基于热回收及光热技术的冷冻干燥系统的制作方法

本发明涉及冷冻干燥系统领域，具体地，涉及一种基于热回收及光热技术的冷冻干燥系统。

背景技术：

冷冻干燥系统是指通过升华从冻结的生物产品中去除水分或其他溶剂的过程。传统的干燥会引起材料皱缩，破坏细胞。而在冰冻干燥过程中样品的结构不会被破坏，因为固体成份被在其位置上的坚冰支持着。在冰升华时，它会留下孔隙在干燥的剩余物质里。这样就保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性。冷冻干燥系统大量应用在实验室，化学分析，果蔬保鲜等领域。冷冻真空干燥系统是将制冷系统，真空系统，加热系统，除湿系统组合一体的一种复杂制冷系统。冷冻干燥过程中，需要低温制冷来保持物料形状和除湿，也需要加热来改表物料的升华点和除霜，同时还需要真空系统来保持物料仓的真空度。所有子系统同中，制冷系统和制热系统耗能占整个干燥系统耗能的80％以上。目前市面上的冷冻干燥系统多采用半封闭活塞机制冷，用电加热进行除霜。该配置虽然初装成本较低，但整机功率很大。因此系统运营成本很高，而且存在巨大资源浪费。

专利文献cn109764641a公开了一种本发明提供的冷冻干燥系统，通过机械式混合工质低温制冷单元(rc)实现物料的超低温速冻，真空冷冻干燥单元(s)实现物料的真空冷冻干燥，在机械式混合工质低温制冷单元(rc)和真空冷冻干燥单元(s)作用下能够加快速冻过程，提升速冻物料品质，减少冻干工艺周期及降低制冷能耗。该专利虽整机功率很大。系统运营成本很高，而且存在巨大资源浪费。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于热回收及光热技术的冷冻干燥系统。

根据本发明提供的一种基于热回收及光热技术的冷冻干燥系统，包括：冷冻干燥腔部件17、加热系统9、制冷系统11以及储热回收系统；所述冷冻干燥腔部件17与加热系统9相连；所述冷冻干燥腔部件17与制冷系统11相连；所述储热回收系统与加热系统9相连；所述储热回收系统包括：水箱1、光能集热器构件2、换热器构件3、储热回收系统进水口以及水阀构件；所述水阀构件包括：第一水阀构件7、第二水阀构件8、第三水阀构件6、第四水阀构件4、第五水阀构件5；所述储热回收系统进水口与第一水阀构件7的一端相连，所述水箱1、第二水阀构件8的一端、第三水阀构件6的一端与第一水阀构件7的另一端相连，第二水阀构件8的另一端与光能集热器构件2的一端相连，所述第三水阀构件6的另一端与换热器构件3的一端相连，所述换热器构件3的另一端和第四水阀构件4的一端相连，所述光能集热器构件2的另一端与第五水阀构件5的一端相连，所述第四水阀构件4的另外一端、第五水阀构件5的另外一端与水箱1相连。

优选地，所述水箱1包括：水箱内胆、保温外壳、水箱进水口、第一水箱出水口以及第二水箱出水口；所述保温外壳全部或者部分覆盖水箱内胆；水箱进水口与储热回收系统进水口相连；所述第一水箱出水口与加热系统9相连；所述第二水箱出水口与第四水阀构件4相连。

优选地，所述换热器构件3包括：第一换热器构件3；所述第一换热器构件3包括：第一出水接口构件、第一进水接口构件、第一出冷媒口构件、第一进冷媒口构件、第一水通道构件、第一冷媒通道构件；所述第一水通道构件与第一出水接口构件、第一进水接口构件分别相连；所述第一冷媒通道构件与第一出冷媒口构件、第一进冷媒口构件分别相连；所述第一水通道构件与第一冷媒通道构件能够进行热交换。

优选地，所述换热器构件3还包括：第二换热器构件3：所述第二换热器构件3包括：第二出水接口构件、第二进水接口构件、第二出冷媒口构件、第二进冷媒口构件、第二冷媒通道构件；所述第二水通道构件与第二出水接口构件、第二进水接口构件分别相连；所述第二冷媒通道构件与第二出冷媒口构件、第二进冷媒口构件分别相连；所述第二水通道构件与第二冷媒通道构件能够进行热交换；所述水阀构件还包括：第六水阀构件19；所述第六水阀构件19的一端与储热回收系统进水口相连；所述第六水阀构件19的另一端与第二进水接口构件相连；第二出水接口构件与排水系统18相连；第一出冷媒口构件与与第二进冷媒口构件相连。

