專利名稱：：一種真空凍干裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種通用真空冷凍干燥裝置，特別是裝置由升華干燥倉，冷阱，真空機組，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)及制冷機組，以及連通升華干燥倉與冷阱間的倉阱連通管和連通冷阱與真空機組的真空管道構成的真空凍干裝置。
背景技術：
：真空冷凍干燥技術是指將含水物料經(jīng)快速凍結后，置于真空干燥倉內(nèi)，在真空條件下，提供升華熱進行升華干燥，使被處理物脫水的干燥技術。該技術的應用主要靠真空冷凍干燥設備完成。現(xiàn)有的真空冷凍干燥裝置是由升華干燥倉，冷阱，真空機組，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)及制冷機組，以及連通升華干燥倉與冷阱間的倉阱連通管和連通冷阱與真空機組的真空管道構成。目前，國際上最流行的兩種真空冷凍干裝置，一種是以日本為代表的，全升華周期結束后一次性化霜的凍干機。這種凍干機工作時能耗相對較低；另一種是以丹麥為代表的雙冷阱交替化霜的凍干裝置，這種裝置的優(yōu)點是化霜不占用生產(chǎn)周期，缺點是能耗較高。中國實用新型專利ZL022740821公開了一種用于真空冷凍干燥設備的節(jié)能裝置，是由稱重傳感器、重量變送器、工業(yè)控制機、可編程序控制器PLC、熱媒循環(huán)泵變頻器、冷媒循環(huán)泵變頻器、雙冷阱交替電磁閥、融冰蒸汽電磁閥等通過吊裝軌道及在其上滑行的盛料滑車相互關聯(lián)組合構成的節(jié)能控制系統(tǒng)。這是運用節(jié)能控制軟件來實時調(diào)節(jié)能量供給，從而達到節(jié)省能源，降低運行成本的目的。顯然這種裝置屬于丹麥的雙冷阱交替化霜類的裝置。根據(jù)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有真空冷凍干燥裝置其效率較低。根據(jù)相關的計算表明，現(xiàn)有真空冷凍干燥裝置中的干燥倉干燥面積與冷阱捕獲面積比不盡合理，實際現(xiàn)使用的真空冷凍干燥裝置中的干燥倉干燥面積與冷阱捕獲面積比均較小，這可能是造成現(xiàn)有技術效率低的原因；其次還發(fā)現(xiàn)整個裝置工作中能耗相對較大，前述的現(xiàn)有技術的不足在升華干燥面積較大的裝置，如干燥面積大于100m特別是干燥面積在2001112的裝置中似更為突出。研究還表明，現(xiàn)有的真空冷凍干燥裝置中的冷阱基本上采用列管式換熱器；另外由于冷阱工作在濕冷環(huán)境下，而現(xiàn)有技術的冷阱其管板及設置于其上的列管均是固定于冷阱殼體之內(nèi)，這種結構在制造中很難進行防銹處理，尤其是整個管組在殼體內(nèi)焊接處根本無法進行除銹和防銹處理，因而在使用中極易產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，而且發(fā)生損壞后也不可能進行修理。現(xiàn)有技術中為解決這一問題，多采用不銹鋼材料的歹lit3及管板，但因不銹鋼材料的成本大于碳鋼，且導熱系數(shù)小于碳鋼，因此使用不銹鋼材料的冷阱不僅造價高，而且在使用中能耗也較高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種可以克服現(xiàn)有技術不足的，較現(xiàn)有技術能耗更低的真空冷凍干燥裝置。