CN110986531A - 一种烘箱及其烘干方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烘箱，包括外壳、位于外壳轴心上的旋转主轴和受旋转主轴驱动而发生旋转的多个扇形干燥区；将烘箱内部分为多个扇形干燥区，并对每一扇形干燥区的温度、空气循环等进行分别控制，可实现多种物料在不同温度下同时烘干，大大提高了烘箱的空间利用率和烘干效率，缩短了实验研究周期。本发明还公开了一种智能烘箱，在上述烘箱的基础上增设了智能控制系统，可根据待烘干物料的种类选择合适的烘干条件，且在烘干过程中可根据实际情况对温度、空气循环、搅动装置等进行及时调节，智能化程度较高。

Description

一种烘箱及其烘干方法

技术领域

本发明涉及实验仪器技术领域，特别是涉及一种烘箱及其烘干方法。

背景技术

烘箱是一种常用的干燥设备，广泛应用于各个行业中。传统烘箱为一种底部或两侧通过电加热或热风加热，使箱内物体水分快速蒸发的长方体式厢体设备，一般具有温度调节和鼓风的功能。

随着各领域对烘箱的不断改进升级，烘箱的性能也在不断提升，如增加托盘旋转、智能控制系统等。但传统厢式烘箱的干燥效率较低、温度控制精度低、不能根据所烘干矿物进行温度自动调节、智能化程度较低等，因此还需要对烘箱进行改善。

发明内容

本发明的目的是针对现有烘箱中控温精度低、干燥效率低且智能化程度较低的缺陷，而提供一种烘箱。

本发明的另一个目的，是提供一种烘箱的烘干方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种烘箱，包括外壳、受驱动在所述外壳内轴心旋转的旋转主轴、固定于所述旋转主轴上的至少两个扇形干燥区，所述外壳侧面上设置有门，所述旋转主轴的底端位于所述外壳内的底部，顶端穿出所述外壳形成手动旋转区；

每一所述扇形干燥区包括分别固定于所述旋转主轴上的扇形顶板和扇形底板以及固定于所述扇形顶板和扇形底板之间的两个长方形的散热板和一个弧面侧板，两个所述散热板之间固定有一个或多个用于放置待烘干物料的扇形托盘，所述扇形顶板、扇形底板、弧面侧板和两个散热板均包括基板和保温层，所述扇形顶板、扇形底板、弧面侧板和两散热板围合形成一个用于干燥物料的空腔，所述散热板上排布有散热小孔，每一所述散热板的基板和保温层之间固定有加热管，所述加热管由外围控制电路控制加热温度，所述弧面侧板上开设有干燥区门；

所述外壳的顶部形成多组进风口和出风口，所述进风口和出风口的组数与所述扇形干燥区的个数相同，每一所述扇形干燥区还包括可通过所述进风口和出风口与外界空气连通的外循环装置和用于内部空气循环的内循环装置。

在上述技术方案中，所述外循环装置包括位于所述散热板的基板与保温层之间的进风管、出风管和第一风机，所述扇形干燥区旋转至指定位置时，所述进风管的顶端与所述进风口连通，所述出风管的顶端与所述出风口连通，所述出风管的底端与第一风机的输出端连接；

所述内循环装置为固定在加热管与保温层之间的第二风机。

在上述技术方案中，所述进风管上开设有多个气孔。

在上述技术方案中，所述出风管盘绕在所述进风管的外壁上。

在上述技术方案中，所述旋转主轴上设置有与所述扇形托盘一一对应设置的搅动装置，每一所述搅动装置包括固定于所述旋转主轴上的收纳筒和受驱动从所述收纳筒内伸出或缩回的搅拌单元，所述搅拌单元包括水平伸缩机构、转动机构和高度调节机构，所述水平伸缩机构包括推杆和推动所述推杆水平伸缩的推杆电机，所述转动机构包括连接在所述推杆端部的转动副和驱动所述转动副转动的转动电机，所述高度调节机构包括连接在所述转动副上的伸缩杆和驱动所述伸缩杆伸缩的伸缩电机，所述伸缩杆的端部固定有用于搅动物料的耙爪。

在上述技术方案中，所述散热小孔上水平插有散热小管。

在上述技术方案中，所述门为与所述外壳滑动连接的弧形门，所述弧形门的弧面大小与最大的扇形干燥区的弧面侧板大小相同。

在上述技术方案中，所述出风口上连接有排风管。

在上述技术方案中，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括用于采集各扇形干燥区内部温度、湿度和气氛的数据采集模块、用于接收所述数据采集模块的数据并进行分析处理的主控模块、控制器模块和安全警报模块；所述数据采集模块与所述主控模块的输入端通讯连接，所述控制模块和安全警报模块与所述主控模块的输出端通讯连接；

