连续加工式冷冻干燥系统和方法与流程

本发明涉及冷冻干燥系统，尤其涉及一种连续加工式冷冻干燥系统和方法。

背景技术：

冷冻干燥设备又称真空冷冻干燥设备，或简称冻干设备，是将食品、药品等物料冻结到其共晶点温度以下，使其中的水分变成固态的冰，然后在真空的环境下，使冰直接升华为水蒸汽，再用捕水器将水蒸汽冷凝而最终使物品干燥。图1a所示是一种现有技术的冷冻干燥设备的真空干燥仓体，图1b所示是装载于该仓体内的料车21及分层设置在该料车21上的料盘22。根据该仓体的加热体积，可以一次性地将相应数量的物料送入仓体进行真空干燥，全部物料通过速冻隧道进行降温，使物料的温度低于其共晶点，然后采用真空干燥工艺，将物料内的水分从固态直接升华成气态迅速蒸发。形成的冻干制品呈海绵状、无干缩、复水性好且含水分极少，保持了制品原有的结构性能和营养成分，在进行相应包装后可在常温下长时间保存和运输。

但是，图1a和图1b所示的冻干设备由于需要用料车21将待冻干的物料送入真空干燥仓，而料车21的净空高度高，操作人员要将料盘22放入料车21的上层位置，故要完成物料的上料和下料的难度则相当大。此外，现有冻干设备的真空干燥仓的深度约为十多米，且内部空间狭长，需要手动将料车21推进到速冻隧道和设备内部，故增强了操作人员的劳动强度。进一步，现有冻干设备不具备连续加工的能力，它需要一次将所有的物料送入真空干燥仓，然后启动加热干燥工序，而由于设备开启时有预热和预冷流程，故造成了整个设备的能源浪费。

图2a和2b所示的第201010193543.1号中国发明专利申请公开了一种加工冻干食品的真空冷冻干燥仓，包括仓体1-1、仓体内顶部固定有物料车导轨1-2，仓体内设两排多层加热板1-4，两排加热板中间预留物料车行走过道。装载有物料盘的物料车可以沿导轨1-2进入仓体内部2-1。

图2c和2d所示的第201510017464.8号中国发明专利申请公开了一种加工食品的一体式辐射真空冻干设备，包括仓体1、仓体内部固定有垂向侧支架12，支架伸出加热搁板13，两侧加热搁板之间形成料车14的容置间隔，料车包括垂向悬架42，垂向悬架上延伸出水平料盘43，当料车被推入仓体内部时，料车悬架上的水平料盘正好位于相邻两水平加热搁板之间。

然而，第201010193543.1号和第201510017464.8号中国发明专利申请也都要用料车将物料送入真空干燥仓，物料的上料和下料同样相当困难。此外，仓体内部空间狭长，同样需要将料车推进到设备内部。而且，两者同样不具备连续加工的能力，需要一次将所有的物料送入真空干燥仓，然后启动加热干燥工序。尤其是，装满了料盘的料车在每次进出真空干燥仓时都必须要打开仓门，并需要操作人员集中将多辆料车送入或送出仓体，故存在人员过度集中，而操作空间有限容易造成相互干扰，并导致环境湿度浮动较大等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种连续加工式冷冻干燥系统和方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种连续加工式冷冻干燥系统,包括：

入料装置，所述入料装置包括用以将承载物料的料盘连续地送入冷冻干燥仓的过渡仓；

送料装置，所述送料装置包括用以连续地将来自所述过渡仓的料盘连续并循环地送至所述冷冻干燥仓的干燥加热装置的升降装置，

其中，所述过渡仓包括可连续地接收所述料盘的前过渡仓，以及用以将来自所述前过渡仓的料盘转送到所述送料装置的后过渡仓。

所述后过渡仓位于所述冷冻干燥仓的仓内。

所述的系统还包括设置在所述过渡仓内的真空隔断装置。

所述真空隔断装置包括设置在前过渡仓的破空电磁阀、设置在后过渡仓的抽真空电磁阀，以及与所述破空电磁阀和抽真空电磁阀配合动作的气动装置。

所述真空隔断装置还包括用以使所述料盘通过或不通过的隔断挡板，所述气动装置通过关节轴承与隔断挡板连接。

所述升降装置包括升降台，所述升降台上设置有入料机械手，所述入料机械手用以将位于所述升降台台面的料盘连续并循环地送至所述干燥加热装置的加热板上。

所述加热板的边缘上设置有料盘传送定位机构和滚动轴承。所述料盘的边缘上设计有直角边或向上倾斜的斜边，所述直角边或斜边可以通过所述料盘传送定位机构可活动地设置在所述滚动轴承上。

