CN104642415A - 一种自动控制的食品干燥器 - Google Patents

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Abstract

一种食品的干燥器，包括隧道窑炉、加热部件、温度传感器、可编程控制器和传送带，所述传送带穿过隧道窑炉，加热部件和温度传感器设置在隧道窑炉内，加热部件和温度传感器与可编程控制器进行连接；所述加热部件是红外加热部件，红外加热部件包括红外辐射板，所述辐射板上设置多个通孔。本发明实现通过红外部件实现红外干燥,实现烘干的均匀化和智能化。

Description

一种自动控制的食品干燥器
技术领域
本发明属于干燥领域，尤其涉及一种红外加热隧道窑干燥器，属于F26B干燥领域。
背景技术
传统的加热烘干方法在饼干、面包等食品实际生产中智能化程度不高，效率低下，而且烘干效果并不理想，经常出现红外加热烘干不均匀现象，满足不了实际生产需求，所以需要一种可以高度智能化的干燥器，使保饼干、面包等食品内水分含量变化以及厚度变化时，智能调节烘干温度和传送速度以及其它一些参数，在短时间内降到所要求的范围内。
发明内容
针对目前现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种饼干、面包等板状食品的干燥器，解决现有市场产品智能化程度不高，效率低下等缺点。
 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种食品的干燥器，包括隧道窑炉、加热部件、温度传感器、可编程控制器和传送带，所述传送带穿过隧道窑炉，加热部件和温度传感器设置在隧道窑炉内，加热部件和温度传感器与可编程控制器进行连接；所述加热部件是红外加热部件，红外加热部件包括红外辐射板，所述辐射板上设置多个通孔。
作为优选，所述干燥器用于烘干板状食品，所述干燥器进一步包括厚度检测装置，板材的厚度是通过厚度检测装置自动检测得到的，所述厚度检测装置与可编程自动控制器数据连接，厚度检测器将板材的厚度数据传送到可编程控制器；可编程控制器根据板材的厚度和含水率，通过速度控制部件控制传送带的速度;
传送速度和加热温度控制方式如下：可编程控制器中存入的基准数据板材厚度为L、质量含水率为S、加热的温度为T、传送带的传送速度为V是在板材厚度为L、质量含水率为S的时候，需要的加热的绝对温度为T，传送带的传送速度为V；
当板材的厚度为变为l，质量含水率为变为s的时候，传送带的传速度和加热温度满足如下关系：
v和t可变，加热温度和传送带的传送速度的关系如下：
(v*t)/(V*T)=g*（s/S）e*（l/L）f,其中g,e,f为参数，g满足如下公式：
（s/S）/（l/L）>1,0.95<g<0.98;
（s/S）/（l/L）<1, 1.04<g<1.08;
（s/S）/（l/L）=1,0.98<g<1.04;
1.10<e<1.15,1.18<f<1.20;
上述的公式中需要满足如下条件：0.8<s/S<1.2,0.8< l/L<1.2；
上述的公式中选取（（1－v/V）2+（1－t/T）2）的值最小的一组v和t；
上述公式中，温度T，t为绝对温度，单位为K，为箱体内的平均加热温度，速度V，v单位为m/s,板材厚度L，l为厘米，含水率s，S为质量百分数。
作为优选，隧道窑炉包括预热区，预热区，沿着传送带传送方向，红外辐射板的孔的密度越来越高。
作为优选，隧道窑炉包括预热区，在预热区，沿着传送带传送方向，红外辐射板的孔的面积越来越大。
作为优选，隧道窑炉包括与预热区相连的加热区，在加热区，沿着传送带传送方向，外加热部件中的红外辐射板的孔的密度越来越低。