优选地，光能集热器构件2；所述光能集热器构件2为太阳能集热阵列器件；所述太阳能集热阵列器件为能够将太阳能转换为热能的器件。

优选地，所述制冷系统11包括：并联变频压缩机构件14、蒸发器构件15、节流装置16；所述并联变频压缩机构件14与第一进冷媒口构件、蒸发器构件15分别相连；所述蒸发器构件15与节流装置16相连，所述节流装置16与第二出冷媒口构件相连。

优选地，所述并联变频压缩机构件14；所述并联变频压缩机构件14包括：一个或者多个直流变频压缩机构件；所述直流变频压缩机构件包括：压缩机构件、气液分离器构件、油气分离器构件、排气管路构件、吸气管路构件以及单向截止阀构件；所述单向截止阀构件的数量为一个或者多个，所述单向截止阀构件包括：第一单向截止阀构件、第二单向截止阀构件；所述第一单向截止阀构件包括：第一单向截止阀本体、第一单向截止阀进口、第一单向截止阀出口；所述第二单向截止阀构件包括：第二单向截止阀本体、第二单向截止阀进口、第二单向截止阀出口；压缩机构件分别与气液分离器构件一端、油气分离器构件一端相连；气液分离器构件另一端与第一单向截止阀进口相连、所述油气分离器构件另一端与第二单向截止阀出口相连；第一单向截止阀出口与排气管路构件相连；第二单向截止阀进口与吸气管路构件相连。

优选地，所述蒸发器构件15为能够降温的器件或者能够除湿的器件；节流装置16为热力膨胀阀。

优选地，还包括抽真空系统10；所述冷冻干燥腔部件17与抽真空系统10相连，所述冷冻干燥腔部件17采用采用弧形结构；所述冷冻干燥腔部件17包括：物料架12、捕水器13；所述物料架12与加热系统9相连；所述捕水器13与制冷系统11相连。

优选地，所述并联变频压缩机构件14包括：多个直流变频压缩机构件；所述多个直流变频压缩机构件的排气管路构件相连通；所述多个直流变频压缩机构件的吸气管路构件相连通。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用多个变频制冷机组并联，系统可根据制程需要，自动加载和卸载变频机组数量，同时可对单个变频机组进行频率调节，实现需要多少提供多少的效果，可有效降低设备的初装功率，从而降低系统运营成本；

2、本发明利用热回收技术和光热效应，可对系统产生的热量和太阳产生的热量进行存储，在需要制热的时候再使用；

3、本发明结构合理，有效节约资源，降低排放。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例中的储热回收系统结构示意图。

图2为本发明实施例中的制冷系统结构示意图。

图3为本发明实施例中的冷冻干燥腔部件的结构示意图。

图4为本发明实施例中的系统结构示意图。

图中：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图2、图3、图4所示，根据本发明提供的一种基于热回收及光热技术的冷冻干燥系统，包括：冷冻干燥腔部件17、加热系统9、制冷系统11以及储热回收系统；所述冷冻干燥腔部件17与加热系统9相连；所述冷冻干燥腔部件17与制冷系统11相连；所述储热回收系统与加热系统9相连；所述储热回收系统包括：水箱1、光能集热器构件2、换热器构件3、储热回收系统进水口以及水阀构件；所述水阀构件包括：第一水阀构件7、第二水阀构件8、第三水阀构件6、第四水阀构件4、第五水阀构件5；所述储热回收系统进水口与第一水阀构件7的一端相连，所述水箱1、第二水阀构件8的一端、第三水阀构件6的一端与第一水阀构件7的另一端相连，第二水阀构件8的另一端与光能集热器构件2的一端相连，所述第三水阀构件6的另一端与换热器构件3的一端相连，所述换热器构件3的另一端和第四水阀构件4的一端相连，所述光能集热器构件2的另一端与第五水阀构件5的一端相连，所述第四水阀构件4的另外一端、第五水阀构件5的另外一端与水箱1相连。

本发明中制冷系统11的散热部分采用水介质进行冷却，摒弃传统的风系统散热方式。水系统散热部分采用两级散热器，第一级进行预散热，经与散热的水温度达到最高，然后存储在保温水箱1中，同时为了保证制冷系统11的中散热器的效果，还需用二级换热器对制冷系统11介质进行散热，从而对制冷系统11进行有效散热，以保障制冷效果。该部分水无需进入水箱1储存。与此同时，保温水箱1和太阳能集热板阵列连接，当有太阳而水箱1水温不足时，由太阳能集热阵列利用光热效应对水箱1中的水进行加热，从而保证水箱1中水温。

