一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及真空冷冻干燥【技术领域】，特别是涉及一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，包括有控制系统、机箱、真空罐、冷阱、真空泵，以及组成速冻、加热系统的换热盘管、气液分离器、制冷压缩机、储液罐和冷凝器；所述机箱包括机箱上腔和机箱下腔，所述真空罐、冷阱设于机箱上腔，所述换热盘管设于真空罐内，所述真空罐内还设有食品盒以及放置食品盒的搁架，所述换热盘管与食品盒的底部触接；所述真空泵和依次连接的气液分离器、制冷压缩机、储液罐、冷凝器均设置于机箱下腔。该真空冷冻干燥装置集合了快速冷冻、冷阱水蒸气捕捉、真空加热升华干燥等多功能协同控制于一体，能全自动化快速高效地完成真空冷冻干燥处理，结构简单，成本较低。
【专利说明】一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及真空冷冻干燥【技术领域】，特别是涉及一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置。
【背景技术】
[0002]真空冷冻干燥是将含水物料在低温状态下，将物料中的水冷冻成固态冰晶，在低温真空条件下对物料进行加热，使其冰晶直接升华，升华的水汽由冷阱捕捉，从而使物料在较低温度下获得干燥，是一种集机械、制冷、真空与控制于一体的一门综合性技术的应用。相较其他干燥方法，显然，由于低温与真空条件下的干燥，避免了高温对生物活性物质的作用及氧化，最大限度地保存了物品中的生物活性物质；又由于升华干燥，物料中的冰晶直接升华，干燥后的制品呈多孔海绵状结构，物料原本的外形能得到很好的保留，且其复水性能十分良好、复水后的色泽和状态新鲜如初。
[0003]真空冷冻干燥的这些特点，正是制造高品质营养、保健食品所需要的优点，也是满足现代人们生活需求的一类追求。真空冷冻干燥方法的关键分“速冻”和“真空加热升华干燥”这两个功能环节，它既可利用各自独立的设施来实施，也可以组合在一起先“速冻”然后“真空加热升华干燥”，前者可以实现连续干燥食品，后者就只能一批批处理，即间歇式处理。如，速食食品中的干鲜蔬菜配料等，由于处理量一般较大，其“速冻”可采用独立速冻库先把新鲜蔬菜(包括新鲜葱、蒜等)进行速冻处理，然后在真空干燥罐内实施“真空加热升华干燥”处理。但对于生产高档的茶叶等绿叶类食品而言，由于产量相对小，采用分离式的加工方式所需的设备包括速冻设备和加热升华设备，两套设备的零件不能相互利用，成本较闻。
[0004]因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一套结构简单、能实现“速冻”和“真空加热升华干燥”装置一体化的技术显得尤为重要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种高档茶叶、果菜等绿叶类物品的真空冷冻干燥装置，该真空冷冻干燥装置集合了快速冷冻、冷阱水蒸气捕捉、真空加热升华干燥等多功能协同控制于一体，能全自动化快速高效地完成真空冷冻干燥处理，结构简单，成本较低。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0007]提供一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，包括有控制系统、机箱、真空罐、冷阱、真空泵，以及组成速冻、加热系统的换热盘管、气液分离器、制冷压缩机、储液罐和冷凝器；所述机箱包括机箱上腔和机箱下腔，所述真空罐、冷阱设于机箱上腔，所述换热盘管设于真空罐内，所述真空罐内还设有食品盒以及放置食品盒的搁架，所述换热盘管与食品盒的底部触接；所述真空泵和依次连接的气液分离器、制冷压缩机、储液罐、冷凝器均设置于机箱下腔；所述真空泵的进口管与冷阱的出口管通过常闭真空电磁阀连接，所述冷阱的进口管通过回压手动球阀与真空罐的真空出口管连接；所述冷阱的制冷剂集气管与气液分离器连接与气液分离器连接，所述冷阱的膨胀阀通过常闭电磁阀LDF与储液罐连接，所述换热盘管的一端通过速冻膨胀阀分别与储液罐、冷凝器连接，速冻膨胀阀与储液罐之间设有常闭电磁阀SDF1，速冻膨胀阀、冷凝器、储液罐通过三通电磁阀实现连接，该三通电磁阀用于加热切换，所述换热盘管的另一端分别与气液分离器、储液罐连接，换热盘管与气液分离器之间设有常闭电磁阀SDF2，换热盘管与储液罐之间设有常闭电磁阀GDF2，该常闭电磁阀GDF2用于加热切换。
