專利名稱：實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)。
背景技術(shù)：
冷凍干燥過程是一個(gè)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程，不僅與物料本身特性有關(guān)，還與冷凍 干燥過程參數(shù)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)可幫助科研機(jī)構(gòu)探索木質(zhì)文物的冷 凍干燥方案，從而為批量?jī)龈晒?jié)省投入與消耗。文物是屬于珍貴的物品，為保證好的凍干 效果，必須在探索凍干工藝時(shí)盡可能多的對(duì)凍干過程的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，尤其是某些關(guān) 鍵參數(shù)，如物料溫度、質(zhì)量等，從而根據(jù)不同參數(shù)對(duì)應(yīng)的凍干效果得出最優(yōu)化的冷凍干燥方 案。而現(xiàn)有的飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)無法滿足在實(shí)驗(yàn)室使用的要求，主要表現(xiàn)在(1)體 積較大，占用實(shí)驗(yàn)室有限空間；(2)對(duì)冷凍干燥過程或無監(jiān)測(cè)或監(jiān)測(cè)手段單一，并且沒有相 應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和處理程序；(3)凍干過程參數(shù)不可調(diào)或僅能調(diào)節(jié)有限幾個(gè)參數(shù)，無法滿足 研究的需要。這些都給實(shí)驗(yàn)研究飽水木質(zhì)文物的凍干工藝以及相應(yīng)的建模計(jì)算帶來諸多困 難。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)的缺點(diǎn)，提供一種體 積較小，凍干過程參數(shù)可調(diào)，并且能對(duì)凍干過程進(jìn)行多手段監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷 凍干燥機(jī)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是包括凍干箱、冷阱、制冷裝置、加熱裝置、數(shù)據(jù)測(cè)量和電 氣控制裝置，其特點(diǎn)是，凍干箱和冷阱采用同一箱體；制冷裝置采用自復(fù)疊循環(huán)，工質(zhì)采用 R600a、R23和乙烯混合工質(zhì)；加熱裝置采用液體循環(huán)流動(dòng)加熱方式，加熱液體采用體積比 為1 3 5的水和乙二醇混合液；增設(shè)了數(shù)據(jù)采集和處理程序及控制模塊。本實(shí)用新型的有益效果是凍干箱和冷阱采用同一箱體以及制冷裝置采用自復(fù)疊 循環(huán)縮小了整個(gè)設(shè)備體積，減少占用空間；利用加熱裝置及其相應(yīng)的控制模塊，方便控制降 溫速率和升溫速率；利用凍干箱內(nèi)安裝的稱重傳感器、自帶光源攝像頭和熱電偶，可實(shí)現(xiàn)凍 干過程中樣品的多方位監(jiān)測(cè)，利于凍干工藝的優(yōu)化。

圖1為實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)結(jié)構(gòu)連接圖(虛線框部分見圖2)；圖2為凍干箱內(nèi)加熱板的結(jié)構(gòu)和布置方式及加熱液進(jìn)出示意圖；圖3為樣品監(jiān)測(cè)裝置布置圖；圖4為數(shù)據(jù)測(cè)量和電氣控制裝置示意圖；圖中壓縮機(jī)1、冷凝器2、氣液分離器3、第一節(jié)流閥4、冷凝蒸發(fā)器5、回?zé)崞?、放 水閥7、流量計(jì)8、循環(huán)泵9、加熱罐出口處鉬電阻溫度計(jì)10、加熱罐11、排液閥12、電加熱器 13、凍干箱14、觀察鏡15、加熱板16、儲(chǔ)液罐17、電阻式真空規(guī)18、蒸發(fā)器19、風(fēng)機(jī)20、放空
3閥21、冷阱22、真空泵23、第二節(jié)流閥24、熱電偶25、自帶光源攝像頭26、稱重傳感器27、航 空插28、加熱板進(jìn)出口處鉬電阻溫度計(jì)29、加熱板表面熱電偶30、弧形不銹鋼薄板31、真空 計(jì)32、Agilent數(shù)據(jù)采集單元33、PC機(jī)34、穩(wěn)壓電源35、ADAM4022T模塊36、調(diào)壓模塊37。
具體實(shí)施方式
