一种新式余热与凝水回收冻干机及其运行方法技术

本发明专利技术公开了一种新式余热与凝水回收冻干机及其运行方法，冻干机包括制冷系统、冷凝水回收系统、余热回收加热系统、化霜系统四部分，制冷系统包括制冷压缩机、内置换热盘管的换热器、储液罐、节流阀、电磁阀、内置蒸发盘管的蒸发器、内置盘管的冷阱、单向阀；冷凝水回收系统包括冻干箱、箱阱阀、真空泵，余热回收加热系统包括散热器、电磁阀、循环泵、蓄热器、电动阀、油箱；化霜系统包括四通换向阀、截止阀、集水器、电磁阀；运行方法包括预冻、升华干燥、解析干燥、化霜四个阶段，本发明专利技术实现了热量的充分合理利用，降低了电能消耗，提升了能源利用效率，调控准确，减少对资源的浪费，减少了时间。

【技术实现步骤摘要】
一种新式余热与凝水回收冻干机及其运行方法
本专利技术涉及一种新式余热与凝水回收冻干机及其运行方法，属于制冷

技术介绍
真空冷冻干燥技术是先将湿物料冷却到物料共晶点温度以下，使物料内部与冻干箱内部的水及水蒸气变为固态的冰，利用真空系统为冻干箱创造真空条件，在真空环境下直接加热使冰升华成水蒸气，再用真空系统不断将水蒸气除去,从而达到干燥物料的目的。现有的冻干设备主要存在两个问题。其一是，在干燥大量的海产品或果蔬等食品时，通过预冻、升华干燥和解析干燥三个阶段，会有大量的自由水和结合水通过固化和升华变成水蒸气，然后被冷阱捕获，现有大部分的冻干设备将水蒸气直接通过真空系统中的冷阱捕获固化，未被妥善的收集加以利用，造成了资源的浪费，尤其对于大型的冻干设备，其冷阱内会捕捉大量在冻干过程中物料挥发出的水分，待干物料尤其是果蔬中所蓄存的水分具有很好的养生价值，可以被回收利用。另外，现有的自然化霜的方法，耗时较长，影响冻干的批量工作效率。其二是，冻干过程中，预冻阶段需要降至并且保持在一个很低的温度，需要耗费较多的能量，将冻干箱内的热量取出释放，在升华和解析干燥阶段需要制冷和加热间歇作用以保持一个恒定的干燥脱水温度，期间需要反复取出热量和加入热量，现有的冻干设备一方面采用制冷循环降温，同时将冻干箱内的热量排出，另一方面还采用电加热升温，存在着大量的能量浪费。为解决上述问题，回收冻干得到的水分，提高批量工作效率，并在冻干不同阶段中回收制冷过程放出的热量，用于后续的加热，会节省大量的能量或电力消耗,这对于节约资源，提高设备的利用效率，推动冻干技术的推广应用尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种可回收冷凝水的新式冻干机及其运行方法。本专利技术提供的技术方案如下：一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于其包括制冷系统、冷凝水回收系统、余热回收加热系统、化霜系统四部分，其中制冷系统包括制冷压缩机、换热器、储液罐、第一节流阀、第五电磁阀、蒸发器、第一电磁阀、第二节流阀、冷阱、第九电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀组成；冷凝水回收系统包括冻干箱、箱阱阀、真空泵，余热回收加热系统包括散热器、第二电磁阀、第六电磁阀、第一循环泵、设有电加热装置的蓄热器、第三电磁阀、电动阀、油箱、第四电磁阀、第二循环泵、第八电磁阀；化霜系统包括四通换向阀、截止阀、集水器、第七电磁阀；与制冷系统共同实现化霜功能；换热器内置换热盘管，蒸发器内置蒸发盘管，冷阱内置盘管；制冷压缩机的出口连接四通换向阀的右侧进口，四通换向阀上部出口连接换热器的换热盘管的进口，换热器的换热盘管的出口连接第二单向阀和第四单向阀，第二单向阀连接储液罐的进口和第一单向阀，储液罐的出口一路连接第五电磁阀的进口，第五电磁阀的出口连接第一节流阀的进口，第一节流阀的出口连接蒸发器的蒸发盘管的进口，蒸