CN102818434B - 一种氮气源热泵干燥机组 - Google Patents

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一种氮气源热泵干燥机组,包括干燥箱、控制系统和室外冷凝器,所述干燥箱包括箱体和设置在箱体内的热泵室和干燥室,本机组构成氮气源的干燥气调设备,将热泵设备和氮气装置组成氮气热泵联合装置,构建以氮气为介质干燥物料的密闭循环回路,有效控制干燥室内氧气含量,使用高粘性玻璃胶将干燥房内外缝隙密封,并改造通风道,添加挡板、弧形导风板、匀风板使干燥气体介质在一定风速下均匀分布在干燥室内,本发明使用热泵和氮气联合装置能够充分利用热泵无污染、耗能低的优点,并且在以氮气为干燥介质的条件下对物料进行干燥,防止了物料氧化,有效的保留了物料的营养成分,提升干燥制品品质。

Description

一种氮气源热泵干燥机组
技术领域
本发明涉及干燥装置领域,具体的说是一种氮气源热泵干燥机组。
背景技术
农产品经科学的储藏加工,可延长供应时间,调整农产品的淡旺季,调整地区缺余,实现周年供应,以满足人们对食品多样化的需求,提高营养水平。据报道,在发达国家,农产品储藏与加工业的产值都高于农业,如英国为3.7:1,日本为2.7:1,法国为2.6:1,美国为2.0:1,而中国仅为0.4:1。以粮食为例,中国粮食年产量4千万吨,经储藏加工处理的仅为8%,生产总值为1:0.3,而发达国家达1:4。产生此现状的主要原因就是生产水平低下,干燥方法多但真正能够广泛应用的并不多,另外,干燥后制品有效成分损失严重也是阻碍我国农产品储藏发展的重要原因之一。 目前国内干燥制品需求量逐年提升,但干燥制品有效成分保留率和国外水平还存在不小差距,所以保持干燥品质、提高制品干燥效率,是目前干燥技术研究的主要方向。
现有干燥需求的食品领域中通常使用电热恒温干燥箱、真空干燥箱、热风干燥装置、冷冻干燥装置以及和热泵联合使用的干燥装置(如红外热泵联合干燥装置),这些装置一般都使用空气作为干燥介质并且存在干燥室空间小,干燥温度过高或过低都易损坏物料中营养成分,造成干燥物料品质下降,特别是干燥果蔬时由于氧化反应造成的品质下降,真空冷冻干燥能相对较好的保存干制品品质,但存在耗能大的缺点。
发明内容
本发明为解决现有技术中干燥易损坏物料中营养成分、降低物料品质且耗能大等缺点,提供一种氮气源热泵干燥机组。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为:
一种氮气源热泵干燥机组,包括干燥箱、控制系统和室外冷凝器,所述干燥箱包括箱体和设置在箱体内的热泵室和干燥室,干燥室内放置有小推车和物料盘,所述干燥室内靠近热泵室的一侧设有一个水平的挡板,挡板将干燥室分为上下两个通风道,物料盘设置在下部通风道内的小推车上,在热泵室的上部和下部分别设有与干燥室上下两个通风道连接的通风口;
所述热泵室上部安装有冷凝器,下部安装有蒸发器,蒸发器、冷凝器和室外冷凝器均与压缩机连接,在热泵室上部还设有向干燥室上部通风道送风的主风机,在热泵室下部与下部通风口相对的拐角处设置有倾斜的导流板,热泵室底部设置有排水管;
所述干燥室上部的通风道内安装有辅助加热器,干燥室上下两个通风道远离热泵室的一端相连通,该连通口的上方设有弧形导风板,下方分布有匀风板,所述的匀风板水平设置,并且从上到下依次排列,上下相邻的匀风板在水平方向上错开15~25mm,使匀风板远离物料盘的一端分布在一个朝向所述连通口的斜面上;
在干燥室的侧壁上安装有高压气体管,高压气体管一端与干燥室连通,另一端与氮气接口连接;干燥室下部的通风道两端均装有温度传感器和湿度传感器,挡板上装有氧气传感器;
所述主风机、辅助加热器、温度传感器、湿度传感器和氧气传感器分别与控制系统连接;
所述高压气体管为高压氧气管或高压氮气管;
所述氮气接口接氮气瓶或氮气发生器;
所述热泵室内设有与排湿风机连接的通风管道;
所述导流板与水平面的夹角为50°~60°;
