CN2896161Y - 一种高效节能的连续式真空冷冻干燥设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及冷冻干燥设备，具体地说是一种高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，包括干燥舱、加热系统、水汽捕集系统、真空系统、融冰系统、自动控制系统、料盘自动进出料及循环系统，加热系统与水汽捕集系统分别安装在干燥舱内的上部和下部，水汽捕集系统位于加热系统的下方，在干燥舱外，水汽捕集系统的下部设有融冰系统，料盘自动进出料及循环系统位于干燥舱的两端，各系统通过管路相互连接，真空系统、自动控制系统分别设在连接管路上。本实用新型采用多个(两个或两个以上)同时进出料的方式，采用与物料加热段水汽升华量匹配的多个内置交替式捕集器，与物料加热曲线高度拟合的加热板，能尽可能地缩短物料的干燥周期，节省能耗。

Description

一种高效节能的连续式真空冷冻干燥设备

技术领域

本实用新型涉及冷冻干燥设备，具体地说是一种高效节能的连续式真空冷冻干燥设备。

背景技术

真空冷冻干燥设备是用于对食品、药品及其他物品在真空状态下进行冷冻干燥加工的装置。而连续式冷冻干燥设备则用来生产品种相对较单一、产量较大的物料。目前的连续式真空冷冻干燥设备，其进出料的方式大致分单盘进出料及整车进出料(即将一批料盘放在一辆架车上)，其缺点是前者受到进出料真空锁动作频率的限制，而影响了料盘进出的速度，使得该设备只能加工干燥周期较长的物料，干燥那些周期很短即可的物料时却需要人为拉长干燥周期而影响了生产效率。后者虽然相对提高了进出料速度，但影响了物料进出及生产过程的连续性，且由于真空锁所占空间较大，增大了设备体积和造价，并且频繁的、大负担的抽空一破空过程，增大了真空锁部分的抽空能耗，因而使其与间歇式真空冷冻干燥的相比并无优势。

其次，目前的连续式真空冷冻干燥设备，其水汽捕集器的结构形式大致分为外置式和内置式。外置式的缺点为体积庞大，原材料消耗多，由于是用管路与干燥舱相通，捕集效率低。内置式的水汽捕集采用的均为在整个干燥舱的加热前段至加热后段，水汽捕集盘管平均分布的方式，其缺点是捕集面积与物料在各加热段的升华量是不匹配的，势必造成一部分升华出的水汽在被捕集过程中通路过长，增大了捕集阻力，增加了能耗。

另外，目前的连续式真空冷冻干燥设备，其加热板温控一般为4段，与大多数物料的最佳升华曲线存在较大误差，在物料干燥时只能迁就低温，从而延长了干燥周期。各段加热工质的流量也大致相同，在物料干燥后期就会造成一部分无用功，增大了能耗。

实用新型内容

针对目前连续式真空冷冻干燥设备所存在的问题和缺陷，本实用新型的目的在于提供一种生产周期短、生产效率高、能耗少的高效节能的连续式真空冷冻干燥设备。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括干燥舱、加热系统、水汽捕集系统、真空系统、融冰系统、自动控制系统、料盘自动进出料及循环系统，加热系统与水汽捕集系统分别安装在干燥舱内的上部和下部，水汽捕集系统位于加热系统的下方，在干燥舱外，水汽捕集系统的下部设有融冰系统，料盘自动进出料及循环系统位于干燥舱的两端，各系统通过管路相互连接，真空系统、自动控制系统分别设在连接管路上。

