CN108433136B - 一种超声波协同微波快速干燥系统 - Google Patents

一种超声波协同微波快速干燥系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波协同微波快速干燥系统,包括上端可开启的密闭常压仓,所述常压仓的外侧设有一密闭壳体,位于所述壳体和常压仓之间的所述常压仓的外侧面设有微波装置,所述常压仓内还设有用于排放所述常压仓内湿气的排气装置,所述常压仓的底部设有一物料板,所述常压仓的下方设有与所述壳体连接的循环水槽,所述循环水槽的外侧面上设有超声波装置。本发明能够提高果蔬等生鲜农产品干燥速度,实现果蔬等生鲜农产品物料的快速干燥。

Description

一种超声波协同微波快速干燥系统
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域,更具体地讲,涉及一种超声波协同微波快速干燥系统。
背景技术
超声波作用于食品物料主要是发挥其机械效应和空化效应,进而改变物料特性和加工效果。目前在果蔬等生鲜农产品干燥领域的应用十分广泛,但多用于原料的清洗和改变物料特性的预处理等。超声波辅助其他干燥方式进行干燥,通常可以加快干燥进程,例如:超声波热风干燥、超声波渗透脱水、超声波冷冻干燥、超声波红外干燥等。
微波干燥属于新一代干燥技术,干燥效率高,干燥品质变化快。超声波的空化效应和机械效应都有助于调整物料的介电特性,促进物料均匀高品质干燥。由于微波和超声波分别属于电磁波和机械波,他们的传递介质有着巨大差别,因此国内外有关微波超声波协同组合干燥工艺应用于农产品的研究报道很少。将超声波和微波干燥两种干燥方式集合到一体的干燥方式是一种新颖的设计思路,需要破解微波超声波共同作用于物料,又不造成微波泄露的难题。
发明内容
本发明的目的在于提高果蔬等生鲜农产品干燥速度,实现果蔬等生鲜农产品物料的快速干燥,本发明提供了一种超声波协同微波快速干燥系统。
本发明采用如下技术方案:
一种超声波协同微波快速干燥系统,包括上端可开启的密闭常压仓,所述常压仓的外侧设有一密闭壳体,位于所述壳体和常压仓之间的所述常压仓的外侧面设有微波装置,所述常压仓内还设有用于排放所述常压仓内湿气的排气装置,所述常压仓的底部设有一物料板,所述常压仓的下方设有与所述壳体连接的循环水槽,所述循环水槽的外侧面上设有超声波装置。
所述常压仓内还设有用于盛装物料的真空仓和用于排放所述真空仓内湿气的抽真空装置,所述真空仓的下端靠近所述物料板。
所述系统中还设有一控制装置,其包括第一温度传感器、第二温度传感器和控制器,所述第一温度传感器设置于所述真空仓中并与所述控制器电性连接,所述第二温度传感器设置于所述常压仓内并与所述控制器电性连接。
所述控制器为PLC控制器,其与所述超声波装置、微波装置、抽真空装置和排气装置电性连接。
所述第一温度传感器为光纤温度传感器,所述第二温度传感器为固定在所述常压仓内壁上的热红外温度传感器。
所述物料板为钢化玻璃,其固定于所述常压仓的底部,所述超声波装置设置于所述钢化玻璃正下方的所述循环水槽的下端面上。
所述壳体内部通过一水平隔板分割为呈上下分布的第一壳体和第二壳体,所述常压仓设置于所述壳体上部的所述第一壳体中,所述常压仓的下端与所述水平隔板之间形成所述的循环水槽,且在所述第一壳体上形成与所述循环水槽相连通的冷凝水入口和冷凝水出口;所述的抽真空装置和超声波装置设置于所述壳体下部的所述第二壳体中,所述超声波装置固定于所述水平隔板上。
所述微波装置为2450MHz磁控管,所述超声波装置为均布于所述水平隔板上的多个超声波源。
所述抽真空装置包括真空泵和除湿干燥箱,所述除湿干燥箱中设有干燥剂,所述除湿干燥箱的进气口通过管路与所述真空仓连通,其出气口通过管路与所述真空泵连接。
所述真空仓为一真空玻璃管,其上端开口处设有与其密封连接的金属盖,所述金属盖上固定一移动杆;所述壳体的上端设有用于放置所述真空仓的开口,所述开口位置固定一垂直设置的且向着外侧延伸的波导管,所述波导管内侧面设有与所述金属盖配合连接的卡槽。
本发明技术方案,具有如下优点:
A.本发明在常压仓中设置微波装置和带有循环水槽的超声波装置,同时开启使微波装置和超声波装置进行工作,直至将置于物料板上的生鲜农产品物料在常压下达到干燥状态,同时位于常压仓中的排气装置将干燥过程中所产生的湿气排出,通过设置好超声波干燥和微波干燥的干燥时间,即可迅速完成对物料的干燥过程,该系统比现有单纯的微波真空干燥品质稳定,可节省干燥时间20%以上,得到普通微波干燥的高效脱水产品。
B.本发明还在干燥系统中设置了真空仓和抽真空装置,实现了一套系统可以进行常压干燥和真空干燥两种环境下的快速干燥,通过移动真空仓和调整物料存放可独立操作,干燥参数由控制装置统一控制。微波源安装在常压仓的外侧中部,真空仓里可以存放物料,第一温度传感器测量真空仓内物料的温度变化,水汽通过管路被真空泵排走;钢化玻璃上方存放常压干燥的物料,第二温度传感器用来监测常压干燥的物料温度,所有的物料温度都在温度显示屏上显示出来,便于操作人员观察。本发明中的超声波装置位于常压仓的底部,通过紧密相连的水槽、钢化玻璃,传导到所要干燥的物料。由于超声波的机械效应和空化效应,在保证干燥品质的基础上,实现了果蔬物料的高效干燥。在真空状态下的微波干燥效率提高了10%以上,常压状态的微波干燥效率被提高的20%以上,促进了果蔬等农产品物料微波干燥产业化的发展。
C.本发明在一套系统中采用了两套可独立工作的干燥环境,并分别有独立的排湿气装置和温控装置,通过紧密配合的水槽和钢化玻璃层传导超声波并有效地将微波与水隔绝,兼顾了负压和常压两种环境,实现了果蔬等生鲜农产品物料的超声波协同微波快速干燥。
D.本发明将超声波装置均衡布置常压仓的底部,并通过循环水槽均匀传递超声波能量,通过常压仓的钢板结构阻隔微波泄露,通过钢化玻璃使物料与常压仓的钢板存在一定距离,从而保证微波能的正常吸收,循环水槽中具有低速的循环水用来降温,延长了超声波振子的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式,下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的超声波协同微波快速干燥装置示意图;
图2为图1中的超声波源分布图。
附图标记说明:
1-第一温度传感器;2-排气装置;3-温度显示屏;4-微波装置;5-真空仓;6-冷凝水入口;7-循环水槽;8-移动杆;9-波导管;10-第二温度传感器;11-控制器;12-冷凝水出口;13-管路;14-超声波装置;15-物料板;16-抽真空装置,161-真空泵,162-除湿干燥箱;17-常压仓;18-壳体,181-第一壳体,182-第二壳体;19-水平隔板;20-金属盖。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明为超声波协同微波快速干燥生鲜农产品物料的系统,包括上端可开启的密闭常压仓17,常压仓17的外侧设有一密闭壳体18,位于壳体18和常压仓17之间的常压仓17的外侧面设有微波装置4,优选地将微波装置设置在常压仓17外侧面的中部位置,在常压仓17内还设有用于排放常压仓17内部湿气的排气装置2,常压仓17的底部设有一物料板15,用来盛装物料,这里优选的物料板15为钢化玻璃,其固定于常压仓17的底部,在常压仓17的下方设有与壳体18连接的循环水槽7,多个超声波装置14优选设置于钢化玻璃正下方的循环水槽7的下端面上。本发明在常压仓17中设置微波装置4和带有循环水槽7的超声波装置14,同时开启使微波装置4和超声波装置14进行工作,直至将置于物料板15上的生鲜农产品物料在常压下达到干燥状态,同时位于常压仓17中的排气装置2将干燥过程中所产生的湿气排出,通过设置好超声波干燥和微波干燥的干燥时间,即可迅速完成对物料的干燥过程,该系统比现有单纯的微波真空干燥品质稳定,可节省干燥时间20%以上,得到普通微波干燥的高效脱水产品。
本发明还进一步在干燥系统中设置了真空干燥结构,即在常压仓17内还设有用于盛装物料的真空仓5和用于排放真空仓5内所产生湿气的抽真空装置16,真空仓5的下端靠近物料板15,其中的真空仓5为真空玻璃管,其上端开口处设有与其密封连接的金属盖20,金属盖20上固定一移动杆8;在壳体18的上端设有用于放置真空仓5的开口,开口位置固定一垂直设置的且向着外侧延伸的波导管9,波导管9内侧面设有与金属盖20配合连接的卡槽,通过拉动移动杆8可使真空仓5从常压仓中移出。