所述干燥室上部的通风道内装有辅助风机;
所述上下相邻的匀风板在水平方向上错开20mm,且每个匀风板都与小推车上的一层物料盘水平对齐;
干燥室下部的通风道内悬吊有挡风板,挡风板位于匀风板与小推车之间且与匀风板方向垂直;
所述挡风板为木板;
所述小推车为合金小车,且底部安装滑轮,物料盘为网状不锈钢丝。
本发明构成氮气源的干燥气调设备,将热泵设备和氮气装置组成氮气热泵联合装置,构建以氮气为介质干燥物料的密闭循环回路,有效控制干燥室内氧气浓度;
所述构建用于氮气干燥物料的密闭循环回路是指使用高粘性玻璃胶将干燥房内外缝隙密封,并改造通风道,添加挡板、弧形导风板、匀风板使干燥介质(氮气)在一定风速下均匀分布在干燥室内;
所述有效控制干燥室内氧气浓度是在干燥室内安装氧气传感器以检测氧气浓度,由于大气中主要气体成分为氧气和氮气,所以检测氧气浓度即可推算出氮气浓度,通过调节氮气进气量可有效控制干燥室内氧气浓度,完成对物料进行不同氧气水平下的干燥,经调节后干燥室内氧气百分比含量范围控制在3%~21%,氧气传感器在干燥室内通入氮气后自动检测氧气百分比含量,所测结果直接传至控制系统由数显面板显示;
干燥过程中利用辅助风机提高热泵系统风速上限,利用辅助加热器使干燥室内温度迅速上升至干燥所需温度;
所述利用辅助风机提高热泵系统风速上限是指在上通风道处安装辅助风机,在热泵设备原有主风机前提下进一步提升风速,所述辅助风机位于主风机出风口处的上通风道上,是由于主风机最大风速为3m/s,在对一些干燥时需要更高风速要求的物料进行干燥时,通过打开辅助风机来提高风速,在主风机和辅助风机同时运行时风速可达到10m/s,基本可以满足不同种类的物料干燥时对风速的要求;
所述利用辅助加热器使干燥室内温度迅速上升是在辅助风机后安装辅助加热器,在机器刚开始运作时能够使干燥室内温度迅速达到额定温度,所述辅助加热器是位于辅助风机出风口处电阻加热管,开机时运行,经测试可提前15min将干燥室内温度有30℃提升至70℃;
本发明干燥室下部侧壁上装有挡风板,其作用是需要做干燥穿流实验时可以使风速由下至上穿过小推车上的物料盘,不需要时可自由拆卸,去掉后为平流实验;
本发明干燥物料温度范围为30℃~70℃,干燥介质(氮气)在蒸发器端被干燥后又在冷凝器端被加热,然后和物料进行能量交换,从而完成对物料的干燥。
本发明的有益效果:
(1)本发明使用热泵和氮气联合装置能够充分利用热泵无污染、耗能低的优点,并且在以氮气为干燥介质的条件下对物料进行干燥,防止了物料氧化,有效的保留了物料的营养成分,提升干燥制品品质;
(2)本发明在干燥室内安装氧气传感器以检测氧气浓度,并通过调节氮气进气量来控制干燥室内氧气浓度,经调节后干燥室内氧气含量范围控制在3%~21%,可根据需要对物料进行不同含氧量条件的干燥;
(3)本发明在干燥室内安装匀风板,从上至下依次水平错开一定距离,并和小推车各层物料盘相对应,可将通风道吹出的风均匀分向各个物料盘,以保证每层物料风速达到一致,提高干燥质量和干燥效率;
(4)本发明安装有排湿风机,可开机前先打开排湿风机,抽走一部分空气后再通入氮气,这样可以减少氮气通入量,在不需要通入氮气的普通热风干燥时,如果干燥的物料较多,水分较大,可以打开排湿风机,带走干燥室内湿气,加快干燥速度;
(5)本发明中小推车为合金小车,耐高温、高湿,且底部安装滑轮,可以自由进出干燥室,操作方便,物料盘为网状不锈钢丝,使干燥物料通风性好,可缩短干燥时间,提高干燥效率;
(6)本发明中在匀风板与小推车之间装有导风板,可自由拆卸,可根据需要实现对物料的平流和穿流干燥;
(7)本发明安装辅助风机能够在只开主风机不能满足实验要求的时候有效提升风速,大幅提高干燥效率;
(8)本发明采用高粘度玻璃胶密封后的干燥设备密闭性能好,能够有效的防止氮气外漏,很好的起到节省资源的效果;
(9)本发明结构简单,设备投资小,能耗低,且易于控制,能实现真正大规模连续自动化的清洁生产。
附图说明
    图1 氮气源热泵干燥机组结构图;
