CN107549407A - 一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，包括太阳能热水系统、热泵系统、真空系统、蒸汽杀青系统、控制系统、螺旋管式换热器、气体加热器、气体干燥塔，所述热泵系统、所述真空系统与所述蒸汽杀青系统共用同一干燥箱。本发明能够形成太阳能辅助热泵干燥和真空干燥两种方法的优势互补集成，实现菊花饱和蒸汽杀青、热泵干燥、回软、真空干燥的干燥工艺，同时回收菊花干燥过程中挥发的精油。该发明节能高效、干燥均匀、无微生物污染、菊花干制品品质高，能够可视化实时监控、最大限度利用了菊花的经济价值。

Description

一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置

技术领域

本发明涉及一种干燥装置，属于植物加工技术领域，尤其涉及一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置。

背景技术

菊花(Chuju Chrysanthemum morifolium)是菊科菊属的头状花序，经干燥后作为茶饮或药用，是安徽省特色农产品，已通过中国名牌农产品和地理标志产品认证。

菊花常采用自然干制、热风干燥、微波干燥等方法。菊花属于热敏性物料，在加工过程中遇热挥发性成分易散失、黄酮类物质易氧化。自然干制法简单易行，但所需的干燥时间太长，且易受自然条件的限制，影响干制菊花的质量，甚至引起霉变、腐烂。现有的干燥装置大多分为物理干燥和化学干燥，而在需要物理干燥的过程中，大多又采用了高温吹风的原理，如现有中国专利名称为“一种改进的干燥机”申请号为CN201420848770.7的实用新型，其公开一种改进的干燥机，包括真空干燥箱和干燥机座，真空干燥箱安装于干燥机座顶部，干燥机座的底部设有进风口，干燥机座和真空干燥箱的连接处设有出风口，干燥机座内设有吹风机，吹风机和出风口之间设有加热器，真空干燥箱内设有多层干燥层，干燥层上设有物料盘，干燥层上带有漏风孔，物料盘由易导热材料制成，易导热材料为铜、铁、铝中的一种。本发明的优点是：即加热干燥快，利用太阳能对热泵、干燥尾气辅助供热，对蒸汽锅炉辅助供热水，干燥尾气可以循环利用，高效节能，同时可以实现菊花饱和蒸汽杀青、热泵干燥、回软、真空干燥的干燥工艺，可以对菊花分段进行由粗到精干燥，最大程度保证了菊花干制品品质，且可以可视化实时监测菊花的干燥程度，精油吸附装置的设置将最大限度利用菊花的经济价值；可以用于菊花以外的其他物料的干燥。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，能够大大提高菊花干燥速率和干燥均匀性，提高菊花干燥品质、降低生产成本和能耗、最大限度利用菊花的经济价值。

本发明采用以下技术方案：

一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，包括密封的干燥箱、对所述干燥箱内部进行加热的热泵系统、对所述真空箱进行抽真空的真空系统、对所述真空箱进行供汽的蒸汽杀青系统、对所述热泵系统进行供热及对所述蒸汽杀青系统进行供水的太阳能热水系统、精油吸附装置、气体加热器、气体干燥塔、流动工质和对相关部件的运转启、停进行控制的控制系统。

进一步的，所述干燥箱包括干燥箱外箱体、折流板、热风折流通道和真空箱，所述折流板均匀分布设置在干燥箱外箱体内部，从而形成热风折流通道；所述真空箱内壁两侧均布饱和蒸汽出口，且真空箱内可以放置多个物料小车，所述物料小车承载板和托盘架之间安装有称重传感器，所述的承载板为窄条形结构。

进一步的，所述太阳能热水系统包括太阳能热水器、电加热器、储热水箱、循环水泵、气体加热器；所述太阳能热水器辅助设置有电加热器，所述储热水箱、循环水泵、气体加热器依次连接。

进一步的，所述热泵系统包括设置在干燥箱外侧的压缩机、冷凝器、冷媒储罐、膨胀阀、蒸发器、气液分离器；所述气液分离器与冷媒储罐之间连接有阀门，所述压缩机、冷凝器、冷媒储罐、膨胀阀、蒸发器依次连接，所述冷媒储罐与膨胀阀之间连接有过滤器。