其中：所述加热系统包括加热板、热水循环泵及第一调温三通阀，加热板在沿干燥舱由料盘进至料盘出的方向分为多组，每组加热板均通过管路连接冷工质罐及热工质罐，在管路中安装有热水循环泵、第一调温三通阀，加热板上设有轨道；所述水汽捕集系统包括左右水汽捕集器、左右捕集盘管、左右氨组阀、捕集舱门盖及门盖液压缸，左右水汽捕集器位于加热板的下方，两捕集器上方设有一可左右移动的捕集舱门盖，捕集舱门盖连接有门盖液压缸，在左右捕集器内分别设有左右捕集盘管，捕集盘管与氨分离器相连接，在连接的管路上设有氨泵及左右氨组阀；所述融冰系统的数量与水汽捕集器的数量相同，包括左右融冰阀、融冰室、融冰蒸汽盘管、第二～第五阀门及排水泵，融冰室位于水汽捕集器的下方，通过左右融冰阀与水汽捕集器相连通，融冰室内设有融冰蒸汽盘管，第二～第五阀门及排水泵设在管路中；所述料盘自动进出料及循环系统包括进料真空锁、出料真空锁、进料口料盘提升装置、出料口料盘下降装置，进料口料盘提升装置及出料口料盘下降装置分别位于干燥舱内的进料与出料端，进料真空锁设在进料端干燥舱的一侧或两侧，出料真空锁设在出料端干燥舱的一侧或两侧，进料真空锁及出料真空锁分别连接有入料传送带与出料传送带，在入料传送带与出料传送带之间，依次设置卸料装置、料盘清洗装置、料盘干燥装置、物料计量装盘装置及连续冻结装置；所述真空系统包括分别设在管路中的真空调节阀、左右真空阀及真空泵组，在位于干燥舱两端的料盘自动进出料及循环系统设有保持真空锁与干燥舱压力一致的真空泵、第一～第三真空阀门；所述料盘的数量为两个或两个以上，同时进入进料真空锁；所述水汽捕集器与物料加热段水汽升华量相匹配，水汽捕集能力从进料端至出料端依次递减；所述加热板与物料加热曲线相拟合。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.采用多个(两个或两个以上)同时进出料的方式，即多个料盘在上下一定的间隔上同时进入和移出进出料真空锁；或从干燥舱两侧以允许最短的时间间隔上左右依次进入和移出进出料真空锁，既可以加快进出料的速度，尽可能缩短设备可用的最快干燥速度，提高生产效率，又不至于因为太多的进出料量而增大真空锁的容积及能耗，并保持了物料进出及生产过程的连续性。

2.采用与物料加热段水汽升华量匹配的多个内置交替式捕集器，最大限度地缩短了水汽捕集的通路，从而节省了能耗，融冰周期随捕集能力的不同而避免了融冰过程的多余能耗。

3.与物料加热曲线高度拟合的加热板，能尽可能地缩短物料的干燥周期，节省能耗。控制加热板各温区加热工质的流量，避免了对升华热需求较小温区的加热板的加热工质大流量运行的无功能耗。

附图说明

图1为本实用新型料盘循环系统工作示意图；

图2为本实用新型自动进出料系统工作示意图；

图3为本实用新型的工作原理图之一；

图4为本实用新型的工作原理图之二。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

本实用新型的进料、出料及干燥过程是连续不断地进行的，根据物料的干燥周期，确定料盘的运行速度，包括干燥舱1、加热系统、水汽捕集系统、真空系统、融冰系统、自动控制系统、料盘自动进出料及循环系统，加热系统与水汽捕集系统分别安装在干燥舱1内的上部、下部，水汽捕集系统位于加热系统的下方，在干燥舱1外，水汽捕集系统的下部设有融冰系统，料盘自动进出料及循环系统位于干燥舱1的两端，各系统通过管路相互连接，真空系统、自动控制系统分别设在连接管路上。

加热系统包括加热板14、热水循环泵206及第一调温三通阀211，在干燥舱1的上部设有辐射热量的加热板14，加热板14之间有盛装干燥物料的料盘18。加热板14在沿干燥舱1由料盘进至料盘出的方向分为多组，每组加热板均通过管路连接冷工质罐216及热工质罐217，冷热工质通过第二调温三通阀215来调温。在管路中安装有热水循环泵206、第一调温三通阀211，用以控制板温及板内加热工质的流量，为物料升华干燥时提供适当的热量。加热板14上设有轨道12。

