[发明专利]一种冻干机的冷阱捕冰系统及捕冰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冻干机的冷阱捕冰系统及捕冰方法，它适合于采用真空冷冻干燥工艺对物品进行干燥所使用的冻干机。

背景技术

所谓物品的真空冷冻干燥，是指将含有大量水分的物品预先冷冻成固态，然后在真空环境下，将这种固态物品含有的水分，通过升华方式去除到规定的程度。能够完成真空冷冻干燥工艺过程的设备被称为冻干机。通常，国内外用于物品真空冷冻干燥工艺过程的冻干机，其冷阱捕冰系统原理图如图1所示，主要含有干燥箱1、水汽通道2、隔离阀3、冷阱4、抽空阀5及与压缩机相连的冷阱制冷分路ab，其中，冷阱内部设置有至少一个盘管6，每个冷阱盘管6均与冷阱制冷分路ab相连接，每个冷阱制冷分路ab上都含有节流阀7及盘管6，冷阱制冷分路ab的制冷剂由a口进入，经过节流阀7在盘管6内部蒸发后，由b口流出，从而使盘管6降温；冻干机的真空泵由c口抽出容器内部的不凝性气体，使容器组件的内部处于真空状态；放置在干燥箱内部搁板上的固态物品，其水分在真空环境下被蒸发成水蒸汽，该水蒸汽经过干燥箱的水汽通道接口p、水汽通道2及隔离阀3之后进入冷阱4，并被冻结在处于低温状态的盘管6表面。一般把这种水蒸汽被冻干机冷阱捕捉并冻结的过程，称为冻干机的冷阱捕冰。

所述的各阀门及制冷分路的节流阀，均与安装于设备上的传感元件或安装在冻干机控制柜上的控制系统相连。

通常情况下，冻结成固态物品的干燥过程，在冻干工艺上被划分为两个阶段：在固态冻结冰消失之前的升华干燥，被称为一次干燥阶段，在固态冻结冰消失之后的解析干燥被称为二次干燥阶段。

目前，物品冻干的大量生产实践已经证明：物品经过一次干燥阶段的干燥，耗时约为物品全部干燥时间的五分之三，该阶段去除了固态物品90％以上的水分；物品经过二次干燥阶段的干燥，耗时约为物品全部干燥时间的五分之二，该阶段所去除的水分，一般已不足物品总水分的10％。

在固态物品的全部干燥时间内，由于水蒸汽的不断蒸发，冷阱需要连续捕冰，所以，冻干机制冷系统的全部制冷压缩机始终在满负荷运行。由于冻干机制冷系统是按物品的最大冷冻速率和冷阱的最大捕冰量而设计与制造的，因此，在物品的二次干燥阶段，为了捕捉已不足总水分10％的水蒸汽，冻干机的全部制冷压缩机仍然满负荷运行是不经济的。这样运行的结果是：不仅浪费了能源，加大了物品的制造成本，而且由于水蒸汽蒸发量减少，盘管冻结水蒸汽需要的制冷量减小，导致了制冷压缩机的制冷工况趋向极限低温而不断恶化，制冷压缩机的可靠性降低，使用寿命缩短。

发明内容

为克服现有的冻干机能耗过高，以及冻干后期制冷压缩机制冷工况不断恶化的不足，本发明想提供一种新的冻干机的冷阱捕冰系统及采用该系统进行捕冰的方法，该捕冰系统是按照物品冻干的两个干燥阶段来设置的，采用该捕冰系统不仅能够降低物品冻干机的能源消耗，直接降低物品成本，而且能够改善冻干后期制冷压缩机工况的不断恶化，提高设备的可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冻干机冷阱捕冰系统，含有干燥箱、水汽通道及与压缩机相连的冷阱制冷分路，在干燥箱的一个侧面上设有一个水汽通道的接口，水汽通道与干燥箱的接口相连接，其特征是在干燥箱水汽通道接口的一侧，设有一大一小二个冷阱，与干燥箱接口相连接的水汽通道与小冷阱相连接，在大、小冷阱之间还设有大冷阱水汽通道，大冷阱内设有至少一个大冷阱盘管，小冷阱内设有至少一个小冷阱盘管，大冷阱水汽通道既与小冷阱相连接，又与大冷阱相连接，在与小冷阱相连接的水汽通道上，设有小冷阱隔离阀，在与大冷阱相连接的大冷阱水汽通道上，设有大冷阱隔离阀，在大冷阱上装有大冷阱抽空阀，在小冷阱上装有小冷阱抽空阀；与压缩机相连的冷阱制冷分路含有大冷阱制冷分路和小冷阱制冷分路，大冷阱通过大冷阱盘管与大冷阱制冷分路相连，小冷阱通过小冷阱盘管与小冷阱制冷分路相连，在大、小冷阱制冷分路上皆设有节流阀。

所述的大冷阱隔离阀、大冷阱及小冷阱隔离阀、小冷阱串联连接于干燥箱侧面的接口上。

所述的设置在干燥箱侧面的接口，可位于干燥箱除箱门以外的任意一侧。所述的大、小冷阱隔离阀可以是蝶阀、蘑菇阀、闸阀、球阀、插板阀等任意一种。

所述的大冷阱隔离阀、小冷阱隔离阀、大冷阱抽空阀、小冷阱抽空阀及大冷阱制冷分路上的节流阀、小冷阱制冷分路上的节流阀均可与安装于设备上的传感元件或安装在冻干机控制柜上的控制系统相连。