一种冷冻浓缩装置的制作方法

本发明属于冷冻浓缩，具体为一种冷冻浓缩装置。

背景技术：

1、现有的冷冻浓缩方法中，主要存在两种不同物理原理的两大种类的冷冻浓缩方法。第一种：利用物质在结晶点（如利用水溶液在冰点）以下时的固液相关系来实现的一种浓缩技术；如，溶剂为水时，通过把水冷冻成冰晶并通过固液分离（冰晶与浓溶液分离）的方式把溶剂（水）以固体方式排除出去，实现浓缩的冷冻浓缩方法。第二种：利用熔点与溶质含量（浓度）的负相关关系来实现冷冻浓缩的技术方法；即，对冷冻材料进行加热溶解，收集不同浓度的溶解溶液的方法，来实现浓缩的冷冻浓缩方法。

2、第一种冷冻浓缩方法：利用稀溶液与冰在冰点以下时的固液相关系来实现的一种浓缩技术。又主要有两种方式：悬浮结晶冷冻浓缩法和渐进冷冻浓缩法。悬浮结晶冷冻浓缩法的原理是：在对稀溶液进行冷冻时，不断排除在液体中悬浮的自由小冰晶，使液体浓度增加的方法。渐进冷冻浓缩法的原理是：在对稀溶液进行冷冻时，随着冰层在冷却面的生成和成长，固、液界面附近的溶质被排除到液相侧，导致液相中溶质质量浓度逐渐升高的浓缩方法。现有的冷冻浓缩方法的设备结构复杂、设备成本和生产成本高、且效率不高。

3、第二种冷冻浓缩方法：利用熔点与溶质含量（浓度）的负相关关系，通过对冷冻材料的加热溶解分离来实现浓缩。如，冰体自然溶解时，会首先溶解出浓度相对高的溶液。利用这一个现象，通过把溶液多次冷冻成固体、再溶解可以实现稀溶液浓度的提高，这就是一种通过冰体自然溶解的冷冻浓缩方法。另外，冰体的自然溶解是一种受热溶解的方式，与此类似对冰体采用其他方式的加热溶解也会得到浓溶液，实现冷冻浓缩。目前，该方法下的浓缩效果和效率很低。

4、上述两种不同物理原理下的冷冻浓缩方法，都存在一个重大的问题：冷冻浓缩的效果和效率低。尤其是现有的加热溶解的冷冻浓缩方法（传统常规加热方法），其冷冻浓缩的浓缩效果和效率，比现有利用物质在结晶点（如利用水溶液在冰点）以下时的固液相关系实现浓缩的效果和效率更低。

5、影响第一种冷冻浓缩方法的浓缩效果和效率的原因是：其采用的物理原理导致固液分离时不可避免地出现溶质夹带问题。冰晶的分离效果和控制所结冰晶夹带引起的溶质损失，对该物理原理下的冷冻浓缩的应用是否成功极为重要，也是导致现有冷冻浓缩设备结构复杂，设备成本高，操作复杂等问题的原因之一。

6、第二种冷冻浓缩方法可解决第一种方法的溶质夹带问题，但是，又存在影响第二种冷冻浓缩方法的浓缩效果和效率的因素：冷冻材料的冷却面的溶质含量的密实冰层和冷冻材料内部固体结构等因素，会对其受热溶解时的热量传递，以及冷冻材料溶解溶液的分离流出形成阻碍，这两方面的阻碍因素严重影响了该方法下的冷冻浓缩的浓缩效果和效率。

7、公开文件（申请号cn202411098564.3）的装置，通过把热源设置在特定方位的加热技术思维，打破了上述传统常规的加热思维。通过特定方位的热源，解决了冷冻材料的冷却面的溶质含量的密实冰层会对其受热溶解时的热量传递形成阻碍影响的问题。