所述冷冻干燥仓的干燥加热装置分设在仓体内部两侧，所述两侧的干燥加热装置相互之间设置有中间通道。

所述真空隔断装置包括滚轴密封件，所述滚轴密封件包括采用分体式结构的旋转密封法兰，所述旋转密封法兰的内侧设置有旋转密封件安装槽。

所述升降装置采用分体式结构的底座和/或上座，所述底座和/或上座包括上部和下部，所述上部和下部通过包括螺栓在内的连接件形成可拆卸的连接。

所述系统采用双侧交替式冷阱的冷冻干燥设备。

根据本发明的另一方面，提供一种连续加工式冷冻干燥方法，包括如下步骤：

a.将载带有被加工物料的料盘连续地送入冷冻干燥仓的过渡仓，所述过渡仓包括前过渡仓和后过渡仓；

b.将来自所述过渡仓的料盘连续并循环地送至所述冷冻干燥仓的干燥加热装置。

所述步骤a进一步包括：

a1.通过真空隔断装置将所述前过渡仓和后过渡仓隔断；

a2.使所述料盘进入前过渡仓；

a3.将前过渡仓的仓门关闭；

a4.打开抽真空电磁阀，通过冷冻干燥仓的真空泵将前过渡仓内的空气抽走；

a5.通过真空隔断装置将所述前过渡仓和后过渡仓开通；

a6.将料盘从前过渡仓传递到后过渡仓。

所述步骤b进一步包括：

b1.将来自所述过渡仓的料盘连续地送入所述冷冻干燥仓仓内的升降装置；

b2.通过所述升降装置上的入料机械手连续并循环地将所述料盘分送至所述干燥加热装置的多层加热板上。

根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统，所述系统配置有处理器，用以执行如上所述的方法。

根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统和方法，由于冷冻干燥仓配备了入料装置和出料装置，并在仓内配备了带升降装置的送料装置，故被加工物料的出入料可以实现自动化，提高了生产的稳定性，减轻了劳动强度。而且，由于入料和送料装置采用连续并循环的操作工艺流程，故物料在进仓和出仓时无需打开仓门，实现了冷冻干燥产品的不间断生产，提高了冻干设备的生产效率，并减少了物料的轮转次数，降低了物料与外界接触的时间，提高了冻干产品的品质。

