[發(fā)明專利]一種利用余溫回收融霜水的新式凍干機(jī)及其運(yùn)行方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010422450.5
• 申請(qǐng)日: 2020-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN111536762B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙海波;吳坤;肖永清;梁瑞鵬;張?jiān)普?/a>;戴家傲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煙臺(tái)大學(xué)
• 主分類號(hào): F26B5/06
• 分類號(hào): F26B5/06;F25D21/08;F25B41/31;F25B1/00;F25B41/20;F25D21/14;F25D21/12;F25B39/02;F25B39/04;F28D7/08
• 代理公司: 煙臺(tái)雙聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙) 37225
• 代理人: 王娟

1.一種利用余溫回收融霜水的新式凍干機(jī)，其特征在于其包括制冷系統(tǒng)、冷熱量收集系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、融霜系統(tǒng)四部分，其中制冷系統(tǒng)包括制冷壓縮機(jī)、主冷凝器、副冷凝器、一路節(jié)流閥、二路節(jié)流閥、蒸發(fā)器、冷阱、制冷盤管、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥；冷熱量收集系統(tǒng)包括由主冷凝器、熱油箱、熱箱泵組成的熱量收集系統(tǒng)和蒸發(fā)器、冷箱泵、冷油箱組成的冷量收集系統(tǒng)；抽真空系統(tǒng)包括干燥箱、冷阱、箱阱閥、真空泵；融霜系統(tǒng)包括電加熱器、油泵、集水槽、第一三通閥、第二三通閥、第三三通閥、第四三通閥、融霜盤管、取水閥；

所述制冷盤管和融霜盤管置于冷阱內(nèi)；

所述制冷壓縮機(jī)出口與第一電磁閥的進(jìn)口相連接，第一電磁閥的出口與主冷凝器的一路進(jìn)口連接，主冷凝器的一路出口與第三電磁閥的進(jìn)口連接，第三電磁閥的出口與一路節(jié)流閥的進(jìn)口連接，一路節(jié)流閥的出口與蒸發(fā)器的一路進(jìn)口連接，蒸發(fā)器的一路出口與制冷壓縮機(jī)的進(jìn)口連接；第二電磁閥的進(jìn)口與第一電磁閥的進(jìn)口連接，第二電磁閥的出口與副冷凝器的進(jìn)口連接，副冷凝器的出口與主冷凝器的一路出口連接；第四電磁閥的進(jìn)口與第三電磁閥的進(jìn)口連接，第四電磁閥的出口與二路節(jié)流閥的進(jìn)口連接，二路節(jié)流閥的出口與冷阱的制冷盤管的進(jìn)口連接，冷阱的制冷盤管的出口與蒸發(fā)器的一路出口連接；

所述熱油箱的一路出口與主冷凝器的二路進(jìn)口連接，主冷凝器的二路出口與熱箱泵的進(jìn)口連接，熱箱泵的出口與熱油箱的一路進(jìn)口連接；

所述冷油箱的一路出口與蒸發(fā)器的二路進(jìn)口連接，蒸發(fā)器的二路出口與冷箱泵的進(jìn)口連接，冷箱泵的出口與冷油箱的一路進(jìn)口連接；

所述第一三通閥的右閥口連接熱油箱的二路進(jìn)口，第一三通閥的左閥口連接冷油箱的二路進(jìn)口，第一三通閥的下閥口連接第二三通閥的上閥口，第二三通閥的左閥口連接干燥箱的右側(cè)出口，第二三通閥的下閥口連接冷阱的融霜盤管出口，第三三通閥的左閥口連接冷油箱的二路出口，第三三通閥的右閥口連接加熱器的出口，加熱器的進(jìn)口連接熱油箱的二路出口，第三三通閥的下閥口連接油泵的進(jìn)口，油泵的出口連接第四三通閥的上閥口，第四三通閥的右閥口連接干燥箱的左側(cè)進(jìn)口，第四三通閥的下閥口連接冷阱的融霜盤管的進(jìn)口；

所述冷阱的上側(cè)進(jìn)口連接箱阱閥的出口，箱阱閥的進(jìn)口連接干燥箱的下側(cè)出口；冷阱的右側(cè)出口連接真空泵的進(jìn)口，真空泵的出口與外界相通；冷阱的下側(cè)出口通過取水閥與集水槽的進(jìn)口相通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用余溫回收融霜水的新式凍干機(jī)，其特征在于所述的制冷盤管和融霜盤管分別置于冷阱內(nèi)兩側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用余溫回收融霜水的新式凍干機(jī)，其特征在于所述的主冷凝器采用板式換熱器或管殼式換熱器或套管式換熱器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用余溫回收融霜水的新式凍干機(jī)，其特征在于所述的蒸發(fā)器采用板式換熱器或管殼式換熱器或套管式換熱器。