[0008]其中，所述食品盒的顶部和底部均设有若干个微孔。
[0009]其中，所述真空罐内还设有控制食品盒左右震动的震动装置。
[0010]其中，所述震动装置包括微电机、凸轮和食品盒振动器，所述微电机与凸轮电连接并驱动凸轮转动，所述凸轮带动食品盒振动器左右震动。
[0011]其中，所述控制系统包括单片机和触摸显示屏。
[0012]其中，所述换热盘管顶部设有样品盒，所述真空罐内还设有摄像、监测样品盒内样品状态的视频摄像头。
[0013]其中，所述冷阱外盘绕有PTC加热器。
[0014]其中，所述冷阱包括四个冷阱罐，所述冷阱罐两两并联后再串联；每个所述冷阱罐的管外壁均盘绕有用于降温的蒸发盘管。
[0015]其中，所述真空罐设有真空罐门，真空罐门与真空罐的连接处设有多点螺纹旋压硅胶密封条。
[0016]其中，所述机箱包括机架、保温箱门和可拆卸的保温箱板。
[0017]本发明的有益效果在于:
[0018]本发明的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置的真空罐内的换热盘管既作为速冻过程的蒸发器，又作为升华干燥过程的热泵加热器一冷凝器的一部分，节省了材料，同时，提高了真空罐的有效干燥容积。该真空冷冻干燥装置集合了快速冷冻、冷阱水蒸气捕捉、真空加热升华干燥等多功能协同控制于一体，能全自动化快速高效地完成真空冷冻干燥处理，结构简单，成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
[0020]图1为本发明的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置拆开一侧保温箱板的结构示意图。
[0021]图2为本发明的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置拆开另一侧保温箱板的结构示意图。
[0022]图3为图2的拆开顶部保温箱板的俯视图。
[0023]图4为本发明的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置的装配结构示意图。
[0024]在图1至图4中包括有:
[0025]I——真空罐门；2——右折门；
[0026]3-真空罐；4-冷阱；
[0027]5—冷阱的膨胀阀；6—速冻膨胀阀；
[0028]10——多点螺纹旋压硅胶密封条；
[0029]11 视频摄像头；12 样品盒；
[0030]13——LED灯；14——食品盒；
[0031]15——食品盒振动器；16——微电机；
[0032]17——冷阱的进口管；18——回压手动球阀；
[0033]19—冷阱的制冷剂集气管；20—真空罐的真空出口管；
[0034]21——冷阱排水阀；22——控制盒；
[0035]23——常闭电磁阀SDFl ；24——常闭电磁阀LDF ；
[0036]25——冷凝器；26——常闭电磁阀SDF2;
[0037]27——常闭电磁阀⑶F2 ；28——三通电磁阀；
[0038]29—储液罐；30—气液分离器；
[0039]31—制冷压缩机；32—真空泵；
[0040]33——真空泵的出口管；34——真空泵的进口管；
[0041]35——常闭真空电磁阀；36——真空表；
[0042]37-左平门。
【具体实施方式】
[0043]为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0044]实施例:
