真空冻干设备满液式制冷系统中的捕水排液融冰子系统的制作方法

1.本实用新型涉及具体一种在满液式制冷系统中蒸发器融冰的子系统，具体涉及一种在真空冻干设备满液式制冷系统中交替捕水排液融冰的子系统。


背景技术：

2.真空冻干设备（以下称冻干设备）的工作原理是：把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空舱内通过加热物料使固态冰直接升华转变为水蒸气；通过制冷系统提供低温制冷剂在捕水器内将水蒸气捕集再转化为冰体，从而使物料干燥。
3.冻干设备由三大系统构成：制冷系统、真空系统和加热系统。制冷系统的作用是为捕水器提供要求的低温冷源，捕集物料升化的水分。作为现有技术的冻干设备捕水器分为四种方式：1、内置式一次性捕水：捕水器在冻干舱的内部，当捕水器工作时开始捕集水分，捕水器结冰到一定程度后，捕水器效率下降，冻干速度减缓，当冻干结束后需要一次性融冰，融冰时间约需要2~3小时。2、外置式一次性捕水：捕水器在冻干舱的外部，其效果与内置式一次性捕水一样，当冻干结束仍需要一次性融冰，融冰时间约为2~3小时。3、内置交替捕水：捕水器在冻干舱的内部，配有两个捕水器，采用交替捕水方式融冰。当一个捕水器捕水结冰严重时，封闭其进气口后开始融冰，并切换另外一个捕水器进行捕水。因融冰是在舱内真空状态下进行，不能开舱门，因此会影响舱内进出货操作。4、外置交替捕水：捕水器在冻干舱的外部，其效果与内置交替捕水相同，融冰时也需要处于真空状态，因捕水器真空管道直接与冻干舱舱体连接没有控制，冻干舱与捕水器处在同一压力环境。开舱时无法融冰，因此融冰时不能出入舱。因此同样存在与上述内置式交替补水同样出入舱受时间影响的问题。
4.上述捕水器普遍存在以下问题。捕水器融冰时，所需要的融冰热能q=q1+q2+q3+q4+q5（q-融冰热能、q1—制冷剂气化潜热、q2—制冷剂气体升温显热、q3—冰体升温显热、q4—冰体融化潜热、q5—水升温显热）。由此可见，在融冰时只有融冰所耗费的能源是有效耗能。而制冷剂气化所耗费的能源将需要增加制冷系统大量制冷量，产生制冷耗能，为无效耗能，此耗能并不参与融冰反而增加制冷负荷。在融冰时，只有捕水器内存有的制冷剂液体通过加热气化后，冰体继续受热才能融化。当融冰后捕水器再次工作捕水时，制冷系统需要再次给捕水器供低温制冷剂制冷捕水，再次增加制冷耗能。因此在融冰过程中，制冷剂气化增加了制冷负荷，再次制冷捕水进一步增加了制冷负荷，融冰时的制冷系统耗能均为无效耗能。
5.在外置和内置式交替补水方式中，因制冷系统负荷在融冰时有较大增加，造成制冷系统蒸发压力增高，捕水器制冷剂温度上升，捕水效率下降，造成捕水器捕水量下降，真空度上升（一般正常工作真空度在60-100 pa之间），真空度上升（超过100pa以上）过高，超过物料冰点允许值时，将造成物料融化和物料变形，直接影响产品的品质。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种真空冻干设备满液式制冷系统中的
捕水排液融冰子系统，通过对各系统管道自动阀的控制，实现真空冻干生产过程出入货无需时间间隔；降低融冰耗能和制冷耗能；保障冻干舱的真空度，提高产品的品质。
7.本实用新型的技术方案如下：
8.真空冻干设备满液式制冷系统中的捕水排液融冰子系统，包括内部安装有加热器的冻干仓、1#捕水器和2#捕水器、用于与制冷系统的储液器供液管相连接的低压桶、连接有蒸汽管道的融冰水罐、连接有排液桶液位传感器的排液桶，1#捕水器安装有1#蒸发器和1#温度传感器，2#捕水器安装有2#蒸发器和2#温度传感器，其特征在于：所述排液桶连接有排液总管；1#蒸发器通过带有1#排液自动阀的1#排液管连接所述排液总管；2#蒸发器通过带有2#排液自动阀的2#排液管连接所述排液总管；1#蒸发器还通过带有1#供液自动阀的1#供液管连接所述低压桶；2#蒸发器还通过带有2#供液自动阀的2#供液管连接所述低压桶；所述1#蒸发器的出液端连接有1#回液管，该1#回液管通过带有1#液相自动阀的1#液相管连接所述低压桶，该1#回液管还连接制冷系统的机组回气管；所述2#蒸发器的出液端连接有2#回液管，该2#回液管通过带有2#液相自动阀的2#液相管连接所述低压桶，该2#回液管还连接制冷系统的机组回气管；所述排液桶还连接有排液泵，排液泵的出液端通过带有排液桶1#回液自动阀的排液桶1#回液管连接所述1#蒸发器；排液泵的出液端还通过带有排液桶2#回液自动阀的排液桶2#回液管连接所述2#蒸发器。
