[实用新型]对冻干机余热进行回收和利用的系统

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种对冻干机运行中需要排放的热量即余热进行回收并利用的系统，它适合于目前所有的冻干机。

背景技术

真空冷冻干燥的工艺特点就是将冷冻成固态的物品在真空环境下，升华掉物品中的水份而最终使物品干燥，而升华的水份，转移到冷阱盘管上重新凝华为冰。这一特点决定了：冻干机为冷冻物品或凝华水份必须配置相应的制冷压缩机，而制冷压缩机在运行中必然持续排出大量的热量，而冷阱盘管上所凝华的冰也必然需要大量的热量来融化后排放掉；同时，现有的冻干机根据需求，很多都具有热媒循环系统和在位蒸汽灭菌功能，而热媒循环系统在必要时需要加热，在位蒸汽灭菌运行中或结束后又需要排出大量的蒸汽。

目前，国内外常用的冻干机有多种，如含有制冷系统、融霜系统及热媒循环系统的冻干机，其原理图如图1所示, 其制冷系统的冷阱盘管降温回路主要含有制冷压缩机1、冷凝器2、节流阀3、冷阱盘管4，融霜系统主要含有融霜阀5、冷阱6及冷阱排出阀7，其热媒循环系统主要含有循环泵8、电加热器9、制冷换热器10、搁板11、储液器12,图中的 a口和b口分别是通向热媒循环系统制冷换热器10的制冷回路的供液口和回汽口；还有许多冻干机需要利用蒸汽对冻干机箱体和冷阱进行蒸汽灭菌，在灭菌完成后，则需要通过蒸汽排放系统将蒸汽排出，此种类型的冻干机含有制冷系统、融霜系统及蒸汽排放系统，其原理图如图2所示，其制冷系统的冷阱盘管降温回路主要含有制冷压缩机1、冷凝器2、节流阀3、冷阱盘管4，融霜系统主要含有融霜阀5、冷阱6及冷阱排出阀7，蒸汽排放系统主要含有箱蒸汽排出阀13、阱蒸汽排出阀14及箱体15；而目前应用更广泛的冻干机则是含有制冷系统、融霜系统、热媒循环系统及蒸汽排放系统的冻干机，其原理图如图3所示，其制冷系统主要含有制冷压缩机1、冷凝器2、节流阀3、冷阱盘管4，融霜系统主要含有融霜阀5、冷阱6及冷阱排出阀7，其热媒循环系统主要含有循环泵8、电加热器9、制冷换热器10、搁板11、储液器12，蒸汽排放系统主要含有箱体15、冷阱6、及箱蒸汽排出阀13、阱蒸汽排出阀14中的至少一种，图中的a口和b口分别是通向热媒循环系统制冷换热器10的制冷回路的供液口和回气口。

冻干机制冷系统中压缩机排出的是含有很高热量的高温高压蒸汽，通过冷凝器将热量排掉；热媒循环系统在需要升温或补充热量时，通过电加热器进行加热；蒸汽排放系统在需要排出蒸汽时，打开箱蒸汽排出阀和阱蒸汽排出阀，将蒸汽排放；冻干机冷阱需要融霜时，打开融霜系统的融霜阀，向冷阱内放入融霜水或融霜蒸汽，将冷阱盘管上的冰溶解，最后通过冷阱排出阀将冷阱内的水排出冷阱。

冻干机在冷冻干燥过程中，冷阱需要连续捕捉升华产生的水蒸气，所以制冷压缩机始终连续运行，直至干燥过程结束；制冷压缩机的排气热量始终通过冷凝器向外排放，该热量没有被利用而白白浪费；冷阱捕获的冰在每个冻干批次后都需要融冰，融冰又需要大量的高温的融霜水或融霜蒸汽；对于含有热媒循环系统的冻干机，由于升华干燥需要不断地吸收热量，所以，物品升华干燥从开始直至干燥结束，升华所需要的热量均由热媒循环系统的电加热器提供；对于能够蒸汽灭菌的冻干机，蒸汽灭菌后，冻干机箱、阱内大量的高温蒸汽被直接排放。这种运行的结果是：一方面，制冷压缩机的排气热量以及蒸汽消毒后的蒸汽热量被全部浪费；另一方面，制备融霜水或融霜蒸汽以及为升华提供必要的热量的电加热器又要大量消耗能源；冻干机过大的能源消耗造成了冻干物品的冻干成本过高和能源的严重浪费。

目前，为利用冻干机的余热，已公知的解决方案如图4所示,将压缩机的排气热量进行回收，并将回收的热量部分提供给热媒循环系统的热媒。

在图4所示的现有技术的解决方案中，它是在图3所示的含有热媒循环系统、制冷系统、融霜系统及蒸汽排放系统的冻干机的基础上，增加了主要由热气加热阀16、冷凝截止阀17、单向阀21、热媒加热换热器20组成的热气加热系统，以及由热媒加热换热器20、隔离阀19、旁通阀18组成的热媒循环旁路系统，使热媒加热换热器20与制冷换热器10形成事实上的并联；通过热气加热阀16和冷凝截止阀17的切换控制，以及旁通阀18和隔离阀19的切换控制，为热媒循环系统的热媒提供热量。图4中的a口和b口分别是通向热媒循环系统制冷换热器10的制冷回路的供液口和回气口。此种技术方案主要存在以下问题：功能单一，仅仅涉及了压缩机的排气热量以及热媒循环系统的加热，且应用量极少，同时更为重要的能源消耗大项冷阱融霜却无法解决，而且对于蒸汽的余热也没有利用，所以节能效果有限。

发明内容