技术领域
[0001] 本实用新型涉及真空冷冻干燥设备技术领域,尤其涉及一种真空
冷冻干燥机的制冷系统。
背景技术
[0002] 真空冷冻干燥机,首先是使产品冻结,然后在真空环境下提供合适的
升华热,使冻结产品中的
水分或其他
溶剂转
化成气态
蒸汽,达到产品脱水的目的。
[0003] 液体产品的冻结过程和被冻结后的固体产品在干燥过程中
蒸发出来的水蒸汽的
凝结过程都需要一个低温环境。随着医药、
生物提取工艺技术的迅速发展和广泛应用,出现许多含有活性细胞成分的制剂,这些制剂需要在低温或超低温下保存其理化性能,达到
预防、
治疗的有效性和持久性。
[0004] 现有的制冷系统采用两级复叠系统,其工作
流程图如图1所示。所述的制冷系统包括第一级压缩系统和第二级压缩系统,第一级压缩系统是由中温制冷剂R404A为冷媒的制冷系统。第一级压缩系统由第一级
压缩机a、第一级
冷凝器b、第一级节流器c和第一级
蒸发器d构成。第二级压缩系统是由低温级制冷剂R23为冷媒的制冷系统。第二级压缩系统由第二级压缩机e、第二级冷凝器f、第二级节流器g和第二级蒸发器h构成。两个压缩系统是由蒸发冷凝器联系起来,第一级蒸发器d也就是第二级冷凝器f,故也称蒸发冷凝器。
[0005] 这个系统能得到-60℃~-70℃的蒸发
温度,基本上能满足一些产品的保存要求。
[0006] 但是,现有的许多生物医药制剂属于高附加值产品,为了更能有效地稳定液体状态时的理化性能,常常需要添加一些溶剂作为添加剂或赋形剂。使用较多的添加剂有
葡萄糖类、多元醇类如甘露醇、无水溶剂如甘油、
乙醇等。这些溶剂的加入,使得干燥过程中所蒸发的混合蒸汽在凝结时需要比常规低温更低的超低温,目前的两级复叠系统无法达到该要求,严重影响了真空干燥机的干燥效率。
发明内容
[0007] 为了解决
现有技术中的问题,本实用新型的目的是提供一种真空冷冻干燥机的制冷系统,本实用新型的制冷系统实现了冷阱温度在-100℃—-110℃,促使待干燥制剂中的水分或其他溶剂在升华后快速凝结,提高了干燥效率。
[0008] 为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案:一种真空冷冻干燥机的制冷系统,包括第一级压缩系统和第二级压缩系统,其特征在于,所述的第一级压缩系统包括第一压缩机,第一制冷剂,第一
油分离器,第一冷凝器,第一节流器和第一蒸发器,所述的第一压缩机用于将低压的第一制冷剂压缩成高压的第一蒸汽制冷剂,所述的第一压缩机的输出端连接第一油分离器的输入端,所述的第一油分离器用于分离第一蒸汽制冷剂中的冷冻
润滑油,所述的第一油分离器的输出端连接第一冷凝器的输入端,所述的第一冷凝器用于将第一蒸汽制冷剂冷凝成第一液体制冷剂,所述的第一冷凝器的输出端连接第一节流器的输入端,所述的第一节流器用于将第一液体制冷剂降压降温至低温的第一制冷剂,所述的第一节流器的输出端连接第一级蒸发器的输入端,所述的第一蒸发器分别与第二级压缩系统和第一压缩机连接,用于完成第一制冷剂与第二级压缩系统的换热,并将换热后的第一制冷剂引入第一压缩机,进行第一级压缩系统的循环过程;所述的第二级压缩系统包括第一温度
控制器,第二制冷剂,第二压缩机,第二油分离器,第二冷凝器,第二节流器,第三节流器,第二蒸发器和第三蒸发器,所述的第一
温度控制器分别与第一蒸发器和第二压缩机连接,用于检测并控制从第一蒸发器进入第二压缩机的第二制冷剂温度,所述的第二压缩机用于将低压的第二制冷剂压缩成高压的第二蒸汽制冷剂,所述的第二压缩机的输出端连接第二油分离器的输入端,所述的第二油分离器用于分离第二蒸汽制冷剂中的冷冻润滑油,所述的第二油分离器的输出端连接第二冷凝器的输入端,所述的第二冷凝器为第一蒸发器,所述的第二冷凝器的输出端分别与第二节流器的输入端和第三节流器的输入端连接,所述的第二节流器的输出端连接第二蒸发器的输入端,所述的第二蒸发器用于第二制冷剂与循环
