專利名稱：一種對凍干機余熱進行回收和利用的系統及回收利用方法
技術領域：
本發明涉及一種對凍干機運行中需要排放的熱量即余熱進行回收并利用的系統及采用該系統對所需排放熱量進行回收和利用的方法。
背景技術：
真空冷凍干燥的工藝特點就是將冷凍成固態的物品在真空環境下，升華掉物品中的水份而最終使物品干燥，而升華的水份，轉移到冷阱盤管上重新凝華為冰。這一特點決定了 凍干機為冷凍物品或凝華水份必須配置相應 的制冷壓縮機，而制冷壓縮機在運行中必然持續排出大量的熱量，而冷阱盤管上所凝華的冰也必然需要大量的熱量來融化后排放掉。目前，市場上所公開的含有制冷系統、融霜系統的凍干機，其原理圖如圖I所示，其制冷系統的冷阱盤管降溫回路主要含有制冷壓縮機I、冷凝器2、節流閥3、冷阱盤管4，融霜系統主要含有融霜閥5、冷阱6及冷阱排出閥7，凍干機制冷系統中壓縮機排出的是含有很高熱量的高溫高壓蒸汽，通過冷凝器將熱量排掉；凍干機冷阱需要融霜時，打開融霜系統的融霜閥，向冷阱內放入融霜水或融霜蒸汽，將冷阱盤管上的冰溶解，最后通過冷阱排出閥將冷阱內的剩余水排出冷阱。凍干機在冷凍干燥過程中，冷阱需要連續捕捉升華產生水蒸氣，所以制冷壓縮機始終連續運行，直至干燥過程結束；制冷壓縮機的排氣熱量始終通過冷凝器向外排放，該熱量沒有被利用而白白浪費；冷阱捕獲的冰在每個凍干批次后都需要融冰，融冰又需要大量的高溫的融霜水或融霜蒸汽。這種運行的結果是一方面，制冷壓縮機的排氣熱量被全部浪費；另一方面，制備融霜水或融霜蒸汽以及為升華提供必要的熱量的電加熱器又要大量消耗能源；凍干機過大的能源消耗造成了凍干物品的凍干成本過高和能源的嚴重浪費。
發明內容
為克服現有的凍干機能耗過高且能源浪費嚴重的不足，本發明想提供一種對凍干機余熱進行回收和利用的系統，在凍干機上采用該系統，不僅能夠穩定吸收、儲存凍干機運行過程中制冷壓縮機排出的熱量，而且還能將該熱量應用于融霜系統的融冰，從而減少能源損耗，降低凍干成本；本發明同時還想提供一種利用該系統對凍干機余熱進行回收和利用的方法。為實現本發明的上述目的，本發明采用了同一發明構思的二種技術方案來實現，第一種技術方案是一種對凍干機余熱進行回收和利用的系統，包括含有制冷壓縮機、冷凝器、節流閥及冷阱盤管的制冷系統，含有融霜閥、冷阱及冷阱排出閥的融霜系統，其特征是采用一個儲熱系統，該儲熱系統含有通過管道相接的儲水箱、水箱溢流口、壓縮機高溫換熱器、儲熱循環泵、水壓調節閥，水箱溢流口設置于儲水箱的融霜水溢流處，儲熱循環泵既與壓縮機高溫換熱器相連接，又與儲水箱相連接，水壓調節閥既與壓縮機高溫換熱器相連接，又與儲水箱相連接，系統內注有融霜水；儲熱系統通過壓縮機高溫換熱器與制冷系統的冷凝器及制冷壓縮機相連接，壓縮機高溫換熱器內的融霜水吸收制冷壓縮機排出的熱量后，通過水壓調節閥進入儲水箱內；融霜系統的融霜閥與儲熱系統中的水壓調節閥和儲熱循環泵之間的管道相連接，儲熱系統內的融霜水通過融霜閥進入融霜系統內，在儲水箱與融霜系統的冷阱、冷阱排出閥之間設有融霜水回收閥，儲水箱通過融霜水回收閥回收融霜系統排出的水。在上述的技術方案中，本發明可在儲水箱與融霜水回收閥之間設一融霜水回收泵，儲水箱通過融霜水回收泵及融霜水回收閥回收融霜系統排出的水，達到儲水箱高位放置時融霜水的重復利用。