專利名稱：超低溫真空冷凍干燥機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種超低溫真空冷凍干燥機(jī)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今干燥技術(shù)較多，如噴霧干燥、熱風(fēng)干燥、自然干燥、滾筒干燥、沸騰干燥、普通冷凍干燥、遠(yuǎn)紅外干燥等都屬較傳統(tǒng)的干燥技術(shù)。用這些設(shè)備和技術(shù)加工的產(chǎn)品，與采用超低溫真空冷凍干燥技術(shù)加工的冷凍干燥食品相比，具有如下主要缺陷一是外觀差，色澤暗淡、脫色、硬化比較嚴(yán)重；二是在加工過程中，由于分子結(jié)構(gòu)、微量元素受到不同程度的破壞，致使其營養(yǎng)成分一般僅保留45～50％左右，有些易溶、易揮發(fā)元素早已損失殆盡；三是盡管可作食用和它用，但口感較差。此外，由于產(chǎn)品質(zhì)量差，儲(chǔ)存時(shí)間短，隨之利用率也低，浪費(fèi)也大。
目前，由于超低溫真空冷凍干燥技術(shù)(屬稱活性生物、植物加工技術(shù))在我國還沒有大量開展，因此市場(chǎng)上很難見到冷凍干燥食品即活性生物、植物制品。特別是在實(shí)用技術(shù)方面，國內(nèi)尚屬空白。在國外有專家證明，冷凍干燥食品加工是一種能獲得優(yōu)質(zhì)食品的最好加工方法，在世界少數(shù)發(fā)達(dá)國家中冷凍干燥食品已用于宇航、軍隊(duì)，登山、航海、醫(yī)療等方面，在一般民間中也確立穩(wěn)固地位。本人從九四年開始，通過十多年的探索研究和請(qǐng)教有關(guān)專家學(xué)者，認(rèn)真實(shí)踐，從而獲得了這一關(guān)鍵技術(shù)，并制成了超低溫真空冷凍干燥機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種超低溫真空冷凍干燥機(jī)，它能夠加工出活性生物、植物制品，以滿足廣大用戶的需求。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下包括箱體、制冷機(jī)和控制部分。所述的箱體，其頂部裝有真空泵、汽水分離器和捕水凝冷器，其底部安裝制冷機(jī)，其內(nèi)膽和箱體兩側(cè)及頂部外殼之間設(shè)有“U”形制冷管和若干根制熱管。制冷機(jī)是超低溫制冷機(jī)，由電控箱和雙級(jí)或多級(jí)壓縮制冷機(jī)組組成，制冷范圍在-0～-80℃。制冷管與壓縮機(jī)組及內(nèi)膽內(nèi)壁上的制冷管連通，構(gòu)成冷凍干燥回路。制熱管與增熱容器、增熱泵及內(nèi)膽內(nèi)壁上的制熱管連通，構(gòu)成去除箱體內(nèi)的霜和水分的增熱回路。
本實(shí)用新型構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制作和推廣，還具有能耗低輸出功率大，效果好，美觀實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本實(shí)用新型的真空冷凍干燥技術(shù)能提高能源綜合利用，具有其它干燥方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此將會(huì)在生物、植物制品、醫(yī)療制品、食品工業(yè)等方面受到廣泛應(yīng)用，特別適應(yīng)對(duì)農(nóng)副土特產(chǎn)品的處理及加工，如淡、海水產(chǎn)品類、肉類、果品蔬菜類、禽蛋類、中藥材類、豆科類、薯芋類、各種高級(jí)淀粉類、咖啡、茶葉類、佐料類、花賁類等2000余種產(chǎn)品進(jìn)行加工處理或多層次的深加工，更適應(yīng)對(duì)近年來我國開發(fā)生產(chǎn)的山藥、葛根、魔芋、蕨根等保健藥食兩用產(chǎn)品進(jìn)行高層次的加工，超低溫冷凍干燥是在低于水的三相點(diǎn)壓力(700Pa)進(