CN215676086U - 一种冻干机换热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种冻干机换热系统，包括冻干机板层、循环泵、加热器、换热器和至少一个制冷机组，冻干机板层、循环泵、加热器、换热器的第一通道依次连通形成回路，换热器的第二通道还与制冷机组连通，还包括控制模块，冻干机板层的入口设有第一温度传感器，换热器的第二通道出口设有第二温度传感器，控制模块的输入端和第一温度传感器、第二温度传感器分别连接，控制模块的输出端和加热器、制冷机组的控制端分别连接，使得控制模块从第二温度传感器的温度检测值得到换热器的第二通道中导热介质的温度反馈。本实用新型可以实时得到换热器的第二通道中导热介质的温度，从而在现有技术的基础上提高制冷时温度调节的精度，并且节约制冷剂。

Description

一种冻干机换热系统

技术领域

本实用新型涉及食品和药品生产领域，尤其涉及一种冻干机换热系统。

背景技术

温度作为冻干机最重要的一个控制参数，直接决定冻干产品的好坏。由于冻干产品升华或者相变主要涉及热量的传递，而热量的传递与温度密不可分，同时不同的温度又对应不同的饱和蒸气压，也就是不同的压力，因此温度与压力互相影响，相互牵制。冻干机不管调节多少压力，多少温度，最终是为了控制产品的升华温度，要保证产品的升华温度不超过共熔点温度，干燥部分不超过塌陷温度，才能安全的冻干。

目前冻干机控温系统由压缩机，换热器，加热器，循环泵组成。在冻干板层入口设置温度传感器，在压缩机和加热器分别设置PID温度控制器，由PID温度控制器根据冻干板层入口温度检测值和设定值的大小关系启动压缩机制冷或者加热器加热，但仅在冻干板层入口设置温度传感器会使得系统温度出现较大波动，影响冻干板层温度均一性，也会存在影响冻干产品质量的风险。

中国专利CN109140909A公开了一种冻干机板层温度控制系统，在冻干板层入口设置第一温度检测件，在冻干板层出口设置第二温度检测件，从而可以根据冻干板层出口温度检测值和设定值的大小关系启动压缩机制冷或者加热器加热，使得冻干板层入口温度检测值接近设定值。但是由于只是对于冻干板层的温度进行检测，而导热介质在进行热传递时会有一定滞后性，尤其在进行压缩机制冷的情况下通过换热器与压缩机的换热通道中导热介质对换热器与冻干板层换热通道中导热介质进行降温，导致换热量小的情况下不能及时了解换热器与压缩机的换热通道中导热介质的温度情况，造成温度调节的精度不高以及制冷剂浪费的情况。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种冻干机换热系统，可以实时得到换热器的第二通道中导热介质的温度，从而在现有技术的基础上提高制冷时温度调节的精度，并且节约制冷剂。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种冻干机换热系统，包括冻干机板层、循环泵、加热器、换热器和至少一个制冷机组，所述冻干机板层、循环泵、加热器、换热器的第一通道依次连通形成回路，所述换热器的第二通道还与制冷机组连通，还包括控制模块，所述冻干机板层的入口设有第一温度传感器，所述换热器的第二通道出口设有第二温度传感器，所述控制模块的输入端和第一温度传感器、第二温度传感器分别连接，所述控制模块的输出端和加热器、制冷机组的控制端分别连接，使得控制模块从第二温度传感器的温度检测值得到换热器的第二通道中导热介质的温度反馈。

进一步的，所述换热器的第二通道出口还设有压力传感器，所述控制模块的输入端和压力传感器连接。

进一步的，所述控制模块包括温度设定单元、PLC控制器、加热PID温度控制器、换热器制冷PID温度控制器，所述PLC控制器的输入端和温度设定单元、第一温度传感器连接，所述PLC控制器的输出端和加热PID温度控制器、换热器制冷PID温度控制器分别连接，所述加热PID温度控制器和加热器的控制端连接，所述换热器制冷PID温度控制器的输入端和第二温度传感器连接，所述换热器制冷PID温度控制器的输出端和制冷机组的控制端连接。