进一步的，所述蒸汽杀青系统主要包括蒸汽锅炉、电加热器、蒸汽管道。

进一步的，所述真空系统包括真空泵和抽真空管，所述的真空泵通过抽真空管与真空箱箱体连通，连接处密封设置。

进一步的，所述气体加热器用于加热所述精油吸附装置排出的气体。

进一步的，所述气体干燥塔用于干燥流入冷凝器的气体。

进一步的，所述控制系统包括中央处理器和触控显示屏，所述中央处理器的输出端通过电源驱动电路与阀门、电加热器、水泵、真空泵、传感器和压缩机连接，用于控制相关部件的启停及设置和调节干燥工况，并实现干燥过程的在线监测。

螺旋管式换热器为梭形变径螺旋，气体入口与蒸发器气体出口相连，利用蒸发器排出的低温气体将含菊花精油的气体降温至可被吸附剂吸收的温度范围内，且冷热流体采用逆流形式。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明利用太阳能热水系统对蒸汽锅炉进行供热水，利用蒸汽锅炉产生的饱和水蒸气对菊花进行杀青处理，利用热泵冷凝器出口的热风对杀青处理完的菊花进行初步干燥，初步干燥完后将热风通入热风折流通道，待菊花回软一定时间后，利用真空系统使真空箱内达到预设真空度，利用热泵冷凝器出口的热风在干燥箱热风折流通道内对真空箱进行加热，在真空条件下使菊花中的固态水分直接升华成水蒸汽，从菊花中排出，形成真空状态下的传热干燥。挥发出的蒸汽经过精油吸附装置、气体加热器，部分蒸汽通入热泵蒸发器，另一部分蒸汽经干燥塔干燥后通入热泵冷凝器，提高了热能的利用率并最大限度利用了菊花的经济价值。

附图说明

图1为本发明的电气原理框图；

图2为本发明使用状态结构示意图；

图3为物料小车示意图；

图4为干燥箱示意图；

图5为蒸汽管道及走向示意图

图6为螺旋管式换热器示意图

图中：1太阳能热水系统、2太阳能热水器、3、19、20、21、22电磁阀、4、50电加热管、5、18、52安全阀、6、49电加热器、7、12、53液位计、8、36温度计、9温控阀、10储热水箱、11温度计、13循环水泵、14、15、17、37、39、46、51、65、66阀门、16气体加热器、23热泵系统、24压缩机、25冷凝器、26、33、67风扇、27、34空气过滤器、28冷媒储罐、29过滤器、30膨胀阀、31、47压力计、32蒸发器、35、55、70疏水阀、36、43温度计、38气液分离器、40气体干燥塔、41真空泵、42精油吸附装置、44真空表、45蒸汽杀青系统、48蒸汽锅炉、54蒸汽管道、56干燥箱、57控制系统、58物料小车、59托盘架、60称重传感器、61承载板、62折流板、63热风折流通道、64真空箱、68、69L型三通、71干燥箱外箱体、72螺旋管式换热器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1-6所示本发明实施例所提供的一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：包括密封的干燥箱56、对干燥箱内部进行加热的热泵系统23、对真空箱41进行抽真空的真空系统、对真空箱41进行供汽的蒸汽杀青系统45、对热泵系统进行供热及对所述蒸汽杀青系统进行供水的太阳能热水系统1、精油吸附装置42、气体加热器16、气体干燥塔40、流动工质和对相关部件的运转启、停进行控制的控制系统57。

进一步的，所述干燥箱56包括干燥箱外箱体71、折流板62、热风折流通道63和真空箱64，所述折流板62均匀分布设置在干燥箱外箱体71内部，从而形成热风折流通道63；所述真空箱64内壁两侧均布饱和蒸汽出口，且真空箱64内可以放置多个物料小车58，所述物料小车58承载板61和托盘架59之间安装有称重传感器60，所述的承载板61为窄条形结构。