[0045]如图1至图4所示，一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，包括有控制系统、机箱、真空罐3、冷阱4、真空泵32，以及组成速冻、加热系统的换热盘管、气液分离器30、制冷压缩机31、储液罐29和冷凝器25。如图1所示，该装置设计了可把各功能部件合理装配于一体的机箱，主要由方钢与冷轧板材料焊接、弯折板等成型工艺构成机架与可拆式箱板结构，机架与各可拆箱板，成型后进行整体表面处理及喷粉防锈处理。机箱包括机箱上腔和机箱下腔，真空罐3、冷阱4设于机箱上腔，真空罐外壳、冷阱外壳在管道连接完成后进行聚氨酯发泡保温处理，使得真空罐3与冷阱4有良好的绝热条件。由于真空罐3内不但要完成速冻任务，更主要需完成加热升华干燥任务，因而，换热盘管设于真空罐3内，真空罐3内还设有食品盒14以及放置食品盒14的搁架，换热盘管与食品盒14的底部触接，有助于减小导热热阻；同时，为了满足食品卫生安全要求，罐内装设的换热盘管与搁架均需采用304不锈钢材料来制作；换热盘管在速冻阶段是作为蒸发器来冷冻搁架上的食品，在加热升华干燥阶段它则作为加热器(冷阱4降温时的一部分冷凝器25)来加热升华干燥搁架上的食品。与换热盘管进出口连接的速冻膨胀阀6及加热切换电磁阀(常闭电磁阀GDF2 27、三通电磁阀28)的连接参见图2和图4。机箱下腔主要作为设备腔，真空泵32和依次连接的气液分离器30、制冷压缩机31、储液罐29、冷凝器25均设置于机箱下腔，机箱下腔的前后左右箱板均为可拆式、带通气栅的冷轧喷涂板，主要起装饰作用；机箱上腔的底板(下腔的顶板)与下腔的顶架用作真空罐3、冷阱4等部件的支撑与安装。
[0046]真空泵的出口管33与外界空气连通，真空泵的进口管34与冷阱4的出口管通过常闭真空电磁阀35连接，冷阱的进口管17通过回压手动球阀18与真空罐的真空出口管20连接；冷阱的制冷剂集气管19与气液分离器30连接与气液分离器30连接，冷阱的膨胀阀5通过常闭电磁阀LDF 24与储液罐29连接，冷阱的底部还连接有冷阱排水阀21，冷阱排水阀21设于机箱下腔；换热盘管的一端通过速冻膨胀阀6分别与储液罐29、冷凝器25连接，速冻膨胀阀6与储液罐29之间设有常闭电磁阀SDFl 23，速冻膨胀阀6、冷凝器25、储液罐29通过三通电磁阀28实现连接，该三通电磁阀28用于加热切换，换热盘管的另一端分别与气液分离器30、储液罐29连接，换热盘管与气液分离器30之间设有常闭电磁阀SDF2 26，换热盘管与储液罐29之间设有常闭电磁阀GDF2 27，该常闭电磁阀GDF2 27用于加热切换。
[0047]为了保证系统的密闭性，真空罐3接真空系统的接头采用锥面铜管喇叭口连接，铜管与电磁阀连接亦采用锥面铜管喇叭口连接，管与管直接用钎焊连接，尽可能减少漏气率，在真空泵32抽气速率稳定的情况下保证升华干燥时所需的真空度。
[0048]其中，食品盒14的顶部和底部均设有若干个微孔。用于填装干燥物品的绿叶类食品盒14，其盒体及盒盖均采用不锈钢微孔薄板弯折及焊接而成，其盒装结构防止了轻飘物品的飘落与飞溅，而其微孔结构又可作为气流通道，速冻时有助于空气的对流而提高冷冻速度、保证速冻的均匀性，加热升华干燥时作为水汽的升华通道而有助于提高干燥速率、保证干燥的均匀性。
[0049]其中，真空--!3内还设有控制食品盒14左右震动的震动装置。
[0050]其中，震动装置包括微电机16、凸轮和食品盒振动器15,所述微电机16与凸轮电连接并驱动凸轮转动，所述凸轮带动食品盒振动器15左右震动。微电机16作为凸轮旋转动力，食品盒振动器15是设置于搁架左右两侧带支点的连动机构，凸轮的旋转带动连动机构，从而使食品盒14可周期性地整体微上升后再左右微震动，从而提高真空升华干燥速率。
[0051 ] 其中，控制系统包括单片机和触摸显示屏。真空罐3还连接有监测罐内压力的真空表36。控制系统设于控制盒22内，控制盒22安装于机箱中前部，控制系统主要采用单片机加触摸屏的控制人机界面方式，其控制除了过电流、过压、过热等保护控制外，其功能控制主要采用时序控制方式及温度、压力视频测量记录。
[0052]其中，换热盘管顶部设有样品盒12，真空罐3内还设有摄像、监测样品盒12内样品状态的视频摄像头11。为了监控食品的过程状况，在真空罐3的换热盘管与搁架顶部，专设一样品盒12，并以LED灯13照射、视频摄像头11摄像监测及记录样品的干燥过程外观变化状况。
[0053]其中，冷阱外盘绕有PTC加热器。采用手动启动PTC加热器盘绕冷阱壁溶霜的方式、间歇式排放冷阱4捕捉的水汽的方法，保证了冷阱4再次真空捕捉升华水汽能力的不衰减。
