CN115854669B - 一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备，包括干燥箱体、热风循环系统、红外加热系统、空气能热泵系统、超声波系统、真空系统和自动控制系统，自动控制系统通过控制红外加热系统、热风循环系统、空气能热泵系统、超声波系统与真空系统完成干燥箱体中物料的干燥过程。本发明中，空气能热泵系统利用电能驱动，可以吸收空气中的热量用于加热，在中药材干燥加工领域具有显著的节能减排优势；物料处于真空与常压的不断切换的环境中，有助于扩充物料的微孔道，从而提高干燥效率，缩短干燥时间，降低干燥能耗；超声波产生的机械作用和空穴效应可以改变物料的结构和性能，使水分可以通过微小管道移出，从而缩短干燥时间。

Description

一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备

技术领域

本发明属于中药材加工技术领域，尤其涉及一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备。

背景技术

干燥是中药材采收后最关键的加工环节。新鲜中药材在采收后含水率较高，容易发生腐烂变质的问题，不易储藏，采收后需要及时进行干燥处理。中药材传统的干燥方式主要为晒干、阴干，该种干燥方式操作简单，成本低，但是干燥时间长，易受到外界环境的干扰，干燥过程环境不可控，易导致产品品质劣变，损耗高。尽管目前已有多种干燥技术如热风干燥、微波干燥、真空冷冻干燥、红外干燥等应用于中药材干燥加工，但热风干燥时间长，热敏性活性物质降解严重；尽管微波干燥能大幅度缩短干燥时间，但其边角效应易产生干燥不均匀现象，产品品质均一性差；真空冷冻干燥虽然能够很好的保留中药材活性成分，但干燥时间长，能耗高，且前期投入成本较高。因此，亟需开发新型加工技术与工艺，在提高中药材加工效率的基础上保证干后品质。

联合干燥是指根据物料特性，将两种或者两种以上的干燥方式优势互补，分阶段或同时进行的复合干燥技术。

热泵通过吸收环境中的热量，转换成更高温度的热能传导给被加热对象，可以充分利用热能，提高能量利用率，具有能耗低且对环境污染较小等优点，其干燥温度范围也比较广。应用于中药材领域也具有一些特殊优势：烘干参数控制精准，可实现较低温度的烘干，从而保证中药材的品相和有效成分含量；封闭系统干燥避免氧化，适用于特殊中药材的干燥。

在真空脉动干燥过程中，干燥室内压力发生周期性脉动变化，可打破物料表面水分蒸发的平衡状态，加速干燥进程，还能够使干燥物料的微观孔道不断地扩张和收缩，乃至互相连通，从而可有效促进内部水分向外传递，维持较高的干燥速率，具有干燥效率高、产品品质较好等诸多优势。

超声波是一种频率高于20kHz的机械波，其产生的机械作用和空穴效应可以改变物料的结构和性能，使水分可以通过微小管道移出，从而缩短干燥时间。此外，超声波对细胞膜和细胞壁的可以促进营养活性物质的释出，微通道和孔隙度的增加也可以避免干燥过程中物料温度的急速升高，可以作为热敏性物料的辅助干燥过程。

综上所述，如何克服单一干燥技术的缺点，有效提高干燥效率，缩短干燥时间，保证干燥品质，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点和难点，提供一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备，包括干燥箱体2、热风循环系统、红外加热系统、空气能热泵系统、超声波系统、真空系统和自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统通过控制红外加热系统、热风循环系统、空气能热泵系统、超声波系统与真空系统完成干燥箱体2中物料51的干燥过程。

优选的，所述干燥箱体2包括干燥室53与加热腔15，所述热风循环系统包括离心风机19、电动三通阀18、抽风管道17、第一进风管道11和第二进风管道20，其中，所述加热腔15位于所述干燥室53的上方，所述加热腔15用于空气的加热；所述抽风管道17、所述离心风机19与所述电动三通阀18位于所述加热腔15顶部，所述抽风管道17的一端与所述加热腔15内部连通，另一端连接所述离心风机19的进风口；所述离心风机19的出风口连接所述电动三通阀18的顶部接口；所述电动三通阀18的另外两个接口分别连接第一进风管道11、第二进风管道20的进风口，所述第一进风管道11与所述第二进风管道20的出风口均伸入所述干燥室53内部并连接有均风器6，所述均风器6出风口均设置有两级均风板，所述均风板上规律分布有出风孔以实现降低风速、提高热风均匀性的目的；所述第一进风管道11、所述第二进风管道20上分别连接有第二回风管道12、第一回风管道22，所述第二回风管道12、所述第一回风管道22的出风口分别伸入所述加热腔15中；所述第一进风管道11、所述第二进风管道20、所述第二回风管道12以及所述第一回风管道22的出风口均安装有热风电磁阀13；所述加热腔15的左侧安装电动风阀10以控制新风进入，所述加热腔15的右侧设置有排湿管道23与排湿风机21，所述排湿管道23上安装有排湿电磁阀24。

优选的，所述干燥室53的底部内壁安装有称重传感器基座3，所述称重传感器基座3上设置有称重传感器4，所述称重传感器4上设置有物料架44，两个所述均风器6呈对称结构布置在所述物料架44的左右两侧，所述物料架44上活动安装有多个呈上下结构均匀分布的料盘48，所述称重传感器4用于检测物料51干燥过程中重量的变化；所述红外加热系统包括碳纤维红外加热板46、红外板支架45、锁紧装置49和滑杆50，所述红外板支架45与所述料盘48一一对应设置，所述红外板支架45设置于相对应料盘48的正下方，所述红外板支架45均通过锁紧装置49安装到所述滑杆50上，所述滑杆50安装在所述物料架44上，所述红外板支架45上均安装有碳纤维红外加热板46，所述碳纤维红外加热板46用于中药材的加热；所述滑杆50上划分刻度，所述锁紧装置49在所述滑杆50上下移动，根据刻度灵活准确改变碳纤维红外加热板46与相应料盘48的间距；所述超声波系统用于提高传热传质效率以缩短干燥时间，包括超声波发生器54与超声波振子52，超声波发生器54与超声波振子52连接，超声波发生器54位于干燥箱体2的侧部，所述超声波振子52为偶数并对称设置在物料架44上以用于承托料盘48。

