一种用于冷冻式干燥机的冷媒节能制冷系统

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种用于冷冻式干燥机的冷媒节能制冷系统。

背景技术

冷冻干燥技术作为一种高新技术，其应用领域广泛，在生物工程、医药工业、食品工业、材料科学和农副产品深加工等领域都有着广泛的应用。

目前，常用的冷冻式干燥机由预冷器和蒸汽压缩式制冷系统组成，依靠预冷器和蒸汽压缩式制冷系统对压缩空气降温，压缩空气内的水蒸汽液化成冷凝水，经过气液分离器脱除水得到干燥空气。蒸汽压缩式制冷系统主要由压缩机，冷凝器，蒸发器以及节流装置组成，其中，压缩机是消耗能量的装置，冷凝器向环境排热，冷冻式干燥机环境温度是35℃，冷凝温度大概是47℃；其工作原理是：低压冷媒经过压缩机，被压缩成为高温高压的气体，高温高压的气体经过冷凝器，被冷凝变成高压低温液体，高压低温液体经过节流装置，被节流后变成低压低温的两相，低压低温的两相冷媒进入蒸发器，在蒸发器中吸收热量变成低压气体，最后进入压缩机开始下个循环。

通常为了实现制冷量的增大效果，在冷凝器后设置过冷器，而且在相同制冷量下，制冷系统中加入过冷器，可以实现制冷系统的能量损耗较低，而且冷却效率更高，但实际情况是很难寻找到合适的冷媒用于冷却过冷器的冷源，因此，本领域技术人员亟需提供一种结构合理的热交换系统，以提高制冷系统的制冷量和系统的性能系数，降低能量损耗和成本。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种用于冷冻式干燥机的冷媒节能制冷系统，以解决制冷系统的制冷量少，制冷系统的性能系数低，工作能量损耗巨大和成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种用于冷冻式干燥机的冷媒节能制冷系统，包括：压缩机、冷凝器、过冷器、节流装置、蒸发器、预冷器和气水分离器；

所述压缩机用于存储低温低压气态冷媒，并将所述低温低压气态冷媒压缩成高温高压气态冷媒；

所述冷凝器用于将所述高温高压气态冷媒冷凝成高压液态制冷剂；

所述过冷器用于将所述高压液态制冷剂进一步冷却，并第二次回收压缩空气所携带的冷量；

所述节流装置用于将所述高压液态制冷剂降压节流成低压低温的两相冷媒；

所述预冷器用于对压缩空气进行第一次降温处理，并第一次回收压缩空气所携带的冷量；

所述蒸发器用于将所述低压低温的两相冷媒与压缩空气进行热交换，向压缩机输出低温低压的气态冷媒；同时将压缩空气进行第二次降温处理；

所述气水分离器用于进行气液分离，对所述压缩空气进行第三次降温处理，并向所述预冷器输送所述压缩空气。

其中，所述低温低压气态冷媒依次经过所述压缩机压缩、所述冷凝器冷凝、所述过冷器进一步冷却、所述节流装置降压节流，最终通过所述流通管道回到所述压缩机，进入下一个循环。

所述压缩空气依次经过所述预冷器进行第一次降温，所述压缩空气释放能量；所述蒸发器进行第二次降温，大幅度降温，所述压缩空气释放能量；所述气水分离器进行第三次降温，所述压缩空气释放能量；又经过所述预冷器进行第一次升温，所述压缩空气吸收热量，部分冷量被回收；压缩空气最后进入所述过冷器进行第二次升温，所述压缩空气吸收热量，冷量被第二次回收。

所述低温低压气态冷媒经过一系列降温处理，于蒸发器中与所述压缩空气完成热交换，回到所述压缩机，继续下一个循环，而所述压缩空气最终通过所述过冷器排出。

进一步地，所述压缩机、所述冷凝器、所述过冷器、所述节流装置和所述蒸发器通过流通管道依次连通并形成一个闭合回路。

进一步地，所述过冷器、所述预冷器、所述蒸发器和所述气水分离器为一体成型结构，所述预冷器与所述蒸发器之间设置有第一通道，所述蒸发器与所述气水分离器之间设置有第二通道。