附图标记:1、箱体,2、氮气接口,3、高压气体管,4、弧形导风板,5、挡板,6、氧气传感器,7、辅助加热器,8、辅助风机, 9、温度传感器,10、湿度传感器,11、小推车,12、物料盘,13、挡风板,14、匀风板,15、蒸发器,16、导流板,17、压缩机,18、排水管,19、室外风机,20、室外冷凝器,21、控制系统,22、主风机,23、排湿风机,24、冷凝器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述。
如图1所示,一种氮气源热泵干燥机组,包括干燥箱、控制系统21和室外冷凝器20,所述干燥箱包括箱体1和设置在箱体内的热泵室和干燥室,干燥室内放置有小推车11和物料盘12,其特征在于:所述干燥室内靠近热泵室的一侧设有一个水平的挡板5,挡板5将干燥室分为上下两个通风道,物料盘12设置在下部通风道内的小推车11上,在热泵室的上部和下部分别设有与干燥室上下两个通风道连接的通风口;
所述热泵室上部安装有冷凝器24,下部安装有蒸发器15,蒸发器15、冷凝器24和室外冷凝器20均与压缩机17连接,在热泵室上部还设有向干燥室上部通风道送风的主风机22,在热泵室下部与下部通风口相对的拐角处设置有与水平面成50°夹角的导流板16,热泵室底部设置有排水管18;
所述干燥室上部的通风道内安装有辅助加热器7,干燥室上下两个通风道远离热泵室的一端相连通,该连通口的上方设有弧形导风板4,下方分布有匀风板14,所述的匀风板14水平设置,并且从上到下依次排列,上下相邻的匀风板14在水平方向上错开20mm,使匀风板14远离物料盘12的一端分布在一个朝向所述连通口的斜面上,且每个匀风板14都与小推车11上的一层物料盘12水平对齐;
在干燥室的侧壁上安装有高压气体管3,高压气体管3一端与干燥室连通,另一端与氮气接口2连接;干燥室下部的通风道两端均装有温度传感器9和湿度传感器10,挡板5上装有氧气传感器6;
所述主风机22、辅助加热器7、温度传感器9、湿度传感器10和氧气传感器6分别与控制系统21连接;
所述热泵室内设有与排湿风机23连接的通风管道,开机前先打开排湿风机23,抽走一部分空气后再通入氮气,这样可以减少氮气通入量;在不需要通入氮气的普通热风干燥时,如果干燥的物料较多,水分较大,可以打开排湿风机,带走干燥室内湿气,加快干燥速度;
所述干燥室上通风道上装有辅助风机8,由于主风机22最大风速为3m/s,在对一些干燥时需要更高风速要求的物料进行干燥时,通过打开辅助风机8来提高风速,在主风机22和辅助风机8同时运行时风速可达到10m/s,基本可以满足不同种类的物料干燥时对风速的要求;
氮气接口2与氮气瓶连接,所述氮气瓶直径:Φ219mm,气瓶总高:1450mm,气瓶总重:50.5Kg,使用环境温度:-20℃~60℃,公称工作压力:15Mpa,公称容积:40L;
所述高压气体管3为高压氧气管,规格:Φ8mm-Φ10mm,具有耐高压、抗拉伸、耐酸碱的特点,两端分别连接氮气瓶和干燥室,连接处使用铁环密封,以保证氮气不会从接口处泄露;
所述小推车11为长750mm宽950mm高1360mm的合金小车,小推车11上下分5层,可放入5个物料盘12,一次最多可以放入40kg物料,物料盘12为网状不锈钢丝,小推车11底部安装滑轮,可以自由进出干燥室;
所述匀风板14长度为1200mm,宽度为100mm,共5个,从上至下依次排列,上下相邻的匀风板14在水平方向上错开20mm,且与小推车上各层物料盘12水平对应,可将通风道吹出的风均匀分向各个物料盘12,以保证每层物料风速达到一致;
所述弧形导风板4为一块长1000mm宽1200mm的软铁皮,呈半圆形固定在上通风道和干燥室的拐角处,这样有效的避免了由于风速过大直接撞击干燥室侧壁而导致的干燥介质分布不均匀;
干燥室下部的通风道内悬吊有挡风板13,挡风板13,位于匀风板14与小推车11之间且与匀风板14方向垂直,此挡风板13为一块长1300mm宽1200mm的木板,其作用是需要做干燥穿流实验时可以使风速由下至上穿过小推车11上的物料盘12,不需要时可自由拆卸,去掉后为平流实验。