优选的，所述真空系统包括抽气管道43、真空电磁阀41、水环式真空泵40、进水管道38、排水管道39与冷水机25，其中，所述抽气管道43一端伸入所述干燥室53，另一端连接所述水环式真空泵40的抽气口，所述抽气管道43上安装有真空电磁阀41，所述水环式真空泵40的进水口和出水口分别通过进水管道38、排水管道39与冷水机25连接以对循环水进行降温。

优选的，所述自动控制系统包括控制箱55、触摸屏56、温湿度传感器7、压力传感器8、温度传感器9、探针式温度传感器14和贴片式传感器47，所述触摸屏56安装在所述控制箱55上，所述温湿度传感器7用于检测干燥过程中所述干燥室53内部的温湿度，所述温度传感器9用于检测物料51表面温度，所述探针式温度传感器14用于检测物料51内部温度，所述压力传感器8用于检测干燥室53内的压力，所述贴片式传感器47用于检测碳纤维红外加热板46的温度。

优选的，所述干燥室53的前侧设置有干燥室门1，所述干燥室门1上安装有观察窗5，所述干燥室53左右两侧壁设置均开口，以便于第一进风管道11、第二进风管道20与温湿度传感器7、温度传感器9、探针式温度传感器14、压力传感器8和贴片式传感器47伸入干燥室53。

优选的，所述干燥中药材的装备还包括设备箱体26，所述设备箱体26的内部通过板材分隔为三个区域：上部为吸热区，下部右侧为压缩机区，下部左侧为空气预热区，其中，空气预热区内部板材上端安装循环风机31，下端开口以便于空气循环加热；空气预热区后壁安装电动风阀10以用于新风通过；所述干燥室53与设备箱体26的空气预热区通过破空管道37连通，破空管道37上安装有破空电磁阀42，打破真空状态时，破空电磁阀42开启，预加热的空气通过破空管道37进入干燥室53，快速升高干燥室53内温度，缩短干燥时间。

优选的，所述空气能热泵系统包括压缩机29、蒸发器27、第一冷凝器16和第二冷凝器30，所述第一冷凝器16位于所述加热腔15的内部，用于对进入干燥室53的空气进行加热；所述蒸发器27位于所述设备箱体26的上部，用于吸收空气中的热量与干燥过程中排出的部分余热；所述压缩机29与所述第二冷凝器30位于所述设备箱体26下部，所述第二冷凝器30用于对真空转换为常压状态时进入所述干燥室53内部的空气进行预加热。

优选的，所述排湿管道23的出口通向蒸发器27，所述蒸发器27用于吸收排湿管道23排出湿热空气中的热量；所述设备箱体26侧壁安装有引风轴流风机28，所述引风轴流风机28与所述蒸发器27相对设置，用于将被吸收完热量的空气引出设备箱体26；所述冷水机25的排热口朝向蒸发器27，使得排出的热量被吸收利用。

一种热泵联合真空辅助接触式超声的中药材干燥的方法，包括以下步骤：

通过称重传感器4进行去皮；

将均匀平铺有物料51的料盘48放置在相应的超声波振子52上，调整碳纤维红外加热板46与料盘48的间距，挑选一个物料51与温度传感器9、探针式温度传感器14连接，其中，温度传感器9贴在物料51表面，探针式温度传感器14插入物料51内部，关闭干燥室门1；

打开控制箱55电源开关，通过触摸屏56设置干燥温度、相对湿度、真空度上下限以及其他相关参数，参数设置完毕后，启动红外加热系统、热风循环系统与空气能热泵系统；

启动初期为预热阶段，其中，碳纤维红外加热板46对中药材进行辐射加热，蒸发器27吸收空气中的热量，冷媒介质吸收热量后传输至第一冷凝器16处放出热量以将空气加热；

开启第一进风管道11、第二进风管道20、第一回风管道22的热风电磁阀13以及电动三通阀18靠近第一进风管道11的接口，关闭第二回风管道12的热风电磁阀13，在离心风机19在作用下，经第一冷凝器16加热后的热风通过抽风管道17被离心风机19抽取，经过第一进风管道11与均风器6后进入干燥室53内部，对物料51进行加热后，通过第二进风管道20与第一回风管道22后回到加热腔15，完成热风循环；

待温湿度传感器7检测到干燥室53内温度达到设定温度后，预热阶段结束，进入热风真空干燥阶段，当位于干燥室53两侧的温湿度传感器7检测到的两侧温度相差3℃时，开启第二回风管道12的热风电磁阀13以及电动三通阀18靠近第二进风管道20的接口，关闭第一回风管道22的热风电磁阀13,干燥室53内热风的进入与流出方向发生反转,实现风向变化；

当位于干燥室53两侧的温湿度传感器7检测到的两侧温度再次相差3℃时，风向再次变化，依此往复；

探针式温度传感器14检测物料51内部温度，当物料51内部温度趋于稳定，温度变化速率小于等于1℃/min时，干燥机进入真空干燥状态，热风电磁阀13关闭，第一冷凝器16停止工作，空气预热区空气被加热，真空系统开始工作，碳纤维红外加热板46持续对物料51辐射加热，真空电磁阀41开启，水环式真空泵40运行，通过抽气管道43抽出干燥室53内的湿热空气，冷水机25对水环式真空泵40中的循环水进行冷却，保证水环式真空泵40正常工作；

压力传感器8实时检测干燥室53内部压力的变化，当干燥室53内部压力在设定的真空度上下限时，停止抽真空以维持真空度，此时，物料51中水分沸点降低，水分气化吸收大量的热量，物料51内部温度降低；

当控制系统检测到物料51内部温度从迅速下降状态趋于稳定即温度变化速率小于等于1℃/min且干燥室53内部相对湿度变化速率小于等于0.5％/min时，切换为常压干燥模式；