[0054]其中，冷阱4包括四个冷阱罐，冷阱罐两两并联后再串联；每个所述冷阱罐的管外壁均盘绕有用于降温的蒸发盘管。为了结构的紧凑及保证冷阱4捕捉升华干燥时的水汽的能力、尽最大可能减小真空抽气阻力、保证真空罐3内的真空压力低于水的三相点压力(640Pa)，采用了外盘管蒸发器罐作冷阱罐。蒸发盘管的管距采用前宽后窄布局的方式，使得冷阱罐内壁温度前高后低，以避免冷阱罐内凝华的霜堆塞在冷阱进气口或冷阱罐前部，这样则可最大限度减少真空泵32的抽气阻力，从而实现保证升华干燥时所述真空罐3内所需真空度。冷阱膨胀阀出口连接于冷阱罐下部连接管，上部回气直接连接安装于机箱下腔的气液分离器30。冷阱4可采用聚氨酯发泡而实现冷阱外壳保温，节约能源的同时保证冷阱内壁足够的低温，以便在真空干燥过程中使水汽凝华，实现高效捕捉水汽的目的。
[0055]其中，真空罐3设有真空罐门1，真空罐门I与真空罐3的连接处设有多点螺纹旋压硅胶密封条10。真空罐3与真空罐门I之间采用了多点螺纹旋压硅胶密封条10的方式密封，满足了加热升华干燥时的真空度要求。此外，真空罐外壳(包括真空罐门I)可采用PE保温板保温，以实现外壳不凝露的同时减少速冻时的冷量损失。
[0056]其中，机箱包括机架、保温箱门和可拆卸的保温箱板。机箱的箱门包括左平门37和右折门2。机箱上腔正面为右折门2和左平门37，机箱上腔的上面、背面及左右侧面均设可拆式保温箱板，主要起保温与装饰作用。
[0057]本装置把真空冷冻干燥所需功能环节组合在一起，并能可靠地完成下列功能过程:在真空干燥罐内摆放好物品(茶叶)一启动速冻系统一物品达到速冻要求一速冻结束—启动冷阱降温系统一冷阱达到预设温度继续运行一启动真空泵使系统真空度维持在水的三相点以下压力一进入加热升华干燥一物品(茶叶)达到干燥要求一停止加热一停止真空泵一停止冷阱一开启回压阀一打开真空罐一包装干燥物品(茶叶)一真空冷冻干燥结束—开启冷阱溶霜加热一排除冷阱凝华下来的水一准备进入新一轮真空冷冻干燥过程。
[0058]参照图4，在上述过程中，速冻系统运行是以制冷压缩机31为核心的制冷系统启动运行，制冷剂经“制冷压缩机、油分离器、冷凝器”等部件的压缩冷凝作用，形成高压室温液态制冷剂，流经三通电磁阀28 (常态)进入高压储液罐29，此时常闭电磁阀SDFl 23通电导通，制冷剂流向速冻膨胀阀6 (外平衡热力膨胀阀)，经节流膨胀，低温(可达-35°C )低压气液两相制冷剂通过分液器分配到搁架式蒸发盘管中蒸发吸热，把放置于搁架式蒸发盘管搁架上的食品盒14内的物品热量带出真空罐3，从而使食品盒14内物品逐渐降温达到冻结状态的目的，在搁架式蒸发盘管内蒸发的低压制冷剂流经通电导通的电磁阀SDF2流回气液分离器30、再回到压缩机吸气管，完成一个完整的速冻制冷循环。速冻系统运行时，冷阱与真空系统不工作，其他用于切换功能的电磁阀均不通电，处于截断状态。
[0059]参照图4，当速冻系统运行达到目标、准备进入真空干燥阶段前，为了保证真空泵长期运行的可靠性，首先需要把冷阱罐的内壁温度降低，此时，制冷压缩冷凝机组继续速冻时的工作，接通电磁阀LDF约20秒，关闭电磁阀SDF1、SDF2，制冷循环切换至冷阱降温制冷循环，当冷阱罐内壁温度达到较低温目标时(约低于_30°C )才启动常闭真空电磁阀35和真空泵。
[0060]参照图4，干燥升华系统的运行是指当冷阱与真空系统运行进入稳定状态后，三通电磁阀28与常闭电磁阀GDF2 27通电导通，经冷凝器25冷凝后的制冷剂切换进入原搁架式蒸发盘管中，给放置于真空罐3内食品盒14内已速冻好的物品进行加热，由于此时的搁架式蒸发盘管作为冷阱继续冷却制冷循环的升华干燥，机组进入过程。
[0061]上述过程的主要功能环节的时间可在较大范围内设定，如速冻时间、加热升华干燥时间。另外，通过时序化切换控制，一套制冷压缩机31既完成“速冻“要求又创造”冷阱4 “进行水汽捕足，从而充分利用制冷系统中较贵重的制冷压缩机31，实现降低制造成本目的。
[0062]本发明的真空冷冻干燥装置的主要特点在于:
[0063](I)真空罐3内零部件(包括:换热盘管与搁架、绿叶类食品托盘)均采用符合食品卫生安全要求的不锈钢材质。
[0064](2)真空罐3内的换热盘管既作为速冻过程的蒸发器，又作为升华干燥过程的热泵加热器一冷凝器25的一部分，节省了材料，同时，提高了真空罐3的有效干燥容积。
[0065](3)采用不锈钢微孔薄板制作绿叶类食品托盘，一方面防止轻飘类食品的飘落与散失，另一方面由于大量的微孔作为气流通道，有助于提高冷冻速度与升华干燥速率，保证速冻与干燥的均匀性。
[0066](4)采用微电机16推动凸轮的方式，在真空升华干燥过程中对食品托盘进行有规律的的左右震动，以提高升华干燥速率，从而有效提高整体效率及干燥质量。