进一步的，所述制冷机组包括依次串联的压缩机、电磁阀和膨胀阀，所述压缩机和换热器的第二通道连通，所述电磁阀和膨胀阀分别设置于压缩机的出口，所述换热器制冷PID温度控制器的输出端和电磁阀、膨胀阀的控制端连接。

进一步的，所述冻干机板层的出口设有第三温度传感器，所述PLC控制器的输入端和第三温度传感器连接，从而获取冻干机板层的入口与出口温度差值。

进一步的，所述控制模块还包括板层制冷PID温度控制器和用于设置每个制冷机组工作状态的分配控制器，所述PLC控制器的输出端和板层制冷PID温度控制器连接，所述板层制冷PID温度控制器的输出端和分配控制器连接，所述分配控制器和换热器制冷PID温度控制器连接。

进一步的，所述控制模块还包括周波控制器，所述周波控制器的输入端和加热PID温度控制器连接，所述周波控制器的输出端和加热器的控制端连接。

进一步的，还包括冷阱装置和外壳，所述冻干机板层设置于外壳中，所述冷阱装置和外壳连接，所述冷阱装置和制冷机组连通。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型在冻干机板层的入口设有第一温度传感器，通过第一温度传感器检测值和设定值的大小关系来确定制冷或者加热，在换热器的第二通道出口设有第二温度传感器，从而可以直接获得换热器与制冷机组相连的第二通道中导热介质的温度，因此能够及时了解经过换热的第二通道的导热介质的温度情况，控制模块可以在制冷且换热量小的情况下根据第二温度传感器反馈温度得到更加准确的参考数据，以此来对于制冷机组进行更加精确的控制，并且节约制冷剂。

附图说明

图1为本实用新型实施例的系统结构示意图。

图2为本实用新型实施例的电气连接方框示意图。

图例说明：1-冻干机板层、2-循环泵、3-加热器、4-换热器、5-制冷机组、6-控制模块、7-冷阱装置、101-第一温度传感器、102-第二温度传感器、103-压力传感器、104-第三温度传感器。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型提出一种冻干机换热系统，包括冻干机板层1、循环泵2、加热器3、换热器4和至少一个制冷机组5，所述冻干机板层1、循环泵2、加热器3、换热器4的第一通道依次连通形成回路，所述换热器4的第二通道还与制冷机组5连通，如图1和图2所示，本实施例中，还包括控制模块6，所述冻干机板层1的入口设有第一温度传感器101，所述换热器4的第二通道出口设有第二温度传感器102，所述控制模块6的输入端和第一温度传感器101、第二温度传感器102分别连接，所述控制模块6的输出端和加热器3、制冷机组5的控制端分别连接，使得控制模块6从第二温度传感器102的温度检测值得到换热器4的第二通道中导热介质的温度反馈。

通过上述结构，本实施例的冻干机换热系统可以直接获得换热器4与制冷机组5相连的第二通道中导热介质的温度，因此能够及时了解经过换热的第二通道的导热介质的温度情况，控制模块6可以在制冷且换热量小的情况下根据第二温度传感器102反馈温度得到更加准确的参考数据，以此来对于制冷机组5进行更加精确的控制，并且节约制冷剂。

如图1所示，本实施例中，所述换热器4的第二通道出口还设有压力传感器103，所述控制模块6的输入端和压力传感器103连接，由于冻干产品升华或者相变主要涉及热量的传递，而热量的传递与温度密不可分，同时不同的温度又对应不同的饱和蒸气压，也就是不同的压力，因此温度与压力相互影响且相互牵制，所以本实施例中通过设置压力传感器103将换热器4的第二通道中导热介质的压力值反馈给控制模块6，在温度反馈的基础上加入压力反馈，使得控制模块6可以获得更准确的反馈数据。

