液氮冷冻干燥机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种液氮冷冻干燥机，所述液氮冷冻干燥机包括一冻干箱，所述冻干箱内设置有板层，所述板层和循环泵、液氮换热器、电加热相连；一冷阱，所述冷阱内设置有盘管；其中，所述冻干箱和冷阱通过中隔阀相连；所述液氮换热器和第一电磁阀、第一开度调节阀相连；所述盘管和第二电磁阀、第二开度调节阀相连；所述第一电磁阀和第二电磁阀直接和液氮罐相连。本实用新型专利技术提供的液氮冷冻干燥机，提高冷冻的温度范围和精度，并提高换热效率。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种冷冻干燥机，尤其涉及一种液氮冷冻干燥机。
技术介绍
真空冷冻干燥机(简称冻干机)主要由冷冻、循环、真空、电气、液压、气动、水环、 SIP/CIP八大系统组成，其中冷冻系统是冻干机最重要的系统，又被称为冻干机的心脏。目前冻干机主要以压缩机制冷系统为主，液氮冻干机也有少量生产，但液氮 利用效率都不高，极限温度也不低，主要以间接制冷冻干机冷阱为主。中国专利号为 200610008269. χ,申请日为2006. 02. 20，技术名称为冻干机的专利公开了一种冻干机， 如图ι所示，所述冻干机包括冻干箱1、冷阱4和真空泵3，所述冻干箱1和冷阱4之间设置 百叶隔板36，其中，冻干箱1内设置有板层2，板层2和热油泵92、电加热油箱91相连；冷 阱4内设置有盘管，所述盘管和压缩机21、换热器22及膨胀阀23相连，所述冻干机冷阱4 的后方设置风机35。上述采用压缩机制冷的冻干机，存在的主要问题在于1)压缩机为运动部件，运行时发生故障的几率相对较大，特别是使用时间越长，发 生故障的几率就越大，从而增加系统的维护费用；2)冻干机上主要采用双机压缩机制冷， 这一制冷方式正常的蒸发温度应> _65°C，而冻干机最低蒸发温度为-75 -80°C，并且长 期运行，因而使得压缩机运转极不稳定，发生故障的几率更大；3)由于氟利昂制冷剂的特 性在低温下特别是< -50°C以后，机组制冷效率大大降低；此外采用氟利昂制冷剂，如泄露 至环境中均会对环境造成破坏，破坏臭氧层，导致全球变暖，并且压缩机运行时噪音较大， 也对环境造成污染；4)采用压缩机制冷，冻干机冷阱温度无法控制，冻干工艺重演性受到 限制；5)由于冻干工艺的发展，有机溶媒的使用越来越多，要实现对有机溶媒冻结需要极 低的温度，常规的压缩机制冷很难达到这一温度，比如酒精需要-121°C以下才能冻结成冰。目前使用中的液氮冻干机，采用液氮代替氟利昂制冷剂，仍通过导热油间接制冷 冻干机冷阱，使得冷阱的极限温度受到导热油的极限温度限制，目前适用于冻干机高低温 环境的导热油非常少，一般低温都只能达到_80°C。此外，通过导热油间接制冷使热侵入很 大，冷量的有效利用效率低。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种液氮冷冻干燥机，提高冷冻的温度范 围和精度，并提高换热效率。本技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种液氮冷冻干燥机， 包括一冻干箱，所述冻干箱内设置有板层，所述板层和循环泵、液氮换热器、电加热相连；一 冷阱，所述冷阱内设置有盘管；其中，所述冻干箱和冷阱通过中隔阀相连；所述液氮换热器 和第一电磁阀、第一开度调节阀相连；所述盘管和第二电磁阀、第二开度调节阀相连；所述 第一电磁阀和第二电磁阀直接和液氮罐相连。上述液氮冷冻干燥机，其中，所述第一电磁阀和第一开度调节阀之间设置有安全 阀。上述液氮冷冻干燥机，其中，所述第一电磁阀、第一开度调节阀、第二电磁阀和第 二开度调节阀和PLC相连实现液氮量自动控制。本技术对比现有技术有如下的有益效果本技术提供的液氮冷冻干燥 机，通过将液氮直接引入冻干机冷阱盘管中汽化，提高冷冻的温度范围和精度。此外，本实 用新型提供的液氮冷冻干燥机，克服了冷阱极限温度受导热油性质限制的局限，同时减少 了换热次数，提高了换热效率。附图说明图1是现有的制冷真空冷冻干燥机结构示意图 图2是本技术的液氮冷冻干燥机结构示意图；图3是本技术的液氮冷冻干燥机开度控制流程图。