一种新型冷冻干燥机冷热一体系统技术方案

本发明专利技术公开了一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，该系统包括：介式制冷循环，温升水循环和干燥室；其中介式制冷循环由三台压缩机、三台冷凝器、四台板翅式换热器、一台膨胀机、两个节流阀、两个控制阀门、一个分流器和一个混合器组成，温升水循环由一个水箱、两个分流器、一个混合器、一台水泵和六个阀门组成，干燥室由温升室、速冻室和载物板、干燥仓组成；当干燥室进行速冻时，系统开启介式制冷循环进行速冻，当干燥室进行干燥时，开启温升水循环进行水分升华干燥。本发明专利技术中的冷冻干燥机冷热一体系统流程简单、能耗低、启动快、维护及安装方便，适用温域广，推广应用价值高。

A New Cooling and Heating System of Freeze Dryer

【技术实现步骤摘要】
一种新型冷冻干燥机冷热一体系统
本专利技术属于化工与低温工程
，具体涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统。
技术介绍
冷冻干燥技术是将含水物料冷冻成固体，在低温低压条件下利用水的升华性能，使物料低温脱水而达到干燥目的的一种干燥方法。冻干技术作为一种高新技术应用在食品工业中，有效的保持了物料原有的色、香、味及营养物质等。对食品工业的发展具有推动作用，提高食品加工业的技术含量，使食品工业发生质的飞跃，但是，如今冷冻干燥机结构流程复杂，能耗较高，效率较低，采用的制冷剂依旧是氟利昂，受到国家限制，不仅造成经济损失，而且带来较大的环境污染。现有的冷冻干燥系统制冷和加热是采用不同的方式，分为两个系统，结构繁琐，能耗损失大，比较缺乏有针对性冷热一体的综合系统。致使原来系统被逐步淘汰。
技术实现思路
针对以上所述问题，本专利技术提供了一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，该系统具有流程简单、能耗低、启动快、适用温域大、维护及安装方便等优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述系统包括：介式制冷循环，温升水循环和干燥室；其中介式制冷循环由第一级制冷剂压缩机（1）、第二级制冷剂压缩机（5）、第三级制冷剂压缩机（9）、第一级制冷剂冷凝器（2）、第二级制冷剂冷凝器（6）、第三级制冷剂冷凝器（10）、综合换热器（4）、第二三级交叉换热器（8）、第三级低温换热器（12）、第三级中温换热器（14）、第一级制冷剂膨胀机（3）、第二级制冷剂节流阀（7）、第三级制冷剂节流阀（11）、中温制冷剂分流器（13）、中低温制冷剂混合器（15）、中温制冷剂控制阀（31）、低温制冷剂控制阀（32）组成，介式制冷循环中每级所使用制冷剂均为有机工质；温升水循环包括温升控制阀（20）、水箱（21）、高温水流调节阀（22）、水流量总控制阀（23）、冷却水分流器（24）、第一级冷却水控制阀（25）、第二级冷却水控制阀（26）、第三级冷却水控制阀（27）、冷却水混合器（28）、高温水泵（29）、高温水分流器（30）；干燥室包括速冻室（16）、载物板（17）、温升室（18）、干燥仓（19）。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述系统中，当干燥室进行速冻时，系统开启介式制冷循环，使干燥仓（19）维持低温，通过速冻室（16）进行速冻，当干燥室进行干燥时，开启温升水循环，通过温升室（18）升温，进而水分升华干燥。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述介式制冷循环中，由介式制冷循环第一级制冷循环、介式制冷循环第二级制冷循环和介式制冷循环第三级制冷循环经综合换热器（4）连接而成。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述介式制冷循环中第一级制冷循环，第一级制冷剂压缩机（1）、第一级制冷剂冷凝器（2）、第一级制冷剂膨胀机（3）、综合换热器（4）的进出口依次相连，所述第一级制冷剂压缩机（1）和第一级制冷剂膨胀机（3）同轴联动，实现第一级制冷剂膨胀机（3）的膨胀功直接输入第一级制冷剂压缩机（1），节省功耗，所述综合换热器（4）为三股流，一股冷流体，两种热流体，其中冷流体的入口为第一级制冷剂膨胀机（3）的出口，实现第一级制冷循环为第二级制冷循环和第三级制冷循环的制冷剂预冷。