本发明属于干燥设备技术领域，具体涉及一种冷冻式干燥机，可广泛用于医药，化工，食品、饲料加工等行业。
背景技术：
常用的压缩空气干燥装置有冷冻式干燥机和吸附式干燥机，吸附式空气干燥机由于制造成本高，体积庞大，压缩空气损耗高（14%以上），需频繁更换吸附剂，在很多行业难以推广。而常规的冷冻式干燥机除水效果虽没有上述缺点，但出口压缩空气温度不稳定，对于一些特殊的场合，如微生物（菌种、疫苗）培养过程中，需要压缩空气保持在较小的温度范围。
常见的方案是在冷冻式干燥机后级增加管道加热器，将冷冻式干燥机出来的低温压缩空气加热至适宜温度来满足上述要求。在该方案的条件下，冷态低压的制冷剂在蒸发器内通过热交换带走压缩空气中的热量，使压缩空气温度迅速达到特定温度下的露点值，气态水凝结成液态水，并通过气水分离器排出，从而达到干燥的目的，制冷剂通过压缩机和冷凝器最终将从压缩空气中带走的热量排入大气中，压缩空气出口温度通常在5-10℃，波动范围大，要想高出此范围需外加管道加热器进行加热，能耗增大，在很多场合应用都存在局限性。
技术实现要素：
本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种能降低压缩空气干燥环节中的能耗的冷冻式干燥机，本发明为特定场合提供恒温、干燥洁净的压缩空气。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冷冻式干燥机，包括压缩空气处理模块、制冷剂处理模块和导热油循环模块；
所述的压缩空气处理模块包括空气过滤器、预冷热交换器、蒸发器和末级热交换器，所述的预冷热交换器包括高温潮湿空气入口、高温潮湿空气出口、低温干燥空气入口和低温干燥空气出口，所述的蒸发器包括与高温潮湿空气出口相连通的蒸发器空气入口、与低温干燥空气入口相连通的蒸发器空气出口、蒸发器制冷剂出口和蒸发器制冷剂入口，所述的末级热交换器包括分别与蒸发器空气出口及低温干燥空气出口相连通的末级热交换器空气入口、末级热交换器空气出口、末级热交换器导热油出口和末级热交换器导热油入口，所述的蒸发器空气出口外还设置有分水滤气阀组，所述的分水滤气阀组上设置有电动排水阀；
所述的制冷剂处理模块包括制冷压缩机、冷凝器和连接在制冷压缩机上的气液分离器，所述的冷凝器包括冷凝器导热油出口、与末级热交换器导热油出口相连通的冷凝器导热油入口、冷凝器制冷剂出口和与制冷压缩机相连接的冷凝器制冷剂入口，所述的冷凝器制冷剂出口外依次连接有干燥过滤器、热气旁通阀和膨胀阀，所述的膨胀阀与蒸发器制冷剂入口相连通，所述的气液分离器还分别与蒸发器制冷剂出口和热气旁通阀相连接；
所述的导热油循环模块包括导热油箱和连接在导热油箱出口外的导热油泵，所述的导热油泵的出口与末级热交换器导热油入口相连通，所述的导热油箱的入口与冷凝器导热油出口相连通。
所述的一种冷冻式干燥机，还包括温度控制模块，所述的温度控制模块包括设置在低温干燥空气入口与蒸发器空气出口之间的第一电动阀门、设置在蒸发器空气出口与低温干燥空气出口之间的第二电动阀门和依次连接在末级热交换器空气出口外的电加热器和温度传感器。
所述的一种冷冻式干燥机，其冷凝器制冷剂出口与干燥过滤器之间设置有压力开关。
所述的一种冷冻式干燥机，其气液分离器与蒸发器制冷剂出口之间以及导热油泵的出口与末级热交换器导热油入口之间分别设置有第一压力表和第二压力表。
所述的一种冷冻式干燥机，其电加热器的出口外侧还设置有精过滤器。
所述的一种冷冻式干燥机，其导热油箱的入口与冷凝器导热油出口之间还设置有导热油过滤器。
本发明的有益效果是：
本发明在传统冷冻干式干燥机的基础上，设置有空气过滤器和精过滤器，采用导热油作为传热介质，通过末级热交换器对冷凝器中的热量进行回收，用于对出口压缩空气进行加热，从而节省了电能，设置在末级热交换器空气出口的温度传感器实时监测温度，当温度仍然不能达到设定温度时，自动启动内置电加热器进行辅助加热，加热过程采用变积分PID调节，PWM输出，快速准确。
