烘干机的制作方法

专利名称：烘干机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有效地使用能量的物料烘干设备和烘干物料的方法。尽管这种设备是为了烘干易腐败的天然物品而设计的(特别是纤维质的产品)诸如农产品(例如作物、谷物或蔬菜)和木材产品，但是该设备也广泛地应用于对许多种需要脱水的物料进行脱水。
通常谷物(小麦、大麦或其它谷物)被销售的时候其含水量为重量的15%左右。收获的高含水量的产品在被销售之前需要将含水量降低到这个水平。另外，由于真菌的生长，高的含水量促使谷物变坏。典型的，湿谷物被放置在其各边上有穿孔的筒仓里，利用鼓风机，强迫空气通过谷物。这种烘干谷物的方法浪费时间且相应地能量的费用高。
在热带地区，通常烘干易腐天然产品(如咖啡豆，可可豆和其它谷物、鱼)的方法是将产品放在阳光下晒。不幸的是这种气候也是降雨量很高的气候，所以开始下雨时就需将正烘干着的谷物盖上。如果盖的时间很长的话，就有这样的危险覆盖物下面的水份就要增加，结果真菌生长，产品就变坏了。还有就是将覆盖物取下去和再放上去的劳动力成本高且能引起产品本身的物理损失。
其它的技术就有许多的要求，如机器的和方法上的要求，要求以有效的利用能源的方式除去水份。通常，烘干是通过环流热空气完成的，由于环流热空气温度高，它降低了相对湿度促使产品干燥。但是，所使用的吸取了水份的热湿空气通常总是在使用后被排放到空气中，所以它所含的热量就损失了。水蒸汽可以从空气中分离出来，例如通过一个冷却的致冷表面冷凝取出，但是这引起大量的能量损失，且实际上成本高。
我们的早期欧洲专利申请EP0525842(1993年2月3日公开)揭示了一种可渗透水蒸汽而不渗透其它气体的隔膜产品的用途，其用于生产存贮谷物或其它天然产品的容器。该隔膜不渗透氧气，该隔膜使容器中的大气环境中的氧气含量下降(如降到3%-7%)，这是由于害虫、谷物中的霉菌、谷物自身的代谢使用氧气而引起的。昆虫在含氧量如此低的条件下不能生存。因此谷物不使用化学杀虫剂也能防虫。隔膜的渗透水蒸汽的性质使得谷物能够呼吸而防止雾化，所存贮的产品中的霉菌不能生长。
已经发现如果用一个加热器加热与所存贮的谷物接触的空气，水蒸汽可以穿这种隔膜有效地传输出去，而同时热的气体和它所含有的能量被保留在容器之中。这是一种有效利用能量的烘干方式。
因此，本发明提供一种烘干物料的设备，该设备包括盛物料的腔室，且实际上在腔室中包含了一个气体空间;还包括一个形成腔室的一部分并包含一个隔膜的水蒸汽转换设备，该隔膜渗透水蒸汽而不渗透所述的气体;还包括一个给腔室的内部供热来烘干物料的加热装置，在设备中所述的气体中的水蒸汽被选择地透过隔膜而气体基本上被留在了腔室之中。
本发明的另一个目的是提供一种相应的烘干物料的方法。
腔室可以是任何一种尺寸或形状适当的基本上封闭的空间。腔室稍许漏气当然是可以允许的，但是设备的有效度就降低了。腔室可以根据需要带有入口和出口，特别是提供一个待烘干的物料进入口和已烘干的物料移出口。在这种情况下，腔室的内部有传送物料通过腔室的合适的设备，该种通过腔室的方式是使得气体对物料进行理想烘干的方式。在现有技术中，合适的传送带如穿孔的皮带传送带、带孔的锥形漏斗等是众所周知的。另外，腔室可以在批料盘上使用，在那里腔室是打开的而且需烘干的物料被加入，如加到料盘上，然后腔室封闭，物料被烘干并被移出。
合适的设备被提供以便腔室内的气体循环，从而促进水蒸汽从需要烘干的物料中蒸发并促进气体中所含的水蒸汽选择性地透过隔膜。现有技术中合适的风扇是众所周知的。