进一步的，所述太阳能热水系统1包括太阳能热水器2、电加热器6、储热水箱10、循环水泵13、气体加热器16；所述太阳能热水器2辅助设置有电加热器6，所述储热水箱10、循环水泵13、气体加热器16依次连接。

进一步的，所述热泵系统23包括设置在干燥箱56外侧的压缩机24、冷凝器25、冷媒储罐28、膨胀阀30、蒸发器32、气液分离器38；所述气液分离器38与冷媒储罐28之间连接有阀门39，所述压缩机24、冷凝器25、冷媒储罐28、膨胀阀30、蒸发器32依次连接，所述冷媒储罐28与膨胀阀30之间连接有过滤器29。

进一步的，所述蒸汽杀青系统45主要包括蒸汽锅炉48、电加热器49、蒸汽管道54。

进一步的，所述真空系统包括真空泵41和抽真空管，所述的真空泵41通过抽真空管与真空箱64箱体连通，连接处密封设置。

进一步的，所述精油吸附装置42用于吸收菊花干燥过程中挥发出的精油。

进一步的，所述气体加热器16用于加热所述精油吸附装置42排出的气体。

进一步的，所述气体干燥塔40用于干燥流入冷凝器25的气体。

进一步的，所述控制系统57包括中央处理器和可触控显示屏，所述中央处理器的输出端通过电源驱动电路与阀门、电加热器、循环水泵、真空泵、传感器和压缩机连接，用于控制相关部件的启停及设置和调节干燥工况，并实现干燥过程的在线监测。

本发明实施例以热敏性物料菊花的干燥为例进行说明，在阳光充足时，开启电磁阀3为太阳能热水器2供水，当液位计7监测到液位达到预设值时，关闭电磁阀3，此时利用太阳能对太阳能热水器2中的水进行加热，当温度计8检测到太阳能热水器2中水的温度达到预设值时，开启电磁阀9，将热水通入储热水箱10中储存，当液位计12检测到储热水箱10中的水位达到预设值时，关闭电磁阀9，当温度计11检测到储热水箱10中水温低于预设值时，开启电磁阀20，将储热水箱10中的水重新通入热水器2中进行加热，如此往复；开启阀门14、15、电磁阀22、循环水泵13，此时利用储热水箱10中储存的热水对经精油吸附装置42后的气体进行供热，为蒸汽锅炉48进行供水，当液位计53监测到液位达到预设值时，关闭电磁阀20，开启电加热器49，对蒸汽锅炉48中的热水进行加热产生饱和蒸汽，当压力表47检测到压力达到预设值时，开启阀门46、65、66，饱和蒸汽通过蒸汽管道54进入真空箱64，对菊花进行饱和蒸汽杀青处理，当达到预设饱和蒸汽杀青时间时，关闭电加热器49、阀门46；

开启压缩机24、风扇26、33、67、部分开启阀门37、L型三通69真空箱方向、L型三通68左侧，利用热泵系统23产生的高温气体对真空箱64内的菊花进行热风干燥，经风扇67抽出的高温湿气通过螺旋管式换热器降温后再通入精油吸附装置42，将菊花挥发出的精油回收利用，经过精油吸附装置42的气体通入气体加热器16，经气体加热器16的气体一部分与经空气过滤器34的空气混合一起通入蒸发器32，将热量传给热泵中的冷媒，经气体加热器16的另一部分气体经气体干燥塔40后与经空气过滤器27的空气混合一起通入冷凝器25，吸收冷媒的热量形成高温气体，通过L型三通69真空箱方向重新回到真空箱64内对菊花进行热风干燥，如此往复，充分利用排出气体的热量。

设置在物料小车58承载板61和托盘架59之间有称重传感器60，实时监测物料的干燥程度，当称重传感器数值基本保持不变时，开启L型三通69热风折流通道方向和L型三通68水平方向、关闭风扇67，并保持一定时间待菊花回软。

