[发明专利]一种利用余温回收融霜水的新式冻干机及其运行方法

权利要求书

1.一种利用余温回收融霜水的新式冻干机，其特征在于其包括制冷系统、冷热量收集系统、抽真空系统、融霜系统四部分，其中制冷系统包括制冷压缩机、主冷凝器、副冷凝器、一路节流阀、二路节流阀、蒸发器、冷阱、制冷盘管、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀；冷热量收集系统包括由主冷凝器、热油箱、热箱泵组成的热量收集系统和蒸发器、冷箱泵、冷油箱组成的冷量收集系统；抽真空系统包括干燥箱、冷阱、箱阱阀、真空泵；融霜系统包括电加热器、油泵、集水槽、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、融霜盘管、取水阀；

所述制冷盘管和融霜盘管置于冷阱内；

所述制冷压缩机出口与第一电磁阀的进口相连接，第一电磁阀的出口与主冷凝器的一路进口连接，主冷凝器的一路出口与第三电磁阀的进口连接，第三电磁阀的出口与一路节流阀的进口连接，一路节流阀的出口与蒸发器的一路进口连接，蒸发器的一路出口与制冷压缩机的进口连接；第二电磁阀的进口与第一电磁阀的进口连接，第二电磁阀的出口与副冷凝器的进口连接，副冷凝器的出口与主冷凝器的一路出口连接；第四电磁阀的进口与第三电磁阀的进口连接，第四电磁阀的出口与二路节流阀的进口连接，二路节流阀的出口与冷阱的制冷盘管的进口连接，冷阱的制冷盘管的出口与蒸发器的一路出口连接；

所述热油箱的一路出口与主冷凝器的二路进口连接，主冷凝器的二路出口与热箱泵的进口连接，热箱泵的出口与热油箱的一路进口连接；

所述冷油箱的一路出口与蒸发器的二路进口连接，蒸发器的二路出口与冷箱泵的进口连接，冷箱泵的出口与冷油箱的一路进口连接；

所述第一三通阀的右阀口连接热油箱的二路进口，第一三通阀的左阀口连接冷油箱的二路进口，第一三通阀的下阀口连接第二三通阀的上阀口，第二三通阀的左阀口连接干燥箱的右侧出口，第二三通阀的下阀口连接冷阱的融霜盘管出口，第三三通阀的左阀口连接冷油箱的二路出口，第三三通阀的右阀口连接加热器的出口，加热器的进口连接热油箱的二路出口，第三三通阀的下阀口连接油泵的进口，油泵的出口连接第四三通阀的上阀口，第四三通阀的右阀口连接干燥箱的左侧进口，第四三通阀的下阀口连接冷阱的融霜盘管的进口；

所述冷阱的上侧进口连接箱阱阀的出口，箱阱阀的进口连接干燥箱的下侧出口；冷阱的右侧出口连接真空泵的进口，真空泵的出口与外界相通；冷阱的下侧出口通过取水阀与集水槽的进口相通。

2.根据权利要求1所述的一种利用余温回收融霜水的新式冻干机，其特征在于所述的制冷盘管和融霜盘管分别置于冷阱内两侧。

3.根据权利要求1所述的一种利用余温回收融霜水的新式冻干机，其特征在于所述的主冷凝器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所述的一种利用余温回收融霜水的新式冻干机，其特征在于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。

5.权利要求1所述的一种利用余温回收融霜水的新式冻干机的运行方法，其特征在于其包括预冻、升华干燥、解析干燥、融霜四个阶段；

1)预冻阶段：使物料内的水分冻结成固态；第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、热箱泵、冷箱泵、油泵开启，而第四电磁阀、箱阱阀、加热器、真空泵、取水阀关闭；三通阀中，第一三通阀左下阀口通，右侧阀口关闭，第二三通阀左上阀口通，下部阀口关闭，第三三通阀左下阀口通，右侧阀口关闭，第四三通阀右上阀口通，下部阀口关闭；

预冻阶段的流体回路：

预冻阶段的制冷剂回路：制冷压缩机输出的高温高压制冷剂蒸气分两路，分别通过第一电磁阀和第二电磁阀后进入主冷凝器和副冷凝器，冷凝放热成为高压高温的制冷剂液体，两路的制冷剂液体合流后通过第三电磁阀进入一路节流阀，在一路节流阀的作用下，制冷剂液体经过节流作用降温降压变为低温低压的液体，随后，制冷剂液体进入蒸发器进行蒸发，吸热后成为低温低压制冷剂气体，流回制冷压缩机压缩成高温高压制冷剂蒸汽，重复上述循环；

预冻阶段的载冷剂回路：在制冷剂的蒸发吸热作用下，载冷剂在蒸发器内降温，并在冷箱泵驱动下进入冷油箱吸热，热量增加后，载冷剂在冷箱泵的作用下又回到蒸发器进行放热，实现冷量的搬移；在主冷凝器里面吸热的载冷剂，在热箱泵的作用下，进入热油箱进行放热，放热后的载冷剂在回到主冷凝器内吸热，实现热量的搬移，热油箱内温度达到预冻阶段温度设定值后，第一电磁阀关闭，所述预冻阶段温度设定值为-30℃～-40℃；