9.优选地，所述冻干仓分别通过1#真空吸气管和2#真空吸气管与所述1#捕水器和2#捕水器相连接；1#真空吸气管上安装有1#进气自动阀，2#真空吸气管上安装有2#进气自动阀，1#捕水器和2#捕水器还分别通过1#出气自动阀和2#出气自动阀连接真空吸气总管。
10.优选地，所述融冰水罐连接有融冰回水总管和融冰供水总管；所述1#捕水器通过带有1#融冰回水自动阀的1#融冰回水管连接所述融冰回水总管；所述2#捕水器通过带有2#融冰回水自动阀的2#融冰回水管连接所述融冰回水总管；融冰供水总管通过带有1#融冰供水自动阀的1#融冰供水管连接所述1#捕水器；融冰供水总管还通过带有2#融冰供水自动阀的2#融冰供水管连接所述2#捕水器。
11.优选地，所述排液桶还连接有带有均压排气自动阀的平衡排气管。
12.优选地，融冰水罐分别连接有水罐温度传感器和水罐液位传感器。
13.本实用新型的积极效果在于：
14.一、采用交替捕水融冰方式，本实用新型采用交替捕水方式，并通过自动阀对真空管道、加热管道、制冷管道的开闭进行控制。在第一个捕水器捕水时，第二个捕水器融冰。第二个捕水器融冰完毕后，待在捕水的捕水器结冰严重需要融冰时切换其至融冰状态。同时，融冰完毕后的捕水器切换到捕水状态，实现了交替捕水和融冰。
15.二、采用排液融冰和制冷排液桶泵回液的方式，减小融冰耗能。当融冰时捕水器停止供液，但此时捕水器内存有大量的低温制冷剂液体影响融冰速度，将制冷剂用重力方式排到排液桶内封闭暂存（排液桶有很好的保温），融冰时只需提供加热冰体融冰的热能，节约融冰热能。因捕水器内的低温液体得以排空，捕水器内无需气化制冷剂液体，在节约热能的同时，不需要制冷剂气化产生的制冷耗能，因而节约了能源。当融冰完毕再次制冷捕水时，通过回液泵将排液桶内制冷剂打回捕水器内制冷捕水，无需通过制冷系统再次制冷耗能，降低制冷负荷，减少能耗。由此可见，该系统在融冰时，达到了节能效果。
16.三、融冰时冻干舱真空度稳定。本实用新型通过采用制冷排液桶泵回液的方式，降
低了制冷系统在融冰时的制冷负荷，使制冷系统在融冰时蒸发压力稳定，从而保障捕水器的捕水效率，进而达到冻干舱真空度稳定，满足生产的工艺要求，从而保障了产品的品质。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例的结构及工作原理示意图。
18.图中，1、冻干仓，2、加热器，3、1#融冰回水管，4、1#融冰回水自动阀，5、2#融冰回水自动阀，6、2#融冰回水管，7、融冰回水总管，8、融冰水罐，9、水罐液位传感器，10、排水泵，11、排水管，12、1#真空吸气管，13、2#真空吸气管，14、1#出气自动阀，15、1#进气自动阀，16、2#进气自动阀，17、2#出气自动阀，18、1#液相管，19、1#液相自动阀，20、2#液相自动阀，21、2#液相管，22、低压桶，23、1#回液管，24、1#供液管，25、2#供液管，26、2#回液管，27、1#供液自动阀，28、2#供液自动阀，29、排液桶1#回液自动阀，30、1#蒸发器，31、2#蒸发器，32、排液桶2#回液自动阀，33、1#排液自动阀，34、1#排液管，35、2#排液管，36、2#排液自动阀，37、排液总管，38、均压排气自动阀，39、排液桶1#回液管，40、排液桶液位传感器，41、排液泵，42、排液桶2#回液管，43、平衡排气管，44、机组回气管，45、储液器供液管，46、加热回水管，47、加热供水管，48、真空吸气总管，49、1#温度传感器，50、2#温度传感器，51、2#融冰供水管，52、1#捕水器，53、2#捕水器，54、蒸汽自动阀，55、蒸汽管道，56、水罐温度传感器，57、1#融冰供水自动阀，58、2#融冰供水自动阀，59、融冰供水总管，60、1#融冰供水管，61、排液桶。