当物料51内部温度再一次上升趋于稳定即温度变化速率小于1℃/min时，切换为真空干燥，不断重复上述步骤；

真空阶段，空气预热区中的空气经过第二冷凝器30加热，在循环风机31的作用下，由分隔板上部的出风口流出后，经过分隔板下部的回风口再次进入加热区域，被第二冷凝器30进行循环加热；破空阶段，破空电磁阀42开启，电动风阀10开启，热空气进入干燥室53内部，当干燥室53内部恢复常压，破空电磁阀42关闭，停止预热空气；

在真空干燥过程中，当温度传感器9检测的物料51表面温度与探针式温度传感器14检测的物料51内部温度相差大于3℃时，物料51处于干燥前期，干燥室53内维持较高相对湿度不进行排湿；当物料51表面温度与物料51内部温度相差处于1～3℃时，进入干燥中期，此时在常压干燥阶段进行排湿工作；

当检测到相对湿度超过设定参数时，加热腔15处的电动风阀10开启，排湿风机21开启，排湿电磁阀24开启，将湿热空气排入到蒸发器27处，降低干燥室53内的相对湿度；

当相对湿度达到设定参数时，停止排湿；

当物料51表面温度与内部温度相差低于1℃时，进入干燥后期，开始接触式超声辅助热泵干燥阶段；

接触式超声辅助热泵干燥阶段，空气能热泵系统与碳纤维红外板联合加热，真空系统停止运行，排湿风机21开启，排湿电磁阀24开启，持续排湿；超声波系统工作，超声波发生器54开启，超声波振子52与料盘48直接接触，将能量传递到物料51中去；

当称重传感器4检测到物料51重量达到目标值时，干燥结束。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1)本发明中，空气能热泵系统利用电能驱动，可以吸收空气中的热量用于加热，在中药材干燥加工领域具有显著的节能减排优势；

2)本发明中，物料处于真空与常压的不断切换的环境中，有助于扩充物料的微孔道，拓宽了干燥过程中物料水分传递的路径，从而提高干燥效率，缩短干燥时间，降低干燥能耗；

3)本发明中，超声波产生的机械作用和空穴效应可以改变物料的结构和性能，使水分可以通过微小管道移出，从而缩短干燥时间；此外，超声波可以促进营养活性物质的释出，微通道和孔隙度的增加也可以避免干燥过程中物料温度的急速升高，可以作为中药材的辅助干燥过程；

4)本发明中，干燥过程中，通过检测干燥室内与物料参数变化，自动控制干燥过程，智能化程度高，有利于缩短干燥时间，提高干燥品质。

附图说明

图1为一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备示意图；

图2为一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备热风循环示意图；

图3为一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备中双冷凝器热泵系统原理图；

图4为一种热泵联合真空辅助超声波干燥中药材的设备物料架示意图。

图中附图标记为：

1-干燥室门，2-干燥箱体，3-称重传感器基座，4-称重传感器，5-观察窗，6-均风器，7-温湿度传感器，8-压力传感器，9-温度传感器，10-电动风阀，11-第一进风管道，12-第二回风管道，13-热风电磁阀，14-探针式温度传感器，15-加热腔，16-第一冷凝器，17-抽风管道，18-电动三通阀，19-离心风机，20-第二进风管道，21-排湿风机，22-第一回风管道，23-排湿管道，24-排湿电磁阀，25-冷水机，26-设备箱体，27-蒸发器，28-引风轴流风机，29-压缩机，30-第二冷凝器，31-循环风机，32-三通阀，33-第一电子膨胀阀，34-单向阀，35-第二电子膨胀阀，36-冷媒管道，37-破空管道，38-进水管道，39-排水管道，40-水环式真空泵，41-真空电磁阀，42-破空电磁阀，43-抽气管道，44-物料架，45-红外板支架，46-碳纤维红外加热板，47-贴片式传感器，48-料盘，49-锁紧装置，50-滑杆，51-物料，52-超声波振子，53-干燥室，54-超声波发生器，55-控制箱，56-触摸屏。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个宽泛实施例中，一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备，包括干燥箱体2、热风循环系统、红外加热系统、空气能热泵系统、超声波系统、真空系统和自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统通过控制红外加热系统、热风循环系统、空气能热泵系统、超声波系统与真空系统完成干燥箱体2中物料51的干燥过程。

优选的，所述干燥箱体2包括干燥室53与加热腔15，所述热风循环系统包括离心风机19、电动三通阀18、抽风管道17、第一进风管道11和第二进风管道20，其中，所述加热腔15位于所述干燥室53的上方，所述加热腔15用于空气的加热；所述抽风管道17、所述离心风机19与所述电动三通阀18位于所述加热腔15顶部，所述抽风管道17的一端与所述加热腔15内部连通，另一端连接所述离心风机19的进风口；所述离心风机19的出风口连接所述电动三通阀18的顶部接口；所述电动三通阀18的另外两个接口分别连接第一进风管道11、第二进风管道20的进风口，所述第一进风管道11与所述第二进风管道20的出风口均伸入所述干燥室53内部并连接有均风器6，所述均风器6出风口均设置有两级均风板，所述均风板上规律分布有出风孔以实现降低风速、提高热风均匀性的目的；所述第一进风管道11、所述第二进风管道20上分别连接有第二回风管道12、第一回风管道22，所述第二回风管道12、所述第一回风管道22的出风口分别伸入所述加热腔15中；所述第一进风管道11、所述第二进风管道20、所述第二回风管道12以及所述第一回风管道22的出风口均安装有热风电磁阀13；所述加热腔15的左侧安装电动风阀10以控制新风进入，所述加热腔15的右侧设置有排湿管道23与排湿风机21，所述排湿管道23上安装有排湿电磁阀24。