加热设备被提供来向腔室的内部供热以便帮助烘干物料。使用加热设备是必要的，以便获得快速的烘干和提高腔室内部外部之间的隔膜两侧的水蒸汽的梯度。加热设备使得强制烘干被执行而达到水的含量远低于未使用强制加热所达到的水平。所以，我们早期的专利说明书EP0525842所揭示的设备在防止液体雾化的同时，它不能达到一个理想的烘干程度(当然这取决于需烘干的物料的起始湿度和外部环境条件)。
加热设备可以是任何一种提供了加热表面的合适设备，例如，一个被以燃气方式或电加热器方式加热的热交换器的表面。在阳光充足的环境中使用的一个优选的实施例是腔室有涂黑的吸收太阳能的表面，或在腔室的壁上有透明部件，在腔室内有相应的吸收太阳能的表面，这样就使得太阳能用于加热。另外，采用含有紫外线的太阳光线可用于使得成熟期的水果有一个好的颜色。碳酸钠玻璃可用于提供合适的紫外线通过的特性。
需要烘干的物料在理论上讲可以是任何的固体(或者甚至可想象是一种液体，液体中的水需要清除掉)，而且一般是以颗粒状形式存在的。粉状物如奶粉也可以被烘干。被烘干的物料也可以是天然物料，它可以是矿物，可以是塑料物料，可以是药物粉末，可以是晶体粉末或其它能够用加热气体来烘干的物质。
水蒸汽交换设备包括一个选择性渗透的隔膜，该隔膜允许水蒸汽渗透，渗透的水蒸汽在腔室内部的加热气体和外部大气环境之间被选择性交换，这取决于隔膜内外水蒸汽压力的不同。
选择性隔膜可以是现有技术中已知的任何合适的隔膜。优选的特别合适的隔膜包括多孔分布聚四氟乙烯(PTFE)，它可以依照美国专利US，3，953，566的描述生产。这种隔膜允许水蒸汽通过，但也有气体通过能力。实际上，与水蒸汽相比有限的气体通过特性是允许的。但是，基本上不透气体的隔膜可以用美国专利US4，194，041所描述的方法，用透水蒸汽的涂料涂覆PTFE隔膜而得到。PTFE隔膜可以置于纺织的或无纺的、人工的或天然的现有技术中已知适合于这一目的的垫材上，以提供一个足够的机械强度。
现有技术中其它的透水蒸汽而不透气体的材料也能够被使用，例如聚氨酯、聚酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯和它们的混合物。
这种隔膜一般地说是不透液态水的，它防止液态水的进入且它不受气候的影响。
在一个优选的结构中，隔膜是分层的，它包括带有水蒸汽渗透涂层的多孔分布的PTFE，及另一层通过粘合剂粘在涂层上的多孔分布的PTFE。该涂层是不透气而能透过水蒸汽的。粘合剂层优选是由可呼吸的化合物组成，该化合物是透水蒸汽而不透气体的，我们的美国专利US4，532，316是它的一个适用例子。
隔膜通常具有的水蒸汽渗透性(如水蒸汽的透过速度)至少为每天每平方米1500g，如1500g-35000g(优选为3000-10000g)。隔膜将依据产品的潮湿程度及腔室的表面积与体积的比率来选择。考虑到所允许的能量损失，整个设备中聚集的气体每天的泄露率优选少于整个封闭住的气体体积的100%，再优先每天少于50%，更优选每天少于20%，最优选的是每天少于10%。氧的渗透率常数典型的是3×10-8-3×10-6MS-1;氮的渗透率常数一般比氧的渗透率常数小。通常气体(例如氧的)对于水蒸汽渗透隔膜的渗透率之比小于1×10-2，在局部区域优选小于1×10-4-1×10-6，特别优选小于5×10-5-2×10-5。这些参数的测量方法将在随后描述。通常特定的隔膜材料的水蒸汽渗透率与气体渗透率之间是有相关性的，所以在快速烘干的场合高的水蒸汽渗透率是必要的，而相应地较高的气体渗透率也是允许的。