所述数据采集模块包括固定在所述保温层的内壁上的温度传感器、湿度传感器和气氛传感器；

所述控制器模块包括数据采集控制器、加热管控制器、风机控制器、搅动装置控制器和旋转主轴控制器；

所述搅动装置控制器包括推杆电机控制器、转动电机控制器和伸缩电机控制器。

应用上述烘箱的烘干方法，当数据采集模块采集到某一扇形干燥区内的温度超过或低于设定温度范围时，主控模块接收该信息向控制器模块中的加热管控制器发送关闭或启动加热管的命令，加热管关闭或启动；

当数据采集模块采集到某一扇形干燥区内的湿度数据或气氛数据超过预先设定的范围后时，主控模块接收该信息并向控制器模块的旋转主轴控制器发送旋转命令，旋转主轴旋转至所述进风管的顶端与所述进风口连通，所述出风管的顶端与所述出风口连通，所述出风管与所述出风口连通之后启动设置在所述出风口位置处的控制阀门，所述控制阀门控制第一风机打开，启动外循环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的烘箱将烘箱内部分为多个扇形干燥区，并对每一扇形干燥区的温度、空气循环等进行分别控制，可实现多种物料在不同温度下同时烘干，大大提高了烘箱的空间利用率和烘干效率，缩短了实验研究周期。

2.本发明提供的智能烘箱，可根据待烘干物料的种类选择合适的烘干条件，且在烘干过程中可根据实际情况对温度、空气循环、搅动装置等进行及时调节，智能化程度较高。

3.本发明提供的智能烘箱，通过设置为烘箱门上的控制面板或通过4G无线通讯模块连接的手机客户端进行人机交互控制，方便操作。

附图说明

图1所示为实施例1中烘箱的外部结构示意图。

图2所示为烘箱剖面图。

图3所示为扇形干燥区的结构示意图。

图4所示为空气循环示意图。

图5所示为搅动装置结构示意图。

图6所示为实施例2中智能控制系统示意图。

图7所示为人机交互模块示意图

图8所示为控制面板示意图。

图中：1-外壳，2-旋转主轴，3-扇形干燥区，4-扇形托盘，5-散热板，6-散热小管，7-保温层，8-加热管，9-进风口，10-出风口，11-门，12-进风管，13-出风管，14-第一风机，15-第二风机，16-扇形顶板，17-扇形底板，18-排风管，19-推杆，20-推杆电机，21-转动副，22-伸缩杆，23-伸缩电机，24-耙爪，25-转动电机，26-收纳筒，27-电机，28-伸缩杆，29-探头。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种烘箱，如图1所示，包括外壳1、受驱动在所述所述外壳1内轴心旋转的旋转主轴2、固定于所述旋转主轴2上的至少两个扇形干燥区3，所述外壳1侧面上设置有门11，所述旋转主轴2的底端位于所述外壳1内的底部，顶端穿出所述外壳1形成手动旋转区；

如图2和图3所示，每一所述扇形干燥区3包括分别固定于所述旋转主轴2上的扇形顶板16和扇形底板17，以及固定于所述扇形顶板16和扇形底板17之间的两个长方形的散热板5和一个弧面侧板(图中未画出)，两个散热板5之间固定有一个或多个用于放置待烘干物料的扇形托盘4，其中最底端的扇形托盘4固定于所述扇形底板17上，所述扇形顶板16、扇形底板17、弧面侧板和两个散热板5均包括基板和保温层7，所述扇形顶板16、扇形底板17、弧面侧板和两散热板5围合形成一个用于干燥物料的空腔，所述散热板5上排布有散热小孔，每一所述散热板5的基板和保温层7之间固定有加热管8，所述弧面侧板上开设有干燥区门(图中未画出)；

所述外壳1的顶部形成多组进风口9和出风口10，所述进风口9和出风口10的组数与所述扇形干燥区3的个数相同，每一所述扇形干燥区3还包括可通过所述进风口9和出风口10与外界空气连通的外循环装置和用于内部空气循环的内循环装置。

将烘箱内部分为多个扇形干燥区，并对每一扇形干燥区的温度、空气循环等进行分别控制，可实现多种物料在不同温度下同时烘干，大大提高了烘箱的空间利用率和烘干效率，缩短了实验研究周期。