與本發明上述對凍干機余熱進行回收和利用的系統屬于一個總的發明構思的第二種技術方案為一種對凍干機余熱進行回收和利用的系統，包括含有制冷壓縮機、冷凝器、節流閥及冷阱盤管的制冷系統，含有融霜閥、冷阱及冷阱排出閥的融霜系統，其特征是采用一個儲熱系統，該儲熱系統含有通過管道相接的儲水箱、水箱溢流口、壓縮機高溫換熱器、儲熱循環泵，水箱溢流口設置于儲水箱的融霜水溢流處，儲熱循環泵既與壓縮機高溫換熱器相連接，又與儲水箱相連接，壓縮機高溫換熱器與儲水箱相連接，系統內注有融霜水；儲熱系統通過壓縮機高溫換熱器與制冷系統的冷凝器及制冷壓縮機相連接，壓縮機高溫換熱器內的融霜水吸收制冷壓縮機排出的熱量后，通過管道進入儲水箱內；儲熱系統的儲水箱通過余熱利用循環泵與融霜系統的融霜閥相連接，儲熱系統內的融霜水通過余熱利用循環泵及融霜閥進入融霜系統的冷阱內，在儲水箱與融霜系統的冷阱、冷阱排出閥之間設有融霜水回收閥，儲水箱通過融霜水回收閥回收融霜系統排出的水。在上述的第二種技術方案中，本發明也可在儲水箱與融霜水回收閥之間設一融霜水回收泵，儲水箱通過融霜水回收泵及融霜水回收閥回收融霜系統排出的水，達到儲水箱高位放置時融霜水的重復利用。從以上敘述中可以看出，所述的對凍干機余熱回收和利用的系統，利用儲熱系統對凍干機制冷系統的壓縮機余熱進行回收，用融霜系統對儲熱系統回收的余熱進行利用。利用儲熱系統對凍干機制冷系統的壓縮機余熱進行回收，形成了壓縮機余熱回收系統；用融霜系統對儲熱系統回收的余熱進行利用，形成了冷阱融霜余熱利用系統。為便于理解本發明，將所述的凍干機余熱回收和利用的系統分述如下
利用儲熱系統對凍干機制冷系統的壓縮機余熱進行回收，所形成的壓縮機余熱回收系統含有二種第一種是含有儲水箱、壓縮機高溫換熱器、儲熱循環泵、水壓調節閥，儲熱循環泵既與壓縮機高溫換熱器相連接，又與儲水箱連接，壓縮機高溫換熱器既與儲熱循環泵相連接，又與水壓調節閥相連接，水壓調節閥既與壓縮機高溫換熱器相連接，又與儲水箱相連接，同時，壓縮機高溫換熱器與制冷系統的冷凝器及制冷壓縮機相連接，系統內部充注融霜水，各部件之間通過管道相連接；第二種是含有儲水箱、壓縮機高溫換熱器、儲熱循環泵，儲熱循環泵既與壓縮機高溫換熱器相連接，又與儲水箱連接，壓縮機高溫換熱器與儲水箱相連接，同時，壓縮機高溫換熱器與制冷系統的冷凝器及制冷壓縮機相連接，系統內部充注融霜水，各部件之間通過管道相連接。用融霜系統對儲熱系統回收的余熱進行利用，所形成的冷阱融霜余熱利用系統在壓縮機余熱回收系統的基礎上，融霜系統的融霜閥與儲熱系統相連接，為重復利用融霜水，儲熱系統的儲水箱通過管道及融霜水回收閥與融霜系統相連接，融霜水回收閥一端連接于融霜系統的冷阱和冷阱排出閥之間，另一端與儲水箱相連接，為方便融霜水的回收，可在融霜水回收閥和儲水箱之間設置一融霜水回收泵，各部件之間通過管道相連接。融霜閥與儲熱系統相連接的連接方式，可根據壓縮機余熱回收系統的設置，第一種是采用融霜系統的融霜閥與儲熱系統中的水壓調節閥和儲熱循環泵之間的管道相連接，第二種是融霜閥通過余熱利用循環泵與儲水箱相連接。一種利用對凍干機余熱進行回收和利用的系統對凍干機余熱進行回收利用的方法，其特征是當制冷壓縮機運轉且儲熱系統內融霜水的溫度低于制冷壓縮機排氣溫度時，開啟儲熱系統的儲熱循環泵，利用儲熱系統的壓縮機高溫換熱器回收、儲存制冷系統中的制冷壓縮機的排氣熱量；當冷阱需要除霜時，連通儲熱系統與融霜閥，融霜水注入冷阱，開啟融霜水回收閥，冷阱內的融霜水回到儲熱系統的儲水箱，利用融霜水循環完成冷阱融霜。