CN110044145A - 一种高压电场与热泵联合干燥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压电场与热泵联合干燥系统，包括干燥室，其特征在于：所述的干燥室上设有进风口和出风口，干燥室内配有高压电场干燥机构和热泵干燥机构；所述的热泵干燥机构包括依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器，冷凝器上配有风机，风机正对进风口，出风口通过气体管道与蒸发器连通；所述的高压电场干燥机构包括电源、高压发生器、上极板和下极板，上极板和下极板水平设置在干燥室内，上极板与高压发生器连接，高压发生器与电源连接，下极板接地。本发明将高压电场干燥机构和热泵干燥机构有结合，加快了干燥的速度，减少了干燥的能耗，对挥发性成分集中处理，且具有杀菌功能。

Description

一种高压电场与热泵联合干燥系统

技术领域

本发明专利涉及食品干燥领域，尤其涉及一种高压电场与热泵联合干燥系统。

背景技术

干燥技术是如食品等产品保藏的方法，也是产品加工过程中最重要的环节。通过对产品的干燥，不仅可以得到符合含水量要求的产品，而且对食品的其他性质产生影响。在发达国家，热力脱水加工约占全国工业能耗的9～15％。为了降低干燥过程中的能源消耗，人们在传统干燥理论和技术基础上，结合先进的加热方式，提出了许多先进的干燥技术和方法，开发设计了许多新的干燥设备并在工业生产中得到了应用，如采用自然干燥、热泵除湿，或者是利用蒸汽、热风、太阳能的热源，高压电场干燥，真空冷冻干燥、声波场干燥等。其中，热泵和高压电场干燥是干燥效果比较好、效率比较高的两种干燥方法。

高压电场干燥技术是20世纪80年代兴起的一种新型干燥技术，其最大特点是被干燥物料在干燥过程中温度不升高，因此能够实现被干燥物料在较低温度下的干燥，干燥产品的色香味和生物活性成分的保留率得到很大程度的提高，几乎接近冷冻干燥，而干燥能耗和设备成本要比真空冷冻干燥低许多。另外，在干燥的同时还可杀灭存在于被干燥物料中的细菌、霉菌等微生物。但其缺点是干燥速度相对较慢。其工作原理如附图1所示，由控制系统、高压发生系统和干燥室系统组成，在控制系统作用下，外接电源给高压发生装置供电，高压发生装置则在干燥室内产生稳定、持续的高压电场；干燥室内的上、下极板分别与高压发生装置的正极和负极连接(或接地)，在干燥室内设置有电场强度检测系统，由控制系统根据工况要求调整电场强度，在离子风的外部吹动作用、离子束的内部注入作用以及非均匀电场脱水作用的协同作用下实现脱水。

热泵干燥装置的结构如附图2所示，由热泵和干燥两大系统组成。热泵由压缩机、蒸发器、冷凝器、和膨胀阀等组成的闭路循环系统，热泵系统内的工作介质首先在蒸发器中吸收来自干燥过程排放废气中的热量，由液体蒸发为蒸气，经压缩机压缩后送到冷凝器中，在高压下热泵工质冷凝液化，放出高温的冷凝热去加热来自蒸发器的降温去湿的低温干空气，把低温干空气加热到要求的温度后进入干燥室内作为干燥介质循环使用；液化后的热泵工质经膨胀阀再次回到蒸发器内，如此循环，废气中的大部分水蒸汽在蒸发器中被冷凝下来直接排掉，从而达到除湿干燥的目的。

高压电场干燥的干燥速度已经达到较快的水平，但对于一些含挥发性成分的物料，在干燥过程中易挥发性成分会与水分一起气化进入空气，对空气质量产生影响；热泵干燥技术较成熟，对于一些含易挥发成分的物料，便于易挥发成分的回收，无污染。

