复叠式双温干燥系统 |
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| 申请号 | CN201710315541.7 | 申请日 | 2017-05-08 | 公开(公告)号 | CN107120916A | 公开(公告)日 | 2017-09-01 |
| 申请人 | 上海理工大学; | 发明人 | 李保国; 罗权权; 张伟明; 白旭升; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种复叠式双温干燥系统，具有这样的特征，包括：低压级 压缩机 、低温 蒸发 器 、第一冷凝 蒸发器 、中压级压缩机、第二冷凝蒸发器、高压级压缩机以及高温 冷凝器 ，其中，低压级压缩机与低温蒸发器连接，且通过第一冷凝蒸发器与中压级压缩机连接，中压级压缩机通过第二冷凝蒸发器与高压级压缩机连接，高压级压缩机与高温冷凝器连接。本发明的复叠式双温干燥系统充分利用了复叠式系统在制取低温过程中所产生的高温热源，降低了设备的运行成本，同时还可以提高 热能 品质来用于烘干干燥、解冻和 热 泵 供暖，这样使得 能源 得到充分的利用，减少了能源浪费。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种复叠式双温干燥系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 复叠式双温干燥系统技术领域背景技术[0002] 真空冷冻干燥由于其优良的干燥效果而被广泛应用于各个行业领域中。但是在冷冻干燥的实际应用中，投资费用高且运行成本较高，是风干干燥成本的3～4倍，而且在冷冻干燥中，预冻能耗仅占冷冻干燥产生能量的4％～14％，然而干燥过程中真空泵、加热板、冷阱工作总能耗占86％～96％，使得冷冻干燥的能量有效利用率大大降低了。虽然近年来降低冷冻干燥能耗方法也有很多，例如以过程参数优化缩短干燥时间、改进热传递来加速升华、避免使用冷阱，但是这几种方法降低能耗的效果都不尽人意。 发明内容[0003] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种复叠式双温干燥系统。 [0004] 本发明提供了一种复叠式双温干燥系统，具有这样的特征，包括：低压级压缩机、低温蒸发器、第一冷凝蒸发器、中压级压缩机、第二冷凝蒸发器、高压级压缩机以及高温冷凝器，其中，低压级压缩机与低温蒸发器连接，且通过第一冷凝蒸发器与中压级压缩机连接，中压级压缩机通过第二冷凝蒸发器与高压级压缩机连接，高压级压缩机与高温冷凝器连接。 [0005] 在本发明提供的复叠式双温干燥系统中，还可以具有这样的特征：其中，低温蒸发器的温度为-60～-50℃。 [0006] 在本发明提供的复叠式双温干燥系统中，还可以具有这样的特征：其中，高温冷凝器的温度为100～110℃。 [0007] 在本发明提供的复叠式双温干燥系统中，还可以具有这样的特征：其中，低压级压缩机采用的制冷剂为乙烷(R170)。 [0008] 在本发明提供的复叠式双温干燥系统中，还可以具有这样的特征：其中，中压级压缩机采用的制冷剂为1,1,1,2-四氟乙烷(R134A)。 [0009] 在本发明提供的复叠式双温干燥系统中，还可以具有这样的特征：其中，高压级压缩机采用的制冷剂为氟利昂(R123)。 [0011] 在本发明提供的复叠式双温干燥系统中，还可以具有这样的特征：其中，第二冷凝蒸发器为壳管式换热器，该壳管式换热器具有冷凝端与蒸发端，冷凝端与中压级压缩机连接，蒸发端与高压级压缩机连接。 [0012] 发明的作用与效果 [0013] 根据本发明所涉及的复叠式双温干燥系统，因为充分利用了复叠式系统在制取低温过程中所产生的的高温热源，降低了设备的运行成本，同时还可以提高热能品质来用于烘干干燥、解冻和热泵供暖，这样使得能源得到充分的利用，减少了能源浪费。另外。本发明的复叠式双温干燥系统，与单级压缩循环相比，能够合理的控制系统的各级的压缩机的压比，使得整个复叠式双温干燥系统在合理正常的工况下运行，得到最佳的能效比。附图说明 [0014] 图1是本发明的实施例中复叠式双温干燥系统的结构示意图； 具体实施方式[0016] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明复叠式双温干燥系统作具体阐述。 [0017] 图1是本发明的实施例中复叠式双温干燥系统的结构示意图。 [0018] 如图1所示，复叠式双温干燥系统100包括低压级压缩机11、第一冷凝蒸发器12、第一节流阀13、低温蒸发器14、中压级压缩机15、第二冷凝蒸发器16、第二节流阀17、高压级压缩机18、第三节流阀20以及高温冷凝器19。 [0019] 低压级压缩机11用于压缩制冷剂，在本实施例中，低压级压缩机11采用的制冷剂为乙烷(R170)。 [0020] 第一冷凝蒸发器12为壳管式换热器，该壳管式换热器具有冷凝端与蒸发端，冷凝端温度为5℃，蒸发端温度为-2℃。 [0021] 第一节流阀13通过第一冷凝蒸发器12的冷凝端与低压级压缩机11连接，第一节流阀13用于控制流体的流量。 [0022] 低温蒸发器14一端与第一节流阀13连接，另一端与低压级压缩机11连接。低温蒸发器14的温度为-60～-50℃，在本实施例中，低温蒸发器14的温度为-55℃。 [0023] 中压级压缩机15与第一冷凝蒸发器12的蒸发端连接，用于压缩制冷剂。在本实施例中，中压级压缩机15采用的制冷剂为1,1,1,2-四氟乙烷(R134A)。 [0024] 第二冷凝蒸发器16为壳管式换热器，该壳管式换热器具有冷凝端与蒸发端，冷凝端温度为40℃，蒸发端温度为33℃。 [0025] 第二节流阀17一端通过第二冷凝蒸发器16的冷凝端与中压级压缩机16连接，另一端与第一冷凝蒸发器12的蒸发端连接。第二节流阀17用于控制流体的流量。 [0026] 高压级压缩机18与第二冷凝蒸发器16的蒸发端连接，用于压缩制冷剂。在本实施例中，高压级压缩机18采用的制冷剂为氟利昂(R123)。 [0027] 高温冷凝器19与高压级压缩机18连接，用于提供热源，温度为100～110℃。在本实施例中，高温冷凝器19的温度为100℃。 [0028] 第三节流阀20一端与高温冷凝器19连接，另一端与第二冷凝蒸发器16的蒸发端连接。第三节流阀20用于控制流体的流量。 [0029] 低压级压缩机11与第一冷凝蒸发器12的冷凝端、第一节流阀13以及低温压缩机14构成第一回路。 [0030] 中压级压缩机15与第二冷凝蒸发器16的冷凝端、第二节流阀17以及第一冷凝蒸发器12的蒸发端构成第二回路。 [0031] 高压级压缩机18与高温冷凝器19、第三节流阀20以及第二冷凝蒸发器16的蒸发端构成第三回路。 [0032] 复叠式双温干燥系统100的工作原理为：低压级压缩机11压缩制冷剂乙烷，并通过低温蒸发器14进行蒸发提供冷量，低温蒸发器14的温度为-55℃，第一冷凝蒸发器12的冷凝端温度为5℃，蒸发端温度为-2℃。将第一回路中的热量向第二回路中传递，使得第一回路中的温度更低。高压级压缩机18压缩制冷剂氟利昂，并通过高温冷凝器19进行冷凝提供热源，高温蒸发器的温度为100℃，第二冷凝蒸发器16的冷凝端温度为40℃，蒸发端温度为33℃，将第二回路中热量向第三回路中传递，使得第三回路中的温度更高。 [0033] 图2是本发明的实施例中复叠式双温干燥系统的热力循环压焓图。 [0034] 如图2所示，A-B-C-D-E-F为第一回路制冷循环，G-H-I-J-K-L为第二回路制冷循环，M-N-O-P-Q-R为第三回路制冷循环。 [0035] 第一冷凝蒸发器12将第一回路制冷循环中冷凝段C-E与第二回路制冷循环中蒸发段L-H段连接。第一冷凝蒸发器12为壳管式换热器，该壳管式换热器的冷凝温度为5℃，蒸发温度为-2℃，将冷凝段C-E的热量向蒸发段L-H传递，使得第一回路循环制冷的温度更低。 [0036] 第二冷凝蒸发器16将第二回路制冷循环中冷凝段I-K与第三回路制冷循环中蒸发段R-M段连接。第二冷凝蒸发器16为壳管式换热器，该壳管式换热器的冷凝温度为40℃，蒸发温度为33℃。将冷凝段I-K的热量向蒸发段R-M传递，使得第三回路循环的温度更高。 [0037] 在本实施例中，第一冷凝蒸发器12以及第二冷凝蒸发器16均为壳管式换热器，对于壳管式换热器的使用，由于管内的承压比管外要高，为了安全起见一般将压力高的换热流体走管内。复叠式双温干燥系统100采用的是三个压缩回路且三个压缩回路之间是独立运行的，第一回路与第二回路之间通过第一冷凝蒸发器12连接，所以低压级压缩机11与中压级压缩机15采用的制冷剂不同，所以两种制冷剂的压力也有所不同，在本实施例中，采取制冷剂压力较高的走管内，制冷剂压力较小的走管外。同理，第二冷凝蒸发器16同第一冷凝蒸发器12的工作原理也是相同的，根据第二回路与第三回路中的中压级压缩机15以及高压级压缩机18中的制冷剂的压力不同而选择压力较高的走管内，压力较低的走管外。 [0038] 实施例的作用与效果 [0039] 根据本实施例中的复叠式双温干燥系统，因为充分利用了复叠式系统在制取低温过程中所产生的的高温热源，降低了设备的运行成本，同时还可以提高热能品质来用于烘干干燥、解冻和热泵供暖，这样使得能源得到充分的利用，减少了能源浪费。另外。本发明的复叠式双温干燥系统，与单级压缩循环相比，能够合理的控制系统的各级的压缩机的压比，使得整个复叠式双温干燥系统在合理正常的工况下运行，得到最佳的能效比。 [0040] 另外，根据本实施例中的复叠式双温干燥系统，利用每个系统单独运行时，将原本被排到大气的热量利用起来，提供整个系统的热源温度，达到能源的高效利用，也能实现一机多用的效果，在制取-55℃的单位冷量情况下，可以得到2.2倍的100℃的高温热量，同时满足低温冷冻干燥和高温烘干干燥。 [0041] 此外，在本实施例中，低压级压缩机采用的制冷剂为乙烷，中压级压缩机采用的制冷剂为1,1,1,2-四氟乙烷，高压级压缩机采用的制冷剂为氟利昂，在实际应用中，可以根据实际情况采用其他的制冷剂。 [0042] 上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。 |
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