一种冷冻热风组合干燥箱及其工作方法
1.本发明属于农产品深加工技术领域，具体涉及一种冷冻热风组合干燥箱及其工作方法。
背景技术：
2.干燥是农产品深加工利用的关键工艺。目前的干燥技术种类众多，但各种干燥技术既有各自的优点，又有其不同的局限性。热风干燥过程具有操作简单、成本低等优点，但热风干燥对农产品的质构破坏严重，使其外观皱缩变形，泽褐变，营养成分大量流失。真空冷冻干燥能够维持农产品内部主要结构和形状，利于水分迁移和酥脆质地的形成，同时可较好的保留热敏性的vc等营养成分，但冻干后期干燥缓慢，耗时长，干燥成本太高。真空冷冻-热风组合干燥分为两个阶段，第一阶段是真空冷冻干燥过程，在初始含水率较高的的条件下，短时间内除去大部分水分，维持农产品内部主要结构和形状，利于水分迁移和酥脆质地的形成，保持了产品原有的外观形状，质地较脆，泽变化较小；第二阶段是热风干燥过程，由于农产品热风干燥过程中造成的皱缩现象主要发生在干燥前期，所以在干燥后期采用热风干燥，可以节省干燥时间、降低干燥能耗、保持物料形状。
3.目前存在的真空冷冻-热风组合干燥只是单一的分阶段干燥方式的组合，常规的干燥箱只能进行一种干燥形式，人们在实际操作过程会因更换干燥设备，造成农产品干制品品质下降、生产效率低、生产成本高、能耗大等问题。
技术实现要素：
4.为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种冷冻热风组合干燥箱及其工作方法，在保持农产品干制品的香味及营养成分的同时，降低了能耗，缩短了干燥时间；生产连续性好、效率高。
5.本发明通过以下技术方案来实现：
6.本发明公开的一种冷冻热风组合干燥箱，包括真空泵、箱体和设在箱体内的制冷压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、冷阱、气液分液器、鼓风机、电加热器、干燥腔体和均风装置；
7.制冷压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、冷阱和气液分液器依次连接形成循环回路；干燥腔体设在冷阱内，干燥腔体内设有料架，料架上设有电加热装置；干燥腔体与真空泵连接；干燥腔体还分别连接有出风管和排水管；鼓风机通过热风管道与均风装置连接，热风管道上设有电加热器，均风装置的出风范围覆盖料架。
8.优选地，干燥腔体上部设有热风挡板，热风挡板与干燥腔体的侧壁及后壁无缝连接，热风挡板的长度小于干燥腔体的长度。
9.优选地，鼓风机与电加热器之间设有换热器，换热器的低温侧入口与鼓风机连接，低温侧出口与电加热器连接，电加热器与均风装置连接，电加热器与均风装置之间的管道上设有第一热风控制阀；干燥腔体上部设有热风收集箱，热风收集箱上设有热风出口，热风
出口与换热器的高温侧入口连接，换热器的高温侧出口连接有出风管，热风出口与换热器高温侧入口之间的管道上设有第二热风控制阀。
10.优选地，箱体上设有箱门和操作显示台，箱门设在干燥腔体的开口处，箱门与箱体通过合页铰接；箱门上设有透明观察窗。
11.进一步优选地，箱门外侧设有可旋转的把手，箱体上对应设有卡位杆，把手旋转后能够与卡位杆进行锁紧；箱门内侧设有第一密封圈，干燥腔体的开口处设有第二密封圈，当箱门锁紧后，第一密封圈与第二密封圈紧密贴合。
12.优选地，电加热装置为电加热板，料架包括若干料盘和料架杆，料盘设在料架杆上，电加热板设在料盘的底面。
13.进一步优选地，料盘上设有阵列排布的通孔，电加热板设在料盘无通孔处。
14.优选地，均风装置包括风箱和若干挡板，风箱进口与所述热风管道连接，进口处设有风箱均风板；风箱出口正对料架设置，若干挡板设在风箱出口，相邻挡板之间形成出风夹缝。
15.进一步优选地，风箱为直角梯形结构，进口设在底面上，出口设在竖直面上；风箱均风板上排布有若干风量均分器。
16.本发明公开的上述冷冻热风组合干燥箱的工作方法，包括
17.第一阶段真空冷冻干燥：关闭鼓风机和电加热器，开启制冷压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、冷阱和气液分液器的循环回路；使干燥腔体内的温度降低至预设冷冻温度，将物料放置在料架上，待物料内部的水分完成冻结以后，开启真空泵，使干燥腔体内的压力降低到水分三相点对应的压力以下；开启电加热装置对物料进行加热，加热温度低于物料中冰晶的共融点，使物料内部的水分升华，待到水分升华完成以后，继续升高加热温度，使物料内部的水分解析；当物料的含水率降低到所需联合干燥的转换点含水率时，关闭真空泵，对干燥腔体进行泄压处理；