综上所述，热泵和高压电场干燥均存在各自的优势和缺陷，但市场上将两种干燥方式结合的综合干燥装置却很少。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，涉及一种具有无污染、干燥速度快等特点的高压电场与热泵联合干燥系统。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种高压电场与热泵联合干燥系统，包括干燥室，所述的干燥室上设有进风口和出风口，干燥室内配有高压电场干燥机构和热泵干燥机构；所述的热泵干燥机构包括依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器，冷凝器上配有风机，风机正对进风口，出风口通过气体管道与蒸发器连通；所述的高压电场干燥机构包括电源、高压发生器、上极板和下极板，上极板和下极板水平设置在干燥室内，上极板与高压发生器连接，高压发生器与电源连接，下极板接地。

优选地，所述的压缩机配有进风口风速调节阀，压缩机与冷凝器之间设有高低压控制器，冷凝器与蒸发器之间设有膨胀阀。所述的进风口风速调节阀用于调节进入压缩机中空气的速度；高低压控制器用于控制压缩机内空气进入冷凝器时的气压，气压过低干燥效果欠佳，气压过高会出现安全隐患；膨胀阀通过调节流通截面，对制冷剂降压的同时，根据蒸发器的符合的变化实现流量调节。

优选地，蒸发器与压缩机之间设有气液分离罐，气液分离罐包括制冷剂入口、气体出口和液体出口，制冷剂入口与蒸发器连通，液体出口与压缩机连通，气体出口与外界连通。对于含挥发性成分的物体，在干燥过程中进入气液分离罐中，挥发性气体与制冷剂在气液分离罐中分离，制冷剂回到压缩机中循环使用，挥发性气体集中收集，避免污染环境。

优选地，所述的干燥室内设有竖向设置的导柱，上极板两侧设有第一套环，下极板两侧设有第二套环，第一套环和第二套环均套设在导柱外侧，第一套环与导柱滑动连接，并用锁紧螺栓锁紧，第二套环与导柱固定。第一套环可沿着导柱上下滑动，进而实现上极板的滑动，控制上、下极板之间的距离，适用于不同尺寸物料的干燥作业，也可用于控制上极板与物料的间距，控制干燥速度。

优选地，所述的上极板包括针盘和金属针头，金属针头均匀设置在针盘的下表面，金属针头的底端为尖端，尖端朝向下级板。由金属针头导向被干燥物料达到干燥效果。

优选地，上极板和下级板设置至少两组，且上极板和下极板间隔设置。充分利用干燥室的空间，同时对多个物料进行干燥，有助于提高干燥效率，节约干燥物料所消耗的能源。

优选地，所述的冷凝器内设有气体通道和冷凝管，冷凝管蛇形布置。制冷剂从冷凝管进液口进入，从冷凝管出液口流出，在冷凝器中制冷剂液化放出热量，该热量用于加热气体通道内的空气，加热的空气用于干燥物料，冷凝管蛇形布置，在较小的空间内，使冷凝管与空气的接触面积最大化，加热空气的效果更好。

优选地，所述的高压发生器包括电阻、开关、若干电感和若干电容，电源、电阻、电感和开关依次串联形成闭合回路，并与干燥室内的上电极配合，所述的电容与电源并联。所述的电容和电感组成滤波电路，起到滤波的作用。

优选地，所述的出风口设在干燥室的顶部，进风口设在干燥室的底部，且出风口和进风口上下对应。出风口和进风口上下对应设置，有助于热空气的对流，气流流动顺畅，有助于加快物料干燥速度。

优选地，所述的干燥室内设有温湿度检测单元，其包括温度传感器、湿度传感器、控制面板和温湿度显示器，温度传感器、湿度传感器、温湿度显示器均与控制面板连接。温度传感器和湿度传感器分别用于感应干燥室内的湿度和温度，并将湿度信号和温度信号反馈给控制面板，控制面板将湿度信号和温度信号转化为数字信号，并输出给温湿度显示器，温湿度显示器显示湿度和温度。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明将高压电场干燥和热泵干燥有效结合，充分发挥高压电场干燥和热泵干燥的优势，有助于提高干燥的效率，节约能耗。