发器的蒸发盘管的出口连接第七电磁阀的进口；储液罐的出口另一路连接第一电磁阀的进口，第一电磁阀的出口连接第二节流阀的进口，第二节流阀的出口连接第三单向阀和第四单向阀，第一单向阀和第三单向阀连接冷阱的盘管的进口，冷阱的盘管的出口连接第九电磁阀的进口，第九电磁阀出口与第七电磁阀出口并联后连接四通换向阀下部进口，四通换向阀左侧出口连接制冷压缩机的进口；冷阱下侧的出口连接截止阀的进口，截止阀的出口连接集水器的进口；冷阱左侧的出口连接真空泵，冷阱上侧的进口连接箱阱阀的出口，箱阱阀的进口连接冻干箱下侧的出口，冻干箱的出口一路连接蒸发器的进口，蒸发器左侧的出口连接第二循环泵的进口，第二循环泵的出口连接第四电磁阀的进口，第四电磁阀的出口连接冻干箱的进口；冻干箱的出口另一路连接油箱的接口，油箱还连接第六电磁阀的进口，第六电磁阀的出口一路连接第八电磁阀出口，另一路连接第一循环泵的进口，第一循环泵的出口连接换热器的进口，换热器的出口一路连接散热器的进口，散热器的出口连接第二电磁阀的进口，第二电磁阀的出口与第六电磁阀和第八电磁阀出口并联后连接第一循环泵的进口，换热器的出口另一路连接第三电磁阀的进口，第三电磁阀的出口连接蓄热器的进口，蓄热器的出口连接电动阀的进口，电动阀的出口与第四电磁阀的出口串联后连接冻干箱的进口。进一步地，所述的冷凝器采用板式换热器或管壳式换热器或套管式换热器。进一步地，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。一种新式余热与凝水回收冻干机的运行方法，其特征在于其包括预冻、升华干燥、解析干燥、化霜四个阶段；1)预冻阶段：将物料中的水分降温使其冻结成固态；第五电磁阀、第七电磁阀、第二电磁阀、第一循环泵、第四电磁阀、第二循环泵、第三电磁阀、第八电磁阀开启，而第一电磁阀、蓄热器的电加热、电动阀、箱阱阀、真空泵、截止阀、第六电磁阀、第九电磁阀关闭；预冻阶段制冷剂回路：制冷压缩机输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀，然后进入换热器中的换热盘管，放出大量的热量后变成高温高压的液体，经过第二单向阀进入储液罐，再经过第五电磁阀进入第一节流阀，节流后制冷剂变为低温低压的液体，进入蒸发器的蒸发盘管，吸热后变成低温低压的制冷剂气体，经第七电磁阀、四通换向阀流回制冷压缩机；预冻阶段流体介质回路：一路流体介质在蒸发器中被吸热后在第二循环泵的驱动下经过第四电磁阀进入冻干箱，在箱体中吸热流回到蒸发器；另一路流体介质的一路流经换热器被加热后一路进入散热器，散热量后经过第二电磁阀，在第一循环泵驱动下流回换热器；另一路流体介质的另一路经第三电磁阀进入蓄热器，热量蓄存在蓄热器内，其中的电加热不启用，流出后经第八电磁阀，与第二电磁阀并联后进入第一循环泵；此处的流体介质是油或乙二醇盐溶液；2)升华干燥阶段：需要抽真空，且在低温环境下升温，温度升高至升华干燥阶段设定温度后，通过流体介质和制冷剂切换保持其温度恒定，该升华干燥阶段设定温度比物料共晶点低5℃-10℃，升华干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段；在升华干燥阶段物料中的大部分水从固态直接变成气态被抽走；在升华干燥阶段的升温加热阶段，第一电磁阀、第九电磁阀、第一循环泵、第三电磁阀、电动阀、第六电磁阀、箱阱阀、真空泵开启，第五电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀、第二循环泵、蓄热器的电加热、截止阀、第七电磁阀、第八电磁阀关闭；此时制冷压缩机输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀，然后进入换热器中