作为优选，隧道窑炉包括与预热区相连的加热区，在加热区，沿着传送带传送方向，同一红外辐射板的孔的面积越来越小。
与现有技术相比较，本发明的干燥器具有如下的优点：
1) 可编程控制器自动控制隧道窑炉内温度和/或传送带速度，实现板材的智能化的烘干。
2）通过设置多个加热部件，实现对每一个加热部件的智能控制，从而实现整个隧道窑炉内的温度的预设的分布。
3）红外加热部件比微波加热部件更靠近隧道窑炉出口设置，能够达到快速的干燥，而且干燥效果好。
4）通过大量研究得出最佳的控制速度和温度的关系式。
5）通过设置厚度自动检测装置，进一步提高了设备的智能化程度。
6）通过设置红外辐射板的通孔，实现了红外辐射的均匀。
7）通过设置红外辐射板的通孔密度和面积的变化，实现了红外辐射随着传送带运动方向的变化。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图。
图2是本发明的另一个实施例的结构示意图。
图3是本发明隧道窑炉内温度传感器布置的平面示意图。
图4是本发明设置厚度检测装置的结构示意图
图5是本发明红外加热部件的示意图。
其中，隧道窑炉1，传送带2，加热部件3，温度检测器4，可编程控制器5，入口6，温度传感器7，板材8 ，传送轮9，支架10，壳体11，红外辐射板12，隔热部件13。
具体实施方式
需要说明的是，此处的板状食品是指类似饼干面包等形状比较规则的成板状的食品等。
如图1所示，一种板状食品8的干燥器，包括隧道窑炉1、加热部件3、温度传感器7、可编程控制器5和传送带2，所述传送带2穿过隧道窑炉1，加热部件3和温度传感器7设置在隧道窑炉内，加热部件3和温度传感器7与可编程控制器5进行连接。
作为优选，所述加热部件3是红外加热部件，如图5所示。红外加热部件包括壳体11、红外辐射板12、红外发热体和隔热部件13，所述壳体11底部设置与壳体底部相接的隔热部件13，壳体11的上部设置红外辐射板12，红外发热体设置在壳体内部。
作为优选，红外辐射板12为矩形板或者圆形板或者椭圆形板，厚度为0.5-0.8cm，所述辐射板12上设置多个通孔，通过通孔能够使得红外辐射均匀向外辐射。
作为优选，所述通孔的形状为圆型或者正方形。
作为优选，在壳体内部的除了红外辐射板外的其他面都设置隔热材料，通过设置隔热材料，使得红外辐射的热只能向着设置红外辐射板12的面的方向进行辐射，避免了热量的损失。
作为优选，红外发热体采用耐高温的钨丝材料制成，呈螺旋状布置在壳体内。
作为优选，传送带设置速度控制部件，速度控制部件与可编程控制器5进行数据连接，可编程控制器5通过速度控制部件控制传送带的速度。
作为优选，速度控制部件包括速度检测部件，速度检测部件将检测的传送带数据传送到可编程控制器，可编程控制器根据检测的数据来调整传送带电机的功率。如果检测的速度小于可编程控制器计算得到的数据，增加电机的功率，反之，减少电机的功率。优选的，通过电机控制传送轮9的转速来调整传送带的传送速度。
作为优选，隧道窑炉内的温度传感器为多个，通过设置多个温度传感器测量数据的平均值来计算平均温度。
作为优选，隧道窑炉内的温度传感器设置为沿传送带传送的轴向方向相垂直的纵向设置多排，每一排的距离相同。
作为优选，如图3所示，相邻排的温度传感器7的排列方式为错排。通过错排的方式，可以取得纵向上不同轴向位置的温度，避免只测量同一轴向上的温度，保证测量数据的准确性。
作为优选，隧道窑炉1是横截面是梯形的空腔，入口6和出口设置电动门，所述电动门的开度可以调节。中央控制器根据输入的板材的厚度自动调节电动门的开度，防止开度过大造成能源损失，已达到节约能源的目的。
作为优选，还包括温度检测器4，当然，温度检测器只是转换传感器读数，将其发送给PLC，必要的情况下，可以直接将温度传感器测量的数据直接发送给控制器，或者控制器中设置温度检测器，例如图1。