术语“渗透性”(相对于“不渗透性”)在下文用于描述隔膜透过转移特定种类的物质(或不透过特定种类物质)的性能;特定种类的物质如气体或水蒸汽。这个术语所描述的是物质通过的总的效果，这里并不含有任何特定的科学机理。由于考虑到下文所述的能量损失，该设备基本上是封闭的。这样，本发明有一个附加的好处需烘干的物料包含易挥发的组分(如为咖啡豆、可可豆、红辣椒、洋葱等)时，这些易散失的组分被围在了腔室的内部，这就避免了损失。例如，在通常情况下，咖啡的烘干常引起易挥发的芳香成份的损失，在销售之前，不得不向这些咖啡补充芳香成份。
使得腔室中的氧气(或实际上是氧-大气)减少也是可能的，这种减少是通过空气中氧气被我们的欧洲专利EP0525842所披露的腔室中的独立发生的过程(如细菌或昆虫的生长)使用掉了。另外，向腔室内充入气体(例如氮气、二氧化碳、氩气)也可以减少氧含量(例如小于2%)。因此，该设备可用于烘干对氧化程度敏感的物料(如花生)，氧化可能会影响这些物料的颜色和味道(由于自由脂肪酸的产生)。所以该设备可用于烘干物质，如花、水果(杏、葡萄干、梨、桃等)，香料(小豆蔻、樟属植物等)、香草(欧芹、鼠尾草、百里香、迷迭香等)。
其它物料，如茶和可可在烘干期间也许需要氧气的存在。但总的来说，该设备的对气体基本上密封的特性使得腔室的内部维持了一个选择的气体环境，而同时允许水蒸汽排放出去。
下面结合


具体实施例方式附图1是包含了唯一一个传送带的对特定物料进行烘干的烘干机的正面剖视示意图;
图2是使用三层传送带的烘干机的正视示意图;
图3是使用一个与筛孔锥体连接的垂直进料系统的烘干机的正面剖视示意图;
图4是具有分离的水蒸汽交换装置的烘干设备的正视示意图。
图5是谷物干燥机的立体图;
图6是谷物干燥机的剖视示意图;
图7是本发明所使用的优选迭层的截面图;
图8表明本发明的特性的湿度曲线图。
图1所示是本发明第一个实施例的烘干机，它包含一个腔室2，腔室2有一个让湿谷物进入的漏斗形式的入口4，还有一个以控制方式使湿谷物进入腔室的旋转入口活门6。被旋转活门10控制的出口8使烘干了的谷物从腔室中排放出去。入口和出口活门允许谷物进入和放出同时限制了从腔室内来的热空气产生的能量损失。
湿的谷物被引入到传送带14的上游端，传送带14是由穿孔的筛网制成的，加热的空气通过筛网可以流通。筛网传送带的两端支撑在轮12，16上，并慢速地传输着谷物通过烘干机向出口运动。
由于扇叶18的作用，空气在腔室内是环流的，扇叶搅动空气通过热交换器20进入歧管22中，歧管22在筛网传送带下面有一系列的热空气出口24。热空气就通过筛网传送带和谷物并从那到导管26中，导管26中的冷却了的空气再循到扇叶18处。
腔室包括了作为其壁结构一部分的盖30，盖30包含如图7所示的选择性渗透的隔膜物质。腔室的侧面也包含了这种选择性渗透隔膜物质制造的板。
图2所示的是第二个实施例，它除了使用了三层传送带结构以外与第一个实施例相似。类似的部分加注相同的数字标注。
在这种情况下，来自扇叶18的空气通过热换器20，然后通过在传送带32、34和36上传送着的谷物。传送带可以是筛网制成的也可以是无孔的。然后冷空气通过管道26循环到扇叶处。
在图1、图2所示的实施例中，热空气通过或穿过湿谷物并带走了水蒸汽。含有水蒸汽的空气然后通过选择性渗透隔膜30，隔膜30将空气保留在腔室中而允许水蒸汽通过隔膜，这样水蒸汽就从腔室中除去了。当达到平衡的时候，从谷物中干燥掉的水分的数量等于通过隔膜30丢失了的水份的数量。但是基本上没有来自腔室内部的热空气的损失，所以能量的损失是减至最小了。当然，用通常的方式也能够隔离腔室而通过管道传导减少热量损失。
