CN103202513B

CN103202513B - 一种采用射频感应放电的食品干燥装置

Info

Publication number: CN103202513B
Application number: CN201310092663.6A
Authority: CN
Inventors: 徐金伟; 吴征威
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: CN103202513A

Abstract

一种采用射频感应放电的食品干燥装置，由内部电路、外壳结构、搅拌结构、预处理部分和射频处理部分组成；内部电路包括传感器、中央处理分析电路和外部控制电路；传感器包括投入量传感器和湿度传感器，用于探测投入的待处理食品物料的量与湿度；外壳包括：入料口开关、出料口开关、人工控制面板、两个通气口；预处理部分包括真空泵和磁控管；搅拌结构包括电动机与搅拌臂；射频处理部分包括射频电源、线圈和稀有气体室，射频电源在接受到中央处理分析电路指令后，产生高频电压、电流供给线圈，通过感应耦和在装置内激发和保持稳态等离子体，对食品物料进行处理。本发明通过等离子体处理，改变食品表面的纤维结构，有效延长食品贮藏时间，改善其口感。

Description

一种采用射频感应放电的食品干燥装置

技术领域

本发明涉及一种干燥装置，涉及特别是一种采用射频感应放电（RF）的食品干燥装置。

背景技术

食品的干燥，是指去除食品中多余的水分，达到足干，便于储存的技术。食品的干燥技术已从传统的热风干燥、热接触干燥技术发展到微波干燥技术。微波，是指频率在300MHZ至3000GHZ范围的电磁波。微波干燥技术相对于传统干燥技术具有加热均匀、时间短、热效率高、没有环境温升、便于自动控制及连续生产等优点。

但是，微波干燥技术仍有许多不足：（1）干燥过程中，食品内部分子高速运动，使食品瞬时产生摩擦热，导致食品表面与内部同时升温，且内部温度高于食品表面温度，使大量的水分子从食品中逸出，水分的迅速溢出引起的热量及冲击，导致物料表皮破损，形成爆点。（2）叶温升温过于迅速，抑制了食品内含生化成分的变化，过早的固定了食品品质，致使色、香、味未能充分发挥，影响品质，特别是香气。（3）电磁波在物料中的穿透深度与其频率成反比，而当电磁波的穿透深度小于物料厚度的1.5倍时，能量会集中在距离物料表面1倍穿透深度的地方，其边角部分会受到过度加热，称为边角集中效应。由于边角集中效应的存在，以微波干燥食品的过程中，会出现食品中心部分尚未熟透而边角处已产生焦糊的现象。（4）915MHz微波发生器的功率最高仅为90kW，2450MHz微波发生器的功率最高仅为10kW，因此大型微波干燥设备通常采用多个发生器，这会增加设备投资。通常，一套工业微波设备的投资约为射频设备的2倍。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种采用射频感应放电的食品干燥装置，通过等离子体处理，改变食品表面的纤维结构，有效延长食品贮藏时间，以及改善其口感。

本发明的技术解决方案：一种采用射频感应放电的食品干燥装置，由内部电路、外壳、搅拌结构、预处理部分和射频处理部分组成；

所述内部电路包括传感器、中央处理分析电路和外部控制电路；所述传感器包括投入量传感器和湿度传感器，用于探测投入的待处理食品物料的量与湿度，当投入的待处理食品物料到达装置内部容积的一半时，投入量传感器将投料停止指令传达给中央处理分析电路，而后中央处理分析电路关闭入料口开关，并启动预处理部分或射频处理部分；湿度传感器同时将投入的待处理食品物料的湿度参数转换为信号传递给中央处理分析电路，接收到湿度参数的中央处理分析电路，将湿度参数与预先存储好的参数进行比对，根据比对结果，调整预处理与射频处理各自的时间长短；或者通过外部控制电路即人工调节，由操作人员根据需要，自行设定预处理与射频处理各自的时间长短；人工调节优先级高于传感器探测信号；

所述外壳结构包括：外壳、入料口开关、出料口开关、人工控制面板和两个通气口；出料口开关、入料口开关、人工控制面板及两个通气口分别位于外壳侧壁上；所述外壳用以连接各个结构，并在出料口开关、入料口开关及两个通气口关闭后保持密封；所述外壳的底部内壁为倾斜状结构，以利于拿出处理后的物料；所述人工控制面板控制总电源与外部控制电路；所述两个通气口分别用以连接真空泵和稀有气体室，两个通气口上有滤网，以避免物料进入，并在中央处理分析电路的控制下自动关闭；所述入料口开关在中央处理分析电路的指令下自动开闭，所述出料口开关须人工开闭，在出料口开关开启时，射频处理部分与预处理部分无法启动；

