专利名称：热泵、热风联合干燥装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种干燥装置，尤其涉及一种热泵、热风联合干燥装置。
背景技术：
脱水蔬菜加工常用的方法有两种一是热风干燥，二是真空冷冻干燥。目前大部分采用热风干燥，热风干燥虽然操作简单、成本低，但其操作温度高，蔬菜的色香味和营养成分破坏严重，产品档次低，产品质量难以满足市场要求。冷冻干燥生产脱水蔬菜虽然产品质量好，但设备投资大，生产运行成本高，生产厂家的利润空间小，产品售价高，也难以开拓市场。故不适用于一般的蔬菜加工。
目前国内仅有单一式热泵或热风干燥，或干燥时间长、或干燥后的产品品质效果差。亦无定型的脱水蔬菜低温干燥设备和成熟的工艺，只有一些实验室或小型热泵干燥装置，大部分属于箱式结构，干燥室内的传热和传质速率低、不均匀，缺乏调控手段，使得干燥时间长达12-16小时。由于干燥温度一般在40℃左右，在此环境下微生物繁殖快，往往导致微生物污染产品，影响产品质量，因此这些装置很难工业化推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术上述缺陷，提供一种干燥速率快、干燥均匀、处理量大、无微生物污染、干燥后产品质量好、生产成本低、能耗小的热泵、热风联合干燥装置。
本发明由干燥室、膨胀阀、进风风门、蒸发器、冷凝器、冷凝风机、压缩机、循环风机构成。冷凝器与干燥室间经一循环风机通过管道相连，干燥室通过管道经风门与蒸发器相连，蒸发器与冷凝器间设置控制用膨胀阀，冷凝器上配置冷凝风机，压缩机进出口与蒸发器与冷凝器相通。
本发明所述干燥室与循环风机间增设辅助加热器。
本发明还设置有支路管道，支路管道一端连接在干燥室与进风风门之间，另一端连在循环风机与冷凝器空气出口之间，以实现热泵运行与热风运行间的切换及联合干燥运行。
本发明还设置有旁路管道，旁路管道一端连在风门之后进蒸发器管道之前，另一端设置于冷凝器之前、蒸发器之后，用以实现蒸发器、冷凝器循环风量的比例，从而达到调控干燥室的开空气温度和湿度的目的。同时适应不同季节、不同干燥过程对温度和湿度的要求。
本发明与国内现有单一式箱式干燥热泵或热风干燥相比，它具有干燥速率快、干燥均匀、处理量大、无微生物污染、干燥后产品质量好、生产成本低，能耗小等特点。且生产过程中不产生“三废”，非常适用于各种绿色食品深加工，还适用于对一些难干燥的农副产品和食品进行干燥，特别适用于干燥蔬菜、一些含糖量或蛋白含量较高的物料(如桂圆、软糖、鱼、肉等)的干燥。利用该干燥装置加工的产品质量接近于冷冻干燥产品，且干燥装置投资和运行费只有冷冻干燥的1/2和1/3，干燥时间与热风干燥接近。本发明由于干燥温度低，干燥表面在干燥过程中不会出现结壳现象，物料内部的水分能顺利地传递到表面蒸发，干燥产品的品质好，水分含量低。本发明还可广泛应用于生物、制药、化工等行业可广泛。