图3所示为第三个实施例，在该实施例中湿谷物在一系列的振动的锥形筛网上通过重力引起的垂直运动被传送。类似的部分标注与以前一样的数字。
腔室2是用轻质铝桶制成的，腔室的侧壁和顶是用选择性渗透隔膜制成的，而它的底是硬的。这里没有提供加热器，但选择性渗透隔膜的外表面是黑色的以便最大限度地吸收太阳射线，所以提供了从湿产品中清除水份所要求的热量输入。
产品象以前一样从漏斗中输入并被旋转输入活门6控制。湿谷物落在振动的锥形物筛网40、42上，在烘干的产品从腔室下端输出之前，湿谷物一直在锥形物的上面并向下运动。锥形筛网物包括一对面向上的锥形物42和一对面向下的锥形物40，在锥形物上产品通过腔室中的锯齿形通道慢慢向下移动。
如前，通过扇叶18和再循环管道26的作用腔室内的空气是环流的。
图4所示的是一种烘干设备，该设备中去除水蒸汽的隔膜是处于一个分离的水蒸汽转换装置50之中。
烘干设备包括一个腔室52，腔室52有一个悬挂的穿孔底板54。在底板的上方，腔室里装填了需要烘干的谷物，还留下了一个顶部空间58。腔室的底板的下方有一个输入热空气的入口60，腔室还有一个使含水份的空气从顶部空间排出的出口62。
湿空气通过出口排62出，它穿过管道64到达水蒸汽转换装置50。转换装置包括一个壳体64，壳体顶的下方有一个多孔的顶板66，壳体底的上方有一个多孔的底板68。
一系列的不透气而透水蒸汽的隔膜制成的管70被封闭在这对多孔顶板和底板之间，并扩展到顶板和底板。隔膜管道组成了来自腔室的气体的闭合通路。
大气环境中的空气通过扇叶的作用(图中未画出扇叶)依箭头所示方向从入口72到出口74被引导通过了壳体。为了增强隔膜内外的水蒸汽压力差，如果需要的话，大气中的空气在最开始时被一个脱水机(未画出)脱水了。
在被送回腔室52之前，来自水蒸汽交换器的干燥了的空气被引导通过管76到达循环扇叶18，然后通过加热器20。
这个设备的优点是通过设置水蒸汽转换装置，隔膜就与环境隔离开了。另外，腔室52的结构是可以改变的，并不强制性地要求在它的壁上有大面积的隔膜。
图5和图6所示的是本发明的又一个实施例，其中水蒸汽渗透隔膜被以拉链方式安置在一个不透水的底板上。
烘干设备的壁是由构件90组成的，构件90是镀锌的直角钢排架且必要情况下它是被支撑的，这样可以看到一个立起来的部件92和一个水平部件94。典型的每一个部件是一平方米左右。氯磺酰化聚乙烯合成橡胶(杜邦商标)的不透水橡胶底板96组成了设备的底板和边板，底板96沿着它的边板和封闭端有折边98，适合于遮盖钢部件的上端。一对半边拉链100、102被沿着橡胶底板的上边缘104、108设置。
有对应的半边拉链101，103的渗透水蒸汽的隔膜与底板上边缘的顶用拉链连接起来，以便形成一个闭合的腔室。拉链连接形成了气密的封闭。
拉链的半边103被缝合到隔膜110上，缝合的缝被用多孔的PTFE片封闭。拉链的一半102被粘在了底板的边缘上。一个薄橡胶或纤维条(未画出)被缝或粘缝到隔膜110的下面上以保护拉链。有两条拉链，每一条都从底边108的中点开始扩展到腔室的一个对应的边104上。
腔室的前端112是开放的，边壁的高度向前端方向是减少的以便隔膜前部降到地面水平。相似地，底板的前部的扩展超出了侧壁的前部，以便其置于隔膜的下边。封闭腔的开放的前端通过使用重物和使隔膜的前部与底板一起卷起而封闭起来。
在隔膜110安装以前腔室中装上了谷物(未画出)。通过打开可启、闭的前端，谷物能被输出。