优选的，所述干燥室53的底部内壁安装有称重传感器基座3，所述称重传感器基座3上设置有称重传感器4，所述称重传感器4上设置有物料架44，两个所述均风器6呈对称结构布置在所述物料架44的左右两侧，所述物料架44上活动安装有多个呈上下结构均匀分布的料盘48，所述称重传感器4用于检测物料51干燥过程中重量的变化；所述红外加热系统包括碳纤维红外加热板46、红外板支架45、锁紧装置49和滑杆50，所述红外板支架45与所述料盘48一一对应设置，所述红外板支架45设置于相对应料盘48的正下方，所述红外板支架45均通过锁紧装置49安装到所述滑杆50上，所述滑杆50安装在所述物料架44上，所述红外板支架45上均安装有碳纤维红外加热板46，所述碳纤维红外加热板46用于中药材的加热；所述滑杆50上划分刻度，所述锁紧装置49在所述滑杆50上下移动，根据刻度灵活准确改变碳纤维红外加热板46与相应料盘48的间距；所述超声波系统用于提高传热传质效率以缩短干燥时间，包括超声波发生器54与超声波振子52，超声波发生器54与超声波振子52连接，超声波发生器54位于干燥箱体2的侧部，所述超声波振子52为偶数并对称设置在物料架44上以用于承托料盘48。

优选的，所述真空系统包括抽气管道43、真空电磁阀41、水环式真空泵40、进水管道38、排水管道39与冷水机25，其中，所述抽气管道43一端伸入所述干燥室53，另一端连接所述水环式真空泵40的抽气口，所述抽气管道43上安装有真空电磁阀41，所述水环式真空泵40的进水口和出水口分别通过进水管道38、排水管道39与冷水机25连接以对循环水进行降温。

优选的，所述自动控制系统包括控制箱55、触摸屏56、温湿度传感器7、压力传感器8、温度传感器9、探针式温度传感器14和贴片式传感器47，所述触摸屏56安装在所述控制箱55上，所述温湿度传感器7用于检测干燥过程中所述干燥室53内部的温湿度，所述温度传感器9用于检测物料51表面温度，所述探针式温度传感器14用于检测物料51内部温度，所述压力传感器8用于检测干燥室53内的压力，所述贴片式传感器47用于检测碳纤维红外加热板46的温度。

优选的，所述干燥室53的前侧设置有干燥室门1，所述干燥室门1上安装有观察窗5，所述干燥室53左右两侧壁设置均开口，以便于第一进风管道11、第二进风管道20与温湿度传感器7、温度传感器9、探针式温度传感器14、压力传感器8和贴片式传感器47伸入干燥室53。

优选的，所述干燥中药材的装备还包括设备箱体26，所述设备箱体26的内部通过板材分隔为三个区域：上部为吸热区，下部右侧为压缩机区，下部左侧为空气预热区，其中，空气预热区内部板材上端安装循环风机31，下端开口以便于空气循环加热；空气预热区后壁安装电动风阀10以用于新风通过；所述干燥室53与设备箱体26的空气预热区通过破空管道37连通，破空管道37上安装有破空电磁阀42，打破真空状态时，破空电磁阀42开启，预加热的空气通过破空管道37进入干燥室53，快速升高干燥室53内温度，缩短干燥时间。

优选的，所述空气能热泵系统包括压缩机29、蒸发器27、第一冷凝器16和第二冷凝器30，所述第一冷凝器16位于所述加热腔15的内部，用于对进入干燥室53的空气进行加热；所述蒸发器27位于所述设备箱体26的上部，用于吸收空气中的热量与干燥过程中排出的部分余热；所述压缩机29与所述第二冷凝器30位于所述设备箱体26下部，所述第二冷凝器30用于对真空转换为常压状态时进入所述干燥室53内部的空气进行预加热。

优选的，所述排湿管道23的出口通向蒸发器27，所述蒸发器27用于吸收排湿管道23排出湿热空气中的热量；所述设备箱体26侧壁安装有引风轴流风机28，所述引风轴流风机28与所述蒸发器27相对设置，用于将被吸收完热量的空气引出设备箱体26；所述冷水机25的排热口朝向蒸发器27，使得排出的热量被吸收利用。

一种热泵联合真空辅助接触式超声的中药材干燥的方法，包括以下步骤：

通过称重传感器4进行去皮；

将均匀平铺有物料51的料盘48放置在相应的超声波振子52上，调整碳纤维红外加热板46与料盘48的间距，挑选一个物料51与温度传感器9、探针式温度传感器14连接，其中，温度传感器9贴在物料51表面，探针式温度传感器14插入物料51内部，关闭干燥室门1；

打开控制箱55电源开关，通过触摸屏56设置干燥温度、相对湿度、真空度上下限以及其他相关参数，参数设置完毕后，启动红外加热系统、热风循环系统与空气能热泵系统；

启动初期为预热阶段，其中，碳纤维红外加热板46对中药材进行辐射加热，蒸发器27吸收空气中的热量，冷媒介质吸收热量后传输至第一冷凝器16处放出热量以将空气加热；

开启第一进风管道11、第二进风管道20、第一回风管道22的热风电磁阀13以及电动三通阀18靠近第一进风管道11的接口，关闭第二回风管道12的热风电磁阀13，在离心风机19在作用下，经第一冷凝器16加热后的热风通过抽风管道17被离心风机19抽取，经过第一进风管道11与均风器6后进入干燥室53内部，对物料51进行加热后，通过第二进风管道20与第一回风管道22后回到加热腔15，完成热风循环；

待温湿度传感器7检测到干燥室53内温度达到设定温度后，预热阶段结束，进入热风真空干燥阶段，当位于干燥室53两侧的温湿度传感器7检测到的两侧温度相差3℃时，开启第二回风管道12的热风电磁阀13以及电动三通阀18靠近第二进风管道20的接口，关闭第一回风管道22的热风电磁阀13,干燥室53内热风的进入与流出方向发生反转,实现风向变化；

当位于干燥室53两侧的温湿度传感器7检测到的两侧温度再次相差3℃时，风向再次变化，依此往复；

探针式温度传感器14检测物料51内部温度，当物料51内部温度趋于稳定，温度变化速率小于等于1℃/min时，干燥机进入真空干燥状态，热风电磁阀13关闭，第一冷凝器16停止工作，空气预热区空气被加热，真空系统开始工作，碳纤维红外加热板46持续对物料51辐射加热，真空电磁阀41开启，水环式真空泵40运行，通过抽气管道43抽出干燥室53内的湿热空气，冷水机25对水环式真空泵40中的循环水进行冷却，保证水环式真空泵40正常工作；

