一种冻干机制冷系统的制作方法

1.本实用新型涉及冻干机领域，尤其涉及一种冻干机制冷系统。


背景技术：

2.冻干机是制药行业和食品行业进行药品和食品冷冻干燥的设备，所谓冷冻干燥，就是先将需冷冻干燥的物品在低温下进行预冻，然后通过真空升华和解析吸附的方法，使制品的水分减少到在长时间内无法维持生物学反应和化学反应的水平，真空升华干燥阶段，物料中已冻结的游离水在低于其共结点所对应的饱和蒸汽压条件下，以升华的方式全部逸出，进入到冷凝表面结成冰，升华结束后，一般可除去85％以上的水分，而解析干燥阶段，则在升华干燥完成后，将剩余的那部分少量的吸附水(吸附在物料细胞壁和极性分子上、未冻结的水，一般点总含水量的10％左右)以蒸发的方式去除。冻干机是在低温下干燥的，不会使蛋白质产生变形，但可是微生物等失去生物活力，特别适用于热稳定性差的生物活性制品、生物化学类制品、基因工程类制品和血液制品等。
3.冻干机主要包括制冷系统、真空系统、循环系统、液压气动系统、cip/sip系统、控制系统等，其中，制冷系统是冻干机的核心，是冻干机的“心脏”部件，所以，制冷系统质量的好坏直接影响到冻干机系统运行的可靠性。冻干机中通常设置有冷阱，冷阱通过制冷，利用物理吸附吸收水汽，以达到制冷的效果。但在附图1所公开的现有常规技术中，冻干机所使用的制冷系统往往设置单膨胀阀节流，冷阱设置于硅油板换前端位置，制冷剂从低温压缩机流经节流阀节流进入冷阱中，再流向硅油板换后最终回到低温压缩机中。其缺点为制冷量较低，不足以满足制冷深度，同时为了满足后续硅油板换的制冷量，需要更大的高温压缩机、冷凝器及更大的低温压缩机和换热器，成本较高，设备选型占用较大空间，并且会导致日常耗电量的增加。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中的不足，提供一种冻干机制冷系统，通过将冷阱设置于硅油板换后方的位置、以及分别设置于硅油板换两侧的不完全节流第一膨胀阀与完全节流第二膨胀阀，控制制冷剂在第一连接管内的流量，使制冷量与制冷深度匹配，无需选择较大的制冷设备组件，设备整体体积较小、占用空间小，降低耗电量，有效节约成本，实用性强。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：一种冻干机制冷系统，包括冷阱和用于为冷阱制冷的制冷单元，所述制冷单元与冷阱通过第一连接管连通形成主循环回路，所述制冷单元包括第一压缩机、换热器和硅油板换，所述主循环回路依次由第一压缩机、换热器、第一膨胀阀、硅油板换、第二膨胀阀和冷阱串联组成，制冷剂可沿第一压缩机向换热器方向在所述主循环回路中通过第一连接管循环流动。
6.优选地，所述第一膨胀阀设为不完全节流，所述第二膨胀阀设为完全节流。
7.优选地，所述第一连接管包括第一支管和第二支管，所述第一膨胀阀、硅油板换和
第二膨胀阀间通过所述第一支管连通，所述第二膨胀阀、第一压缩机、换热器和第一膨胀阀间通过所述第二支管连通。
8.优选地，所述换热器的输入端与第一压缩机输出端连接，所述换热器的输出端与所述第一膨胀阀的输入端连接。
9.优选地，还包括用于为制冷单元预冷的预冷单元，预冷单元通过所述换热器与主循环回路连接。
10.优选地，所述预冷单元包括第二压缩机和冷凝器，第二压缩机和冷凝器通过第二连接管依次连通形成第一分支回路，第一分支回路上还设有连接于冷凝器输出端的第三膨胀阀，所述换热器通过第二连接管连接于第二压缩机与第三膨胀阀之间，制冷单元内的制冷剂与预冷单元内的制冷剂在换热器内进行换热。
11.优选地，还包括第二分支回路，所述第二分支回路通过所述硅油板换与主循环回路连接。
12.优选地，还包括供所述硅油板换内硅油流动的第三连接管，所述第二分支回路上设有通过第三连接管依次连通的水泵、加热器和隔板，所述硅油板换通过第三连接管连接于水泵与隔板之间。优选地，所述硅油板换的输入端与所述第一膨胀阀的输出端连接，所述硅油板换的输出端与所述第二膨胀阀的输入端连接。
