CN110671897B - 一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农产品加工技术领域，特别涉及一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的方法和装置。该装置包括料盘(4)、物料(8)、箱体(15)、箱体支架(18)、工控触摸一体机(1)、温湿度传感器(2)、横流风机(3)、PT100温度传感器(5)、喷嘴(6)、红外线加热管(7)、单向电磁阀(9)、进风管路(10)、电加热管(11)、鼓风机(12)、弧形导流板(13)、回风管路(14)、贴片式温度传感器(16)、传感器支架(17)和排湿风机(19)；工控触摸一体机通过PT100温度传感器(16)获取物料的中心温度及通过温湿度传感器获取箱体内部的温度和相对湿度数据，与设定好的数值作比较并控制相应的硬件做出调整，整套设备具有自动化程度高、劳动强度低等特点。
Description
技术领域
本发明属于农产品加工技术领域，特别涉及一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的方法和装置。
背景技术
中国专利号CN204718333U公开的“红外对流联合干燥装置”采用了热风与红外联合干燥的方法，但上述专利加热设备中存在物料的加热均匀度差的问题，导致被加热物料局部加热过度的问题。
此外，红外辐射可穿透物料表层，从内部加热物料，具有热流密度大、加热能力强、升温速度快的优势，但红外穿透能力有限，且红外辐射能量的吸收容易受到水蒸汽的影响，传统的红外联合对流干燥，对流速度过快会使物料降温，对流速度过慢导致干燥腔内滞留过多水蒸汽，会减弱物料对红外辐射能量的吸收，阻碍传热传质的进行，两者均不利于干燥的进行。
气体射流冲击干燥技术，是将具有一定压力的加热气体经一定形状的喷嘴喷出，借助喷嘴产生的高速气流直接冲击物料表面而携走水分的一种干燥技术。由于喷出气体的速度高、流程短，能够在物料表面形成非常薄的边界层，因此具有较高的对流换热系数。但是高速气流在冲击物料的时候容易造成表面迅速失水而导致结壳，物料内部的水分迁移不出来，目前只适用于薄层物料，难以实现块状或者较厚片状物料的干燥。
针对上述问题，应用气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥方式对较厚片状物料或者块状物料进行干燥，并且设计装置使干燥箱内部温度场均匀。在干燥过程中，工控触摸一体机上实时显示并存储物料中心的温度和干燥腔内的相对湿度，界面上以时间为横坐标，绘制出物料中心温度和干燥腔内相对湿度随时间变化的动态曲线，通过设置好的程序自主调控干燥方式及参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置，以解决现有气体射流冲击干燥技术物料表面易结壳，适用性差，难以实现块状或者较厚片状物料的干燥；红外穿透能力有限，且红外辐射能量的吸收容易受到水蒸汽的影响，传统的红外联合对流干燥，对流速度过快会使物料降温，对流速度过慢导致干燥腔内滞留过多水蒸汽，会减弱物料对红外辐射能量的吸收，均不利于干燥的进行等问题。
本发明的另一目的在于提供一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥装置的干燥物料的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置，包括料盘4、物料8、箱体15、箱体支架18，其还包括：工控触摸一体机1、温湿度传感器2、横流风机3、PT100温度传感器5、喷嘴6、红外线加热管7、单向电磁阀9、进风管路10、电加热管11、鼓风机12、弧形导流板13、回风管路14、贴片式温度传感器16、传感器支架17和排湿风机19；
所述箱体15内部设有温湿度传感器2、横流风机3、料盘4、PT100温度传感器5、喷嘴6、红外线加热管7、贴片式温度传感器16、传感器支架17；其中，