进一步地，所述预冷器端面设置有空气进口；所述预冷器内部竖直方向设置有多个第一折流板；所述预冷器设置有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板开设有多个第一通孔，所述第二侧板开设有多个第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔一一对应；所述预冷器内部水平方向设置有多个气体冷却管；所述气体冷却管穿过所述第一折流板固定于所述第一通孔和所述第二通孔上。

进一步地，所述蒸发器内部竖直方向设置有多个第二折流板；所述蒸发器内部设置有第一盘管；所述第一盘管固定安装在所述第二折流板上；所述蒸发器设置有第一进口端和第一出口端，所述第一进口端和所述第一出口端设置于所述蒸发器的同一侧。

进一步地，所述气水分离器设置有自动排水阀，所述气水分离器与所述预冷器通过所述第一侧板上的第一通孔相连通。

进一步地，所述过冷器端面设置有空气出口；所述过冷器内部设置有第二盘管；所述过冷器内部竖直方向设置有多个第三折流板；所述第二盘管固定安装在所述第三折流板上；所述过冷器设置有第二进口端和第二出口端，所述第二进口端和所述第二出口端设置于所述过冷器的同一侧。

进一步地，所述冷凝器固定安装有第三盘管和风机；所述冷凝器设置有第三进口端和第三出口端，所述第三进口端位于所述冷凝器一侧面的上端，所述第三出口端位于所述冷凝器另一侧面的下端，所述第三出口端设置有调节装置。

进一步地，所述压缩机设置有第四进口端和第四出口端，所述第四进口端和所述第四进口端设置于所述压缩机的同一侧；所述第四进口端和所述第四进口端分别设置有仪表显示器。

进一步地，所述压缩机、所述冷凝器与所述蒸发器之间设置有热气旁通阀，所述热气旁通阀一端接通第三进口端和第四出口端，所述热气旁通阀的另外一端接通所述第一出口端。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种用于冷冻式干燥机的冷媒节能制冷系统，包括：压缩机、冷凝器、过冷器、节流装置、蒸发器、预冷器和气水分离器；压缩机存储低温低压气态冷媒，低温低压气态冷媒经过压缩机、冷凝器、过冷器和节流装置对其温度和压强的一系列处理，与预冷机中进来的压缩空气在蒸发器中完成热交换，最终回到压缩机，继续下一个循环。而压缩空气在进入预冷器的气体冷却管时，预冷器实现对冷量的第一次回收，预冷器用回收的这部分冷量来冷却进入预冷器腔体内的携带大量水蒸气的较高温度的压缩空气，从而减少了制冷系统的热负荷，达到节约能源效果，压缩空气进入过冷器腔内，过冷器实现对冷量的第二次回收，过冷器用回收的这一部分冷量来冷却冷媒，达到节约能源的效果，同时，因为压缩空气吸收热量，温度上升，使过冷器内部不致因温度过低而出现挂露现象；压缩空气最终通过过冷器的空气出口排出。因为压缩空气的温度与冷媒的冷凝温度温差大，压缩空气流量大，压缩空气携带的冷量多，所以可以回收的冷量多，可增加制冷系统的制冷量。在处理相同流量的压缩空气时，可以选择较小型号的压缩机，从而降低成本和减少运行时能量的损耗，而且在制冷系统制冷量增加的时候，压缩机的耗功保持不变，减少了能量的损耗，提高了制冷系统的整体工作效率。

附图说明

图1为冷媒节能制冷系统结构示意图。

其中： 1-压缩机；101-第四出口端；102-第四进口端；2-冷凝器；201-第三盘管；202-风机；203-第三进口端；204-第三出口端；3-过冷器；301-空气出口；302-第二盘管；303-第三折流板；304-第二进口端；305-第二出口端；4-节流装置；5-预冷器；501-空气进口；502-第一折流板；503-第一侧板；504-第二侧板；505-气体冷却管；6-蒸发器；601-第二折叠板；602-第一盘管；603-第一进口端；604-第一出口端；7-气水分离器；8-自动排水阀；9-调节装置；10-热气旁通阀；11-流通管道；12-仪表显示器。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种用于冷冻式干燥机的冷媒节能制冷系统，包括：压缩机1、冷凝器2、过冷器3、节流装置4、蒸发器5、预冷器6和气水分离器7；