有扇叶和输送管道来辅助谷物的烘干。来自腔室内部的空气被再次循环以避免输入含高氧浓度的新鲜空气。如图6所示，再循环是通过风扇18完成的，风扇18使得空气通过出口管114被吸出并通过入口管112再次进入，两个管都位于壁的后部。空气在再次进入腔室以前在加热器20中被加热。为了谷物的初次烘干，可使用隔膜110，它有高的透水蒸汽的性能(并相应地有稍高的透气性能)。一旦谷物完成了避免霉菌生长的初次烘干以后，隔膜可从被水蒸汽透气率低的另外的隔膜代替，这种隔膜的不透气率更低，以便使含氧量降到理想的水平(典型的为5-7%)。
图7所示为适于本发明使用的隔膜。该膜是由两层扩展性的多孔PTFE层80，82的柔韧迭层组成，如W.L.Gore & Associates公司所售的Gore-Tex商标的多孔PTFE。第一层上面涂覆了一个连续的渗透水蒸汽的聚氨脂涂层83，如美国专利US4，194，041所描述的聚氨脂涂层。两层PTFE隔膜通过涂覆层和第二层PTFE膜之间使用的粘结剂层84被粘在一起了。粘结剂可以是连续的一层(在这种情况下它必须是透水蒸汽的)或者可以是一系列相互间隔的粘接点。所设计的粘合剂Q-11最好依照美国专利US4，532，316的描述生产。多孔PTFE层也是不透液体水的，它保护谷物不被雨淋。该叠层的水蒸汽的透过速度为每天4，000g/m2，对水蒸汽的阻率是351Sm-1，对氧的阻率是3.34×107Sm-1;其测量方法随后将描述。对水蒸汽阻率与对氧的阻率之比为1.05×10-5。
为了对隔膜进行物理保护，一个抗紫外线的纤维面(未画出)被粘结点点阵粘到了隔膜的一个面上(例如TP3粘结剂，可从W.L.Gore & Associates公司获得)。粘合尼龙线被用相同的方法粘到了隔膜的另一面。
图8是湿度曲线图(并不希望它被任何特定的科学理论限定)它说明了我们的思路，依照这一思路本发明对诸如谷物的物料进行烘干。
湿度曲线图显示了相对湿度、空气温度和绝对湿度之间的关系(绝对湿度是每单位体积或每单位物质中水蒸汽的量，如每立方米空气中水蒸汽的克数或每千克空气中水蒸汽的克数)。
一个典型的实施例的谷物和空气条件是起始水份含量 19%
理想水份含量 14%环境空气温度 8%环境相对温度 80%应该明白具有特定水份含量的物料相应地在空气中(在给定的温度条件下)具有特定的水蒸汽压强。例如在14℃情况下谷物的平衡的水蒸汽压强典型地是水含量19%(重量百分比)＝92%相对湿度;水含量14%(重量百分比)＝65%相对湿度这些数据取决于特定的物料。
让我们观察图8上的1、2、3点。点1-2来自谷物上部空间的进入扇叶的空气被吹着通过加热器，在加热器处空气的温度典型地被提高5-10℃，相对湿度从88%降到65%。这些空气沿着管道前进，通过管上的孔(或谷物底板等)进入谷物。点2-3空气穿过谷物运动，当这样做的时候空气开始加热并烘干靠近管道的谷物。因为空气的相对湿度对应约14%的谷物湿度含量，谷物将不会烘干到低于这个水平。谷物就从谷物冷却器和润湿器中冒出来了。
点3-1当空气沿着其返回路从顶部空间回到扇叶的时候，水蒸汽通过隔膜进入外部大气环境中。同时一些热量也就损失了。
隔膜传输水蒸汽使用机械方式有利于谷物的干燥，只要腔室内部的水蒸汽浓度比腔室外部的浓度大。由于顶部空间中空气的温度被维持在高于大气环境5-10℃，甚至当外部湿的时候(见图中的点4，它表示环境空气)水蒸汽也将透过隔膜传输。在上述大气环境中，在14℃时相对湿度将降到55%或以下，以便水的再次进入。这时对应一个约13%的水份含量并且在这个水份含量时空气的循环将被停止，因为烘干已经完成。缺乏空气的循环严重阻止了水蒸汽的传输，所以谷物再润湿的可能性消除了。内部和外部之间水蒸汽的含量差决定了烘干的速率-含量差越大，烘干的速度就越快。所以对于外部的常温条件，当外部环境的相对湿度较低时，烘干的速度将会较快。