本實用新型的冷阱獨立設置于升華干燥倉之外，其干燥倉的干燥面積與冷阱的捕獲面積比為i:ii.5，且倉阱連接管為兩根，即每個冷阱用兩個位于抽氣口兩側的倉阱連通管連通升華干燥倉。根據(jù)相關的試驗與實踐考核，本實用新型干燥倉的干燥面積與冷阱捕獲面積比最佳為i:1.31.5。在本實用新型中每個冷阱用兩個位于抽氣口兩側的倉阱連通管連通升華干燥倉。另一方面，本實用新型的每個升華干燥倉分別與兩個冷阱相連通，每個干燥倉的干燥面積與每個冷阱捕獲面積比為1:(1.31.5)xl/2。本實用新型采用兩個冷阱的結構中，在兩個冷阱間用一根平衡管將這兩個冷阱連通，這樣可以在冷阱工作時只使用一個功率較小的真空機組即可維持裝置的正常工作工況，使兩個冷阱同時處在捕集水氣的工況，提高裝置的脫水效率。本實用新型的冷阱中，冷阱由冷阱管組和冷阱殼體兩個部分組成。所述的冷阱殼體內(nèi)固定有導軌，冷阱列管及附屬化霜裝置固定于管板上，管板上還固定有支承導輪，冷阱管組沿殼體內(nèi)的導軌推進殼體內(nèi)，支承導輪設置于與固定在冷阱殼內(nèi)的導軌上。本實用新型的冷阱中，其列管排列方式為相鄰的兩排列管中每三個列管以正三角形旋轉(zhuǎn)90度位置布置。在本實用新型的冷阱上設置有兩個進氣口，抽氣口位于兩個進氣口之間，冷阱內(nèi)在每個進氣口與抽氣口之間各設置有一塊折流板。現(xiàn)有技術中冷阱布置較為典型的是丹麥阿特拉斯凍干機和日本東洋技研凍干機，前者的冷阱為內(nèi)置于升華干燥倉之下的雙冷阱，而后者的冷阱為內(nèi)置于升華干燥倉后部的單冷阱，這類冷阱布置方式形成事實上的熱源與冷阱相近布置，這是造成能耗較大的原因之一。而本實用新型中將冷阱獨立設置于升華干燥倉之外，這樣就避免了帶有熱源的干燥倉對需要冷源的冷阱的相互影響。另一方面本實用新型的升華干燥倉的千燥面積與冷阱的捕獲面積比確定為1:l1.5，根據(jù)實際的運行表明當升華干燥倉的干燥面積與冷阱的捕獲面積比在這一范圍內(nèi)時，裝置的效率較現(xiàn)有技術要高，特別是這-比值為i:1.31.5時其綜合效益比為最佳。由于本實用新型中每個冷阱是用兩個倉阱連通管連通升華干燥倉，這樣就可以大大提高水氣的流導，克服了一般外置冷阱由于采用一個倉阱連通管，流導較小，造成冷阱捕霜不均，效率下降的問題；同時由于進入冷阱的氣休是通過兩個倉阱連通管進入冷阱，可以充分利用冷阱的長度，使流入的氣體與冷阱的捕集管充分接觸，進一步提高其捕集水份的效率。本實用新型的每個升華干燥倉分別與兩個冷阱相連通，并使每個干燥倉的干燥面積與冷阱捕獲面積比為1:(1.31.5)，這一結構解決了凍干面積200m2以上大型凍干機與冷阱捕水面積匹配的問題。而現(xiàn)有技術中的內(nèi)置冷阱的凍干機由于空間限制目前無法做到合理的面積比，只能采用交替化霜的方式，解決捕水面積不足的問題，交替化霜是造成凍干機能耗增大的主要原因。本實用新型采用外置冷阱，特別是外置雙冷阱結構既n了以增大冷阱的捕水面積提高整個裝置的脫水效率，同時可以使每個冷阱結構相對簡單，制造更為容易。本實用新型的冷阱是將列管與其附屬裝置設置于管板上，而管板及其上的結構與冷阱內(nèi)殼相對獨立，采用本實用新型的這種冷阱結構可以使列管、附屬設施及管板在制造時很方便地進行整體熱浸鋅防腐蝕處理，同時還可以降低安裝運輸困難。由于本實用新型的冷阱結構可以解決管組等部件的防腐蝕處理，因此可以采用碳鋼材料制造，既可降低成本，還可以提高冷阱的換熱效率，減少使用中的能耗。