如图2所示，本实施例中，所述控制模块包括温度设定单元、PLC控制器、加热PID温度控制器、换热器制冷PID温度控制器，所述PLC控制器的输入端和温度设定单元、第一温度传感器101连接，所述PLC控制器的输出端和加热PID温度控制器、换热器制冷PID温度控制器分别连接，所述加热PID温度控制器和加热器3的控制端连接，所述换热器制冷PID温度控制器的输入端和第二温度传感器102以及压力传感器103连接，所述换热器制冷PID温度控制器和制冷机组5一一对应，所述换热器制冷PID温度控制器的输出端和对应的制冷机组5的控制端连接。通过上述结构，PLC控制器比较第一温度传感器101反馈的板层入口温度以及温度设定单元设置的温度，从而选择控制加热PID温度控制器进行加热还是换热器制冷PID温度控制器进行制冷，同时换热器制冷PID温度控制器比较第二温度传感器102以及压力传感器103反馈的温度及压力信息，以及PLC控制器的输出值，从而根据比较结果对制冷机组5进行控制。

如图1所示，本实施例中，所述制冷机组5包括依次串联的压缩机51、电磁阀52和膨胀阀53，所述压缩机51和换热器4的第二通道连通，所述电磁阀52和膨胀阀53分别设置于压缩机51的出口，本实施例中，所述换热器制冷PID温度控制器的输出端和电磁阀52、膨胀阀53的控制端连接，从而通过控制电磁阀52、膨胀阀53的开度来进行降温控制。

如图1所示，本实施例中，所述冻干机板层1的出口设有第三温度传感器104，如图2所示，本实施例中所述PLC控制器的输入端和第三温度传感器104连接，从而可以通过第一温度传感器101和第三温度传感器104获取冻干机板层1的入口与出口温度差值。通过上述结构，所获取的冻干机板层1的入口与出口温度差值可以作为PLC控制器进行控制的参考，因为在入口与出口温度差值较高说明入口与出口的导热介质温差较大，此时可以停止加热器3或者制冷机组5工作，让回路中的导热介质自动循环进行热传递来升温或者降温，节约设备运行所需的资源。

如图2所示，本实施例中，所述控制模块6还包括板层制冷PID温度控制器和用于设置每个制冷机组工作状态的分配控制器，所述PLC控制器的输出端和板层制冷PID温度控制器连接，所述板层制冷PID温度控制器的输出端和分配控制器连接，所述分配控制器和换热器制冷PID温度控制器连接。通过上述结构，需要制冷时，板层制冷PID温度控制器工作，并将输出值作用到分配控制器，分配控制器会根据板层制冷PID温度控制器的输出值作为输入值并确定每个制冷机组5的工作状态。

如图2所示，本实施例中，所述控制模块6还包括周波控制器，所述周波控制器的输入端和加热PID温度控制器连接，所述周波控制器的输出端和加热器3的控制端连接，从而在升温过程中对加热器3进行精确控制。

如图1所示，本实施例中，还包括冷阱装置7和外壳，所述冻干机板层1设置于外壳中，所述冷阱装置7和外壳连接，所述冷阱装置7和制冷机组5连通，从而在制冷机组5不工作时可以对冻干机换热系统进行冷阱降温。

以下对本实施例的工作原理进行说明：

通过第一温度传感器101和第三温度传感器104采集冻干机板层1入口温度和出口温度值，并发送给PLC控制器；PLC控制器获取控制温度设定值，通过检测控制温度设定值和入口温度以及出口温度进行计算，如果板层入口温度高于控制温度设定值，则判断系统是需要制冷；如果板层入口温度低于控制温度设定值则判断系统是需要加热；

系统是需要加热时，加热PID温度控制器工作，将输出值作用到周波控制器，周波控制器对加热器3进行控制实现回路中导热介质的加热；如果出现了干扰因数，PLC控制器逻辑会对干扰因数进行分析判断决定加热PID温度控制器是停止还是启用；