箱体15内部的上部和下部分别布置有多个喷嘴6；多个红外线加热管7与喷嘴6交错布置；
所述料盘4布置在箱体15内部的上部和下部的多个喷嘴6和红外线加热管7之间；所述喷嘴6的出风口朝向箱体15内部的料盘4；
料盘4包括多层，每层料盘4可放置多层物料8；料盘4的下面设有传感器支架17，传感器支架17上安装贴片式温度传感器16；所述横流风机3在箱体15内部的每层料盘4的两侧位置分散安装；横流风机3的出风口朝向料盘4；
箱体15内部的上部和下部的喷嘴6的进风口分别与进风管路10的出风端连通，进风管路10的进风端处设有电加热管11，进风管路10的进风端和出风端之间设有单向电磁阀9；电加热管11的一侧壁面上设有鼓风机12，另一侧壁面上设有弧形导流板13；
所述箱体15的背面设有排湿风机19，侧面设有工控触摸一体机1；
温湿度传感器2和PT100温度传感器5的一端和工控触摸一体机1连接，温湿度传感器2的另一端固定在箱体15的内部，PT100温度传感器5的另一端插入物料8的中心位置；
工控触摸一体机1和横流风机3、红外线加热管7、单向电磁阀9、电加热管11、鼓风机12、贴片式温度传感器16、排湿风机19电连接；
回风管路14的一端和进风管路10连通，另一端和箱体15的内部连通。
箱体15、进风管路10和回风管路14的外壁面均包裹保温材料。
所述工控触摸一体机1的温度范围为0～100℃，控温精度±1℃，湿度监控范围为0～100％RH，误差±5％RH。
利用上述气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置进行干燥的方法，包括以下步骤：
1)料盘4放置在红外线加热管7和贴片式温度传感器16之间，物料8放置在料盘4上；在干燥开始前，横流风机3、红外线加热管7、单向电磁阀9、电加热管11、鼓风机12和排湿风机19关闭；
2)工控触摸一体机1通过PT100温度传感器5获取物料8的中心温度，通过温湿度传感器2获取箱体15内部的温度和相对湿度数据，与设定值作比较并控制横流风机3、红外线加热管7、单向电磁阀9、电加热管11、鼓风机12和排湿风机19；
3)当PT100温度传感器5检测到的温度低于设定值时，采用红外联合对流干燥工作方式使物料8快速升温：单向电磁阀9关闭，红外线加热管7和横流风机3开启，风速范围是1-2m/s；过程中工控触摸一体机1实时获取贴片式温度传感器16的温度数值；在这期间若箱体15内部相对湿度高于设定值时，排湿风机19开启；相对湿度低于设定值时，排湿风机19关闭；
4)当物料8中心温度达到设定温度值时，工控触摸一体机1切换为气体射流冲击干燥工作方式：红外线加热管7关闭，横流风机3间歇式启停，单向电磁阀9、电加热管11和鼓风机12开启，鼓风机12将空气吹向电加热管11进行加热，在弧形导流板13的作用下热风沿着上、下进风管路10流动，具有一定压力的加热气体经过喷嘴6喷出并直接冲击物料8表面，风速范围为0-20m/s，再沿回风管路14进行循环流动，实现余热的回收利用；过程中发现箱体15内部相对湿度高于设定上限时启动排湿风机19，将湿空气迅速排出；箱体15内部相对湿度低于设定下限时关闭排湿风机19；若关闭排湿风机19后工控触摸一体机1监测到在第一预定时间内箱体15内部相对湿度数值一直较低且没有上升趋势，则切换为红外联合对流干燥工作方式；
5)重复步骤3和4；当干燥到箱体15内部的相对湿度数值在第二预定时间内无明显波动时，干燥结束，红外线加热管7、鼓风机12、电加热管11、横流风机3、单向电磁阀9和排湿风机19全部关闭。
步骤4中，所述第一预定时间为5分钟。
步骤5中，所述第二预定时间为30分钟。
所述方法用于三七、肉苁蓉、天麻等块状药材的干燥加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、工控触摸一体机通过PT100温度传感器获取物料的中心温度及通过温湿度传感器获取箱体内部的温度和相对湿度数据，与设定好的数值作比较并控制相应的硬件做出调整，整套设备具有自动化程度高、劳动强度低等特点。
