真空冻干系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种真空冻干系统及控制方法，制冷机组包括排气端连接到同一条排气总管上的多台压缩机；排气总管分别连接冷凝器和热泵机组；热泵机组连接储液器；制冷机组还包括作为1#回气总管的第十二管和作为2#回气总管的；第十二管和第十三上分别安装有低压传感器；每一台压缩机的吸气端通过两个自动阀分别连接所述第十二管和作为第十三；所述融霜排液装置分别连接所述捕水器；所述融霜排液装置还连接所述回气总管。本发明专利技术通过对各系统管道自动阀的控制，实现降低融冰耗能和制冷耗能；真空冻干生产过程出入货无需时间间隔，保障冻干仓的真空度，提高产品的品质。提高产品的品质。提高产品的品质。

【技术实现步骤摘要】
真空冻干系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种真空冻干系统，并涉及该系统的控制方法。

技术介绍

[0002]现有的真空冻干系统普遍存在结构和控制方法不够合理的问题，导致系统能耗偏高、冻干效率偏低等问题。在现有的真空冻干系统中，目前存在以下弊端，具体分析如下：一、融冰耗能高冻干设备由三大系统构成：制冷系统、真空系统和加热系统。制冷系统的作用是为捕水器提供要求的低温冷源，捕集物料升化的水分。作为现有技术的冻干设备捕水器分为四种方式：1、内置式一次性捕水：捕水器在冻干仓的内部，当捕水器工作时开始捕集水分，捕水器结冰到一定程度后，捕水器效率下降，冻干速度减缓，当冻干结束后需要一次性融冰，融冰时间约需要2~3小时。2、外置式一次性捕水：捕水器在冻干仓的外部，其效果与内置式一次性捕水一样，当冻干结束仍需要一次性融冰，融冰时间约为2~3小时。3、内置交替捕水：捕水器在冻干仓的内部，配有两个捕水器，采用交替捕水方式融冰。当一个捕水器捕水结冰严重时，封闭其进气口后开始融冰，并切换另外一个捕水器进行捕水。因融冰是在仓内真空状态下进行，不能开仓门，因此会影响仓内进出货操作。4、外置交替捕水：捕水器在冻干仓的外部，其效果与内置交替捕水相同，融冰时也需要处于真空状态，因捕水器真空管道直接与冻干仓仓体连接没有控制，冻干仓与捕水器处在同一压力环境。开仓时无法融冰，因此融冰时不能出入仓。因此同样存在与上述内置式交替捕水同样出入仓受时间影响的问题。
[0003]上述捕水器融冰普遍存在以下问题。捕水器融冰时，所需要的融冰热能Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5（Q—融冰热能、Q1—制冷剂气化潜热、Q2—制冷剂气体升温显热、Q3—冰体升温显热、Q4—冰体融化潜热、Q5—水升温显热）。由此可见，在融冰时只有融冰所耗费的能源是有效耗能。而制冷剂气化所耗费的能源将需要增加制冷系统大量制冷量，产生制冷耗能，为无效耗能，此耗能并不参与融冰反而增加制冷负荷。在融冰时，只有捕水器内存有的制冷剂液体通过加热气化后，冰体继续受热才能融化。当融冰后捕水器再次工作捕水时，制冷系统需要再次给捕水器供低温制冷剂制冷捕水，再次增加制冷耗能。因此在融冰过程中，制冷剂气化增加了制冷负荷，再次制冷捕水进一步增加了制冷负荷，融冰时的制冷系统耗能均为无效耗能。
[0004]在外置和内置式交替补水方式中，因制冷系统负荷在融冰时有较大增加，造成制冷系统蒸发压力增高，捕水器制冷剂温度上升，捕水效率下降，造成捕水器捕水量下降，真空度上升（一般正常工作真空度在60
‑
100 Pa之间），真空度上升（超过100Pa以上）过高，超过物料冰点允许值时，将造成物料融化和物料变形，直接影响产品的品质。
[0005]二、捕水器捕水效率低下，制冷剂用量大现有的真空冻干设备设备中，外置式捕水器为使气流与捕水蒸发器的接触面积足够大，捕水器用于连接冻干仓的进气管均采用大口径管道与捕水器腔体直接相连。因缺少