压力传感器8实时检测干燥室53内部压力的变化，当干燥室53内部压力在设定的真空度上下限时，停止抽真空以维持真空度，此时，物料51中水分沸点降低，水分气化吸收大量的热量，物料51内部温度降低；

当控制系统检测到物料51内部温度从迅速下降状态趋于稳定即温度变化速率小于等于1℃/min且干燥室53内部相对湿度变化速率小于等于0.5％/min时，切换为常压干燥模式；

当物料51内部温度再一次上升趋于稳定即温度变化速率小于1℃/min时，切换为真空干燥，不断重复上述步骤；

真空阶段，空气预热区中的空气经过第二冷凝器30加热，在循环风机31的作用下，由分隔板上部的出风口流出后，经过分隔板下部的回风口再次进入加热区域，被第二冷凝器30进行循环加热；破空阶段，破空电磁阀42开启，电动风阀10开启，热空气进入干燥室53内部，当干燥室53内部恢复常压，破空电磁阀42关闭，停止预热空气；

在真空干燥过程中，当温度传感器9检测的物料51表面温度与探针式温度传感器14检测的物料51内部温度相差大于3℃时，物料51处于干燥前期，干燥室53内维持较高相对湿度不进行排湿；当物料51表面温度与物料51内部温度相差处于1～3℃时，进入干燥中期，此时在常压干燥阶段进行排湿工作；

当检测到相对湿度超过设定参数时，加热腔15处的电动风阀10开启，排湿风机21开启，排湿电磁阀24开启，将湿热空气排入到蒸发器27处，降低干燥室53内的相对湿度；

当相对湿度达到设定参数时，停止排湿；

当物料51表面温度与内部温度相差低于1℃时，进入干燥后期，开始接触式超声辅助热泵干燥阶段；

接触式超声辅助热泵干燥阶段，空气能热泵系统与碳纤维红外板联合加热，真空系统停止运行，排湿风机21开启，排湿电磁阀24开启，持续排湿；超声波系统工作，超声波发生器54开启，超声波振子52与料盘48直接接触，将能量传递到物料51中去；

当称重传感器4检测到物料51重量达到目标值时，干燥结束。

下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。

一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备，包括干燥箱体2、热风循环系统、红外加热系统、空气能热泵系统、真空系统、超声波系统和自动控制系统。

所述干燥箱体2包括干燥室门1、干燥室53、与加热腔15。干燥室门1开设观察窗5，便于干燥机工作时观察内部。干燥室53位于干燥箱体2底部，干燥室53两侧壁设置开口，用于第一进风管道11、第二进风管道20与温湿度传感器7、温度传感器9、探针式温度传感器14、压力传感器8、贴片式传感器47伸入干燥室53。加热腔15位于干燥室53上部，用于加热空气。

所述热风循环系统包括离心风机19、电动三通阀18、抽风管道17、第一进风管道11、第二进风管道20、第一回风管道22，第二回风管道12、热风电磁阀13、排湿管道23、排湿电磁阀24、排湿风机21、电动风阀10、均风器6。其中，

抽风管道17、离心风机19、电动三通阀18位于加热腔15顶部，抽风管道17一端与加热腔15内部连通，一端连接离心风机19的进风口。离心风机19的出风口连接电动三通阀18的顶部接口。电动三通阀18的另外两个接口分别连接第一进风管道11、第二进风管道20的进风口。两个进风管道的出风口伸入干燥室53内部与均风器6连接。均风器6对称布置在干燥室53内部，均风器6出风口设置有两级均风板，均风板上规律分布有出风孔，用于降低风速，提高热风均匀性。第一进风管道11、第二进风管道20上分别连接第二回风管道12、第一回风管道22，两个回风管道的出风口分别伸入加热腔15。进风管道与回风管道的出风口安装有热风电磁阀13。加热腔15一侧安装电动风阀10，用于控制新风进入，另一侧开设置排湿管道23与排湿风机21，排湿管道23安装有排湿电磁阀24。排湿管道23出口通向蒸发器27，蒸发器27可以吸收排湿管道23排出的湿热空气中的热量。

所述红外加热系统位于干燥室53内部，包括碳纤维红外加热板46、贴片式传感器47、红外板支架45、锁紧装置49、滑杆50。

其中碳纤维红外加热板46用于加热中药材，贴片式传感器47用于检测碳纤维红外加热板46的温度。碳纤维红外加热板46放置在红外板支架45上，红外板支架45与锁紧装置49连接，锁紧装置49安装在滑杆50上，滑杆50安装在物料架44上，所述物料架44放置在称重传感器4上，称重传感器4放置在称重传感器基座3上。称重传感器4用于检测物料51干燥过程中重量的变化。

所述空气能热泵系统为双冷凝器结构，包括压缩机29、蒸发器27、第一冷凝器16、第二冷凝器30，通过冷媒管道36、三通阀32、第一电子膨胀阀33、第二电子膨胀阀35、单向阀34进行连接。其中，

第一冷凝器16位于加热腔15内部，用于对进入干燥室53的空气进行加热，蒸发器27位于设备箱体26上部，用于吸收空气中的热量与干燥过程中排出的部分余热，引风轴流风机28安装在设备箱体26侧壁，与蒸发器27相对，将被吸收完热量的空气引出设备箱体26，压缩机29与第二冷凝器30位于设备箱体26下部，第二冷凝器30用于对真空转换为常压状态时进入干燥室53内部的空气进行预加热。

所述超声波系统包括超声波发生器54与超声波振子52，其中超声波发生器54位于干燥机的侧部，与超声波振子52连接，利用超声波的能量提高传热传质效率，缩短干燥时间。

所述真空系统包括抽气管道43、真空电磁阀41、水环式真空泵40、进水管道38、排水管道39、冷水机25。其中，

抽气管道43一端伸入干燥室53，另一端连接水环式真空泵40的抽气口。抽气管道43上安装有真空电磁阀41。水环式真空泵40的进水口和出水口分别通过进水管道38与排水管道39与冷水机25连接，用来对真空泵中的循环水进行降温。冷水机25的排热口朝向蒸发器27，使得排出的热量被吸收利用。