采用本发明涉及的高压电场与热泵联合干燥系统对物料进行干燥时，其中的高压电场干燥机构还带有杀菌的效果，尤其适用于食品类物料的干燥；且对于一些带挥发性成分的物料，干燥过程中产生的挥发性气体可以被收集集中处理，减少环境污染，为操作人员提供更好的工作环境。

附图说明

图1是传统高压电场干燥装置的原理图；

图2是传统热泵干燥装置的原理图；

图3是本发明涉及的高压电场干燥与热泵干燥联合干燥系统的结构示意图；

图4是冷凝器内部结构示意图；

图5是高压发生器的电路图；

图6是上极板结构示意图；

图7是上极板俯视图。

图示说明：1-干燥室，11-进风口，12-出风口，13-导柱，14-第一套环，15- 第二套环，16-温湿度显示器，21-压缩机，22-冷凝器，221-冷凝管，23-蒸发器，24-风机，25-进风口风速调节阀，26-高低压控制器，27-膨胀阀，28-气液分离罐， 31-电源，32-高压发生器，33-上极板，34-下极板，331-针盘，332-金属针头。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合附图3所示，本发明涉及的一种高压电场与热泵联合干燥系统，包括干燥室1，干燥室1上设有进风口11和出风口12，本实施例中，出风口12设在干燥室1的顶部，进风口11设在干燥室1的底部，且出风口12和进风口11呈上下对应的关系。干燥室1内部设有竖向布置的导柱13，该干燥室1内配有高压电场干燥机构和热泵干燥机构，两者联合对物料进行干燥。

所述的热泵干燥机构包括依次连接的压缩机21、高低压控制器26、冷凝器 22、膨胀阀27和蒸发器23，压缩机21设有气体通道和制冷剂通道，气体通道处设有进风口风速调节阀25，压缩机21采用涡旋式压缩机，为输入干燥空气以及制冷剂提供动能，进风口风速调节阀25用于调节进入压缩机中空气的速度，高低压控制器26用于控制压缩机内空气进入冷凝器22的气压，气压过低干燥效果欠佳，气压过高可能会出现安全隐患。冷凝器22的结构如图4所示，冷凝器 22内设有气体通道和冷凝管221，该气体通道与压缩机21的气体通道连通，冷凝管221蛇形布置，制冷剂从冷凝管221的进液口进入，从冷凝管221的出液口流出，在冷凝器22中制冷剂液化放出热量，该热量用于加热气体通道内的空气；冷凝器22上配有风机24，风机24正对进风口11，加热后的空气通过风机24送入干燥室内，用于干燥物料。上述冷凝管221蛇形布置的目的在于，在较小的空间内，使冷凝管221与空气的接触面积最大化，进而实现迅速加热空气的目的。膨胀阀27的通过调节流通截面，对制冷剂降压的同时，实现流量调节，将制冷剂送入蒸发器23中。干燥室1的出风口12与蒸发器23连通，用于干燥的空气经过干燥室1后从出风口12流出并进入蒸发器22中。

上述蒸发器23又与压缩机21连接，形成制冷剂的循环回路，连接蒸发器 22与压缩机21的管道上还设有气液分离罐28，气液分离罐28包括制冷剂入口、气体出口和液体出口，制冷剂入口与蒸发器23连通，液体出口与压缩机21连通，气体出口与外界连通，气体出口处还可以设置废气收集装置，用于收集干燥过程中产生的废气。比如，对于干燥含挥发性成分的物体，在干燥过程中产生挥发性气体并进入蒸发器23中，冷却后挥发性气体达不到液化条件，与制冷剂一起进入气液分离罐28中，制冷剂与挥发性气体在气液分离罐28中分离，制冷剂回到压缩机21中循环使用，挥发性气体集中收集，避免污染环境。