图1为本发明实施例结构示意图；图2为青椒的热风干燥和热泵干燥过程中物料水分下降曲线；图3为热风干燥和热泵干燥及本发明联合干燥效果比较图；图4胡萝卜原料和产品中胡萝卜素含量比较图；图5青椒原料和产品中维生素C含量比较图；图6热风干燥和热泵干燥产品复水性图；图7热风、热泵和联合干燥产品复水性图。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明由干燥室1、膨胀阀2、风门3、蒸发器4、冷凝器5、冷凝风机6、压缩机7、辅助加热器8、循环风机9、支路管道10及旁路管道11构成。冷凝器5与干燥室1间经一循环风机9通过管道相连，干燥室1通过管道经风门3与蒸发器4相连，蒸发器4与冷凝器5间设置控制用膨胀阀2，冷凝器5上配置冷凝风机6，压缩机7进出口与蒸发器4与冷凝器5相通，干燥室1与循环风机9间设置辅助加热器8，支路管道10一端连接在干燥室1与进风风门3之间，另一端连在循环风机9与冷凝器5空气出口之间，旁路管道11一端连在风门3之后进蒸发器4管道之前，另一端设置于冷凝器5之前、蒸发器4之后。
本发明与热风干燥、热泵干燥实验比较图2给出青椒的热风干燥和热泵干燥过程中物料水分下降曲线。热风干燥条件是温度65℃、干燥室空气流速2.2m/s。热泵干燥条件是温度35℃，干燥室进口空气相对湿度41.0％、空气流速2.2m/s。热风干燥过程中干燥速率明显高于热泵干燥，热泵干燥时，物料水分降低到20％后，干湿界面向物料中心退缩，外部干区的导热系数小，热量难以传递到干湿界面供水分汽化，整个干燥过程受干区部位热传导的控制，所以干燥速度慢，物料含水量从20％降低到12％需要1小时，水分含量继续下降需要更长时间(见图3)，这即是热泵干燥特点-后期干燥速度慢。
热风干燥速度虽然快，但其产品质量差，如色泽、复水性和产品中营养成分的保存等均较差。如果采用纯热泵干燥，为了达到产品规定的水分含量(一般小于10％)，干燥时间则要长达10-15小时，这导致加工耗能太高，产量下降，加工成本升高，更严重的是，在热泵干燥温度下，长时间干燥造成微生物大量繁殖以及产品中营养成分和色素等化学组分发生氧化反应，产品品质同样下降。
为了克服热风干燥和热泵干燥的缺点，本装置采用联合干燥方式。图3给出热风、热泵与联合干燥过程中物料的脱水速率。热风与热泵干燥条件与图2中所述的试验相同，联合干燥方式是在开始2小时采用热泵干燥，以后采用热风干燥。与热泵干燥比较，干燥时间大幅度缩短，热泵干燥8小时，水分含量才达到10.5％，联合干燥4.5小时，水分含量已达6.5％；产品的质量色泽、营养成分比热风干燥大幅度提升，由于后期采用热风干燥既缩短加工时间，高温还可以达到杀菌效果。因此，联合干燥产品不存在微生物污染问题。与热风干燥比较，尽管联合干燥时间比热风干燥长1小时左右，但产品质量明显改善。
联合干燥时间缩短、产品质量好的原因是在干燥开始阶段采用低温干燥，物料可避免高温干燥时经常出现的表面结壳现象，使得表面形成具有良好透气性能的多孔结构，这为后期干燥时水汽的溢出保留了通道，多孔表面一方面减少了水分向外传递时的阻力，另一方面改善了产品的复水性。
脱水蔬菜主要质量指标有色泽、营养成分保留率以及复水性。
1、各种干燥产品营养成分比较蔬菜中一些营养、色素成分在干燥过程中由于温度的促进作用容易发生化学变化，尤其在干燥的开始阶段这些成分处于水溶液环境中。热风干燥时，物料表面细胞组织中的这些营养和色素成分处于高水分的环境中，容易发生化学变化，这是高温干燥产品差的主要原因。为了说明产品的质量，我们选择性地检测了原料和产品中的一些成分，如胡萝卜素、维生素C和叶绿素含量，如图4、5所示。
结果表明，联合干燥产品质量最好，热泵干燥次之，热风干燥产品质量最差。