實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)，包括凍干箱、冷阱、制冷裝置、加熱裝置、數(shù)據(jù)測(cè) 量和電氣控制裝置，其特點(diǎn)是，凍干箱14和冷阱22采用同一箱體；制冷裝置采用自復(fù)疊循 環(huán)，工質(zhì)采用R600a、R23和乙烯混合工質(zhì)；加熱裝置采用液體循環(huán)流動(dòng)加熱方式，加熱液體 采用體積比為1 3 5的水和乙二醇混合液；增設(shè)了數(shù)據(jù)采集和處理程序及控制模塊。由圖1所示，該凍干機(jī)中的制冷裝置主要有壓縮機(jī)1、冷凝器2、氣液分離器3、第一 節(jié)流閥4、冷凝蒸發(fā)器5、回?zé)崞?、蒸發(fā)器19和風(fēng)機(jī)20組成。壓縮機(jī)1和冷凝器2選用法 國(guó)泰康FH4531FHR型壓縮冷凝機(jī)組；冷凝蒸發(fā)器5和回?zé)崞?均采用套管式，外管材料為不 銹鋼，內(nèi)管材料為紫銅，一根外管含六跟內(nèi)管；蒸發(fā)器19選用翅片管式換熱器；風(fēng)機(jī)20的 供電導(dǎo)線通過航空插接入箱體內(nèi)。加熱裝置主要有儲(chǔ)液罐17、加熱罐11、電加熱器13、排 液閥12、循環(huán)泵9、流量計(jì)8和加熱板16組成。儲(chǔ)液罐17安裝于箱體頂部，利于把加熱液 體裝滿整個(gè)加熱裝置；加熱罐11內(nèi)裝有電加熱器13，功率2kw，底部裝有排液閥12，便于檢 修時(shí)排出防凍液；四個(gè)流量計(jì)8各自對(duì)應(yīng)四塊加熱板16，通過調(diào)節(jié)流量計(jì)自帶的調(diào)節(jié)閥便 于控制各路的流量；循環(huán)泵采用上海黃河水泵廠的IHG20-110型立式不銹鋼離心泵。凍干 箱14和冷阱22采用同一箱體，箱體采用不銹鋼制成，外包聚氨酯絕熱層；箱體前端開有箱 門，兩者通過真空密封墊圈密封；箱門上開有觀察鏡15，方便觀察箱體內(nèi)狀況；放空閥21和 放水閥7分別安裝于箱體后側(cè)的頂部和底部；真空泵23采用機(jī)械式旋片真空泵，其型號(hào)為 2XZ-4BD，極限真空度為2X10_2Pa ；真空泵吸氣口裝有高真空充氣擋板電磁閥。由圖2(1)所示，加熱板16共有四塊，在凍干箱14內(nèi)部四周均勻分布，利于對(duì)樣品 進(jìn)行均勻加熱；四塊加熱板和四塊弧形不銹鋼薄板31組成一圓形風(fēng)道，利于凍干箱內(nèi)形成 穩(wěn)定的冷空氣流；四塊加熱板表面中心處分別貼有一個(gè)熱電偶，可以對(duì)表面溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)； 來自四個(gè)流量計(jì)控制管路的四路加熱液體各自進(jìn)入對(duì)應(yīng)的加熱板，進(jìn)行熱交換之后流出加 熱板，最后匯集成一路回到加熱罐；加熱板由不銹鋼制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用折流流道，如圖 2 (2)所示，加熱液體從一側(cè)進(jìn)入加熱板，經(jīng)過三次折流，最后流出加熱板，利于加熱液體與 加熱板壁充分換熱；鉬電阻溫度計(jì)29可以對(duì)加熱板進(jìn)出口液體溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與流量計(jì)調(diào) 節(jié)閥配合使用保證各加熱板進(jìn)出口溫差相等。由圖3所示，凍干箱14內(nèi)頂部裝有稱重傳感器27，通過懸掛方式稱量樣品，稱重傳 感器選用永正稱重科技(杭州)有限公司的108AA型，準(zhǔn)確度等級(jí)C3(國(guó)際法定計(jì)量組織 OIML R60國(guó)際建議)；自帶光源攝像頭26底座安裝于凍干箱14內(nèi)頂部，并通過自身可彎曲 支架使鏡頭正對(duì)于樣品端面，自帶光源攝像頭為高清CMOS 500萬像素，USB2. 0高速接口 ； 熱電偶25探頭套在一直徑為1毫米的針頭內(nèi)，并插入樣品內(nèi)部中心位置；凍干箱側(cè)壁裝有 航空插28，用于熱電偶、信號(hào)線及供電導(dǎo)線的接入。在凍干過程中，熱電偶25可以測(cè)量樣品 內(nèi)部中心點(diǎn)處溫度隨時(shí)間的變化情況，攝像頭26可以對(duì)樣品端面的變化情況進(jìn)行拍攝，而 稱重傳感器27則可以對(duì)樣品重量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由圖4所示，220V交流電源通過一總開關(guān)接到各個(gè)用電設(shè)備中，且各個(gè)用電設(shè)備
4均配有各自的電源開關(guān)。在抽真空過程中，真空計(jì)32實(shí)時(shí)采集電阻式真空規(guī)18的信號(hào)，并 以壓力的形式顯示出來；Agilent數(shù)據(jù)采集單元33有20個(gè)通道，可以同時(shí)連接20個(gè)熱電偶 和鉬電阻溫度計(jì)，并把信號(hào)傳送給PC機(jī)34通過配套的軟件進(jìn)行顯示；攝像頭26的信號(hào)傳 遞給PC機(jī)34，可以實(shí)時(shí)觀察樣品端面狀況；稱重傳感器的電源由12V穩(wěn)壓電源35提供，其 采集的樣品重量信號(hào)傳遞給Agilent數(shù)據(jù)采集單元33并在PC機(jī)34上顯示；ADAM4022T模 塊36采集加熱罐出口處鉬電阻溫度計(jì)的溫度信號(hào)并與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，控制兩相調(diào)壓 模塊37的執(zhí)行，從而調(diào)節(jié)電加熱器13兩端的電壓來控制對(duì)加熱液體的加熱量。ADAM4022T 模塊36的電源由12V穩(wěn)壓電源35提供，溫度可以通過PC機(jī)34里安裝的配套軟件顯示。 ADAM4022T模塊由臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)。真空計(jì)選用上海云捷真空儀器有限公司的DZAl型。 調(diào)壓模塊選用杭州西子固體繼電器有限公司生產(chǎn)的DTY-220D10E型全隔離單項(xiàng)交流調(diào)壓 模塊。 本實(shí)施例中，熱電偶均采用T型，材料為銅和康銅；鉬電阻溫度計(jì)均采用PtlOO型。