所述的連通儲熱系統與融霜閥的方法，可根據儲熱系統與融霜閥之間的連接方式而定，當融霜系統的融霜閥與儲熱系統中的水壓調節閥和儲熱循環泵之間的管道相連接時，連通儲熱系統與融霜閥的方法為開啟儲熱系統的儲熱循環泵以及融霜閥，當儲熱系統的儲水箱通過余熱利用循環泵與融霜系統的融霜閥相連接時，連通儲熱系統與融霜閥的方法為開啟余熱利用循環泵及融霜閥。凍干機采用本發明的系統，不僅能夠穩定吸收、儲存凍干機制冷系統中制冷壓縮機的排氣熱量，而且能將吸收、儲存的熱量應用于融霜系統的冷阱除霜。本發明充分利用了凍干機運行過程中排放的熱量，使其自身達到了廢物再利用的效果，大大地節約了能源，不僅如此，由于融霜水的重復利用，減少了融霜水的消耗，節約了水，從而降低了物品的凍干成本，其結構設計合理，簡單、使用方便。
圖I為現有技術中的凍干機原理示意圖。圖2為本發明第一種實施例的原理示意圖。圖3為本發明第二種實施例的原理示意圖。圖4為本發明第三種實施例的原理示意圖。
具體實施例方式 下面結合附圖和具體實施的例子對本發明做進一步詳細的描述，然而所述的實施例不應以限制的方式解釋。從圖2給出的系統原理圖中可以看出，它是 在含有制冷系統(含有制冷壓縮機I、冷凝器2、節流閥3、冷阱盤管4)、融霜系統(含有融霜閥5、冷阱6及冷阱排出閥7)的凍干機中，采用一個儲熱系統，該儲熱系統含有通過管道連接的儲水箱9、水箱溢流口 8、儲熱循環泵10、壓縮機高溫換熱器11、水壓調節閥12，水箱溢流口 8設置于儲水箱9的融霜水溢流處，用于排出進入儲水箱9內多余的融霜水，儲熱循環泵10既與壓縮機高溫換熱器11相連接，又與儲水箱9相連接，水壓調節閥12既與壓縮機高溫換熱器11相連接，又與儲水箱9相連接，系統內注有融霜水；儲熱系統通過壓縮機高溫換熱器11與制冷系統的冷凝器2及制冷壓縮機I相連接，壓縮機高溫換熱器11內的融霜水吸收制冷壓縮機I排出的熱量后，通過水壓調節閥12進入儲水箱9內；融霜系統的融霜閥5與儲熱系統中的高溫換熱器11和水壓調節閥12之間的管道c處相連接，儲熱系統內的熱融霜水通過融霜閥5進入融霜系統內，在儲水箱9與融霜系統的冷阱6、冷阱排出閥7之間設有融霜水回收閥14及融霜水回收泵13，儲水箱9通過融霜水回收閥14及融霜水回收泵13回收融霜系統排出的冷水。從圖3給出的本發明第二種實施例的原理示意圖中可以看出，它與圖2的第一種實施例的區別在于它是將儲熱循環泵10和壓縮機高溫換熱器11之間的管道作為熱水供應點，將融霜閥5接入儲熱循 環泵10和壓縮機高溫換熱器11之間的管道上。對于余熱利用，圖2中所示的融霜閥5與儲熱系統中的壓縮機高溫換熱器11和水壓調節閥12之間的管道c處相連接的方式，是一種最佳的連接方式，還可以將儲熱系統中的儲熱循環泵10和水壓調節閥12之間的任何位置的管道作為熱水供應點，例如圖3中所示的將儲熱循環泵10和壓縮機高溫換熱器11之間的管道作為熱水供應點，將融霜閥5接入儲熱循環泵10和壓縮機高溫換熱器11之間的管道上。從圖4給出的實施例中可以看出，它是在含有制冷系統(含有制冷壓縮機I、冷凝器2、節流閥3、冷阱盤管4)、融霜系統(含有融霜閥5、冷阱6及冷阱排出閥7)的凍干機中，采用一個儲熱系統，該儲熱系統含有通過管道連接的儲水箱9、水箱溢流口 8、儲熱循環泵10、壓縮機高溫換熱器11，水箱溢流口 8設置于儲水箱9的融霜水溢流處，儲熱循環泵10既與壓縮機高溫換熱器11相連接，又與儲水箱9相連接，壓縮機高溫換熱器11與儲水箱9相連接，系統內注有融霜水；儲熱系統通過壓縮機高溫換熱器11與制冷系統的冷凝器2及制冷壓縮機I相連接，壓縮機高溫換熱器11內的融霜水吸收制冷壓縮機I排出的熱量后，通過管道進入儲水箱9內；余熱利用循環泵15的進水口與儲水箱9相連接，余熱利用循環泵15的出水口與融霜閥5相連接，采用余熱利用循環泵15從儲熱系統的儲水箱9中直接泵水應用于融霜系統中，儲熱系統內的熱融霜水通過余熱利用循環泵15及融霜閥5進入到融霜系統的冷阱6內，在儲水箱9與融霜系統的冷阱6、冷阱排出閥7之間設有融霜水回收閥14及融霜水回收泵13，儲水箱9通過融霜水回收閥14及融霜水回收泵13回收融霜系統排出的冷水。