2、当监测到物料中心温度低时，采用红外联合对流干燥工作方式使物料快速升温，单向电磁阀关闭，红外线加热管和横流风机保持开启，风速范围是1-2m/s，在这个范围内对物料表面不产生降温作用且使流场均匀，利于提高干燥的均匀性。过程中工控触摸一体机实时获取贴片式温度传感器的温度数值，它能表征物料表面的温度数值，通过比较它与温度设定值的差异来控制红外线加热管的启停，更精准地控制物料温度达到设定值，避免了以往只监测和控制红外线加热管的温度导致温度控制超调，物料表面糊化；在这期间若箱体内部相对湿度高于设定值时，排湿风机开启，相对湿度低于设定值时，排湿风机关闭。此过程有利于物料内外整体均匀加热且快速升温。
3、当物料中心温度达到设定温度值时，工控触摸一体机切换为气体射流冲击干燥工作方式，红外线加热管关闭，横流风机间歇式的启停，单向电磁阀、电加热管和鼓风机开启，鼓风机将空气吹向电加热管进行加热，在弧形导流板的作用下热风沿着上、下进风管路流动，具有一定压力的加热气体经过喷嘴喷出并直接冲击物料表面，风速范围为0-20m/s，再沿回风管路进行循环流动，实现余热的充分利用。过程中发现箱体内部相对湿度高于设定上限时启动排湿风机，将湿空气迅速排出；箱体内部相对湿度低于设定下限时关闭排湿风机。若关闭排湿风机后工控触摸一体机监测到5分钟内箱体内部相对湿度数值一致较低且没有上升趋势，则切换为红外联合对流干燥工作方式。此过程中能使物料表面的水分迅速脱除，当物料处于内湿外干的情况时，系统切换工作方式使得物料保持温度不变的同时内部水分向表面迁移。
4、根据上述判断条件反复进行工作模式的切换，直到箱体内部的相对湿度数值在30分钟内无明显波动时，干燥结束，红外线加热管、鼓风机、电加热管、横流风机、单向电磁阀和排湿风机关闭。两种工作模式的反复切换，有利于物料传热传质的进行，特别适用于较厚片状物料和块状物料，克服了单独气体射流冲击干燥适用性差的缺点，同时又比单独使用红外辐射干燥极大地提高了干燥效率，缩短了干燥时间。
附图说明
图1为本发明的一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥装置的主视结构示意图。
图2为本发明的一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥装置的红外联合对流干燥工作方式的示意图。
图3为本发明的一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥装置的气体射流冲击干燥工作方式的示意图。
图4为本发明的一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥装置的后视结构示意图。
其中的附图标记为：
1、工控触摸一体机 2、温湿度传感器
3、横流风机 4、料盘
5、PT100温度传感器 6、喷嘴
7、红外线加热管 8、物料
9、单向电磁阀 10、进风管路
11、电加热管 12、鼓风机
13、弧形导流板 14、回风管路
15、箱体 16、贴片式温度传感器
17、传感器支架 18、箱体支架
19、排湿风机
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1和图4所示，一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置，包括：工控触摸一体机1、温湿度传感器2、横流风机3、料盘4、PT100温度传感器5、喷嘴6、红外线加热管7、物料8、单向电磁阀9、进风管路10、电加热管11、鼓风机12、弧形导流板13、回风管路14、箱体15、贴片式温度传感器16、传感器支架17、箱体支架18和排湿风机19。
所述箱体15内部设有温湿度传感器2、横流风机3、料盘4、PT100温度传感器5、喷嘴6、红外线加热管7、贴片式温度传感器16、传感器支架17。其中，
箱体15内部的上部和下部分别布置有多个喷嘴6。多个红外线加热管7与喷嘴6交错布置。
所述料盘4布置在箱体15内部的上部和下部的多个喷嘴6和红外线加热管7之间。所述喷嘴6的出风口朝向箱体15内部的料盘4。