水汽捕集系统包括左右水汽捕集器306、307，左右捕集盘管304、305，左右氨组阀310、311，捕集舱门盖302及门盖液压缸303，左右水汽捕集器306、307位于加热板14的下方，两捕集器上方设有一可左右移动的捕集舱门盖302，捕集舱门盖302连接有门盖液压缸303，在左右捕集器306、307内分别设有左右捕集盘管304、305，捕集盘管与氨分离器220相连接，在连接的管路上设有氨泵221及左右氨组阀310、311。

融冰系统的数量与水汽捕集器的数量相同，每个捕集器下部均带有一套融冰系统，包括左右融冰阀308、309，融冰室210，融冰蒸汽盘管227，第二～第五阀门228～231及排水泵232，为水汽捕集器内制冷的盘管融冰时提供一定温度的负压蒸汽。融冰室210位于水汽捕集器的下方，通过左右融冰阀308、309与水汽捕集器相连通，融冰室210内设有融冰蒸汽盘管227，第二～第五阀门228～231及排水泵232设在管路中。

料盘自动进出料及循环系统包括进料真空锁3、出料真空锁17、进料口料盘提升装置13、出料口料盘下降装置15，进料口料盘提升装置13及出料口料盘下降装置15分别位于干燥舱1内的进料与出料端，进料真空锁3设在进料端干燥舱的一侧或两侧，出料真空锁17设在出料端干燥舱的一侧或两侧，进料真空锁3及出料真空锁17分别连接有入料传送带与出料传送带，在入料传送带与出料传送带之间，依次设置卸料装置、料盘清洗装置、料盘干燥装置、物料计量装盘装置及连续冻结装置，保证料盘及物料在整个工作过程中正常、有序地运行。

自动控制系统兼有全流程指示、控制、保护、记录及报警等功能，对全程冻干运行过程实施全自动控制。因自动控制系统为现有技术，故不在此赘述。

真空系统包括分别设在管路中的真空调节阀315，左右真空阀312、313及真空泵组314，用来使干燥舱1内的真空度始终处于设定的要求。另外，在干燥舱1的进料真空锁3与出料真空锁17的两端均设有真空泵6、第一～第三真空阀门7～9，以使连续进料的过程中进出料真空锁内的压力与干燥舱达到一致，避免干燥舱1内的真空度波动。

如图1、图2所示，料盘18经卸料机构20卸料后，经过料盘清洗装置21、料盘干燥装置22，至物料计量装盘机构23，将经过前处理的合适的物料装盘，经连续冻结机构24冻结至需要的温度，通过进料传送机构2将装有冻结好的物料的料盘18送至入料门16，此时第二真空阀门8打开，使进料真空锁3破空至与大气压力相同，入料门液压缸27动作打开入料门16，料盘18在液压马达4驱动的托盘器29带动下进入进料真空锁3，入料门液压缸27动作关闭入料门16。第一真空阀门7打开，进料口真空泵6将进料真空锁3内抽空至与干燥舱1内真空度相同时，带压差控制的第三真空阀门9打开，使进料真空锁3与干燥舱1的真空度真正平衡。此时，入料进舱门液压缸25动作打开入料进舱门26，第一推盘液压缸5动作将料盘18推至干燥舱1，然后第一推盘液压缸5动作恢复原位，入料进舱门液压缸25动作关闭入料进舱门26。同时，进料口料盘提升装置13转动，将料盘18向上带动，当料盘18布满进料口料盘提升装置13，与各层加热板14对应时，第二推盘液压缸11带动料盘推进机构10，将布满进料口料盘提升装置13的料盘18同时推进加热板14间的轨道12上。与此同时，相同数量的料盘18被推至出料口料盘下降装置15上，并以进料口料盘提升的速度下降至出料口托盘机构28上，并经出料真空锁17以与进料相反的顺序及相同的节奏出料。料盘18是以两个或两个以上数量同时进出料。