必要的分散导流机构以及均压平衡空间，普遍存在气流与蒸发器换热管接触不均的问题。由于气流分配不均匀，蒸发器与气流接触的前端结冰严重，而后端不结冰，导致捕水效率较差，融冰时间过长，从而影响冻干设备的工作效率和冻干品质。同时，因外置捕水器与真空仓的连接管径过粗无法连接自动阀门，很难实现自动控制。
[0006]另一方面，作为现有技术的真空冻干设备捕水器，无论是外置式捕水器还是内置式捕水器均采用光管式蒸发器。因采用光管式蒸发器，导致捕水器体积庞大；同时因蒸发器体积庞大造成制冷剂的用量较多，在融冰时耗能较大，在融冰完成后再次制冷时制冷耗能也同样较大。
[0007]三、多个冻干仓同用一个低压回气的制冷系统时，因各仓因入货先后热负荷的变化造成真空度的波动严重影响产品的品质和生产的效率真空冻干设备在规模化生产时，通常配置共用一套制冷系统、一套真空系统、一套加热系统，为两套真空冻干仓提供保障。在实际生产过程中，由于物料需要加工、冷冻、装盘、进料等一系列流程操作，所以两套真空冻干仓的出入货时间通常不一致，并且后入货的物料含水量远大于先入货的物料。这就导致后入货的真空冻干仓的制冷负荷远大于先入货的真空冻干仓。现有的真空冻干设备制冷系统中，两套真空冻干仓共用一套制冷低压系统，且由于后入货的真空冻干仓内制冷负荷很大，使得制冷低压系统内的制冷剂蒸发压力升高，进而导致先入货真空冻干仓的捕水器蒸发压力升高，因蒸发温度升高，造成捕水能力下降，降低了该仓的工作效率，当真空度过高时，会影响到产品的品质。
[0008]四、满液式制冷系统回油纯度较差严重影响压缩机的使用寿命现有的制冷系统回油普遍采用供液罐液位控制回油，但由于供液罐内低温制冷剂液体没有经过蒸发器蒸发气化，管内上层油的制冷剂含量较高，因而回到压缩机的油纯度较低，将影响到压缩机的润滑以及使用寿命。
[0009]满液式制冷系统中，分离罐是该制冷系统中的重要装置，其功能是将高温高压冷凝后的制冷剂通过节流膨胀在罐内转化为低压低温的液体制冷剂，通过供液管道将制冷剂输送至蒸发器，蒸发器吸热后制冷剂呈现气液两态经回液管从分离罐上端流入分离罐内，制冷剂液体流入桶内，制冷剂气体通过压缩机吸气管道回到压缩机。由于压缩机润滑油（以下称冷冻油）有部分溶入制冷剂内（约3
‑
5%）。随着制冷剂气体不断从分离罐中分离而冷冻油将在桶内不断积累，如果不能及时将桶内冷冻油回到压缩机，压缩机将因缺油的得不到润滑无法正常工作，严重将造成压缩机损坏。现有的回油技术是通过控制分离罐液位，回油管口位于液位控制位置。因制冷冻油密度小于制冷剂密度，冷冻油浮在制冷剂上面，上层的油通过回油管经回气管虹吸引射回到压缩机吸气管内直接回到压缩机。
[0010]由于此时回到压缩机的冷冻油温度较低，油内含有大量的液体制冷剂（约30%左右）。因油的纯度不纯造成压缩机润滑不良，久而久之造成压缩机机械磨损损坏，严重影响压缩机的使用寿命。
[0011]另外，满液式制冷系统还存在如下弊端：分离罐需要精准控制液位，在实际运行中液位很难达到绝对精准控制，液位过高时也会有制冷剂液体通过回油管回到压缩机。冷媒会以液态形式进入压缩机内，引起液压缩，同样会导致压缩机损坏。
[0012]五、制冷时产生的冷凝热能排放对环境造成热污染，大量热能没有得到利用真空冻干设备运行过程中，制冷系统产生大量的高温高压制冷剂气体。这部分高
温高压制冷剂气体通过冷凝器直接冷却的方式（包括水冷、蒸发冷、风冷等方式）转化为液体，该过程冷凝器释放大量的热能。作为现有技术，过程冷凝器释放的热能被排放至环境中，不仅造成热能的浪费，而且还对自然环境产生热污染。
[0013]另一方面，作为现有技术，真空冻干设备运行过程中，多采用全过程锅炉加热方式为加热器提供热能，也就是说，真空冻干仓内的加热器即使在低温运行阶段仍利用外部热源加热。因此，现有的真空冻干设备耗能巨大，不利于节能环保和减碳。