具体来说，如图4所示，所述外循环装置包括位于所述散热板5的基板与保温层7之间的进风管12、出风管13和第一风机14，所述扇形干燥区旋转至指定位置时，所述进风管12的顶端与所述进风口9连通，所述出风管13的顶端与所述出风口10连通，所述出风管13的底端与第一风机14的输出端连接，用于将烘箱内的空气排出。所述内循环装置为固定在加热管8与保温层7之间的第二风机15。

该烘箱在征程工作时，仅开启内循环装置。由于第二风机15位于加热管8与保温层7之间使得扇形干燥区内的空气流通方向如图4所示，热风水平通过散热板5后在散热板5和保温层7之间的夹层内上下移动，热风方向与放置在扇形托盘4上的待烘干物料平行，提高了烘干效率。当内循环一段时间后，烘箱内水分或者其他气体浓度升高。转动旋转主轴2，使每一扇形干燥区3内的进风管12和出风管13与外壳1顶面上的进风口9和出风口10连通，打开第一风机14，将烘箱内的空气排出，同时由于烘箱内压强减小，新鲜空气从进风口9经进风管12进入烘箱，完成外循环。

作为优选方式，所述进风管12上开设有多个气孔，使进入的空气从多个气孔水平排出，使空气流通方向与待烘干物料平行，提高空气流通效率加快烘干速度。

作为优选方式，所述出风管13盘绕在所述进风管12的外壁上，使出风管13排出的高温空气，对进风管12引进的外界冷空气进行预热，提高热能使用效率。

作为优选方式，如图5所示，所述旋转主轴2上设置有与所述扇形托盘4一一对应设置的搅动装置，每一所述搅动装置包括固定于所述旋转主轴2上的收纳筒26和受驱动从所述收纳筒26内伸出或缩回的搅拌单元，所述搅拌单元包括水平伸缩机构、转动机构和高度调节机构，所述水平伸缩机构包括推杆19和推动所述推杆19水平伸缩的推杆电机20，所述转动机构包括连接在所述推杆19端部的转动副21和驱动所述转动副21转动的转动电机25，所述高度调节机构包括连接在所述转动副21上的伸缩杆22和驱动所述伸缩杆22伸缩的伸缩电机23，所述伸缩杆22的端部固定有用于搅动物料的耙爪24，耙爪24由多个耙手杆组成，每一耙手杆的形状均为圆柱形，耙手杆顶端突出形成半球形，可以避免对烘干物料和托盘造成划痕，而且利于清洗。

在物料烘干过程中，经常遇到物料干燥后发生板结的现象，发生板结之后，物料内部的水分不易散出，降低烘干效率。每一搅动装置设置在对应位置扇形托盘4的上方，旋转主轴2至散热板5之间焊接有一收纳筒26，搅动装置不用时收纳在所述收纳筒26内，当需要搅动时，启动推杆电机20将其推出至扇形干燥区3的内部空腔，启动转动电机25将固定在转动副21上的伸缩杆22转动至朝下方向，启动伸缩电机23调整伸缩杆22的高度使其接触待烘干物料。在搅动过程中，推杆电机20和转动电机25开启，驱动耙爪24前后左右运动以搅动待烘干物料。

作为优选方式，每一所述散热小孔上水平插有散热小管6。散热小管6可以加快空气的流通，并促进空气的水平流动，提高烘干效率。

作为优选方式，两个所述散热板5中部固定有用于放置扇形托盘的水平的支撑杆。提高空间使用率。

作为优选方式，所述门11为与所述外壳1滑动连接的弧形门，所述弧形门的弧面大小与最大的扇形干燥区的弧面侧板大小相同，以保证能够将扇形干燥区3内的扇形托盘4顺利取出。

作为优选方式，所述出风口10上连接有排风管18，将排风管18出口放置在实验通风橱内，放置烘箱内外循环排出的有毒气体污染室内环境。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上介绍其职能控制系统。

所述烘箱还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括用于采集各扇形干燥区内部温度、湿度和气氛的数据采集模块、用于接收所述数据采集模块的数据并进行分析处理的主控模块(STM32F101系列单片机)、控制器模块和安全警报模块；所述数据采集模块与所述主控模块的输入端通讯连接，所述控制模块和安全警报模块与所述主控模块的输出端通讯连接；

所述数据采集模块包括固定在所述保温层的内壁上的温度传感器、湿度传感器和气氛传感器；其中湿度传感器使用湿敏材料，气氛传感器是针对某些矿物，如硫化物，在烘干温度高于某一数值后，会导致部分成分挥发。三种传感器设置在伸缩探头的端部，伸缩探头收缩于中心主轴中，伸展进入每一扇形干燥区内部空腔进行检测。各个干燥区也可共用这三种传感器。用户通过对所需观察干燥区进行观察的命令，传给数据采集控制器，由数据采集控制器控制伸缩探头启动三种传感器。