權(quán)利要求一種實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)，其特征在于，包括由壓縮機(jī)(1)、冷凝器(2)、氣液分離器(3)、第一節(jié)流閥(4)、冷凝蒸發(fā)器(5)、回?zé)崞?6)、第二節(jié)流閥(24)、蒸發(fā)器(19)、風(fēng)機(jī)(20)組成的制冷裝置和由流量計(jì)(8)、循環(huán)泵(9)、加熱罐(11)、排液閥(12)、電加熱器(13)、加熱板(16)、儲(chǔ)液罐(17)組成的加熱裝置以及放水閥(7)、加熱罐出口處鉑電阻溫度計(jì)(10)凍干箱(14)、觀察鏡(15)、電阻式真空規(guī)(18)、放空閥(21)、冷阱(22)、真空泵(23)、熱電偶(25)、自帶光源攝像頭(26)、稱重傳感器(27)、航空插(28)、加熱板進(jìn)出口處鉑電阻溫度計(jì)(29)、加熱板表面熱電偶(30)、弧形不銹鋼薄板(31)、真空計(jì)(32)、Agilent數(shù)據(jù)采集單元(33)、PC機(jī)(34)、穩(wěn)壓電源(35)、ADAM4022T模塊(36)、調(diào)壓模塊(37)；壓縮機(jī)(1)與冷凝器(2)、氣液分離器(3)依次相連，氣液分離器(3)與第一節(jié)流閥(4)、冷凝蒸發(fā)器(5)、壓縮機(jī)(1)依次相連，氣液分離器(3)與冷凝蒸發(fā)器(5)、回?zé)崞?6)、第二節(jié)流閥(24)、蒸發(fā)器(19)依次相連；儲(chǔ)液罐(17)與加熱罐(11)相連，排液閥(12)與加熱罐(11)相連，加熱罐(11)與循環(huán)泵(9)、流量計(jì)(8)、加熱板(16)依次相連，加熱罐(11)內(nèi)裝有電加熱器(13)；凍干箱(14)與冷阱(22)為同一箱體，并與放空閥(21)、放水閥(7)、真空泵(23)相連，箱門上開有觀察鏡(15)，箱體側(cè)壁裝有航空插(28)，箱體頂部裝有電阻式真空規(guī)(18)，箱體內(nèi)部裝有自帶光源攝像頭(26)、稱重傳感器(27)和熱電偶(25)；電阻式真空規(guī)(18)與真空計(jì)(32)相連；稱重傳感器(27)與Agilent數(shù)據(jù)采集單元(33)、PC機(jī)(34)依次相連；穩(wěn)壓電源(35)與稱重傳感器(27)相連；電加熱器(13)與調(diào)壓模塊(37)、ADAM4022T模塊(36)、PC機(jī)(34)依次相連；穩(wěn)壓電源(35)與ADAM4022T模塊(36)相連；自帶光源攝像頭(26)與PC機(jī)(34)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)，其特征在于，所述的 加熱板(16)內(nèi)設(shè)有折流流道；加熱板之間設(shè)有弧形不銹鋼薄板(31)；四塊加熱板進(jìn)出口分 別插有鉬電阻溫度計(jì)(29)；四塊加熱板表面分別貼有熱電偶(30)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種實(shí)驗(yàn)型飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)，包括凍干箱、冷阱、制冷裝置、加熱裝置、數(shù)據(jù)測(cè)量和電氣控制裝置?，F(xiàn)有飽水木質(zhì)文物冷凍干燥機(jī)存在體積大，測(cè)量監(jiān)測(cè)手段單一，無法滿足實(shí)驗(yàn)室研究要求的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型采用自復(fù)疊循環(huán)作為制冷系統(tǒng)，體積小，制冷溫度低。凍干箱與冷阱為同一個(gè)箱體，結(jié)構(gòu)緊湊。采用溫度、質(zhì)量、圖像三種監(jiān)測(cè)手段對(duì)凍干過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有利于對(duì)整個(gè)凍干過程的研究和優(yōu)化。
文檔編號(hào)F26B25/00GK201731727SQ20092020071
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者盧衡, 張紹志, 虞效益, 陳光明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);浙江省博物館