13.优选地，所述冷阱的输入端与所述第二膨胀阀的输出端连接，所述冷阱的输出端与所述第一压缩机的输入端连接；
14.所述换热器为板式换热器。
15.本实用新型取得如下的有益效果：
16.(1)通过设置两个膨胀阀，将冷阱设置于硅油板换后方的位置、以及双膨胀阀分别设置于硅油板换两侧，实现制冷剂通过第一连接管在主循环回路中的循环流动，使制冷剂制冷量较高，解决了传统冻干机制冷量与制冷深度不匹配的问题，无需选择较大的制冷设备组件，令设备整体体积较小，降低耗电量，有效节约成本，且占用空间较小，具有实用性较强的效果。
17.(2)通过将第一膨胀阀设为不完全节流，控制第一连接管内流向硅油板换的制冷剂流通流量，使部分制冷剂流经硅油板换并汽化，再与硅油通过硅油板换进行换热，令制冷剂吸热制冷，均匀降温，实现较高的换热效率，降低耗电量，节约成本；第二膨胀阀设为完全节流，用于控制冷阱输入端第一连接管的开通与关闭，从而调节第一连接管内制冷剂的流通流量，使从硅油板换流向第二膨胀阀的液态制冷剂被完全节流，提高制冷剂的制冷量，以满足冷阱的制冷深度，为冷阱提供深冷制冷，从而解决了传统冻干机制冷量与制冷深度不匹配的问题，无需选择较大的制冷设备组件，令设备整体体积较小，降低耗电量，有效节约成本，且占用较小的空间。
18.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当
限定。在附图中：
20.图1为现有技术公开的冻干机制冷系统整体结构示意图。
21.图2为实施例公开的一冻干机制冷系统整体结构示意图。
22.图3为实施例公开的另一冻干机制冷系统整体结构示意图。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
29.如图2所示，作为本实用新型的实施例，公开了一种冻干机制冷系统，包括冷阱1和用于为冷阱1制冷的制冷单元2，冷阱1与制冷单元2通过第一连接管100连通形成主循环回路200，制冷单元2包括第一压缩机21、换热器22和硅油板换23，所述主循环回路200依次由
第一压缩机21、换热器22、第一膨胀阀4、硅油板换23、第二膨胀阀5和冷阱1串联组成，制冷剂可沿第一压缩机21向换热器22方向在主循环回路200中通过第一连接管100循环流动，第一压缩机21设为低温压缩机，为制冷剂在第一连接管100内的流通提供动力，第一膨胀阀4用于控制由第一压缩机21流向换热器22及由换热器22流向硅油板换23的制冷剂流通流量，使第一连接管100内的制冷剂流量分别与换热器22及硅油板换23的换热速率匹配，以实现较高的换热效率，降低耗电量，节约成本；第二膨胀阀5用于控制冷阱1输入端第一连接管100的开通与关闭，从而调节第一连接管100内制冷剂的流通流量，在本实施例中，换热器22选用板式换热器，板式换热器的厚度薄，总体重量较轻，具有传热效果好、换热效率高的特点，同时易于安装，占用空间较小，使冻干机设备整体体积较小，降低耗电量，具有实用性较强的效果，当然，在另一些实施例中，换热器也可以选用套管式换热器或其他类型的换热器，同样具有传热效果好、换热效率高的效果；第一连接管100内的制冷剂从低温的第一压缩机21流向换热器22后进入第一膨胀阀4，第一膨胀阀4用于控制制冷剂的流通流量，在本实施例中，第一膨胀阀4设为不完全节流，硅油板换23内装有作为传热介质的硅油，部分制冷剂流经硅油板换23并汽化，汽化后的制冷剂与硅油通过硅油板换23进行换热，从而使制冷剂吸热制冷，具有温降均匀的效果；汽液两态的制冷剂从硅油板换23中流向第二膨胀阀5，通过第二膨胀阀5将液态制冷剂完全节流，以满足冷阱的制冷深度，为冷阱提供深冷制冷后制冷剂再流回低温的第一压缩机21中；通过将冷阱设置于硅油板换23后方的位置、以及双膨胀阀分别设置于硅油板换两侧，实现制冷剂通过第一连接管100在主循环回路200中的循环流动，使制冷剂制冷量较高，解决了传统冻干机制冷量与制冷深度不匹配的问题，无需选择较大的制冷设备组件，令设备整体体积较小，降低耗电量，有效节约成本，且占用空间较小，具有实用性较强的效果。
