CN108168221B - 一种真空冷冻干燥装置及真空冷冻干燥物料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空冷冻干燥技术领域，尤其涉及一种真空冷冻干燥装置及利用上述真空冷冻干燥装置进行真空冷冻干燥物料的方法。真空冷冻干燥装置包括真空箱，真空箱内设有隔板支架、冷媒进汇总管、冷媒出汇总管、热媒进汇总管、热媒出汇总管、不少于一层的热交换层，热交换层包括单层热媒盘管、单层冷媒盘管、单层面板，单层热媒盘管与单层冷媒盘管并排设置并呈S形排布，单层热媒盘管与单层冷媒盘管贴合固定在单层面板的一侧。本发明中的冷媒和热媒各自走不同的管路，以方便多个冷冻真空干燥仓即便在不同的工艺节点也可以利用公共的冷媒和热媒，同时当制冷和制热切换时，冷媒或热媒可以通过各自盘管回收至总的冷媒储罐或热媒储罐中以节省能源。

Description

一种真空冷冻干燥装置及真空冷冻干燥物料的方法

技术领域

本发明涉及真空冷冻干燥技术领域，尤其涉及一种真空冷冻干燥装置。本发明还涉及一种利用上述真空冷冻干燥装置进行真空冷冻干燥物料的方法。

背景技术

真空冷冻干燥，也称升华干燥，其原理是将物料冷冻，使其含有的水份变成冰块，然后在真空下使冰块升华而达到干燥目的。因此可知，真空冷冻干燥的完成，除了需要一定的真空度以外，还需要在不同的时间节点控制物料的温度。

目前，真空冷冻干燥箱内部通常采用单回路盘管结构，其内部只能流动单一媒介（如硅油、导热油），该媒介按照工艺要求需要通过换热器变冷或者变热来控制温度，这样的媒介以及后续的操作中通常会出现以下缺点。

同一媒介需要反复的变温，能耗偏高，降低媒介品质；媒介选择性很小，常常使用硅油或导热油，这一类媒介比容热比较小，只有水的40%或者更低；硅油或导热油表面张力小，易从机器中泄漏；硅油或导热油热膨胀系数较大，容易产生超压问题；硅油或导热油润滑性欠佳，流动阻力较大；硅油或导热油有一定的吸湿性，吸湿后，凝固点降低；硅油或导热油价格相对较贵。

因此，如何解决由于采用单一媒介进行真空冷冻物料所造成的上述问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种真空冷冻干燥装置，以解决由于采用单一媒介进行真空冷冻干燥物料所产生的问题。

本发明的第二个目的是提供一种利用上述真空冷冻干燥装置进行真空冷冻干燥物料的方法。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种真空冷冻干燥装置，包括真空箱，所述真空箱内设有隔板支架、冷媒进汇总管、冷媒出汇总管、热媒进汇总管、热媒出汇总管、不少于一层的热交换层，所述热交换层包括单层热媒盘管、单层冷媒盘管、单层面板，所述单层热媒盘管与所述单层冷媒盘管并排设置并呈S形排布，所述单层热媒盘管与所述单层冷媒盘管贴合固定在所述单层面板的一侧，所述单层面板固定在所述隔板支架上；所述单层热媒盘管的热媒进口、热媒出口分别连通所述热媒进汇总管、所述热媒出汇总管，所述单层冷媒盘管的冷媒进口、冷媒出口分别连通所述冷媒进汇总管、所述冷媒出汇总管。

优选的，所述单层热媒盘管的热媒进口、热媒出口分别通过弯管连通所述热媒进汇总管、所述热媒出汇总管；所述单层冷媒盘管的冷媒进口、冷媒出口分别通过弯管连通所述冷媒进汇总管、所述冷媒出汇总管。

优选的，所述单层热媒盘管的热媒进口、所述单层冷媒盘管的冷媒进口在竖直方向低于所述单层面板，所述单层热媒盘管的热媒出口、所述单层冷媒盘管的冷媒出口在竖直方向高于所述单层面板。