的换热盘管，放出大量的热量后变成高温高压的液体，经第二单向阀，流入储液罐后经过第一电磁阀进入第二节流阀，节流后经第三单向阀，进入冷阱的盘管，经第九电磁阀，进入四通换向阀下部进口后，流回制冷压缩机；制冷剂在换热盘管中将流体介质加热后，再经第三电磁阀、蓄热器、电动阀进入冻干箱，流出后经第六电磁阀、第一循环泵回到换热盘管；真空泵运行，冻干箱内气压下降，物料中的水分开始升华，经箱阱阀进入冷阱，在冷阱盘管表面凝结；电动阀的开度根据冻干箱内温度进行调节，当温度高于升华干燥阶段设定温度则开度关小，否则开度增加；在升华干燥阶段的保持温度恒定阶段，第一电磁阀、第九电磁阀、箱阱阀、真空泵开启，截止阀、第八电磁阀关闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于其包括制冷系统、冷凝水回收系统、余热回收加热系统、化霜系统四部分，其中制冷系统包括制冷压缩机（1）、换热器（2）、储液罐（3）、第一节流阀（4）、第五电磁阀（24）、蒸发器（5）、第一电磁阀（6）、第二节流阀（7）、冷阱（8）、第九电磁阀（9）、第一单向阀（29-1）、第二单向阀（29-2）、第三单向阀（29-3）、第四单向阀（29-4）组成；冷凝水回收系统包括冻干箱（10）、箱阱阀（18）、真空泵（22），余热回收加热系统包括散热器（11）、第二电磁阀（12）、第六电磁阀（13）、第一循环泵（14）、设有电加热装置的蓄热器（15）、第三电磁阀（16）、电动阀（17）、油箱（19）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）、第八电磁阀（28）；化霜系统包括四通换向阀（27）、截止阀（23）、集水器（25）、第七电磁阀（26）；与制冷系统共同实现化霜功能；换热器（2）内置换热盘管（2-1），蒸发器（5）内置蒸发盘管（5-1），冷阱（8）内置盘管（8-1）；/n制冷压缩机（1）的出口连接四通换向阀（27）的右侧进口，四通换向阀（27）上部出口连接换热器（2）的换热盘管（2-1）的进口，换热器（2）的换热盘管（2-1）的出口连接第二单向阀（29-2）和第四单向阀（29-4），第二单向阀（29-2）连接储液罐（3）的进口和第一单向阀（29-1），储液罐（3）的出口一路连接第五电磁阀（24）的进口，第五电磁阀（24）的出口连接第一节流阀（4）的进口，第一节流阀（4）的出口连接蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1）的进口，蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1）的出口连接第七电磁阀（26）的进口；储液罐（3）的出口另一路连接第一电磁阀（6）的进口，第一电磁阀（6）的出口连接第二节流阀（7）的进口，第二节流阀（7）的出口连接第三单向阀（29-3）和第四单向阀（29-4），第一单向阀（29-1）和第三单向阀（29-3）连接冷阱（8）的盘管（8-1）的进口，冷阱（8）的盘管（8-1）的出口连接第九电磁阀（9）的进口，第九电磁阀（9）出口与第七电磁阀（26）出口并联后连接四通换向阀（27）下部进口，四通换向阀（27）左侧出口连接制冷压缩机（1）的进口；冷阱（8）下侧的出口连接截止阀（23）的进口，截止阀（23）的出口连接集水器（25）的进口；冷阱（8）左侧的出口连接真空泵（22），冷阱（8）上侧的进口连接箱阱阀（18）的出口，箱阱阀（18）的进口连接冻干箱（10）下侧的出口，冻干箱（10）的出口一路连接蒸发器（5）的进口，蒸发器（5）左侧的出口连接第二循环泵（21）的进口，第二循环泵（21）的出口连接第四电磁阀（20）的进口，第四电磁阀（20）的出口连接冻干箱（