附图说明

通过结合附图，对本发明的实施例进行描述以更好地理解本发明，在附图中：

图1a是表示一种现有技术的冷冻干燥设备的真空干燥仓仓体示意图。

图1b是表示图1a所示装载于该仓体内的料车及分层设置在该料车上的料盘的示意图。

图2a和2b是表示一种现有技术的加工冻干食品的真空冷冻干燥仓的示意图。

图2c和2d是表示一种现有技术的加工食品的一体式辐射真空冻干设备的示意图。

图3是表示根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统的整体示意图。

图4a是图3所示系统的一个物料入料端的示意图。

图4b是图3所示连续加工式冷冻干燥系统另一个实施例的示意图。

图5a是表示图4b所示入料装置的示意图。

图5b是图5a所示入料装置的俯视图。

图5c是图5a所示入料装置的局部放大图。

图5d是图5a所示入料装置的一个过渡仓的示意图。

图6是图5a所示入料装置的一个真空隔断装置的示意图。

图7是图6所示真空隔断装置的一个隔断挡板的示意图。

图8a是表示图6所示入料装置的真空隔断装置的滚轴密封件的示意图。

图8b是表示图8a所示滚轴密封件的内部结构示意图。

图8c是表示图8a所示滚轴密封件的另一个实施例的内部结构示意图。

图9a是表示图4b所示系统的入料端的一个升降装置的示意图。

图9b是表示图9a所示升降装置的一个立体示意图。

图10是表示图9a所示的升降装置将料盘推送至干燥加热装置的示意图。

图11a是表示图10中所示的料盘被推送入干燥加热装置的加热板上的示意图。

图11b是表示图10中所示干燥加热装置的加热板的另一个实施例的示意图。

图12a是表示图10所示料盘的一个立体示意图。

图12b是表示图10所示料盘的另一个实施例的示意图。

图13至图15是表示根据本发明的一种连续加工式冷冻干燥方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的具体实施例及相应的附图对本发明的技术方案进行清楚的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3是表示根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统的整体示意图，图4a是图3所示系统的一个物料入料端的示意图，其中也部分示出了冷冻干燥仓的仓内结构。结合参见图3和图4a，根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统包括入料装置，所述入料装置包括用以将承载物料的料盘连续地送入冷冻干燥仓仓内的前过渡仓，以及用以将来自所述前过渡仓的料盘转送到送料装置的后过渡仓，所述后过渡仓位于所述冷冻干燥仓的仓内；送料装置，所述送料装置包括用以连续地将来自所述后过渡仓的料盘连续并循环地分送至所述冷冻干燥仓的干燥加热装置的升降装置。具体的，冷冻干燥仓的仓体30包括入料端31和出料端32。入料端31和出料端32的两侧分别设置有入料装置311和出料装置321，装载了物料的料盘通过入料装置311被送入仓体30内部。仓体30的内部设置有干燥加热装置34，后者包括有多层层叠的加热板341。较佳的，仓体30的内部例如设置有左右两侧基本对称的干燥加热装置34。

图4b是图3所示连续加工式冷冻干燥系统另一个实施例的示意图。参见图4b，仓体30的内部左右两侧的干燥加热装置34之间例如设置有中间通道340，该中间通道340例如用作检修通道，供检修人员和/或检修设备进入其中，较佳的，该中间通道340的宽度例如设置为380mm左右。本领域的技术人员可以理解，该中间通道的最佳宽度可以因具体情况而设定。根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统例如采用双侧交替式冷阱的冷冻干燥设备，其配合交替式的制冷捕水和融霜排水，可以实现连续不间断的冻干产品的生产。由于采用交替式冷阱的冻干设备可以根据各种物品包括食品的不同工艺指定时间进行交替融霜，即，一侧冷阱进行制冷捕水，另一侧冷阱进行融霜排水，故冻干效率比传统的仅采用单一冷阱的设备要高，而且实现了连续加工式的冷冻干燥系统。

图5a是表示图4b所示入料装置311的示意图，图5b是图5a所示入料装置311的俯视图，图5c是图5a所示入料装置311的局部放大图，图5d是图5a所示入料装置311的一个过渡仓的示意图。结合参见图5a至图5d，入料装置311的过渡仓5的两侧设置有仓门501，用以使载带物料的料盘通过。过渡仓5包括前过渡仓51和后过渡仓52。在前过渡仓51的底侧设置有主动滚轴53和若干从动滚轴54，用于载带料盘(未图示)传动。主动滚轴53例如由伺服电机55和联轴器56驱动旋转，从动滚轴54上设置有○型皮带542，后者通过○型皮带542与主动滚轴53联动。较佳的，在○型皮带上还设置有张紧轮55，利用该张紧轮55使○型皮带始终处于拉紧状态，保证料盘能够与滚轴紧密接触。根据另一个实施例，○型皮带542也可以用同步带替换。后过渡仓52的底侧也设置有从动滚轴54，例如用传送带将靠近前过渡仓51的滚轴54和主动滚轴53联接在一起，便于料盘从前过渡仓51传送到后过渡仓52。

图6是图5a所示入料装置的一个真空隔断装置的示意图，图7是图6所示真空隔断装置的一个隔断挡板的示意图。结合参见图5a、图6和图7，真空隔断装置包括在前过渡仓51一侧设置的破空电磁阀57，在后过渡仓52一侧设置的抽真空电磁阀58。其中破空电磁阀57的作用是保证前过渡仓51内压力与外界大气压保持平衡，保证气缸a能正常打开；后过渡仓52是直接与仓体30相连接，抽真空电磁阀58是在保证前过渡仓51和后过渡仓52的内部压力平衡后打开气缸b，物料送入仓体30。