优选的，所述热媒进汇总管、所述热媒出汇总管、所述冷媒进汇总管、所述冷媒出汇总管均通过弯头水平延伸至所述真空箱体外。

优选的，所述热媒进汇总管的进口位置在竖直方向低于所述热媒出汇总管的出口位置，所述冷媒进汇总管的进口位置在竖直方向低于所述冷媒出汇总管的出口位置。

优选的，所述真空箱包括真空箱体和真空门，所述真空箱体与所述真空门通过双铰链结构连接。

优选的，所述真空箱体上设有一个人孔和不少于一个的真空抽气管道。

优选的，所述真空箱体和所述真空门均包括内板和加强矩形管，所述加强矩形管固定在所述内板上，所述真空箱体和所述真空门的外侧均覆盖有保温层。

优选的，所述热媒为热水，所述冷媒为氯化钙盐水。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了一种利用上述的真空冷冻干燥装置进行真空冷冻干燥物料的方法，包括：

将待干燥物料放于所述单层面板上；

通过所述冷媒进汇总管向所述单层冷媒盘管内注入冷媒，所述冷媒经所述单层冷媒盘管进入冷媒出汇总管，待干燥物料的温度达到预设冻结温度后，反向泵出所述单层冷媒盘管内的冷媒；

对所述真空箱进行抽真空，使得所述真空箱内的真空度达到预设值；

通过热媒进汇总管向所述单层热媒盘管内注入热媒，所述热媒经所述单层热媒盘管进入热媒出汇总管，控制所述热媒的流量，使得待干燥物料的温度按预设温度时间变化曲线进行变化；

待干燥物料干燥完毕后，反向泵出所述单层热媒盘管内的热媒；

通过所述冷媒进汇总管向所述单层冷媒盘管内注入冷媒，所述冷媒经所述单层冷媒盘管进入冷媒出汇总管，待干燥物料的温度冷却到预设冷却温度后，反向泵出所述单层冷媒盘管内的冷媒；

使得所述真空箱内的真空度恢复至常压，取出干燥后的物料。

本发明提供的真空冷冻干燥装置及真空冷冻干燥物料的方法，采用热媒循环回路和冷媒循环回路并排设计的方案，使得真空干燥装置具有制冷和制热功能，让冷媒和热媒各自在不同的回路里进行热交换，不需要对冷媒或热媒进行变温，冷媒和热媒选择的空间比较大，多个真空冷冻干燥装置即便在不同的工艺节点，也可以利用公共的冷媒和热媒；当制冷或制热切换时，冷媒和热媒可以通过各种的盘管回收至冷媒储罐或热媒储罐内，达到节省能源的目的。

附图说明

图1为本发明一种实施例提供的真空冷冻干燥装置的正面立体结构示意图；

图2为图1中真空冷冻干燥装置的背面立体结构示意图；

图3为图1中隔板支架的结构示意图；

图4为图1中热交换层与热媒进汇总管、冷媒进汇总管、热媒出汇总管、冷媒出汇总管连接的结构示意图；

图5为图1中单层热交换层的结构示意图；

图6为多个真空冷冻干燥装置工作状态分布结构示意图；

其中，图1-图6中：

真空箱体1、真空门2、热交换层3、真空抽气管道4、单层热媒盘管5、单层冷媒盘管6、单层面板7、热媒进汇总管8、热媒出汇总管9、冷媒进汇总管10、冷媒出汇总管11、隔板支架12、双铰链结构13、人孔14、弯管15、弯管16；

真空冷冻干燥装置100、共用制热机200、共用制冷机300、共用真空泵400、共用冷媒管道500、共用热媒管道600、共用真空管道700。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