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述介式制冷循环中第二级制冷循环，第二级制冷剂压缩机（5）、第二级制冷剂冷凝器（6）、综合换热器（4）、第二级制冷剂节流阀（7）、第二三级交叉换热器（8）、第三级中温换热器（14）的进出口依次相连，所述第二三级交叉换热器（8）为两股流，其中冷流体入口为第二级制冷剂节流阀（7）的出口，实现第二级制冷循环向第三级制冷循环的冷量传递。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述介式制冷循环中第三级制冷循环，第三级制冷剂压缩机（9）、第三级制冷剂冷凝器（10）、综合换热器（4）、第二三级交叉换热器（8）、第三级制冷剂节流阀（11）、第三级低温换热器（12）、第三级中温换热器（14）、进出口依次相连，所述第三级低温换热器（12）为两股流，其中冷流体入口为第三级制冷剂节流阀（11）的出口，实现第三级制冷循环低温冷量向速冻室（16）的传递。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述介式制冷循环中第三级中温换热器（14）为三股流，两股冷流体和一股热流体，其中两股冷流体的入口分别为第二级制冷剂节流阀（7）节流后流经第二三级交叉换热器（8）的出口和第三级制冷剂节流阀（11）节流后流经第三级低温换热器（12）的出口，热流经第三级中温换热器（14）降温后经中温制冷剂分流器（13）分为两股，一股经中温制冷剂控制阀（31）进入干燥仓（19）维持低温，另一股流经第三级低温换热器（12），通过低温制冷剂控制阀（32）进入速冻室（16）进行速冻，而后两种流体经中低温制冷剂混合器（15）混合实现干燥室冷量的循环。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述温升水循环中，水箱（21）、水流量总控制阀（23）、冷却水分流器（24）的进出口依次相连，所述冷却水分流器（24）将水分流后分别经第一级冷却水控制阀（25）、第二级冷却水控制阀（26）、第三级冷却水控制阀（27）依次进入第一级制冷剂冷凝器（2）、第二级制冷剂冷凝器（6）、第三级制冷剂冷凝器（10），三股流体在冷却水混合器（28）中混合后经高温水泵（29）进入高温水分流器（30），所述高温水分流器（30），分流后，一股经高温水流调节阀（22）直接进入水箱（21），另一股进入温升室（18），而后经温升控制阀（20）进入水箱（21），从而实现温升水循环。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述干燥室，由速冻室（16）、载物板（17）、温升室（18）、干燥仓（19）组合而成。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，所述速冻室（16）速冻温度在-70℃以下，所述温升室（18）流体温度在10℃以上。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，介式制冷循环中，所述制冷剂均为有机工质。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，有效地将介式制冷循环和温升水循环工艺结合在一起，大大降低到了系统能耗。本专利技术涉及一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，利用油气行业通用性很强的HYSYS软件进行模拟计算，利用该新型产品进行实验验证。附图说明附图1为新型冷冻干燥机冷热一体系统工艺流程图。其中：1-第一级制冷剂压缩机，2-第一级制冷剂冷凝器，3-第一级制冷剂膨胀机，4-综合换热器，5-第二级制冷剂压缩机，6-第二级制冷剂冷凝器，7-第二级制冷剂节流阀，8-第二三级交叉换热器，9-第三级制冷剂压缩机，10-第三级制冷剂冷凝器，11-第三级制冷剂节流阀，12-第三级低温换热器，13-中温制冷剂分流器，14-第三级中温换热器，15-中低温制冷剂混合器，16-速冻室，17-载物板，18-温升室，19-干燥仓，20-温升控制阀，21-水箱，22-高温水流调节阀，23-水流量总控制阀，24-冷却水分流器，25-第一级冷却水控制阀，26-第二级冷却水控制阀，27-第三级冷却水控制阀，28-冷却水混合器，29-高温水泵，30-高温水分流器，31-中温制冷剂控制阀，32-低温制冷剂控制阀。