压缩机1用于存储低温低压气态冷媒，并将低温低压气态冷媒压缩成高温高压气态冷媒；

冷凝器2用于将高温高压气态冷媒冷凝成高压液态制冷剂；

过冷器3用于将高压液态制冷剂进一步冷却，并第二次回收压缩空气所携带的冷量；

节流装置4用于将高压液态制冷剂降压节流成低压低温的两相冷媒；

预冷器5用于对压缩空气进行第一次降温处理，并第一次回收压缩空气所携带的冷量；

蒸发器6用于将低压低温的两相冷媒与压缩空气进行热交换，向压缩机输出低温低压的气态冷媒；同时将压缩空气进行第二次降温处理；

气水分离器7用于进行气液分离，对压缩空气进行第三次降温处理，并向预冷器输送压缩空气。

其中，低温低压气态冷媒通过流通管道11依次经过压缩机1压缩、冷凝器2冷却、过冷器3进一步冷却、节流装置4降压节流，最终回到压缩机1，继续下一个循环。

压缩空气依次经过预冷器5的内腔、蒸发器6的内腔、气水分离器7、预冷器5的气体冷却管505和过冷器3的内腔；其中，蒸发器管内冷媒保持在大约0℃的蒸发温度，压缩空气被降温至2～10℃的饱和状态。预冷器还用于回收压缩空气所携带的冷量，节省制冷系统冷量。压缩空气通过过冷器排出，排气温度大概是25℃。

压缩空气经过预冷器5进行第一次降温，压缩空气释放能量；蒸发器6进行第二次降温，压缩空气释放能量；气水分离器7进行第三次降温，压缩空气释放能量，凝结出水滴，实现气液分离；又经过预冷器5的气体冷却管505进行第一次升温，压缩空气吸收热量，压缩空气携带的部分冷量被回收；最后进入过冷器3的内腔进行第二次升温，压缩空气吸收热量，压缩空气携带的冷量被第二次回收。

低温低压气态冷媒经过一系列降温处理，于蒸发器6中与压缩空气完成热交换，回到压缩机1，进入下一个循环，而压缩空气进入气水分离器7，最终通过过冷器3排出。

优选地，压缩机1、冷凝器2、过冷器3、节流装置4和蒸发器6通过流通管道11依次连通并形成一个闭合回路。

其中，低温低压气态冷媒存储于压缩机1中，在制冷系统开始运行后，经过压缩机1压缩变成高温高压气态冷媒，然后进入该闭合回路，依次经过冷凝器2、过冷器3、节流装置4和蒸发器6对冷媒温度和压强的处理，于蒸发器6中完成热能量的交换，然后回到压缩机1，继续下一个循环，不断地循环往复工作。

优选地，过冷器3、预冷器5、蒸发器6和气水分离器7为一体成型结构，预冷器5与蒸发器6之间设置有第一通道，蒸发器6与气水分离器7之间设置有第二通道，

其中，一体成型结构有利于形成密闭环境，能够有效导通压缩空气进入各个装置，保证压缩空气的不外泄，使压缩空气与各个装置之间能够充分地完成能量之间的交互，第一通道和第二通道的设置，保证了预冷器5、蒸发器6和气水分离器7之间的连通，压缩空气通过第一通道和第二通道，在这三个装置之间流通，压缩空气在预冷器5、蒸发器6和气水分离器7中有序流通，于蒸发器6中完成热能量的交换，压缩空气经过预冷器5的气体冷却管505时实现对冷量的第一次回收，预冷器用回收的这部分冷量来冷却进入预冷器腔体内的携带大量水蒸气的较高温度的压缩空气，从而减少了制冷系统的热负荷，达到节约能源效果。

优选地，预冷器5端面设置有空气进口501；预冷器内部竖直方向设置有多个第一折流板502；预冷器5设置有第一侧板503和第二侧板504，第一侧板503开设有多个第一通孔，第二侧板504开设有多个第二通孔，第一通孔与第二通孔一一对应；预冷器5内部水平方向设置有多个气体冷却管505；气体冷却管505穿过第一折流板502固定于第一通孔和第二通孔上。

