一种植物水分的回收系统的制作方法

本实用新型涉及一种植物水分的回收系统，主要是对冷冻干燥设备、植物工厂和其他物质干燥等设备排出气体中的水分进行回收及再利用，属于水回收利用技术领域。

背景技术：

我国是一个缺水严重的国家，虽然淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，但我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。因此，加强节水措施，实现水资源高效利用和有效保护，就变得尤为重要。

冷冻干燥又称升华干燥，是将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后利用冰晶升华的原理，在高度真空的环境下，不经过冰的融化直接将冰固体升华为蒸汽而除去水的干燥方法。而一般的真空干燥物料中的水分是在液态下转化为汽态而将食品干制。

冷冻干燥具有如下优点：(1)物料在低压下干燥，使物料中的易氧化成分不致氧化变质，同时因低压缺氧，能灭菌或抑制某些细菌的活力。(2)物料在低温下干燥，能保留物料中的热敏成分，营养成分和风味损失很少，可以最大限度地保留食品原有营养成分、味道、色泽和芳香。(3)由于物料在升华脱水以前先经冻结，形成稳定的固体骨架，所以水分升华以后，固体骨架基本保持不变，干制品不失原有的固体结构，保持着原有形状。多孔结构的物品具有很理想的速溶性和快速复水性。(4) 由于物料中水分在预冻以后是以冰晶的形态存在，使原来溶于水中的无机盐之类的溶解物质被均匀分配在物料之中。升华时，溶于水中的溶解物质就地析出，避免了一般干燥方法中因物料内部水分向表面迁移所携带的无机盐在表面析出而造成表面硬化的现象发生。(5)脱水彻底，质量轻，适合长途运输和长期保存，在常温下，采用真空包装，保质期可达3～5年。(6)可以为每个家庭每天节省至少三小时用于吃菜(包括买、清理、烹调)的时间，全年以1000小时计，4亿户节省4000亿小时，节省的时间可用于工作、学习、锻炼、娱乐，这是十分惊人数字！可能有人说只用了一小时，但这只能叫“凑合餐”，离身体均衡营养相距甚远，如果照传统膳食“四菜一汤”，估计三小时都不够。如果冻干食品不增加支出，还会减少生病延长寿命，那么起来越多的人会接受冻干食品。

但是，与气流干燥、喷雾干燥等其他干燥技术相比，真空冷冻干燥设备投资大，能源消耗、运转费用及生产成本较高，冻干过程时间长，产品成本高，从而限制了该技术的进一步发展。因此，实现节能降耗、降低生产成本，已经成为真空冷冻干燥技术领域当前面临的最主要的问题。此外，冷冻干燥设备运行过程中，要维持升华干燥的不断进行，必须满足两个基本条件，即热量的不断供给和生成蒸汽的不断排除，一般情况下大量的水蒸汽会随着空气被排放到大气中，造成了水分和能源的浪费。

植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。植物工厂一般要求一个等级不同的洁净栽培空间，作为植物工厂的一个重要组成部分，空气调节系统承担植物工厂内空气的温/湿度调节、新风处理及空气净化等任务，而空气的减湿处理是植物工厂空调系统的一个主要任务。目前，通常通过不断地排风换气来进行植物工厂内空气的减湿。

技术实现要素：

目前，食品、物品采用冷冻干燥设备进行干燥的过程中，及植物工厂的生产过程中，均会产生大量升华、蒸腾、蒸发的水分，而这些水分均随着空气排到大气中。本实用新型针对上述情况，提供了一种对冷冻干燥设备、植物工厂排出气体中的水进行回收及再利用的装置。一方面，可以回收水分，达到节水的目的；另一方面，可以节约能源，降低冷冻干燥设备和植物工厂的运行成本。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种植物水分的回收系统，该系统包括冷冻干燥设备或植物工厂或其他物质干燥设备等、除湿装置和水回收装置，所述除湿装置的进风口与冷冻干燥设备或植物工厂中的排风口相连接，所述除湿装置的出风口与冷冻干燥设备或植物工厂中的进风口相连接，所述的除湿装置与冷冻干燥设备或植物工厂之间形成气体的闭路循环，所述的水回收装置与除湿装置的出水端相连接。组成一种带有水分回收装置的冷冻干燥设备或植物工厂。

在本实用新型的系统中，所述除湿装置与冷冻干燥设备或植物工厂中的换气装置相连接，所述除湿装置的进风口与冷冻干燥设备或植物工厂中换气装置的排风口相连接，所述除湿装置的出风口与冷冻干燥设备或植物工厂中换气装置的进风口相连接。