18.第二阶段热风干燥：关闭制冷压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、冷阱和气液分液器的循环回路，打开鼓风机和电加热器，由鼓风机输送的空气经电加热器加热后通过均风装置进入干燥腔体，对物料进行热风干燥处理，干燥完的热风由出风管排出，水由排水管排出；当物料含水率降低到预设值时，关闭鼓风机和电加热器，完成物料的真空冷冻-热风组合干燥。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.本发明公开的一种冷冻热风组合干燥箱，采用真空冷冻-热风组合的干燥方式，在保持农产品干制品的香味及营养成分的同时，降低了能耗，缩短了干燥时间；解决了在干燥过程中因更换干燥设备，造成农产品干制品品质下降、生产效率低、生产成本高、能耗大等问题，实现了干燥生产过程的连续化。常规的真空冷冻干燥完成以后需要很长的时间来进行箱体的化霜，而本发明的设备可以利用热风系统快速对箱体进行化霜操作，减少了化霜时间，大幅提高了干燥效率。本发明实现了“一箱多用”的功能，既能进行单一的热风、真空冷冻干燥，又能进行热风-真空冷冻、真空冷冻-热风联合干燥，减少设备成本，提高工作效率。
21.进一步地，使用直角梯形式风箱，能够很大程度上提高热风干燥的均匀性，保证产品的品质。
22.本发明公开的上述冷冻热风组合干燥箱的工作方法，自动化程度高、干燥效率高、生产连续性好、能耗低，能够保持农产品干制品的品质，适合广泛地应用推广。
附图说明
23.图1为本发明的冷冻热风组合干燥箱的内部系统整体示意图；
24.图2为本发明的冷冻热风组合干燥箱的外部结构示意图；
25.图3为本发明的冷冻热风组合干燥箱的箱门开启后的整体结构示意图；
26.图4为本发明的冷冻热风组合干燥箱的箱门开启后的正视示意图；
27.图5为料架的示意图；
28.图6为均风装置的三维结构示意图；
29.图7为风箱内部的结构示意图；
30.图8为风量均分器的结构示意图；
31.图9为本发明的冷冻热风组合干燥箱的系统简图。
32.图中：1为制冷压缩机，2为冷凝器，3为储液器，4为干燥过滤器，5为膨胀阀，6为冷阱，7为气液分液器，8为鼓风机，9为换热器，10为电加热器，11为第一热风控制阀，12为第二热风控制阀，13为真空泵，14为箱体，15为箱门，151为把手，152为第一密封圈，153为卡位杆，16为操作显示台，17为干燥腔体，171为第二密封圈，172为料架，1721为料盘，1722为电加热板，1723为料架杆，173为真空泵孔，174为热风挡板，175为热风出口，176为电加热丝及传感器线孔，18为均风装置，181为挡板，182为热风收集箱，183为风箱，1831为风箱均风板，18311为风量均分器。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
34.如图1～图4、图9，本发明的一种冷冻热风组合干燥箱，主要由真空冷冻干燥系统和热风干燥系统两大系统组成，此外还包括：真空泵13、箱体14、箱门15、操作显示台16、干燥腔体17和均风装置18。
35.真空冷冻干燥系统由制冷压缩机1、冷凝器2、储液器3、干燥过滤器4、膨胀阀5、冷阱6(蒸发器)和气液分液器7依次连接形成循环回路。
36.热风干燥系统由鼓风机8、换热器9、电加热器10、第一热风控制阀11和第二热风控制阀12连接组成。
37.冷阱6内安置有干燥腔体17，干燥腔体17内开有真空泵孔173，真空泵孔173通过管道与真空泵13相连，管道上设有电磁阀；干燥腔体17底部有排水孔，排水孔连接有排水管，排水管上设有排水阀；干燥腔体17上还设有电加热丝及传感器线孔176。
38.干燥腔体17上部设置有热风挡板174，热风挡板174与干燥腔体17侧壁及后壁无缝焊接，热风挡板174的长度略小于干燥腔体17的长度，使携带物料水分的热风可以从热风挡板174前部与箱门15之间的缺口排出。热风挡板174上部设置有热风收集箱182，热风沿热风挡板174上部流向热风收集箱182，热风收集箱182开有热风出口175，热风出口175与换热器9通过管道相连，管道上设有第二热风控制阀12。箱门15和箱体14通过合页铰接，箱门15上
设有把手151、第一密封圈152和圆形的玻璃视窗，第一密封圈152可以采用橡胶密封圈；箱体14上设有卡位杆153，把手151与卡位杆153通过旋转把手151实现箱门15开闭；圆形的玻璃视窗可以更好的观察干燥腔体17的情况。箱体14上设有操作显示台16，可对干燥参数进行设置，并且实时显示干燥箱内各种参数变化。干燥腔体17的开口设置有第二密封圈171，第二密封圈171可以采用橡胶密封圈，并可与第一密封圈152紧密贴合，保证干燥腔体17内的真空环境。