冷冻干燥的基本流程为：先对物料进行降温定型，待该过程完成后，将物料送入干燥舱体，同时进行抽真空和除湿，当真空度达到一定要求后，开始逐渐升高物料温度，从而改变其升华点以达到除湿的效果。当除湿系统的补水器结霜到一定程度后，就开始用热水进行除霜。除湿系统也是通过制冷来达到湿度。因此，新系统收集物料定型阶段和除湿阶段热量存储在保温水箱1中，当需要物料升温和除霜时再利用水箱1热水进行升温和除霜。

优选地，所述水箱1包括：水箱内胆、保温外壳、水箱进水口、第一水箱出水口以及第二水箱出水口；所述保温外壳全部或者部分覆盖水箱内胆；水箱进水口与储热回收系统进水口相连；所述第一水箱出水口与加热系统9相连；所述第二水箱出水口与第四水阀构件4相连。

优选地，所述换热器构件3包括：第一换热器构件3；所述第一换热器构件3包括：第一出水接口构件、第一进水接口构件、第一出冷媒口构件、第一进冷媒口构件、第一水通道构件、第一冷媒通道构件；所述第一水通道构件与第一出水接口构件、第一进水接口构件分别相连；所述第一冷媒通道构件与第一出冷媒口构件、第一进冷媒口构件分别相连；所述第一水通道构件与第一冷媒通道构件能够进行热交换。

具体地，在一个实施例中，换热器采用板式换热器，板式换热器是由带一定波纹形状的金属板片盛装而成的新型高效换热器,构造包括垫片、压紧板(活动端板、固定端板)和框架(上、下导杆，前支柱)组成，板片之间由密封垫片进行密封并导流,分隔出冷/热两个流体通道,冷/热换热介质分别在各自通道流过,与相隔的板片进行热量交换，以达到用户所需温度。每块板片四角都有开孔，组装成板束后形成流体的分配管和汇集管,冷/热介质热量交换后,从各自的汇集管回流后循环利用。换热原理:间壁式传热。单流程结构为只有2块板片不传热一头尾板；双流程结构为每一个流程有3块板片不传热。一级换热器和二级换热器均采用板式热交换器，每个板式热交换器有四个接口，包含一个进水口，一个出水口，一个进冷媒口，一个出冷媒口。

如图1所示，当水箱1中的水不够时，水阀7开启，水阀4,5,6,8关闭，水经7进入保温水箱1进行补水。水箱1水量足够后，水阀7关闭。

当有太阳并且制冷系统11不运行实时即一级换热器不需要进行热交换，水阀4,6,7关闭，水阀5,8开启，水箱1中的水经出水口2流出，流入太阳能集热器进行加热，加热后的水经过水阀8流回水箱1。如此循环达到提高水温的效果。

当无太阳并且制冷系统11运行实时即一级换热器需要进行热交换，水阀5,7,8关闭，水阀4,6开启，水箱1中的水经出水口2流出，流入一级换热器和冷媒进行换热，加热后的水经过水阀6流回水箱1。如此循环达到提高水温的效果。

当有太阳并且制冷系统11运行实时即一级换热器需要进行热交换，水阀7关闭，水阀4，5,6,8开启，水箱1中的水经出水口2流出，一部分流入太阳能集热器进行加热，另一部分流入一级换热器和冷媒进行换热，加热后的水经过水阀6和8流回水箱1。如此循环达到提高水温的效果。

当加热系统9需要消耗热水时，热水经出水口1进入加热系统9，当水箱1水量不足时，水阀7再打开进行补水。

优选地，所述换热器构件3还包括：第二换热器构件3：所述第二换热器构件3包括：第二出水接口构件、第二进水接口构件、第二出冷媒口构件、第二进冷媒口构件、第二冷媒通道构件；所述第二水通道构件与第二出水接口构件、第二进水接口构件分别相连；所述第二冷媒通道构件与第二出冷媒口构件、第二进冷媒口构件分别相连；所述第二水通道构件与第二冷媒通道构件能够进行热交换；所述水阀构件还包括：第六水阀构件19；所述第六水阀构件19的一端与储热回收系统进水口相连；所述第六水阀构件19的另一端与第二进水接口构件相连；第二出水接口构件与排水系统18相连；第一出冷媒口构件与与第二进冷媒口构件相连。第一出冷媒口构件与与第二进冷媒口构件相连。

