CN202172804U - 一种适用于食品的干燥装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于干燥食品的装置，具体为一种适用于食品的干燥装置，其包括干燥室、转轮除湿系统、制冷系统、加热器、加湿器、循环送风系统、主风路和控制系统。干燥室、制冷系统蒸发器、加热器、加湿器、循环风机依次通过风管连接形成主风路。转轮除湿系统与主风路并联连接。根据干燥曲线和干燥速度曲线，调整干燥室温度、相对湿度和风速，将实际含水量与产品含水量比较以确定是否结束干燥过程。采用加热降湿、蒸发器结露除湿以及转轮除湿机的吸附除湿三种方法实现干燥室湿度控制。该装置控制范围宽，均匀性好，风速可调，可实时监测干燥物料重量，控制干燥过程，降低能耗，可用于果蔬、调料、鱼类、肉类、蛋制品、凝胶制品或/和谷物的干燥。
Description
技术领域
本实用新型具体涉及一种适用于食品的干燥装置。适用于果蔬、调料、鱼类、肉类、蛋制品、凝胶制品或/和谷物的干燥。
背景技术
热风干燥广泛应用于化工、食品、轻工、纺织、煤炭、农林产品加工和建材等领域。我国干燥设备的发展较晚，主要从引进仿制日本、前苏联等国家的干燥机开始的，发展至今，已取得了较大的突破。如中国专利公开号CN201365487Y介绍了一种多段式温湿度可控的干燥机，利用加热器和加湿器实现温湿度的控制。专利公开号CN101191697A介绍了一种低温干燥系统装置，利用预热排湿和降温等辅助装置实现快速降低干燥室内空气的相对湿度。专利公开号CN201187937介绍了一种制冷式恒温干燥箱，利用蒸发器除湿和降温，利用加热器平衡蒸发器的冷量达到恒温控制的目的。专利公开号CN102016431A介绍了一种除湿装置和方法，利用与冷却流体相连的三个盘管实现除湿和温度控制的目的。上述各干燥设备或装置的一个共同的特点就是采用的除湿方法相对单一，且不能对干燥过程进行控制。专利公开号CN101909723A介绍了一种除湿装置，利用制冷蒸发器和除湿转轮提高了该装置的除湿能力，但是该装置只是用来实现空气干燥的，不是用来干燥物品的，也不具备控制干燥过程的功能。
专利公开号CN1530621A介绍了一种干燥设备及方法，利用电阻或微波加热来干燥物品，利用湿度传感器和重量传感器测量干燥物品的除湿湿度和重量，与预定的数据比较，并在比较结果的基础上控制物品的干燥时间。但是该方法只能根据物品的重量和湿度来调整干燥时间，不能根据物品的干燥程度以及干燥速度来调整干燥过程的温湿度等参数。该专利文献对对实施该发明的其他技术细节的公开也是不充分的，本领域的技术人员依据该文献无法实现该发明并达到该发明所述的效果。实际上，在很多物料的干燥过程中需要根据物料的干燥程度以及干燥速度调整干燥过程的温度、湿度等参数以保证物料的干燥质量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种适用于食品的干燥装置，该装置可用于果蔬、调料、鱼类、肉类、蛋制品、凝胶制品或/和谷物的干燥。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型将加热降湿、制冷蒸发器结露除湿以及转轮除湿机吸附除湿三种方法结合起来，利用温湿度传感器、风速传感器和重量传感器检测干燥室内的温度、湿度、风速以及干燥物品的重量，通过控制转轮除湿系统、制冷系统、加热器和加湿器来实现对干燥室内的温度和湿度的精确控制，通过变频器来控制风机的转速实现干燥室内风速的控制，根据预先给定的干燥物料(例如各种果蔬、调料、鱼类、肉类、蛋制品、凝胶制品或/和谷物等食品类，下同)的初始含水量以及实时检测的干燥物料的重量等数据绘制干燥曲线和干燥速度曲线， 并根据干燥曲线和干燥速度曲线的特点调整干燥室的温度、相对湿度和风速从而达到控制食品类的干燥过程的目的。
具体地说，本实用新型的技术方案如下：
