一种冻干机的节能系统

技术领域

本发明涉及冻干机的节能系统。

背景技术

冻干机是一种在食品和药品行业实践真空冷冻干燥工艺的专用设备。冻干机主要由冻干箱和冷阱组成。冻干箱体的组成是箱体容器和隔板。其中隔板起到换热作用。食品和药品被放置于冻干箱体的隔板上。先被冷冻成固态，随后在接近真空的环境压力下，被加热，食品和药品中的水分受热由固态升华为气态，随着压力梯度流向冷阱。最终在冷阱的盘管表面再次凝华由气态变为固态。

在冻干、水分升华干燥阶段，前箱的隔板通常通过被电加热加热的热媒(硅油)通过热传导以及热辐射的方式为食品和药品中水分的升华提供相变所必需的能量。而用于吸收水分凝华所释放的热量的盘管则由压缩机等制冷设备通过冷媒带走。以压缩机为例，其在制冷工作中不间断的产生大量需要被排出的热。在市场上最常见的冻干机中，制冷与制热往往相互独立。在消耗着大量公用工程冷却水为压缩机冷凝器散热的同时，也消耗着大量的电力，通过电加热低效的通过硅油为产品供热。冻干本身就是一项高能耗的加工工艺，加之对能源的不充分利用和消耗，造成了冻干工艺的高成本。

现已有了一些对冻干过程中废热的利用。然而，现有的冻干机热量回收系统通常依赖于多重换热，或是储热罐，又或是两者的结合。现有的热回收系统存在着储热罐占地面积大，价格昂贵，管路设计安装复杂，同时多次换储热罐在使用中存在着不可避免地热量的流失，在多重换热的过程中存在着严重的换热效率的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冻干机的节能系统，以较低代价实现有效热回收。

实现上述目的的技术方案是：

一种冻干机的节能系统，包括用于制冷的制冷系统和用于热媒循环的热媒循环系统，还包括用于热回收的热回收系统，

所述热回收系统包括第一板换、外力控温阀和用于测量所述外力控温阀出口处热媒温度的第一温度探头；

所述外力控温阀和第一温度探头均设置在所述热媒循环系统的管路上；

所述第一板换的第一内部管道连通制冷系统，第二内部管道通过所述外力控温阀连通热媒循环系统；

所述外力控温阀控制所述热媒循环系统直接导通，或者控制所述热媒循环系统通过所述第一板换导通。

优选的，所述热媒循环系统包括：循环泵、电加热，

所述循环泵的进口端连通冻干箱容器内部的隔板的出口端，

所述外力控温阀的一进口端直接连接所述循环泵的出口端，另一进口端通过所述第一板换的第二内部管道连接所述循环泵的出口端；

所述外力控温阀的出口端、所述第一温度探头、所述电加热和所述隔板的进口端依次串接。

优选的，所述制冷系统包括：第二板换和第二温度探头；

所述第二板换的第一内部管路连接在所述电加热和所述隔板之间；

所述第二板换和所述隔板之间的管路设置有所述第二温度探头。

优选的，所述制冷系统还包括：压缩机、水冷凝器、第一膨胀阀、第二膨胀阀、冷阱容器和盘管，

所述冷阱容器内部安装有盘管，所述冷阱容器连通冻干箱容器；

所述盘管、压缩机、第一板换的第一内部管道、水冷凝器和第二膨胀阀依次串联并构成回路；

所述第二板换的第二内部管路的一端通过所述第一膨胀阀连通所述水冷凝器和第二膨胀阀的相接端，另一端连接所述盘管和所述压缩机的相接端。

本发明的有益效果是：本发明通过利用压缩机制冷过程中需要被排除的废热，为升华过程中需要用于加热的热媒提供能量，使得负责加热热媒的电加热负荷大幅减小，同时，由于一部分制冷剂的热被热媒带走，冻干过程中对冷凝器公用工程的要求也随之降低。降低了冻干过程中的能耗，降低了冻干工艺的成本。

