一种超声波辅助干燥系统的制作方法

本发明涉及一种超声波辅助干燥系统，属于农产品加工干燥技术领域。

背景技术：

目前比较成熟的农产品干燥技术主要有两种：晒干法和烘干法。但考虑到批量生产、能源消耗以及产品质量等问题，这两种干燥方法都不尽如人意。

关于超声波辅助干燥技术，前人已做出一些成果，主要是利用超声波的机械效应和空化效应。专利cn103125584a提出一种超声联合热风干燥香菇的方法和超声辐照装置，该装置将超声波与热风干燥有机结合，有效提高物料的干燥品质，缩短干燥时间，提高能源利用率，但需要注意的是，热风条件下相对湿度将非常小，这将严重削弱超声波的作用，反而使干燥时间延长。此外，少物料及低相对湿度条件下，超声波能量不能很好向外部传播，进而烧坏仪器。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种超声波辅助干燥系统，该干燥系统在保证超声波辅助干燥达到最佳效果的同时，还有效保证了超声波发生器良好的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种超声波辅助干燥系统，包括超声波发生器，所述超声波发生器通过超声波换能器与金属托盘固定连接，所述超声波换能器置于风冷或水冷的冷却装置中；所述金属托盘上方正对干燥腔体的出风口，干燥腔体内设有风速仪和温度湿度控制器，风速仪和温度湿度控制器将出风口空气的速度、温度和相对湿度采集反馈给控制器，控制器通过空气处理装置调节出风口空气的速度、温度和相对湿度；其中，所述空气处理装置依次包括进风口、加热段、加湿段和风机段。

其中，所述干燥腔体下方排风口处设置有排风扇。

其中，所述超声波发生器的频率为20khz，功率为300～720w。

其中，所述出风口空气的速度为1m/s～5m/s，温度为20～65℃，相对湿度为20％-60％。

其中，所述空气处理装置中加热段通过温度控制器检测调节干燥腔的温度，采用电加热对空气进行加热。

其中，所述空气处理装置中加湿段采用湿度控制器检测调节干燥腔的相对湿度，采用干蒸汽加湿器增加空气相对湿度。

与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果为：

本发明超声波辅助干燥系统含有空气加湿装置和超声波换能器冷却装置，通过热风环境下物料与超声换能器上的金属托盘直接接触，提高了超声波使用效率，加速干燥进程，同时还避免了物料在高温条件下干燥，很好地保证了干燥物料的质量；本发明超声波辅助干燥系统结构简单、效率高、能耗低，同时还有效保证干燥物料的品质和延长系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明超声波辅助干燥系统的结构示意图；

图2为功率和温度联合影响下本发明系统超声波辅助干燥香菇时间图；

图3为功率和湿度联合影响下本发明系统超声波辅助干燥香菇时间图；

图4为功率和风速联合影响下本发明系统超声波辅助干燥香菇时间图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。

如图1所示，本发明超声波辅助干燥系统，包括超声波发生器3，超声波发生器3通过超声波换能器2与金属托盘8固定连接，金属托盘8用于放置待干燥农作物，超声波换能器2置于风冷或水冷的冷却装置1中，本实施例的超声波换能器冷却装置1采用水冷方式对超声波换能器2进行冷却，冷却装置1在其上部侧壁上设有冷却水进口，在其下部侧壁上设有冷却水出口，从而通过冷却水循环对超声波换能器2进行冷却；金属托盘8上方正对着干燥腔体7的出风口，干燥腔体7内设有风速仪4和温度湿度控制器5，风速仪4和温度湿度控制器5将出风口空气的速度、温度和相对湿度采集反馈给系统控制器9，系统控制器9通过空气处理装置6调节出风口空气的速度、温度和相对湿度；空气处理装置6依次包括进风口、加热段a、加湿段b和风机段c，新风从进风口进入空气处理装置6，依次经过加热段a(加热段a将空气的温度调节至20～65℃)，加湿段b(加湿段b将空气相对湿度调节至20％-60％)，风机段c，风机段c通过鼓风机将空气以1m/s～5m/s的速度吹向待干燥产品。

由于良好的通风是保证干燥产品(如香菇)品质的必要条件，因此，可在干燥腔体7下方排风口处设置排风扇10。

干燥腔体7内进行干燥时，香菇水含量较小，导致超声波换能器2中的声波不能很好地向外部传播，能量返回激励仪器，极易烧坏仪器，这种情况在干燥后期更容易发生，因此在系统中设置冷却装置1能很好的保护仪器，从而延长整个系统的使用寿命。

超声波发生器3的频率设置在20khz，在这个频率下，超声波在物料脱水过程中的强化作用较为明显；超声波功率在超声波发生器3仪表盘上调节，受物料多少的影响，超声波功率范围设定在300～720w。

由于超声波干燥性能及使用寿命与干燥腔体7内的相对湿度和风速有关，相对湿度和风速要根据超声波功率进行相应的调节，因此相对湿度和风速分别为20％-60％和1m/s-5m/s。

空气处理装置6干燥初始阶段采用电加热，湿度会相应迅速下降，当干燥过程进行到后期时，空气相对湿度会非常低，超声波发生器3会因长期少负荷(空载)而使干燥效率非常低，甚至烧毁器件，因此需要适当增加干燥腔7的相对湿度，本发明采用湿度控制器检测调节干燥腔7的相对湿度，并考虑到干燥所需的恒温特性，采用干蒸汽加湿器增加空气相对湿度。

以干燥香菇为例，首先开启空气处理装置6，同时对香菇进行预处理，挑拣新鲜伞柄大小相似的香菇，用布轻轻擦拭。待干燥腔体7中气流组织稳定后将香菇倒入金属托盘8中(物料经前期处理后直接放入与超声波发生器3连接的金属托盘8中，尽量保持物料与金属托盘8紧密结合，以减小超声波达到物料之前的能量衰减)，开启超声波发生器3，超声波换能器2和超声波换能器冷却装置1，干燥香菇过程开始。前期实验表明，热风温度超过65℃会导致香菇严重变形，颜色灰暗，为保证香菇质量，空气温度设定在40℃-65℃范围内，同时，高温必然带来低的相对湿度，影响超声波工作效率，实验表明，相对湿度设定在30％-40％范围内，既能保证香菇质量，又可能提高超声波工作效率，最佳风速在1m/s-3m/s。空气的速度、温度和相对湿度同时也需根据载物量的大小进行微调。

图2-图4是超声波和其他因素联合影响下，香菇的干燥时间变化图。由图可知，超声波辅助作用下，超声波和温度的提高均能很好地提高干燥效率，但超声波功率调得过高(大于540w)对于提高干燥效率没有意义且浪费能源。温度升高虽然可以显著提高干燥效率，但考虑到香菇的品质，干燥温度应设在65℃以下。与不加超声波的情况不太一样，香菇干燥时间不是简单地随着湿度降低，风速升高而升高，这是因为低相对湿度不利于超声波的传播，削弱了超声波的干燥作用。实验中，气流垂直于样品，如果风速过高，超声波衰减速度加快，只有很少的能量键入香菇体内，干燥时间反而变长。因此，超声波干燥香菇时的最佳相对湿度和风速分别为30％-40％，1m/s-3m/s。

本发明超声波辅助干燥系统可以显著减少香菇干燥时间，且不提高工作温度，较好的保持香菇的外形，快速节能的脱出香菇的水分，说明本发明系统在提高超声波使用效率，提高干燥效率的同时，也保证了干燥样品的品质。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。