本发明高效节能，保证输出压缩空气的温度恒定，去除水分的同时还能有效去除压缩空气中的粉尘、油滴等污染物。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
各附图标记为：1—制冷压缩机，2—气液分离器，3—第一压力表，4—气源，5—空气过滤器，6—膨胀阀，7—干燥过滤器，8—热气旁通阀，9—冷凝器，91—冷凝器导热油出口，92—冷凝器导热油入口，93—冷凝器制冷剂出口，94—冷凝器制冷剂入口，10—压力开关，11—蒸发器，111—蒸发器制冷剂出口，112—蒸发器制冷剂入口，113—蒸发器空气入口，114—蒸发器空气出口，12—预冷热交换器，121—高温潮湿空气入口，122—高温潮湿空气出口，123—低温干燥空气出口，124—低温干燥空气入口，13—第一电动阀门，14—分水滤气阀组，15—电动排水阀，16—第二压力表，17—导热油过滤器，18—导热油泵，19—导热油箱，20—电加热器，21—末级热交换器，211—末级热交换器空气入口，212—末级热交换器空气出口，213—末级热交换器导热油出口，214—末级热交换器导热油入口，22—精过滤器，23—温度传感器，24—第二电动阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，本发明公开了一种恒温输出冷冻式压缩空气干燥机，包括压缩空气处理模块、制冷剂处理模块和导热油循环模块。
所述的压缩空气处理模块包括空气过滤器5、预冷热交换器12、蒸发器11和末级热交换器21，所述的预冷热交换器12包括高温潮湿空气入口121、高温潮湿空气出口122、低温干燥空气入口124和低温干燥空气出口123，所述的蒸发器11包括与高温潮湿空气出口122相连通的蒸发器空气入口113、与低温干燥空气入口124相连通的蒸发器空气出口114、蒸发器制冷剂出口111和蒸发器制冷剂入口112，所述的末级热交换器21包括分别与蒸发器空气出口114及低温干燥空气出口123相连通的末级热交换器空气入口211、末级热交换器空气出口212、末级热交换器导热油出口213和末级热交换器导热油入口214，所述的蒸发器空气出口114外还设置有分水滤气阀组14，所述的分水滤气阀组14上设置有电动排水阀15；所述的制冷剂处理模块包括制冷压缩机1、冷凝器9和连接在制冷压缩机1上的气液分离器2，所述的冷凝器9包括冷凝器导热油出口91、与末级热交换器导热油出口213相连通的冷凝器导热油入口92、冷凝器制冷剂出口93和与制冷压缩机1相连接的冷凝器制冷剂入口94，所述的冷凝器制冷剂出口93外依次连接有干燥过滤器7、热气旁通阀8和膨胀阀6，所述的膨胀阀6与蒸发器制冷剂入口112相连通，所述的气液分离器2还分别与蒸发器制冷剂出口111和热气旁通阀8相连接；所述的导热油循环模块包括导热油箱19和连接在导热油箱19出口外的导热油泵18，所述的导热油泵18的出口与末级热交换器导热油入口214相连通，所述的导热油箱19的入口与冷凝器导热油出口91相连通。
本发明还包括温度控制模块，所述的温度控制模块包括设置在低温干燥空气入口124与蒸发器空气出口114之间的第一电动阀门13、设置在蒸发器空气出口114与低温干燥空气出口123之间的第二电动阀门24和依次连接在末级热交换器空气出口212外的电加热器20和温度传感器23；所述的冷凝器制冷剂出口93与干燥过滤器7之间设置有压力开关10；所述的气液分离器2与蒸发器制冷剂出口111之间以及导热油泵18的出口与末级热交换器导热油入口214之间分别设置有第一压力表3和第二压力表16；所述的电加热器20的出口外侧还设置有精过滤器22；所述的导热油箱19的入口与冷凝器导热油出口91之间还设置有导热油过滤器17。
本发明在传统冷干机的基础上，内置入口空气过滤器和出口空气过滤器，采用导热油作为传热介质，通过热交换器对冷凝器中的热量进行回收，用于对出口压缩空气进行加热，从而节省了电能，出口的温度传感器实时监测温度，当温度仍然不能达到设定温度时，自动启动内置电加热器进行辅助加热，加热过程采用变积分PID调节，PWM输出，快速准确。
使用时，本发明包括以下流程：
1，压缩空气处理流程：
