一种太阳能供热的真空冷冻干燥系统

1.本实用新型涉及环保技术领域，更具体的说，是涉及一种太阳能供热的真空冷冻干燥系统。


背景技术：

2.真空冷冻干燥技术是利用升华原理将物料的水分排出，先将湿物料冻结到共晶点温度以下，物料完全冻结后，通过抽真空加热的方法将物料中的水分由固态直接升华为气态排出。由于物料在真空低温环境下进行脱水，可以保证原有的结构不被破坏，最大程度上保证了物料的营养物质和品质，近年来受到国内外的热捧。与传统干燥方式相比，真空冷冻干燥技术虽然有众多好处，但干燥过程既费时又耗能，因此众多学者纷纷致力于最求最佳冻干工艺和探索节能冻干装置。
3.我国国土面积辽阔，全国大部分地区处于太阳能充足地带，合理有效开发利用太阳能符合节能减排要求。果蔬保存时间短，极易腐烂变质，干燥可以延长储存时间，保证果蔬的质量，是一种极好的保存方法，尤其对于新疆地区盛产果蔬但运输不方便的地区尤为重要。将太阳能与真空冷冻干燥技术相结合起来，利用充足的太阳能能源，为真空冷冻干燥装置提供能量，既延长的保质时间，又能合理利用充足的太阳能，是一种一举两得的方法。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型利用太阳能供热，提供一种新型的太阳能供热真空冷冻干燥系统。
5.本实用新型实施的技术方案是：
6.一种新型的太阳能供热真空冷冻干燥系统由太阳能低温热源系统、有机朗肯循环系统、制冷系统、真空冷冻干燥系统和冷却水回路组成；
7.所述太阳能低温热源系统由依次连接的太阳能集热管1、第一循环泵2、第一电磁阀3和低温热源换热器4组成，太阳能集热管吸收热量，通过第一循环泵2的工作使导热油形成循环，并在低温热源换热器4中完成与有机朗肯循环系统的换热工作，再回到太阳能集热管中；
8.所述有机朗肯循环系统包括依次连接的低温热源换热器4、膨胀机5、第一冷凝器6、第二电磁阀7和第二循环泵8预热器9，膨胀机5与发电机15连接；系统中的有机工质在低温热源换热器4中吸热汽化，在达到过热状态后进入到膨胀机5中进行做功，做功后的蒸汽进入到第一冷凝器6中被降温冷凝，之后再由第二循环泵8升压后进入预热器9，再送回到蒸发器中，完成一次循环；
9.所述制冷系统由依次连接的压缩机13、蒸发器14、第四循环泵17、节流阀18和第二冷凝器19组成，其中压缩机13与膨胀机5相连，蒸发器14与真空冷冻干燥装置16相连；
10.所述真空冷冻干燥装置包括依次连接的蒸发器14、第六电磁阀34和冷阱制冷循环管31；冷阱32与干燥箱26连接，冷阱32依次连接抽空阀28、真空测头29、真空泵30，蒸发器14
依次连接干燥箱制冷循环管25、第六循环泵23、电加热器22和第五电磁阀33；
11.所述冷却水回路包括依次连接的蓄水池11、冷凝器19、第四电磁阀20、第五循环泵21，被加热后的水在蓄水池11储存，随后经过依次连接的第三电磁阀10、预热器9、第二循环泵8、第二电磁阀7加热冷却后的有机工质，降温后的水再与第一冷凝器6进行热量交换，完成循环。
12.干燥箱内设有平行隔板24，隔板内部是空芯的，里面充满了导热油。
13.冷阱32内设置化霜喷水器27。冷阱32通过依次设置抽空阀28、真空测头29、真空泵30的线路连接发电机15。
14.本实用新型预冷装置是一种具有太阳能供热工作的真空冷冻干燥装置，通过各分系统之间相互的联系运行工作，完成真空冷冻干燥。该果蔬预冷装置可以分为3个分系统，然后由这三部分组成一个完整的系统，这3个系统分别为：太阳能低温热源系统、有机朗肯循环系统、真空冷冻干燥系统。其中，太阳能低温热源系统与有机朗肯循环系统相连接，有机朗肯循环系统连接真空冷冻干燥系统。