一种适用于食品的干燥装置，其包括干燥室(200)、转轮除湿系统(300)、制冷系统(400)、加热器(500)、加湿器(600)、循环送风系统(700)、主风路(800)和控制系统(900)；
干燥室(200)、制冷系统蒸发器(422)、加热器(500)、加湿器(600)、循环送风系统(700)依次通过风管连接形成主风路(800)；
转轮除湿系统(300)与主风路(800)并联连接；
循环送风系统(700)包括循环风机(710)与变频调速器(720)，所述的循环风机与变频调速器依次连接。
所述的干燥室(200)包括箱体(210)、称重托盘(220)和称重托盘支架(230)；
所述箱体(210)底部开有4个孔，分别安装4个重量传感器(933)和称重托盘(220)的4个支架(230)，箱体(210)两侧装有匀风板(240)；
所述箱体(210)顶部开有2个孔，分别安装温湿度传感器(931)和风速传感器(932)。
所述的转轮除湿系统(300)包括过滤器(310)、蒸发器(421)、风机(320)、转轮除湿机(330)和电磁风阀(341、342)；
过滤器(310)、蒸发器(421)、风机(320)、转轮除湿机与电磁风阀(341、342)依次通过风管连接，再并联到主风路上。
所述的制冷系统(400)包括一台压缩机(410)、两个蒸发器(421、422)、一个冷凝器(430)以及三个电磁阀(441、442、443)，所述的蒸发器(421、422)分别通过电磁阀(441、442)与压缩机(410)连接，冷凝器(430)直接与压缩机(410)连接。所述的蒸发器(421)安装于转轮除湿系统中，蒸发器(422)安装于主风路(800)中，冷凝器安装于干燥装置箱体外。
所述的控制系统(900)包括计算机(910)、控制器(920)、信号检测模块(930)和继电接触器控制系统(940)；
计算机(910)、控制器(920)、信号检测模块(930)和继电接触器控制系统(940)依次连接；
所述的信号检测模块(930)包括温湿度传感器(931)、风速传感器(932)、重量传感器(933)；温湿度传感器(931)、风速传感器(932)和重量传感器(933)分别与控制器(920)连接；
所述的温湿度传感器(931)和风速传感器(932)安装于干燥室(200)内，重量传感器(933)安装于干燥室(200)底部。
应用上述装置干燥食品的方法，其步骤如下：
(1)将待干燥的食品置于干燥室中；
(2)设定干燥过程的参考温度、相对湿度、风速，物料初始含水量和产品含水量；
(3)实时检测重量、温度、相对湿度、风速，计算含水量，并绘制干燥曲线、干燥速度 曲线、温度、相对湿度以及风速的响应曲线；
(4)根据干燥曲线和干燥速度曲线的特征，调整干燥室温度、相对湿度和风速；
(5)将实际含水量与产品的含水量进行比较，通过控制器(920)来确定是否结束干燥过程；
(6)用温湿度传感器(931)检测干燥室(200)内的实际温度和相对湿度，与预先设定的温度和相对湿度进行比较，通过控制器(920)控制加热器(500)、制冷系统(400)、转轮除湿系统(300)及加湿器(600)的启停，控制干燥室内的温度和相对湿度。
控制干燥室内相对湿度的方法如下：相对湿度为50％以上时，使制冷系统(400)启动，利用蒸发器(422)结露除湿；相对湿度为30％以下时，使转轮除湿系统(300)和制冷系统(400)启动，利用吸附除湿和结露除湿相结合的方法进行除湿；温度为60℃以上时，启动加热器(500)进行降湿。
所述的食品是各种果蔬、调料、鱼类、肉类、蛋制品、凝胶制品或/和谷物。
本实用新型的主要优点如下：
(1)温湿度调节范围宽，适应性强。本实用新型结合了加热降湿、蒸发器结露除湿以及转轮除湿机的吸附除湿三种方法来实现干燥室的湿度控制，具有温湿度控制范围宽，温度可以在5℃～80℃范围内任意调节，相对湿度可以在20％～70％范围内任意调节，温湿度均匀性好，风速可调等特点。