jìn)行的，相平衡溫度低，物料干燥時(shí)溫度也低，都處于真空冷凍的狀態(tài)下，所以能保留新鮮物品的色、香、味、維生素C、徽量原素以及所有營養(yǎng)成份不受損失，能完全保證這些物品的原有營養(yǎng)成份，有機(jī)化合物微量原素，特別是此類植物所含的荷爾蒙誘導(dǎo)素、春量素醇，鈣、鐵、鋅等元素都能完整的保留下來，物料表面不會(huì)形成硬質(zhì)薄皮，不會(huì)因物料干燥收縮變形，用此技術(shù)加工生產(chǎn)的各種食品不但營養(yǎng)豐富，口感好，而且風(fēng)味獨(dú)特，是當(dāng)今和未來數(shù)年對(duì)生、植物加工處理最新科學(xué)技術(shù)，具有發(fā)展?jié)摿?，用此技術(shù)加工的產(chǎn)品較之普通設(shè)備加工的產(chǎn)品價(jià)格高出幾倍和幾十倍，在國際國內(nèi)一定會(huì)受到消費(fèi)者普遍歡迎。
本實(shí)用新型能夠加工出活性生物、植物制品，其較傳統(tǒng)干燥技術(shù)加工的產(chǎn)品有著非常大的區(qū)別，不但色澤誘人，風(fēng)味獨(dú)特，口感甚佳，而且原有內(nèi)在質(zhì)量分子結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)成分以及微量元素都能保證在95％以上，特別是持有易氧化的物質(zhì)得以完全保存，儲(chǔ)貯時(shí)間可達(dá)三年以上，并且不生蟲不變質(zhì)。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的后視圖。
圖3是圖1的左視圖。
圖4是圖3中制冷機(jī)19即雙級(jí)壓縮制冷機(jī)組的放大示意圖。
圖5是圖4的左視圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型是在普通冰雪的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，其結(jié)構(gòu)主要包括冷凍、真空、汽水分離、加熱、供熱和控制部分。不銹鋼箱體，鋼鐵支架及相關(guān)緊固件和連接體，高保真耐壓密封門，箱體外部設(shè)有增熱容器和輸熱泵，故障報(bào)警連鎖裝置，可隨時(shí)監(jiān)控箱體內(nèi)的工作情況。箱體內(nèi)有輸冷排管和導(dǎo)熱管，物料加工擱架，擱架可根據(jù)需要上下左右移動(dòng)，使物料能達(dá)到最佳的加工效果，縮短加工時(shí)間，箱體頂部裝有捕水能量大特制的凝冷器，即使不使用真空泵也可達(dá)到非常好的真空效果，頂部?jī)啥朔盅b真空泵和汽水分離器，在工作中可保持箱體的真空和汽水分離，凝冷器捕水等工作，能達(dá)到最佳效果。箱體低部裝有特制和改制的超低溫制冷機(jī)，采用雙級(jí)和多級(jí)制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)(制冷溫度-0～-80℃)，進(jìn)出原料采用步進(jìn)液壓裝置，可縮短進(jìn)出料的時(shí)間節(jié)省人力，設(shè)備所需電源為380V 50HZ，普通動(dòng)力電源，整機(jī)設(shè)計(jì)合理，布局緊奏，運(yùn)行平穩(wěn)、能耗低、噪音小，造價(jià)低，整臺(tái)設(shè)備可根據(jù)需要隨時(shí)移動(dòng)，并能連續(xù)工作。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3、圖4所示，包括箱體1、制冷機(jī)19和控制部分。其中所述的箱體1，其頂部裝有真空泵2、汽水分離器4和捕水凝冷器23，其底部安裝制冷機(jī)19，其內(nèi)膽25和箱體兩側(cè)及頂部外殼之間設(shè)有“U”形制冷管22和若干根制熱管24。制冷機(jī)19是超低溫制冷機(jī)，由電控箱26和雙級(jí)或多級(jí)壓縮制冷機(jī)組組成，制冷范圍在-0～-80℃。制冷管22與壓縮機(jī)組及內(nèi)膽25內(nèi)壁上的制冷管13連通，構(gòu)成冷凍干燥回路。制熱管24與增熱容器15、增熱泵18及內(nèi)膽25內(nèi)壁上的制熱管12連通，構(gòu)成去除箱體1內(nèi)的霜和水分的增熱回路。