硅油间的换热,所述的循环硅油用于对待干燥的制剂进行降温,完成制剂从液态到固态的
凝固过程,所述的第三节流器的输出端连接第三蒸发器的输入端,所述的第三蒸发器分别与第三级压缩系统和第二压缩机连接,用于完成第二制冷剂与第三级压缩系统的换热,并将换热后的第二制冷剂引入第二压缩机,进行第二级压缩系统的循环过程;所述的制冷系统还包括第三级压缩系统,所述的第三级压缩系统包括第二温度控制器,第三制冷剂,第三压缩机,第三油分离器,第四油分离器,第三冷凝器和第四节流器,所述的第二温度控制器分别与第三蒸发器和第三压缩机连接,用于检测并控制从第三蒸发器进入第三压缩机的第三级制冷剂温度,所述的第三压缩机用于将低压的第三制冷剂压缩成高压的第三蒸汽制冷剂,所述的第三压缩机的输出端连接第三油分离器的输入端,所述的第三油分离器的输出端连接第四油分离器的输入端,所述的第三油分离器和第四油分离器用于分离第三蒸汽制冷剂中的冷冻润滑油,所述的第四油分离器的输出端连接第三冷凝器的输入端,所述的第三冷凝器为第二级蒸发器,所述的第三冷凝器的输出端与第四节流器的输入端连接,所述的第四节流器的输出端与冷阱的输入端连接,所述的冷阱为蒸汽捕集器, 所述的冷阱与第三压缩机连接,用于完成第三制冷剂与冷阱间的换热,并将换热后的第三制冷剂引入第三压缩机,进行第三级压缩系统的循环过程。
[0009] 通过上述方案,可以保证循环硅油温度在-60℃以下,使得待干燥的制剂从液态快速凝结成固态,同时该三级压缩系统使得冷阱的温度处于-100℃—-110℃,实现了待干燥制剂中的水分或其他溶剂在升华后快速凝结的效果,提高了干燥效率。
[0010] 优选的是,所述的第一制冷剂为中温制冷剂。
[0011] 更为优选的是,所述的第一制冷剂为R404A。
[0012] 优选的是,所述的第二制冷剂为
低温制冷剂。
[0013] 更为优选的是,所述的第二制冷剂为R23,R508A或R08B中的一种。
[0014] 优选的是,所述的第三制冷剂为超低温制冷剂。
[0015] 更为优选的是,所述的第三制冷剂为R14。
[0016] 其中,所述的第一压缩机为全封闭压缩机或半封闭压缩机,所述的第一冷凝器为
风机强制冷却式冷凝器或
循环水冷却式冷凝器, 所述的第一蒸发器为
板式换热器。
[0017] 其中,所述的第二压缩机为全封闭压缩机或半封闭压缩机,所述的第二冷凝器为风机强制冷却式冷凝器或循环水冷却式冷凝器,所述的第二蒸发器和第三蒸发器为板式换热器。
[0018] 优选的是,所述的第二压缩机内设置有第一压
力控制器,所述的第一压力控制器实现了第二制冷剂在压力≤1.2MPa时,才能进入第二压缩机,保证了第二级压缩系统的稳定运行。
[0019] 其中,所述的第三压缩机为全封闭压缩机或半封闭压缩机,所述的第三冷凝器为风机强制冷却式冷凝器或循环水冷却式冷凝器。
[0020] 优选的是,所述的第三压缩机内设置有第二压力控制器,所述的第二压力控制器实现了第三制冷剂在压力≤1.2MPa时,才能进入第三压缩机,保证了第三级压缩系统及第一级压缩系统、第二级压缩系统的稳定运行。
[0021] 其中,所述的第二级油分离器和第二级冷凝器间设置有冷却器。所述的冷却器用于降低第二制冷剂蒸汽的温度,避免循环使用的第二制冷剂温度过高影响第二油分离器的分离效率和第二级压缩系统的制冷效率。
[0022] 优选的是,所述的第二级压缩系统还设置有第一膨胀容器,第一毛细管和第一单向
阀,所述的第一膨胀容器分别与第一
单向阀和第一毛细管连接。
[0023] 优选的是,所述的第三级压缩系统还安装有第二膨胀容器,第二毛细管和第二单向阀,所述的第二膨胀容器分别与第二单向阀和第二毛细管连接。
[0024] 其中,所述的冷冻润滑油为POE聚脂油。
