CN103994638B - 一种交替式热泵真空干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交替式热泵真空干燥装置，该装置将制冷压缩机产生的废热作为热泵的热源使用，节省了排除制冷压缩机产生的废热的能源，将废热变为能源得以充分利用，并在加热状态下充入防止干燥物氧化的保护气体，同时在两个干燥箱之间通过阀门切换操作，抽气降压降温、充气加热升温多次交替切换，本发明还设计了一种交替式热泵真空干燥装置的使用方法；本发明所设计的交替式热泵真空干燥装置及其使用方法能够将制冷压缩机组产生的废热变为能源进行再利用，并且干燥过程中箱内处于无氧状态，具有设施能耗低、干燥时间短以及干燥效率高的特点。

Description

一种交替式热泵真空干燥装置

技术领域

本发明涉及一种交替式热泵真空干燥装置，属于真空干燥技术领域。

背景技术

真空干燥分为：真空冷冻干燥、真空冰温干燥和真空常温干燥，都属于无氧干燥方法，真空冷冻干燥使食物冻结在零下15摄氏度至零下30摄氏度之间，干燥成本高，大约是热风干燥的5至7倍，特别是干燥时间太长，物料用真空冷冻干燥通常需要15-26小时，真空冷冻干燥属于生产效率低下、能耗又相当高的设备和干燥工艺方法。

真空冰温干燥使食物保持在零摄氏度和冻结温度之间（食物不冻结状态）下脱除水分，真空度和温度控制范围小，操作难度大，同时干燥时间也比较长，目前在社会生产实践中很难应用。

真空常温干燥是物料在真空状态下，同时物料处于常温态下蒸发水分，物料虽然不引起热变性，色香味及复水性能等也比较好，但物料的各部位干燥度不够均匀，且干燥时间也比较长，也属于生产效率和经济效益都相对都低下的干燥方法。

热泵干燥方法在干燥方法中是比较节能的，但其物料是在富氧环境中进行干燥的，所以，被干燥的物料的活性物质 (即物料营养成分)经过高温氧化，其损失相对就比较大，另外， 每批物料热泵干燥的时间也相当长，一般都在24-48小时以上。

虽然目前有一些真空热泵干燥机，但除了节能，也存在其他的问题，热泵源无法实现有效的控温措施，物料温度随水分减少不断升高，甚至远远高于常温，造成物料(特别是食品物料)热变性，物料营养成分丧失，表皮变硬，复水性能差；再由于目前的真空热泵干燥机的真空度比较低，它的所谓真空目的只是在抽除水蒸汽，而不是通过提高真空度，使食物内部水分在低压条件下，水分迅速沸腾蒸发出来，因而导致物料的各部位干燥度不够均匀，同时干燥时间也比较长；再者，正因为目前的真空热泵干燥机真空度比较低，所以目前现有的真空热泵干燥机还不能属于完全无氧干燥，也就是说，目前的真空热泵干燥方法，并不是干燥的最好方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种交替式热泵真空干燥装置，该装置能够将制冷压缩机组产生的废热变为能源进行再利用，并且干燥过程中箱内处于无氧状态，具有设施能耗低、干燥时间短以及干燥效率高的特点。

为了解决以上技术问题，本发明一种交替式热泵真空干燥装置，包括干燥箱及制冷系统，干燥箱的数量为两个，分别为第一干燥箱及第二干燥箱，第一干燥箱和第二干燥箱内均设有热泵、循环风机和导风板，热泵设置于干燥箱中部，导风板沿干燥箱的长边方向设置于热泵的两侧，循环风机与热泵间隔设置且位于干燥箱的后端，第一干燥箱和第二干燥箱通过充气系统导通连接，充气系统包括充气装置且所述充气装置的一路输出依次通过第一充气阀和第一充气过滤器后与第一干燥箱导通连接，另一路输出依次通过第二充气阀和第二充气过滤器后与第二干燥箱导通连接；制冷系统包括蒸发器、制冷压缩机和箱外冷凝器，制冷压缩机的输出端分为两路，其一路依次经过第一高压气阀、箱外冷凝器及旁通阀后分别与第一、第二干燥箱导通连接，位于旁通阀与干燥箱之间还具有一支路，该支路依次通过膨胀阀和蒸发器后与制冷压缩机的输入端连接，形成回路结构，