5.權(quán)利要求1所述的一種利用余溫回收融霜水的新式凍干機(jī)的運(yùn)行方法，其特征在于其包括預(yù)凍、升華干燥、解析干燥、融霜四個(gè)階段；

1)預(yù)凍階段：使物料內(nèi)的水分凍結(jié)成固態(tài)；第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、熱箱泵、冷箱泵、油泵開啟，而第四電磁閥、箱阱閥、加熱器、真空泵、取水閥關(guān)閉；三通閥中，第一三通閥左下閥口通，右側(cè)閥口關(guān)閉，第二三通閥左上閥口通，下部閥口關(guān)閉，第三三通閥左下閥口通，右側(cè)閥口關(guān)閉，第四三通閥右上閥口通，下部閥口關(guān)閉；

預(yù)凍階段的流體回路：

預(yù)凍階段的制冷劑回路：制冷壓縮機(jī)輸出的高溫高壓制冷劑蒸氣分兩路，分別通過第一電磁閥和第二電磁閥后進(jìn)入主冷凝器和副冷凝器，冷凝放熱成為高壓高溫的制冷劑液體，兩路的制冷劑液體合流后通過第三電磁閥進(jìn)入一路節(jié)流閥，在一路節(jié)流閥的作用下，制冷劑液體經(jīng)過節(jié)流作用降溫降壓變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，隨后，制冷劑液體進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，吸熱后成為低溫低壓制冷劑氣體，流回制冷壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓制冷劑蒸汽，重復(fù)上述循環(huán)；

預(yù)凍階段的載冷劑回路：在制冷劑的蒸發(fā)吸熱作用下，載冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)降溫，并在冷箱泵驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入冷油箱吸熱，熱量增加后，載冷劑在冷箱泵的作用下又回到蒸發(fā)器進(jìn)行放熱，實(shí)現(xiàn)冷量的搬移；在主冷凝器里面吸熱的載冷劑，在熱箱泵的作用下，進(jìn)入熱油箱進(jìn)行放熱，放熱后的載冷劑在回到主冷凝器內(nèi)吸熱，實(shí)現(xiàn)熱量的搬移，熱油箱內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)凍階段溫度設(shè)定值后，第一電磁閥關(guān)閉，所述預(yù)凍階段溫度設(shè)定值為-30℃～-40℃；

預(yù)凍階段的油路回路：冷油箱內(nèi)的油，經(jīng)過載冷劑的吸熱后溫度降低，在油泵驅(qū)動(dòng)下，冷油經(jīng)過第三三通閥左下閥口、油泵和第四三通閥上右閥口，進(jìn)入干燥箱與箱內(nèi)環(huán)境換熱，使干燥箱內(nèi)溫度降低，實(shí)現(xiàn)物料的預(yù)凍；溫度升高的油，經(jīng)過第二電磁閥的右上閥口與第一電磁閥的下左閥口回到冷油箱，熱量由載冷劑循環(huán)帶走，完成油路循環(huán)；

2)升華干燥階段：需要抽真空，且在低溫環(huán)境下適當(dāng)升溫，溫度升高至升華干燥階段設(shè)定溫度后，通過切換冷油和熱油混合量送入干燥箱保持其溫度為升華干燥階段設(shè)定溫度，升華干燥階段分升溫加熱和保持溫度恒定兩個(gè)階段；該升華干燥階段設(shè)定溫度比物料共晶點(diǎn)低5℃～10℃；

在升華干燥階段的升溫加熱階段，第一電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、箱阱閥、熱箱泵、冷箱泵、油泵、真空泵、制冷壓縮機(jī)開啟；第二電磁閥、取水閥關(guān)閉；三通閥中，第二三通閥左上閥口通，下部閥口關(guān)閉，第四三通閥右上閥口通，下部閥口關(guān)閉，第一三通閥右下閥口接通，第三三通閥右下閥口接通；如果第三三通閥右下接通時(shí)間超過10min后，干燥箱的溫度仍未達(dá)到升華干燥階段設(shè)定溫度，打開加熱器；在加熱升溫過程中，熱油箱的溫度持續(xù)升高，此時(shí)第二電磁閥開啟，制冷劑通過副冷凝器向外散熱；