请参看图1-图5，图1为本发明一种实施例提供的真空冷冻干燥装置的正面立体结构示意图；图2为图1中真空冷冻干燥装置的背面立体结构示意图；图3为图1中隔板支架的结构示意图；图4为图1中热交换层与热媒进汇总管、冷媒进汇总管、热媒出汇总管、冷媒出汇总管连接的结构示意图；图5为图1中单层热交换层的结构示意图。

如图1-图5所示，本发明提供的真空冷冻干燥装置，包括真空箱，所述真空箱可以呈正方体或者长方体或者其他形状；所述真空箱内设有隔板支架12、冷媒进汇总管10、冷媒出汇总管11、热媒进汇总管8、热媒出汇总管9、不少于一层的热交换层3。

所述热交换层3包括单层热媒盘管5、单层冷媒盘管6、单层面板7，所述单层热媒盘管5与所述单层冷媒盘管6并排设置并呈S形排布，所述单层热媒盘管5与所述单层冷媒盘管6贴合固定在所述单层面板7的一侧，所述单层面板7固定在所述隔板支架12上；所述单层热媒盘管5的热媒进口、热媒出口分别连通所述热媒进汇总管8、所述热媒出汇总管9，所述单层冷媒盘管6的冷媒进口、冷媒出口分别连通所述冷媒进汇总管10、所述冷媒出汇总管11。

单层热媒盘管5与热媒进汇总管8、热媒出汇总管9构成一个热媒循环回路，单层冷媒盘管6与冷媒进汇总管10、冷媒出汇总管11构成一个冷媒循环回路。

具体的方案中，可以在隔板支架12上设置多个热交换层3，多个热交换层3可以上下并排设置。

本发明提供的真空冷冻干燥装置及真空冷冻干燥物料的方法，采用热媒循环回路和冷媒循环回路并排设计的方案，使得真空干燥装置具有制冷和制热功能，让冷媒和热媒各自在不同的回路里进行热交换，不需要对冷媒或热媒进行变温，冷媒和热媒选择的空间比较大，多个真空冷冻干燥装置即便在不同的工艺节点，也可以利用公共的冷媒和热媒；当制冷或制热切换时，冷媒和热媒可以通过各种的盘管回收至冷媒储罐或热媒储罐内，达到节省能源的目的。

具体的方案中，单层热媒盘管5与单层冷媒盘管6并排后折弯成S形，使得相邻的单层热媒盘管5与单层冷媒盘管6之间相互贴紧均匀排列后与单层面板7焊接合为一体，所述热媒进汇总管8、热媒出汇总管9、冷媒进汇总管10、冷媒出汇总管11预留有小孔，这些小孔用于连通所述单层热媒盘管5和单层冷媒盘管6，单层热媒盘管5与单层冷媒盘管6可以通过焊接的方式焊接与所述热媒进汇总管8、热媒出汇总管9、冷媒进汇总管10、冷媒出汇总管11上预留的小孔处。

优选的方案中，为了使得减少热媒流经单层热媒盘管5与所述热媒进汇总管8、所述热媒出汇总管9连接处的阻力，所述单层热媒盘管5的热媒进口、热媒出口分别通过弯管15连通所述热媒进汇总管8、所述热媒出汇总管9。

优选的方案中，为了使得减少冷媒流经单层冷媒盘管6与所述冷媒进汇总管10、所述冷媒出汇总管11连接处的阻力，所述单层冷媒盘管6的冷媒进口、冷媒出口分别通过弯管15连通所述冷媒进汇总管10、所述冷媒出汇总管11。

优选的方案中，所述单层热媒盘管5的热媒进口、所述单层冷媒盘管6的冷媒进口在竖直方向低于所述单层面板7，所述单层热媒盘管5的热媒出口、所述单层冷媒盘管6的冷媒出口在竖直方向高于所述单层面板7，冷媒或热媒能够与单层冷媒盘管6或单层热媒盘管5充分接触，这样可以提高冷媒或者热媒与单层冷媒盘管6或单层热媒盘管5的热交换效率。