[0014]第三方面，在自然环境中，因制冷系统的冷凝压力受制于环境温度，所以冷凝温度一般要高于环境温度，在水冷和蒸发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.真空冻干系统，包括制冷机组（1）、冷凝器（2）、储液器（3）、热泵机组（4）、油纯化装置（6）、油分离装置（11）、真空泵组（12）、内部安装有加热器（10）的冻干仓（9）、融霜排液装置（13）以及通过管路和阀门与所述加热器（10）相连接的热源装置（5），所述真空泵组（12）连接有两个冻干仓（9），所述冻干仓（9）通过装有进气自动阀的真空吸气管分别连接两个捕水器的捕水器进气管，所述两个捕水器的的捕水器出气管分别通过装有出气自动阀的管道与真空泵组（12）的进口相连，其特征在于：所述制冷机组（1）包括排气端连接到同一条排气总管上的多台压缩机；所述排气总管分别连接所述冷凝器（2）和热泵机组（4）；所述热泵机组（4）连接所述储液器（3）；所述制冷机组（1）还包括作为1#回气总管的第十二管（G12）和作为2#回气总管的第十三（G13）；第十二管（G12）和第十三（G13）上分别安装有低压传感器；每一台压缩机的吸气端通过两个自动阀分别连接所述第十二管（G12）和第十三（G13）；所述融霜排液装置（13）分别连接所述捕水器；所述融霜排液装置（13）还连接所述回气总管。2.如权利要求1所述的真空冻干系统，其特征在于：所述热泵机组（4）分别通过装有热回收水循环泵（SB1）进水管和出水管连接所述热源装置（5）。3.如权利要求1或2所述的真空冻干系统，其特征在于：所述捕水器包括带有捕水器进气管（B2）的捕水器壳体（B1），所述捕水器壳体（B1）还带有融冰回水管（B9）；所述捕水器装有温度传感器；所述捕水器壳体（B1）内安装有蒸发器（B5），所述蒸发器（B5）一端连接有蒸发器制冷剂进管（B5
‑
2），另一端连接有蒸发器制冷剂出管（B5
‑
1）；所述捕水器壳体（B1）内还安装有围绕在所述蒸发器（B5）四周的两块蒸发器端部壁板（B6）和两块蒸发器侧部壁板（B15）；述两块蒸发器侧部壁板（B15）分别与所在一侧捕水器壳体（B1）围成一个出气均压腔（B14）；两块蒸发器侧部壁板（B15）的下端部分别开设有多个出气分流口（B10）用于导通所述蒸发器制冷列管（B5
‑
3）所处空间与两侧的出气均压腔（B14）；两侧的出气均压腔（B14）分别连接有捕水器出气管（B13）；所述捕水器壳体（B1）内还安装有位于所述捕水器进气管（B2）内端口与蒸发器（B5）之间的进气分流板（B4）；所述进气分流板（B4）与捕水器壳体（B1）之间具有进气均压腔（B3）；所述进气分流板（B4）开设有多个进气分流口（B4
‑
1）；全部进气分流口（B4
‑
1）的通气面积之和小于或等于捕水器进气管（B2）的通气面积；捕水器进气管（B2）上安装有进气温度传感器（B17），进气分流板（B4）上安装有分流板温度传感器（B16）；所述捕水器壳体（B1）内还安装有融冰供水管（B7）。4.如权利要求3所述的真空冻干系统，其特征在于：所述进气分流板（B4）由依次排列的金属板（B4
‑
2）、加热板（B4
‑
3）、阻燃板（B4
‑
4）和保温板（B4
‑
5）复合而成并开设有通孔形式的多个进气分流口（B4
‑
1）。5.如权利要求3所述的真空冻干系统，其特征在于：所述油分离装置（11）包括分离罐，分离罐的上端口分别通过管路和阀门连接所述回气总管；所述分离罐连接有用于控制分离罐内液位的液位控制器（11
‑
2）；所述分离罐内部设置有上端敞口的溢流油管（11
‑
1），溢流油管（11
‑
1）与分离罐内壁之间具有环形空间；所述溢流油管（11
‑
1）的设置方式包括：第一种方式，溢流油管（11
‑
1）下端开口并且溢流油管（11
‑
1）作为流体通道，所述环形空间下端封闭并且该环形空间作为环形集油槽（11
‑
4）；第二种方式，所述溢流油管（11
‑
1）下端封闭并且溢流油管（11
‑
1）的腔体作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华东，庞金超，张凯琳，
申请(专利权)人：烟台绿冷热能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：