Лабораторная лиофильная сушилка

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к оборудованию для лиофильной сушки, и может быть использовано в микробиологической, химической и пищевой промышленности. Сушилка содержит вакуумную камеру, подключенную к вакуум-насосу через патрубок с запирающим клапаном. С внешней стороны дна установлены термоэлектрические модули, принцип действия которых основан на эффекте Пельтье. Термоэлектрические модули предназначены для замораживания сушимого продукта через диэлектрическую подложку, контактирующую с дном вакуумной камеры при подаче постоянного напряжения определенной полярности, и для регулируемого нагрева продукта на стадии сублимации при подаче постоянного напряжения противоположной полярности. Вакуумная камера снабжена десублиматором, выполненным в виде съемной крышки. В крышке установлены термоэлектрические модули, конструктивно аналогичные первым модулям. Внешние по отношению к вакуумной камере поверхности модулей имеют возможность охлаждения с помощью соответственно водяных теплообменников. Предлагаемая конструкция должна обеспечить надежность осуществления требуемого процесса сушки. 1 ил.

 

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к оборудованию для лиофильной сушки, и может быть использовано в микробиологической, химической и пищевой промышленности.

Известна лиофильная сушилка для сушки термолабильных веществ, содержащая холодильный агрегат, вакуумный насос, поддон для сосудов с высушиваемым продуктом, установленный между крышкой и полостью сублимационного конденсатора и имеющий отверстия для прохода пара (патент РФ №2052182, МПК F26В 5/06, 1996).

Известная сушилка не обеспечивает регулирования процесса.

Известна вакуум-сублимационная сушилка, содержащая вакуумную камеру, состоящую из секций и подключенную к вакуум-насосу через патрубки с запирающими клапанами, десублиматор, термоэлектрические модули, принцип действия которых основан на эффекте Пельтье, заключающемся в нагревании одного и охлаждении другого спая при пропускании постоянного электрического тока. Термоэлектрические модули служат одновременно в качестве нагревателей для вышестоящей секции и десублиматора для нижней секции камеры (патент РФ №2183307, МПК F26В 5/06, 2000) - ближайший аналог.

В известной сушилке с помощью одних и тех же термоэлектрических модулей нагревается продукт и десублимируется влага. Известно, что на холодных спаях термоэлектрических модулей, основанных на эффекте Пельтье, поглощается теплота, равная холодопроизводительности термоэлектрических модулей. На горячих спаях выделяется теплота, равная холодопроизводительности термоэлектрических модулей и мощности, затраченной на их питание. Последняя достаточна велика и сравнима с мощностью охлаждаемых элементов. С другой стороны, теплота сублимации и десублимации равны. Поэтому при такой конструкции известной сушилки количество тепла, выделяющееся на горячих спаях термоэлектрических модулей и подводимое к сублимируемому продукту, будет постоянно превышать количество тепла, отводимое холодными спаями при конденсации испаренной влаги, что приведет к перегреву всей системы и сделает ее неработоспособной. Количество тепла, выделяющееся на горячих спаях термоэлектрических модулей, для каждой последующей верхней секции возрастает.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, а именно, обеспечение работоспособности лиофильной сушилки, использующей термоэлектрические модули Пельтье, и регулирования процесса сушки.

Указанная задача решается тем, что в лабораторной лиофильной сушилке, содержащей вакуумную камеру, подключенную к вакуум-насосу через патрубок с запирающим клапаном, десублиматор, нагревающие или охлаждающие термоэлектрические модули, контактирующие с дном вакуумной камеры, десублиматор выполнен в виде съемной крышки вакуумной камеры, а внутри крышки также установлены термоэлектрические модули, служащие для охлаждения полости вакуумной камеры, при этом внешние по отношению к вакуумной камере поверхности термоэлектрических модулей, расположенных на наружной поверхности дна вакуумной камеры, и термоэлектрических модулей в крышке имеют возможность охлаждения, например, с помощью водяных теплообменников.

На чертеже изображена предлагаемая сушилка, поперечный разрез.

Сушилка содержит вакуумную камеру 1, подключенную к вакуум-насосу 2 через патрубок 3 с запирающим клапаном 4. Дно камеры 1 служит установочной поверхностью для ампул или флаконов. С внешней стороны дна установлены термоэлектрические модули 5, принцип действия которых основан на эффекте Пельтье. Каждый такой модуль представляет собой полупроводниковое устройство, состоящее из полупроводниковых ветвей с проводимостью p- и n-типа, расположенных между двумя диэлектрическими подложками, на поверхностях которых имеются коммутационные площадки, соединяющие полупроводниковые ветви в единую электрическую цепь. Термоэлектрические модули 5 предназначены для замораживания сушимого продукта через диэлектрическую подложку, контактирующую с дном вакуумной камеры 1 при подаче постоянного напряжения определенной полярности, и для регулируемого нагрева продукта на стадии сублимации при подаче постоянного напряжения противоположной полярности. Ко дну камеры 1 прикреплен датчик температуры 6. Вакуумная камера 1 снабжена десублиматором, выполненным в виде съемной крышки 7. В крышке 7 установлены термоэлектрические модули 8, конструктивно аналогичные модулям 5. Внешние по отношению к вакуумной камере 1 поверхности модулей 8 и 5 имеют возможность охлаждения с помощью соответственно водяных теплообменников 9 и 10.

Сушилка работает следующим образом.

В вакуумную сушильную камеру 1 помещают колбы или флаконы с сушимым продуктом. Камеру 1 закрывают крышкой 7. На термоэлектрические модули 5 подается постоянный электрический ток с полярностью напряжения, обеспечивающей замораживание продукта через контактирующие с дном камеры 1 подложки термоэлектрических модулей, на которых происходит поглощение тепла (холодные спаи). При этом горячие спаи термоэлектрических модулей 5, находящиеся с противоположной стороны, охлаждаются водяным теплообменником 10. На стадии замораживания продукта для интенсификации процесса также подается постоянный электрический ток на термоэлектрические модули 8 съемной крышки 7 с полярностью напряжения, обеспечивающей замораживание продукта через подложки термоэлектрических модулей, контактирующие с крышкой 7 (холодные спаи). При этом горячие спаи термоэлектрических модулей 8, находящиеся с противоположной стороны, охлаждаются водяным теплообменником 9. После замораживания продукта включают вакуумный насос 2, который обеспечивает необходимый вакуум в сушильной камере 1. Затем начинают стадию сушки. Для этого на термоэлектрических модулях 5 меняется полярность напряжения, в результате чего к продукту подводится тепло. При этом охлаждение противоположной стороны термоэлектрических модулей 5 с помощью водяного теплообменника 10 отключают. Влага из продукта конденсируется на крышке 7, охлаждаемой термоэлектрическими модулями 8, и превращается в лед.

Лабораторная лиофильная сушилка, содержащая вакуумную камеру, подключенную к вакуум-насосу через патрубок с запирающим клапаном, десублиматор, нагревающие или охлаждающие термоэлектрические модули, контактирующие с дном вакуумной камеры, отличающаяся тем, что десублиматор выполнен в виде съемной крышки вакуумной камеры, а внутри крышки также установлены термоэлектрические модули, служащие для охлаждения полости вакуумной камеры, при этом внешние по отношению к вакуумной камере поверхности термоэлектрических модулей, расположенных на наружной поверхности дна вакуумной камеры, и термоэлектрических модулей в крышке имеют возможность охлаждения, например, с помощью водяных теплообменников.