为了更好地对物料的干燥温度进行监测和调节,在干燥系统中还设有一控制装置,其包括第一温度传感器1、第二温度传感器10和控制器11,同时在金属盖上设有传感器孔和管路接口,在传感器孔和管路接口位置通过橡胶圈密封,保证微波进入真空仓并防止微波泄露。第一温度传感器1设置于真空仓5中,通过线路贯穿金属盖上的传感器孔与控制器11电性连接,抽真空装置通过管路与金属盖上的管路接口密封连接,第二温度传感器10设置于常压仓17内并与控制器11电性连接。本发明中所采用的控制器11为PLC控制器,其固定在壳体18的外侧面,其与超声波装置14、微波装置4、抽真空装置16和排气装置2电性连接,可以对常压干燥和真空干燥进行独立控制。
本发明中优选的第一温度传感器1为光纤温度传感器,第二温度传感器10优选为固定在常压仓17内壁上的热红外温度传感器,两套温控都显示在温度显示屏上,并可通过PLC的控制装置独立控制。
其中的微波装置4优选为2450MHz磁控管,超声波装置14为均布于水平隔板19上的多个超声波源,如图2所示。
进一步优选地将壳体18内部通过一水平隔板19分割为呈上下分布的第一壳体181和第二壳体182,常压仓17设置于壳体18上部的第一壳体181中,常压仓17的下端与水平隔板19之间形成循环水槽7,且在第一壳体181上形成与循环水槽7相连通的冷凝水入口6和冷凝水出口12;抽真空装置16和超声波装置14设置于壳体18下部的第二壳体182中,多个超声波源固定于水平隔板19上。
位于第二壳体182中的抽真空装置16包括真空泵161和除湿干燥箱162,除湿干燥箱162中设有干燥剂,除湿干燥箱162的进气口通过管路13与真空仓5连通,其出气口通过管路13与真空泵161连接。真空仓中的水汽由真空泵和带有干燥剂的除湿干燥箱162带走,常压仓中的水汽由排气装置(本发明优选为引风机)带走。
本发明的干燥系统可以分为微波真空干燥系统、微波常压干燥系统、超声波辅助干燥系统和用于控温控湿的控制装置、排气装置和抽真空装置。
下面具体介绍一下干燥系统的工作原理。
将生鲜农产品物料(胡萝卜丁、毛豆等)置于真空仓5中,高度不超过5cm,真空仓与底部钢化玻璃的物料板15相接触,开启微波装置4、真空泵16和中间1~4个超声波源,开启低速循环水(冷凝水入口6和冷凝水出口12),根据光纤温度传感器监测到的物料温度调整微波、超声波功率,直至生鲜农产品物料干燥到终点(60~90min)。该系统将比单纯的微波真空干燥品质稳定,并节省干燥时间10%以上,得到具有膨化效应显著的高效脱水产品。
将真空仓5通过移动杆8上移并通过波导管上的卡槽卡在上方;将生鲜农产品物料(胡萝卜丁、毛豆等)装载在水平放置的物料板上,厚度不超过5cm,开启微波源、排气装置2和底部4~16个超声波源,开启低速循环水(冷凝水入口6和冷凝水出口12),根据热红外温度传感器监测到的物料温度调整微波、超声波功率,直至物料干燥到终点(70~100min)。该系统将比单纯的微波真空干燥品质稳定,并节省干燥时间20%以上,得到普通微波干燥的高效脱水产品。
多个超声波源均衡布置干燥室底部,并通过循环水槽(冷凝水入口6和冷凝水出口12)均匀传递超声波能量,通过不锈钢板阻隔微波泄露,通过钢化玻璃使物料与不锈钢板存在一定距离从而保证微波能的正常吸收。循环水槽中具有低速的循环水用来降温和延长超声波振子的使用寿命。
真空仓5内的农产品物料温度由光纤温度传感器测量,钢化玻璃上的物料温度由热红外温度传感器测量,两套环境的温控参数都显示在温度显示屏3上,并可通过PLC的控制装置11独立控制。根据物料特性和干燥品质要求,最高温度设置在60~90℃不等,最低温度设置在50~80℃不等。当监测到的温度高于设定值时,微波装置4和超声波装置14停止工作,当检测温度低于设定的最低值时,微波装置4和超声波装置14自动开启。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种超声波协同微波快速干燥系统,包括上端可开启的密闭常压仓(17),所述常压仓(17)的外侧设有一密闭壳体(18),位于所述壳体(18)和常压仓(17)之间的所述常压仓(17)的外侧面设有微波装置(4),其特征在于,所述常压仓(17)内还设有用于排放所述常压仓(17)内湿气的排气装置(2),所述常压仓(17)的底部设有一物料板(15),所述常压仓(17)的下方设有与所述壳体(18)连接的循环水槽(7),所述循环水槽(7)的外侧面上设有超声波装置(14)。