优选的，传送带的传送速度为0.4-0.6 m/s。
作为优选，隧道窑炉内设置加热区，沿着传送带传送方向，加热区温度呈连续性分布逐渐降低。这样使得板材随着干燥程度越来越高，需要热量越来越少，从而节约能量。
作为优选，沿着传送带传送方向，加热区的温度的降幅逐渐增加。如果将温度t设为距离加热区入口的距离x的函数， t=f（x），则在加热区，f'（x）<0, f''（x）>0,其中f'（x）、f''（x）分别是f（x）的一次导数和二次导数。
t为在X位置横截面上的平均温度。在实际中可以通过设置多个温度传感器测量的平均温度，或者通过红外测温仪测量的横截面上的平均温度。
通过实验表明，通过上述温度的变化以及增幅的变化，可以使得板材的干燥取得最佳的效果，而且还能够节约能源。
作为优选，在加热区，沿着传送带传送方向，外加热部件中的红外辐射板12的孔的密度越来越低。主要原因是随着传送带的传送方向，孔的密度越来越低的分布能够使得辐射热也越来越少。优选的，密度变化既可以包括同一红外辐射板的密度随着传送带运动方向的变化，也可以包括不同红外辐射板随着传送方向的密度变化。
作为优选，在加热区，沿着传送带传送方向，红外辐射板12的孔的面积越来越小。主要原因是随着传送带的传送方向，孔的面积越来越小的分布能够使得辐射热也越来越少。优选的，面积变化既可以包括同一红外辐射板的面积锁着传送带运动方向的变化，也可以包括不同红外辐射板随着传送方向的面积变化。
此处之所以限定加热区，是因为隧道窑炉内可能还设置预热区，此处的加热区就是预热区之后的加热区域。当然，有的时候不设置预热区，只设置加热区。
优选的，烘干的温度范围是85-120℃。
优选的，隧道窑炉内设置加热部分，微波加热部件分布为加热部分入口到加热部分长度的1/2-2/3位置范围内分布，加热部分的其余部分分配红外加热部件。如此设置会达到节能和干燥效果的最佳。其中加热部分长度为加热部分入口到加热部分出口的长度。
在实际工作过程中，传送带的速度和加热温度之间需要有一个最佳的关系，如果传送带的速度过快，则加热时间短，会影响加热质量，如果传送带的速度过慢，加热时间长，则可能会浪费太多的能量，同理，如果加热温度过低，会影响加热质量，如果加热温度过高，会导致浪费太多的能量。因此通过大量的实验，得出了最佳的加热温度和传送速度之间的关系。
所述的干燥器能够实现根据加热板材的厚度和湿度自动的调整加热温度和传送带传送速度。控制方式如下：假设板材厚度为L、质量含水率为S的时候，隧道窑炉内加热的温度为T（绝对温度），传送带的传送速度为V的时候，表示满足一定条件的干燥效果。上述的板材厚度为L、质量含水率为S、速度V和温度T称为基准厚度、基准湿度、基准速度和基准温度，即基准数据。所述的基准数据存储在可编程控制器中。
基准数据表示满足一定条件的干燥效果的数据。例如可以是满足一定的干燥效果，例如干燥效果是板材含水率为0.02%，或者在达到一定的干燥效果时，耗费的能源最少。当然优选的条件是达到一定干燥效果时，耗费的能源最少的数据作为基准数据。
通过下述公式调整的温度和速度也基本上能够满足基准数据所达到的一定条件的干燥效果。
当板材的厚度为变为l，质量含水率为变为s的时候，加热的温度和速度满足如下三种不同的运行模式之一：
第一模式： v保持基准速度V不变，加热温度变化如下：
t=T*（s/S）a*（l/L）b,其中a，b为参数，1.07<a<1.13,1.15<b<1.20；优选的，a=1.10,b=1.18;
第二模式：t保持基准温度T不变，传送带的传送速度变化如下：