本发明具体干燥工艺原理为:开机后设置干燥条件,包括:干燥温度和风速。将干燥物料放在小推车11上的物料盘12内,将小推车11推入干燥室中,打开氮气瓶排气阀,排出的氮气经高压气体管3传送至干燥室后立刻吸收干燥室内温度而升温,再经过匀风板14匀风后到达物料盘12,和干燥物料进行热量交换,然后进入蒸发器15,进入蒸发器15后和蒸发器15进行能量交换排出水分,排出的水分经导流板16导流汇集,由排水管18流出,排出水分后的干燥介质氮气 在冷凝器24端吸收热量变成温度较高的气体,经过辅助风机8和辅助加热器7分别提高干燥介质的风速和温度,最后到上通风道出口处,经导风板导风至氮气进气口处,至此完成一个循环;当室内氧气含量达到要求时,关闭氮气源,形成干燥箱内气体介质形成内循环,图1中箭头方向即为气体介质流动方向。

Claims (8)

1.一种氮气源热泵干燥机组,包括干燥箱、控制系统(21)和室外冷凝器(20),所述干燥箱包括箱体(1)和设置在箱体内的热泵室和干燥室,干燥室内放置有小推车(11)和物料盘(12),其特征在于:所述干燥室内靠近热泵室的一侧设有一个水平的挡板(5),挡板(5)将干燥室分为上下两个通风道,物料盘(12)设置在下部通风道内的小推车(11)上,在热泵室的上部和下部分别设有两个通风口,且热泵室上部的通风口与干燥室的上通风道连通,热泵室下部的通风口与干燥室的下通风道连通;
所述热泵室上部安装有冷凝器(24),下部安装有蒸发器(15),蒸发器(15)、冷凝器(24)和室外冷凝器(20)均与压缩机(17)连接,在热泵室上部还设有向干燥室上部通风道送风的主风机(22),在热泵室下部与下部通风口相对的拐角处设置有倾斜的导流板(16),热泵室底部设置有排水管(18);
所述干燥室上部的通风道内安装有辅助加热器(7),干燥室上下两个通风道远离热泵室的一端相连通,该连通口的上方设有弧形导风板(4),下方分布有匀风板(14),所述的匀风板(14)水平设置,并且从上到下依次排列,上下相邻的匀风板(14)在水平方向上错开15-25mm,使匀风板(14)远离物料盘(12)的一端分布在一个朝向所述连通口的斜面上;
在干燥室的侧壁上安装有高压气体管(3),高压气体管(3)一端与干燥室连通,另一端与氮气接口(2)连接;干燥室下部的通风道两端均装有温度传感器(9)和湿度传感器(10),挡板(5)上装有氧气传感器(6);
所述主风机(22)、辅助加热器(7)、温度传感器(9)、湿度传感器(10)和氧气传感器(6)分别与控制系统(21)连接;
所述高压气体管(3)为高压氧气管或高压氮气管;所述氮气接口(2)接氮气瓶或氮气发生器。
2.如权利要求1所述的一种氮气源热泵干燥机组,其特征在于:所述热泵室内设有与排湿风机(23)连接的通风管道。
3.如权利要求1所述的一种氮气源热泵干燥机组,其特征在于:所述导流板(16)与水平面的夹角为50°-60°。
4.如权利要求1所述的一种氮气源热泵干燥机组,其特征在于:所述干燥室上部的通风道内装有辅助风机(8)。
5.如权利要求1所述的一种氮气源热泵干燥机组,其特征在于:所述上下相邻的匀风板(14)在水平方向上错开20mm,且每个匀风板(14)都与小推车(11)上的一层物料盘(12)水平对齐。
6.如权利要求1所述的一种氮气源热泵干燥机组,其特征在于:干燥室下部的通风道内悬吊有挡风板(13),挡风板(13)位于匀风板(14)与小推车(11)之间且与匀风板(14)方向垂直。
7.如权利要求6所述的一种氮气源热泵干燥机组,其特征在于:所述挡风板(13)为木板。
8.如权利要求1所述的一种氮气源热泵干燥机组,其特征在于:所述小推车(11)为合金小车,且底部安装滑轮,物料盘(12)为不锈钢丝制成的网状结构。
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