8、但是，由于熔点与溶质含量（浓度）存在负相关关系，很多溶液达到一定浓度时，其熔点非常低，即要把该浓度下的溶液冷冻成固态时，需要极深的低温。图1为酒精的浓度与其熔点（凝固点）的关系曲线图，如酒精浓度约70wt%时，熔点在-50℃以下（即溶液冷冻成固态时的温度在-50℃以下），酒精浓度约90wt%时，熔点在-100℃以下（即溶液冷冻成固态时的温度在-100℃以下）。但是，通常情况下，加热器的热源（发热元件或热量媒介）的耐受低温程度是有限的，超过能耐受的低温限制加热器就会受到损坏而无法工作，同时，加热器的热源需要满足一定的自身温度才能开始工作，传递热量。如果自带加热器的冷冻浓缩装置在进行冷冻过程中，不对加热器进行保护措施，或者如公开文件（申请号cn202411098564.3）的冷冻浓缩装置那样：加热器与稀溶液一同在冷冻设备中进行冷冻，一方面由于加热器的热源温度会降低到冷冻温度，从而导致加热器在启动工作时热源自身温度无法满足；另一方面加热器中的热源的耐受低温限制，就决定了冷冻浓缩设备可以采用的最终冷冻低温，这就限制了该装置冷冻浓缩时可以达到的最高浓缩浓度，最终影响了冷冻浓缩的效果和效率。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出了一种热源安装技术思维：通过热源安装与冷冻过程的分开或组合的技术思维（根据冷冻低温的深度和热源的耐受程度决定）。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种冷冻浓缩装置，包括：冷冻溶解组件，冷冻溶解组件包括容器、容器盖、容器底隔热盖、设置于容器底的用于设置热源的上端或下端有开口的空管、热源；空管设置在容器的中心轴线位置及其附近区域；冷冻时，将容器内的稀溶液冷冻成固体或固液混合体；之后把容器从冷冻设备中移出，利用热源向固体或固液混合体传递热量进行溶解，分段留取溶液，符合目标浓度的溶液留取备用，不符合目标浓度的溶液，使用所述冷冻浓缩装置继续冷冻和溶解，实现稀溶液浓缩。

4、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：在容器的中心轴线位置及其附近区域设置的空管可以为一个或多个。

5、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：热源可以为发热元件（如电热元件等），也可以采用热量媒介（如流体等）作为热源。

6、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：热源独立设置或者可拆卸地设置于容器盖下端面或容器底隔热盖的上端面。

7、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：对稀溶液进行冷冻时，冷冻的方式会对冷冻浓缩的效果和效率产生影响。比如，渐进的冷冻方式和急速冷冻的方式下，冷冻浓缩的效果和效率是不同的；渐进的冷冻方式会提高冷冻浓缩的效果和效率。

8、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：热源在冷冻前或者在冷冻后安装于空管内，保证各种冷冻温度条件，包括极深低温下热源的正常使用。

9、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：所述装置还包括隔热装置，用于套装于容器外实现隔热。

10、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：所述装置还包括制造导流通道的设备，用于在冷冻得到的固体或固液混合体上制作导流通道。

11、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：容器的容器盖上设置有溶液出口和溶液出口阀。

12、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：容器的容器盖上还设置有支脚，用于加热溶解时实现对容器的支撑。

13、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：所述装置还设置有备用盖，备用盖和容器盖都设置有隔热层。

14、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：当空管的开口设置在下端时，容器的容器底隔热盖也承担空管的开口的保护盖功能；当空管的开口设置在上端时，在开口上设置有保护盖，在冷冻时备用盖安装于容器顶部。

15、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：多组前述的冷冻溶解组件组装在一起形成冷冻溶解组件的组合体，可提高冷冻浓缩装置的效果和效率。

16、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

17、一种上述的冷冻浓缩装置在食品、化妆品、生物医药、环保处理等领域的应用。

18、一种上述的冷冻浓缩装置在牛奶、酒类、饮料（如果汁、咖啡、茶、豆奶、豆浆等）、化学药液、中草药液、植物提取物、海水提纯、废水处理等领域的应用。

19、一种上述的冷冻浓缩装置在热敏性原料的冷冻浓缩和分离提纯领域的应用。

20、一种上述的冷冻浓缩装置在牛奶、酒类、饮料（如果汁、咖啡、茶、豆奶、豆浆等）、化学药液、中草药液、植物提取物、海水提纯、废水处理等的冷冻浓缩和分离提纯领域的应用。

21、本发明的有益效果如下：

22、本发明提出一种冷冻浓缩装置，包括冷冻溶解组件，冷冻溶解组件包括容器、容器盖、容器底隔热盖、设置于容器底的用于设置热源的上端或下端有开口的空管、热源；空管设置在容器的中心轴线位置及其附近区域；冷冻时，将容器内的稀溶液冷冻成固体或固液混合体；之后把容器从冷冻设备中移出，利用热源向固体或固液混合体传递热量进行溶解，分段留取溶液，符合目标浓度的溶液留取备用，不符合目标浓度的溶液，使用所述冷冻浓缩装置继续冷冻和溶解，实现稀溶液浓缩。本发明装置通过结构设置改进，解决了在冷冻浓缩过程中，一方面由于加热器的热源（发热元件或热量媒介）温度会降低到冷冻温度，从而导致加热器在启动工作时热源自身温度无法满足；另一方面由于加热器的热源的耐受低温限制，影响其最终的冷冻浓缩可以承受的冷冻低温，从而限制该装置冷冻浓缩的最高浓缩浓度等问题。本发明提高了冷冻浓缩和分离提纯的效果和效率，设备和操作简单，便于在食品、化妆品、生物医药、环保处理等领域的应用。