V/v=（s/S）c*（l/L）d,其中c，d为参数，1.12<c<1.18,1.25<d<1.29;优选的，c=1.15，d=1.27
第三模式：v和t可变，加热温度和传送带的传送速度的关系如下：
(v*t)/(V*T)=g*（s/S）e*（l/L）f,其中g,e,f为参数，g满足如下公式：
（s/S）/（l/L）>1,0.95<g<0.98;优选的，g=0.96；
（s/S）/（l/L）<1, 1.04<g<1.08; 优选的，g=1.06；
（s/S）/（l/L）=1,0.98<g<1.04; 优选的，g=1.02；
优选的，第三模式选取（（1－v/V）2+（1－t/T）2）的值最小的一组v和t；当然也可以选择第一组满足要求的v和t，也可以从满足条件的v和t中随即选择一组；
1.10<e<1.15,1.18<f<1.20;优选的，e=1.13,f=1.19。
其中在上述三种模式的公式中需要满足如下条件：0.8<s/S<1.2,0.8< l/L<1.2。
上述的公式是经过大量的实际验证，完全满足板材实际干燥的需要。
在实际应用中，可编程控制器中存储多组基准数据，然后可编程控制器根据用户输入的数据（板材厚度和板材含水率），在满足0.8<s/S<1.2,0.8< l/L<1.2情况下，在自动选择合适的基准数据作为依据。
优选的，当出现两组或者多组基准数据情况下，可以提供用户选择的基准数据的界面、优选的，系统可以自动选择（（1－s/S）2+（1－l/L）2）的值最小的一个。
所述三种模式可以只存储一种在可编程控制器中，也可以存储两种或者三种在可编程控制器中。
当有多个温度传感器的时候，加热温度为隧道窑炉内多个温度传感器测量的平均温度。
上述公式中，温度T，t为绝对温度，单位为K，速度V，v单位为m/s,板材厚度L，l为cm（厘米），含水率s，S为质量百分数。
优选的，在对温度进行调整的时候，所有的加热区的加热部件的加热功率采取相同的增幅或者降幅，例如都同时增加10%。
优选的，在对温度进行调整的时候，所有的加热区加热部件的加热功率采取不同的增幅或者降幅，随着传送带的传送方向，加热区的加热部件的加热功率增加或减少的幅度逐渐降低，例如，沿着传送带的传送方向，前面的加热部件增加15%，后面的依次增加12%，11%，等等。
优选的，隧道窑炉内设置预热区，预热区设置在加热区的前部并且和加热区相连接。在预热区，沿着传送带传送方向，预热区的温度呈连续性分布逐渐的升高，优选沿着传送带传送方向，温度的增幅逐渐增加。如果将温度t设为距离入口的距离x的函数， t=f（x），则在预热区，f'（x）>0, f''（x）>0,其中f'（x）、f''（x）分别是f（x）的一次导数和二次导数。
t为在X位置横截面上的平均温度。在实际中可以通过设置多个温度传感器测量的平均温度，或者通过红外测温仪测量的横截面上的平均温度。
通过实验表明，通过上述温度的变化以及增幅的变化，可以使得板材的预热取得非常好的效果，而且还能够节约能源10%以上。
当设置预热区时，前面公式的温度T，t为包括预热区和加热区一起的的平均温度，即将预热区和加热区的温度作为一个平均温度进行考虑。
作为优选，在预热区，沿着传送带传送方向，红外辐射板12的孔的密度越来越高，主要原因是随着传送带的传送方向，孔的密度越来越高的分布能够使得辐射热也越来越多。优选的，密度变化既可以包括同一红外辐射板的密度随着传送带运动方向的变化，也可以包括不同红外辐射板随着传送方向的密度变化。
作为优选，在预热区，沿着传送带传送方向，红外辐射板12的孔的面积越来越大，主要原因是随着传送带的传送方向，孔的面积越来越大的分布能够使得辐射热也越来越多。优选的，面积变化既可以包括同一红外辐射板的面积随着传送带运动方向的变化，也可以包括不同红外辐射板随着传送方向的面积变化