15.太阳能低温热源系统：太阳能低温热源系统单元的组件包括太阳能c型槽、
16.太阳能集热管、低温热源换热器、电磁阀和循环泵，太阳能集热管通过支架固定在c型槽反射太阳光的焦点处，之后在太阳能集热管中的介质导热油吸收热量，再通过循环泵的工作使导热油形成循环，并在低温热源换热器中完成与有机朗肯循环系统的换热工作。
17.有机朗肯循环系统：有机朗肯循环系统单元的组件包括蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器、电磁阀和第二循环泵，有机工质在低温热源换热器中吸热汽化，在达到过热状态后进入到膨胀机中进行膨胀做功，做功后的蒸汽进入到冷凝器中被降温冷凝，之后再由液体泵升压后进入预热器加热，最后回到蒸发器中。在该部分中的蒸发器就是与太阳能低温热源系统共用的低温热源换热器；预热器中热量由冷却水回路提供；膨胀机对外做功一部分带动真空冷冻干燥系统压缩机工作，一部分带动发电机发电，为干燥装置提供电量。
18.真空冷冻干燥系统：主要由制冷系统和干燥装置组成，制冷系统包括冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机组成，压缩机由有机朗肯循环系统膨胀机带动运行，蒸发器与两条制冷循环管交换热量，分别将冷量带给干燥室和冷阱，同时该系统的冷凝器与冷却水回路进行换热。干燥装置主要由真空泵、制冷循环管、电加热器等组成，干燥室制冷循环管内的导热油，携带冷量进入隔板冻结物料，冷阱制冷循环管将冷量带给冷阱，促进升华逸出的水蒸气结霜。当干燥开始时，干燥室制冷循环管停止工作，电加热器加热导热油为升华过程提供热量
19.真空冷冻干燥原理为物料经过冷冻之后，在低于水的三相点压力下进行加热，使得物料内水分以升华的方式排出，这主要可分别为三个过程：物料的冷冻过程、受热升华干燥过程和水蒸气捕捉过程。冷冻阶段冷量由冷阱制冷循环管和干燥室制冷循环管提供冷量，两条制冷循环管与制冷系统的蒸发器交换热量，由导热油带到干燥室和冷阱，完成对物料的冷冻。干燥过程需要为冷冻完全的物料提供热量，这时干燥室制冷循环管关闭，电加热器开始工作，加热导热油，为物料升华提供热量。干燥过程还需不断抽真空，保证装置在低压稳定的状态，同时抽真空还将物料升华源源不断产生的水蒸气及时抽吸出去，使得一部分水蒸气抽出干燥装置外，另一部分在冷阱内结霜，之后由化霜喷水器进行除霜。这个系统中抽真空和电加热器所需的电量都由有机朗肯循环系统提供。
20.冷却水回路：水通过与第一冷凝器和第二冷凝器进行换热，加热后的水储存在蓄水池里，再经循环泵在加热器内对有机工质进行加热，冷却下来的水在与第一冷凝器进行换热，完成一次循环。
21.本实用新型具有如下有益效果：
22.本实用新型真空冷冻干燥系统通过三个分系统和冷却水回路的相互联系，利用太阳能为整个系统提供能量，有机朗肯循环为真空冷冻干燥系统提供电量，并带动压缩机工作，在有机朗肯系统设计了冷却水回路，对进入低温热源换热器的有机工质进行一部分换热，节约了能源。
附图说明
23.图1为本实用新型装置原理图；
24.图2是真空冷冻干燥装置原理图。
25.图中：1太阳能集热管、2第一循环泵、3第一电磁阀、4低温热源换热器、5膨胀机、6第一冷凝器、7第二电磁阀、8第二循环泵、9预热器、10第三电磁阀、11、冷却水蓄水箱、12第三循环泵、13压缩机、14、蒸发器、15发电机、16干燥装置、17第四循环泵、18节流阀、19第二冷凝器、20第四电磁阀、21第五循环泵、22电加热器、23第六循环泵、24隔板、25干燥箱制冷循环管、26干燥箱、27化霜喷水器、28抽空阀、29真空测头、30真空泵、31冷阱制冷循环管、32冷阱、33第五电磁阀、34第六电磁阀。
