已知低溫流體如液氮或氣氮很冷，且能釋放出大量的冷量。但是以前尚未把低溫流體用于冷凍干燥器的冷架。冷架是放有冷凍干燥的含水制品的平臺(tái)。在進(jìn)行冷凍干燥時(shí)，使整個(gè)冷架上的溫度均勻，以保證制品的質(zhì)量很重要。低溫流體的冷量釋放很難控制。以前一直難以用低溫流體為冷凍干燥器的整個(gè)冷架提供幾乎均勻的溫度分布。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種可以使用低溫流體作為制冷源，并可在整個(gè)冷架上提供較均勻的冷凍溫度的冷凍干燥系統(tǒng)的冷架。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可以使用低溫流體作為制冷源，以便可以不使用中間換熱流體，并消除使用中間換熱流體而帶來(lái)的溫度范圍限制的用于冷凍干燥系統(tǒng)的冷架。
通過閱讀說明書，上述及其它目的對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)更明顯，這些目的可以通過本發(fā)明達(dá)到，本發(fā)明的一方面是一種低溫冷架，包括若干限定冷架容積的隔板及一個(gè)在所述冷架容積內(nèi)的制冷劑分布器，該制冷劑分布器與低溫流體源相連通，并能使低溫流體流
本發(fā)明的另一方面是一種低溫冷架，包括若干限定冷架容積的隔板及一個(gè)在所述冷架容積內(nèi)的制冷劑分布器，該制冷劑分布器與低溫流體源相連通，并能使低溫流體流過，所述制冷劑分布器包括一個(gè)具有一個(gè)低溫流體入口和其長(zhǎng)度貫穿冷架容積的主流道，該制冷劑分配器還有多個(gè)與主流道相連通的沿主流道長(zhǎng)度方向伸出的分支，所述分支具有使低溫流體流出制冷劑分布器，并流進(jìn)冷架容積的多個(gè)孔，靠近低溫流體入口的至少一個(gè)分支的孔小于遠(yuǎn)離低溫流體入口的至少一個(gè)分支的孔。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“低溫流體”指溫度等于或低于-80℃的流體。
圖1表示為本發(fā)明實(shí)施例的冷凍干燥的供應(yīng)低溫流體的設(shè)備簡(jiǎn)圖。
圖2表示本發(fā)明的已除去上板的低溫冷架的一個(gè)實(shí)施例的平面簡(jiǎn)圖。
圖3表示本發(fā)明的已除去上板的低溫冷架的另一個(gè)實(shí)施例的平面簡(jiǎn)圖。
圖4表示能使本發(fā)明的低溫冷架容易地垂直移動(dòng)的一個(gè)優(yōu)選接頭的橫截面圖。
下面將參照附圖，并以汽化了的液氮作為低溫液體詳述本發(fā)明。任何有效的低溫流體均可用于實(shí)施本發(fā)明。低溫流體可以是液態(tài)、氣態(tài)或氣/液混合物。在可用于實(shí)施本發(fā)明的低溫流體組分中有氮、氬、氧、氦和空氣。
圖1表示使用低溫流體的冷凍干燥系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。參照?qǐng)D1，液氮流1供入文丘里管2。文丘里管具有一個(gè)收縮圓錐體和一個(gè)擴(kuò)張圓錐體。當(dāng)壓縮了的低溫流體通過時(shí)，該流體將低壓廢氮?dú)?5引入文丘里管中心。因此，如果需要，可使部分廢氮?dú)?循環(huán)，來(lái)混合或蒸發(fā)部分進(jìn)來(lái)的低溫流體1。