所述控制器模块包括数据采集控制器、加热管控制器、风机控制器、搅动装置控制器和旋转主轴控制器；所述搅动装置控制器包括推杆电机控制器、转动电机控制器和伸缩电机控制器。

其中数据采集控制器控制伸缩探头，以一定的频率伸缩进入扇形干燥区内部空腔，从而启动三种传感器。伸缩探头如图5所示，包括电机27、伸缩杆28和探头29，三种传感器设置在探头29上。

加热管控制器控制加热管的开启与关闭，例如，温度传感器采集到扇形干燥区内的温度数据，主控模块接受该温度数据后与预先设定的温度阈值进行分析，分析结果高于预先设定的温度阈值，向控制模块发出关闭加热管8的指令，控制模块接受该命令后关闭加热管8，停止加热；同时主控模块将分析结果发送给安全警报模块，安全警报模块发出警报。若主控模块的分析结果低于预先设定的温度阈值，向控制模块发出打开加热管8的指令，控制模块接受该命令后开启加热管，开始加热。

旋转主轴控制器连接旋转电机控制旋转主轴的转动，风机控制器控制第一风机的开启与关闭。例如，气氛传感器采集到扇形干燥区内部硫化物浓度并发送给主控模块，主控模块接受该数据信息并进行分析，分析结果是硫化物浓度超过预先设定的阈值，然后主控模块向控制模块中的旋转主轴控制器发出命令使旋转主轴转动以将进风管与进气口对齐，出风管与出气口对齐，同时向风机控制器发出开启第一风机的命令，第一风机开启将扇形干燥区内的气体排出烘箱。每一出风口处设置有一控制阀门，当出风口与出风管对齐之后控制阀门打开之后第一风机才能开启。

搅动装置控制器包括分别控制推杆电机、转动电机和伸缩电机的三个电机控制器。控制面板上可以控制推杆电机和转动电机频率，从而控制耙爪24的搅动频率。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上介绍其人机交互。

人机交互主要通过控制面板和用户端完成。如图7所示，所述智能控制系统还包括矿物成分控制模块、数据统计模块、安全控制模块、语音控制模块和4G无线控制模块。

智能控制系统还包括设置在外壳的门上的控制面板，所述控制面板为触摸屏，其示意图如图8所示，可设置每个烘干区域中的矿物种类及需所对应的特殊烘干条件，正常气氛范围调整，设置搅动控制的频率和力度等，烘箱的升温速度、保温时间、鼓风大小等。

控制面板上有对应干燥区的搅动装置控制开关及强弱档位的触屏按钮，在控制面板上发出命令，通过三个电机控制器将命令传输给推杆电机、转动电机和伸缩电机，由推杆电机、转动电机和伸缩电机执行进行搅动。

矿物成分控制模块包括无机和有机两大类，其中无机矿物又分五类：硅酸盐矿物、单质与卤化物矿物、硫化物矿物、氧化物与氢氧化物、其他含氧盐矿物，可通过系统默认的烘干条件或者由用户自己设置烘干条件进行烘干。

所述数据统计模块与用户端相连，内部有对上述温度、湿度和气氛的数据记录及统计数据，包括每个干燥区的温度、湿度和保温时间、矿物成分等记录数据及其统计。

所述安全控制模块包括：烘箱的升温速度、降温速度、保温时间等烘干参数，系统检测数值异常范围设定以及系统超出异常范围的时，通过控制器报警，同时在控制面板和用户端上显示异常项目和指标。

所述4G无线控制模块包括：用户端与烘箱端的连接，可以实现对烘箱的远程控制。

所述语音控制模块包括：烘箱门的开启和关闭、烘箱电源的开启和关闭。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种烘箱，其特征在于，包括外壳(1)、受驱动在所述外壳(1)内轴心旋转的旋转主轴(2)、固定于所述旋转主轴(2)上的至少两个扇形干燥区(3)，所述外壳(1)侧面上设置有门(11)，所述旋转主轴(2)的底端位于所述外壳(1)内的底部，顶端穿出所述外壳(1)形成手动旋转区；