所述自动控制系统包括控制箱55、触摸屏56，温湿度传感器7、压力传感器8、温度传感器9、探针式温度传感器14、贴片式传感器47。触摸屏56安装在控制箱55上，温湿度传感器7用于检测干燥过程中干燥室53内部的温湿度，温度传感器9用于检测物料51表面温度，探针式温度传感器14用于检测物料51内部温度，压力传感器8用于检测干燥室53内的压力。自动控制系统控制还红外加热系统、热风循环系统、空气能热泵系统、真空系统，完成干燥过程。

所述滑杆50上划分刻度，锁紧装置49可在滑杆50上下移动，根据刻度灵活准确改变碳钎维红外加热板高度。

所述设备箱体26，通过板材分割为3个区域，上部为吸热区，下部右侧为压缩机区，下部左侧为空气预热区。空气预热区内部板材上端安装循环风机31，下端开口，便于空气循环加热，空气预热区后壁安装电动风阀10，用于新风通过。

所述干燥室53与设备箱体26的空气预热区通过破空管道37连通，破空管道37上安装有破空电磁阀42，打破真空状态时，破空电磁阀42开启，预加热的空气通过破空管道37进入干燥室53，快速升高干燥室53内温度，缩短干燥时间。

所述超声波振子52为偶数，对称设置在支架上，均匀传递能量。

一种热泵联合真空辅助接触式超声的中药材干燥的方法，包括以下步骤：

干燥机开机，通过称重传感器4对称重系统去皮。

将物料51均匀平铺在料盘48上，料盘48放置在超声波振子52上直接接触，调整碳纤维红外加热板46到合适距离，挑选一个物料51与温度传感器9与探针式温度传感器14连接，温度传感器9贴在物料51表面，探针式温度传感器14插入物料51内部，关闭干燥机门。打开控制箱55电源开关，设置干燥温度、相对湿度、真空度上下限等相关的参数。参数设置完毕后，干燥机开始工作。

干燥机启动初期为预热阶段。碳红外加热板开启，对中药材进行辐射加热。空气能热泵系统开始工作，蒸发器27吸收空气中的热量，冷媒介质吸收热量后传输至第一冷凝器16处放出热量，将空气加热。离心风机19抽取被第一冷凝器16加热的空气经过电动三通阀18通过进风通道进入干燥室53，在提高干燥室53温度的同时使物料51持续向空气中迁移水分。加热后的湿热空气通过回风通道再次进入加热腔15，完成热风循环。

待温湿度传感器7检测到干燥室53内温度达到设定温度后，预热阶段结束，进入热风真空干燥阶段。

其中，在热风循环过程中，为了提高干燥均匀性，干燥室53内的热风风向会发生变化。如图2所示，第一进风管道11、第二进风管道20、第一回风管道22的热风电磁阀13与电动三通阀18靠近第一进风管道的接口开启，第二回风管道12的热风电磁阀13关闭。经冷凝器加热后的热风通过抽风管道17被离心风机19抽取，经过第一进风管道与均风器6后进入干燥室53内部，对物料51进行加热后，通过第二进风管道20与第一回风管道22后回到加热腔15，完成热风循环。当位于干燥室53两侧的温湿度传感器7检测到的两侧温度相差3℃时，第一进风管道11、第二进风管道20、第二回风管道12的热风电磁阀13与电动三通阀18靠近第二进风管道20的接口开启，第一回风管道22的热风电磁阀13关闭,干燥室53内热风的进入与流出方向发生反转,实现风向变化。

热风真空干燥阶段，探针式温度传感器14检测物料51内部温度，当物料51内部温度趋于稳定，温度变化速率小于等于1℃/min时，干燥机进入真空干燥状态。热风电磁阀13关闭，第一冷凝器16停止工作，空气预热区空气被加热。真空系统开始工作，碳纤维红外加热板46持续对物料51辐射加热，真空电磁阀41开启，水环式真空泵40运行，通过抽气管道43抽出干燥时内的湿热空气，冷水机25对水环式真空泵40中的循环水进行冷却，保证水环式真空泵40正常工作。压力传感器8检测干燥时内部压力的变化，当干燥室53内部压力在设定的真空度上下限时，停止抽真空，维持真空度。

真空阶段，物料51中水分沸点降低，水分气化吸收大量的热量，物料51内部温度降低。当控制系统检测到物料51内部温度从迅速下降状态趋于稳定即温度变化速率小于等于1℃/min且干燥室53内部相对湿度变化速率小于等于0.5％/min时，切换为常压干燥模式。当物料51内部温度再一次上升趋于稳定即温度变化速率小于1℃/min时，切换为真空干燥，不断重复上述步骤。

真空阶段，空气预热区中的空气经过第二冷凝器30加热，在循环风机31的作用下，由分隔板上部的出风口流出后，经过分隔板下部的回风口再次进入加热区域，被第二冷凝器30进行循环加热；破空阶段，破空电磁阀42开启，电动风阀10开启，热空气进入干燥室53内部，当干燥室53内部恢复常压，破空电磁阀42关闭，停止预热空气。

在真空干燥过程中，当温度传感器9检测的物料51表面温度与探针式温度传感器14检测的物料51内部温度相差大于3℃时，物料51处于干燥前期，干燥室53内维持较高相对湿度不进行排湿；当物料51表面温度与物料51内部温度相差处于1～3℃时，进入干燥中期，此时在常压干燥阶段进行排湿工作。当检测到相对湿度超过设定参数时，加热腔15处的电动风阀10开启，排湿风机21开启，排湿电磁阀24开启，将湿热空气排入到蒸发器27处，降低干燥室53内的相对湿度。当相对湿度达到设定参数时，停止排湿。当物料51表面温度与内部温度相差低于1℃时，进入干燥后期，此时进行热风辅助超声干燥。

