种可回收冷凝水的新式冻干机，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）、冷凝器（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）；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）、加热器（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）；化霜系统包括截止阀（23）、集水器（25）、第七电磁阀（26）、第八电磁阀（27）、加热器（15）、加热盘管（28）；冷凝器（2）内置冷凝盘管（2-1），蒸发器（5）内置蒸发盘管（5-1），冷阱（8）内置盘管（8-1）和加热盘管（28）；
制冷压缩机（1）的出口连接冷凝器（2）的冷凝盘管（2-1）的进口，冷凝器（2）的冷凝盘管（2-1）的出口一路连接储液罐（3）的进口，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）的出口连接制冷压缩机（1）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）的出口连接冷阱（8）的盘管（8-1）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）的出口与蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1）的出口串联后连接制冷压缩机（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）上侧的接口连接箱阱阀（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）的出口第一路连接蒸发器（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）的出口第二路连接油箱（19）的进口，油箱（19）的出口连接第六电磁阀（13）的进口，第六电磁阀（13）的出口连接第一循环泵（14）的进口，第一循环泵（14）的出口连接冷凝器（2）的进口，冷凝器（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）的出口并联后连接第一循环泵（14）的进口，冷凝器（2）的出口另一路连接加热器（15）的进口，加热器（15）的出口连接第三电磁阀（16）的进口，第三电磁阀（16）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）的出口并联后连接冻干箱（10）的进口；冻干箱（10）的出口还连接第八电磁阀（27）的出口，第八电磁阀（27）的进口连接冷阱（8）内的加热盘管（28）的出口，加热盘管（28）的进口连接第七电磁阀（26）的出口，第七电磁阀（26）的进口与加热器（15）的出口连接。
2.根据权利要求1所述的一种可回收冷凝水的新式冻干机，其特征在于所述的第九电磁阀（9）采用单向阀。
3.根据权利要求1所述的一种可回收冷凝水的新式冻干机，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。
4.根据权利要求1所述的一种可回收冷凝水的新式冻干机，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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020832646.7U CN212179386U (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 一种可回收冷凝水的新式冻干机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020832646.7U CN212179386U (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 一种可回收冷凝水的新式冻干机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN212179386U true CN212179386U (zh) | 2020-12-18 |
Family
ID=73776029
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| CN202020832646.7U Active CN212179386U (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 一种可回收冷凝水的新式冻干机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212179386U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111457682A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-07-28 | 烟台大学 | 一种可回收冷凝水的新式冻干机及其运行方法 |
-
2020
- 2020-05-19 CN CN202020832646.7U patent/CN212179386U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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