[发明专利]一种热泵-微波联合干燥设备

说明书

技术领域

本发明涉及食品、农产品加工领域的干燥设备，特别是一种适用于果蔬、海产品及热敏性、易氧化的物料干燥的多功能的热泵-微波联合干燥设备。

背景技术

干燥技术是工业、农业生产过程中耗能较大的一项重要工序，深入国民经济各个领域。在发达国家约12%的工业能耗用于干燥；在我国各工业中，干燥能耗从4%（化学工业）到35%（造纸工业）不等。目前常见的干燥技术多采用电加热、蒸汽或热风加热，损失的加热空气中含有大量的显热和潜热，热能利用率低，物料营养成分易损失，品质下降，且在能源的利用上对环境造成一定的影响。与其他干燥方式相比，真空冷冻干燥技术最大限度地保持了新鲜物料的外形、色泽、营养、风味等特性，但耗时长，能耗大。因此，需要一种安全、环保、高效、节能的干燥技术。

热泵干燥是一种高效节能的技术，根据逆卡诺循环的原理，采用少量的电能驱动压缩机运行，高压的液态工质经过膨胀阀后在蒸发器内蒸发为气态，并大量吸收干燥介质中的显热和潜热，干燥介质经冷凝器回热和加热后，再次被用来干燥物料，如此不断循环。与传统干燥相比，热泵干燥方式温和，表面水分的蒸发速度与内部向表面迁移速度较接近，保证被干燥物料的质量好、色质好、产品等级高。在充分利用干燥排出的高温高湿空气中回收的部分显热和潜热过程中，可使低品位热能提高为高品位热能，同时可根据干燥工艺的要求控制干燥空气的温度和湿度，从而大大降低干燥能耗，提高干燥质量。与冷冻干燥相比，热泵的干燥质量略低，但成本大幅下降；与热力干燥相比，成本略高，但干燥质量大幅提高。因此热泵在物料干燥领域的应用具有显著的经济效益。然而，热泵干燥技术在食品和农产品加工领域的应用较为少见。主要是因为在热泵干燥的中后期，即当含水率降低到一定程度时，由于空气与干燥物料之间的传热系数变小，除去剩余的水分所需干燥时间较长、消耗能量增多，一些要求干燥后含水率较低的物料，仅仅采用热泵干燥很难达到要求。而且由于干燥腔进出口空气状态变化很小，蒸发器吸收水分的显热和潜热能力也有限。

微波干燥是一种相对安全、有效的干燥方式，物料内水分能大量吸收微波能并转化为热能，物料的升温和蒸发在整个物料中同时进行。不需要通过外部的对流或传导来传递热量，具有干燥速度快、热效率高、清洁生产、易自动化控制、能保持食品营养成分和杀菌等特点。由于微波干燥过程中含水率梯度、传热和蒸汽压力迁移动力的存在，使微波干燥呈现由内向外的特点，克服了常规干燥中物料表面首先干燥而形成硬壳阻碍内部水分继续向外移动的问题。但微波的能耗大，处理量小，加热存在一定的不均匀性，且不适用于含水量太高的物料。这在一定程度上制约微波加热技术在干燥领域的广泛应用。

联合干燥则可以利用单一形式的干燥技术的优点，避免各自的缺点。目前，在不断完善各种干燥技术自身方法和设备的同时，根据物料的特点，将两种或两种以上的干燥方法优势互补，分阶段或同时进行联合干燥已经成为一大趋势。联合干燥可提高干燥效率、改善产品质量、节约能源成本，较好地控制整个干燥过程。若将微波干燥和热泵干燥的各自特性有机地结合起来，使两者优势互补，不仅可有效缩短干燥时间，节约能耗，还可以提高产品品质。

公开号为“CN102735034A”，名称为“一种侧面进风微波干燥设备”的中国发明专利申请，公开号为“CN103005629A”，名称为“微波热风联合红枣干燥机”的中国发明专利申请，公开号为“CN201974012U”，名称为“微波热风联合干燥设备”的中国实用新型专利，其所公开的干燥设备，均仅采用了微波干燥和热风干燥技术的联合，但并未涉及热泵干燥技术。与热泵干燥相比，它们均采用电加热方式提供干燥动力，能耗大，且不适用于热敏、易氧化物等物料的快速干燥。

公开号为“CN102200372A”，名称为“一种微波真空冷冻干燥设备”的中国发明专利申请，公开号为“CN101846439A”，名称为“微波真空冷冻干燥设备”的中国发明专利申请，两者所公开的干燥设备均采用微波与冷冻干燥相结合；公开号为“CN101082464A”，名称为“微波真空干燥设备”的中国发明专利申请，公开号为“CN201837205U”，名称为“真空微波干燥设备”的中国实用新型专利，公开号为“CN102538425A”，名称为“连续真空微波干燥装置”的中国发明专利申请，公开号为“CN202853299U”，名称为“一种罐式内真空微波干燥机”的中国实用新型专利，公开号为“CN202274720U”，名称为“微波真空干燥设备”的中国实用新型专利，其所公开的干燥设备均采用微波与冷冻、真空联合干燥技术，比较适合在低温下干燥热敏性、易氧化等物料，但其并未涉及热泵干燥，如果物料含水量较高时，能耗大。