具体实施方式
19.下面结合实施例及附图进一步说明本实用新型。
20.如图1，本实用新型的实施例包括内部安装有加热器2的冻干仓1以及设置于冻干仓1内部或者外部的1#捕水器52和2#捕水器53。本实用新型的实施例还包括用于与制冷系统的储液器供液管45相连接的低压桶22。本实用新型的实施例还包括连接有蒸汽管道55的融冰水罐8，所述蒸汽管道55上安装有蒸汽管道自动阀54。融冰水罐8分别连接有水罐温度传感器56和水罐液位传感器9。融冰水罐8还通过排水泵10连接有排水管11。本实用新型的实施例还包括连接有排液桶液位传感器40的排液桶61。1#捕水器52安装有1#蒸发器30和1#温度传感器49；2#捕水器53安装有2#蒸发器31和2#温度传感器50。
21.所述加热器2分别连接有加热供水管47和加热回水管46。所述冻干仓1分别通过1#真空吸气管12和2#真空吸气管13与所述1#捕水器52和2#捕水器53相连接。1#真空吸气管12上安装有1#进气自动阀15，2#真空吸气管13上安装有2#进气自动阀16，1#捕水器52和2#捕水器53还分别通过1#出气自动阀14和2#出气自动阀17连接真空吸气总管48。
22.所述1#蒸发器30的出液端连接有1#回液管23，该1#回液管23通过带有1#液相自动阀19的1#液相管18连接所述低压桶22，该1#回液管23还连接制冷系统的机组回气管44；所述2#蒸发器31的出液端连接有2#回液管26，该2#回液管26通过带有2#液相自动阀20的2#液相管21连接所述低压桶22，该2#回液管26还连接制冷系统的机组回气管44。
23.融冰水罐8连接有融冰回水总管7和融冰供水总管59，所述1#捕水器52通过带有1#融冰回水自动阀4的1#融冰回水管3连接所述融冰回水总管7；所述2#捕水器53通过带有2#融冰回水自动阀5的2#融冰回水管6连接所述融冰回水总管7。融冰供水总管59通过带有1#融冰供水自动阀57的1#融冰供水管60连接所述1#捕水器52；融冰供水总管59还通过带有2#
融冰供水自动阀58的2#融冰供水管51连接所述2#捕水器53。
24.所述排液桶61连接有排液总管37，1#蒸发器30入口端通过带有1#排液自动阀33的1#排液管34连接所述排液总管37；2#蒸发器31入口端通过带有2#排液自动阀36的2#排液管35连接所述排液总管37。1#蒸发器30入口端还通过带有1#供液自动阀27的1#供液管24连接所述低压桶22；2#蒸发器31入口端还通过带有2#供液自动阀28的2#供液管25连接所述低压桶22。
25.排液桶61还连接有排液泵41，排液泵41的出液端通过带有排液桶1#回液自动阀29的排液桶1#回液管39连接所述1#蒸发器30；排液泵41的出液端还通过带有排液桶2#回液自动阀32的排液桶2#回液管42连接所述2#蒸发器31。排液桶61还连接有带有均压排气自动阀38的平衡排气管43。
26.以下是工作原理举例。
27.一、1#捕水器52捕水：在冻干设备运行过程中，1#捕水器52进入捕水状态，首先制冷系统运行，1#供液自动阀27打开，通过1#供液管24，给1#捕水器52提供冷源，同时1#液相自动阀19打开，制冷剂气液混合物通过1#蒸发器30回液口，经1#回液管23，气体回到机组回液管44，液体经1#液相管18回到低压桶22内，当1#温度传感器49检测1#捕水器52的制冷温度达到设定值时，真空系统1#出气自动阀14、1#进气自动阀15打开，真空系统启动，此时其余所有自动阀关闭，1#捕水器52进入捕水状态。
