专利名称：实验型饱水木质文物冷冻干燥机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实验型饱水木质文物冷冻干燥机。
背景技术：
冷冻干燥过程是一个复杂的传热传质过程，不仅与物料本身特性有关，还与冷冻 干燥过程参数有关。实验型饱水木质文物冷冻干燥机可帮助科研机构探索木质文物的冷 冻干燥方案，从而为批量冻干节省投入与消耗。文物是属于珍贵的物品，为保证好的冻干 效果，必须在探索冻干工艺时尽可能多的对冻干过程的各个参数进行监测，尤其是某些关 键参数，如物料温度、质量等，从而根据不同参数对应的冻干效果得出最优化的冷冻干燥方 案。而现有的饱水木质文物冷冻干燥机无法满足在实验室使用的要求，主要表现在(1)体 积较大，占用实验室有限空间；(2)对冷冻干燥过程或无监测或监测手段单一，并且没有相 应的数据采集和处理程序；(3)冻干过程参数不可调或仅能调节有限几个参数，无法满足 研究的需要。这些都给实验研究饱水木质文物的冻干工艺以及相应的建模计算带来诸多困 难。
发明内容本实用新型的目的是为了克服现有饱水木质文物冷冻干燥机的缺点，提供一种体 积较小，冻干过程参数可调，并且能对冻干过程进行多手段监测的实验型饱水木质文物冷 冻干燥机。本实用新型的技术方案是包括冻干箱、冷阱、制冷装置、加热装置、数据测量和电 气控制装置，其特点是，冻干箱和冷阱采用同一箱体；制冷装置采用自复叠循环，工质采用 R600a、R23和乙烯混合工质；加热装置采用液体循环流动加热方式，加热液体采用体积比 为1 3 5的水和乙二醇混合液；增设了数据采集和处理程序及控制模块。本实用新型的有益效果是冻干箱和冷阱采用同一箱体以及制冷装置采用自复叠 循环缩小了整个设备体积，减少占用空间；利用加热装置及其相应的控制模块，方便控制降 温速率和升温速率；利用冻干箱内安装的称重传感器、自带光源摄像头和热电偶，可实现冻 干过程中样品的多方位监测，利于冻干工艺的优化。
图1为实验型饱水木质文物冷冻干燥机结构连接图(虚线框部分见图2)；图2为冻干箱内加热板的结构和布置方式及加热液进出示意图；图3为样品监测装置布置图；图4为数据测量和电气控制装置示意图；图中压缩机1、冷凝器2、气液分离器3、第一节流阀4、冷凝蒸发器5、回热器6、放 水阀7、流量计8、循环泵9、加热罐出口处钼电阻温度计10、加热罐11、排液阀12、电加热器 13、冻干箱14、观察镜15、加热板16、储液罐17、电阻式真空规18、蒸发器19、风机20、放空
3阀21、冷阱22、真空泵23、第二节流阀24、热电偶25、自带光源摄像头26、称重传感器27、航 空插28、加热板进出口处钼电阻温度计29、加热板表面热电偶30、弧形不锈钢薄板31、真空 计32、Agilent数据采集单元33、PC机34、稳压电源35、ADAM4022T模块36、调压模块37。
具体实施方式
实验型饱水木质文物冷冻干燥机，包括冻干箱、冷阱、制冷装置、加热装置、数据测 量和电气控制装置，其特点是，冻干箱14和冷阱22采用同一箱体；制冷装置采用自复叠循 环，工质采用R600a、R23和乙烯混合工质；加热装置采用液体循环流动加热方式，加热液体 采用体积比为1 3 5的水和乙二醇混合液；增设了数据采集和处理程序及控制模块。由图1所示，该冻干机中的制冷装置主要有压缩机1、冷凝器2、气液分离器3、第一 节流阀4、冷凝蒸发器5、回热器6、蒸发器19和风机20组成。压缩机1和冷凝器2选用法 国泰康FH4531FHR型压缩冷凝机组；冷凝蒸发器5和回热器6均采用套管式，外管材料为不 锈钢，内管材料为紫铜，一根外管含六跟内管；蒸发器19选用翅片管式换热器；风机20的 供电导线通过航空插接入箱体内。加热装置主要有储液罐17、加热罐11、电加热器13、排 液阀12、循环泵9、流量计8和加热板16组成。储液罐17安装于箱体顶部，利于把加热液 体装满整个加热装置；加热罐11内装有电加热器13，功率2kw，底部装有排液阀12，便于检 修时排出防冻液；四个流量计8各自对应四块加热板16，通过调节流量计自带的调节阀便 于控制各路的流量；循环泵采用上海黄河水泵厂的IHG20-110型立式不锈钢离心泵。冻干 箱14和冷阱22采用同一箱体，箱体采用不锈钢制成，外包聚氨酯绝热层；箱体前端开有箱 门，两者通过真空密封垫圈密封；箱门上开有观察镜15，方便观察箱体内状况；放空阀21和 放水阀7分别安装于箱体后侧的顶部和底部；真空泵23采用机械式旋片真空泵，其型号为 2XZ-4BD，极限真空度为2X10_2Pa ；真空泵吸气口装有高真空充气挡板电磁阀。由图2(1)所示，加热板16共有四块，在冻干箱14内部四周均勻分布，利于对样品 进行均勻加热；四块加热板和四块弧形不锈钢薄板31组成一圆形风道，利于冻干箱内形成 稳定的冷空气流；四块加热板表面中心处分别贴有一个热电偶，可以对表面温度进行监测； 来自四个流量计控制管路的四路加热液体各自进入对应的加热板，进行热交换之后流出加 热板，最后汇集成一路回到加热罐；加热板由不锈钢制成，其内部结构采用折流流道，如图 2 (2)所示，加热液体从一侧进入加热板，经过三次折流，最后流出加热板，利于加热液体与 加热板壁充分换热；钼电阻温度计29可以对加热板进出口液体温度进行监测，与流量计调 节阀配合使用保证各加热板进出口温差相等。