熱泵、熱風聯合乾燥裝置的製作方法
2023-07-17 22:02:01 3
專利名稱：熱泵、熱風聯合乾燥裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種乾燥裝置，尤其涉及一種熱泵、熱風聯合乾燥裝置。
背景技術：
脫水蔬菜加工常用的方法有兩種一是熱風乾燥，二是真空冷凍乾燥。目前大部分採用熱風乾燥，熱風乾燥雖然操作簡單、成本低，但其操作溫度高，蔬菜的色香味和營養成分破壞嚴重，產品檔次低，產品質量難以滿足市場要求。冷凍乾燥生產脫水蔬菜雖然產品質量好，但設備投資大，生產運行成本高，生產廠家的利潤空間小，產品售價高，也難以開拓市場。故不適用於一般的蔬菜加工。
目前國內僅有單一式熱泵或熱風乾燥，或乾燥時間長、或乾燥後的產品品質效果差。亦無定型的脫水蔬菜低溫乾燥設備和成熟的工藝，只有一些實驗室或小型熱泵乾燥裝置，大部分屬於箱式結構，乾燥室內的傳熱和傳質速率低、不均勻，缺乏調控手段，使得乾燥時間長達12-16小時。由於乾燥溫度一般在40℃左右，在此環境下微生物繁殖快，往往導致微生物汙染產品，影響產品質量，因此這些裝置很難工業化推廣。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術上述缺陷，提供一種乾燥速率快、乾燥均勻、處理量大、無微生物汙染、乾燥後產品質量好、生產成本低、能耗小的熱泵、熱風聯合乾燥裝置。
本發明由乾燥室、膨脹閥、進風風門、蒸發器、冷凝器、冷凝風機、壓縮機、循環風機構成。冷凝器與乾燥室間經一循環風機通過管道相連，乾燥室通過管道經風門與蒸發器相連，蒸發器與冷凝器間設置控制用膨脹閥，冷凝器上配置冷凝風機，壓縮機進出口與蒸發器與冷凝器相通。
本發明所述乾燥室與循環風機間增設輔助加熱器。
本發明還設置有支路管道，支路管道一端連接在乾燥室與進風風門之間，另一端連在循環風機與冷凝器空氣出口之間，以實現熱泵運行與熱風運行間的切換及聯合乾燥運行。
本發明還設置有旁路管道，旁路管道一端連在風門之後進蒸發器管道之前，另一端設置於冷凝器之前、蒸發器之後，用以實現蒸發器、冷凝器循環風量的比例，從而達到調控乾燥室的開空氣溫度和溼度的目的。同時適應不同季節、不同乾燥過程對溫度和溼度的要求。
本發明與國內現有單一式箱式乾燥熱泵或熱風乾燥相比，它具有乾燥速率快、乾燥均勻、處理量大、無微生物汙染、乾燥後產品質量好、生產成本低，能耗小等特點。且生產過程中不產生「三廢」，非常適用於各種綠色食品深加工，還適用於對一些難乾燥的農副產品和食品進行乾燥，特別適用於乾燥蔬菜、一些含糖量或蛋白含量較高的物料(如桂圓、軟糖、魚、肉等)的乾燥。利用該乾燥裝置加工的產品質量接近於冷凍乾燥產品，且乾燥裝置投資和運行費只有冷凍乾燥的1/2和1/3，乾燥時間與熱風乾燥接近。本發明由於乾燥溫度低，乾燥表面在乾燥過程中不會出現結殼現象，物料內部的水分能順利地傳遞到表面蒸發，乾燥產品的品質好，水分含量低。本發明還可廣泛應用於生物、製藥、化工等行業可廣泛。
圖1為本發明實施例結構示意圖；圖2為青椒的熱風乾燥和熱泵乾燥過程中物料水分下降曲線；圖3為熱風乾燥和熱泵乾燥及本發明聯合乾燥效果比較圖；圖4胡蘿蔔原料和產品中胡蘿蔔素含量比較圖；圖5青椒原料和產品中維生素C含量比較圖；圖6熱風乾燥和熱泵乾燥產品復水性圖；圖7熱風、熱泵和聯合乾燥產品復水性圖。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明進行詳細說明。