制冷压缩机输出端另一路经过第二高压气阀后分别通过第一、第二热泵阀门与第一、第二干燥箱内的热泵导通连接；还包括至少一个真空泵，真空泵依次经过电磁真空阀、蒸发器和管路阀门后，一方面第一真空阀门与第一干燥箱导通连接，另一方面第二真空阀门与第二干燥箱导通连接，管路阀门、第一真空阀门和第二真空阀门之间通过一个三通管道相互导通；蒸发器上还依次导通连接有真空球阀、集水器和排水阀。

所述热泵包括若干组翅片不锈钢散热管。

所述充气装置为高压气瓶或者制氮机。

所述第一干燥箱和第二干燥箱上设有真空表和温度表。

在上述交替式热泵真空干燥装置中，由于将制冷压缩机产生的废热作为热泵的热源使用，节省了排除制冷压缩机产生的废热的能源，将废热变为能源得以充分利用，集中了现有真空干燥和热泵干燥优点的同时，又实现了比热泵干燥更加节能的方法，将制冷压缩机组需要排除的废热能源提供给热泵作为热能，真正实现了”一份电当两份电用”；由于本发明中的二个干燥箱之间通过阀门切换操作，抽气降压降温、充气加热升温多次交替切换，因此实现了交替热泵真空干燥的连续化、规模化生产，食品真空干燥工艺上的连续性；由于本发明中热状态的干燥箱内的气体充入冷状态的干燥箱，可以缩短冷状态的干燥箱内样品升温时间，干燥每批物料的时间仅仅需要6-7小时，干燥生产效率高、设施能耗低/设备运行经济性高。

附图说明

图1为本发明所设计的交替式热泵真空干燥装置的结构示意图。

图中：1.第一干燥箱、1a.第二干燥箱、2.真空表、3.温度表、4.导风板、5.热泵、 6.循环风机、7.第一热泵阀门、7a.第二热泵阀门、8.第一充气过滤器、8a.第二充气过滤器、9.第一充气阀、9a.第二充气阀、10.充气装置、11.旁通阀、12.箱外冷凝器、13.第一高压气阀、13a.第二高压气阀、14.制冷压缩机、15.电磁真空阀、16.真空泵、17.排水阀、18.集水器、19.真空球阀、20.膨胀阀、21.蒸发器、22.管路阀门、23.三通管道、24.第一真空阀门、24a.第二真空阀门。

具体实施方式

图1中，一种交替式热泵真空干燥装置，包括干燥箱及制冷系统，干燥箱的数量为两个，分别为第一干燥箱1及第二干燥箱1a，第一干燥箱1和第二干燥箱1a内均设有热泵5、循环风机6和导风板4。热泵5、循环风机6和导风板4在第一干燥箱1和第二干燥箱内布置结构相同。如在第一干燥箱1内，5热泵设置于第一干燥箱1中部，导风板4沿第一干燥箱1的长边方向设置于热泵5的两侧，循环风机6与热泵5间隔设置且位于第一干燥箱1的后端。第一干燥箱1和第二干燥箱1a通过充气系统导通连接。充气系统包括充气装置10且所述充气装置10的一路输出依次通过第一充气阀9和第一充气过滤器8后与第一干燥箱1导通连接，另一路输出依次通过第二充气阀9a和第二充气过滤器8a后与第二干燥箱1a导通连接。制冷系统包括蒸发器21、制冷压缩机14和箱外冷凝器12。制冷压缩机14的输出端分为两路，其一路依次经过第一高压气阀13、箱外冷凝器12及旁通阀11后分别与第一干燥箱1、第二干燥箱1a导通连接；位于旁通阀11与第一干燥箱1及第二干燥箱1a之间还具有一支路，该支路依次通过膨胀阀20和蒸发器21后与制冷压缩机14的输入端连接，形成回路结构；制冷压缩机14输出端另一路经过第二高压气阀13a后，一方面通过第一热泵阀门7与第一干燥箱1内的热泵导5通连接，另一方面通过第二热泵阀门7a与第二干燥箱1a内的热泵导通连接。上述交替式热泵真空干燥装置还包括至少一个真空泵16，真空泵16依次经过电磁真空阀15、蒸发器21和管路阀门22后，一方面第一真空阀门24与第一干燥箱1导通连接，另一方面第二真空阀门24a与第二干燥箱1a导通连接。管路阀门22、第一真空阀门24和第二真空阀门24a之间通过一个三通管道相互导通。蒸发器21上还依次导通连接有真空球阀19、集水器18和排水阀17。所述热泵5包括若干组翅片不锈钢散热管。所述充气装置10为高压气瓶或者制氮机。所述第一干燥箱1和第二干燥箱1a分别设有真空表2和温度表3。