气源4（入口压缩空气）输入的75-90℃的潮湿压缩空气通过空气过滤器5后，除掉空气中的杂质，避免杂质进入后级热交换器引起热交换效率降低，然后进入预冷热交换器12，与从蒸发器11过来的5-10℃的低温干燥压缩空气发生热交换，其结果是从空气过滤器5流入的压缩空气得到预冷，温度降低，从蒸发器11过来的压缩空气得到预热，温度升高。预冷后的压缩空气再进入蒸发器11，与蒸发器11中的冷媒（制冷剂）发生进一步也是最主要的热交换，温度大幅度降低，压缩空气达到露点产生冷凝水，少量的油蒸汽也在低温下凝结，最终被分水滤气阀组14和电动排水阀15排走，从而达到干燥的目的，得到的5-10℃的低温干燥压缩空气进入上述的预冷热交换器12，作为预冷热交换器12的冷媒进行换热，温度升高后再通过末级热交换器21进一步加热，加热过程中，温度传感器23实时监测出口压缩空气温度，一旦从冷凝器9回收的热源不够时立即启动电加热器20补充热能，使输出温度稳定于设定值。
2，制冷剂处理流程：
从制冷压缩机1出来的高温液态（气液相）制冷剂被输入到冷凝器9中，与相对温度较低的导热油发生热交换，导热油带走热量，并送入导热油箱19，从而使得制冷剂的温度降低，低温的液态制冷剂经过干燥过滤器7后在膨胀阀6处由于空间突然增大，体积迅速膨胀汽化，吸走蒸发器11中大量的热，汽化后进入汽液分离器2发生气液分离，汽态制冷剂进入制冷压缩机1进入上述循环。
3，导热油循环流程：
导热油箱19内的导热油被导热油泵18输出至末级热交换器21，对上述5-10℃的干燥压缩空气进行加热，压缩空气温度升高，导热油温度降低，降温后的导热油通过冷凝器9与液态高温的制冷剂进行热交换，吸走制冷剂中的热量并送入导热油箱19进行储存，等待导热油泵18泵送。
4，温度控制过程：
温度传感器23检测输出的压缩空气温度，与设定值进行比较，将比较的结果（误差值）进行变积分PID运算（误差较大时减小或关闭积分运算，误差较小时引入积分运算），根据PID运算的结果调节输出PWM脉冲的占空比，间歇式加热，保证温度的准确性和稳定性。第一电动阀门13和第二电动阀门24的作用是当设置温度较低时，第一电动阀门13关闭，第二电动阀门24开启，蒸发器11出来的压缩空气不通过预冷热交换器12，减少一次加热，从而降低输出温度。
发酵豆粕生产中菌种扩大培养时，要求通入菌种罐的压缩空气温度34-36℃，压缩空气不得含油和其他杂质，采用本冷冻式干燥机无需额外增加管道加热器和经过滤器（均已内置），节省了空间，废热得到充分利用，减少培养室环境温度波动，降低了能耗，输出空气温度恒定，有助于促进菌种生长。
本发明实现了高效率的废热利用、输出压缩空气恒温控制、进出口双重过滤一体化设计，从节能环保、温度控制精准高效、输出压缩空气干燥洁净等几个方面取得了突破。本发明优点是：高效节能，保证输出压缩空气的温度恒定，去除水分的同时，还能有效去除压缩空气中的粉尘、油滴等污染物，本发明实现了高效率的废热利用、输出压缩空气恒温控制、进出口双重过滤一体化设计，从节能环保、温度控制精准高效、输出压缩空气干燥洁净等几个方面取得了突破。通过废热利用实现节能和环保，利用导热油储热能并提高热能利用率，输出的恒温洁净的压缩空气特别适用于给制药，食品、饲料加工等行业的微生物培养罐供气，也可为其他对压缩空气温度和杂质有较高要求的场合提供解决方案。本发明的目的在于降低压缩空气干燥环节中的能耗，为特定场合提供恒温、干燥洁净的压缩空气。利用导热油作为传热介质，便于热能存储，且在工况下不易蒸发损耗。将冷凝器产出的废热通过热交换器回收并储存于导热油中，再在出口位置通过热交换器给出口压缩空气加热，实现节能，同时减少对环境温度的影响。压缩空气温度采用变积分PID控制，配合PWM脉冲式电辅助加热，输出温度准确。内置输入过滤器，对进入换热器的压缩空气进行净化，避免粉尘带入热交换器、附着在热交换面上影响换热效率。内置出口精过滤器，对出口空气中可能存在的少量水、油或其他杂质进行过滤，保证输压缩空气的洁净性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。