本發明由乾燥室1、膨脹閥2、風門3、蒸發器4、冷凝器5、冷凝風機6、壓縮機7、輔助加熱器8、循環風機9、支路管道10及旁路管道11構成。冷凝器5與乾燥室1間經一循環風機9通過管道相連，乾燥室1通過管道經風門3與蒸發器4相連，蒸發器4與冷凝器5間設置控制用膨脹閥2，冷凝器5上配置冷凝風機6，壓縮機7進出口與蒸發器4與冷凝器5相通，乾燥室1與循環風機9間設置輔助加熱器8，支路管道10一端連接在乾燥室1與進風風門3之間，另一端連在循環風機9與冷凝器5空氣出口之間，旁路管道11一端連在風門3之後進蒸發器4管道之前，另一端設置於冷凝器5之前、蒸發器4之後。
本發明與熱風乾燥、熱泵乾燥實驗比較圖2給出青椒的熱風乾燥和熱泵乾燥過程中物料水分下降曲線。熱風乾燥條件是溫度65℃、乾燥室空氣流速2.2m/s。熱泵乾燥條件是溫度35℃，乾燥室進口空氣相對溼度41.0％、空氣流速2.2m/s。熱風乾燥過程中乾燥速率明顯高於熱泵乾燥，熱泵乾燥時，物料水分降低到20％後，乾濕界面向物料中心退縮，外部幹區的導熱係數小，熱量難以傳遞到乾濕界面供水分汽化，整個乾燥過程受幹區部位熱傳導的控制，所以乾燥速度慢，物料含水量從20％降低到12％需要1小時，水分含量繼續下降需要更長時間(見圖3)，這即是熱泵乾燥特點-後期乾燥速度慢。
熱風乾燥速度雖然快，但其產品質量差，如色澤、復水性和產品中營養成分的保存等均較差。如果採用純熱泵乾燥，為了達到產品規定的水分含量(一般小於10％)，乾燥時間則要長達10-15小時，這導致加工耗能太高，產量下降，加工成本升高，更嚴重的是，在熱泵乾燥溫度下，長時間乾燥造成微生物大量繁殖以及產品中營養成分和色素等化學組分發生氧化反應，產品品質同樣下降。
為了克服熱風乾燥和熱泵乾燥的缺點，本裝置採用聯合乾燥方式。圖3給出熱風、熱泵與聯合乾燥過程中物料的脫水速率。熱風與熱泵乾燥條件與圖2中所述的試驗相同，聯合乾燥方式是在開始2小時採用熱泵乾燥，以後採用熱風乾燥。與熱泵乾燥比較，乾燥時間大幅度縮短，熱泵乾燥8小時，水分含量才達到10.5％，聯合乾燥4.5小時，水分含量已達6.5％；產品的質量色澤、營養成分比熱風乾燥大幅度提升，由於後期採用熱風乾燥既縮短加工時間，高溫還可以達到殺菌效果。因此，聯合乾燥產品不存在微生物汙染問題。與熱風乾燥比較，儘管聯合乾燥時間比熱風乾燥長1小時左右，但產品質量明顯改善。
聯合乾燥時間縮短、產品質量好的原因是在乾燥開始階段採用低溫乾燥，物料可避免高溫乾燥時經常出現的表面結殼現象，使得表面形成具有良好透氣性能的多孔結構，這為後期乾燥時水汽的溢出保留了通道，多孔表面一方面減少了水分向外傳遞時的阻力，另一方面改善了產品的復水性。
脫水蔬菜主要質量指標有色澤、營養成分保留率以及復水性。
1、各種乾燥產品營養成分比較蔬菜中一些營養、色素成分在乾燥過程中由於溫度的促進作用容易發生化學變化，尤其在乾燥的開始階段這些成分處於水溶液環境中。熱風乾燥時，物料表面細胞組織中的這些營養和色素成分處於高水分的環境中，容易發生化學變化，這是高溫乾燥產品差的主要原因。為了說明產品的質量，我們選擇性地檢測了原料和產品中的一些成分，如胡蘿蔔素、維生素C和葉綠素含量，如圖4、5所示。
結果表明，聯合乾燥產品質量最好，熱泵乾燥次之，熱風乾燥產品質量最差。