结合附图3所示，本发明涉及的高压电场干燥机构包括电源31、高压发生器32、上极板33和下极板34，上极板33和下极板34水平设置在干燥室1内，上极板33与高压发生器32连接，高压发生器32与电源连接31，下极板34接地。上述的上极板33的两侧设有第一套环14，下极板34的两侧设有第二套环 15，第一套环14和第二套环15均套设在导柱外侧，第一套环14与导柱13滑动连接，并用锁紧螺栓锁紧，第二套环14与导柱固定，如此，第一套环14可沿着导柱13上下滑动，进而实现上极板33滑动，控制上、下极板之间的距离，适用于不同尺寸物料的干燥作业，也可用于控制上极板33与物料的间距，控制干燥速度。为充分利用干燥室1的内部空间，加快干燥效率，节约干燥能耗，可设置多组上、下极板，本实施例只是以设置两组上、下极板为例，对本发明的结构进行阐述，上极板33和下极板34间隔设置。

结合附图5所示，高压发生器32包括电阻R、开关ST、三组电感L1、L2、 L3和三组电容C1、C2、C3，电源31、电阻R、电感L1、L2、L3和开关ST依次串联形成闭合回路，并与干燥室内的上电极33配合，电容C1、C2、C3均与电源并联。所述的电容C1、C2、C3和电感L1、L2、L3组成滤波电路，起到滤波的作用。

结合附图6所示，所述的上极板33包括针盘331和金属针头332，金属针头332朝向下级板，且均匀设置在针盘331的下表面，由金属针头332导向被干燥物料达到干燥效果。

又如附图3所示，为实现对干燥室内温度和湿度进行实时监控，所述的干燥室内1设有温湿度检测单元，其包括温度传感器(图中未画出)、湿度传感器(图中未画出)、控制面板(图中未画出)和温湿度显示器16，温度传感器、湿度传感器、温湿度显示器均与控制面板连接。温度传感器和湿度传感器分别用于感应干燥室内的湿度和温度，并将湿度信号和温度信号反馈给控制面板，控制面板将湿度信号和温度信号转化为数字信号，并输出给温湿度显示器，温湿度显示器显示湿度和温度，实现温度和湿度的实时监控并将信号反馈给操作人员。

采用本发明涉及的高压电场与热泵联合干燥系统进行干燥作业时，高压电场干燥机构和热泵干燥机构可单独作业，也可以同时作业，本实施例以高压电场干燥机构和热泵干燥机构同时作业为例，对高压电场与热泵联合干燥系统的干燥方法进行阐述。

使用时，将待干燥的物料放在下极板34上，同时启动电场干燥机构和热泵干燥机构；在热泵干燥机构中，压缩机21向外界吸收干燥空气，并对干燥空气以及制冷剂提供动能，将干燥空气和制冷剂输入冷凝器22中，制冷剂在冷凝器 22中液化放出热量，并对干燥空气进行加热，热空气通过风机24送入干燥室1 内对物料进行干燥，冷凝剂和用于干燥后的潮湿空气均进入蒸发器23中，蒸发器23中冷凝剂气化吸收热量，潮湿空气中的水分液化，而对于一些挥发性的物质，可在气液分离罐28中分离出来。

与热泵干燥机构同时工作的还有高压电场干燥机构，电源31接通后，高压发生器32经过滤波等环节给上极板33提供稳定的电压，在离子风的外部吹动作用、离子束的内部注入作用以及非均匀电场脱水作用下，对物料进行干燥。

所谓的离子风的外部吹动作用，是由于金属针头332尖端附近的电场强度很大，使得空气中散存的带电粒子在强电场的作用下做加速运动而获得足够大的能量，以至于它们和空气分子碰撞时能使后者离解成电子和离子，这些新的电子和离子又与其他空气分子相碰撞产生新的带电粒子，与金属针头332尖端上电荷异号的带电粒子受尖端电荷的吸引而飞向尖端，使尖端上的电荷被中和；与尖端上电荷同号的带电粒子受到排斥而从尖端附近飞开，并带动其他分子一起定向运动形成具有一定速度的离子风，在该离子风的冲击作用，使物料表面水分蒸发加快，从而加快了物料的干燥速度。