如图3所示，干燥舱1内的加热板14分为若干段，其工作温度均不相同，大致为进料端高，出料端低的状态。每段加热板的温度根据每种物料的升华曲线来设定，并尽量与之拟合。为此，加热板的段数可以根据设备的规模设计成更多段，以尽可能符合每种物料的最佳升华曲线。加热系统中有热工质罐217、冷工质罐216，通过第二调温三通阀215调整温度供给各段加热板。各段加热板均由第一调温三通阀211及热水循环泵206来调节各段加热板的温度及板内加热介质的流量。热工质罐217通过第一阀门218控制加热蒸汽的供给，以使热工质保持在设定的温度范围。冷工质罐216通过第六阀门233控制冷却水的供给，使冷工质保持在设定的温度范围。工质胀缩罐219容纳工质的胀缩量。整个加热系统为闭式循环，热工质罐217内的热工质与冷工质罐216内的冷工质通过第二调温三通阀215混合成设定的温度，再通过第一调温三通阀211和热水循环泵206按设定的温度将加热工质供给各段加热板14，加热工质经加热板14后一部分流回热工质罐217和冷工质罐216，另一部分参与第一调温三通阀211对加热工质进行调温。

在干燥舱1内的加热板14下设有若干个水汽捕集器223，依进料至出料方向其捕集盘管225的捕集面积以及制冷工质在捕集盘管225内的流量均逐渐减小，各段捕集器氨泵221的配备也逐渐减小，以适应进料端至出料端水汽升华量的递减。

融冰室210在水汽捕集器223下部，通过第二阀门228与水汽捕集器223相通，融冰室210内的水在融冰蒸汽盘管227内的蒸汽加热下，产生负压蒸汽，通过第二阀门228流入水汽捕集器223，将捕集盘管225上的冰融化成水，再通过第四阀门230、排水泵232、第五阀门231排出舱外。融冰室内的水设定在一定的温度范围内，一般为15℃～25℃，当低于15℃时，第三阀门229打开，蒸汽通过融冰蒸汽盘管227给融冰室210内的水加温；当水温高于25℃时，第三阀门229关闭，停止蒸汽加热。

如图4所示，连续式真空冷冻干燥设备的干燥舱内在工作过程中始终保持设定的真空度，这就通过真空泵组314、真空调节阀315来达到及调节。另外，由于连续式真空冷冻干燥设备工作的连续性，设计有交替捕集水汽及融冰系统。每一段水汽捕集器223均分为左捕集室306、右捕集室307，并有一共用的捕集舱门盖302总盖在一侧捕集室上。当捕集舱门盖302在右侧时，左氨组阀310打开，右氨组阀311关闭，氨分离器220内的氨液通过氨泵221及左氨组阀310使左捕集盘管304处于制冷状态，起捕集水汽作用。同时，左真空阀312打开，右真空阀313关闭，左融冰阀308关闭，右融冰阀309打开，融冰室210内的负压蒸汽通过右融冰阀309进入右捕集室307，将右捕集盘管305上的冰融化，融化的水再经右融冰阀309流回融冰室210，多余的水经排水泵排出。当左捕集盘管304上的冰层达到一定厚度时，门盖液压缸303动作，带动捕集舱门盖302移向左侧，盖住左捕集室306，左右的阀门作相反的动作，则左捕集室306融冰，右捕集室307捕集水汽，从而使捕集水汽的过程始终处在高效的状态下进行。

本实用新型是将进出料的方式改为多盘进出。两个或两个以上的料盘在一定间隔上下重叠，同时进入进料真空锁，并同时移出出料真空锁17，或者在干燥舱两侧以允许最短时间的间隔距离上依次进入及卸出两侧的进出料真空锁。入料门关闭，真空锁被抽空至与干燥舱内压力相同，物料进舱门打开，两个或两个以上料盘同时进入干燥舱至料盘提升机构。当料盘已布满提供机构所有层时，被料盘推进机构同时推入各层加热板间，而出料端则同时退出相同数量的料盘，且以两个或两个以上的料盘按与进料相同的方式同时出舱。

