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、第一种类冷冻浓缩方法：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、第二种类冷冻浓缩方法：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的：固液分离时，不可避免的溶质夹带问题。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。

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一种冷冻浓缩装置。通过对圆管、上盖板装置（加热器或冷冻器）、箱体与圆管的封闭空间（热媒或冷媒位置）等的位置的设计来处理热源与冷却面的关系，达到了减少冷冻材料的冷却面的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，

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；

4、冷冻溶解组件包括箱体、设置于箱体上端的上盖板、设置于箱体下端的下盖板，箱体内设置有相互平行且等高的圆管组成的圆管组；上盖板的下端面设置有加热器时，冷媒在冷冻时设置于圆管之间；或上盖板的下端面设置有冷冻器时，热媒在溶解时设置于圆管之间；当稀溶液在冷冻溶解组件中被冷冻成固体或者固液混合体后，受热溶解时分段留取溶液，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。

5、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：各个圆管之间留有空隙，各空隙在箱体内部构成一个相互连通的封闭空间，根据加热器的不同设置方式，热媒或者冷媒可以从这个空间通过。

6、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：所述冷冻浓缩装置还包括支架和控制系统，冷冻溶解组件固定在支架上，上盖板、下盖板的上下移动及加热器或冷冻器的运行由控制系统控制。

7、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：上盖板的下端面设置有加热器时，位于同一圆管的加热器可以设置一个或若干个；上盖板的下端面设置有冷冻器时，位于同一圆管的冷冻器可以设置一个或若干个。

8、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：每个圆管的上下两端不封闭、且不与箱体的内部封闭空间连通。

9、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：当箱体与上盖板、下盖板密封组合在一起时，每个圆管就是一个圆柱状的稀溶液容器，并在该容器内进行冷冻或溶解；每个冷冻器或加热器都位于圆管的中心轴线位置或其周围区域。

10、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：改变圆管的大小、高度，可以改变冷冻浓缩的效率。

11、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：下盖板上设置有溶液收集槽，溶液收集槽设置有溶液出口。

12、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：下盖板与圆管组下端接触的面板使用导热系数小的材料，以提高冷冻浓缩的效果和效率。

13、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：在圆管组的圆管下端设置有托冰架；托冰架通过托冰架锁扣与圆管组的下端锁固在一起；托冰架锁扣开关设置在圆管组外侧，并有保护盖保护。

14、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：溶解时，通过控制系统控制下盖板向下移动一定距离，使下盖板上的溶液收集槽的边沿不要与保护盖分离，从而使下盖板、溶液收集槽、保护盖、箱体之间形成一个狭小密封空间。

15、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：下盖板通过螺旋杆、电机、控制系统实现上下移动，实现与圆管组的下端密封组合或者分开。

16、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：冷冻浓缩组件需要的冷媒由其他的制冷设备提供，制冷设备提供的冷媒是通过与冷冻溶解组件相连的冷媒管道，进入冷冻溶解组件的冷冻器或通过圆管之间的空隙后流出。

17、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，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。

18、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：加热器可以为发热元件（如电热元件等），也可以采用热量媒介（如流体等）作为加热器；采用热量媒介（如流体等）作为加热器时，热量媒介（如流体等）通过与冷冻溶解组件相连的热媒管道，进入冷冻溶解组件的加热器或通过圆管之间的空隙后流出。

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

20、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：箱体的横截面形状可以根据需要设置，例如矩形、圆形或者其他形状。

21、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：箱体中相互平行且等高的圆管组成的圆管组的横截面形状可以根据需要设置，例如整体呈圆形、矩形或者其他形状。

22、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：冷冻溶解组件中的加热器或冷冻器的横截面形状可以根据需要设置，例如板状（矩形）、柱状（圆形）或者其他形状。

23、作为本发明所述的一种冷冻浓缩装置的优选方案，其中：圆管组下端与下盖板密封组合后，先保持上盖板打开，把稀溶液由圆管组的上端注入圆管容器组，再盖紧上盖板。或者在冷冻溶解组件的上盖板预先设置稀溶液入口，当圆管组与上盖板、下盖板密封组合后，稀溶液通过稀溶液入口加入圆管组。

24、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：

25、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。

26、一种上述的冷冻浓缩装置在牛奶、酒类、饮料（例如果汁、咖啡、茶、饮料、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。

27、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。

28、一种上述的冷冻浓缩装置在牛奶、酒类、饮料（例如果汁、咖啡、茶、饮料、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。

29、本发明的有益效果如下：

30、本发明提出一种冷冻浓缩装置，包括冷冻溶解组件，冷冻溶解组件包括箱体、设置于箱体上端的上盖板、设置于箱体下端的下盖板，箱体内设置有相互平行且等高的圆管组成的圆管组；上盖板的下端面设置有加热器时，冷媒在冷冻时设置于圆管之间；或上盖板的下端面设置有冷冻器时，热媒在溶解时设置于圆管之间；当稀溶液在冷冻溶解组件中被冷冻成固体或者固液混合体后，受热溶解时分段留取溶液，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。本发明提高了冷冻浓缩和分离提纯的效率，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。