开启真空泵41，利用真空泵41对真空箱64进行抽真空，此时冷凝器25排出的高温气体通入热风折流通道63，通过折流板62增加热风在热风折流通道63内的湍流强度，对真空箱64箱体进行加热，并将热量辐射至真空箱内部，使物料在一定真空度下继续进行干燥，真空泵41抽出的气体与热风折流通道63排出的气体混合后一起进入上述的循环，如此往复，直至称重传感器数值基本保持不变。

利用控制系统57检测到的压力表31的值，自动计算热泵系统23中冷媒在对应压力下的蒸发温度值，并与检测到的温度计36的值进行差运算，如果运算值为正，则控制系统57不反馈动作，如果差值为负，开启电磁阀19、21，利用储热水箱10中储存的热水对蒸发器32中的冷媒进行加热。

在太阳能辐射照度较弱时，开启电加热器6，对太阳能热水器2中的水进行加热，其余操作流程与上述相同，不再赘述。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：包括密封的干燥箱(56)、对干燥箱内部进行加热的热泵系统(23)、对真空箱(41)进行抽真空的真空系统、对真空箱(41)进行供汽的蒸汽杀青系统(45)、对热泵系统进行供热及对所述蒸汽杀青系统(45)进行供水的太阳能热水系统(1)、精油吸附装置(42)、气体加热器(16)、气体干燥塔(40)、流动工质和对相关部件的运转启、停进行控制的控制系统(57)。

2.根据权利要求1所述一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：所述干燥箱(56)包括干燥箱外箱体(71)、折流板(62)、热风折流通道(63)和真空箱(64)，所述折流板(62)均匀分布设置在干燥箱外箱体(71)内部，从而形成热风折流通道(63)；所述真空箱(64)内壁两侧均布饱和蒸汽出口，且真空箱(64)内可以放置多个物料小车(58)，所述物料小车(58)承载板(61)和托盘架(59)之间安装有称重传感器(60)，所述的承载板(61)为窄条形结构。

3.根据权利要求2所述一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：所述太阳能热水系统(1)包括太阳能热水器(2)、电加热器(6)、储热水箱(10)、循环水泵(13)、气体加热器(16)；所述太阳能热水器(2)辅助设置有电加热器(6)，所述储热水箱(10)、循环水泵(13)、气体加热器(16)依次连接。

4.根据权利要求3所述一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：所述热泵系统(23)包括设置在干燥箱(56)外侧的压缩机(24)、冷凝器(25)、冷媒储罐(28)、膨胀阀(30)、蒸发器(32)、气液分离器(38)；所述气液分离器(38)与冷媒储罐(28)之间连接有阀门(39)，所述压缩机(24)、冷凝器(25)、冷媒储罐(28)、膨胀阀(30)、蒸发器(32)依次连接，所述冷媒储罐(28)与膨胀阀(30)之间连接有过滤器(29)。

5.根据权利要求4所述一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：所述蒸汽杀青系统(45)包括蒸汽锅炉(48)、电加热器(49)、蒸汽管道(54)。

6.根据权利要求5所述一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：所述真空系统包括真空泵(41)和抽真空管，所述的真空泵(41)通过抽真空管与真空箱(64)箱体连通，连接处密封设置。

7.根据权利要求6所述一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：所述气体加热器(16)用于加热所述精油吸附装置(42)排出的气体。

8.根据权利要求7所述一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：所述气体干燥塔(40)用于干燥流入冷凝器(25)的气体；所述控制系统(57)包括中央处理器和可触控显示屏，所述中央处理器的输出端通过电源驱动电路与阀门、电加热器、循环水泵、真空泵、传感器和压缩机连接，用于控制相关部件的启停及设置和调节干燥工况，并实现干燥过程的在线监测。

9.根据权利要求8所述一种太阳能辅助热泵真空耦合蒸汽杀青菊花干燥装置，其特征在于：还包括螺旋管式换热器(72)，所述螺旋管式换热器(72)为梭形变径螺旋，气体入口与蒸发器气体出口相连，利用蒸发器排出的低温气体将含菊花精油的气体降温至可被吸附剂吸收的温度范围内，且冷热流体采用逆流形式。