30.在具体实施例中，第一膨胀阀4设为不完全节流，主循环回路200第一连接管100内的制冷剂可通过第一膨胀阀4的不完全节流控制流向硅油板换23的制冷剂流通流量，使第一连接管100内的制冷剂流量与硅油板换23的换热速率匹配，制冷剂以部分汽态部分液态的形式流经硅油板换23，汽态的制冷剂与硅油板换23内的硅油进行换热，从而令制冷剂吸热制冷，均匀降温，实现较高的换热效率，降低耗电量，节约成本；第二膨胀阀5设为完全节流，用于控制冷阱1输入端第一连接管100的开通与关闭，从而调节第一连接管100内制冷剂的流通流量，使从硅油板换23流向第二膨胀阀的液态制冷剂被完全节流，提高制冷剂的制冷量，以满足冷阱的制冷深度，为冷阱提供深冷制冷，从而解决了传统冻干机制冷量与制冷深度不匹配的问题，无需选择较大的制冷设备组件，令设备整体体积较小，降低耗电量，有效节约成本，且占用较小的空间。
31.如图3所示，在具体实施例中，第一连接管100包括第一支管101和第二支管102，第一膨胀阀4、硅油板换23和第二膨胀阀5间通过第一支管101连通，第二膨胀阀5、第一压缩机21、换热器22和第一膨胀阀4间通过第二支管102连通，制冷剂由第一压缩机21经第二支管102流出，通过第一膨胀阀4的不完全节流变换为汽液两态，再通过第一膨胀阀4与硅油板换23间的第一支管101流入硅油板换23中，实现与硅油的换热，从而达到吸热制冷的效果；冷阱通过第二支管102连接于第二膨胀阀5与第一压缩机21之间，低温的汽液两态制冷剂通过第一支管101流通时被第二膨胀阀5完全节流，以满足冷阱的制冷深度，达到为冷阱提供深冷制冷的效果；在本实施例中，第一支管101与第二支管102选用相同的铜材质制成，递温效
果及承压效果较好，还具有便于与各主要制冷部件紧密连接的效果，当然，在另一些实施例中，第一支管101与第二支管102也可以选用不同的材质制成，例如不锈钢材质，第一支管101应选用耐低温强度高于第二支管102的材质，也具有同样效果。
32.在具体实施例中，换热器22的输入端与第一压缩机21的输出端连接，换热器22的输出端与第一膨胀阀4的输入端连接，在本实施例中，换热器22选用板式换热器，板式换热器的厚度薄，总体重量较轻，具有传热效果好、换热效率高的特点，同时易于安装，占用空间较小，使冻干机设备整体体积较小，降低耗电量，具有实用性较强的效果，当然，在另一些实施例中，换热器也可以选用套管式换热器或其他类型的换热器，同样具有传热效果好、换热效率高的效果，制冷剂可通过第二支管102由第一压缩机21向换热器22方向流通，以实现对制冷剂的预冷，从而令温度较低的制冷剂再向第一膨胀阀4方向流通，有效提高制冷的效率，减小能量消耗。
33.如图2所示，在具体实施例中，冻干机制冷系统还包括预冷单元3，预冷单元3用于为制冷单元2预冷，预冷单元3通过换热器22与主循环回路200连接，制冷剂通过预冷单元3的预冷降低温度，低温的制冷剂再通过换热器22在主循环回路200内流通，经过第一膨胀阀4、硅油板换23和第二膨胀阀5实现对冷阱的深冷制冷，制冷效率较高，减小制冷系统各部件的能量消耗，具有节约资源的效果。