(2)能实时了解干燥的动态过程，实现干燥程度和干燥质量可控。能在干燥过程中自动测量干燥物料的重量，绘制干燥曲线，并能根据干燥曲线以及干燥物料的重量等信息对干燥过程的温度、相对湿度及风速进行调整来实现对干燥过程的控制，可以确保干燥物料的质量，同时还能降低能耗。
本实用新型的装置可用于果蔬、调料、鱼类、肉类、蛋制品、凝胶制品或/和谷物的干燥。
附图说明
图1：是本实用新型的干燥装置结构框图。虚线框代表各控制单元。
图2：是本装置控制系统框图。
图3：本实用新型的控制流程图。
图4：是本实用新型的其中实施例的应用效果。当温度设定为80℃、相对湿度设定为70％的条件下实测干燥室内的温度和相对湿度响应曲线，其中图4a是温度响应曲线，图4b是相对湿度响应曲线。
图5：是本实用新型的其中实施例的应用效果。当温度设定为5℃、相对湿度设定为20％的条件下实测干燥室内的温度和相对湿度响应曲线，其中图5a是温度响应曲线，图5b是相对湿度响应曲线。
图6：是本实用新型的其中实施例的应用效果。实测干燥室内的风速响应曲线。
图7：是本实用新型的其中实施例的应用效果。图7a是黎豆荚在不同条件下的干燥曲线， 图7b是黎豆荚在不同干燥条件下的干燥速度曲线。
图8：是本实用新型的其中实施例的应用效果。即干燥室内的温度、相对湿度和风速控制曲线。
图中各编号含义如下：
200-干燥室
210-箱体，220-称重托盘，230-称重托盘支架，240-匀风板，201-重量传感器，202-温湿度传感器，203-风速传感器；
300-转轮除湿系统
310-过滤器，320-风机，330-转轮除湿机，341、342-电磁风阀；
400-制冷系统
410-压缩机，421、422-蒸发器，430-冷凝器，441、442、443-电磁阀；
500-加热器，600-加湿器，710-循环风机，720-变频调速器，800-主风路；
900-控制系统
910-计算机，920-PLC控制器，930-信号检测模块：931-温湿度传感器，932-风速传感器，933-重量传感器；940-继电接触器控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
实施例1
由图1-图2所示，申请人设计了一种适用于食品的干燥装置，其包括干燥室(200)、转轮除湿系统(300)、制冷系统(400)、加热器(500)、加湿器(600)、循环送风系统(700)、主风路(800)和控制系统(900)；
干燥室(200)、制冷系统蒸发器(422)、加热器(500)、加湿器(600)、循环送风系统(700)依次通过风管连接形成主风路(800)；
转轮除湿系统(300)与主风路(800)并联连接；
循环送风系统(700)包括循环风机(710)与变频调速器(720)，所述的循环风机与变频调速器依次连接。
所述的干燥室(200)包括箱体(210)、称重托盘(220)和称重托盘支架(230)；
所述箱体(210)底部开有4个孔，分别安装4个重量传感器(933)和称重托盘(220)的4个支架(230)，箱体(210)两侧装有匀风板(240)；
所述箱体(210)顶部开有2个孔，分别安装温湿度传感器(931)和风速传感器(932)。
所述的转轮除湿系统(300)包括过滤器(310)、蒸发器(421)、风机(320)、转轮除湿机(330)和电磁风阀(341、342)；
过滤器(310)、蒸发器(421)、风机(320)、转轮除湿机与电磁风阀(341、342)依次通过风管连接，再并联到主风路上。
转轮除湿机采用瑞士蒙特转轮除湿机，除湿量在常温下大于6Kg/h，蒸发器421用于处理进入转轮除湿机的再生风，以降低再生风的相对湿度，电磁风阀用于切断或打开转轮除湿系统与主风路的连接通道。
所述的制冷系统(400)包括一台压缩机(410)、两个蒸发器(421、422)、一个冷凝器(430)以及三个电磁阀(441、442、443)，蒸发器(421、422)分别通过电磁阀(441、442)与压缩机(410)连接，冷凝器(430)直接与压缩机(410)连接，所述的蒸发器(421)安装于转轮除湿系统中，蒸发器(422)安装于主风路中，冷凝器安装于干燥装置箱体外。