在聯合乾燥過程中，乾燥初始階段採用低溫熱泵乾燥，物料表面處於低溫狀態，所以乾燥對這些組分影響小，乾燥後期採用熱風乾燥，儘管表面溫度較高，但此時表面處於幹區，水分含量低，溫度對營養成分和色素的影響減小。在物料內部，熱量從外部傳遞到乾濕界面後絕大部分熱量由水分汽化所吸收，所以乾濕界面內部溫度並不高，該區域組分受外界溫度影響相對小。這就是聯合乾燥產品質量較好的原因。
表1不同乾燥產品營養成分和色素的保存率(％)
表1列出四種乾燥方法加工產品營養成分、色素的保存率。採用先低溫熱泵乾燥再熱風乾燥的聯合乾燥方法，產品各種組分保存率明顯高於熱風乾燥，也比純熱泵乾燥好，接近於冷凍乾燥產品。
2、各種乾燥產品復水性比較圖6表示胡蘿蔔片熱風乾燥和熱泵乾燥產品的復水性。圖7表示胡蘿蔔片熱風、熱泵和聯合乾燥產品復水性。熱泵乾燥產品的復水性比熱風乾燥產品好，表現在復水速度快、復水比高。
熱風乾燥時，由於溫度高，蛋白質變性、糖份熔化導致物料表面容易結殼，產品內部組織玻璃態化，所以復水性差。
將熱風乾燥、熱泵乾燥和聯合乾燥胡蘿蔔產品的復水性進行比較。聯合乾燥產品復水性比熱泵乾燥高12-16％，比熱風乾燥高18-20％。三種乾燥方式30分鐘乾燥產品的復水比分別為聯合乾燥5.6，熱泵乾燥5.0，熱風乾燥4.5。根據文獻值，冷凍乾燥產品30分鐘的復水比為7.0。可見採用聯合乾燥加工的脫水蔬菜產品復水性更接近於冷凍乾燥產品。
權利要求
1.一種熱泵、熱風聯合乾燥裝置，其特徵在於由乾燥室(1)、膨脹閥(2)、進風風門(3)、蒸發器(4)、冷凝器(5)、冷凝風機(6)、壓縮機(7)、循環風機(9)構成，冷凝器(5)與乾燥室(1)間經一循環風機(9)通過管道相連，乾燥室(1)通過管道經風門(3)與蒸發器(4)相連，蒸發器(4)與冷凝器(5)間設置控制用膨脹閥(2)，冷凝器(5)上配置冷凝風機(6)，壓縮機(7)進出口與蒸發器(4)與冷凝器(5)相通，。
2.根據權利要求1所述的熱泵、熱風聯合乾燥裝置，其特徵在於乾燥室(1)與循環風機(9)間設置輔助加熱器(8)。
3.根據權利要求1或2所述的熱泵、熱風聯合乾燥裝置，其特徵在於設置支路管道(10)，支路管道(10)一端連接在乾燥室(1)與進風風門(3)之間，另一端連在循環風機(9)與冷凝器(5)空氣出口之間，以實現熱泵運行與熱風運行間的切換及聯合乾燥運行。
4.根據權利要求1或2所述的熱泵、熱風聯合乾燥裝置，其特徵在於設置旁路管道(11)，旁路管道(11)一端連在風門(3)之後進蒸發器(4)管道之前，另一端設置於冷凝器(5)之前、蒸發器(4)之後。
全文摘要
本發明公開了一種脫水蔬菜熱泵、熱風聯合乾燥裝置，由乾燥室、膨脹閥、進風風門、蒸發器、冷凝器、冷凝風機、壓縮機、循環風機構成。冷凝器與乾燥室間經一循環風機通過管道相連，乾燥室通過管道經風門與蒸發器相連，蒸發器與冷凝器間設置控制用膨脹閥，冷凝器上配置冷凝風機，壓縮機進出口與蒸發器與冷凝器相通。乾燥室與循環風機間增設輔助加熱器。還設置有支路管道和旁路管道。本發明乾燥速率快、均勻、處理量大、無微生物汙染、乾燥後產品質量好、生產成本低，能耗小。且生產過程中不產生「三廢」，非常適用於各種綠色食品深加工，特別適用於乾燥蔬菜、一些含糖量或蛋白含量較高的物料的乾燥，還可廣泛應用於生物、製藥、化工等行業。
文檔編號F26B21/04GK1884944SQ20061001953
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月30日 優先權日2006年6月30日
發明者李華棟, 張緒坤, 熊康明, 徐剛, 顧震, 馮榮華 申請人:江西省科學院食品工程創新中心