液氮3從文丘里里管2中抽出，與熱氮?dú)饬?匯合形成流體5，流體5在共軸混合器6中混合。共軸混合器6中的混合作用使液氮汽化并形成低溫氣體。該低溫氣體流在管道7中流進(jìn)冷凍干燥器8。該冷凍干燥器具有多個(gè)垂直定位的冷架，冷架上放有冷凍干燥的含木制品。在低溫氣體用于冷凍干燥的冷架后，低溫氣體就通過管道9從冷凍干燥器的冷架中抽出。廢氮?dú)夥殖扇糠帧９艿?中的一部分廢氮?dú)?0從系統(tǒng)中抽出。另一部分11流入文丘里管12，添加的液氮流13也進(jìn)入文丘里管12。流體氮14從文丘里管12中抽出。通常冷凝器16在10℃狀態(tài)下運(yùn)行，比冷凍干燥器8的冷架要冷。流體14可直接用于冷凝器16。流體9的第三部分15如上所述流入文丘里管2，用于形成上述的流體3。如果需要，可使氮?dú)饬?9通過加熱器20而受熱，以形成流體4，流體4如前述的那樣與流體3混合。
在冷卻和冷凍循環(huán)中只需從加熱器20中得到很少的熱量。測(cè)量冷凍干燥器中溫度的溫度程序器將給流體19提供熱量。當(dāng)含水制品已充分冷凍，真空循環(huán)開始時(shí)，溫度程序器將逐漸給加熱器20提高熱負(fù)荷。第二溫度程序器可逐漸增加低溫流體1的溫度，或逐漸混入的室溫氮?dú)�。在循環(huán)結(jié)束時(shí)，流體7可高達(dá)60℃，而流體1則可供應(yīng)室溫氮?dú)狻５蜏亓黧w13一直保持冷凍溫度，直到制動(dòng)器已經(jīng)關(guān)閉含水制品。
圖2表示可用于如圖1所示的冷凍干燥器的本發(fā)明的低溫冷架的平面圖。參照?qǐng)D2，冷架25包括限定冷架容積的若干個(gè)隔板。在圖2中，為了說明制冷劑分布器，冷架25的上板未示出。冷架25的下板圖示為板26。
在冷架25的冷架容積內(nèi)布置有制冷劑分布器27，該制冷劑分布器與低溫流體源28相連通，如圖1中系統(tǒng)管道7所示。制冷劑分布器27能使低溫流體流過。通常，制冷劑分布器27包括內(nèi)徑在0.125至3英寸之間的管。
主流道47基本上延伸通過整個(gè)冷架容積的長(zhǎng)度。主流道一端有低溫流體入口49，低溫流體入口49用于接受進(jìn)入制冷劑分布器的低溫流體。位置靠近低溫流體入口49的分支例如分支50的孔小于遠(yuǎn)離低溫流體入口49的分支的孔(例如分支51)。這樣，盡管沿主流道47有壓降，低溫流體通過遠(yuǎn)離入口49的分支仍以與通過靠近入口49的分支大致相同的流量流入冷架容積內(nèi)。通常較遠(yuǎn)的分支如分支51的平均孔徑為1/48英寸至1/4英寸，較近的分支上的如分支50的平均孔徑為1/64英寸至1/5英寸。這樣，低溫流體提供給冷架的冷量在整個(gè)冷架表面上就能平均分布，因而可達(dá)到與圖2所示的本發(fā)明的實(shí)施例同樣的效果。
廢低溫流體可按與冷架25中相同的方式從冷架45的冷架容積內(nèi)抽出。圖3表示了一個(gè)從冷架容積內(nèi)抽出廢低溫流體的優(yōu)選系統(tǒng)，其中廢流體從冷架容積內(nèi)均勻抽出，從而進(jìn)一步避免了在冷架區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度�，F(xiàn)在參看圖3，抽出管道52的長(zhǎng)度延伸通過整個(gè)冷架45，并且具有多個(gè)沿抽出管道52的長(zhǎng)度方向向外伸出的分支53，及在抽出管道52長(zhǎng)度方向的一端有一個(gè)流體排出管。遠(yuǎn)離排出管54的分支例如分支55的孔類似于分支51的孔，這些孔大于靠近非出管54的分支例如分支56的孔，這些孔與分支50上的那些孔類似。從排出管54排出的廢流體能如圖1管道9所示的那樣流出冷凍干燥器。