[0025] 其中,所述的第一温度控制器或第二温度控制器为T型
热电偶。
[0026] 与现有技术相比,本实用新型实现的有益效果:本实用新型的制冷系统采用三级制冷系统,获得-100℃—-110℃超低温环境,对于加入添加剂的待干燥制剂也能实现干燥的效果,扩大了真空冷冻干燥设备的使用范围。
附图说明
[0027] 以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本实用新型:
[0028] 图1为现有真空冷冻干燥机的制冷系统的工作示意图;
[0029] 图2为本实用新型真空冷冻干燥机的制冷系统的工作示意图。
具体实施方式
[0030] 如图2所示,一种真空冷冻干燥机的制冷系统,包括第一级压缩系统和第二级压缩系统,其特征在于,所述的第一级压缩系统包括第一压缩机1,第一制冷剂,第一油分离器3,第一冷凝器4,第一节流器5和第一蒸发器6,所述的第一压缩机1用于将低压的第一制冷剂压缩成高压的第一蒸汽制冷剂,所述的第一压缩机1的输出端连接第一油分离器3的输入端,所述的第一油分离器3用于分离第一蒸汽制冷剂中的冷冻润滑油,所述的第一油分离器3的输出端连接第一冷凝器4的输入端,所述的第一冷凝器4用于将第一蒸汽制冷剂冷凝成第一液体制冷剂,所述的第一冷凝器4的输出端连接第一节流器5的输入端,所述的第一节流器5用于将第一液体制冷剂降压降温至低温的第一制冷剂,所述的第一节流器
5的输出端连接第一级蒸发器6的输入端,所述的第一蒸发器6分别与第二级压缩系统和第一压缩机1连接,用于完成第一制冷剂与第二级压缩系统的换热,并将换热后的第一制冷剂引入第一压缩机1,进行第一级压缩系统的循环过程;所述的第二级压缩系统包括第一温度控制器7,第二制冷剂,第二压缩机9,第二油分离器10,第二冷凝器,第二节流器12,第三节流器13,第二蒸发器14和第三蒸发器11,所述的第一温度控制器7分别与第一蒸发器
6和第二压缩机9连接,用于检测并控制从第一蒸发器6进入第二压缩机9的第二制冷剂温度,所述的第二压缩机9用于将低压的第二制冷剂压缩成高压的第二蒸汽制冷剂,所述的第二压缩机9的输出端连接第二油分离器10的输入端,所述的第二油分离器10用于分离第二蒸汽制冷剂中的冷冻润滑油,所述的第二油分离器10的输出端连接第二冷凝器的输入端,所述的第二冷凝器为第一蒸发器6,所述的第二冷凝器的输出端分别与第二节流器
12的输入端和第三节流器13的输入端连接,所述的第二节流器12的输出端连接第二蒸发器14的输入端,所述的第二蒸发器14用于第二制冷剂与循环硅油间的换热,所述的循环硅油用于对待干燥的制剂进行降温,完成制剂从液态到固态的凝固过程,所述的第三节流器
13的输出端连接第三蒸发器11的输入端,所述的第三蒸发器11分别与第三级压缩系统和第二压缩机9连接,用于完成第二制冷剂与第三级压缩系统的换热,并将换热后的第二制冷剂引入第二压缩机9,进行第二级压缩系统的循环过程;所述的制冷系统还包括第三级压缩系统,所述的第三级压缩系统包括第二温度控制器15,第三制冷剂,第三压缩机17,第三油分离器18,第四油分离器19,第三冷凝器和第四节流器20,所述的第二温度控制器15分别与第三蒸发器11和第三压缩机17连接,用于检测并控制从第三蒸发器11进入第三压缩机17的第三级制冷剂温度,所述的第三压缩机17用于将低压的第三制冷剂压缩成高压的第三蒸汽制冷剂,所述的第三压缩机17的输出端连接第三油分离器18的输入端,所述的第三油分离器18的输出端连接第四油分离器19的输入端,所述的第三油分离器18和第四油分离器19用于分离第三蒸汽制冷剂中的冷冻润滑油,所述的第四油分离器19的输出端连接第三冷凝器的输入端,所述的第三冷凝器为第二蒸发器14,所述的第三冷凝器的输出端与第四节流器20的输入端连接,所述的第四节流器20的输出端与冷阱的输入端连接,所述的冷阱为蒸汽捕集器, 所述的冷阱与第三压缩机17连接,用于完成第三制冷剂与冷阱间的换热,并将换热后的第三制冷剂引入第三压缩机17,进行第三级压缩系统的循环过程。