本實用新型的冷阱在組裝時是通過管板上設置的支承導輪與冷阱殼體內(nèi)固定的導軌相配合，組裝極為方便，而且在使用中如發(fā)生損壞，還可以將管板拖出，進行修理，這更是現(xiàn)有技術所無法實現(xiàn)的。本實用新型所使用的冷阱中其實質(zhì)是列管式換熱器的列管中兩排列管中相鄰的每三個列管以正三角形旋轉(zhuǎn)90度位置布置，列管的這種布置方式可以克服現(xiàn)有技術冷阱在使用中水汽通過列管時因流阻大，結霜不勻的現(xiàn)象，這是因為現(xiàn)有冷阱的中列管的布置是按相鄰的兩排列管中每三個列管以正三角布置，這是列管式換熱器經(jīng)典的布置方式，現(xiàn)有的設計規(guī)范及實際應用的列管式換熱器(包括冷阱)結構均為這種列管布置方式，這種布置方式中上層列管與位于下層的列管間的垂直投影空隙(也就是水汽通道)A為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>上式中C為由上下相鄰的三個列管構成的正三角形的邊長，D為列管直徑(以下相同)。但這種經(jīng)典冷阱在用于凍干脫水工作時，由于A較小，水汽極易在靠近倉阱連接管口處的列管(也就是處于最上層的列管)表面先行大量凍結，使本已經(jīng)較狹小的水汽通道更為狹小，造成水汽流動不暢，冷阱列管表面結霜不勻。而本實用新型按正三角形旋轉(zhuǎn)90度位置布置列管時，其水汽通道A發(fā)為A發(fā)氣CXSinn/3)—D由于A^—較大，可以使進入冷阱的水汽順利通過，并在阱內(nèi)各層列管中均勻凍結，充分利用各列管捕集水汽，避免了現(xiàn)有技術所產(chǎn)生的不足。本實用新型裝置中的冷阱在兩個進氣口與抽氣口之間各設置有一塊折流板，水汽通過進氣口進入冷阱后，水汽與列管接觸的空間足夠大可充分利用其列管捕集水汽，使其有最大的捕水效率。圖1為本實用新型采用雙倉阱連通管連接升華干燥倉實施例示意圖。圖2為本實用新型升華干燥倉與雙倉阱連通管連接雙冷阱的實施例示意圖。圖3為圖2的右視圖。圖4為本實用新型的冷阱剖面不意圖。圖5為圖4橫斷面的剖面示意圖，其中圖的左邊為列管端部結構示意，圖的右邊表現(xiàn)了列管的排布結構。圖6為圖5中B位置的局部放大示意圖。具體實施方式本實用新型以下附圖解說圖1為本實用新型的一種基本結構不意圖，其中1為升華干燥倉，2為倉阱連通管，由圖1中可見倉阱連通管為兩個，3為連接冷阱與真空機組4間的管道，5為冷阱，由圖可見本實用新型的升華干燥倉1與冷阱5相互獨立布置。圖1的裝置中升華干燥倉1的干燥面積與冷阱5捕獲面積比為1:11.5，在實際使用中可選擇的最佳值為1:1.31.5。由于冷阱相對較大，為充分利用冷阱的效能，加大升華水汽的流導，在本實用新型中采用了雙倉阱連接通管與干燥倉連接，每個倉阱連通管的口徑與干燥倉內(nèi)每秒升華出的水汽量有關，可根據(jù)真空設計手冊給出的計算公式或經(jīng)驗公式確定。根據(jù)實際運行試驗表明，本實用新型的裝置其干燥效率優(yōu)于現(xiàn)有技術，且能耗較現(xiàn)有技術更低。干燥面積與冷阱捕獲面積比為i:ii.5這--技術特征應用于大型凍千裝置(凍干面積》200m2)中會因相應的冷阱過大造成制造及運輸?shù)睦щy，為解決這一問題，本實用新型采用了如圖2所示的雙冷阱結構，即每個升華干燥倉分別與兩個冷阱相連通，每個干燥倉的干燥面積與每個冷阱捕獲面積比為i:6(1.11.5)的二分之一，最佳實施例時，每個干燥倉的干燥面積與每個冷阱捕獲面積比為1:(1.31.5)的二分之一。