当设置预热区时，优选的，在对温度进行调整的时候，所有的预热区的加热部件的加热功率采取相同的增幅或者降幅，例如都同时增加10%。
优选的，在对温度进行调整的时候，预热区加热部件的加热功率采取不同的增幅或者降幅，随着传送带的传送方向，预热区的加热部件的加热功率增加或减少的幅度逐渐升高，例如，沿着传送带的传送方向，前面的加热部件增加8%，后面的依次增加10%，11%，等等。
通过上述增幅的变化，可以极大节约能源，与增幅相同相比，而且能够充分保证干燥结果的准确性。通过实验证明，增幅变化的情况，误差更小，加热效果更好。
本发明还公开了一种实现干燥设备智能操作的方法，包括如下步骤：
1）首先在可编程控制器中存储一组或者多组基准数据：板材厚度为L、质量含水率为S、隧道窑炉内加热的温度为T（绝对温度），传送带的传送速度为V；
2）在操作界面上输入板材的厚度和含水量；
3）可编程控制器根据输入的板材的厚度和含水量，用户选择执行或者自动执行（例如只有一种运行模式的情况下）以下三个模式之一：
第一模式。v保持基准速度V不变，加热温度变化如下：
t=T*（s/S）a*（l/L）b,其中a，b为参数，1.07<a<1.13,1.15<b<1.20；优选的，a=1.10,b=1.18;
第二模式。t保持基准温度T不变，传送带的传送速度变化如下：
V/v=（s/S）c*（l/L）d,其中c，d为参数，1.12<c<1.18,1.25<d<1.29;优选的，c=1.15，d=1.27
第三模式。v和t可变，加热温度和传送带的传送速度的关系如下：
(v*t)/(V*T)=g*（s/S）e*（l/L）f,其中g,e,f为参数，g满足如下公式：
（s/S）/（l/L）>1,0.95<g<0.98;优选的，g=0.96；
（s/S）/（l/L）<1, 1.04<g<1.08; 优选的，g=1.06；
（s/S）/（l/L）=1,0.98<g<1.04; 优选的，g=1.02；
优选的，第三模式选取（（1－v/V）2+（1－t/T）2）的值最小的一组v和t；当然也可以选择第一组满足要求的v和t，也可以从满足条件的v和t中随即选择一组；
1.10<e<1.15,1.18<f<1.20;优选的，e=1.13,f=1.19。
其中在上述的三种模式的公式中需要满足如下条件：0.8<s/S<1.2,0.8< l/L<1.2。
4）干燥器开始进行烘干操作。
作为优选，步骤1）中输入多组基准数据；
作为优选，当出现两组或者多组基准数据情况下，用户可以通过用户界面选择的基准数据。
优选的，系统可以自动选择（（1－s/S）2+（1－l/L）2）的值最小的一个基准数据。
优选的，板材的厚度是通过厚度检测装置自动检测得到的，所述厚度检测装置与可编程自动控制器数据连接，厚度检测器将板材的厚度数据传送到可编程控制器。采取厚度检测装置的主要优点是自动获取板材的厚度数据，避免了手工输入厚度数据的繁琐程序，提高了烘干的效率和准确度。
优选的，厚度检测装置设置在隧道窑炉的入口位置附近，例如设置在隧道窑炉入口位置处，和/或距离隧道窑炉入口的一定距离的隧道窑炉外部的支架上。也可以通过设置不同位置的厚度检测装置，多次测量厚度来计算厚度平均值。
优选的，厚度检测装置包括红外发射器和红外接收器，红外发射器发射红外线测量板材厚度，红外接收器接受红外发射器发送的厚度数据，并将厚度数据传送到可编程控制器。
优选的，红外发射器包括水平等距放置的第一红外发射单元、第二红外发射单元和第三红外发射单元；红外接收器包括水平等距放置的第一红外接收单元、第二红外接收单元和第三红外接收单元，第一红外接收单元、第二红外接收单元和第三红外接收单元与第一红外发射单元、第二红外发射单元和第三红外发射单元分别接收第一红外发射单元、第二红外发射单元和第三红外发射单元发射的红外线。通过设置多个红外发射单元以及红外接受单元，可以通过多次测量，保证数据的准确性。同时还可以在部分红外发射单元和红外接受单元损坏的时候，不影响对板材厚度的测量。