在箱體1的內(nèi)膽25的內(nèi)腔中設(shè)有3個(gè)活動(dòng)擱物架，上部為輕物料擱物架，中部和下部擱物架為重物料擱物架。全部擱物架采用步進(jìn)液壓裝置，為了運(yùn)動(dòng)靈活輕便快捷，并安裝了擱架11、滑槽9和滑輪10，由步進(jìn)液壓裝置操縱，可上下左右移動(dòng)，使物料在冷凍干燥加工過程中質(zhì)量保持一致。滑輪10與擱架11的底部活動(dòng)相連，滑輪10在滑槽9上滾動(dòng)，滑槽9兩端與內(nèi)膽25的內(nèi)壁固定連接。
上述雙級(jí)或多級(jí)壓縮制冷機(jī)組，可通過特制或改制而成。雙級(jí)壓縮制冷機(jī)組的結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示它是在現(xiàn)有的壓縮制冷機(jī)的基礎(chǔ)上改制而成，即增加了一臺(tái)輔助壓縮機(jī)即二級(jí)壓縮機(jī)28，多了一級(jí)壓縮，只是外觀上在所改變了，但經(jīng)改制后壓縮制冷機(jī)制冷溫度更低，輸出功率大，穩(wěn)定性能好，而且能耗量低。同理，在二級(jí)壓縮機(jī)28的右側(cè)再增加一臺(tái)或多臺(tái)輔助壓縮機(jī)即形成多級(jí)壓縮制冷機(jī)組；其它部件如管道27、一級(jí)壓縮機(jī)29以及與電控箱26相連的關(guān)系不變，并且所增加的輔助壓縮機(jī)與現(xiàn)有的一級(jí)壓縮機(jī)29的結(jié)構(gòu)相同，只是翻轉(zhuǎn)過來安裝。電控箱26是主機(jī)自動(dòng)控制、保護(hù)和強(qiáng)散熱裝置，能使主機(jī)運(yùn)行安全可靠。雙級(jí)壓縮制冷機(jī)組比單級(jí)壓縮制冷機(jī)制冷效果好，制冷范圍可達(dá)-0～-80℃，輸出工率穩(wěn)定，同時(shí)還可根據(jù)需要改裝使用氨氟兩種制冷劑。制冷劑經(jīng)過膨脹閥后由于壓強(qiáng)，急速下降而蒸發(fā)成為氣體，與此同時(shí)，進(jìn)行吸熱使蒸發(fā)器周圍空間溫度降低，蒸發(fā)后的制冷劑氣體被壓縮機(jī)壓縮，再壓縮使之壓強(qiáng)升高和產(chǎn)生熱量被二次壓縮后的制冷劑氣體經(jīng)冷凝器冷卻后又重新變?yōu)橐簯B(tài)制冷劑在此過程中的熱量由凝冷器中的水和空氣帶走，制冷劑就在系統(tǒng)中完成一個(gè)冷凍循環(huán)。通過實(shí)踐進(jìn)行能量分析雙級(jí)壓縮制冷機(jī)輸出功率較單級(jí)壓縮制冷機(jī)高出一倍多，而且所耗能源只約大于單級(jí)壓縮制冷機(jī)的25％，相比之下雙級(jí)壓縮制冷機(jī)不但輸出功率大系數(shù)穩(wěn)定，而且節(jié)約能源同時(shí)完全能保證設(shè)計(jì)要求。
安裝在箱體1頂部的真空泵2，起著抽空的關(guān)鍵作用，箱體容積的大小決定真空泵的數(shù)量，一般可用一臺(tái)或多臺(tái)。當(dāng)物料放置擱架11后，關(guān)好耐壓密封門21，啟動(dòng)制冷機(jī)，這時(shí)可開始抽空，在較短的時(shí)間內(nèi)箱體內(nèi)達(dá)到高純的真空度，物料在真空狀態(tài)下進(jìn)行冷凍干燥。由于是在真空下進(jìn)行冷凍干燥，所以能保持物料的色形味不變，不氧化不薄皮等。
不論箱體1的容積大小，有一臺(tái)或二臺(tái)汽水分離器4即可。汽水分離器是整機(jī)和冷凍干燥物料質(zhì)量好壞的關(guān)鍵部件之一。當(dāng)冷凍開始，升華、凝冷器23捕水等程序進(jìn)行，由于物料中水分的蒸發(fā)，箱體內(nèi)容易形成霧狀，難以由某一項(xiàng)設(shè)備排出，這時(shí)汽水分離器動(dòng)用它特有功能進(jìn)行汽水分離工作，排出箱體內(nèi)的水汽，使箱內(nèi)保持無水汽狀態(tài)，使物料能夠完好的進(jìn)行冷凍干燥。