当水箱1内水温被加热到一定温度后，一级换热器中的水已不能回收制冷系统11的热量，如果此时制冷系统11仍然在工作，则制冷系统11的散热功能由二级换热器担当。换热后的热水直接进入排水系统。同时，当系统在运行过程中产生的热量太大时，一级换热器不足以带走足够的热量，此时二级换热器起到再次换热的效果。

对于冷媒系统回路，一级换热器冷媒进口连至并联压缩机机组的排气口主管，一级换热器冷媒出口接二级换热器冷媒进口，二级换热器冷媒出口接至节流装置16，冷媒经节流后进入蒸发器进行换热，再回到压缩机机组中。如此循环。

优选地，光能集热器构件2；所述光能集热器构件2为太阳能集热阵列器件；所述太阳能集热阵列器件为能够将太阳能转换为热能的器件。

优选地，所述制冷系统11包括：并联变频压缩机构件14、蒸发器构件15、节流装置16；所述并联变频压缩机构件14与第一进冷媒口构件、蒸发器构件15分别相连；所述蒸发器构件15与节流装置16相连，所述节流装置16与第二出冷媒口构件相连。

优选地，所述并联变频压缩机构件14；所述并联变频压缩机构件14包括：一个或者多个直流变频压缩机构件；所述直流变频压缩机构件包括：压缩机构件、气液分离器构件、油气分离器构件、排气管路构件、吸气管路构件以及单向截止阀构件；所述单向截止阀构件的数量为一个或者多个，所述单向截止阀构件包括：第一单向截止阀构件、第二单向截止阀构件；所述第一单向截止阀构件包括：第一单向截止阀本体、第一单向截止阀进口、第一单向截止阀出口；所述第二单向截止阀构件包括：第二单向截止阀本体、第二单向截止阀进口、第二单向截止阀出口；压缩机构件分别与气液分离器构件一端、油气分离器构件一端相连；气液分离器构件另一端与第一单向截止阀进口相连、所述油气分离器构件另一端与第二单向截止阀出口相连；第一单向截止阀出口与排气管路构件相连；第二单向截止阀进口与吸气管路构件相连。

优选地，所述蒸发器构件15为能够降温的器件或者能够除湿的器件。

在物料冷冻定型系统中，蒸发器主要包括风机，铜管和翅片。当经节流后的低温制冷剂流过铜管时，冷量会经热传导传至和铜管连接的翅片上。当风流过两片翅片之间时，翅片和风中的空气进行热交换，从而达到降低温度的效果。在制冷除湿系统中，蒸发器即为补水器，补水器为u型或圆形不锈钢管组成。当经节流后的低温制冷剂流过不锈钢管时，由于不锈钢管的外部为高湿度高温的空气，所以会再不锈钢管外部结冰，从而达到除湿的效果。

优选地，节流装置16为热力膨胀阀。

优选地，还包括抽真空系统10；所述冷冻干燥腔部件17与抽真空系统10相连，所述冷冻干燥腔部件17采用采用弧形结构；所述冷冻干燥腔部件17包括：物料架12、捕水器13；所述物料架12与加热系统9相连；所述捕水器13与制冷系统11相连。

如图3所示，因为冷冻干燥腔为真空状态,所以整个舱体需要承受1个大气压的压力,故通常外形采用弧形结构,材料采用不锈钢材质，厚度至少10mm。

优选地，所述并联变频压缩机构件14包括：多个直流变频压缩机构件；所述多个直流变频压缩机构件的排气管路构件相连通；所述多个直流变频压缩机构件的吸气管路构件相连通。

并联压缩机组由多个直流变频压缩机并联而成，每个压缩机含一个气液分离器，一个油气分离器和两个单向截止阀，所有压缩机的排气汇入一个主排气管路，所有压缩机的吸气口并入一个主吸气管路。气液分离器是为了分离气体和液体，防止压缩机液击；油气分离器是为了分离冷冻油和气体状态冷媒，防止冷冻油流失到制冷管路中。单向截止阀是为了防止冷媒在管道中逆流。并联压缩机组根据系统负荷需要确定开启一台或多台压缩机，同时也是根据系统负载需要，调整单台压缩机的频率，从而达到变频节能的目的。

本发明采用多个变频制冷机组并联，系统可根据制程需要，自动加载和卸载变频机组数量，同时可对单个变频机组进行频率调节，实现需要多少提供多少的效果，可有效降低设备的初装功率，从而降低系统运营成本；本发明利用热回收技术和光热效应，可对系统产生的热量和太阳产生的热量进行存储，在需要制热的时候再使用；本发明结构合理，有效节约资源，降低排放。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。