[0031] 其中,所述的第一制冷剂为中温制冷剂。优选的是,所述的第一制冷剂为R404A。
[0032] 其中,所述的第二制冷剂为低温制冷剂。优选的是,所述的第二制冷剂为R23,R508A或R08B中的一种。
[0033] 其中,所述的第三制冷剂为超低温制冷剂。优选的是,所述的第三制冷剂为R14。
[0034] 其中,所述的第一压缩机1为全封闭压缩机或半封闭压缩机,所述的第一冷凝器为风机强制冷却式冷凝器或循环水冷却式冷凝器, 所述的第一蒸发器6为板式换热器。
[0035] 其中,所述的第二压缩机9为全封闭压缩机或半封闭压缩机,所述的第二冷凝器为风机强制冷却式冷凝器或循环水冷却式冷凝器,所述的第二蒸发器14和第三蒸发器11为板式换热器。
[0036] 其中,所述的第二压缩机9内设置有第一压力控制器。
[0037] 其中,所述的第三压缩机17为全封闭压缩机或半封闭压缩机,所述的第三冷凝器为风机强制冷却式冷凝器或循环水冷却式冷凝器。
[0038] 其中,所述的第三压缩机17内设置有第二压力控制器。
[0039] 其中,所述的第二油分离器10和第二冷凝器间设置有冷却器27。所述的冷却器27为风机强制冷却器或循环水冷却器,在运行工况下,防止第二级压缩系统中循环的第二制冷剂的温度过高,影响冷冻润滑油的分离效果。
[0040] 其中,所述的第二级压缩系统还设置有第一膨胀容器21,第一毛细管22和第一单向阀23,所述的第一膨胀容器21分别与第一单向阀23和第一毛细管22连接。
[0041] 其中,所述的第三级压缩系统还安装有第二膨胀容器24,第二毛细管25和第二单向阀26,所述的第二膨胀容器24分别与第二单向阀26和第二毛细管25连接。
[0042] 其中,所述的冷冻润滑油为POE聚脂油。
[0043] 其中,所述的第一温度控制器7或第二温度控制器15为T型热电偶。
[0044] 启动第一压缩机1吸入低压的第一制冷剂蒸汽,第一制冷剂蒸汽被压缩,排出高温高压的第一制冷剂蒸汽。高温高压的第一制冷剂蒸汽进入第一油分离器3,分离第一压缩机1排出蒸汽中含有的冷冻润滑油,并重新由压差作用回到第一压缩机1的
曲轴箱内。从第一油分离器3出来的高温蒸汽进入第一冷凝器4,利用其强制风机冷却排管或水冷却排管,使高温高压蒸汽冷凝成高压的液体制冷剂。高压的液体制冷剂进入第一节流器5,使第一制冷剂降压降温成低温液体,被降压降温的低温液体进入第一蒸发器6,低温液体吸收第二级压缩系统内第二制冷剂蒸汽的热量,使第一制冷剂由低温液体转化为低温蒸汽,同时使第二级压缩系统内的第二制冷剂蒸汽转化成液体。吸取热量的第一制冷剂又重新被第一压缩机1吸入,这样第一级压缩系统不断循环,完成第一级压缩系统的功能。
[0045] 当第二级压缩系统内的第二制冷剂不断释放热量,至第一温度控制器7所设定的温度值时,如-10℃~-25℃,自动启动第二压缩机9,受压力控制器控制的第一
电磁阀延时接通打开。第二压缩机9吸入第二制冷剂低压蒸汽、
蒸汽压缩作功、排出高温高压蒸汽。高温高压的第二制冷剂蒸汽进入第二油分离器10,分离第二压缩机9排出蒸汽中含有的冷冻润滑油,并重新由压差作用回到第二压缩机9的曲
轴箱内。由第二油分离器10出来的高温蒸汽依次进入冷却器27、第二冷凝器,使高温高压的第二制冷剂蒸汽冷凝成高压的液体制冷剂。高压的第二液体制冷剂进入第二节流器12,使第二制冷剂降压降温成低温液体。
被降压降温的低温液体进入第二蒸发器14,低温液体吸收循环硅油的热量,使循环硅油的温度降下来,循环硅油用于对待干燥的制剂进行降温。吸收热量的第二液体制冷剂变成第二制冷剂蒸汽,第二制冷剂蒸汽重新被第二压缩机9吸入。这样第二级压缩系统不断循环,完成第二级压缩系统的功能。