在箱體1外殼的底部設(shè)有與之連接的支架7，該支架可由鋼材等金屬制成，四周為敞開式。支架7分成兩個(gè)部分一部分安裝壓縮制冷機(jī)組和控制部分設(shè)備，一部分安裝增熱容器15和增熱泵18。由于底部支架采用了敞開式，設(shè)備處于通風(fēng)散熱的較好條件，也便于維護(hù)和檢修，從外觀上看就像一臺(tái)小型標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。
上述的增熱容器15設(shè)有與之連通的增熱液分離閥17，并且該增熱容器設(shè)有連通的上下兩層，上層為熱液，下層為冷液，并裝有熱冷液識(shí)別器。增熱泵18與增熱容器15相互作用，將需要冷熱液通過與箱體1內(nèi)連接的管道，泵給增熱循環(huán)系統(tǒng)，使之平溫，增熱溫度為+1～60℃，隨時(shí)保證箱體內(nèi)的升華溫度達(dá)到理想效果。序號(hào)16是增熱容器15的蓋。
箱體1設(shè)有耐壓密封門21，二者由載重活頁8相連。耐壓密封門21用防腐耐酸不銹鋼板焊接而成，門的中上方留有視窗3，可隨時(shí)觀查箱內(nèi)的工作情況。耐壓密封門21門面上安裝了整臺(tái)設(shè)備的操作控制板6，其包括位于板面右下方的使用380V 50HZ普通電源的電源總開關(guān)(自動(dòng)空氣開關(guān))，以及各種設(shè)備的啟動(dòng)按鈕、停機(jī)按鈕，各種功能的指示燈及顯示器，例如正常運(yùn)行燈，工作完成燈，故障報(bào)警燈及報(bào)警器和自動(dòng)停機(jī)裝署，熱冷液可視杯(液位器)，這些設(shè)施用軟線軟管，再用防腐耐酸包皮軋成一體隨耐壓門后的專用線槽連接箱體內(nèi)各種設(shè)備。耐壓密封門21內(nèi)側(cè)裝有防腐耐酸、耐壓橡膠墊圈20，門右上、下部可安裝有鎖緊手柄5及減壓閥，整門開啟方便密封性能好。手柄5的螺桿與箱體1的內(nèi)膽25的側(cè)壁螺紋相連。在箱體1內(nèi)側(cè)和內(nèi)膽25之間置有70mm厚度的聚氨脂保溫材料，形成隔熱層14。
本實(shí)用新型的箱體1和內(nèi)膽25可由防腐耐酸的不銹鋼材料制成。
下面簡(jiǎn)述一下本機(jī)工作過程。
先將備好的物料(加工物品)放置箱體1內(nèi)的擱架11上，關(guān)好耐壓密封門21，按首先編排好的工作程序啟動(dòng)設(shè)備，設(shè)備會(huì)按程序預(yù)冷強(qiáng)冷，升華抽真空，加熱蒸發(fā)水分等。由于輸入了工作程序，設(shè)備不但可以自動(dòng)按程序工作運(yùn)行，同時(shí)還可記錄各種工作數(shù)據(jù)，如發(fā)生故障，即可連動(dòng)觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)及控制連鎖機(jī)構(gòu)，可免受操作失誤設(shè)備故障，蒙受損失。加工物品即生、植物水分存在的空間在水分通過冷凍后，基本維持不變，故干燥后，生、植物制品結(jié)構(gòu)形態(tài)也不會(huì)變，物品通過加工后有非常好的復(fù)原性，所以能加水復(fù)原。物品通過冷凍干燥后除去了99％的水分，物品能長(zhǎng)期保存而不會(huì)變質(zhì)。歸納為形不變、質(zhì)不變，原質(zhì)原味，原有營養(yǎng)成為保證在98％以上，減輕了重量，延長(zhǎng)了儲(chǔ)存時(shí)間，便于運(yùn)輸。