优选的方案中，所述热媒进汇总管8、所述热媒出汇总管9、所述冷媒进汇总管10、所述冷媒出汇总管11均通过弯头16水平延伸至所述真空箱体1外。

优选的方案中，为了减少单层冷媒盘管6或单层热媒盘管5的受力变形并能够保持相对固定的位置，每个单层面板7与隔板支架12可通过焊接固定为一体。

为了便于维修，可通过工具将隔板支架12与每层热交换层3一起移出真空箱。

优选的方案中，所述热媒进汇总管8的进口位置在竖直方向低于所述热媒出汇总管9的出口位置，所述冷媒进汇总管10的进口位置在竖直方向低于所述冷媒出汇总管11的出口位置，以提高冷媒和热媒的热交换效率。

优选的方案中，所述真空箱包括真空箱体1和真空门2，所述真空箱体1与所述真空门2通过双铰链结构13连接，可以实现真空门2的开启与关闭，还能保证真空门2与真空箱体1之间的密封性。

优选的方案中，所述真空箱体1上设有不少于一个的真空抽气管道4。真空抽气管道4可以通过真空管道连通真空泵，由真空泵将真空箱体1内的空气排出。

如图2所示，真空箱体1的后端上中下三个位置分布设有一个真空抽气管道4，以便于将真空箱体1内上中下各个位置的空气快速排出，维持预设的真空度。

优选的方案中，所述真空箱体1上设有人孔14。具体的方案中，人孔14可以设置与真空箱体1的后端，通过人孔14便于观察和检测真空箱体1的设备运行情况及物料状态。

优选的方案中，所述真空箱体1和所述真空门2均包括内板和加强矩形管，所述加强矩形管固定在所述内板上，所述真空箱体1和所述真空门2的外侧均覆盖有保温层。

优选的方案中，所述热媒可以采用热水，所述冷媒可以采用氯化钙盐水。热水和氯化钙盐水均属于价格便宜且比热容很高的媒介，可以降低成本，不容易出现超压的问题。

本发明还提供了一种利用上述的真空冷冻干燥装置进行真空冷冻干燥物料的方法，该方法包括以下步骤。

将待干燥物料放于所述单层面板7上，关闭真空门2；

通过所述冷媒进汇总管10向所述单层冷媒盘管6内注入冷媒，所述冷媒经所述单层冷媒盘管6进入冷媒出汇总管11，待干燥物料的温度达到预设冻结温度后，反向泵出所述单层冷媒盘管6内的冷媒；

对所述真空箱进行抽真空，使得所述真空箱内的真空度达到预设值；

通过热媒进汇总管8向所述单层热媒盘管5内注入热媒，所述热媒经所述单层热媒盘管5进入热媒出汇总管9，控制所述热媒的流量，使得待干燥物料的温度按预设温度时间变化曲线进行变化；

待干燥物料干燥完毕后，反向泵出所述单层热媒盘管5内的热媒；

通过所述冷媒进汇总管10向所述单层冷媒盘管6内注入冷媒，所述冷媒经所述单层冷媒盘管6进入冷媒出汇总管11，待干燥物料的温度冷却到预设冷却温度后，反向泵出所述单层冷媒盘管6内的冷媒；

使得所述真空箱内的真空度恢复至常压，取出干燥后的物料。

一种具体的方案中，如图6所示，采用多个真空冷却干燥装置100对相同的或者不同物料进行真空冷却干燥，采用共用制冷机300、共用制热机200分别提供冷媒和热媒，通过共用冷媒管道500和共用热媒管道600向各个真空冷却干燥装置100提供冷媒和热媒，采用共用真空泵400通过共用真空管道600连通各个真空箱，为各个真空箱进行抽真空处理。