每一所述扇形干燥区(3)包括分别固定于所述旋转主轴(2)上的扇形顶板(16)和扇形底板(17)以及固定于所述扇形顶板(16)和扇形底板(17)之间的两个长方形的散热板(5)和一个弧面侧板，两个所述散热板(5)之间固定有一个或多个用于放置待烘干物料的扇形托盘(4)，所述扇形顶板(16)、扇形底板(17)、弧面侧板和两个散热板(5)均包括基板和保温层(7)，所述扇形顶板(16)、扇形底板(17)、弧面侧板和两散热板(5)围合形成一个用于干燥物料的空腔，所述散热板(5)上排布有散热小孔，每一所述散热板(5)的基板和保温层(7)之间固定有加热管(8)，所述加热管(8)由外围控制电路控制加热温度，所述弧面侧板上开设有干燥区门；

所述外壳(1)的顶部形成多组进风口(9)和出风口(10)，所述进风口(9)和出风口(10)的组数与所述扇形干燥区(3)的个数相同，每一所述扇形干燥区(3)还包括可通过所述进风口(9)和出风口(10)与外界空气连通的外循环装置和用于内部空气循环的内循环装置。

2.如权利要求1所述的烘箱，其特征在于，所述外循环装置包括位于所述散热板(5)的基板与保温层(7)之间的进风管(12)、出风管(13)和第一风机(14)，所述扇形干燥区(3)旋转至指定位置时，所述进风管(12)的顶端与所述进风口(9)连通，所述出风管(13)的顶端与所述出风口(10)连通，所述出风管(13)的底端与第一风机(14)的输出端连接；

所述内循环装置为固定在加热管(8)与保温层(7)之间的第二风机(15)。

3.如权利要去2所述的烘箱，其特征在于，所述进风管(12)上开设有多个气孔。

4.如权利要去2所述的烘箱，其特征在于，所述出风管(13)盘绕在所述进风管(12)的外壁上。

5.如权利要求1所述的烘箱，其特征在于，所述旋转主轴(2)上设置有与所述扇形托盘(4)一一对应设置的搅动装置，每一所述搅动装置包括固定于所述旋转主轴(2)上的收纳筒(26)和受驱动从所述收纳筒(26)内伸出或缩回的搅拌单元，所述搅拌单元包括水平伸缩机构、转动机构和高度调节机构，所述水平伸缩机构包括推杆(19)和推动所述推杆(19)水平伸缩的推杆电机(20)，所述转动机构包括连接在所述推杆(19)端部的转动副(21)和驱动所述转动副(21)转动的转动电机(25)，所述高度调节机构包括连接在所述转动副(21)上的伸缩杆(22)和驱动所述伸缩杆(22)伸缩的伸缩电机(23)，所述伸缩杆(22)的端部固定有用于搅动物料的耙爪(24)。

6.如权利要求1所述的烘箱，其特征在于，所述散热小孔上水平插有散热小管(6)。

7.如权利要求1所述的烘箱，其特征在于，所述门(11)为与所述外壳(1)滑动连接的弧形门，所述弧形门的弧面大小与最大的扇形干燥区(3)的弧面侧板大小相同。

8.如权利要求2所述的烘箱，其特征在于，所述出风口(10)上连接有排风管(18)。

9.如权利要求1所述的烘箱，其特征在于，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括用于采集各扇形干燥区内部温度、湿度和气氛的数据采集模块、用于接收所述数据采集模块的数据并进行分析处理的主控模块、控制器模块和安全警报模块；所述数据采集模块与所述主控模块的输入端通讯连接，所述控制模块和安全警报模块与所述主控模块的输出端通讯连接；

所述数据采集模块包括固定在所述保温层的内壁上的温度传感器、湿度传感器和气氛传感器；

所述控制器模块包括数据采集控制器、加热管控制器、风机控制器、搅动装置控制器和旋转主轴控制器；

所述搅动装置控制器包括推杆电机控制器、转动电机控制器和伸缩电机控制器。

10.应用权利要求9所述的烘箱的烘干方法，其特征在于，

当数据采集模块采集到某一扇形干燥区(3)内的温度超过或低于设定温度范围时，主控模块接收该信息向控制器模块中的加热管控制器发送关闭或启动加热管的命令，加热管关闭或启动；

当数据采集模块采集到某一扇形干燥区(3)内的湿度数据或气氛数据超过预先设定的范围后时，主控模块接收该信息并向控制器模块的旋转主轴控制器发送旋转命令，旋转主轴(2)旋转至所述进风管(12)的顶端与所述进风口(9)连通，所述出风管(13)的顶端与所述出风口(10)连通，所述出风管(13)与所述出风口(10)连通之后启动设置在所述出风口位置处的控制阀门，所述控制阀门控制第一风机(14)打开，启动外循环。

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