權(quán)利要求1.一種超低溫真空冷凍干燥機(jī)，包括箱體(1)、制冷機(jī)(19)和控制部分，其特征在于所述的箱體(1)，其頂部裝有真空泵(2)、汽水分離器(4)和捕水凝冷器(23)，其底部安裝制冷機(jī)(19)，其內(nèi)膽(25)和箱體兩側(cè)及頂部外殼之間設(shè)有“U”形制冷管(22)和若干根制熱管(24)；制冷機(jī)(19)是超低溫制冷機(jī)，由電控箱(26)和雙級(jí)或多級(jí)壓縮制冷機(jī)組組成，制冷范圍在-0～-80℃；制冷管(22)與壓縮機(jī)組及內(nèi)膽(25)內(nèi)壁上的制冷管(13)連通，構(gòu)成冷凍干燥回路；制熱管(24)與增熱容器(15)、增熱泵(18)及內(nèi)膽(25)內(nèi)壁上的制熱管(12)連通，構(gòu)成去除箱體(1)內(nèi)的霜和水分的增熱回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫真空冷凍干燥機(jī)，其特征是在內(nèi)膽(25)的內(nèi)腔中設(shè)有3個(gè)活動(dòng)擱物架，上部為輕物料擱物架，中部和下部擱物架為重物料擱物架。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低溫真空冷凍干燥機(jī)，其特征是每個(gè)活動(dòng)擱物架由滑槽(9)和帶有滑輪(10)的擱架(11)組成，滑輪(10)與滑槽(9)滾動(dòng)連接，滑槽(9)兩端與內(nèi)膽(25)的內(nèi)壁固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫真空冷凍干燥機(jī)，其特征是在箱體(1)外殼的底部設(shè)有與之連接的支架(7)，該支架分成兩個(gè)部分，一部分安裝壓縮制冷機(jī)組和控制部分的設(shè)備，一部分安裝增熱容器(15)和增熱泵(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的超低溫真空冷凍干燥機(jī)，其特征是增熱容器(15)設(shè)有與之連通的增熱液分離閥(17)，并且該增熱容器設(shè)有連通的上下兩層，上層為熱液，下層為冷液，并裝有熱冷液識(shí)別器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫真空冷凍干燥機(jī)，其特征是增熱回路的增熱溫度是+1～60℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫真空冷凍干燥機(jī)，其特征是在箱體(1)的耐壓密封門(21)上設(shè)有視窗(3)和操作控制板(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超低溫真空冷凍干燥機(jī)，其特征是在耐壓密封門(21)的上下部各有一個(gè)鎖緊手柄(5)，其螺桿與箱體(1)的內(nèi)膽(25)的側(cè)壁螺紋相連。
專利摘要本實(shí)用新型是超低溫真空冷凍干燥機(jī)，其包括箱體(1)、制冷機(jī)(19)和控制部分。箱體(1)，其頂部裝有真空泵(2)、汽水分離器(4)和捕水凝冷器(23)，其底部安裝制冷機(jī)，其內(nèi)膽(25)和箱體兩側(cè)及頂部外殼之間設(shè)有制冷管(22)和若干根制熱管(24)；制冷機(jī)是超低溫制冷機(jī)，由電控箱(26)和雙級(jí)或多級(jí)壓縮制冷機(jī)組組成，制冷范圍在－0～－80℃；制冷管(22)與壓縮機(jī)組及制冷管(13)連通，構(gòu)成冷凍干燥回路；制熱管(24)與增熱容器(15)、增熱泵(18)及制熱管(12)連通，構(gòu)成去除箱體內(nèi)的霜和水分的增熱回路。本實(shí)用新型構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制作和推廣，還具有能耗低輸出功率大和實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F26B5/04GK2760478SQ20042005795
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者李遠(yuǎn)林 申請(qǐng)人:李遠(yuǎn)林