具体实施方式
26.现结合附图，对本实用新型进一步说明。
27.如图1
‑
2所示，一种新型的太阳能供热真空冷冻干燥系统由太阳能低温热源系统、有机朗肯循环系统、制冷系统、真空冷冻干燥系统和冷却水回路组成；
28.所述太阳能低温热源系统由依次连接的太阳能集热管1、第一循环泵2、第一电磁阀3和低温热源换热器4组成，太阳能集热管吸收热量，通过第一循环泵2的工作使导热油形成循环，并在低温热源换热器4中完成与有机朗肯循环系统的换热工作，再回到太阳能集热管中；
29.所述有机朗肯循环系统包括依次连接的低温热源换热器4、膨胀机5、第一冷凝器6、第二电磁阀7和第二循环泵8预热器9，膨胀机5与发电机15连接；系统中的有机工质在低温热源换热器4中吸热汽化，在达到过热状态后进入到膨胀机5中进行做功，做功后的蒸汽进入到第一冷凝器6中被降温冷凝，之后再由第二循环泵8升压后进入预热器9，再送回到蒸发器中，完成一次循环；
30.所述制冷系统由依次连接的压缩机13、蒸发器14、第四循环泵17、节流阀18和第二冷凝器19组成，其中压缩机13与膨胀机5相连，蒸发器14与真空冷冻干燥装置16相连；
31.所述真空冷冻干燥装置包括依次连接的蒸发器14、第六电磁阀34和冷阱制冷循环管31；冷阱32与干燥箱26连接，冷阱32依次连接抽空阀28、真空测头29、真空泵30，蒸发器14依次连接干燥箱制冷循环管25、第六循环泵23、电加热器22和第五电磁阀33；
32.所述冷却水回路包括依次连接的蓄水池11、冷凝器19、第四电磁阀20、第五循环泵21，被加热后的水在蓄水池11储存，随后经过依次连接的第三电磁阀10、预热器9、第二循环
泵8、第二电磁阀7加热冷却后的有机工质，降温后的水再与第一冷凝器6进行热量交换，完成循环。
33.当果蔬预冷装置开始工作时，太阳能c型槽将太阳光反射到太阳能集热管1上，集热管内的导热油在吸收太阳能后温度升高，之后经第一循环泵2和第一电磁阀3进入到低温热源换热器4中，在低温热源换热器中高温导热油与有机工质进行换热，然后导热油回到太阳能集热管1中，完成一次太阳能低温热源系统的循环。
34.有机工质在吸收了导热油的热量后变成过热蒸汽，进入到膨胀机5中进行膨胀做功，并向外输出功，一部分带动发电机15工作，一部分带动真空冷冻干燥系统中的压缩机13工作，而在膨胀机5中出来的乏汽会进入第一冷凝器6中与冷却水进行换热后降温，有机工质从第二循环泵8加压之后会先进入到预热器9与冷却水回路水换热，有机工质在得到预热之后进入低温热源换热器4中，而从预热器出来的冷却水则经第三电磁阀10后进入冷却水蓄水箱11中，到此完成一次有机朗肯循环系统的循环。
35.真空冷冻干燥系统由膨胀机5对外输出的功带动压缩机13工作，制冷剂在经过压缩后依次经过蒸发器14、第四循环泵17、节流阀18、第二冷凝器19后回到压缩机13中，两条制冷循环管道31、25与蒸发器进行换热，将冷量分别带给干燥室26和冷阱32。在干燥冷冻阶段时，物料在干燥室隔板24上，干燥室制冷导管25内导热油利用与蒸发器14交换的冷量对物料进行冻结，同时冷阱制冷管道31也对冷阱进行降温。干燥阶段时，干燥室制冷导管停止工作，电加热器22对导热油进行加热，为物料升华提供热量，此时抽真空泵30同时开始工作，降低干燥室26内压力并将升华产生的水蒸气及时排出。冻干结束后，冷阱内产生大量冰霜，用化霜喷水器28喷淋水去除，保护装置。整个过程中，真空泵30与电加热器22所需的电量由膨胀机5带动发电机15所提供。
36.当三个分系统依次完成各自系统的循环时，太阳能供热工作的真空冷冻干燥系统完成一次完整的循环，之后的工作往复进行。