2.根据权利要求1所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述常压仓(17)内还设有用于盛装物料的真空仓(5)和用于排放所述真空仓(5)内湿气的抽真空装置(16),所述真空仓(5)的下端靠近所述物料板(15)。
3.根据权利要求2所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述系统中还设有一控制装置,其包括第一温度传感器(1)、第二温度传感器(10)和控制器(11),所述第一温度传感器(1)设置于所述真空仓(5)中并与所述控制器(11)电性连接,所述第二温度传感器(10)设置于所述常压仓(17)内并与所述控制器(11)电性连接。
4.根据权利要求3所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述控制器(11)为PLC控制器,其与所述超声波装置(14)、微波装置(4)、抽真空装置(16)和排气装置(2)电性连接。
5.根据权利要求4所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述第一温度传感器(1)为光纤温度传感器,所述第二温度传感器(10)为固定在所述常压仓(17)内壁上的热红外温度传感器。
6.根据权利要求2所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述物料板(15)为钢化玻璃,其固定于所述常压仓(17)的底部,所述超声波装置(14)设置于所述钢化玻璃正下方的所述循环水槽(7)的下端面上。
7.根据权利要求2所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述壳体(18)内部通过一水平隔板(19)分割为呈上下分布的第一壳体(181)和第二壳体(182),所述常压仓(17)设置于所述壳体(18)上部的所述第一壳体(181)中,所述常压仓(17)的下端与所述水平隔板(19)之间形成所述的循环水槽(7),且在所述第一壳体(181)上形成与所述循环水槽(7)相连通的冷凝水入口(6)和冷凝水出口(12);所述的抽真空装置(16)和超声波装置(14)设置于所述壳体(18)下部的所述第二壳体(182)中,所述超声波装置(14)固定于所述水平隔板(19)上。
8.根据权利要求7所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述微波装置(4)为2450MHz磁控管,所述超声波装置(14)为均布于所述水平隔板(19)上的多个超声波源。
9.根据权利要求8所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述抽真空装置(16)包括真空泵(161)和除湿干燥箱(162),所述除湿干燥箱(162)中设有干燥剂,所述除湿干燥箱(162)的进气口通过管路(13)与所述真空仓(5)连通,其出气口通过管路(13)与所述真空泵(161)连接。
10.根据权利要求2-9任一所述的超声波协同微波快速干燥系统,其特征在于,所述真空仓(5)为一真空玻璃管,其上端开口处设有与其密封连接的金属盖(20),所述金属盖(20)上固定一移动杆(8);所述壳体(18)的上端设有用于放置所述真空仓(5)的开口,所述开口位置固定一垂直设置的且向着外侧延伸的波导管(9),所述波导管(9)内侧面设有与所述金属盖(20)配合连接的卡槽。
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