图中1冻干箱 2板层3中隔阀4冷阱 5盘管6电加热7循环泵 8液氮换热器 9第一电磁阀10安全阀11第一开度调节阀12第二电磁阀13第二开度调节阀21压缩机22换热器23膨胀阀33真空阀35风机36百叶隔板73化霜泵91电加热油箱92热油泵具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步的描述。图2是本技术的液氮冷冻干燥机结构示意图。请参见图2，本技术的液氮冷冻干燥机包括一冻干箱1，所述冻干箱1内设置 有板层2，所述板层2和循环泵7、液氮换热器8、电加热6相连；一冷阱4，所述冷阱4内设 置有盘管5 ；其中，所述冻干箱1和冷阱4通过中隔阀3相连；所述液氮换热器8和第一电 磁阀9、第一开度调节阀11相连；所述盘管5和第二电磁阀12、第二开度调节阀13相连；所 述第一电磁阀9和第二电磁阀12直接和液氮罐相连。上述液氮冻干机，中隔阀3采用液压驱动，通过液压缸后退或前进控制中隔阀开 关。在中隔阀关闭时，阀前端与冻干箱1开口处接触，由液压缸提供压紧力，利用0型密封 圈密封，使冻干箱1与冷阱4完全隔断。这使得冻干过程中一次干燥和二次干燥完成时利 用压力升判断终点更为准确。(压力升通过将冻干箱与冷阱隔开一段时间，检测这段时间 内冻干箱内压力升高值判断制品中的水份含量，从而判断此段冻干是否结束。)在中隔阀3 开启时，阀体完全退出水汽通道，使得汽流压降达到最小，并且在水汽进入冷阱后遇到退回 的中隔阀阀体，阀体将水汽均勻分散至各个方向。这使汽流在冷阱4中流经各处盘管5时 水汽含量基本相等，使盘管5结霜均勻，提高了盘管的有效使用面积。为了提高安全性，所述第一电磁阀9和第一开度调节阀11之间设置有安全阀10。 所述第一电磁阀9、第一开度调节阀11、第二电磁阀12和第二开度调节阀13可以和PLC相 连实现液氮量自动控制。冻干机是一个复杂的系统，本技术提供的冻干机因为只涉及制冷系统的制冷 方式改变，具体表现在循环系统、制冷系统和控制系统以及冷阱结构与常规冻干机不同，其 他系统都与常规冻干机相同，具体可参见图1，在此不再做详细说明。冻干机使用中大体可分为三个阶段，预冻、一次干燥和二次干燥。预冻时，循环泵7 启动，导热油从循环泵7出发，流经液氮换热器8、电加热6和板层2最后回到循环泵7，此 循环流动将液氮换热器8中的冷量传输至板层2中，通过板层将冷量传递至冻干制品，达到 制冷制品的目的。此系统即是循环系统；循环系统启动后，第一电磁阀9开启，第一开度调 节阀11启动，开度调节阀由PLC实现PID控制，通过调节PLC的开度大小控制流入液氮换 热器中的液氮量从而控制制冷的温度。预冻时将制品完全冻结方可进入下步工序。在液氮 换热器8中汽化的液氮经过氮气出口排出。预冻结束后，第二电磁阀12开启，第二开度调节阀13启动，同样利用PLC实现PID 控制。此时液氮直接进入冷阱4的盘管5中汽化，通过冷阱盘管中的温度、压力和液氮的液 位控制第二开度调节阀13的开度大小。在盘管中汽化的氮气进过氮气出口排出。冷阱盘 管的温度可根据实际需要控制在任意一值，其偏差为士 1°C，冷阱极限温度可低至-130°C 以下。当冷阱温度达到预设值时循环系统中电加热6开始启动，为制品中的溶媒升华提供 热量，同时中隔阀3开启，升华出的蒸汽在冷阱盘管上再次冻结。在一次干燥中升华完全部游离水，然后进入二次干燥期间，进一步除去制品中的 结晶水。此时制品温度可能会升的过高，需要第一开度调节阀11根据控制温度小量开始， 实现精确控温的目的，此步被称之为掺冷。综上所述，冻干机最基本的控制就是控制这个过程中两个箱室的温度和真空度， 使冻干过程能按预设工艺完成，因此控制的稳定性和准确性关系着冻干药品的质量稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液氮冷冻干燥机，包括：一冻干箱（１），所述冻干箱（１）内设置有板层（２），所述板层（２）和循环泵（７）、液氮换热器（８）、电加热（６）相连；一冷阱（４），所述冷阱（４）内设置有盘管（５）；其特征在于，所述冻干箱（１）和冷阱（４）通过中隔阀（３）相连；所述液氮换热器（８）和第一电磁阀（９）、第一开度调节阀（１１）相连；所述盘管（５）和第二电磁阀（１２）、第二开度调节阀（１３）相连；所述第一电磁阀（９）和第二电磁阀（１２）直接和液氮罐相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑效东，
申请(专利权)人：上海东富龙科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]