料盘4包括多层，每层料盘4可放置多层物料8。料盘4的下面设有传感器支架17，传感器支架17上安装贴片式温度传感器16。所述横流风机3在箱体15内部的每层料盘4的两侧位置分散安装。横流风机3的出风口朝向料盘4。
箱体15内部的上部和下部的喷嘴6的进风口分别与进风管路10的出风端连通，进风管路10的进风端处设有电加热管11，进风管路10的进风端和出风端之间设有单向电磁阀9。电加热管11的一侧壁面上设有鼓风机12，另一侧壁面上设有弧形导流板13。
所述箱体15的底部设有箱体支架18，背面设有排湿风机19，侧面设有工控触摸一体机1。
温湿度传感器2和PT100温度传感器5的一端和工控触摸一体机1连接，温湿度传感器2的另一端固定在箱体15的内部，PT100温度传感器5的另一端插入物料8的中心位置。
工控触摸一体机1和横流风机3、红外线加热管7、单向电磁阀9、电加热管11、鼓风机12、贴片式温度传感器16、排湿风机19电连接。
回风管路14的一端和进风管路10连通，另一端和箱体15的内部连通。
其中箱体15、进风管路10和回风管路14的外壁面均包裹保温材料。
其中，所述工控触摸一体机1的温度范围为0～100℃，控温精度±1℃，湿度监控范围为0～100％RH，误差±5％RH。
本发明的工作过程为：
工控触摸一体机1通过PT100温度传感器5获取物料8的中心温度，通过温湿度传感器2获取箱体15内部的温度和相对湿度数据，与设定好的数值作比较，分析判断现在应切换为气体射流冲击干燥工作方式还是红外辐射干燥工作模式红外联合对流干燥工作方式。
如图3所示，当系统执行气体射流冲击干燥工作方式时，红外线加热管7关闭，横流风机3间歇式启停，单向电磁阀9、电加热管11和鼓风机12开启，鼓风机12将空气吹向电加热管11进行加热，在弧形导流板13的作用下，热风沿着上、下进风管路10流动，具有一定压力的加热气体经过喷嘴6喷出并直接冲击物料8的表面，风速范围为0-20m/s，再沿回风管路14进行循环流动，实现余热的充分利用。过程中发现箱体15的内部相对湿度高于设定上限时启动排湿风机19，将湿空气迅速排出；箱体15的内部相对湿度低于设定下限时关闭排湿风机19。若关闭排湿风机19后工控触摸一体机1监测到5分钟内箱体15内部相对湿度数值一直较低且没有上升趋势，则切换为红外联合对流干燥工作方式。
如图2所示，当系统执行红外辐射干燥工作模式红外联合对流干燥工作方式时，单向电磁阀9关闭，红外线加热管7和横流风机3保持开启，风速范围是1-2m/s，在这个风速范围内对物料表面不产生降温作用且使流场均匀，利于提高干燥的均匀性。过程中工控触摸一体机1实时获取贴片式温度传感器16的温度数值，它能表征物料8表面的温度数值，通过比较它与温度设定值的差异来控制红外线加热管7的启停，更精准地控制物料8温度达到设定值，避免了以往只监测和控制红外线加热管7的温度导致温度控制超调，物料8表面糊化；在这期间若箱体15内部相对湿度高于设定值时，排湿风机19开启；相对湿度低于设定值时，排湿风机19关闭。
一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥方法，包括以下步骤：
1、料盘4放置在红外线加热管7和贴片式温度传感器16之间，物料8放置在料盘4上。在干燥开始前，横流风机3、红外线加热管7、单向电磁阀9、电加热管11、鼓风机12和排湿风机19关闭。
2、工控触摸一体机1通过PT100温度传感器5获取物料8的中心温度，通过温湿度传感器2获取箱体15内部的温度和相对湿度数据，与设定值作比较并控制横流风机3、红外线加热管7、单向电磁阀9、电加热管11、鼓风机12和排湿风机19。