图6的真空隔断装置还包括气动装置，该气动装置例如包括设置在前过渡仓51一侧的气缸a，以及设置在前过渡仓51与后过渡仓52之间的气缸b。气缸b例如通过关节轴承59与一隔断挡板50相连接，当气动电磁阀控制气缸b进出气时，气缸b的活塞杆运动，将隔断挡板50提起或者放下。如此，可以通过所述的电磁阀和气动装置及压力平衡装置的配合动作，实现入料过程与冻干生产环境的匹配。具体的，在将载带物料的料盘送入冷冻干燥仓的仓体30之前，控制气缸b预先关闭，隔断挡板50预先放下，破空电磁阀57打开，使前过渡仓51完成破空动作。接着，控制气缸a打开，料盘进入前过渡仓51。在料盘进入后再控制气缸a关闭，破空电磁阀57关闭，接着，抽真空电磁阀58打开，通过冷冻干燥仓的真空泵将前过渡仓51内的空气抽走并与后过渡仓52内平衡。然后，控制气缸b打开，隔断挡板50提起，伺服电机55同时启动，将料盘从前过渡仓51传递到后过渡仓52。在一个较佳的实施例中，例如在过渡仓设置隔断挡板50的开口周缘设置有挡板密封垫50’。

图8a是表示图6所示入料装置的真空隔断装置的滚轴密封件的示意图，图8b是表示图8a所示滚轴密封件的内部结构示意图。结合参见图8a和8b，在主动滚轴53和从动滚轴54靠近前过渡仓51和后过渡仓52接合的位置例如分别设置有旋转密封法兰80，法兰80的内侧设置有密封○型圈801，其作用与前述的挡板密封垫50’相同，用以确保冻干设备的真空环境的稳定。进一步，旋转密封法兰80内侧例如还设置有骨架油封，保证旋转轴在运行过程中保持过渡仓仓内的真空度。

图8c是表示图8a所示滚轴密封件的另一个实施例的内部结构示意图。结合参见图8a和8c，其中，旋转密封法兰80’较佳的采用分体式结构(图中仅示出其一个分体结构)，其内侧例如设置有旋转密封件安装槽804，例如用以安装一个半圆形密封件801’。旋转密封法兰80’采用分体式结构的优点在于其安装或更换时更为方便，两个分体结构合并安装时例如可以采用螺栓紧固，交界面通过密封圈密封。尤其是，分体式的旋转密封法兰80’在安装或更换时不会对密封件801’造成损害，避免了整体式旋转密封法兰80在安装或更换时容易对密封圈801造成擦伤或磨损的缺陷。

图9a是表示图4b所示连续加工式冷冻干燥系统的入料端的一个升降装置的示意图，图10是表示图9a所示的升降装置将料盘推送至干燥加热装置的示意图。结合参见图9a和图10，升降装置90设置在冷冻干燥仓的仓体30的入料端31内，它例如包括升降台91，支承升降台91垂直运动的直线轴承机构92和活动杆93。升降装置90还包括伺服电机和减速机94，通过驱动轴95驱动升降链条96，并通过联动轴97控制升降台91的上下运行。升降台91上例如设置有入料气缸98和入料机械手99，冷冻干燥仓仓体30的内部设置有干燥加热装置34，后者包括有多层层叠的加热板341。当载带被加工物料的料盘10从入料装置311输送到升降台91的台面上时，例如可以通过入料气缸98驱动入料机械手99将料盘10往前推送进干燥加热装置34的加热板341上。