在联合干燥过程中，干燥初始阶段采用低温热泵干燥，物料表面处于低温状态，所以干燥对这些组分影响小，干燥后期采用热风干燥，尽管表面温度较高，但此时表面处于干区，水分含量低，温度对营养成分和色素的影响减小。在物料内部，热量从外部传递到干湿界面后绝大部分热量由水分汽化所吸收，所以干湿界面内部温度并不高，该区域组分受外界温度影响相对小。这就是联合干燥产品质量较好的原因。
表1不同干燥产品营养成分和色素的保存率(％)
表1列出四种干燥方法加工产品营养成分、色素的保存率。采用先低温热泵干燥再热风干燥的联合干燥方法，产品各种组分保存率明显高于热风干燥，也比纯热泵干燥好，接近于冷冻干燥产品。
2、各种干燥产品复水性比较图6表示胡萝卜片热风干燥和热泵干燥产品的复水性。图7表示胡萝卜片热风、热泵和联合干燥产品复水性。热泵干燥产品的复水性比热风干燥产品好，表现在复水速度快、复水比高。
热风干燥时，由于温度高，蛋白质变性、糖份熔化导致物料表面容易结壳，产品内部组织玻璃态化，所以复水性差。
将热风干燥、热泵干燥和联合干燥胡萝卜产品的复水性进行比较。联合干燥产品复水性比热泵干燥高12-16％，比热风干燥高18-20％。三种干燥方式30分钟干燥产品的复水比分别为联合干燥5.6，热泵干燥5.0，热风干燥4.5。根据文献值，冷冻干燥产品30分钟的复水比为7.0。可见采用联合干燥加工的脱水蔬菜产品复水性更接近于冷冻干燥产品。
权利要求
1.一种热泵、热风联合干燥装置，其特征在于由干燥室(1)、膨胀阀(2)、进风风门(3)、蒸发器(4)、冷凝器(5)、冷凝风机(6)、压缩机(7)、循环风机(9)构成，冷凝器(5)与干燥室(1)间经一循环风机(9)通过管道相连，干燥室(1)通过管道经风门(3)与蒸发器(4)相连，蒸发器(4)与冷凝器(5)间设置控制用膨胀阀(2)，冷凝器(5)上配置冷凝风机(6)，压缩机(7)进出口与蒸发器(4)与冷凝器(5)相通，。
2.根据权利要求1所述的热泵、热风联合干燥装置，其特征在于干燥室(1)与循环风机(9)间设置辅助加热器(8)。
3.根据权利要求1或2所述的热泵、热风联合干燥装置，其特征在于设置支路管道(10)，支路管道(10)一端连接在干燥室(1)与进风风门(3)之间，另一端连在循环风机(9)与冷凝器(5)空气出口之间，以实现热泵运行与热风运行间的切换及联合干燥运行。
4.根据权利要求1或2所述的热泵、热风联合干燥装置，其特征在于设置旁路管道(11)，旁路管道(11)一端连在风门(3)之后进蒸发器(4)管道之前，另一端设置于冷凝器(5)之前、蒸发器(4)之后。
全文摘要
本发明公开了一种脱水蔬菜热泵、热风联合干燥装置，由干燥室、膨胀阀、进风风门、蒸发器、冷凝器、冷凝风机、压缩机、循环风机构成。冷凝器与干燥室间经一循环风机通过管道相连，干燥室通过管道经风门与蒸发器相连，蒸发器与冷凝器间设置控制用膨胀阀，冷凝器上配置冷凝风机，压缩机进出口与蒸发器与冷凝器相通。干燥室与循环风机间增设辅助加热器。还设置有支路管道和旁路管道。本发明干燥速率快、均匀、处理量大、无微生物污染、干燥后产品质量好、生产成本低，能耗小。且生产过程中不产生“三废”，非常适用于各种绿色食品深加工，特别适用于干燥蔬菜、一些含糖量或蛋白含量较高的物料的干燥，还可广泛应用于生物、制药、化工等行业。
文档编号F26B21/04GK1884944SQ20061001953
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者李华栋, 张绪坤, 熊康明, 徐刚, 顾震, 冯荣华 申请人:江西省科学院食品工程创新中心