根據(jù)實際的測算表明，采用這一結構不僅解決了前述的制造和運輸問題，而且其制造成本也在最為合理的范圍之內(nèi)，使這一裝置有最佳的經(jīng)濟效益比。在圖2中1為升華干燥倉，2為倉阱連通管，由圖1中可見升華干燥倉與每個冷阱間的倉阱連接通管為兩個，3為連接冷阱與真空機組4間的管道，5為冷阱，6為用于連接兩個冷阱內(nèi)部的平衡管。根據(jù)一般的常識的推理，采用上述結構時兩個冷阱將分別各使用一臺真空機組以維持工作中干燥倉內(nèi)的工作真空度，但通過本實用新型的實際應用，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在干燥倉達到工作真空度時，僅需開啟一個真空機組就可維持倉內(nèi)的工作真空度，如在兩個冷阱中加裝一個用于連通兩冷阱內(nèi)部的平衡管6，即可充分利用兩臺冷阱的效能，使兩臺冷阱捕霜-一樣均勻，兩臺冷阱強大的冷吸附效應，可使所配的每一個維持真空機組的功率最低，而另一個維持真空機組可作為備用機組交替使用。實際應用證明同規(guī)格的凍干裝置本實用新型所配的維持真空機組功率目前在國際上最小。這樣就進一步降低了裝置工作的能耗。雖然在圖2中表示有兩個維持真空機組，但在實際使用中僅需要開啟其中的一個就可以正常工作，這就進一步降低了能耗。本實用新型所使用的冷阱結構參見圖4至圖6，其中7為冷阱殼體的后封頭，8和26為與制冷機組聯(lián)通金屬軟管，9為集液管，IO為冷阱殼筒體，11和19分別為前后管板，12為進氣口(即與倉阱連通管聯(lián)接的接口)，13為列管，14為折流板，15為抽氣口，16為用于化霜的噴淋管，17冷媒回液管，18為冷媒進液管，20為固定于管板11或]9上的支承導輪，21為固定于冷阱殼體內(nèi)的導軌，22為設于冷阱內(nèi)部用于支撐導軌的支撐板，23為固定于冷阱內(nèi)部的導軌加強筋，24為固定于冷阱內(nèi)部的導軌支撐梁，25為分液管，27為向管16輸化霜噴淋水的水管，28為放水管。在該圖中省略了真空冷凍干燥裝置中的真空機組與致冷機組等設備。由圖4至6可見，冷阱的列管13及附屬的管路、噴淋管等均設置于兩個管板11和19上，而設置于管板11與管板19間的機構和冷阱殼筒體IO為相互獨立的結構。這一結構可以便于在制造時對管板及其上的列管及附屬裝置進行熱浸鋅防銹處理。另外，在管板11和19上分別設置有支承導輪20，在冷阱殼筒體內(nèi)固定有導軌21，導軌21設置于支撐梁24上，并在支撐梁24下設置有導軌支撐板22和導軌加強筋以提高導軌的剛度。由于列管是設置在與殼體相分離的帶有導輪的管板上，這樣在組裝時可很方便地沿導軌將管板及其上所設置的列管等推入殼體內(nèi)，使支承導輪20和導軌21相互接觸配合，在使用中如有必要可以將管組拉出進行維護修理，這一點是現(xiàn)有技術根本無法做到的。另外位于進氣口12與抽氣口15間設置有折流板14，這樣可以使進入冷阱的水汽與列管有足夠的空間充分接觸結霜，之后沒有被捕集的少量水汽經(jīng)過兩個折流板之間的通道進一步結霜，最后不可凝氣體通過抽氣口被真空機組抽走排出。