39.如图5，干燥腔体17中安置有料架172，料架172由料盘1721、电加热板1722和料架杆1723组成，料盘1721表面开有按阵列排布的小孔，增加热风与物料接触的面积，提高干燥效率，电加热板1722紧贴料盘1721的无孔处设置，减少了真空冷冻干燥系统的能耗损失。料盘1721和电加热板1722分别由2根铝合金材质的料架杆1723支撑，减轻了设备自身的重量；电加热板1722与料架杆1723固定成一体，减少设备材料的浪费；3个料盘1721可自由拆卸，方便人工操作。
40.如图6和图7，均风装置18采用直角梯形式的风箱183，使进入干燥腔体17的热风更加均匀，挡板181阻挡热风，使热风从挡板181之间的缝隙中流出，挡板181正对每个料盘1721，且每个挡板181上下各有一个夹缝，使热风更加均匀且最大程度的流向料盘1721，提高干燥效率。风箱183进口处设有风箱均风板1831，风箱均风板1831上安置有风量均分器18311，风量均分器18311呈等边三角形排列在风箱均风板1831上。如图8，风量均分器18311采用风帽式结构，表面开有若干小孔，使热风在流出时分布更加均匀。
41.上述冷冻热风组合干燥箱的工作方法包括：
42.物料在本发明的冷冻热风组合干燥箱中经过两阶段的干燥过程。第一阶段进行真空冷冻干燥，接通电源，通过操作显示台16选择真空冷冻干燥系统，对相关参数进行设置，并且控制制冷压缩机1工作，使干燥腔体17温度降低，待温度降至所需冷冻温度时，转动把手151，使把手151脱离卡位杆153，通过合页转动，打开箱门15，拿出3个料盘1721，将物料平铺在料盘1721上，放在干燥腔体17内，使料盘1721紧贴电加热板1722，并且使料盘1721正对挡板181，保证料盘1721上下与两条夹缝对齐，然后关闭箱门15，在很短的时间内，使物料内的水分快速结晶，这样可以形成较小的冰晶，减少晶体对物料细胞的伤害。待物料内部的水分完成冻结以后，关闭第一热风控制阀11和第二热风控制阀12，打开真空泵13，使干燥腔体17内的压力降低到水分三相点所对应的压力以下，通过电加热丝及传感器线孔176的导线，使电加热板1722对料盘1721进行加热处理，加热温度低于物料中冰晶的共融点，使物料内部的水分升华，待到水分升华完成以后，继续升高料盘1721的温度，使物料内部的水分解析。观察操作显示台16可以实时显示干燥腔体17内各种参数变化，观察箱门15的圆形玻璃视窗，可以更好的观察干燥腔体17的干燥情况。当物料的含水率降低到所需联合干燥的转换点含水率时，关闭真空泵13，对干燥腔体17进行泄压处理。
43.进行第二阶段的热风干燥，打开第一热风控制阀11和第二热风控制阀12，通过操作显示台16选择热风干燥系统，设置热风温度和热风时间，由鼓风机8输送的空气，经换热器9、电加热器10、第一热风控制阀11通过管道进入干燥腔体17，对物料进行热风干燥处理，打开排水阀，干燥完的热风经热风挡板174、热风收集箱182、热风出口175和第二热风控制阀12，通过管道进入换热器9被降温后排出，当物料含水率降低到所需设定值时，关闭电源，打开箱门15，拿出物料，关闭排水阀。
44.单一的热风干燥或者冷冻干燥只需要按照真空冷冻-热风组合干燥的第一阶段或者第二阶段的操作方法，进行单一的物料干燥即可。
45.以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，包括真空泵(13)、箱体(14)和设在箱体(14)内的制冷压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(3)、干燥过滤器(4)、膨胀阀(5)、冷阱(6)、气液分液器(7)、鼓风机(8)、电加热器(10)、干燥腔体(17)和均风装置(18)；制冷压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(3)、干燥过滤器(4)、膨胀阀(5)、冷阱(6)和气液分液器(7)依次连接形成循环回路；干燥腔体(17)设在冷阱(6)内，干燥腔体(17)内设有料架(172)，料架(172)上设有电加热装置；干燥腔体(17)与真空泵(13)连接；干燥腔体(17)还分别连接有出风管和排水管；鼓风机(8)通过热风管道与均风装置(18)连接，热风管道上设有电加热器(10)，均风装置(18)的出风范围覆盖料架(172)。2.根据权利要求1所述的冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，干燥腔体(17)上部设有热风挡板(174)，热风挡板(174)与干燥腔体(17)的侧壁及后壁无缝连接，热风挡板(174)的长度小于干燥腔体(17)的长度。3.