一种冻干机系统的制作方法

1.本技术涉及制药设备技术领域，特别涉及一种冻干机系统。


背景技术：

2.冻干机中的循环系统包括制冷系统、加热系统。制冷系统又包括冷阱制冷和冻干箱内的板层制冷两部分。目前冷阱-70℃左右的实验型冻干机制冷方式主要有两种，一种采用双级制冷方式，另一种采用双机复叠制冷方式。其中双级制冷又分为单机双级压缩制冷和双机双级制冷。对于单机双级制冷，制冷压缩机功率较大，成本较高。双机双级制冷管路连接复杂，且如果两台压缩机中有一台出现故障，系统将停止运行，风险较大。低温运行时，双级制冷的制冷效率也比较低。对于双机复叠制冷，也同样存在管路连接和电气控制方式复杂，成本高，故障率高的缺点。如何简化冻干机结构，提高冻干机系统的可靠性成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
3.申请内容
4.本技术的目的是提供一种冻干机系统，该冻干机系统能够实现-70℃温区的冻干，且简化了系统结构，降低了系统成本，提高了系统运行稳定性。
5.为实现上述目的，本技术提供一种冻干机系统，包括单机自复叠循环制冷模块、冷阱、冻干箱和导热油循环换热模块；所述冷阱设有套管式盘管、所述冻干箱设有串接于所述导热油循环换热模块且用于换热的板层，所述导热油循环换热模块设有可控制启停的加热模块；所述单机自复叠循环制冷模块和所述导热油循环换热模块分别连接所述套管式盘管的内层管和外层管。
6.可选地，所述单机自复叠循环制冷模块的循环冷媒包括第一冷媒和第二冷媒，所述第一冷媒的沸点高于所述第二冷媒；
7.所述单机自复叠循环制冷模块包括压缩机、冷凝器、连接所述冷凝器的出口和压缩机的入口且用于将液态的第一冷媒和气态的第二冷媒分离的回热分离器，连接所述回热分离器且用于实现液态的所述第一冷媒蒸发冷却气态的所述第二冷媒的板式换热器，所述回热分离器内设有连接所述板式换热器的第一冷媒出口和所述压缩机的入口的换热盘管；所述回热分离器和所述板式换热器的第一冷媒入口之间连接第一节流元件，所述板式换热器的第二冷媒出口连接所述外层管。
8.可选地，所述导热油循环加热模块连接所述内层管，所述单机自复叠循环制冷模块连接所述外层管。
9.可选地，所述回热分离器的底部设有供液态的第一冷媒经所述第一节流元件流向所述板式换热器的第一侧的第一出口，所述回热分离器的顶端设有供气态的第二冷媒流向所述板式换热器的第二侧的第二出口；所述第一出口连接所述第一节流元件，还包括开关电磁阀、膨胀容器和毛细管，所述开关电磁阀设于所述回热分离器的第二出口和所述膨胀容器之间，所述毛细管设于所述膨胀容器和所述压缩机的冷媒入口之间。
10.可选地，所述第二冷媒出口连接储液器，所述储液器连接回热器；所述回热器设有
相互连通的气侧入口和气侧出口、以及相互连通的液侧入口和液侧出口，所述液侧入口连接所述储液器的出口，所述液侧出口经节流组件连接所述外层管的一端，所述气侧入口连接所述外层管的另一端，所述气侧出口连接所述板式换热器的第一侧。
11.可选地，所述加热模块为电加热器，所述导热油循环换热模块包括循环泵，连接所述循环泵、所述板层和所述电加热器的第一回路，连接所述第一回路和所述内层管的第二回路；所述第一回路设有第二电磁阀，所述第二回路设有第三电磁阀。
12.可选地，所述节流组件包括并联设置的第一节流支路和第二节流支路，所述第一节流支路设有第二节流元件，所述第二节流支路设有第三节流元件和第三电磁阀。
13.可选地，所述压缩机的出口和所述冷凝器的入口之间设置油分离器。
14.相对于上述背景技术，本技术所提供的冻干机系统采用单机自复叠制冷模块作为制冷模块，采用单台压缩机单级制冷即能满足-70℃温区的制冷需求，且在系统运行时，利用单机自复叠循环制冷模块即能实现对冷阱降温，利用单机自复叠循环制冷模块、套管式盘管和导热油循环换热模块即能同时对冻干箱制冷，导热油循环模块和加热模块还能用于对冷阱和冻干箱控温，简化了系统结构，降低了故障概率，节约了系统成本。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
16.图1为本技术实施例所提供的冻干机系统的系统图。