本实施例中的压缩机可采用商购的法国原装进口泰康牌5HP全密封式压缩机，冷媒选用环保冷媒，冷凝器为鳍片式冷凝器附散热马达，蒸发器为鳍片式多段式自动负载容量调整蒸发器。电磁阀(441)用于接通蒸发器(421)的冷媒通路，与转轮除湿机同步启动时。电磁阀(442)与压缩机同步开启，保证压缩机与蒸发器(422)同步工作。蒸发器(422)用来对主回路的风进行处理，电磁阀(443)只在对蒸发器(422)进行除霜的时候才打开，当电磁阀443打开时，电磁阀442必须关闭，除霜结束时，电磁阀443关闭，442打开。
所述的控制系统(900)包括计算机(910)、控制器(920)、信号检测模块(930)和继电接触器控制系统(940)；
计算机(910)、控制器(920)、信号检测模块(930)和继电接触器控制系统(940)依次连接；
所述的信号检测模块(930)包括温湿度传感器(931)、风速传感器(932)、重量传感器(933)；温湿度传感器(931)、风速传感器(932)和重量传感器(933)分别与控制器(920)连接；
所述的温湿度传感器(931)和风速传感器(932)安装于干燥室(200)内，重量传感器(933)安装于干燥室(200)底部。
本实施例的控制程序参见图3，控制连接参见图1-图2。
本实用新型的控制器可选用商购的西门子公司的PLC，参考型号为S7-200CPU 224XP，温湿度传感器(931)与风速传感器(932)连接到模拟量模块EM235，重量传感器连接到称重模块参考型号为SIWAREX MS，计算机通过数据线连接到PLC的RS-485通信端口。PLC的开关量输出端口连接继电接触器控制系统，PLC通过继电接触器控制系统来实现对制冷系统、除湿系统、加热器和加湿器的控制(见图1-图3)。
在本实施例中申请人所提供的设备或元器件的选型只是说明本实用新型的实施例，但是不限于此。
实施例2
利用实施例1所述装置干燥食品的方法，其步骤如下：
(1)将待干燥的食品置于干燥室中；
(2)设定干燥过程的参考温度、相对湿度、风速，物料初始含水量和产品含水量；
(3)实时检测重量、温度、相对湿度、风速，计算含水量，并绘制干燥曲线、干燥速度曲线、温湿度以及风速的响应曲线；
(4)根据干燥曲线和干燥速度曲线的特征，调整干燥室温度、相对湿度和风速；
(5)将实际含水量与产品的含水量进行比较，通过控制器(920)来确定是否结束干燥过程；
(6)用温湿度传感器(931)检测干燥室(200)内的实际温度和相对湿度，与预先设定的温度和相对湿度进行比较，通过控制器(920)控制加热器(500)、制冷系统(400)、转轮除湿系统(300)及加湿器(600)的启停，控制干燥室内的温度和相对湿度。
其中控制干燥室内湿度的方法如下：相对湿度为50％以上时，使制冷系统(400)启动，利用蒸发器(422)结露除湿；相对湿度为30％以下时，使转轮除湿系统(300)和制冷系统(400)启动，利用吸附除湿和结露除湿相结合的方法进行除湿；温度为60℃以上时，启动加热器(500)进行降湿。
所述的干燥曲线为物料的平均干基含水量与干燥时间的关系曲线，它说明物料在干燥过程中，平均干基含水量随干燥时间变化的关系。其中干燥速度是指单位时间内干基含水量的变化量。
计算公式如下所示：
以下含水量如无特殊说明，均为干基含水量。
本实用新型的工作原理如下所述：
干燥曲线的绘制：重量传感器检测物料的重量，并将该重量信号送到控制器，控制器将实时检测到的重量信号通过数据线送到计算机，计算机再根据预先给定的物料的初始含水量、物料的初始重量以及物料的实时重量，计算出该时刻物料的含水量、干燥速度，绘制干燥曲线。
根据预先给定的物料初始含水量X0、重量传感器检测的物料初始重量G0及ti时刻重量Gi计算ti时刻含水量Xi：
