冻干机的制冷系统可以为干燥箱和真空冷凝器提供冷源。其中  以压缩机制冷冻干机较为常见，但其心脏部件压缩机常因种种因素而导致很多故障，需要经常性的维护。如今，新型液氮真空冷冻干燥机解决了这一问题，有效降低了制冷系统的故障概率。

液氮辅助制冷的真空冷冻干燥机（简称液氮冻干机）是利用液氮作为冷源给系统进行制冷的一种冻干机。空气中含有78%的氮气, 因此，液氮的制取十分方便,是空气中取之不尽的一种环保能源, 在现代工业领域的应用非常广泛。其温度最低可达到-196℃, 并且运行无噪音,免维护,有效避免了压缩机制冷冻干机中由于压缩机在特殊的低温真空干燥环境下，在解析干燥阶段，长时间无负荷运行，超出压缩机要求的运行范围而引起的故障率高等问题。另外,采用了PLC+数字控制器+ＰＣ这种先进的控制方式,可确保系统的稳定且有很高的可重演性。为避免热媒（硅油）在与液氮交换时出现冻结的现象，设计中采用了获世界专利的低温液氮换热器，其换热效率达到了95％，可满足各类高附加值产品冻干的需要。

液氮冻干机的组成

液氮冻干机主要由以下几大部分组成：冻干机箱体、导热隔板与升降压塞系统、冷凝器、真空系统、液氮制冷系统、循环系统、控制系统。

冻干机箱体是一个密闭的空间，主要用于存放待冻干的物品。 冻干机箱体由316L不锈钢板制成，箱体内表面粗糙度为 Ra <0.5~0.8，表面平整度小于 ±1mm/m, 所有角均为圆弧结构，便于清洁。箱体内的薄型空心带导流通道的隔板，中间通传热介质，通过加热冷却传热介质，达到控制冷冻干燥过程不同温度的目的。隔板上面放置待冻干物料和产品。冻干机的生产能力一般以活动隔板的面积为准。导热隔板由液压控制，可自由升降。配合自动进出料装置可完成冻干过程的自动操作。另外西林瓶产品冻干完成后通过下降隔板可完成压塞过程。

冷凝器主要用于排除在冷冻干燥过程中制品升华产生的水蒸汽，以加快干燥过程的进行。冷凝器有水平和垂直两种形式，冷凝器内的冷凝盘管由316L不锈钢无缝钢管或板式结构的片组制成，冷凝盘管间距以达到最大容冰量并避免互相粘连为宜。冷凝器一般位于冻干箱体的后方，冷凝器外壳上开有冷却盘管热媒的进出口、蒸汽进口、温度压力检测口、安全阀、凝结水、融霜水、真空等管口以及视镜等。冷凝器与冻干箱体之间由真空阀相隔离。

冻干过程中，箱体内除了必须保持一定的温度外，还必须保证高真空度，以便抽除水蒸气和干空气、并维持冻干过程中制品升华和解吸干燥所需的真空。冻干机真空系统一般要求抽气能力大、极限真空度高。该真空系统一般由罗茨泵-旋片真空泵组成，整个冻干机的真空系统泄漏率应低于 5 Pa-L/s。

液氮制冷冻干机组采用-196℃的液氮蒸发来达到制冷目的。其最大的特点是：氮气来源广泛、无需制冷压缩机，耗电省、维修简单，不需要冷却水、冷却速度快，冷却能力高，噪声低、运行可靠。研究表明，使1kg水结冰然后使其升华，约需19.5kg 液氮。液氮制冷系统主要通过一个特殊设计的液氮低温换热器（专利产品）为箱体内的隔板和冷凝器提供冷源。其特点是温度低，冻干箱内隔板的温度范围为-80~80℃，而冷凝器内的盘管的最低温度可达到-110℃。整个冻干过程，制冷系统运转稳定，且能保证冻干室和冷凝器内温度长期保持在低温状态。

循环系统主要控制冻干过程中制品温度的升降。这些载热体通过冻干机的冷冻系统或电加热系统进行升温或降温，并在冻干箱隔板内循环，与冻干制品进行均匀的热量传递，从而达到传热的目的。换热系统必须具有一定的换热效率，隔板温度控制精度要求一般要达到±1℃ 以下。

全自动的控制功能可以使冻干机具有很好的重演性，完全可以满足不同用户的不同要求。其操作的简便性、记录的完整性、不可修改及电子签名、操作等级划分等均可以符合21CFR PART 11的要求。该系统能够提供多级操作权限、完整的自动或手动控制、SIP、CIP、除霜等自动控制、完善的自动周期编辑及调用、多种实时及历史数据查询、批次记录及查询 、多用户操作记录及查询、多种报警及事件记录，并且满足FDA 21 CFR PART 11的要求 。

液氮冻干机的特点

液氮冻干机不需要压缩机,其运行噪音小于65dB,而常规冻干机噪音达80dB；并且在冻干的过程中耐停电时间更长,可确保产品质量。由于做到了板层温度可控、捕水器温度可控、真空度可控,就完全可以控制产品冻干的可重演性。产品有了稳定的质量，也就很容易通过FDA的验证。在产品的冻结过程中,可以任意控制冷冻的速度,特别是需要急速冷却的产品,其冻结的速度要比常规冻干机快两倍以上。其板层和捕水器温度均可达到-90℃以下,最低到-110℃；如果捕水器用液氮直接制冷其温度可达-120℃以下。

由于没有了压缩机和水冷却器,不需要冷却循环水,系统运行非常稳定,避免每年耗费大量人力和物力来维护和保养压缩机和水冷却器。而且由于没有了压缩机,用电的总耗量也减少了一半以上。经过试验数据比较可以看出，液氮耗量略比用电成本高一点,但就总投资和运行成本来看,使用液氮具有更加长远的经济效益。

液氮冻干机对于操作工人的要求很低，只要按说明要求输入曲线数据,就可以免维护自动运行。而对于配有压缩机系统的冻干机来说，由于冻干制冷系统的特殊要求,操作工人必须具有一定的经验。

总结

随着生物技术和制药工程飞速发展，许多药品配方中含大量有机溶剂如酒精，凝固点在-100℃以下，这些高附加值的制品需要快速冷却保存。如果用常规冻干机进行冻干操作，由于其冷凝器温度只能达到-70℃左右，无法使这些有机溶剂凝固，药品内的有机溶剂在真空状态下与水蒸汽混合就会进入真空系统，有机溶剂一旦进入油封式真空泵，真空油被污染及密封件被破坏，将直接导致真空泵系统无法正常工作。新一代的液氮冻干机是利用液氮来作为冷源给系统进行制冷的，在现代工业领域的应用非常广泛，制冷温度低, 无噪音免维护，避免了压缩机由于超负荷而引起的故障问题，具有更大的经济效益和环保效益。