其中，所述的冷冻干燥设备的换气装置为抽真空系统，如真空泵；所述的植物工厂的换气装置为空气调节系统和排风设备。

其中，所述的冷冻干燥设备包括食品用间歇式和连续式冻干设备，用于食品尤其是蔬菜的冷冻干燥；所述的冷冻干燥设备优选连续式冻干设备。植物工厂可以与冻干设备联用，即将植物工厂生产的蔬菜直接送入冻干设备进行冻干处理，这样植物工厂可以弥补间歇式冻干机的缺点，同时又可以扩大连续式冻干机的优点。

其中，所述的除湿装置包括冷冻除湿机、溶液除湿机和管道除湿机。

其中，所述水回收装置为密闭式冷凝水回收设备。

其中，所述的除湿装置可将冷冻干燥设备排出气体中99.9％(重量)以上的水分除去，干燥的气体再返回到冷冻干燥设备中；所述的除湿装置除去植物工厂排出气体中多余的水分，使空气的含水量达到40-45％(重量)之间，再将较为干燥的气体再返回到植物工厂中。

其中，所述的水回收装置将冷冻干燥设备或植物工厂排出气体中的水分进行回收，回收的水分进行灭菌和净化后可制备得到瓶装水或桶装水。回收得到的水根据净化水的用途可以选择在水中添加对人体有益的元素(强化)或不添加。

采用上述系统进行冷冻干燥设备和植物工厂的水分回收的方法，包括如下步骤：在冷冻干燥设备或植物工厂中设置除湿装置和水回收装置，所述除湿装置的进风口与冷冻干燥设备或植物工厂中的排风口相连接，所述除湿装置的出风口与冷冻干燥设备或植物工厂中的进风口相连接，所述的除湿装置与冷冻干燥设备或植物工厂之间形成气体的闭路循环，所述的水回收装置与除湿装置的出水端相连接。

蔬菜进行冷冻干燥时，首先进行预冷冻，然后将预冷冻的蔬菜放置在冷冻干燥设备中进行冷冻干燥，冷冻蔬菜中升华的水进入空气中，经过排风口进入除湿装置，除湿装置将空气中的99.9％以上的水除掉，干燥的空气再经过冷冻干燥设备的进风口返回到冷冻干燥设备中；而回收的水经除湿装置的出水端进入水回收装置，流入池。

植物工厂需要不断地进行空气的减湿处理，湿度较大的空气通过植物工厂的排风口进入除湿装置，除湿装置将空气中多余的水分除去，使空气湿度达到40-45％之间，较为干燥的空气再经过植物工厂的进风口返回到植物工厂中；而回收的水经除湿装置的出水端进入水回收装置，流入池。植物工厂车间的长度决定了抽(排) 风机的功率大小和转速，即植物工厂车间长度大，选用的风机功率大、风速大，才能达到满足植物生长的适宜空气湿度。

本实用新型将上述生产过程封闭起来，将其连接上各种除湿(除水)机械(设备)，优选其中高效节能、降低成本的设备，以达到回收上述过程中所产生(排放) 的水分的目的。

除湿机械所排出的干或较干空气的出口，连接上生产设施或干燥设备，形成闭路循环，可提高干燥效率和植物工厂的生产效率，增加效益。

本实用新型的优点：

1、植物工厂提供了超大型冷冻干燥设备的可能性；超大型冻干设备省水、省工、节能，大幅度降低了冻干食品的成本。冷冻干燥早在几十年前就已经成熟应用，它最大的优点就是比其他干燥方式能保留营养和活性物质，及食品的色、香、味。为什么这么好的技术至今仍没有得到普及呢？最主要的原因是冷冻干燥设备价格昂贵，效率不高，能耗高。本实用新型采用植物工厂的单一大宗纯净产品，利用超大型设备连接封闭循环生产，大大降低了原料价格、冻前整理清洁等的损失和成本，从而降低了冻干产品的价格，加上回收水的利用，非常符合国家节水节能的方针政策和一、二、三产融合发展，解决三农难题，杜绝了“丰收灾”(农产品价格大起大落的痼疾)。

2、植物工厂提供了超净食品生产和超有机冻干食品的可能性。封闭循环实现了植物工厂所生产的产品在加工过程保持了超净(可以生吃)，品质不受加工干燥过程的污染，除水设备所得到的水基本上等于干燥物品所减少的水分。

3、蔬菜干燥回收的水为细胞水，为小分子团水，易于人体吸收、利用，优于目前制桶装水、瓶装水的原料水。回收得到的水根据净化水的用途可以选择在水中添加对人体有益的元素(强化)或不添加。回收的水经过净化或强化(视用途)后可以产生显著的经济效益，从而大幅降低冷冻干燥过程的成本，有利于冷冻干燥的普及和应用。