由图3所示，冻干箱14内顶部装有称重传感器27，通过悬挂方式称量样品，称重传 感器选用永正称重科技(杭州)有限公司的108AA型，准确度等级C3(国际法定计量组织 OIML R60国际建议)；自带光源摄像头26底座安装于冻干箱14内顶部，并通过自身可弯曲 支架使镜头正对于样品端面，自带光源摄像头为高清CMOS 500万像素，USB2. 0高速接口 ； 热电偶25探头套在一直径为1毫米的针头内，并插入样品内部中心位置；冻干箱侧壁装有 航空插28，用于热电偶、信号线及供电导线的接入。在冻干过程中，热电偶25可以测量样品 内部中心点处温度随时间的变化情况，摄像头26可以对样品端面的变化情况进行拍摄，而 称重传感器27则可以对样品重量进行实时监测。由图4所示，220V交流电源通过一总开关接到各个用电设备中，且各个用电设备
4均配有各自的电源开关。在抽真空过程中，真空计32实时采集电阻式真空规18的信号，并 以压力的形式显示出来；Agilent数据采集单元33有20个通道，可以同时连接20个热电偶 和钼电阻温度计，并把信号传送给PC机34通过配套的软件进行显示；摄像头26的信号传 递给PC机34，可以实时观察样品端面状况；称重传感器的电源由12V稳压电源35提供，其 采集的样品重量信号传递给Agilent数据采集单元33并在PC机34上显示；ADAM4022T模 块36采集加热罐出口处钼电阻温度计的温度信号并与设定温度进行比较，控制两相调压 模块37的执行，从而调节电加热器13两端的电压来控制对加热液体的加热量。ADAM4022T 模块36的电源由12V稳压电源35提供，温度可以通过PC机34里安装的配套软件显示。 ADAM4022T模块由台湾研华公司生产。真空计选用上海云捷真空仪器有限公司的DZAl型。 调压模块选用杭州西子固体继电器有限公司生产的DTY-220D10E型全隔离单项交流调压 模块。 本实施例中，热电偶均采用T型，材料为铜和康铜；钼电阻温度计均采用PtlOO型。
权利要求一种实验型饱水木质文物冷冻干燥机，其特征在于，包括由压缩机(1)、冷凝器(2)、气液分离器(3)、第一节流阀(4)、冷凝蒸发器(5)、回热器(6)、第二节流阀(24)、蒸发器(19)、风机(20)组成的制冷装置和由流量计(8)、循环泵(9)、加热罐(11)、排液阀(12)、电加热器(13)、加热板(16)、储液罐(17)组成的加热装置以及放水阀(7)、加热罐出口处铂电阻温度计(10)冻干箱(14)、观察镜(15)、电阻式真空规(18)、放空阀(21)、冷阱(22)、真空泵(23)、热电偶(25)、自带光源摄像头(26)、称重传感器(27)、航空插(28)、加热板进出口处铂电阻温度计(29)、加热板表面热电偶(30)、弧形不锈钢薄板(31)、真空计(32)、Agilent数据采集单元(33)、PC机(34)、稳压电源(35)、ADAM4022T模块(36)、调压模块(37)；压缩机(1)与冷凝器(2)、气液分离器(3)依次相连，气液分离器(3)与第一节流阀(4)、冷凝蒸发器(5)、压缩机(1)依次相连，气液分离器(3)与冷凝蒸发器(5)、回热器(6)、第二节流阀(24)、蒸发器(19)依次相连；储液罐(17)与加热罐(11)相连，排液阀(12)与加热罐(11)相连，加热罐(11)与循环泵(9)、流量计(8)、加热板(16)依次相连，加热罐(11)内装有电加热器(13)；冻干箱(14)与冷阱(22)为同一箱体，并与放空阀(21)、放水阀(7)、真空泵(23)相连，箱门上开有观察镜(15)，箱体侧壁装有航空插(28)，箱体顶部装有电阻式真空规(18)，箱体内部装有自带光源摄像头(26)、称重传感器(27)和热电偶(25)；电阻式真空规(18)与真空计(32)相连；称重传感器(27)与Agilent数据采集单元(33)、PC机(34)依次相连；稳压电源(35)与称重传感器(27)相连；电加热器(13)与调压模块(37)、ADAM4022T模块(36)、PC机(34)依次相连；稳压电源(35)与ADAM4022T模块(36)相连；自带光源摄像头(26)与PC机(34)相连。
2.根据权利要求1所述的一种实验型饱水木质文物冷冻干燥机，其特征在于，所述的 加热板(16)内设有折流流道；加热板之间设有弧形不锈钢薄板(31)；四块加热板进出口分 别插有钼电阻温度计(29)；四块加热板表面分别贴有热电偶(30)。
专利摘要本实用新型公开了一种实验型饱水木质文物冷冻干燥机，包括冻干箱、冷阱、制冷装置、加热装置、数据测量和电气控制装置。现有饱水木质文物冷冻干燥机存在体积大，测量监测手段单一，无法满足实验室研究要求的缺点。本实用新型采用自复叠循环作为制冷系统，体积小，制冷温度低。冻干箱与冷阱为同一个箱体，结构紧凑。采用温度、质量、图像三种监测手段对冻干过程进行动态监测，有利于对整个冻干过程的研究和优化。
文档编号F26B25/00GK201731727SQ20092020071
公开日2011年2月2日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者卢衡, 张绍志, 虞效益, 陈光明 申请人:浙江大学;浙江省博物馆