干燥参数的调整原理：根据物料的干燥曲线、速度曲线的特性，调整干燥温度湿度风速。在干燥前期，由于物料的水分含量较高，可以用较强的干燥条件，如较高的温度和(或)风速和(或)较低的相对湿度，以提高干燥速度，且对干燥物料的品质影响不大。在干燥后期，由于物料的水分含量减少，为了避免干燥过程中物料发生壳化、龟裂、收缩、褐变、氧化哈变、营养成分损失等不利的因素发生，需要适当的减弱干燥条件。
干燥过程和结果可以存储在系统中，供以后的干燥控制参考。若干燥速度曲线中恒速干燥阶段过程较长，表明物料内部水分扩散速度跟不上表面水分气化速度，可以通过提高温度或(和)风速或(和)降低相对湿度的方法强化前期的干燥条件，提高物料内部水分扩散速度，从而提高干燥速度，减小物料收缩、褐变等品质劣变的现象。若干燥速度曲线中降速干燥阶段过程较长，或干燥速度很慢，表明物料表面水分气化速度小于内部水分扩散速度，可以通过降低温度或(和)风速或(和)提高相对湿度的方法弱化干燥条件，以降低物料表面水分气化速度，减少壳化、龟裂等品质劣变的现象。在干燥后期，为了使物料最终含水量达到较低的水平，便于保藏，且产品品质优良，可将温度和相对湿度降到较低的水平，即温度保持为40℃以下，相对湿度30％以下。
整个控制过程可由控制系统自动完成，也可手动调控完成，操作者只需要按照预先设定干燥过程的参考温度、相对湿度、风速以及输入物料的初始含水量和干燥物料的最终含水量，控制系统即可自动完成上述所有任务(见图3所示的控制流程)。
实施例3(应用实施例)：
1.空载试验
应用实施例1的干燥装置进行空载试验，测试空载情况下该装置的温度和相对湿度响应曲线。图4是高温高湿的试验，温度设定为80℃、相对湿度设定为70％时的温度和相对湿度的响应曲线，图5是低温低湿的试验，温度设定为5℃、相对湿度设定为20％时的温度和相对湿度响应曲线。图6是风速设定为2m/s的响应曲线。表1是不同温度和相对湿度下的控制性能分析。
表1空载条件下不同温度和相对湿度下控制的性能分析
表1的说明：表1第1列“设定值”栏内的中间百分号前的数据为相对湿度。
2.物料干燥试验
应用本装置进行物料干燥试验，试验材料为黎豆荚。
(1)试验材料
黎豆荚的干燥试验，采自湖北省武汉市华中农业大学教学实习基地试验田的新鲜黎豆，取豆荚，于沸水中煮制10min，去掉豆荚表皮，取约1kg处理过的黎豆荚，于常用的恒温干燥箱预先干燥，测得其初始含水量为5.82(干基)，要求产品含水量为0.1(干基)。
(2)试验方法
含水量(干基)的测定：
根据物料初始含水量X0、重量传感器检测的物料初始重量G0及ti时刻重量Gi计算ti时刻含水量Xi：
计算公式如下：
复水率和收缩率的测定：
复水率的测定：以复水后的质量和复水前的质量比值表示复水率。
收缩率的测定：采用软尺和游标卡尺测量黎豆荚干燥前后的长度、宽度和厚度，黎豆荚收缩率计算公式如下：
式中：V0为干燥前黎豆荚的体积(cm3)；Vt为干燥后黎豆荚的体积(cm3)。
感官评定：
感官评价采用5人小组评分制，黎豆荚色泽和形状的评定采用干燥后的产品，口感的评定是将干制黎豆荚在100℃水中复水5min后，沥干，进行口感评价。
色泽：色泽鲜艳，无褐变8-10，色泽有轻微褐变5-7，色泽严重褐变0-5
形状：收缩较小，无裂纹8-10，收缩较大有卷边现象5-7，卷边较严重0-5
口感：复水后脆嫩8-10，复水后脆嫩，有生硬感5-7，复水后生硬0-5
(3)试验结果
图7a是黎豆荚在不同的试验条件下的干燥曲线，图7b为干燥速度曲线。图8是温度、相对湿度和风速控制曲线。
试验1，采用恒温恒湿干燥方法，干燥条件：温度70℃、相对湿度25％，风速2.0m/s。由图7所示的恒温恒湿条件下的黎豆荚干燥曲线和干燥速度曲线可知，在干燥过程达到平衡时，黎豆荚的含水量为0.36，仍高于预先设定的最终含水量，干燥时间约300min。