28.二、交替捕水，2#捕水器53工作，1#捕水器52停止捕水：当1#捕水器52内的1#蒸发器30结冰严重时，通过时间控制，制冷系统2#供液自动阀28和2#液相自动阀20打开，制冷系统通过2#供液管25和2#供液自动阀28向2#捕水器53提供冷源，制冷剂气液混合物通过2#蒸发器31回液口，经2#回液管26，气体回到机组回气管44，液体经2#液相管21回到低压桶22内，当2#温度传感器50检测到捕水器内温度达到设定值时，打开真空系统2#进气自动阀16和2#出气自动阀17，2#捕水器53进入工作状态。关闭1#供液自动阀27，1#液相自动阀19，同时关闭1#出气自动阀14和1#进气自动阀15，此时1#捕水器52停止捕水。
29.三、1#捕水器52排液融冰：当1#捕水器52停止捕水后，1#排液自动阀33打开，均压排气自动阀38打开，此时1#蒸发器30内存留的制冷剂液体，在重力的作用下，经1#排液管34和排液总管37排到排液桶61内。当排液到一定时间，排液桶液位传感器40检测到液位不再上升时，关闭1#排液自动阀33，均压排气自动阀38，排液程序结束，进入融冰程序。在融冰前，融冰水罐8内有一定容量的，能够满足捕水器融冰要求温度的水，当温度低于设定值时，蒸汽通过打开蒸汽自动阀54，经蒸汽管道55实现对罐内水的加热（一般在20℃左右）。当温度达到设定温度时，蒸汽自动阀54关闭，加热停止。此时打开1#融冰供水自动阀57，融冰水由融冰供水总管59，1#融冰供水管60进入1#捕水器52内，同时打开1#融冰回水自动阀4，由于1#捕水器52内为真空状态，20℃的融冰水瞬间气化，与罐内的低温气体以及1#蒸发器30上的冰换热，由于受到降温影响，水蒸气冷凝，释放大量热量，将捕水器蒸发器上的冰融化。融化后的水经1#融冰回水管3、1#融冰回水自动阀4和融冰回水总管7，又流回融冰水罐8中。当水罐液位传感器9感知水位高于设定水位时，启动排水泵10，将罐内的水通过排水管11排出融冰水罐8中，当水位低于设定时，排水泵10停止排水。当1#蒸发器30的1#温度传感器49感受温度达到设定融冰终止温度时，1#融冰供水自动阀57、1#融冰回水自动阀4关闭，1#捕水器52融冰完成。
30.四、排液桶泵回液及1#捕水器52再次捕水：当2#蒸发器31结冰严重需要融冰时（根据设定时间），首先排液桶1#回液自动阀29打开，均压排气自动阀38打开，排液泵41启动，进入回液程序。排液桶61内的低温制冷剂液体，经排液泵41和排液桶1#回液管39进入1#蒸发器30。通过排液桶液位传感器40检测排液桶61内的液位，当液位低于设定值时，先关闭排液泵41，关闭排液桶1#回液自动阀29，再打开1#供液自动阀27，1#液相自动阀19，制冷系统重新为1#捕水器52提供冷源。当1#温度传感器49达到设定温度时，真空系统1#出气自动阀14和1#进气自动阀15打开，1#捕水器52进入工作状态后，关闭真空系统2#进气自动阀16和2#出气自动阀17，制冷系统2#供液自动阀28和2#液相自动阀20，2#捕水器53停止捕水。
31.五、2#捕水器53排液融冰：当2#捕水器53停止捕水后，2#排液自动阀36打开，均压排气自动阀38打开，此时2#蒸发器31内存留的制冷剂液体，在重力的作用下，经2#排液管35、2#排液自动阀36和排液总管37排到排液桶61内。当排液到一定时间，排液桶液位传感器40检测到液位不再上升时，关闭2#排液自动阀36，均压排气自动阀38，排液程序结束，进入融冰程序。打开2#融冰供水自动阀58，融冰水由融冰供水总管59经2#融冰供水管51进入2#捕水器53内，同时打开2#融冰回水自动阀5，由于2#捕水器53内为真空状态，20℃的融冰水瞬间气化，与罐内的低温气体以及2#蒸发器31上的冰换热，由于受到降温影响，水蒸气冷凝，释放大量热量，将捕水器蒸发器上的冰融化。融化后的水经2#融冰回水管6、2#融冰回水自动阀5和融冰回水总管7，流回融冰水罐8中。当水罐液位传感器9感知水位高于设定水位时，启动排水泵10，将罐内的水通过排水管11排出融冰水罐8中，当水位低于设定时，排水罐10停止排水。当2#捕水器53的2#温度传感器50感受温度达到设定融冰终止温度时，2#融冰供水自动阀58、2#融冰回水自动阀5关闭，2#捕水器53融冰完成。
32.综上所述，该系统通过上述程序，完成了交替捕水和交替融冰的工作，达到了本实用新型的实施效果。