优选的，红外发射单元设置在距离入口间隔一定距离的横跨传动带的支架10上，红外接受单元设置在隧道窑炉的入口位置上，第一红外接收单元、第二红外接收单元和第三红外接收单元与第一红外发射单元、第二红外发射单元和第三红外发射单元分别水平对应。
优选的，红外接受单元设置在距离入口间隔一定距离的横跨传动带的支架10上，红外发射单元设置在隧道窑炉的入口位置上，第一红外接收单元、第二红外接收单元和第三红外接收单元与第一红外发射单元、第二红外发射单元和第三红外发射单元分别水平对应。
当然，图4只展示了图1实施例设置厚度检测装置的示意图，图2中的实施例也可以设置厚度检测装置，本领域技术人员可以根据说明书可以得到，就不在进一步附图表示了。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种食品的干燥器，包括隧道窑炉、加热部件、温度传感器、可编程控制器和传送带，所述传送带穿过隧道窑炉，加热部件和温度传感器设置在隧道窑炉内，加热部件和温度传感器与可编程控制器进行连接；
所述加热部件是红外加热部件，红外加热部件包括红外辐射板，所述辐射板上设置多个通孔。
2. 根据权利要求1所述的干燥器，其特征在于，所述干燥器用于烘干板状食品，所述干燥器进一步包括厚度检测装置，板材的厚度是通过厚度检测装置自动检测得到的，所述厚度检测装置与可编程自动控制器数据连接，厚度检测器将板材的厚度数据传送到可编程控制器；
可编程控制器根据板材的厚度和含水率，通过速度控制部件控制传送带的速度;
传送速度和加热温度控制方式如下：可编程控制器中存入的基准数据板材厚度为L、质量含水率为S、加热的温度为T、传送带的传送速度为V是在板材厚度为L、质量含水率为S的时候，需要的加热的绝对温度为T，传送带的传送速度为V；
当板材的厚度为变为l，质量含水率为变为s的时候，传送带的传速度和加热温度满足如下关系：
v和t可变，加热温度和传送带的传送速度的关系如下：
(v*t)/(V*T)=g*（s/S）e*（l/L）f,其中g,e,f为参数，g满足如下公式：
（s/S）/（l/L）>1,0.95<g<0.98;
（s/S）/（l/L）<1, 1.04<g<1.08;
（s/S）/（l/L）=1,0.98<g<1.04;
1.10<e<1.15,1.18<f<1.20;
上述的公式中需要满足如下条件：0.8<s/S<1.2,0.8< l/L<1.2；
上述的公式中选取（（1－v/V）2+（1－t/T）2）的值最小的一组v和t；
上述公式中，温度T，t为绝对温度，单位为K，为箱体内的平均加热温度，速度V，v单位为m/s,板材厚度L，l为厘米，含水率s，S为质量百分数。
3.根据权利要求1所述的干燥器，其特征在于，隧道窑炉包括预热区，预热区，沿着传送带传送方向，红外辐射板的孔的密度越来越高。
4.根据权利要求1所述的干燥器，其特征在于，隧道窑炉包括预热区，在预热区，沿着传送带传送方向，红外辐射板的孔的面积越来越大。
5.根据权利要求3-4之一所述的干燥器，其特征在于，隧道窑炉包括与预热区相连的加热区，在加热区，沿着传送带传送方向，外加热部件中的红外辐射板的孔的密度越来越低。
6.根据权利要求3-4之一所述的干燥器，其特征在于，隧道窑炉包括与预热区相连的加热区，在加热区，沿着传送带传送方向，红外辐射板的孔的面积越来越小。
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