從圖5右邊所示列管布置結構還可見，本實用新型的列管中兩排列管中相鄰的每三個列管以正三角形旋轉(zhuǎn)90度位置布置，而非現(xiàn)有列管式換熱器技術模式的正三角形布置，這樣在管徑相同、列管間距相同時，用于通過水汽的通道為A發(fā)氣CXSinn/3)—D(其中C為正三角形邊長，也就是上下兩列管間的間距，D為列管直徑)，這一間距顯然要大于現(xiàn)有技術模式的間距，因為通常列管式換熱器熱交換的兩種介質(zhì)僅是熱量的傳遞，列管間的流阻始終是一樣的，整個換熱器的熱交換基本是均勻的，而冷阱熱交換的介質(zhì)是水汽和冷媒，不僅存在傳熱還存在傳質(zhì)，因此采用本實用新型的列管排布可以使水汽通過列管的流導增大，克服原有技術列管采ffl正三角形排布因流阻大水汽先在倉阱接口附近列管上凍結，而阻塞水汽通道，造成結霜不均，換熱效率下降的不足。以下提供一個本實用新型的實例與進口仿丹麥機組的比較數(shù)據(jù):<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在以上比較實例中本實用新型選用的電機實際上可采用功率更低的電機，但由于電機配套問題采用了103.5KW電機，即使這一電機的功率也遠小于仿制機組。從以上比較可見本實用新型工作中的能耗明顯低于仿丹麥機組。權利要求1、一種真空凍干裝置，包括升華干燥倉，冷阱，真空機組，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)及制冷機組，連通冷阱與真空機組的真空管道，以及連通升華干燥倉與冷阱間的倉阱連通管，其特征在于冷阱獨立設置于升華干燥倉之外，干燥倉的干燥面積與冷阱捕獲面積比為1∶1～1.5，倉阱連通管為兩根。2、根據(jù)權利要求l所述的真空凍干裝置，其特征在于干燥倉的干燥面積與冷阱捕獲面積比為i:1.31.5。3.根據(jù)權利要求2所述氣口兩側的倉阱連通管連通升華干燥倉。4、根據(jù)權利要求3所述的真空凍干裝置，其特征是每個升華干燥倉分別與兩個冷阱相連通，每個干燥倉的干燥面積與每個冷阱捕獲面積比為i:(i.31.5)xl/2。5、根據(jù)權利要求4所述的真空凍干裝置，其特征是在兩個冷阱間用一根平衡管將兩個冷阱連通。6、根據(jù)權利要求1至5所述的任一真空凍干裝置，其特征是所述的冷阱殼體與冷阱列管及附屬化霜裝置為相互獨立的兩個部分，在冷阱殼體內(nèi)固定有導軌，冷阱列管及附屬化霜裝置固定于獨立的管板上，管板上還固定有支承導輪，支承導輪設置于與固定在冷阱殼內(nèi)的導軌上。7、根據(jù)權利要求6所述的真空凍干裝置，其特征是列管中兩排列管中相鄰的每三個列管以正三角形旋轉(zhuǎn)90度位置布置。8、根據(jù)權利要求7所述的真空凍干裝置，其特征是冷阱上設置兩個進氣口，抽氣口位于兩個進氣口之間，冷阱內(nèi)在每個進氣口與抽氣口之間各設置有一塊折流板。專利摘要本實用新型公開一種通用真空冷凍干燥裝置，特別是裝置由升華干燥倉，冷阱，真空機組，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)及制冷機組，以及連通升華干燥倉與冷阱間的倉阱連通管和連通冷阱與真空機組的真空管道構成的真空凍干裝置。本實用新型的冷阱獨立設置于升華干燥倉之外，其干燥倉的干燥面積與冷阱的捕獲面積比為1∶1～1.5，且倉阱連接管為兩根，即每個冷阱用兩個位于抽氣口兩側的倉阱連通管連通升華干燥倉。文檔編號F26B5/04GK201302353SQ200820179229公開日2009年9月2日申請日期2008年11月14日優(yōu)先權日2008年11月14日發(fā)明者張光華,張大力,梁宗禮,趙國臣,陳光明申請人:蘭州科近真空凍干技術有限公司