图9b是表示图9a所示升降装置的一个立体示意图。参见图9b，根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统的入料端的一个升降装置90的底座901例如采用分体式结构，包括底座上部9011和底座下部9012。其中，底座下部9012例如通过焊接或螺接等固定在冷冻干燥仓的仓体30上，底座上部9011例如通过螺栓9013连接到底座下部9012，由此将升降装置90整体安装在仓体30上并予以固定。升降装置90的底座901采用分体式结构的优点在于便于将其从仓体30上拆卸，从而方便了后期对包括仓体和升降装置在内的整个冷冻干燥系统的日常维护和维修。本领域的技术人员可以理解，图9a和9b所示的升降装置90的上座902例如也可以采用类似的分体式结构。根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统，设置在仓体30内的干燥加热装置34包括有多层层叠的加热板341，升降台91将台面上的料盘10送入干燥加热装置34的第一层加热板341后，继续升降动作，并将后续的料盘10送入至第二层加热板341，以此类推并循环操作。被送入干燥加热装置34的物料在仓体30内进行长时间的干燥加热后，最终从冷冻干燥仓的出料端32送出。由于出料端32设置有与入料端31的入料装置311相同结构的出料装置321，故物料在完成冻干生产后，可以通过出料装置321下料进入打包车间包装。

图11a是表示图10中所示的料盘10被推送入干燥加热装置34的加热板341上的示意图，图12a是表示图10所示料盘10的一个立体示意图。结合参见图11a和图12a，料盘10例如在沿其长度方向的边缘上设计有向上倾斜的斜边101，而加热板341例如在沿其长度方向的边缘上设置有料盘传送定位机构，后者例如包括有[形定位器3412和位于该[形定位器3412内的滚动轴承3414。当料盘10被送入加热板341上时，其斜边101可以插入[形定位器3412的上沿与滚动轴承3414之间的空隙内，并随着入料机械手99的推送和滚动轴承3414的滚动而向仓体30的出料端逐步推进。当物料在仓体30内部完成充足时间的加工后，从仓体30的出料端下料。

图11b是表示图10中所示干燥加热装置34的加热板341的另一个实施例的示意图，图12b是表示图10所示料盘的另一个实施例的示意图。结合参见图11b和图12b，根据该实施例，料盘10’例如在沿其长度方向的边缘上设计有直角边101’，而加热板341例如在沿其长度方向的边缘上设置有料盘传送定位机构，后者例如包括有[形定位器3412和位于该[形定位器3412内的滚动轴承3414。当料盘10’被送入加热板341上时，其直角边101’可以插入[形定位器3412的上沿与滚动轴承3414之间的空隙内，并随着入料机械手99的推送和滚动轴承3414的滚动而向仓体30的出料端逐步推进。当物料在仓体30内部完成充足时间的加工后，从仓体30的出料端下料。料盘10’采用直角边101’的优点在于其受力强度可以提高，而与其配合使用的加热板341的[形定位器3412也可以相对加热板341采用垂直设置，不仅在高度方向可以少占空间，而且可以使得料盘10’的移动更为稳定。图13至图15是表示根据本发明的一种连续加工式冷冻干燥方法的工艺流程图。结合参见图13至15，根据本发明的连续加工式冷冻干燥方法包括步骤：a.将载带有被加工物料的料盘连续地送入冷冻干燥仓的过渡仓，所述过渡仓包括前过渡仓和后过渡仓；b.将来自所述过渡仓的料盘连续并循环地送至所述冷冻干燥仓的干燥加热装置。其中，步骤a进一步包括：a1.通过真空隔断装置将所述前过渡仓和后过渡仓隔断；a2.使所述料盘进入前过渡仓；a3.将前过渡仓的仓门关闭；a4.打开抽真空电磁阀，通过冷冻干燥仓的真空泵将前过渡仓内的空气抽走；a5.通过真空隔断装置将所述前过渡仓和后过渡仓开通；a6.将料盘从前过渡仓传递到后过渡仓。其中，步骤b进一步包括：b1.将来自所述过渡仓的料盘连续地送入所述冷冻干燥仓仓内的升降装置；b2.通过所述升降装置上的入料机械手连续并循环地将所述料盘分送至所述干燥加热装置的多层加热板上。根据本发明的连续加工式冷冻干燥系统，所述系统配置有处理器，用以执行如上所述的方法。

根据本发明的构思，本领域的技术人员还可以对此作出各种变化和修改，但这些变化和修改均属于本发明权利要求范围以内。