还应当注意到隔膜对水蒸汽的渗透特性自身是相对湿度的函数。为了通过隔膜最大限度地传输水蒸汽，腔室内部的高的相对湿度是所追求的。隔膜的透氧特性也是相对湿度的函数，尽管透氧程度较低。
要特别注意风扇和加热器的规格，以使得空气在正确的温度和相对湿度条件下以精确的量传送给谷物。
烘干的操作当腔室中装填了谷物时，顶部空间的相对湿度对应于谷物的水份含量。20%水份的谷物相对湿度是89%。风扇和加热器的开关闭合，烘干过程就直接开始了。在上述实施例中，从管道来的空气通过谷物时，仅当谷物的平衡相对湿度高于空气的时，空气才从谷物中带走水份。通过监视顶部空间的相对湿度及控制风扇和加热器，使烘干谷物的过程在达到与理想的含水量相应的平衡相对湿度时，烘干过程就停止了。14%水份含量的谷物的平衡相对湿度为63%。所以如果来自谷物的空气的相对湿度是65%。谷物变必定是干的。典型地谷物在六个星期内烘干。不使用加热器这是达不到的。
维持一个缺氧的环境空间
当烘干以前或烘干过程中谷物被存在腔室中的时候，谷物本身或与其相关的细菌将要消耗氧，氧气的含量水平将从空气中通常的21%下降。害虫的存在也会有同样的耗氧效果。由于腔室内外的含氧量的差别，很少量的氧气可能从外部返回到腔室。如果氧的消耗较高，进入腔室的氧不足以明显地提高氧气浓度，腔室内就维持在一个低水平的含氧量上。当氧的含量低的时候，细菌和昆虫所需要的消耗量被限制了。因此如果腔室内部存在活跃的生物或昆虫活动，低含氧量的水平能够被维持，这反过来限制了谷物所需的消耗量。
水蒸汽传输速度的测量(WVTR)下面给出用来测量水蒸汽传输速度的实验的描述。
在这个过程中，大约70ml含35重量份的钾乙酸盐和15重量份蒸馏水的溶液被放入有133ml聚丙烯的杯中，杯口的内径为6.5cm。采用一种最小蒸汽传输速度，大约为85，000g/m2/24h的多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜，它按Crosby的美国专利US4，862，730的方法进行测试，并能够从W.L Gore & Associates Inc.of Newark，Delaware处获得。该膜被加热封闭到一个杯子的边上而形成一个拉紧的、密封的、多微孔的障碍物，来包含溶液。
一种相似的多孔PTFE隔膜被安置到了一个水槽的表面。利用一个温度控制室和一个水循环槽，水槽装置被控制在23℃±0.2℃。
待测试的隔膜样品在开始实验程序之前，可处于温度为23℃、相对湿度是65%的条件下。样品被放置后，待测的多微孔聚合的隔膜与安置在水槽表面的多孔聚四氟乙烯隔膜相接触，在杯子装置引入之前两层膜有至少15分钟来达到平衡。
杯子装置称重至精度为1/1000g，并被颠倒放置在试验样品的中心。
水的传输是由驱动力引起的，驱动力是水槽中的水与饱和盐溶液之间沿渗透方向渗出水流而产生的。这个样品被实验了20分钟，然后将杯子装置移走，再次称重至1/1000g的精确度。
样品的水蒸汽传输速度(WVTR)从杯子装置的重量增加而计算出来，并用每24小时每平方米表面积样品传输多少克表示。
透氧性的测量透氧性(和阻氧性)的测量方法下面将给出。