预冻阶段的油路回路：冷油箱内的油，经过载冷剂的吸热后温度降低，在油泵驱动下，冷油经过第三三通阀左下阀口、油泵和第四三通阀上右阀口，进入干燥箱与箱内环境换热，使干燥箱内温度降低，实现物料的预冻；温度升高的油，经过第二电磁阀的右上阀口与第一电磁阀的下左阀口回到冷油箱，热量由载冷剂循环带走，完成油路循环；

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后，通过切换冷油和热油混合量送入干燥箱保持其温度为升华干燥阶段设定温度，升华干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段；该升华干燥阶段设定温度比物料共晶点低5℃～10℃；

在升华干燥阶段的升温加热阶段，第一电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、箱阱阀、热箱泵、冷箱泵、油泵、真空泵、制冷压缩机开启；第二电磁阀、取水阀关闭；三通阀中，第二三通阀左上阀口通，下部阀口关闭，第四三通阀右上阀口通，下部阀口关闭，第一三通阀右下阀口接通，第三三通阀右下阀口接通；如果第三三通阀右下接通时间超过10min后，干燥箱的温度仍未达到升华干燥阶段设定温度，打开加热器；在加热升温过程中，热油箱的温度持续升高，此时第二电磁阀开启，制冷剂通过副冷凝器向外散热；

运行时，真空泵首先工作，将冷阱抽到20～200Pa的真空度；

升华干燥阶段的升温加热阶段的制冷剂回路：制冷压缩机输出的高温高压制冷剂蒸气通过第一电磁阀进入主冷凝器，在主冷凝器冷凝放热，成为高压高温的制冷剂液体，接着分成两路，分别通过第三电磁阀和第四电磁阀进入一路节流阀和二路节流阀，在一路节流阀的作用下，制冷剂液体经过节流作用降温降压变为低温低压的液体，进入蒸发器进行蒸发作用，蒸发过程吸收热量后成为低温低压的制冷剂气体；在二路节流阀的作用下，制冷剂液体经过节流作用降温降压变为低温低压的液体，进入冷阱的制冷盘管内换热变成低温低压制冷剂气体；两路制冷剂气体合流进入吸气管段进入制冷压缩机，完成制冷剂循环过程；在加热升温过程中，热油箱的温度持续升高，此时第二电磁阀开启，制冷压缩机输出的高温高压制冷剂蒸气还要通过第二电磁阀后进入副冷凝器，冷凝放热成为高压高温的制冷剂液体后，与主冷凝器出液混合后通过第三电磁阀；

升华干燥阶段的升温加热阶段的载冷剂回路：在制冷剂的蒸发吸热作用下，蒸发器内的载冷剂降温，经过冷箱泵的输送进入冷油箱吸热，热量增加后的载冷剂在冷箱泵的作用下又回到蒸发器进行放热，实现冷量的搬移；在主冷凝器里面吸热的载冷剂，在热箱泵的作用下，进入热油箱进行放热，放热后的载冷剂在回到主冷凝器内吸热，实现热量的搬移；

升华干燥阶段的升温加热阶段的油路回路：

热油箱内的热油在油泵驱动下经第三三通阀的右下阀口，进入油泵，经第四三通阀上右阀口，流入干燥箱提升温度干燥物料，在经过第二三通阀的左上阀口后，从第一三通阀的下右阀口流回热油箱，继续循环过程；

在升华干燥阶段的保持温度恒定阶段，当干燥箱温度低于升华干燥阶段设定温度时，调节第三三通阀，减少左侧进入的冷油量，增加右侧进入的热油量；当干燥箱温度高于升华干燥阶段设定温度时，调节第三三通阀，增加左侧进入的冷油量，减少右侧进入的热油量；当干燥箱温度为升华干燥阶段设定温度时，第三三通阀的开度保持不变；运行中，如果干燥箱的温度低于升华干燥阶段设定温度，且第三三通阀右下阀全部开启时间超过10min，此时需开启加热器，否则关闭加热器；

3)解析干燥阶段：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的升温加热阶段和保持温度恒定阶段相同；升华干燥阶段设定温度与解析干燥阶段设定温度有区别，解析干燥阶段设定温度为30℃～100℃；

在此两个阶段制冷剂回路、载冷剂回路、油路回路流动与升华干燥阶段相同；

4)融霜阶段：使凝结于冷阱内的霜融化，使用集水槽将其进行收集；

第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、箱阱阀关闭，制冷压缩机，热箱泵、冷箱泵、真空泵停机，取水阀打开，加热器、油泵开启；三通阀中，第一三通阀右下阀口通，左侧阀口关闭，第二三通阀上下阀口通，左侧阀口关闭，第三三通阀右下阀口通，左侧阀口关闭，第四三通阀上下阀口通，右侧阀口关闭；

取水阀打开后，冷阱内压力恢复为大气压力，热油箱内的油在油泵驱动下，经加热器辅助加热，再流经第三三通阀的右下阀口，再经过油泵，流经第四三通阀的上下阀口流到冷阱的融霜盘管内，使冷阱内的温度升高，使得制冷盘管表面霜融化，温度降低的油流经第二三通阀的下上阀口与第一三通阀的下右阀口流回热油箱，完成循环过程；融霜产生的水通过冷阱底部的取水阀，流入集水槽收集。