根据权利要求1所述的冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，鼓风机(8)与电加热器(10)之间设有换热器(9)，换热器(9)的低温侧入口与鼓风机(8)连接，低温侧出口与电加热器(10)连接，电加热器(10)与均风装置(18)连接，电加热器(10)与均风装置(18)之间的管道上设有第一热风控制阀(11)；干燥腔体(17)上部设有热风收集箱(182)，热风收集箱(182)上设有热风出口(175)，热风出口(175)与换热器(9)的高温侧入口连接，换热器(9)的高温侧出口连接有出风管，热风出口(175)与换热器(9)高温侧入口之间的管道上设有第二热风控制阀(12)。4.根据权利要求1所述的冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，箱体(14)上设有箱门(15)和操作显示台(16)，箱门(15)设在干燥腔体(17)的开口处，箱门(15)与箱体(14)通过合页铰接；箱门(15)上设有透明观察窗。5.根据权利要求4所述的冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，箱门(15)外侧设有可旋转的把手(151)，箱体(14)上对应设有卡位杆(153)，把手(151)旋转后能够与卡位杆(153)进行锁紧；箱门(15)内侧设有第一密封圈(152)，干燥腔体(17)的开口处设有第二密封圈(171)，当箱门(15)锁紧后，第一密封圈(152)与第二密封圈(171)紧密贴合。6.根据权利要求1所述的冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，电加热装置为电加热板(1722)，料架(172)包括若干料盘(1721)和料架杆(1723)，料盘(1721)设在料架杆(1723)上，电加热板(1722)设在料盘(1721)的底面。7.根据权利要求6所述的冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，料盘(1721)上设有阵列排布的通孔，电加热板(1722)设在料盘(1721)无通孔处。8.根据权利要求1所述的冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，均风装置(18)包括风箱(183)和若干挡板(181)，风箱(183)进口与所述热风管道连接，进口处设有风箱均风板(1831)；风箱(183)出口正对料架(172)设置，若干挡板(181)设在风箱(183)出口，相邻挡板(181)之间形成出风夹缝。9.根据权利要求8所述的冷冻热风组合干燥箱，其特征在于，风箱(183)为直角梯形结构，进口设在底面上，出口设在竖直面上；风箱均风板(1831)上排布有若干风量均分器(18311)。10.权利要求1～9所述的冷冻热风组合干燥箱的工作方法，其特征在于，包括真空冷冻干燥和热风干燥两个阶段：
第一阶段真空冷冻干燥：关闭鼓风机(8)和电加热器(10)，开启制冷压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(3)、干燥过滤器(4)、膨胀阀(5)、冷阱(6)和气液分液器(7)的循环回路；使干燥腔体(17)内的温度降低至预设冷冻温度，将物料放置在料架(172)上，待物料内部的水分完成冻结以后，开启真空泵(13)，使干燥腔体(17)内的压力降低到水分三相点对应的压力以下；开启电加热装置对物料进行加热，加热温度低于物料中冰晶的共融点，使物料内部的水分升华，待到水分升华完成以后，继续升高加热温度，使物料内部的水分解析；当物料的含水率降低到所需联合干燥的转换点含水率时，关闭真空泵(13)，对干燥腔体(17)进行泄压处理；第二阶段热风干燥：关闭制冷压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(3)、干燥过滤器(4)、膨胀阀(5)、冷阱(6)和气液分液器(7)的循环回路，打开鼓风机(8)和电加热器(10)，由鼓风机(8)输送的空气经电加热器(10)加热后通过均风装置(18)进入干燥腔体(17)，对物料进行热风干燥处理，干燥完的热风由出风管排出，水由排水管排出；当物料含水率降低到预设值时，关闭鼓风机(8)和电加热器(10)，完成物料的真空冷冻-热风组合干燥。
技术总结
本发明公开的一种冷冻热风组合干燥箱及其工作方法，属于农产品深加工技术领域。制冷压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、冷阱和气液分液器依次连接形成循环回路；干燥腔体设在冷阱内，干燥腔体内设有料架，料架上设有电加热装置；干燥腔体与真空泵连接；干燥腔体还分别连接有出风管和排水管；鼓风机通过热风管道与均风装置连接，热风管道上设有电加热器，均风装置的出风范围覆盖料架。本发明在保持农产品干制品的香味及营养成分的同时，降低了能耗，缩短了干燥时间；生产连续性好、效率高，适合广泛地应用推广。适合广泛地应用推广。适合广泛地应用推广。