其中，预冷器5设置有空气进口501，能够有效向制冷系统导入压缩空气，第一折流板502的设计有利于对压缩空气进行导流，使压缩空气与预冷器5能够充分完成热能量的交换，同时预冷器5对压缩空气进行降温处理，压缩空气析出部分冷凝水，第一侧板503和第二侧板504上分别开设有第一通孔和第二通孔，使预冷器1的气体冷却管505与过冷器3的内腔、气水分离器7的内腔相连通，通过第一通孔，保证压缩空气经过气水分离器7处理后，能够顺利进入预冷器1的气体冷却管505，通过第二通孔，压缩空气能够顺利进入过冷器3的腔体内。

优选地，蒸发器6内部竖直方向设置有多个第二折流板601；蒸发器6内部设置有第一盘管602；第一盘管602固定安装在第二折流板601上；蒸发器设置有第一进口端603和第一出口端604，第一进口端603和第一出口端604设置于蒸发器6的同一侧。

其中，第二折流板601能够起到导流和固定作用，用于对压缩空气进行导流，保证压缩空气顺利进入气水分离器7，同时能够固定安装第一盘管602，增强蒸发器6的结构稳定性；第一进口端603和第一出口端604设置于所述蒸发器1的同一侧，这种结构设计，有利于节省整个制冷装置的占用空间，同时方便流通管道11的安装。

优选地，气水分离器7设置有自动排水阀8，气水分离器7与预冷器5通过第一侧板503上的第一通孔相连通。这种结构设计，能够实现对压缩空气的进一步冷却和气液分离，同时能够快速排出冷凝水，保证压缩空气顺利导入预冷器5的气体冷却管505中。

优选地，过冷器3端面设置有空气出口301；过冷器3内部设置有第二盘管302；过冷器3内部竖直方向设置有多个第三折流板303；第二盘管302固定安装在第三折流板303上；过冷器3设置有第二进口端304和第二出口端305，第二进口端304和第二出口端305设置于过冷器3的同一侧。

其中，第二盘管302的设计方便冷媒的流通和对冷媒实现充分冷却；第三折流板303对压缩空气进行导流，保证压缩空气与过冷器3充分完成热能量的交换，实现对冷量的第二次回收，同时过冷器用回收的这一部分冷量来冷却冷媒，达到节约能源的效果，也因为压缩空气吸收热量，温度上升，使过冷器内部不致因温度过低而出现挂露现象。并有序地导出压缩空气，使压缩空气顺利排出，同时，第三直流板303也起到了固定第二盘管302的作用，增强过冷器3结构的稳定性。

优选地，冷凝器2固定安装有第三盘管201和风机202；冷凝器2设置有第三进口端203和第三出口端204，第三进口端203位于冷凝器2一侧面的上端，第三出口端204位于冷凝器2另一侧面的下端，第三出口端204设置有调节装置9。

其中，第三盘管201的设计方便冷媒的流通，延长冷媒在冷凝器2中的流通时间，使冷媒能够被充分冷却；第三出口端204设置有调节装置9，方便实现对冷媒冷量的调节，同时第三进口端203和第三出口端204的设计，方便安装流通管道，风机202的设计有利于增加冷凝效果，疏通热气，延长冷凝器2的使用寿命，降低能量的损耗。

优选地，压缩机1设置有第四进口端101和第四出口端102，第四进口端101和第四进口端102设置于压缩机1的同一侧；第四进口端101和第四进口端102分别设置有仪表显示器12。

其中，第四进口端口101和第四出口端102的设计，有利于方便流通管道11的连接，通过仪表显示器12，可以方便调节压缩机1对冷媒的压缩量，防止压缩机1超负荷作业，避免压缩机1安全故障，延长压缩机1的使用寿命。

优选地，压缩机1、冷凝器2与蒸发器6之间设置有热气旁通阀10，热气旁通阀10一端接通第三进口端203和第四出口端101，热气旁通阀10的另外一端接通第一出口端604。

其中，热气旁通阀能够有效将所需要的排出气体自动旁通到低压一侧，以维持低的蒸发压力，避免压缩机超负荷作业，减少压缩机故障发生的情况，延长压缩机的使用寿命，降低制冷设备的使用成本。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。