上述交替式热泵真空干燥装置工作时，其作业步骤如下：

（1）将待干燥样品分别放入第一干燥箱1和第二干燥箱1a中，并将第一干燥箱1和第二干燥箱1a密封。

（2）打开真空泵16、电磁真空阀15、管路阀门22、第一真空阀门24和第二真空阀门24a，对第一干燥箱1和第二干燥箱1a进行抽真空，同时打开制冷压缩机14、第一高压气阀13和旁通阀11对第一干燥箱1和第二干燥箱1a内的样品进行冷冻；当第一干燥箱1和第二干燥箱1a内的样品冻结到设定温度时，关闭真空泵16、管路阀门22、第一真空阀门24和第二真空阀门24a，停止抽真空，并关闭第一高压气阀13和旁通阀11。

（3）打开充气装置10和第一充气阀9对第一干燥箱1充入保护气体，保护气体通常为氮气或二氧化碳气，同时打开第二高压气阀9 a、第一热泵阀门7与第一干燥箱1中的循环风机6，制冷压缩机14中的高温低压气体为第一干燥箱1内的热泵5提供热源从而对第一干燥箱1中的样品进行加热。

（4）当第一干燥箱1中的温度达到常温时，同时打开第一真空阀门24和第二真空阀门24a，使第一干燥箱1内的常温保护气体充入第二干燥箱1a内，当第一干燥箱1和第二干燥箱1a内压力平衡后，关闭第一真空阀门24、第二真空阀门24a、第二高压气阀13a和第一热泵阀门7；打开真空泵16、电磁真空阀15、管路阀门22、第一真空阀门24和第二真空阀门24a，对第一干燥箱1和第二干燥箱1a进行抽真空，同时打开制冷压缩机14、第一高压气阀13和旁通阀11对第一干燥箱1和第二干燥箱1a进行制冷；当第一干燥箱1和第二干燥箱1a内的样品下降到设定温度时，关闭真空泵16、管路阀门22、第一真空阀门24和第二真空阀门24a，停止抽真空，并关闭第一高压气阀13和旁通阀11。

（5）打开充气装置10和第二充气阀9a对第二干燥箱1a充入保护气体，同时打开第二高压气阀13a、第二热泵阀门7a与第二干燥箱1a中的循环风机，制冷压缩机14中的高温低压气体为第二干燥箱1a内的热泵提供热源从而对第二干燥箱1a中的样品进行加热。

（6）当第二干燥箱1a中的温度达到常温时，同时打开第一真空阀门24和第二真空阀门24a，使第二干燥箱1a内的常温保护气体充入第一干燥箱1内，当第一干燥箱1和第二干燥箱1a内压力平衡后，关闭第一真空阀门24、第二真空阀门24a、第二高压气阀9 a和第一热泵阀门7，重复执行步骤（2）及之后的步骤，直至第一干燥箱1和第二干燥箱1a内的样品均干燥完成。

