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。在進行冷凍干燥時，使整個冷架上的溫度均勻，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冷架提供幾乎均勻的溫度分布。
因此，本發(fā)明的一個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，上述及其它目的對本領(lǐng)域的技術(shù)人員會更明顯，這些目的可以通過本發(fā)明達到，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具有一個低溫流體入口和其長度貫穿冷架容積的主流道，該制冷劑分配器還有多個與主流道相連通的沿主流道長度方向伸出的分支，所述分支具有使低溫流體流出制冷劑分布器，并流進冷架容積的多個孔，靠近低溫流體入口的至少一個分支的孔小于遠離低溫流體入口的至少一個分支的孔。
這里所用的術(shù)語“低溫流體”指溫度等于或低于-80℃的流體。
圖1表示為本發(fā)明實施例的冷凍干燥的供應(yīng)低溫流體的設(shè)備簡圖。
圖2表示本發(fā)明的已除去上板的低溫冷架的一個實施例的平面簡圖。
圖3表示本發(fā)明的已除去上板的低溫冷架的另一個實施例的平面簡圖。
圖4表示能使本發(fā)明的低溫冷架容易地垂直移動的一個優(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)簡圖。參照圖1，液氮流1供入文丘里管2。文丘里管具有一個收縮圓錐體和一個擴張圓錐體。當(dāng)壓縮了的低溫流體通過時，該流體將低壓廢氮氣15引入文丘里管中心。因此，如果需要，可使部分廢氮氣9循環(huán)，來混合或蒸發(fā)部分進來的低溫流體1。
液氮3從文丘里里管2中抽出，與熱氮氣流4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中流進冷凍干燥器8。該冷凍干燥器具有多個垂直定位的冷架，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。廢氮氣分成三部分。管道9中的一部分廢氮氣10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，可使氮氣流19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，溫度程序器將逐漸給加熱器20提高熱負荷。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氣。在循環(huán)結(jié)束時，流體7可高達60℃，而流體1則可供應(yīng)室溫氮氣。低溫流體13一直保持冷凍溫度，直到制動器已經(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。參照圖2，冷架25包括限定冷架容積的若干個隔板。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冷架容積的長度。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冷架表面上就能平均分布，因而可達到與圖2所示的本發(fā)明的實施例同樣的效果。
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的長度延伸通過整個冷架45，并且具有多個沿抽出管道52的長度方向向外伸出的分支53，及在抽出管道52長度方向的一端有一個流體排出管。遠離排出管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，可能需要上下移動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和燃氣加熱密封套70，這兩個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，并防止它進入冷凍干燥器的真空室。如燃氣入口72和燃氣出口73所示，一般熱氣體在燃氣加熱密封套70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。密封套和燃氣加熱密封套的長度將取決于低溫冷架的垂直移動距離。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，因而進一步強化了本發(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)選實施例對本發(fā)明作了詳細描述，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度和一個出口管道的抽出管道，該裝置還有若干個沿長度方向的抽出分支，至少有一個距出口管道較遠的分支上的一些孔大于至少一個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，進一步包括一個把制冷劑分布器連到低溫流體源的接頭，所述接頭包括一個密封套和一個圍繞密封套的燃氣加熱密封套，所述燃氣加熱密封套包括一個接收熱氣體的裝置和一個排出熱燃氣的裝置，所述密封套套在能相對于所述密封套移動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，包括若干個限定冷架容積的隔板，及一個與低溫冷源相連通、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具有一個低溫流體入口、其長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度方向與主流道連通的分支，所述分支具有多個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分支上的孔小于遠離低溫流體入口的至少一個分支上的那些孔。
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度和一個出口管道的抽出管道，該裝置還有若干沿其長度方向的抽出分支；至少有一個距出口管道較遠的抽出分支上的孔大于至少一個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，進一步包括一個把制冷劑分布器連接到低溫流體源的接頭，所述接頭包括一個密封套和一個圍繞密封套的燃氣加熱密封套，所述燃氣加熱密封套包括一個接收熱氣體的裝置和一個排出熱氣體的裝置，所述密封套套在能相對于所述密封套移動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