渗透率的测量是使用一种符合ASTM标准的F738-85实验方法进行的。实验用的实验材料将不锈钢容器分成一个上部腔室和一个下部腔室。100%含量的氮气被通过下部腔室，而100%含量的氧气被通过上部腔室。用流量控制器使流过两个腔室的气体流保持恒定。氧气的含量通过气体色谱法测量。渗透率(P)通过下面的公式获得P＝C×F/A在这里C是下部腔室的氧气含量F是通过下部腔室的气流量A是实验物的面积由于膜的特性，气体不可能被完全封闭在渗透率测量仪中。现将100%的氮气通过渗透率测量容器的上、下部腔室，进行“泄漏测试”。然后测量泄露到下部腔室中的氧气浓度，并计算出现在渗透率。
隔膜的氧渗透率值用向下部腔室的泄露率进行修正，即可得到，其计算方法是测量渗透率减去视在渗透率。
隔层的渗透率常数如下K＝2.99×10-8mS-1(3.34×107Sm-1的阻率)在这K＝渗透率/含量梯度(gm-3)。
由于下部腔室的含量与上部腔室的含量相比太小，含量梯度的幅度可以为是上部腔室的含量。
水蒸汽渗透常数与氧渗透常数之比水蒸汽传输的渗透率常数能够从一种典型膜的水蒸汽传输速度中计算出来(d＝天)。
水蒸汽传输速度＝4000gm-2d-1＝0.0463gm-2S-1(/86400)这就是下面等式的渗透率。渗透率常数K是渗透率(Perm)＝K×DELTAP或K＝ (Perm)/(DELTAP) gm-2S-1/gm-3在这里DELTAP是纤维布内部的水蒸汽含量(100%)与纤维布外部的水蒸汽含量(20%)之差。DELTAP是在100%和20%相对湿度(rh)下的绝对湿度的差值，在这里绝对湿度ABSHUM是ABSHUM＝(E×2170)/(273.15+T)gm-3在这里E是水蒸汽压力 KpaT是温度 ℃水蒸汽压力E在给出了相对湿度时是饱和水蒸汽压Es乘相对湿度。
Es＝exp[16.6536-4030.183/(T+235)]Kpa (6)对于在23℃和100%和20%相对湿度条件下的水传输速度的测试Es＝2.8087Kpa
DELTAP＝(1.0-0.2)×Es×2170/(273.15+23)gm-3＝16.46gm-3水蒸汽的渗透常数是K＝ 0.0463/16.46 gm-2S-1/gm-3＝2.8×10-3ms-1隔膜的渗透常数之比是(KH2O)/(Ko2) = (2.8×10-3)/(2.99×10-8) =1×105所以，这个典型的隔膜对水蒸汽的渗透率是对氧气渗透率的100，000倍。
权利要求
1.一种烘干物料的设备，它包括一个装物料的腔室，并且装物料的腔室基本上保留了一个气体空间；水蒸汽转换装置，水蒸汽转换装置是腔室的一部分，它包括一个基本上渗透水蒸汽而不渗透所述的气体的隔膜；对烘干物料的腔室内部供热的加热装置，在设备中所述的气体中的水蒸汽被选择地通过隔膜传输出去而气体基本上被留在了腔室里。
2.如权利要求1所述的设备，其特征是腔室进一步包括使所述的要烘干的物料通过腔室传输的一个可闭合的入口和一个可闭合的出口。
3.如权利要求2所述的设备，其特征是进一步包括处于腔室内的使所述的物料连续通过腔室的传输装置。
4.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是进一步包括使腔室中的气体再循环的循环装置。
5.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是水蒸汽转换装置的隔膜作为盛装所述需烘干物料的一体化腔室的壁的一部分。
6.如权利要求1到4之一所述的设备，其特征是水蒸汽转换装置是由腔室的第一单元构成，并连接到盛物料用的腔室的第二单元上，其连接管把需烘干的物料周围的含水蒸汽的气体引到第一单元，并且使水蒸汽含量降低了的气体返回所述的第二单元中。