在上述交替式热泵真空干燥装置中，由于将制冷压缩机14产生的废热作为热泵5的热源使用，节省了排除制冷压缩机14产生的废热的能源，将废热变为能源得以充分利用，集中了现有真空干燥和热泵干燥优点的同时，又实现了比热泵干燥更加节能的方法，将制冷压缩机14需要排除的废热能源提供给热泵5作为热能，真正实现了”一份电当两份电用”；由于本发明中的第一干燥箱1和第二干燥箱1a之间通过阀门切换操作，抽气降压降温、充气加热升温多次交替切换，因此实现了交替热泵真空干燥的连续化、规模化生产，食品真空干燥工艺上的连续性；由于本发明中热状态的干燥箱内的气体充入冷状态的干燥箱，可以缩短冷状态的干燥箱内样品升温时间，干燥每批物料的时间仅仅需要6-7小时，干燥生产效率高、设施能耗低/设备运行经济性高。物料在真空低温状态下失水速度要比真空高温（常温）状态下失水慢的多，例如，每次物料100℃真空冷却到0℃，物料失水率约为：13.7%，而每次物料30℃真空冷却到0℃时，物料失水率为：2.9%，如果而每次物料0℃真空冷却到-30℃时，物料失水率约仅仅约为：0.16%左右。

上述交替式热泵真空干燥装置由于首先对干燥箱中进行抽真空和降温处理，且干燥箱内设置导风板4和循环风机6，当热泵5开始加热是，同时对干燥箱内充入N₂或者CO₂气体，循环风机6由于装在箱体后端，开启循环风机6后，保证热泵5产生的源热流对食品强制性快速加热及温度的均匀性，避免了干燥不均匀的情况发生，同时由于保护气体的充入，能够保护食品加温时不会起氧化，适用于绝大多数品种食品的真空干燥，解决了干燥物料的预处理，特别是解决了活性物质和热敏性都较高的，以及易氧化物料的干燥难题，特别是干燥比较大块的物料，如鱼块，松茸等。

Claims (4)

1.一种交替式热泵真空干燥装置，包括干燥箱及制冷系统，其特征在于：所述干燥箱的数量为两个，分别为第一干燥箱及第二干燥箱，第一干燥箱和第二干燥箱内均设有热泵、循环风机和导风板，热泵设置于干燥箱中部，导风板沿干燥箱的长边方向设置于热泵的两侧，循环风机与热泵间隔设置且位于干燥箱的后端，第一干燥箱和第二干燥箱通过充气系统导通连接，充气系统包括充气装置且所述充气装置的一路输出依次通过第一充气阀和第一充气过滤器后与第一干燥箱导通连接，另一路输出依次通过第二充气阀和第二充气过滤器后与第二干燥箱导通连接；制冷系统包括蒸发器、制冷压缩机和箱外冷凝器，制冷压缩机的输出端分为两路，其一路依次经过第一高压气阀、箱外冷凝器及旁通阀后分别与第一、第二干燥箱导通连接，位于旁通阀与干燥箱之间还具有一支路，该支路依次通过膨胀阀和蒸发器后与制冷压缩机的输入端连接，形成回路结构，制冷压缩机输出端另一路经过第二高压气阀后，一方面通过第一热泵阀门与第一干燥箱内的热泵导通连接，另一方面通过第二热泵阀门与第二干燥箱内的热泵导通连接；还包括至少一个真空泵，真空泵依次经过电磁真空阀、蒸发器和管路阀门后，一方面第一真空阀门与第一干燥箱导通连接，另一方面第二真空阀门与第二干燥箱导通连接，管路阀门、第一真空阀门和第二真空阀门之间通过一个三通管道相互导通；蒸发器上还依次导通连接有真空球阀、集水器和排水阀。

2.根据权利要求1所述的一种交替式热泵真空干燥装置，其特征在于：热泵包括若干组翅片不锈钢散热管。

3.根据如权利要求1所述的一种交替式热泵真空干燥装置，其特征在于：所述充气装置为高压气瓶或者制氮机。

4.根据如权利要求1所述的一种交替式热泵真空干燥装置，其特征在于：所述第一干燥箱和第二干燥箱上设有真空表和温度表。