3、当PT100温度传感器5检测到的温度低于设定值时，采用红外联合对流干燥工作方式使物料8快速升温：单向电磁阀9关闭，红外线加热管7和横流风机3开启，风速范围是1-2m/s，在这个风速范围内对物料8表面不产生降温作用且使流场均匀，利于提高干燥的均匀性。过程中工控触摸一体机1实时获取贴片式温度传感器16的温度数值，它能表征物料8表面的温度数值，通过比较它与温度设定值的差异来控制红外线加热管7的启停，更精准地控制物料8温度达到设定值，避免了以往只监测和控制红外线加热管7的温度导致温度控制超调，物料8表面糊化；在这期间若箱体15内部相对湿度高于设定值时，排湿风机19开启；相对湿度低于设定值时，排湿风机19关闭。此过程有利于物料8内外整体均匀加热且快速升温。
4、当物料8中心温度达到设定温度值时，工控触摸一体机1切换为气体射流冲击干燥工作方式：红外线加热管7关闭，横流风机3间歇式启停，单向电磁阀9、电加热管11和鼓风机12开启，鼓风机12将空气吹向电加热管11进行加热，在弧形导流板13的作用下热风沿着上、下进风管路10流动，具有一定压力的加热气体经过喷嘴6喷出并直接冲击物料8表面，风速范围为0-20m/s，再沿回风管路14进行循环流动，实现余热的回收利用。过程中发现箱体15内部相对湿度高于设定上限时启动排湿风机19，将湿空气迅速排出；箱体15内部相对湿度低于设定下限时关闭排湿风机19。若关闭排湿风机19后工控触摸一体机1监测到在第一预定时间内箱体15内部相对湿度数值一直较低且没有上升趋势，则切换为红外联合对流干燥工作方式。此过程中能使物料表面的水分迅速脱除，当物料处于内湿外干的情况时，系统切换工作方式使得物料保持温度不变的同时内部水分向表面迁移。
优选地，所述第一预定时间为5分钟。
5、重复步骤3和4。当干燥到箱体15内部的相对湿度数值在第二预定时间内无明显波动时，干燥结束，红外线加热管7、鼓风机12、电加热管11、横流风机3、单向电磁阀9和排湿风机19全部关闭。两种工作模式的反复切换，有利于物料传热传质的进行，特别适用于较厚片状物料和块状物料，克服了单独气体射流冲击干燥适用性差的缺点，同时又比单独使用红外辐射干燥极大地提高了干燥效率，缩短了干燥时间。
优选地，所述第二预定时间为30分钟。
本发明的一种气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的方法和装置可适用于三七、肉苁蓉、天麻等块状药材的干燥加工。
Claims (5)
1.一种使用气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置对三七、肉苁蓉、天麻块状药材进行干燥的方法，所述气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置，包括料盘（4）、物料（8）、箱体（15）、箱体支架（18），工控触摸一体机（1）、温湿度传感器（2）、横流风机（3）、PT100温度传感器（5）、喷嘴（6）、红外线加热管（7）、单向电磁阀（9）、进风管路（10）、电加热管（11）、鼓风机（12）、弧形导流板（13）、回风管路（14）、贴片式温度传感器（16）、传感器支架（17）和排湿风机（19）；
所述箱体（15）内部设有温湿度传感器（2）、横流风机（3）、料盘（4）、PT100温度传感器（5）、喷嘴（6）、红外线加热管（7）、贴片式温度传感器（16）、传感器支架（17）；其中，
箱体（15）内部的上部和下部分别布置有多个喷嘴（6）；多个红外线加热管（7）与喷嘴（6）交错布置；
所述料盘（4）布置在箱体（15）内部的上部和下部的多个喷嘴（6）和红外线加热管（7）之间；所述喷嘴（6）的出风口朝向箱体（15）内部的料盘（4）；
料盘（4）包括多层，每层料盘（4）可放置多层物料（8）；料盘（4）的下面设有传感器支架（17），传感器支架（17）上安装贴片式温度传感器（16）；所述横流风机（3）在箱体（15）内部的每层料盘（4）的两侧位置分散安装；横流风机（3）的出风口朝向料盘（4）；
箱体（15）内部的上部和下部的喷嘴（6）的进风口分别与进风管路（10）的出风端连通，进风管路（10）的进风端处设有电加热管（11），进风管路（10）的进风端和出风端之间设有单向电磁阀（9）；电加热管（11）的一侧壁面上设有鼓风机（12），另一侧壁面上设有弧形导流板（13）；