[0046] 在循环硅油的一侧安装有第三温度控制器,当设定循环硅油的温度为恒定时,接通/断开第一电磁阀,第二蒸发器14开始/结束第二制冷剂与循环硅油间的换热过程,当循环硅油温度到达设定值时,第一电磁阀自动断开/关闭。如此循环,保证循环硅油处于恒定温度。
[0047] 当循环硅油的温度达到设定值时,第一电磁阀断电关闭,延时几秒后第二电磁阀通电打开,第二制冷剂经第三节流器13转向第三蒸发器11,低温的第二液体制冷剂吸收第三级压缩系统内第三制冷剂蒸汽的热量,使第二制冷剂由低温液体转化为低温蒸汽,同时使第三级压缩系统内第三制冷剂蒸汽转化成液体。吸收热量的第二液体制冷剂变成第二制冷剂蒸汽,第二制冷剂蒸汽重新被第二压缩机9吸入。这样第二级压缩系统不断循环,完成第二级压缩系统的功能。
[0048] 第二级压缩系统中安装有第一膨胀容器21,第一毛细管22和第一单向阀23。在第二级压缩系统运行过程中,当出现第二制冷剂蒸汽压力>1.2MPa时,第一单向阀23打开,较高压力的第二制冷剂进入第一膨胀容器21,第二制冷剂蒸汽压力降低,降压后的第二制冷剂分别进入第一毛细管22和第二压缩机9,使第二级压缩系统中的第二制冷剂得到补充,便于第二级压缩系统正常工作。
[0049] 当第三级压缩系统的第三制冷剂不断释放热量,至第二温度控制器15的设定值时,自动启动第三压缩机17,第三电磁阀延时接通打开。第三压缩机17吸入第三制冷剂低压蒸汽、
蒸汽压缩作功、排出高温高压蒸汽。高温高压蒸汽进入第三油分离器18和第四油分离器19,进行二级分离处理,保证了油分离效率,防止在超低温下冷冻润滑油
粘度增加导致回油率下降,影响制冷效果。第三压缩机17排出的第三制冷剂蒸汽中含有的冷冻润滑油,重新由压差作用回到第三压缩机17的
曲轴箱内。从第三油分离器18和第四油分离器19出来的高温蒸汽进入第三蒸发器11,使高温高压蒸汽冷凝成高压的液体制冷剂。高压的液体制冷剂进入第四节流器20,使第三制冷剂降压降温成低温液体。被降压降温的低温液体进入冷阱直接膨胀,低温液体吸收冷阱的热量,冷阱的温度降低,达到-100~-110℃的超低温。超低温的冷阱环境使得升华后的蒸汽快速凝结,提高了真空干燥机的干燥效率。
吸取热量的第三制冷剂又重新被第三压缩机17吸入。这样第三级压缩系统不断循环,完成第三级压缩系统的功能。
[0050] 第三级压缩系统中安装有第二膨胀容器24,第二毛细管25和第二单向阀26。在第三级压缩系统运行过程中,当出现第三制冷剂蒸汽压力>1.2MPa时,第二单向阀26打开,较高压力的第三制冷剂进入第二膨胀容器24,第三制冷剂蒸汽压力降低,降压后的第三制冷剂分别进入第二毛细管25和第三压缩机17,使第三级压缩系统中的第三制冷剂得到补充,便于第三级压缩系统正常工作。
[0051] 为了保证第三级压缩系统的正常运行,在第三级压缩系统中添加极少量的戊烷溶剂,降低冷冻润滑油在超低温下的粘度,避免出现冷冻润滑油的
冰堵现象。
[0052] 本实用新型的制冷系统在运行时,先启动第一级压缩系统,当第一温度控制器7达到设定温度时,启动第二级压缩系统,待第一级压缩系统和第二级压缩系统运行稳定并且第二温度控制器15达到设定温度时,再启动第三级压缩系统。停机时,依次关闭第三级压缩系统,第二级压缩系统和第一级压缩系统。
[0053] 本实用新型的制冷系统采用三级制冷系统,获得-100℃— -110℃超低温环境,对于加入添加剂的待干燥制剂也能实现干燥的效果,扩大了真空干燥设备的使用范围。
[0054] 上述的具体实施方式只是示例性的,是为了更好地使本领域技术人员能够理解本
专利,不能理解为是对本专利包括范围的限制;只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰,均落入本专利包括的范围。