试验2，应用本实用新型的干燥方法，采用变温和改变相对湿度的干燥方法，在干燥前预先设定干燥条件为：温度70℃、相对湿度45％，风速2.0m/s。干燥前期，物料水分含量较高，采用较高的温度，同时，为了获得较高的干燥速度，采用试验1的较高相对湿度(相对湿度为45％)。随着干燥的进行，水分含量减少。在干燥后期(大约60min左右)，系统根据干燥速度的下降趋势，自动将温度调整到60℃，相对湿度降至25％，以便于保持较高的干燥速度和良好的产品品质。由图6所示的变温和改变相对湿度的条件下的黎豆荚干燥曲线和干燥速度曲线可知，达到产品要求的含水量0.1的时间约为250min，届时系统自动停机。
试验3，应用本实用新型的干燥方法，采用变温和改变相对湿度以及风速的干燥方法，在试验2的基础上，前期采用较试验2高的风速(2.2m/s)，后期转入较低的风速(1.8m/s)，可以进一步提高干燥速度，缩短干燥时间，温度和相对湿度及风速的控制曲线如图8所示。达到产品要求的含水量0.1的时间约为200min，此时系统自动停机。
比较上述三种干燥试验结果可知，采用变化的干燥条件，即干燥前期较高的温度、相对湿度和风速，干燥后期采用较低的温度、相对湿度和风速，干燥速度快，干燥时间短。而且干燥物料品质较好，干燥产品色泽鲜艳，褐变小，形状规整，有黎豆荚特有的淡香味，复水 速度快，口感脆嫩。具体结果见表2。
表2不同干燥条件对黎豆荚的品质的影响
Claims (5)
1.一种适用于食品的干燥装置，其特征在于：
包括干燥室(200)、转轮除湿系统(300)、制冷系统(400)、加热器(500)、加湿器(600)、循环送风系统(700)、主风路(800)和控制系统(900)；
干燥室(200)、制冷系统蒸发器(422)、加热器(500)、加湿器(600)、循环送风系统(700)依次通过风管连接形成主风路(800)；
转轮除湿系统(300)与主风路(800)并联连接；
循环送风系统(700)包括循环风机(710)与变频调速器(720)，所述的循环风机与变频调速器依次连接。
2.根据权利要求1所述的干燥装置，其特征在于：
所述的干燥室(200)包括箱体(210)、称重托盘(220)和称重托盘支架(230)；
所述箱体(210)底部开有4个孔，分别安装4个重量传感器(933)和称重托盘(220)的4个支架(230)，箱体(210)两侧装有匀风板(240)；
所述箱体(210)顶部开有2个孔，分别安装温湿度传感器(931)和风速传感器(932)。
3.根据权利要求1所述的干燥装置，其特征在于：
所述的转轮除湿系统(300)包括过滤器(310)、蒸发器(421)、风机(320)、转轮除湿机(330)和电磁风阀(341、342)；
过滤器(310)、蒸发器(421)、风机(320)、转轮除湿机与电磁风阀(341、342)依次通过风管连接，再并联到主风路上。
4.根据权利要求1所述的干燥装置，其特征在于：
所述的制冷系统(400)包括一台压缩机(410)、两个蒸发器(421、422)、一个冷凝器(430)以及三个电磁阀(441、442、443)，蒸发器(421、422)分别通过电磁阀(441、442)与压缩机(410)连接，冷凝器(430)直接与压缩机(410)连接，所述的蒸发器(421)安装于转轮除湿系统中，蒸发器(422)安装于主风路(800)中，冷凝器安装于干燥装置箱体外。
5.根据权利要求1所述的干燥装置，其特征在于：
所述的控制系统(900)包括计算机(910)、控制器(920)、信号检测模块(930)和继电接触器控制系统(940)；
计算机(910)、控制器(920)、信号检测模块(930)和继电接触器控制系统(940)依次连接；
所述的信号检测模块(930)包括温湿度传感器(931)、风速传感器(932)、重量传感器(933)；温湿度传感器(931)、风速传感器(932)和重量传感器(933)分别与控制器(920)连接；
所述的温湿度传感器(931)和风速传感器(932)安装于干燥室(200)内，重量传感器(933)安装于干燥室(200)底部。
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