34.如图2-3所示，在具体实施例中，预冷单元3包括第二压缩机31和冷凝器32，第二压缩机31设为高温压缩机，第二压缩机31和冷凝器32通过第二连接管300依次连通形成第一分支回路400，第二压缩机31为制冷剂通过第一连接管100在第一分支回路400内的流通提供动力，第一分支回路400上还设有连接于冷凝器32输出端的第三膨胀阀6，换热器22通过第二连接管300连接于第二压缩机31与第三膨胀阀6之间，冷时，仅启动第二压缩机32，第二压缩机32将压缩后的汽态制冷剂送入冷凝器32中，冷凝器32将汽态的制冷剂转化为液态，通过连通的第二连接管300流入换热器22中，制冷单元2的制冷剂与预冷单元3的制冷剂在换热器22内进行热交换，预冷单元3的液态制冷剂吸热变成汽态制冷剂，再通过第二连接管300流回第二压缩机32中形成一个循环，实现对制冷单元2的制冷剂进行预冷，具有提高制冷效率的效果；第三膨胀阀6用于控制与冷凝器32连通的第二连接管300的开通与关闭，从而调节第二连接管300内制冷剂的流通流量，使第一分支回路400内的制冷剂与主循环回路200内的制冷剂流量匹配，便于制冷单元2的制冷剂与预冷单元3的制冷剂在换热器22内的换热，降低耗电量，节约成本。
35.如图2所示，在具体实施例中，冻干机制冷系统还包括第二分支回路500，第二分支回路500通过硅油板换23与主循环回路200连接，第二分支回路500用于供硅油流通，使硅油温度升高并作为传热介质，从而令通过第一膨胀阀4不完全节流的部分液态制冷剂与第二分支回路500内温度较高的硅油在硅油板换23内进行换热，以形成部分制冷剂的汽化形态，汽态制冷剂吸热制冷，同时令硅油板换中的硅油降温，形成硅油的循环流动，实现对冷阱的深冷制冷，制冷效率较高。
36.如图3所示，在具体实施例中，冻干机制冷系统还包括供硅油板23换内硅油流动的第三连接管600，第二分支回路500上设有通过第三连接管600依次连通的水泵231、加热器232和隔板233，硅油板换23通过第三连接管600连接于水泵231与隔板233之间，水泵231为第三连接管600内的硅油提供动力，使得硅油在第二分支回路500上流通，并经过加热器232
的加热达到令硅油温度升高的效果，以实现制冷剂通过硅油板换23与温度较高的硅油换热变换为汽态，汽态制冷剂吸热制冷从而为硅油降温，形成硅油的循环流动，实现对冷阱的深冷制冷，制冷效率较高；隔板233上可设置为硅油降温的冷凝器32，避免全部制冷剂转化为汽态，以实现与第二分支回路500上硅油换热的制冷剂具有汽液两种形态，汽态制冷剂吸热制冷，液态制冷剂被第二膨胀阀5完全节流，然后流回第一压缩机21中，满足冷阱的制冷深度，给冷阱提供深冷制冷，形成循环制冷模式，解决了传统冻干机制冷深度与制冷量不匹配的问题。
37.如图2-3所示，在具体实施例中，硅油板换23的输入端与第一膨胀阀4的输出端连接，硅油板换23的输出端与第二膨胀阀5的输入端连接，使制冷剂可通过第一支管101由第一膨胀阀4向硅油板换23方向流通，以实现制冷剂与硅油板换23内的硅油进行换热，转化为汽液两态，汽态制冷剂吸热制冷，液态制冷剂被第二膨胀阀5完全节流，然后流回第一压缩机21中，满足冷阱的制冷深度，给冷阱提供深冷制冷，形成循环制冷模式，提高制冷量，解决了传统冻干机制冷深度与制冷量不匹配的问题。
38.在具体实施例中，冷阱1的输入端与第二膨胀阀5的输出端连接，冷阱1的输出端与第一压缩机21的输入端连接，制冷剂在第一压缩机21提供的动力下可通过第二支管102由第二膨胀阀5向第一压缩机21方向流通，以实现流经制冷单元3后的制冷剂流回第一压缩机21中，令制冷剂在第一连接管100内循环流通，形成循环制冷模式，提高制冷量，达到为冷阱不断提供深冷制冷的效果；在本实施例中，换热器22选用板式换热器，板式换热器的厚度薄，总体重量较轻，具有传热效果好、换热效率高的特点，同时易于安装，占用空间较小，使冻干机设备整体体积较小，降低耗电量，具有实用性较强的效果，当然，在另一些实施例中，换热器也可以选用套管式换热器或其他类型的换热器，同样具有传热效果好、换热效率高的效果。
39.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
40.总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。