4、本实用新型的装置可用于将植物工厂生产的蔬菜直接进行冻干处理，可避免传统冻干食品的冻干前整理对原料的剔除损失，包括数量和质量损失(冻前清洁整理时间长的营养损失)。

5、闭路循环从除湿(除水)机出口通向冻干机进气口的干燥空气，可以让冻干时间缩短，从而提高冻干机的产量。

6、闭路循环除湿(除水)机出口干燥空气的温度与干燥机工作温度基本一致，使干燥机省下了从大气中进气必须增温或降温的能源。

下面通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，但并不意味着对本实用新型保护范围的限制。

附图说明

图1为本实用新型带有水回收装置的食品冻干系统的结构示意图。

图2为本实用新型带有水回收装置的植物工厂的结构示意图。

附图中主要零部件名称：

1预冷冻机 2冷冻干燥设备

2’植物工厂 3除湿装置

4水回收装置

具体实施方式

如图1所示，本实用新型冷冻干燥设备植物水分回收的系统包括冷冻干燥设备 2、除湿装置3和水回收装置4，除湿装置3的进风口与冷冻干燥设备2中的排风口相连接，除湿装置3的出风口与冷冻干燥设备2中的进风口相连接，除湿装置3与冷冻干燥设备2之间形成气体的闭路循环，水回收装置4与除湿装置3的出水端相连接。

蔬菜进行冷冻干燥时，首先在预冷冻机1中进行预冷冻，然后将冷冻的蔬菜放置在冷冻干燥设备2中进行冷冻干燥，冷冻蔬菜中升华的水进入空气中，经过排风口进入除湿装置3，除湿装置3将空气中的99.9％以上的水除掉，干燥的空气再经过冷冻干燥设备2的进风口返回到冷冻干燥设备2中；而回收的水经除湿装置3的出水端进入水回收装置4，流入池中。

如图2所示，本实用新型植物工厂中水分回收的系统包括植物工厂2’、除湿装置3和水回收装置4，除湿装置3的进风口与植物工厂2’中的排风口相连接，除湿装置3的出风口与植物工厂2’中的进风口相连接，除湿装置3与植物工厂2’之间形成气体的闭路循环，水回收装置4与除湿装置3的出水端相连接。

植物工厂需要不断地进行空气的减湿处理，湿气较大的空气通过植物工厂的排风口进入除湿装置3，除湿装置3将空气中多余的水分除去，使空气湿度为40-45％之间，较为干燥的空气再经过植物工厂2’的进风口返回到植物工厂2’中；而回收的水经除湿装置3的出水端进入水回收装置4，流入池中。

其中，除湿装置可为各种工作方式的市售除湿机(包括工业除湿机)，水回收装置可为各种市售的水回收设备。

实施例1

一种带有水回收装置的食品冻干系统，该带有水回收装置的食品冻干系统的包括预冷冻机，冻干室，抽真空系统，除湿装置，水回收装置，干燥装置；在本实施例中，抽真空系统采用蒸汽射流真空泵组，冻干室为4间，每间里面装有微波加热器，对速冻的食品进行加热；冻干室里面的放料架，在驱动器的带动下可缓慢移动，使加热、干燥均匀；4间冻干室共用一个抽真空系统和一个预冷冻机；抽真空和速冻则是分别独立操作；生产节拍为1小时，即在每一个小时内，总是有一间是处于出料→进料→速冻操作，其余三间分别处于干燥初期、中期和后期状态；本实用新型的冻干系统还设有除湿装置3，该除湿装置3与抽真空系统(真空泵)的排风口相连接，该除湿装置3的出水端与水回收装置4相连接，除湿装置3的出气端与冻干室的进风口相连接，使除湿装置3和冻干室之间形成闭路循环。除湿装置为半导体制冷除湿，水回收装置为密闭式冷凝水回收设备。

蔬菜进行冷冻干燥时，首先在预冷冻机中进行预冷冻，然后将预冷冻的蔬菜放置在冷冻干燥设备中进行冷冻干燥，冷冻蔬菜中升华的水进入空气中，经过排风口进入除湿装置，除湿装置将空气中的99.9％以上的水除掉，干燥的空气再经过冷冻干燥设备的进风口返回到冷冻干燥设备中；而回收的水经除湿装置的出水端进入水回收装置，流入池中。

该装置用于蔬菜的冷冻干燥，1吨蔬菜可回收900kg左右的水，而且该水是植物细胞水，是小分子团水，易于人体吸收利用，可以带来显著的经济效益，从而降低冷冻干燥产品的成本，抓住了冻干产品好东西迟迟不能推广的要害，有利于冷冻干燥的普及和应用。这将颠覆几千年的饮食传统，实现均衡营养。按照传统烹饪方式实现均衡营养非常困难，而医学研究证明超过一半的疾病与饮食不当有关。