10）的进口；冻干箱（10）的出口另一路连接油箱（19）的接口，油箱（19）还连接第六电磁阀（13）的进口，第六电磁阀（13）的出口一路连接第八电磁阀（28）出口，另一路连接第一循环泵（14）的进口，第一循环泵（14）的出口连接换热器（2）的进口，换热器（2）的出口一路连接散热器（11）的进口，散热器（11）的出口连接第二电磁阀（12）的进口，第二电磁阀（12）的出口与第六电磁阀（13）和第八电磁阀（28）出口并联后连接第一循环泵（14）的进口，换热器（2）的出口另一路连接第三电磁阀（16）的进口，第三电磁阀（16）的出口连接蓄热器（15）的进口，蓄热器（15）的出口连接电动阀（17）的进口，电动阀（17）的出口与第四电磁阀（20）的出口串联后连接冻干箱（10）的进口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于其包括制冷系统、冷凝水回收系统、余热回收加热系统、化霜系统四部分，其中制冷系统包括制冷压缩机（1）、换热器（2）、储液罐（3）、第一节流阀（4）、第五电磁阀（24）、蒸发器（5）、第一电磁阀（6）、第二节流阀（7）、冷阱（8）、第九电磁阀（9）、第一单向阀（29-1）、第二单向阀（29-2）、第三单向阀（29-3）、第四单向阀（29-4）组成；冷凝水回收系统包括冻干箱（10）、箱阱阀（18）、真空泵（22），余热回收加热系统包括散热器（11）、第二电磁阀（12）、第六电磁阀（13）、第一循环泵（14）、设有电加热装置的蓄热器（15）、第三电磁阀（16）、电动阀（17）、油箱（19）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）、第八电磁阀（28）；化霜系统包括四通换向阀（27）、截止阀（23）、集水器（25）、第七电磁阀（26）；与制冷系统共同实现化霜功能；换热器（2）内置换热盘管（2-1），蒸发器（5）内置蒸发盘管（5-1），冷阱（8）内置盘管（8-1）；
制冷压缩机（1）的出口连接四通换向阀（27）的右侧进口，四通换向阀（27）上部出口连接换热器（2）的换热盘管（2-1）的进口，换热器（2）的换热盘管（2-1）的出口连接第二单向阀（29-2）和第四单向阀（29-4），第二单向阀（29-2）连接储液罐（3）的进口和第一单向阀（29-1），储液罐（3）的出口一路连接第五电磁阀（24）的进口，第五电磁阀（24）的出口连接第一节流阀（4）的进口，第一节流阀（4）的出口连接蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1）的进口，蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1）的出口连接第七电磁阀（26）的进口；储液罐（3）的出口另一路连接第一电磁阀（6）的进口，第一电磁阀（6）的出口连接第二节流阀（7）的进口，第二节流阀（7）的出口连接第三单向阀（29-3）和第四单向阀（29-4），第一单向阀（29-1）和第三单向阀（29-3）连接冷阱（8）的盘管（8-1）的进口，冷阱（8）的盘管（8-1）的出口连接第九电磁阀（9）的进口，第九电磁阀（9）出口与第七电磁阀（26）出口并联后连接四通换向阀（27）下部进口，四通换向阀（27）左侧出口连接制冷压缩机（1）的进口；冷阱（8）下侧的出口连接截止阀（23）的进口，截止阀（23）的出口连接集水器（25）的进口；冷阱（8）左侧的出口连接真空泵（22），冷阱（8）上侧的进口连接箱阱阀（18）的出口，箱阱阀（18）的进口连接冻干箱（10）下侧的出口，冻干箱（10）的出口一路连接蒸发器（5）的进口，蒸发器（5）左侧的出口连接第二循环泵（21）的进口，第二循环泵（21）的