接触式超声辅助热泵干燥阶段，空气能热泵系统与碳纤维红外板联合加热，真空系统停止运行，排湿风机21开启，排湿电磁阀24开启，持续排湿。超声波系统工作，超声波发生器54开启，超声波振子52与料盘48直接接触，将能量传递到物料51中去，当称重传感器4检测到物料51重量达到目标值时，干燥结束。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备，包括干燥箱体（2）、热风循环系统、红外加热系统、空气能热泵系统、超声波系统、真空系统和自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统通过控制红外加热系统、热风循环系统、空气能热泵系统、超声波系统与真空系统完成干燥箱体（2）中物料（51）的干燥过程；

所述干燥箱体（2）包括干燥室（53）与加热腔（15），所述热风循环系统包括离心风机（19）、电动三通阀（18）、抽风管道（17）、第一进风管道（11）和第二进风管道（20），其中，所述加热腔（15）位于所述干燥室（53）的上方，所述加热腔（15）用于空气的加热；所述抽风管道（17）、所述离心风机（19）与所述电动三通阀（18）位于所述加热腔（15）顶部，所述抽风管道（17）的一端与所述加热腔（15）内部连通，另一端连接所述离心风机（19）的进风口；所述离心风机（19）的出风口连接所述电动三通阀（18）的顶部接口；所述电动三通阀（18）的另外两个接口分别连接第一进风管道（11）、第二进风管道（20）的进风口，所述第一进风管道（11）与所述第二进风管道（20）的出风口均伸入所述干燥室（53）内部并连接有均风器（6），所述均风器（6）出风口均设置有两级均风板，所述均风板上规律分布有出风孔以实现降低风速、提高热风均匀性的目的；所述第一进风管道（11）、所述第二进风管道（20）上分别连接有第二回风管道（12）、第一回风管道（22），所述第二回风管道（12）、所述第一回风管道（22）的出风口分别伸入所述加热腔（15）中；所述第一进风管道（11）、所述第二进风管道（20）、所述第二回风管道（12）以及所述第一回风管道（22）的出风口均安装有热风电磁阀（13）；所述加热腔（15）的左侧安装电动风阀（10）以控制新风进入，所述加热腔（15）的右侧设置有排湿管道（23）与排湿风机（21），所述排湿管道（23）上安装有排湿电磁阀（24）；

所述干燥室（53）的底部内壁安装有称重传感器基座（3），所述称重传感器基座（3）上设置有称重传感器（4），所述称重传感器（4）上设置有物料架（44），两个所述均风器（6）呈对称结构布置在所述物料架（44）的左右两侧，所述物料架（44）上活动安装有多个呈上下结构均匀分布的料盘（48），所述称重传感器（4）用于检测物料（51）干燥过程中重量的变化；所述红外加热系统包括碳纤维红外加热板（46）、红外板支架（45）、锁紧装置（49）和滑杆（50），所述红外板支架（45）与所述料盘（48）一一对应设置，所述红外板支架（45）设置于相对应料盘（48）的正下方，所述红外板支架（45）均通过锁紧装置（49）安装到所述滑杆（50）上，所述滑杆（50）安装在所述物料架（44）上，所述红外板支架（45）上均安装有碳纤维红外加热板（46），所述碳纤维红外加热板（46）用于中药材的加热；所述滑杆（50）上划分刻度，所述锁紧装置（49）在所述滑杆（50）上下移动，根据刻度灵活准确改变碳纤维红外加热板（46）与相应料盘（48）的间距；所述超声波系统用于提高传热传质效率以缩短干燥时间，包括超声波发生器（54）与超声波振子（52），超声波发生器（54）与超声波振子（52）连接，超声波发生器（54）位于干燥箱体（2）的侧部，所述超声波振子（52）为偶数并对称设置在物料架（44）上以用于承托料盘（48）；

所述真空系统包括抽气管道（43）、真空电磁阀（41）、水环式真空泵（40）、进水管道（38）、排水管道（39）与冷水机（25），其中，所述抽气管道（43）一端伸入所述干燥室（53），另一端连接所述水环式真空泵（40）的抽气口，所述抽气管道（43）上安装有真空电磁阀（41），所述水环式真空泵（40）的进水口和出水口分别通过进水管道（38）、排水管道（39）与冷水机（25）连接以对循环水进行降温；

所述自动控制系统包括控制箱（55）、触摸屏（56）、温湿度传感器（7）、压力传感器（8）、温度传感器（9）、探针式温度传感器（14）和贴片式传感器（47），所述触摸屏（56）安装在所述控制箱（55）上，所述温湿度传感器（7）用于检测干燥过程中所述干燥室（53）内部的温湿度，所述温度传感器（9）用于检测物料（51）表面温度，所述探针式温度传感器（14）用于检测物料（51）内部温度，所述压力传感器（8）用于检测干燥室（53）内的压力，所述贴片式传感器（47）用于检测碳纤维红外加热板（46）的温度；

所述干燥室（53）的前侧设置有干燥室门（1），所述干燥室门（1）上安装有观察窗（5），所述干燥室（53）左右两侧壁设置均开口，以便于第一进风管道（11）、第二进风管道（20）与温湿度传感器（7）、温度传感器（9）、探针式温度传感器（14）、压力传感器（8）和贴片式传感器（47）伸入干燥室（53）；

所述干燥中药材的装备还包括设备箱体（26），所述设备箱体（26）的内部通过板材分隔为三个区域：上部为吸热区，下部右侧为压缩机区，下部左侧为空气预热区，其中，空气预热区内部板材上端安装循环风机（31），下端开口以便于空气循环加热；空气预热区后壁安装电动风阀（10）以用于新风通过；所述干燥室（53）与设备箱体（26）的空气预热区通过破空管道（37）连通，破空管道（37）上安装有破空电磁阀（42），打破真空状态时，破空电磁阀（42）开启，预加热的空气通过破空管道（37）进入干燥室（53），快速升高干燥室（53）内温度，缩短干燥时间；