所述预处理部分包括真空泵和磁控管，所述磁控管固定在外壳内壁上，用以进行干燥预处理，去除掉大部分水分；所述真空泵通过外壳中的一个通气口对装置内部进行抽真空处理；

所述搅拌结构包括电动机与搅拌臂；所述电动机固连在外壳顶部，用以驱动；所述搅拌臂在电动机驱动下在食品物料被处理时进行搅拌，使处理效果更均匀；

所述射频处理部分包括射频电源、线圈和稀有气体室，所述线圈两级与射频电源相连接；所述射频电源与所述稀有气体室均固定在外壳外壁上；所述射频电源在接受到中央处理分析电路指令后，产生高频电压、电流供给线圈，通过感应耦和在装置内激发和保持稳态等离子体，对食品物料进行处理；将稀有气体通过外壳中的另一个通气口通入稀有气体室，根据潘宁效应，能够进一步降低气体放电的击穿电压。

所述线圈缠绕成多匝，由绝缘材料固定在外壳内壁，并保持不与外壳接触。

所述微波频率为10万兆赫～30万兆赫，抽真空至装置内气压为1托～100托。

所述磁控管由管芯、磁钢或电磁铁组成；所述管芯包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统。所述管芯呈圆筒状，管芯的外壳镶嵌一对环形永久磁钢。阳极与阴极通过磁炉系统连接，阳极输出的微波通过能量输出器向装置内部发送微波能。

本发明与现有技术的优点在于：

（1）射频能量可穿透至物料内部，使物料整体内外同时均匀受热。微波预处理，射频再加工的干燥流程使水分的散失过程更加缓和，但是整体速度并没有太大影响，有效减少了食品表皮的破损和爆点的形成，通过等离子体处理，改变食品表面的纤维结构，有效延长食品贮藏时间，以及改善其口感，可以替代现有的微波干燥装置，尤其在食品工业中有着广泛的应用，是产业升级换代的首选，市场前景看好。

（2）由于离子电导损耗随物料含水率的增大而增大，随着射频加热过程的进行，食品物料中局部含水率较大的部分，介电损耗因子较大。同时，由升温速率关系式可知，物料在射频场中的加热速率随物料介电损耗因子的增大而增大，因此射频能量会集中在局部含水率较大的部分，从而确保加热过程食品含水率的均匀性，有效地避免了微波干燥过程中出现的边角集中效应。

（3）本发明通过等离子体处理，可以通过改变食品表面的纤维结构，改善食品口感，有效地弥补了微波干燥技术在影响食品品质上的不足。此外，等离子体处理还可以在微波干燥的基础上有效延长食品的贮藏时间。

（4）射频发生器的功率最高可达900kW，而915MHz微波发生器的功率最高仅为90kW，2450MHz微波发生器的功率最高仅为10kW，因此大型微波干燥设备常采用多个发生器，这难免会增加设备投资。通常，一套工业微波设备的投资约为射频设备的2倍。因此，本发明可有效降低行业设备投资。

（5）由于该技术完全是自动化控制，食品加工工人仅仅是在食品干燥过程中，从事劳动强度极低的喂料作业，不仅不需从事繁重的工作，而且也不必担心食品干燥的质量。极大地改善了工人的劳动条件，减轻了劳动强度。