[0067](5)针对冷阱凝华的特点，为了避免结霜易于堵塞真空管路的问题，采用“前宽后窄，前松后紧”的方式设计了四筒式夹层冷阱，在保证有效捕捉水汽的基础上，降低真空管路阻力，保证真空抽气速率及升华干燥的真空度，从而保证干燥质量。
[0068](6)采用滞后切换控制电磁阀方法，把冷阱4运行时的冷凝过冷热量用作真空条件下加热升华的热源，可实现冷热联供节能目的，同时保证了不超温及均匀传导加热升华的效果。
[0069](7)采用LED灯13照射采样与视频摄像，可自动半自动监测和记录干燥过程食品的外观。
[0070](8)系统采用时序控制，同时具有监测对应的温度、真空度等功能，各功能环节的时间设定采用开放式，有助于调节及快速确定不同绿叶类食品的冻干曲线。
[0071](9)采用直接缠绕PTC加热器于冷阱制冷剂夹层外壁处的方式对冷阱进行除霜处理。
[0072](10)采用R407环保制冷工质，以符合国际要求。
[0073]最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:包括有控制系统、机箱、真空罐、冷阱、真空泵，以及组成速冻、加热系统的换热盘管、气液分离器、制冷压缩机、储液罐和冷凝器；所述机箱包括机箱上腔和机箱下腔，所述真空罐、冷阱设于机箱上腔，所述换热盘管设于真空罐内，所述真空罐内还设有食品盒以及放置食品盒的搁架，所述换热盘管与食品盒的底部触接；所述真空泵和依次连接的气液分离器、制冷压缩机、储液罐、冷凝器均设置于机箱下腔；所述真空泵的进口管与冷阱的出口管通过常闭真空电磁阀连接，所述冷阱的进口管通过回压手动球阀与真空罐的真空出口管连接；所述冷阱的制冷剂集气管与气液分离器连接与气液分离器连接，所述冷阱的膨胀阀通过常闭电磁阀LDF与储液罐连接，所述换热盘管的一端通过速冻膨胀阀分别与储液罐、冷凝器连接，所述速冻膨胀阀与储液罐之间设有常闭电磁阀SDF1，速冻膨胀阀、冷凝器、储液罐通过三通电磁阀实现连接，所述换热盘管的另一端分别与气液分离器、储液罐连接，所述换热盘管与气液分离器之间设有常闭电磁阀SDF2，所述换热盘管与储液罐之间设有常闭电磁阀GDF2。
2.根据权利要求1所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述食品盒的顶部和底部均设有若干个微孔。
3.根据权利要求1所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述真空罐内还设有控制食品盒左右震动的震动装置。
4.根据权利要求3所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述震动装置包括微电机、凸轮和食品盒振动器，所述微电机与凸轮电连接并驱动凸轮转动，所述凸轮带动食品盒振动器左右震动。
5.根据权利要求1所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述控制系统包括单片机和触摸显示屏。
6.根据权利要求5所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述换热盘管顶部设有样品盒，所述真空罐内还设有摄像、监测样品盒内样品状态的视频摄像头。
7.根据权利要求1所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述冷阱外盘绕有PTC加热器。
8.根据权利要求1所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述冷阱包括四个冷阱罐，所述冷阱罐两两并联后再串联；每个所述冷阱罐的管外壁均盘绕有用于降温的蒸发盘管。
9.根据权利要求1所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述真空罐设有真空罐门，真空罐门与真空罐的连接处设有多点螺纹旋压硅胶密封条。
10.根据权利要求1所述的一种绿叶类食品的间歇式真空冷冻干燥装置，其特征在于:所述机箱包括机架、保温箱门和可拆卸的保温箱板。
【文档编号】F26B5/06GK104457142SQ201410588284
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】卓献荣, 张平湖, 陈嘉澍, 邱振国 申请人:仲恺农业工程学院