采用本發明的對凍干機余熱進行回收和利用的系統對凍干機余熱進行回收利用的方法為當制冷壓縮機I運轉且儲熱系統內融霜水的溫度低于制冷壓縮機I排氣溫度時，開啟儲熱系統的儲熱循環泵10，融霜水在儲熱循環泵10的作用下，利用儲熱系統的壓縮機高溫換熱器11連續吸收、儲存制冷系統中的制冷壓縮機I的排氣熱量后，通過圖2或圖3所示的水壓調節閥27或直接通過圖4所示的管道回到儲水箱9內；當冷阱需要除霜時，連通儲熱系統與融霜閥5，具體如下①、如果融霜系統中的融霜閥5與儲熱循環泵10和水壓調節閥12之間的管道相連接時，開啟儲熱系統的儲熱循環泵10，由于水壓調節閥12的作用，管道內的融霜水保持在一定壓力下，使儲熱系統內的融霜水處于備用的狀態，控制融霜系統的融霜閥5，使融霜水進入冷阱6并噴灑在冷阱盤管4上，當冷阱內融霜水水位到達設定的融霜水回收最低水位時，控制融霜水回收閥14和融霜水回收泵13，將冷阱內的融霜水泵回儲水箱9內，這樣使融霜水在融霜系統和儲熱系統內循環進行融霜，完成融霜后，關閉融霜閥5及儲熱循環泵10，融霜水回收泵13將冷阱6內殘留的融霜水抽至設定的融霜水回收最低水位后關閉，打開冷阱排出閥7，將融霜水回收泵13及融霜水回收管道內殘余的融霜水排空后，各相關閥關閉完成融霜、如果融霜系統中的融霜閥5通過余熱利用循環泵15連接到儲水箱9時，開啟余熱利用循環泵15，同時，控制融霜系統的融霜閥5，使融霜水進入冷阱6并噴灑在冷阱盤管4上，當冷阱內融霜水水位到達設定的融霜水回收最低水位時，控制融霜水回收閥14和融霜水回收泵13，將冷阱內的融霜水泵回儲水箱9，這樣使融霜水在融霜系統和儲熱系統內循環進行融霜，完成融霜后，關閉融霜閥5及余熱利用循環泵15，融霜水回收泵13將冷阱6內殘留的除霜水抽至設定的融霜水回收最低水位后關閉，打開冷阱排出閥7，將融霜水回收泵13及融霜水回收管道內殘余的融霜水排空后，各相關閥關閉完成融霜。本發明所述的水壓調節閥為一市場上購得的水壓調節單向閥，其作用是使壓縮機高溫換熱器與水壓調節閥之間管道內的融霜水保持在所需的水壓上。本發明所述的其它各個部件也為市場上直接購得的部件，它們之間的連接方法，皆為本領域內的普通專業技術人員所共知的常識，這里就不再敘述。本發明所述技術方案不僅可以單機應用，也同時可以多臺凍干機公用一套儲熱系統，形成儲熱站復合應用。 按照本發明，除了可廣泛應用到凍干機的生產中，還可以對現有的凍干機進行技術改造，以達到節能增效的目的。
權利要求
1.一種對凍干機余熱進行回收和利用的系統，包括含有制冷壓縮機(I)、冷凝器(2)、節流閥(3)及冷阱盤管(4)的制冷系統，含有融霜閥(5)、冷阱(6)及冷阱排出閥(7)的融霜系統，其特征是采用一個儲熱系統，該儲熱系統含有通過管道相接的儲水箱(9)、水箱溢流口(8)、壓縮機高溫換熱器(11)、儲熱循環泵(10)、水壓調節閥(12)，水箱溢流口(8)設置于儲水箱(9)的融霜水溢流處，儲熱循環泵(10)既與壓縮機高溫換熱器(11)相連接，又與儲水箱(9)相連接，水壓調節閥(12)既與壓縮機高溫換熱器(11)相連接，又與儲水箱(9)相連接，系統內注有融霜水；儲熱系統通過壓縮機高溫換熱器(11)與制冷系統的冷凝器(2)及制冷壓縮機(I)相連接；融霜系統的融霜閥(5)與儲熱系統中的水壓調節閥(12)和儲熱循環泵(10)之間的管道相連接，在儲水箱(9)與融霜系統的冷阱(6)、冷阱排出閥(7)之間設有融霜水回收閥(14)。