17.其中：
18.1-压缩机、2-油分离器、3-冷凝器、4-回热分离器、5-第一节流元件、6-储液器、7-第二电磁阀、8-电加热器、9-循环泵、10-第一电磁阀、11-冻干箱、12-板层、13-冷阱、14-套管式盘管、15-第二节流元件、16-第三节流元件、17-第三电磁阀、18-回热器、19-板式换热器、20-开关电磁阀、21-膨胀容器、22-毛细管。
具体实施方式
19.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。
21.请参考图1，图1为本技术实施例所提供的冻干机系统的系统图。
22.本技术提供的冻干机系统采用单机自复叠制冷模块作为制冷模块，满足-70℃温区的制冷需求，且在系统运行时，利用单机自复叠循环制冷模块、套管式盘管14和导热油循环换热模块即能同时对冷阱13和冻干箱11制冷，导热油循环模块和加热模块还能用于对冷阱13和冻干箱11控温，系统结构简单，只需一台压缩机1即能维持系统运行，降低了系统成
本，提高了系统运行稳定性。
23.为实现上述目的，本技术实施例提供一种冻干机系统，包括单机自复叠循环制冷模块、冷阱13、冻干箱11和导热油循环换热模块，单机自复叠循环制冷模块则包括压缩机1、冷凝器3、回热分离器4、储液器6、板式换热器19、开关电磁阀20、膨胀容器21、毛细管22和回热器18，具体连接管路结构参考图1，还可根据需要在压缩机1和冷凝器3之间连接油分离器2，避免润滑油脂堵塞单机自复叠循环制冷模块的节流元器件。单机自复叠循环制冷模块的循环冷媒为混合冷媒，以两种冷媒为例，分别定义为第一冷媒和第二冷媒，且第一冷媒的沸点高于第二冷媒。当第一冷媒和第二冷媒进入经过压缩机1后形成高温高压的气态冷媒，在冷凝器3内降温形成气液两相流，经回热分离器4分离液态的第一冷媒和气态的第二冷媒，并借助液态的第一冷媒节流蒸发在板式换热器19处吸热使得气态的第二冷媒液化，以便液态的第二冷媒在冷阱13和冻干箱11处蒸发吸热达到-70℃左右，实现低温冷却。
24.回热分离器4设有连接压缩机1的混合冷媒入口，底端设有供液态第一冷媒流出的第一出口，顶端设有供气态第二冷媒流出的第二出口，板式换热器19具有一次侧和二次侧，一次侧用来通入液态第一冷媒并使液态第一冷媒蒸发，二次侧用来通入气态第二冷媒并使气态第二冷媒液化。为了促进液态第一冷媒在板式换热器19的一次侧蒸发，回热分离器4的第一出口和板式换热器19的第一冷媒入口之间连接第一节流元件5。此外，回热分离器4的内部设有换热盘管，板式换热器19的第一冷媒出口流出的第一冷媒在换热盘管内对回热分离器4顶端流出的、气态的第二冷媒进行换热冷却，换热盘管流出的第一气态冷媒再次进入压缩机1；回热分离器4的第二出口连接开关电磁阀20-膨胀容器21-毛细管22，毛细管22连接压缩机1的冷媒入口，膨胀容器21用来存储第二冷媒，并经毛细管22向压缩机1输送第二冷媒。通过回热分离器4分离液态第一冷媒和气态第二冷媒，利用液态第一冷媒节流蒸发并在板式换热器19内与气态第二冷媒换热，促使气态第二冷媒液化，从而使第二冷媒蒸发时使冷阱13和冻干箱11达到更低的低温。
25.冷阱13内设有套管式盘管14，冻干箱11内设有板层12，套管式盘管14包括内层管和外层管，内层管用来和导热油循环加热模块连通，供导热油流动，外层管则练级液态第二冷媒，供液态第二冷媒蒸发，外层管的出口流出的气态第二冷媒直接或间接地流回膨胀容器21。导热油循环制冷模块包括循环泵9、加热模块如电加热器8、连接在循环泵9、板层12、电加热器8之间的第一回路，连接在第一回路和内层管的两端之间的第二回路。第一回路设置第一电磁阀10，第二回路设置第二电磁阀7，第二回路连接第一回路的两端分别第一电磁阀10的两侧，以便借助第一电磁阀10和第二电磁阀7控制导热油在冻干箱11、及冻干箱11和冷阱13的循环。