所述空气能热泵系统包括压缩机（29）、蒸发器（27）、第一冷凝器（16）和第二冷凝器（30），所述第一冷凝器（16）位于所述加热腔（15）的内部，用于对进入干燥室（53）的空气进行加热；所述蒸发器（27）位于所述设备箱体（26）的上部，用于吸收空气中的热量与干燥过程中排出的部分余热；所述压缩机（29）与所述第二冷凝器（30）位于所述设备箱体（26）下部，所述第二冷凝器（30）用于对真空转换为常压状态时进入所述干燥室（53）内部的空气进行预加热；

所述排湿管道（23）的出口通向蒸发器（27），所述蒸发器（27）用于吸收排湿管道（23）排出湿热空气中的热量；所述设备箱体（26）侧壁安装有引风轴流风机（28），所述引风轴流风机（28）与所述蒸发器（27）相对设置，用于将被吸收完热量的空气引出设备箱体（26）；所述冷水机（25）的排热口朝向蒸发器（27），使得排出的热量被吸收利用。

2.一种热泵联合真空辅助接触式超声的中药材干燥的方法，基于权利要求1所述的接触式超声辅助热泵联合真空干燥中药材的装备实现，其特征在于，包括以下步骤：

通过称重传感器（4）进行去皮；

将均匀平铺有物料（51）的料盘（48）放置在相应的超声波振子（52）上，调整碳纤维红外加热板（46）与料盘（48）的间距，挑选一个物料（51）与温度传感器（9）、探针式温度传感器（14）连接，其中，温度传感器（9）贴在物料（51）表面，探针式温度传感器（14）插入物料（51）内部，关闭干燥室门（1）；

打开控制箱（55）电源开关，通过触摸屏（56）设置干燥温度、相对湿度、真空度上下限以及其他相关参数，参数设置完毕后，启动红外加热系统、热风循环系统与空气能热泵系统；

启动初期为预热阶段，其中，碳纤维红外加热板（46）对中药材进行辐射加热，蒸发器（27）吸收空气中的热量，冷媒介质吸收热量后传输至第一冷凝器（16）处放出热量以将空气加热；

开启第一进风管道（11）、第二进风管道（20）、第一回风管道（22）的热风电磁阀（13）以及电动三通阀（18）靠近第一进风管道（11）的接口，关闭第二回风管道（12）的热风电磁阀（13），在离心风机（19）在作用下，经第一冷凝器（16）加热后的热风通过抽风管道（17）被离心风机（19）抽取，经过第一进风管道（11）与均风器（6）后进入干燥室（53）内部，对物料（51）进行加热后，通过第二进风管道（20）与第一回风管道（22）后回到加热腔（15），完成热风循环；

待温湿度传感器（7）检测到干燥室（53）内温度达到设定温度后，预热阶段结束，进入热风真空干燥阶段；

当位于干燥室（53）两侧的温湿度传感器（7）检测到的两侧温度相差3℃时，开启第二回风管道（12）的热风电磁阀（13）以及电动三通阀（18）靠近第二进风管道（20）的接口，关闭第一回风管道（22）的热风电磁阀（13）,干燥室（53）内热风的进入与流出方向发生反转,实现风向变化；

当位于干燥室（53）两侧的温湿度传感器（7）检测到的两侧温度再次相差3℃时，风向再次变化，依此往复；

探针式温度传感器（14）检测物料（51）内部温度，当物料（51）内部温度趋于稳定，温度变化速率小于等于1℃/min时，干燥机进入真空干燥状态，热风电磁阀（13）关闭，第一冷凝器（16）停止工作，空气预热区空气被加热，真空系统开始工作，碳纤维红外加热板（46）持续对物料（51）辐射加热，真空电磁阀（41）开启，水环式真空泵（40）运行，通过抽气管道（43）抽出干燥室（53）内的湿热空气，冷水机（25）对水环式真空泵（40）中的循环水进行冷却，保证水环式真空泵（40）正常工作；

压力传感器（8）实时检测干燥室（53）内部压力的变化，当干燥室（53）内部压力在设定的真空度上下限时，停止抽真空以维持真空度，此时，物料（51）中水分沸点降低，水分气化吸收大量的热量，物料（51）内部温度降低；

当控制系统检测到物料（51）内部温度从迅速下降状态趋于稳定即温度变化速率小于等于1℃/min且干燥室（53）内部相对湿度变化速率小于等于0.5%/min时，切换为常压干燥模式；

当物料（51）内部温度再一次上升趋于稳定即温度变化速率小于1℃/min时，切换为真空干燥，不断重复上述步骤；

真空阶段，空气预热区中的空气经过第二冷凝器（30）加热，在循环风机（31）的作用下，由分隔板上部的出风口流出后，经过分隔板下部的回风口再次进入加热区域，被第二冷凝器（30）进行循环加热；破空阶段，破空电磁阀（42）开启，电动风阀（10）开启，热空气进入干燥室（53）内部，当干燥室（53）内部恢复常压，破空电磁阀（42）关闭，停止预热空气；

在真空干燥过程中，当温度传感器（9）检测的物料（51）表面温度与探针式温度传感器（14）检测的物料（51）内部温度相差大于3℃时，物料（51）处于干燥前期，干燥室（53）内维持较高相对湿度不进行排湿；当物料（51）表面温度与物料（51）内部温度相差处于1~3℃时，进入干燥中期，此时在常压干燥阶段进行排湿工作；

当检测到相对湿度超过设定参数时，加热腔（15）处的电动风阀（10）开启，排湿风机（21）开启，排湿电磁阀（24）开启，将湿热空气排入到蒸发器（27）处，降低干燥室（53）内的相对湿度；

当相对湿度达到设定参数时，停止排湿；

当物料（51）表面温度与内部温度相差低于1℃时，进入干燥后期，开始接触式超声辅助热泵干燥阶段；

接触式超声辅助热泵干燥阶段，空气能热泵系统与碳纤维红外板联合加热，真空系统停止运行，排湿风机（21）开启，排湿电磁阀（24）开启，持续排湿；超声波系统工作，超声波发生器（54）开启，超声波振子（52）与料盘（48）直接接触，将能量传递到物料（51）中去；

当称重传感器（4）检测到物料（51）重量达到目标值时，干燥结束。