附图说明

图1是本发明的射频感应放电食品干燥装置的组成框图；

图2是本发明的射频感应放电食品干燥装置的正视图；

图3是本发明的射频感应放电食品干燥装置的左视图；

图4是本发明的射频感应放电食品干燥装置的右视图；

图5是本发明的射频感应放电食品干燥装置的俯视图；

图6是本发明的射频感应放电食品干燥装置的结构示意图；

图7为本发明的射频感应放电食品干燥装置的外壳内壁线圈的缠绕方式。

具体实施方式

如图1所示，本发明由内部电路、外壳、搅拌结构、预处理部分和射频处理部分组成，其中内部电路包括传感器、中央处理分析电路和外部控制电路。

传感器包括投入量传感器和湿度传感器，用于探测投入的待处理食品物料的量与湿度，当投料量到达装置内部容积的一半时，投料传感器将投料停止指令传达给中央处理分析电路，而后中央处理分析电路关闭入料口开关，并启动预处理结构或射频处理结构。湿度传感器同时将无聊湿度参数转换为信号传递给中央处理分析电路，接收到湿度参数的中央处理分析电路，将湿度参数与预先存储好的参数进行比对，根据比对结果，对已经设置好的指令模板（此指令模板对应预先存储好的参数）做出相应的更改，即调整指令中预处理与射频处理各自的时间长短，从而形成新的指令。或者通过外部控制电路即人工调节，由操作人员根据需要，自行设定预处理与射频处理各自的时间长短。预处理过程包括微波一次干燥与抽真空。微波频率为10万兆赫～30万兆赫，抽真空至装置内气压为1托～100托。射频处理过程，本实施例稀有气体室中装有He气，射频电源将交流电频率提升到300KHz～800MHz。在两处理过程（皆为定时运行）结束后，即物料处理完成，人工控制面板完成指示灯亮起提示操作人员取出物料。

如图2-5所示，本发明的外壳结构包括：外壳13、入料口开关1、出料口开关3、人工控制面板2、第一通气口4和第二通气口11，出料口开关3、入料口开关1、人工控制面板2及两个通气口4、11分别位于外壳13侧壁上，外壳13用以连接各个结构，并在出料口开关3、入料口开关1及两个通气口4、11关闭后保持密封。人工控制面板2控制总电源与外部控制电路，人工控制面板2为微电脑控制，可接受操作人员指令，内为外部控制电路。第一通气口4外连真空泵，可在中央处理分析电路的指令下自动开闭，第一通气口4滤网为不锈钢材质。外壳材料为不锈钢材质。外壳结构的主体为圆柱形结构，半径为0.7m～1.0m，高度为1.4m～2.0m，外壳中上部凸起内部为电动机6，右部凸起内部为稀有气体室9与射频电源10。两个通气口4、11分别用以连接真空泵和稀有气体室9，两个通气口4、11上有滤网，以避免物料进入，并在中央处理分析电路的控制下自动关闭；入料口开关1在中央处理分析电路的指令下自动开闭，出料口开关3须人工开闭，在出料口开关3开启时，射频处理部分与预处理部分无法启动。

如图6所示，本发明中外壳13的底部为斜式设计，以利于拿出处理后的物料，外壳底内壁平面5与水平面夹角为10度～25度。

搅拌结构包括电动机6与搅拌臂7，电动机6转速为20rpm～30rpm。搅拌臂7材料为不锈钢，形状为螺旋面，半径比外壳主体圆柱半径短0.1m。

预处理部分包括真空泵14和磁控管8，磁控管8固定在外壳内壁上，用以进行干燥预处理，去除掉大部分水分；磁控管8由管芯、磁钢或电磁铁组成；所述管芯包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统；所述管芯呈圆筒状，管芯的外壳镶嵌一对环形永久磁钢。阳极与阴极通过磁炉系统连接，阳极输出的微波通过能量输出器向装置内部传输微波能。真空泵通过外壳中的第一通气口4对装置内部进行抽真空处理。磁控管8发出微波频率为10万兆赫～30万兆赫。稀有气体室9材料为不锈钢，通过第二通气口11与装置内部相连，第二通气口11滤网材料为不锈钢，稀有气体室9高度为1.0～1.4m，底面积为0.5平方米～0.8平方米，本发明实施例稀有气体室9中充He气，射频电源10将交流电频率提升到300KHz～800MHz，用以激发和保持稳态等离子体。

射频处理部分包括射频电源10、线圈12和稀有气体室9，线圈两级12与射频电源10相连接；射频电源10与稀有气体室9均固定在外壳外壁上；射频电源10在接受到中央处理分析电路指令后，产生高频电压、电流供给线圈12，通过感应耦和在装置内激发和保持稳态等离子体，对食品物料进行处理；将稀有气体通过外壳中的第二通气口11通入稀有气体室9，根据潘宁效应，能够进一步降低气体放电的击穿电压。

如图7所示，本发明实施范例中，线圈12材料为铜，线圈缠绕为8圈由绝缘材料（陶瓷）固定在外壳内壁上，线圈两级12与射频电源10连接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种采用射频感应放电的食品干燥装置，其特征在于：由内部电路、外壳、搅拌结构、预处理部分和射频处理部分组成；

2.根据权利要求1所述的采用射频感应放电的食品干燥装置，其特征在于：所述线圈缠绕成多匝，由绝缘材料固定在外壳内壁，并保持不与外壳接触。

3.根据权利要求1所述的采用射频感应放电的食品干燥装置，其特征在于：在所述外壳底部内壁的倾斜状结构中，外壳底内壁平面与水平面夹角为10度～25度。