实施例2

一种设有水回收装置的密闭式植物工厂，包括密闭的围护结构及位于其内部的植物培养系统、种植架、种植盘、光照系统、二氧化碳补充和控制系统、内部空气循环系统、换气系统和控制系统；植物培养系统用于固定植株，包含植物所需的营养成分及水分；光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统均与控制系统合理连接；内部空气循环系统包括位于围护结构内部的风机，风机启动加速植物工厂内部的空气流通；换气系统包括与围护结构外界连通的排气通道，还可以在排气通道上安装排气风扇等结构，实现可以控制与围护结构外的外界空气的换气，所述换气系统排风通道的排风口与除湿装置3的进风口相连接，该除湿装置3 的出水端与水回收装置4相连接，该除湿装置3的出气端与植物工厂风机的进风口相连接。除湿装置为半导体制冷除湿，水回收装置为密闭式冷凝水回收设备。围护结构可以选用的材质为复合保温高效材料，但不限于上述列举。本实施例中的植物培养系统为无土栽培系统，常用的无土栽培系统包括水溶液培养、砂培养、培养基培养、混合培养和营养膜培养，其中最常用的是水溶液培养和培养基培养。本实用新型中的光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统均与控制系统电连接，受到控制系统的控制，为密闭式植物工厂中的植株提供适合其生长的环境条件，如适宜的光照，二氧化碳含量，温度，湿度条件等。控制系统中可以针对需要培养的植株的种类，生长需要的条件进行提前设定相应的参数。

本实用新型优选人工光照。光照系统位于植株所处的植物培养系统的上方；光照系统包括电源、调光控制器、驱动器、LED灯；LED灯均匀排布。电源为调光控制器和驱动器提供电源，均匀分布的LED灯可以为植物培养系统中的植株生长提供充足的光照。驱动器用于驱动多个LED灯，调光控制器可以控制LED灯的亮度。一个调光控制器可以通过串行接口控制多个驱动器，而每个驱动器可以连接多个 LED灯管。LED灯管均匀排布，使发出的光均匀照射到植物上方。

二氧化碳补充系统包括液态二氧化碳气瓶、手动调节阀、连接管道及细化器；液态二氧化碳气瓶通过手动调节阀经连接管道连通细化器将二氧化碳气体通入围护结构内，连接管道上还设置有电磁减压阀，电磁减压阀控制液态二氧化碳气瓶的开关，该电磁减压阀由控制系统控制开启，当二氧化碳浓度低的时候，该电磁减压阀开启，液体二氧化碳经该减压阀变成气体。二氧化碳气体流量控制由手动调节阀来调节，最后经过细化器排出。优选自动控制。

本实施例中密闭式植物工厂设置有控制系统，其中控制系统包括核心控制器及与其连接的执行器组，植物工厂内可以设置多个传感器，如温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器或光强传感器的一种或多种；核心控制器分别读取温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器或光强传感器的监测数据，经过核心控制器的内部预设程序处理后控制执行器组、电磁减压阀及调光控制器动作。本实施例中执行器组包括压缩机、加热器或风机一种或多种，核心控制器控制压缩机、加热器、风机、电磁减压阀及调光控制器的启停及运行调节，从而调节围护结构内部温度、湿度、二氧化碳含量及光照强度。值得指出的是目前的植物生产都处于“隐形”饥饿状态，95％以上的植物(大田作物)和森林草原及水生植物只能得到30％以下的CO2供应，大气中CO2不超过400PPM，而所有植物都应有1000PPM以上的CO2供应，好比人只能吃小半饱，造成大量增产措施效果不尽如人意，所有天然的、人工种植的植物的增产潜力没有发挥出来，的以只有植物工厂才能解决这个难题。农业设施都低于植物工厂的效率。联合国粮农组织称“植物工厂是二十一世纪农业的方向”。

核心控制器可以选择工业用PLC、单片机等。核心控制器还可以通过网络或串行口连接到上位机，可以实现对围护结构内的温度、湿度、二氧化碳浓度的监控，实现对空气循环系统的运行情况记录等。

由以上实施例可以看出，本实施例中除湿装置与植物工厂之间形成气体的闭路循环，植物工厂内湿度较大的空气通过排风口进入除湿装置，除湿装置将空气中多余的水分除去，使空气湿度达到40-45％之间，再将较为干燥的空气经过进风口返回到植物工厂中；而回收的水经除湿装置的出水端进入水回收装置，流入池中。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本实用新型进行修改或者同等替换，但不脱离本实用新型精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。