26.单机自复叠循环制冷模块还包括回热器18和节流组件，液态的第二冷媒通过回热器18和节流组件与套管式盘管14换热，对冷阱13冷却，同时通过导热油的循环对冻干箱11冷却。电加热器8可根据需要启停，调节冷阱13和冻干箱11的温度。具体而言，回热器18包括能热传导连接的气侧和液侧，气侧设有气侧入口和气侧出口，液侧设有液侧入口和液侧出口。液侧入口连接板式换热器19的第二冷媒出口，如存在储液器6时则连接储液器6的出口，液侧出口连接外层管的一端，气侧入口连接外层管的另一端，气侧出口则可连接在板式换热器19的第一冷媒入口或第一冷媒出口，利用气态的第二冷媒(少量液态)和流向外层管的液态第二冷媒换热，增加节流前的液态第二冷媒的过冷度。节流组件包括并联连接在液侧
出口和外层管一端的第一节流支路和第二节流支路，第一节流支路设置第二节流元件15，第二节流支路设有第三节流元件16和第三电磁阀17，可根据冷阱13和冻干箱11的冷却需求开启或关闭第三电磁阀17，调节外层管中第二冷媒的流量。
27.上述冻干机系统的工作过程如下：
28.单机自复叠制冷模块制冷过程：压缩机1启动，开关电磁阀20关闭，混合冷媒(第一冷媒和第二冷媒)从膨胀容器21中经毛细管22被缓慢吸入压缩机1，高温高压的混合冷媒从压缩机1中排出，经油分离器2去除大部分的冷冻油，在冷凝器3中降温后形成气液两相流进入回热分离器4，混合冷媒中大部分液态第一冷媒进入回热分离器4底部，大部分气态第二冷媒从回热分离器4顶部流出，回热分离器4内部的换热盘管可对流经的第二冷媒进行降温，使第二冷媒浓度增加，减小其节流后的温度滑移。从回热分离器4底部流出的液态第一冷媒经第一节流元件5节流蒸发后，与第二冷媒换热，在板式换热器19中对气态第二冷媒降温，第二冷媒被冷凝为液态进入储液器6中，在经过第二节流元件15或第三节流元件16节流蒸发后进入回热器18对节流前的第二冷媒进行过冷，使过冷后的第二冷媒温度更低。回热器18流出的气态第二冷媒依次在板式换热器19和回热分离器4中换热后返回压缩机1。系统停机后压缩机1停止运行，开关电磁阀20打开，混合制冷剂流回膨胀容器21。
29.板层12降温阶段：板层12降温阶段开始后，第二电磁阀7打开，第一电磁阀10关闭，电加热器8不启动，循环泵9启动，导热油依次流经循环泵9、电加热器8、第二电磁阀7、套管式盘管14的内层管，板层12。板层12降温阶段系统所需冷量比较大，所需制冷剂流量大，第三电磁阀17打开，回热器18的液侧出口流出的液态第二冷媒经第二节流元件15和第三节流元件16节流，在套管式盘管14的外层管内蒸发，同时对冷阱13和导热油进行降温，循环导热油携带冷量对板层12进行降温。
30.板层控温阶段及冷阱13持续降温阶段：第二电磁阀7关闭，第一电磁阀10打开，导热油依次流经循环泵9、电加热器8、第一电磁阀10，板层12。此时系统所需冷量变小，第三电磁阀17关闭，第二冷媒经第三节流元件16节流后继续对套管式盘管14的内层管内的导热油进行降温，同时对冷阱13进行降温。当板层12温度低于设定值时，电加热器8启动，对循环导热油进行加热，当板层12温度高于设定值时，第二电磁阀7开启，套管式盘管14中的过冷导热油与第一电磁阀10后的导热油合流进入板层12降温，这种板层12降温趋势比较线性，温度波动小。此过程同时满足了板层12控温及冷阱13持续降温的要求。
31.板层12升温阶段：第二电磁阀7关闭，第一电磁阀10打开，导热油依次流经循环泵9、电加热器8、第一电磁阀10，板层12。第三电磁阀17关闭，第二冷媒经第三节流元件16节流后持续对套管式盘管14内的导热油进行降温，同时对冷阱13进行降温。电加热器8启动，对循环导热油进行加热，板层12持续升温。
32.化霜阶段：冻干完成后，制冷系统停止运行，开关电磁阀20打开，混合制冷剂流回膨胀容器21，第二电磁阀7打开，第一电磁阀10关闭，循环泵9启动，导热油依次流经循环泵9、电加热器8、第二电磁阀7，板层12。电加热器8启动，对循环导热油进行加热，导热油升温后，附着在套管式盘管14上的冰霜融化，同时加速了套管式盘管14的外层管内残留液态制冷剂得蒸发。
33.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的
关系或者顺序。
34.以上对本技术所提供的冻干机系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。