7.如权利要求6所述的设备，其特征是水蒸汽转换装置至少包括一根管形的隔膜。
8.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是进一步包括减少隔膜外部环境空气中的水蒸汽压强的脱水设备。
9.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是加热装置包括一个加热气体的加热器。
10.如权利要求1到8之一所述的设备，其特征是供热装置包括一个在腔室壁的表面或内部的太阳能吸收表面，以便加热所述的气体。
11.如权利要求之一所述的设备，其特征是所述的气体空间含氧量少于2%(重量)。
12.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是隔膜包括渗透水蒸汽的多孔聚四氟乙烯(EPTFE)，和一种涂于上述EPTFE上的基本上渗透水蒸汽而不渗透气体的涂层。
13.如权利要求12所述的设备，其特征是渗透水蒸汽的粘接层将另一个EPTFE层粘在了所述的涂层上。
14.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是隔膜有至少1500g/m2天的水蒸汽渗透率。
15.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是腔室的气体泄漏为每天小于腔室中气体总体积的100%。
16.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是隔膜对气体的渗透率与对水蒸汽的渗透率之比小于1×10-2。
17.如上述权利要求之一所述的设备，其特征是隔膜不渗透液态的水。
18.一种烘干物料的方法，它包括提供一个盛放需烘干的物料且基本上含有一个气体空间的腔室;加热气体;将加热气体通入与物料相接触并提高气体中水蒸汽的含量;且将增加了水蒸汽含量的气体与基本上渗透水蒸汽而不渗透所述的气体的隔膜相接触，这样，水蒸汽有选择地穿过隔膜排出。
19.如权利要求18所述的方法，其特征是需烘干的物料包含有易挥发的成份，隔膜将易挥发的成份基本上保留在腔室中。
20.如权利要求18或19所述的方法，其特征是需烘干的物料是咖啡、可可、洋葱、红辣椒。
21.如权利要求18或19所述的方法，其特征是需烘干的物料是谷物。
22.如权利要求18到21之一所述的方法，其特征是所述的气体空间的含氧量小于2%重量份。
23.如权利要求18到22之一所述的方法，其特征是一种惰性气体被引入气体空间。
全文摘要
一种烘干物料的设备，烘干的物料如天然产品，包括作物、谷物、蔬菜、木材等。该设备包括一个封闭的腔室(2)，腔室(2)中放物料且腔室(2)还含有一个气体空间。水蒸汽转换装置安装于腔室的壁部件(30)上或以一个分离的单元(50)的方式提供，水蒸汽转换装置包括一个有选择性渗透能力的隔膜，该隔膜渗透水蒸汽而不渗透气体。加热装置(20)加热腔室中的气体，气体从物料中吸收水蒸汽。然后通过隔膜水蒸汽被选择性地传输出去，而加热的气体被保留在腔室中。这个烘干过程可有效利用能量。
文档编号F26B21/08GK1093798SQ9311992
公开日1994年10月19日 申请日期1993年12月18日 优先权日1992年12月18日
发明者G·D·哈利, C·M·M·思韦茨, M·塔尔博特 申请人:W.L.戈尔及合伙人(英国)有限公司