所谓的离子束的内部注入作用，是由于高压电场中的离子束是低能离子，与物料相互作用发生能量沉积效应和电荷交换效应，电场与含水物料中水分子相互作用的过程主要是实现离子束在水分子上能量沉积、电荷交换。一方面载能离子进入含水物料后，与物料分子和水分子相互作用，逐渐把动能传给物料分子和水分子，直至离子的动能完全散失并在物料中停止下来，即入射离子能量的传递和沉积过程，从而使水分子的能量加大，引起链状分子团水分子之间的氢键断开，使原来缔合的链状大分子断裂成许多具有明显极性的单位水分子，减小单个水集团的体积，为水分子脱出时减小阻力；另一方面离子和水分子发生电荷交换，增大物料中水分子的电偶极矩，增强了水分子的定向极化程度，改善水的极性状态，增加了水系统的储能以及水对离子的携带能力，使低能离子和水分子结合，使水分子携带的电荷数增加，在电场作用下，水分子所受的电场力增加，这两方面的作用使物料内水分子团的动态平衡方程向右发展，加速脱水。

所谓的非均匀电场脱水作用，是在干燥电极间形成的电场为非均匀电场，而水是极性分子，可看作电偶极子，含水物料内水分子在非均匀电场中将受到电场力的作用，水分子在电场力的作用下，从电场强度小的区域被拉到电场强度大的区域，将水分从物料内部输运到物料表面层，从而使物料内部水分子不断运输到表面层，加快了水分子的运输。同时电场力也作用于物料表面层中水分子，将其向空气中拖动，使很多水分子直接被电场力拉出。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种高压电场与热泵联合干燥系统，包括干燥室，其特征在于：所述的干燥室上设有进风口和出风口，干燥室内配有高压电场干燥机构和热泵干燥机构；所述的热泵干燥机构包括依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器，冷凝器上配有风机，风机正对进风口，出风口通过气体管道与蒸发器连通；所述的高压电场干燥机构包括电源、高压发生器、上极板和下极板，上极板和下极板水平设置在干燥室内，上极板与高压发生器连接，高压发生器与电源连接，下极板接地。

2.根据权利要求1所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：所述的压缩机配有进风口风速调节阀，压缩机与冷凝器之间设有高低压控制器，冷凝器与蒸发器之间设有膨胀阀。

3.根据权利要求1所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：蒸发器与压缩机之间设有气液分离罐，气液分离罐包括制冷剂入口、气体出口和液体出口，制冷剂入口与蒸发器连通，液体出口与压缩机连通，气体出口与外界连通。

4.根据权利要求1所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：所述的干燥室内设有竖向设置的导柱，上极板两侧设有第一套环，下极板两侧设有第二套环，第一套环和第二套环均套设在导柱外侧，第一套环与导柱滑动连接，并用锁紧螺栓锁紧，第二套环与导柱固定。

5.根据权利要求1所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：所述的上极板包括针盘和金属针头，金属针头均匀设置在针盘的下表面，金属针头的底端为尖端，尖端朝向下级板。

6.根据权利要求1或4所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：所述的上极板和下级板设置至少两组，且上极板和下极板间隔设置。

7.根据权利要求1所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：所述的冷凝器内设有气体通道和冷凝管，冷凝管蛇形布置。

8.根据权利要求1所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：所述的高压发生器包括电阻、开关、若干电感和若干电容，电源、电阻、电感和开关依次串联形成闭合回路，并与干燥室内的上电极配合，所述的电容与电源并联。

9.根据权利要求1所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：所述的出风口设在干燥室的顶部，进风口设在干燥室的底部，且出风口和进风口上下对应。

10.根据权利要求1所述的高压电场与热泵联合干燥系统，其特征在于：所述的干燥室内设有温湿度检测单元，其包括温度传感器、湿度传感器、控制面板和温湿度显示器，温度传感器、湿度传感器、温湿度显示器均与控制面板连接。