所述箱体（15）的背面设有排湿风机（19），侧面设有工控触摸一体机（1）；
温湿度传感器（2）和PT100温度传感器（5）的一端和工控触摸一体机（1）连接，温湿度传感器（2）的另一端固定在箱体（15）的内部，PT100温度传感器（5）的另一端插入物料（8）的中心位置；
工控触摸一体机（1）和横流风机（3）、红外线加热管（7）、单向电磁阀（9）、电加热管（11）、鼓风机（12）、贴片式温度传感器（16）、排湿风机（19）电连接；
回风管路（14）的一端和进风管路（10）连通，另一端和箱体（15）的内部连通；
其特征在于：包括以下步骤：
1) 料盘（4）放置在红外线加热管（7）和贴片式温度传感器（16）之间，物料（8）放置在料盘（4）上；在干燥开始前，横流风机（3）、红外线加热管（7）、单向电磁阀（9）、电加热管（11）、鼓风机（12）和排湿风机（19）关闭；
2) 工控触摸一体机（1）通过PT100温度传感器（5）获取物料（8）的中心温度，通过温湿度传感器（2）获取箱体（15）内部的温度和相对湿度数据，与设定值作比较并控制横流风机（3）、红外线加热管（7）、单向电磁阀（9）、电加热管（11）、鼓风机（12）和排湿风机（19）；
3) 当PT100温度传感器（5）检测到的温度低于设定值时，采用红外联合对流干燥工作方式使物料（8）快速升温：单向电磁阀（9）关闭，红外线加热管（7）和横流风机（3）开启，风速范围是1-2m/s；过程中工控触摸一体机（1）实时获取贴片式温度传感器（16）的温度数值；在这期间若箱体（15）内部相对湿度高于设定值时，排湿风机（19）开启；相对湿度低于设定值时，排湿风机（19）关闭；
4) 当物料8中心温度达到设定温度值时，工控触摸一体机（1）切换为气体射流冲击干燥工作方式：红外线加热管（7）关闭，横流风机（3）间歇式启停，单向电磁阀（9）、电加热管（11）和鼓风机（12）开启，鼓风机（12）将空气吹向电加热管（11）进行加热，在弧形导流板（13）的作用下热风沿着上、下进风管路（10）流动，具有一定压力的加热气体经过喷嘴（6）喷出并直接冲击物料（8）表面，风速范围为0-20m/s，再沿回风管路（14）进行循环流动，实现余热的回收利用；过程中发现箱体（15）内部相对湿度高于设定上限时启动排湿风机（19），将湿空气迅速排出；箱体（15）内部相对湿度低于设定下限时关闭排湿风机（19）；若关闭排湿风机（19）后工控触摸一体机（1）监测到在第一预定时间内箱体（15）内部相对湿度数值一直较低且没有上升趋势，则切换为红外联合对流干燥工作方式；
5) 重复步骤3和4；当干燥到箱体（15）内部的相对湿度数值在第二预定时间内无明显波动时，干燥结束，红外线加热管（7）、鼓风机（12）、电加热管（11）、横流风机（3）、单向电磁阀（9）和排湿风机（19）全部关闭。
2.如权利要求1所述的使用气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置对三七、肉苁蓉、天麻块状药材进行干燥的方法，其特征在于：步骤4中，所述第一预定时间为5分钟。
3.如权利要求1所述的使用气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置对三七、肉苁蓉、天麻块状药材进行干燥的方法，其特征在于：步骤5中，所述第二预定时间为30分钟。
4.如权利要求1所述的使用气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置对三七、肉苁蓉、天麻块状药材进行干燥的方法，其特征在于：箱体（15）、进风管路（10）和回风管路（14）的外壁面均包裹保温材料。
5.如权利要求1所述的使用气体射流冲击干燥联合红外辐射干燥的装置对三七、肉苁蓉、天麻块状药材进行干燥的方法，其特征在于：所述工控触摸一体机（1）的温度范围为0～100℃，控温精度±1℃，湿度监控范围为0～100%RH，误差±5%RH。
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