在冷凍干燥時(shí)，可能需要上下移動(dòng)垂直分層配置的低溫冷架，以便塞住或處理裝有制品的瓶子或其他容器。可以使用圖4所示的接頭把冷架擠壓在一起；而不損壞低溫流體管。參看圖4，通過低溫傳輸管65和可在低溫傳輸管中移動(dòng)的低溫管66把低溫流體供應(yīng)給制冷劑分布器。低溫管66沿長(zhǎng)度方向有真空保溫層67，在低溫管66和低溫傳輸管65的連接處有接頭68，接頭68包括由氟烴、石墨或其它低溫密封材料制成的密封套69和燃?xì)饧訜崦芊馓?0，這兩個(gè)密封套都用密封螺母71固定。上述密封套使低溫流體不泄漏，并防止它進(jìn)入冷凍干燥器的真空室。如燃?xì)馊肟?2和燃?xì)獬隹?3所示，一般熱氣體在燃?xì)饧訜崦芊馓?0內(nèi)循環(huán)，以保持上述密封材料在其璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度或脆化溫度以上。密封套和燃?xì)饧訜崦芊馓椎拈L(zhǎng)度將取決于低溫冷架的垂直移動(dòng)距離。圖4所示的接頭將使本發(fā)明的冷架隨附帶的剛性低溫傳輸管容易地垂直移動(dòng)，因而進(jìn)一步強(qiáng)化了本發(fā)明的利用。如果在冷架升溫到室溫前不需要移動(dòng)冷架，則不需要圖4所示的接頭，用低溫軟管連接就足夠了。
雖然已結(jié)合某些優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員明白，本發(fā)明還有一些其他實(shí)施例在權(quán)利要求限定的精神范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
3.如權(quán)利要求1所述的低溫冷架，進(jìn)一步包括從冷架容積抽出低溫流體的裝置，所述抽出裝置包括一條有一定長(zhǎng)度和一個(gè)出口管道的抽出管道，該裝置還有若干個(gè)沿長(zhǎng)度方向的抽出分支，至少有一個(gè)距出口管道較遠(yuǎn)的分支上的一些孔大于至少一個(gè)距出口管道較近的分支上的那些孔。
4.如權(quán)利要求1所示的低溫冷架，進(jìn)一步包括一個(gè)把制冷劑分布器連到低溫流體源的接頭，所述接頭包括一個(gè)密封套和一個(gè)圍繞密封套的燃?xì)饧訜崦芊馓�，所述燃�(xì)饧訜崦芊馓装ㄒ粋�(gè)接收熱氣體的裝置和一個(gè)排出熱燃?xì)獾难b置，所述密封套套在能相對(duì)于所述密封套移動(dòng)的制冷劑分布器管外。
5.如權(quán)利要求1所述的低溫冷架，其中低溫流體源是氮源。
6.一種低溫冷架，包括若干個(gè)限定冷架容積的隔板，及一個(gè)與低溫冷源相連通、能夠使低溫流體流過的在所述冷架容積內(nèi)的制冷劑分布器，所述制冷劑分布器包括一個(gè)具有一個(gè)低溫流體入口、其長(zhǎng)度貫穿冷架容積的主流道，該制冷劑分配器還有若干沿主流道的長(zhǎng)度方向與主流道連通的分支，所述分支具有多個(gè)讓低溫流體從制冷劑分布器流出、并流入冷架容積的孔，比較靠近低溫流體入口的至少一個(gè)分支上的孔小于遠(yuǎn)離低溫流體入口的至少一個(gè)分支上的那些孔。
7.如權(quán)利要求6所述的低溫冷架，其中主流道位于冷架空間的中間區(qū)域。
8.如權(quán)利要求6所述的低溫冷架，進(jìn)一步包括從冷架容積內(nèi)抽出低溫流體的裝置，所述抽出裝置包括一條具有一定長(zhǎng)度和一個(gè)出口管道的抽出管道，該裝置還有若干沿其長(zhǎng)度方向的抽出分支；至少有一個(gè)距出口管道較遠(yuǎn)的抽出分支上的孔大于至少一個(gè)較靠近出口管道的抽出分支上的孔。
9.如權(quán)利要求6所述的低溫冷架，進(jìn)一步包括一個(gè)把制冷劑分布器連接到低溫流體源的接頭，所述接頭包括一個(gè)密封套和一個(gè)圍繞密封套的燃?xì)饧訜崦芊馓�，所述燃�(xì)饧訜崦芊馓装ㄒ粋�(gè)接收熱氣體的裝置和一個(gè)排出熱氣體的裝置，所述密封套套在能相對(duì)于所述密封套移動(dòng)的制冷劑分布器管外。
10.如權(quán)利要求6所述的低溫冷架，其中低溫流體源為氮源。
全文摘要