并且，在热媒加热过程中，热回收的板换在最上游，结合下游的电加热和制冷板换，以及反馈用温度探头，对进入隔板的热媒温度进行精确控制。

本发明仅依靠一个外力控温阀、一个温度探头以及一个板交，以及相配套的管路就可完成控温。减少了其他对储热罐的依赖，降低设备尺寸和重量，以及占地面积，减少系统复杂程度以及降低了实现成本。由于省去了储热罐的使用，节能系统的热损失更少。

本发明仅存在一次热交换(发生在热媒与制冷剂的热交换中)，除去了在多次热交换过程中产生的效率损失。

附图说明

图1是本发明的冻干机的节能系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，本发明的冻干机的节能系统，包括用于制冷的制冷系统、用于热媒循环的热媒循环系统、用于热回收的热回收系统。

热回收系统包括第一板换9、外力控温阀8和用于测量外力控温阀8出口处热媒温度的第一温度探头7；

外力控温阀8和第一温度探头7均设置在热媒循环系统的管路上；第一板换9的第一内部管道连通制冷系统，第二内部管道通过外力控温阀8连通热媒循环系统；外力控温阀8控制热媒循环系统直接导通，或者控制热媒循环系统通过第一板换9导通。

热媒循环系统包括：循环泵6、电加热10，循环泵6的进口端连通冻干箱容器3内部的隔板4的出口端，外力控温阀8的一进口端直接连接循环泵6的出口端，另一进口端通过第一板换9的第二内部管道连接循环泵6的出口端；外力控温阀8的出口端、第一温度探头7、电加热10和隔板4的进口端依次串接。

制冷系统包括：压缩机11、水冷凝器12、第一膨胀阀13、第二膨胀阀15、冷阱容器1、盘管2、第二板换14和第二温度探头5；第二板换14的第一内部管路连接在电加热10和隔板4之间；第二板换14和隔板4之间的管路设置有第二温度探头5。

冷阱容器1内部安装有盘管2，冷阱容器1连通冻干箱容器3；盘管2、压缩机11、第一板换9的第一内部管道、水冷凝器12和第二膨胀阀15依次串联并构成回路；第二板换14的第二内部管路的一端通过第一膨胀阀13连通水冷凝器12和第二膨胀阀15的相接端，另一端连接盘管2和压缩机11的相接端。

本发明工作原理：

在隔板制冷时(冻干的预冻过程)：制冷目标为冻干箱容器1内的隔板4，制冷系统的压缩机11工作，制冷剂流经第一板换9。此时热回收系统不工作，热媒通过循环泵6后完全通过外力控温阀8直至电加热10，第一板换9无热媒流动，第一温度探头7不参与控温。制冷剂流经第一板换9后通向冷凝器12，在降温相变之后，通向第一膨胀阀13，节流降压之后在第二板换14与热媒进行热交换，通过第二温度探头5的测温反馈调节后，进入隔板4制冷。

在隔板加热时(冻干的干燥过程)：在冻干的干燥过程中，分别有两个控温目标：一个为制冷目标，指冷却冷阱容器1内的盘管2，一个为制热目标，为冻干箱容器1内的隔板4，两个温控目标同时进行。

在实现制冷目标时，压缩机11工作，制冷剂流经第一板换9，初步降温后，制冷剂继续流向冷凝器12继续降温。随后，制冷剂流向第二膨胀阀15。节流降压后的制冷剂，对冷阱容器1中的盘管2进行制冷。最终流回压缩机11。循环重复。

在实现制热目标时,热媒被循环泵6推动，分流流向外力控温阀8和第一板换9。此部分升温后的热媒与直接流向外力温控阀8的热媒，根据热回收系统中第一温度探头7的反馈，通过温控逻辑，调节外力控温阀8的开度和混合比例达到初步加热控温目标后，流向电加热10以及随后的第二板换14。进一步根据第二温度探头5的温度反馈进行细致化温控调节后，流入冻干箱容器3的隔板4，达到加热隔板4和其承载的药品和食品的作用。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。