2.一種對凍干機余熱進行回收和利用的系統，包括含有制冷壓縮機(I)、冷凝器(2)、節流閥(3)及冷阱盤管(4)的制冷系統，含有融霜閥(5)、冷阱(6)及冷阱排出閥(7)的融霜系統，其特征是采用一個儲熱系統，該儲熱系統含有通過管道相接的儲水箱(9)、水箱溢流口(8)、壓縮機高溫換熱器(11)、儲熱循環泵(10)，水箱溢流口(8)設置于儲水箱(9)的融霜水溢流處，儲熱循環泵(10)既與壓縮機高溫換熱器(11)相連接，又與儲水箱(9)相連接，壓縮機高溫換熱器(11)與儲水箱(9)相連接，系統內注有融霜水；儲熱系統通過壓縮機高溫換熱器(11)與制冷系統的冷凝器(2)及制冷壓縮機(I)相連接；儲熱系統的儲水箱(9)通過余熱利用循環泵(15)與融霜系統的融霜閥(5)相連接，在儲水箱(9)與融霜系統的冷阱(6)、冷阱排出閥(7)之間設有融霜水回收閥(14)。
3.按照權利要求I或2所述的對凍干機余熱進行回收和利用的系統，其特征為在儲水箱(9)與融霜水回收閥(14)之間設一融霜水回收泵(13)。
4.一種利用權利要求I或2所述的系統對凍干機余熱進行回收利用的方法，其特征是當制冷壓縮機(I)運轉且儲熱系統內融霜水的溫度低于制冷壓縮機(I)的排氣溫度時，開啟儲熱系統的儲熱循環泵(10)，利用儲熱系統的壓縮機高溫換熱器(11)回收、儲存制冷系統中的制冷壓縮機(I)的排氣熱量；當冷阱(6)需要除霜時，連通儲熱系統與融霜閥(5)，融霜水注入冷阱(6)，開啟融霜水回收閥(14)，冷阱(6)內的融霜水回到儲熱系統的儲水箱(9),利用融霜水循環完成冷阱融霜。
5.按照權利要求4所述的對凍干機余熱進行回收利用的方法，其特征為所述的連通儲熱系統與融霜閥(5)的方法，當融霜系統的融霜閥(5)與儲熱系統中的水壓調節閥(12)和儲熱循環泵(10)之間的管道相連接時，連通儲熱系統與融霜閥(5)的方法為開啟儲熱系統的儲熱循環泵(10)以及融霜閥(5)，當儲熱系統的儲水箱(9)通過余熱利用循環泵(15)與融霜系統的融霜閥(5)相連接時，連通儲熱系統與融霜閥(5)的方法為開啟余熱利用循環泵(15)及融霜閥(5)。
全文摘要
一種對凍干機余熱進行回收和利用的系統和回收利用方法，它是在含有制冷系統、融霜系統的凍干機中，采用一個含有儲水箱(9)、水箱溢流口(8)、壓縮機高溫換熱器(11)、儲熱循環泵(10)等部件的儲熱系統，儲熱循環泵分別與壓縮機高溫換熱器及儲水箱相連接，壓縮機高溫換熱器與儲水箱相連接，儲熱系統通過壓縮機高溫換熱器與制冷系統的冷凝器及制冷壓縮機相連接，吸收制冷壓縮機排出的熱量，與融霜系統的融霜閥相連接，將熱量提供給融霜系統用于融霜，在儲水箱與融霜系統的冷阱、冷阱排出閥之間設有融霜水回收閥(14)。本發明能吸收、儲存凍干機制冷系統中制冷壓縮機的排氣熱量，并將該熱量應用于融霜系統的冷阱除霜。
文檔編號F25B27/02GK102620550SQ20121012688
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者王海軍 申請人:王海軍