其次，本实用新型设计了与物料加热段水汽升华量相匹配的多个内置交替式水汽捕集器。由于在加热板进料端物料升华量大，而至加热板出料端物料升华量则很少。多个水汽捕集器设置在干燥舱内加热板下部，捕集能力从加热板进料端至加热板出料端依次递减，且捕集面积、制冷剂的流量依水汽升华量的不同而相匹配。在多个内置交替式捕集器下部设计有多个负压融冰装置，多个内置式交替捕集器的交替周期依捕集能力的递减而逐渐加长。

第三，本实用新型设计了与物料加热曲线高度拟合的加热板。在干燥舱内，增加了加热板的加热控制段，最大限度地使加热的温度段曲线与物料实际的升华加热曲线相符合，并根据各段加热板的温区范围及物料升华对热量的需求，控制加热段板内的加热工质的流量在沿物料前进方向由大到小。

Claims (8)

1.一种高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，其特征在于：包括干燥舱(1)、加热系统、水汽捕集系统、真空系统、融冰系统、自动控制系统、料盘自动进出料及循环系统，加热系统与水汽捕集系统分别安装在干燥舱(1)内的上部和下部，水汽捕集系统位于加热系统的下方，在干燥舱(1)外，水汽捕集系统的下部设有融冰系统，料盘自动进出料及循环系统位于干燥舱(1)的两端，各系统通过管路相互连接，真空系统、自动控制系统分别设在连接管路上。

2.按权利要求1所述的高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述加热系统包括加热板(14)、热水循环泵(206)及第一调温三通阀(211)，加热板(14)在沿干燥舱(1)由料盘进至料盘出的方向分为多组，每组加热板均通过管路连接冷工质罐(216)及热工质罐(217)，在管路中安装有热水循环泵(206)、第一调温三通阀(211)，加热板(14)上设有轨道(12)。

3.按权利要求2所述的高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述加热板(14)与物料加热曲线相拟合。

4.按权利要求1所述的高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述水汽捕集系统包括左右水汽捕集器(306、307)、左右捕集盘管(304、305)、左右氨组阀(310、311)、捕集舱门盖(302)及门盖液压缸(303)，左右水汽捕集器(306、307)位于加热板(14)的下方，两捕集器上方设有一可左右移动的捕集舱门盖(302)，捕集舱门盖(302)连接有门盖液压缸(303)，在左右捕集器(306、307)内分别设有左右捕集盘管(304、305)，捕集盘管与氨分离器(220)相连接，在连接的管路上设有氨泵(221)及左右氨组阀(310、311)。

5.按权利要求1所述的高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述融冰系统的数量与水汽捕集器的数量相同，包括左右融冰阀(308、309)、融冰室(210)、融冰蒸汽盘管(227)、第二～第五阀门(228～231)及排水泵(232)，融冰室(210)位于水汽捕集器的下方，通过左右融冰阀(308、309)与水汽捕集器相连通，融冰室(210)内设有融冰蒸汽盘管(227)，第二～第五阀门(228～231)及排水泵(232)设在管路中。

6.按权利要求1所述的高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述料盘自动进出料及循环系统包括进料真空锁(3)、出料真空锁(17)、进料口料盘提升装置(13)、出料口料盘下降装置(15)，进料口料盘提升装置(13)及出料口料盘下降装置(15)分别位于干燥舱(1)内的进料与出料端，进料真空锁(3)设在进料端干燥舱的一侧或两侧，出料真空锁(17)设在出料端干燥舱的一侧或两侧，进料真空锁(3)及出料真空锁(17)分别连接有入料传送带与出料传送带，在入料传送带与出料传送带之间，依次设置卸料装置、料盘清洗装置、料盘干燥装置、物料计量装盘装置及连续冻结装置。

7.按权利要求6所述的高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，其特征在于：料盘(18)的数量为两个或两个以上，同时进入进料真空锁(3)。

8.按权利要求1所述的高效节能的连续式真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述真空系统包括分别设在管路中的真空调节阀(315)、左右真空阀(312、313)及真空泵组(314)，在位于干燥舱(1)两端的料盘自动进出料及循环系统设有保持真空锁与干燥舱压力一致的真空泵(6)、第一～第三真空阀门(7～9)。

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