出口连接第四电磁阀（20）的进口，第四电磁阀（20）的出口连接冻干箱（10）的进口；冻干箱（10）的出口另一路连接油箱（19）的接口，油箱（19）还连接第六电磁阀（13）的进口，第六电磁阀（13）的出口一路连接第八电磁阀（28）出口，另一路连接第一循环泵（14）的进口，第一循环泵（14）的出口连接换热器（2）的进口，换热器（2）的出口一路连接散热器（11）的进口，散热器（11）的出口连接第二电磁阀（12）的进口，第二电磁阀（12）的出口与第六电磁阀（13）和第八电磁阀（28）出口并联后连接第一循环泵（14）的进口，换热器（2）的出口另一路连接第三电磁阀（16）的进口，第三电磁阀（16）的出口连接蓄热器（15）的进口，蓄热器（15）的出口连接电动阀（17）的进口，电动阀（17）的出口与第四电磁阀（20）的出口串联后连接冻干箱（10）的进口。


2.根据权利要求1所述的一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于所述的冷凝器（2）采用板式换热器或管壳式换热器或套管式换热器。


3.根据权利要求1所述的一种新式余热与凝水回收冻干机，其特征在于所述的蒸发器（5）采用板式换热器或管壳式换热器或套管式换热器。


4.权利要求1所述的一种新式余热与凝水回收冻干机的运行方法，其特征在于其包括预冻、升华干燥、解析干燥、化霜四个阶段；
1)预冻阶段：将物料中的水分降温使其冻结成固态；第五电磁阀（24）、第七电磁阀（26）、第二电磁阀（12）、第一循环泵（14）、第四电磁阀（20）、第二循环泵（21）、第三电磁阀（16）、第八电磁阀（28）开启，而第一电磁阀（6）、蓄热器（15）的电加热、电动阀（17）、箱阱阀（18）、真空泵（22）、截止阀（23）、第六电磁阀（13）、第九电磁阀（9）关闭；
预冻阶段制冷剂回路：制冷压缩机（1）输出的制冷剂蒸气进入四通换向阀（27），然后进入换热器（2）中的换热盘管（2-1），放出大量的热量后变成高温高压的液体，经过第二单向阀（29-2）进入储液罐（3），再经过第五电磁阀（24）进入第一节流阀（4），节流后制冷剂变为低温低压的液体，进入蒸发器（5）的蒸发盘管（5-1），吸热后变成低温低压的制冷剂气体，经第七电磁阀（26）、四通换向阀（27）流回制冷压缩机（1）；
预冻阶段流体介质回路：一路流体介质在蒸发器（5）中被吸热后在第二循环泵（21）的驱动下经过第四电磁阀（20）进入冻干箱（10），在箱体中吸热流回到蒸发器（5）；另一路流体介质的一路流经换热器（2）被加热后一路进入散热器（11），散热量后经过第二电磁阀（12），在第一循环泵（14）驱动下流回换热器（2）；另一路流体介质的另一路经第三电磁阀（16）进入蓄热器（15），热量蓄存在蓄热器（15）内，其中的电加热不启用，流出后经第八电磁阀（28），与第二电磁阀（12）并联后进入第一循环泵（14）；此处的流体介质是油或乙二醇盐溶液；
2)升华干燥阶段：需要抽真空，且在低温环境下升温，温度升高至升华干燥阶段设定温度后，通过流体介质和制冷剂切换保持其温度恒定，该升华干燥阶段设定温度比物料共晶点低5℃-10℃，升华干燥阶段分升温加热和保持温度恒定两个阶段；在升华干燥阶段物料中的大部分水从固态直接变成气态被抽走；
在升华干燥阶段的升温加热阶段，第一电磁阀（6）、第九电磁阀（9）、第一循环泵（14）、第三电磁阀（16）、电动阀（17）、第六电磁阀（13）、箱阱阀（18）、真空泵（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海波，吴坤，肖永清，戴家傲，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：山东;37