系统是需要制冷时，板层制冷PID温度控制器工作，并将输出值作用到分配控制器，分配控制器会根据板层制冷PID温度控制器的输出值作为输入值并确定每个制冷机组5的工作状态，同时对应制冷机组5的换热器制冷PID温度控制器开启工作，其获取第二温度传感器102和压力传感器103的输出值，输出对应结果并和分配控制器的输出值进行比较计算，将较小的输出值作为结果值赋值给对应的压缩机组5的电磁阀52和膨胀阀53，从而控制电磁阀52和膨胀阀53开度对回路中的换热介质实现降温；制冷机组5一般为1至3组，分配控制器会根据不同配置的制冷机组5以及干扰因数确定投入运行的制冷机组5以及工作状态。其中干扰主要指压缩机故障状态，冻干机系统真空故障等。

在系统温度调节过程中，冻干机板层1入口温度和出口温度值的差值大于-1℃时，由于回路中的导热介质自动循环会进行热传递来升温或降温，此时PLC控制器会抑制加热PID温度控制器的工作防止加热超调，与之对应的，PLC控制器也会控制板层制冷PID温度控制器的输出。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种冻干机换热系统，包括冻干机板层(1)、循环泵(2)、加热器(3)、换热器(4)和至少一个制冷机组(5)，所述冻干机板层(1)、循环泵(2)、加热器(3)、换热器(4)的第一通道依次连通形成回路，所述换热器(4)的第二通道还与制冷机组(5)连通，其特征在于，还包括控制模块(6)，所述冻干机板层(1)的入口设有第一温度传感器(101)，所述换热器(4)的第二通道出口设有第二温度传感器(102)，所述控制模块(6)的输入端和第一温度传感器(101)、第二温度传感器(102)分别连接，所述控制模块(6)的输出端和加热器(3)、制冷机组(5)的控制端分别连接，使得控制模块(6)从第二温度传感器(102)的温度检测值得到换热器(4)的第二通道中导热介质的温度反馈。

2.根据权利要求1所述的冻干机换热系统，其特征在于，所述换热器(4)的第二通道出口还设有压力传感器(103)，所述控制模块(6)的输入端和压力传感器(103)连接。

3.根据权利要求1所述的冻干机换热系统，其特征在于，所述控制模块包括温度设定单元、PLC控制器、加热PID温度控制器、换热器制冷PID温度控制器，所述PLC控制器的输入端和温度设定单元、第一温度传感器(101)连接，所述PLC控制器的输出端和加热PID温度控制器、换热器制冷PID温度控制器分别连接，所述加热PID温度控制器和加热器(3)的控制端连接，所述换热器制冷PID温度控制器的输入端和第二温度传感器(102)连接，所述换热器制冷PID温度控制器的输出端和制冷机组(5)的控制端连接。

4.根据权利要求3所述的冻干机换热系统，其特征在于，所述制冷机组(5)包括依次串联的压缩机(51)、电磁阀(52)和膨胀阀(53)，所述压缩机(51)和换热器(4)的第二通道连通，所述电磁阀(52)和膨胀阀(53)分别设置于压缩机(51)的出口，所述换热器制冷PID温度控制器的输出端和电磁阀(52)、膨胀阀(53)的控制端连接。

5.根据权利要求3所述的冻干机换热系统，其特征在于，所述冻干机板层(1)的出口设有第三温度传感器(104)，所述PLC控制器的输入端和第三温度传感器(104)连接，从而获取冻干机板层(1)的入口与出口温度差值。

6.根据权利要求3所述的冻干机换热系统，其特征在于，所述控制模块(6)还包括板层制冷PID温度控制器和用于设置每个制冷机组工作状态的分配控制器，所述PLC控制器的输出端和板层制冷PID温度控制器连接，所述板层制冷PID温度控制器的输出端和分配控制器连接，所述分配控制器和换热器制冷PID温度控制器连接。

7.根据权利要求3所述的冻干机换热系统，其特征在于，所述控制模块(6)还包括周波控制器，所述周波控制器的输入端和加热PID温度控制器连接，所述周波控制器的输出端和加热器(3)的控制端连接。

8.根据权利要求1所述的冻干机换热系统，其特征在于，还包括冷阱装置(7)和外壳，所述冻干机板层(1)设置于外壳中，所述冷阱装置(7)和外壳连接，所述冷阱装置(7)和制冷机组(5)连通。

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