運(yùn)行時(shí)，真空泵首先工作，將冷阱抽到20～200Pa的真空度；

升華干燥階段的升溫加熱階段的制冷劑回路：制冷壓縮機(jī)輸出的高溫高壓制冷劑蒸氣通過第一電磁閥進(jìn)入主冷凝器，在主冷凝器冷凝放熱，成為高壓高溫的制冷劑液體，接著分成兩路，分別通過第三電磁閥和第四電磁閥進(jìn)入一路節(jié)流閥和二路節(jié)流閥，在一路節(jié)流閥的作用下，制冷劑液體經(jīng)過節(jié)流作用降溫降壓變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)作用，蒸發(fā)過程吸收熱量后成為低溫低壓的制冷劑氣體；在二路節(jié)流閥的作用下，制冷劑液體經(jīng)過節(jié)流作用降溫降壓變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，進(jìn)入冷阱的制冷盤管內(nèi)換熱變成低溫低壓制冷劑氣體；兩路制冷劑氣體合流進(jìn)入吸氣管段進(jìn)入制冷壓縮機(jī)，完成制冷劑循環(huán)過程；在加熱升溫過程中，熱油箱的溫度持續(xù)升高，此時(shí)第二電磁閥開啟，制冷壓縮機(jī)輸出的高溫高壓制冷劑蒸氣還要通過第二電磁閥后進(jìn)入副冷凝器，冷凝放熱成為高壓高溫的制冷劑液體后，與主冷凝器出液混合后通過第三電磁閥；

升華干燥階段的升溫加熱階段的載冷劑回路：在制冷劑的蒸發(fā)吸熱作用下，蒸發(fā)器內(nèi)的載冷劑降溫，經(jīng)過冷箱泵的輸送進(jìn)入冷油箱吸熱，熱量增加后的載冷劑在冷箱泵的作用下又回到蒸發(fā)器進(jìn)行放熱，實(shí)現(xiàn)冷量的搬移；在主冷凝器里面吸熱的載冷劑，在熱箱泵的作用下，進(jìn)入熱油箱進(jìn)行放熱，放熱后的載冷劑在回到主冷凝器內(nèi)吸熱，實(shí)現(xiàn)熱量的搬移；

升華干燥階段的升溫加熱階段的油路回路：

熱油箱內(nèi)的熱油在油泵驅(qū)動(dòng)下經(jīng)第三三通閥的右下閥口，進(jìn)入油泵，經(jīng)第四三通閥上右閥口，流入干燥箱提升溫度干燥物料，在經(jīng)過第二三通閥的左上閥口后，從第一三通閥的下右閥口流回?zé)嵊拖洌^續(xù)循環(huán)過程；

在升華干燥階段的保持溫度恒定階段，當(dāng)干燥箱溫度低于升華干燥階段設(shè)定溫度時(shí)，調(diào)節(jié)第三三通閥，減少左側(cè)進(jìn)入的冷油量，增加右側(cè)進(jìn)入的熱油量；當(dāng)干燥箱溫度高于升華干燥階段設(shè)定溫度時(shí)，調(diào)節(jié)第三三通閥，增加左側(cè)進(jìn)入的冷油量，減少右側(cè)進(jìn)入的熱油量；當(dāng)干燥箱溫度為升華干燥階段設(shè)定溫度時(shí)，第三三通閥的開度保持不變；運(yùn)行中，如果干燥箱的溫度低于升華干燥階段設(shè)定溫度，且第三三通閥右下閥全部開啟時(shí)間超過10min，此時(shí)需開啟加熱器，否則關(guān)閉加熱器；

3)解析干燥階段：需要在真空條件下使物料進(jìn)一步升溫，并保持一定的溫度，使物料中的結(jié)合水被析出；解析干燥階段分升溫加熱和保持溫度恒定兩個(gè)階段；在解析干燥階段的升溫加熱階段和保持溫度恒定階段，閥門與泵的開關(guān)狀態(tài)與升華干燥階段的升溫加熱階段和保持溫度恒定階段相同；升華干燥階段設(shè)定溫度與解析干燥階段設(shè)定溫度有區(qū)別，解析干燥階段設(shè)定溫度為30℃～100℃；

在此兩個(gè)階段制冷劑回路、載冷劑回路、油路回路流動(dòng)與升華干燥階段相同；

4)融霜階段：使凝結(jié)于冷阱內(nèi)的霜融化，使用集水槽將其進(jìn)行收集；

第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、箱阱閥關(guān)閉，制冷壓縮機(jī)，熱箱泵、冷箱泵、真空泵停機(jī)，取水閥打開，加熱器、油泵開啟；三通閥中，第一三通閥右下閥口通，左側(cè)閥口關(guān)閉，第二三通閥上下閥口通，左側(cè)閥口關(guān)閉，第三三通閥右下閥口通，左側(cè)閥口關(guān)閉，第四三通閥上下閥口通，右側(cè)閥口關(guān)閉；

取水閥打開后，冷阱內(nèi)壓力恢復(fù)為大氣壓力，熱油箱內(nèi)的油在油泵驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)加熱器輔助加熱，再流經(jīng)第三三通閥的右下閥口，再經(jīng)過油泵，流經(jīng)第四三通閥的上下閥口流到冷阱的融霜盤管內(nèi)，使冷阱內(nèi)的溫度升高，使得制冷盤管表面霜融化，溫度降低的油流經(jīng)第二三通閥的下上閥口與第一三通閥的下右閥口流回?zé)嵊拖洌瓿裳h(huán)過程；融霜產(chǎn)生的水通過冷阱底部的取水閥，流入集水槽收集。