具体实施方式下面结合附图1与具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，其特征在于，该系统包括介式制冷循环，温升水循环和干燥室；其中介式制冷循环由第一级制冷剂压缩机（1）、第二级制冷剂压缩机（5）、第三级制冷剂压缩机（9）、第一级制冷剂冷凝器（2）、第二级制冷剂冷凝器（6）、第三级制冷剂冷凝器（10）、综合换热器（4）、第二三级交叉换热器（8）、第三级低温换热器（12）、第三级中温换热器（14）、第一级制冷剂膨胀机（3）、第二级制冷剂节流阀（7）、第三级制冷剂节流阀（11）、中温制冷剂分流器（13）、中低温制冷剂混合器（15）、中温制冷剂控制阀（31）、低温制冷剂控制阀（32）组成，介式制冷循环中每级所使用制冷剂均为有机工质；温升水循环由温升控制阀（20）、水箱（21）、高温水流调节阀（22）、水流量总控制阀（23）、冷却水分流器（24）、第一级冷却水控制阀（25）、第二级冷却水控制阀（26）、第三级冷却水控制阀（27）、冷却水混合器（28）、高温水泵（29）、高温水分流器（30）组成；干燥室由速冻室（16）、载物板（17）、温升室（18）、干燥仓（19）组成。

【技术特征摘要】
1.一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，其特征在于，该系统包括介式制冷循环，温升水循环和干燥室；其中介式制冷循环由第一级制冷剂压缩机（1）、第二级制冷剂压缩机（5）、第三级制冷剂压缩机（9）、第一级制冷剂冷凝器（2）、第二级制冷剂冷凝器（6）、第三级制冷剂冷凝器（10）、综合换热器（4）、第二三级交叉换热器（8）、第三级低温换热器（12）、第三级中温换热器（14）、第一级制冷剂膨胀机（3）、第二级制冷剂节流阀（7）、第三级制冷剂节流阀（11）、中温制冷剂分流器（13）、中低温制冷剂混合器（15）、中温制冷剂控制阀（31）、低温制冷剂控制阀（32）组成，介式制冷循环中每级所使用制冷剂均为有机工质；温升水循环由温升控制阀（20）、水箱（21）、高温水流调节阀（22）、水流量总控制阀（23）、冷却水分流器（24）、第一级冷却水控制阀（25）、第二级冷却水控制阀（26）、第三级冷却水控制阀（27）、冷却水混合器（28）、高温水泵（29）、高温水分流器（30）组成；干燥室由速冻室（16）、载物板（17）、温升室（18）、干燥仓（19）组成。2.根据权利要求1所述的一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，其特征在于，当干燥室进行速冻时，系统开启介式制冷循环进行速冻，当干燥室进行干燥时，开启温升水循环进行水分升华干燥。3.根据权利要求1所述的一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，其特征在于，所述介式制冷循环中，由介式制冷循环第一级制冷循环、介式制冷循环第二级制冷循环和介式制冷循环第三级制冷循环经综合换热器（4）连接而成。4.根据权利要求1所述的一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，其特征在于，所述介式制冷循环中第一级制冷循环，第一级制冷剂压缩机（1）、第一级制冷剂冷凝器（2）、第一级制冷剂膨胀机（3）、综合换热器（4）的进出口依次相连，所述第一级制冷剂压缩机（1）和第一级制冷剂膨胀机（3）同轴联动，所述综合换热器（4）为三股流，一股冷流体，两股热流体，其中冷流体的入口为第一级制冷剂膨胀机（3）的出口。5.根据权利要求1所述的一种新型冷冻干燥机冷热一体系统，其特征在于，所述介式制冷循环中第二级制冷循环，第二级制冷剂压缩机（5）、第二级制冷剂冷凝器（6）、综合换热器（4）、第二级制冷剂节流阀（7）、第二三级交叉换热器（8）、第三级中温换热器（14）的进出口依次相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光辉，王定标，彭旭，王晓亮，苏震，刘欣欣，王建，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41