各个真空冷却干燥装置可以采用不同的工艺，或者处于不同的工艺节点，但是均可以利用公共的冷媒和热媒，而不需要单独对每个真空冷却干燥设备进行制冷制热，降低了成本。

本发明中的冷媒和热媒各自走不同的管路，以方便多个冷冻真空干燥仓即便在不同的工艺节点也可以利用公共的冷媒和热媒，同时当制冷和制热切换时，冷媒或热媒可以通过各自盘管回收至总的冷媒储罐或热媒储罐中以节省能源。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种真空冷冻干燥装置，其特征在于，包括真空箱，所述真空箱内设有隔板支架、冷媒进汇总管、冷媒出汇总管、热媒进汇总管、热媒出汇总管、不少于一层的热交换层，所述热交换层包括单层热媒盘管、单层冷媒盘管、单层面板，所述单层热媒盘管与所述单层冷媒盘管并排设置并呈S形排布，所述单层热媒盘管与所述单层冷媒盘管贴合固定在所述单层面板的一侧，所述单层面板固定在所述隔板支架上；所述单层热媒盘管的热媒进口、热媒出口分别连通所述热媒进汇总管、所述热媒出汇总管，所述单层冷媒盘管的冷媒进口、冷媒出口分别连通所述冷媒进汇总管、所述冷媒出汇总管；

所述单层热媒盘管的热媒进口、热媒出口分别通过弯管连通所述热媒进汇总管、所述热媒出汇总管；所述单层冷媒盘管的冷媒进口、冷媒出口分别通过弯管连通所述冷媒进汇总管、所述冷媒出汇总管；

所述热媒为热水，所述冷媒为氯化钙盐水；

所述热媒进汇总管的进口位置在竖直方向低于所述热媒出汇总管的出口位置，所述冷媒进汇总管的进口位置在竖直方向低于所述冷媒出汇总管的出口位置。

2.根据权利要求1所述的真空冷冻干燥装置，其特征在于，所述单层热媒盘管的热媒进口、所述单层冷媒盘管的冷媒进口在竖直方向低于所述单层面板，所述单层热媒盘管的热媒出口、所述单层冷媒盘管的冷媒出口在竖直方向高于所述单层面板。

3.根据权利要求1所述的真空冷冻干燥装置，其特征在于，所述热媒进汇总管、所述热媒出汇总管、所述冷媒进汇总管、所述冷媒出汇总管均通过弯头水平延伸至所述真空箱体外。

4.根据权利要求1所述的真空冷冻干燥装置，其特征在于，所述真空箱包括真空箱体和真空门，所述真空箱体与所述真空门通过双铰链结构连接。

5.根据权利要求4所述的真空冷冻干燥装置，其特征在于，所述真空箱体上设有一个人孔和不少于一个的真空抽气管道。

6.根据权利要求4所述的真空冷冻干燥装置，其特征在于，所述真空箱体和所述真空门均包括内板和加强矩形管，所述加强矩形管固定在所述内板上，所述真空箱体和所述真空门的外侧均覆盖有保温层。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的真空冷冻干燥装置进行真空冷冻干燥物料的方法，其特征在于，包括：

将待干燥物料放于所述单层面板上；

通过所述冷媒进汇总管向所述单层冷媒盘管内注入冷媒，所述冷媒经所述单层冷媒盘管进入冷媒出汇总管，待干燥物料的温度达到预设冻结温度后，反向泵出所述单层冷媒盘管内的冷媒；

对所述真空箱进行抽真空，使得所述真空箱内的真空度达到预设值；

通过热媒进汇总管向所述单层热媒盘管内注入热媒，所述热媒经所述单层热媒盘管进入热媒出汇总管，控制所述热媒的流量，使得待干燥物料的温度按预设温度时间变化曲线进行变化；

待干燥物料干燥完毕后，反向泵出所述单层热媒盘管内的热媒；

通过所述冷媒进汇总管向所述单层冷媒盘管内注入冷媒，所述冷媒经所述单层冷媒盘管进入冷媒出汇总管，待干燥物料的温度冷却到预设冷却温度后，反向泵出所述单层冷媒盘管内的冷媒；

使得所述真空箱内的真空度恢复至常压，取出干燥后的物料。

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