本實用新型屬于食品干燥、加工，傳熱傳質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種超聲波和熱泵聯(lián)合的低溫脫水系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

農(nóng)產(chǎn)品的脫水過程是使種子中的水分以液體或氣體的形式從種子內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外部環(huán)境，此過程受到內(nèi)外阻力的作用，效率大大降低。傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥雖然可通過提高干燥溫度來加快干燥速率，但卻破壞了生物體的顏色、口味、營養(yǎng)成分和結(jié)構(gòu)等。比較典型的干燥技術(shù)，如微波干燥、紅外輻射干燥、流化床干燥、冷凍干燥、滲透干燥等雖各有優(yōu)點，但仍存在設(shè)備復(fù)雜、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量損失、能耗大、污染環(huán)境等缺點。而熱泵干燥系統(tǒng)在20世紀(jì)中后期應(yīng)用于干燥領(lǐng)域并得到快速發(fā)展。與諸多干燥方式相比，具有能耗低，干燥條件易于控制，干燥物料品質(zhì)優(yōu)良、綠色環(huán)保等有優(yōu)點。然而熱泵干燥技術(shù)在低溫干燥過程中仍存在傳熱傳質(zhì)效率低、干燥不均勻的問題。因此，尋求有效手段，在保持能耗低，物料品質(zhì)優(yōu)良和綠色環(huán)保的前提下提高物料脫水過程中的傳熱傳質(zhì)效率并均勻烘干成為現(xiàn)在研究的主要目標(biāo)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中熱泵低溫脫水技術(shù)在傳熱傳質(zhì)方面效率低，干燥不均勻等問題，提供一種超聲波和熱泵聯(lián)合的低溫脫水系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在熱泵低溫脫水的基礎(chǔ)上提高物料干燥傳熱傳質(zhì)效率低得問題，并能較好的節(jié)約能源，縮短干燥時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量，且不對環(huán)境造成污染。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種超聲波和熱泵聯(lián)合的低溫脫水系統(tǒng)，由制冷劑回路、干燥空氣回路和超聲波發(fā)生系統(tǒng)三部分組成，所述制冷劑回路包括壓縮機(jī)、升溫控制閥、干燥箱冷凝器、儲液罐、過濾器、液位觀察窗、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、主回路閥、降溫控制閥、風(fēng)冷控制閥、冷凝機(jī)組、水冷控制閥、熱交換器、熱水水泵和水泵；

所述壓縮機(jī)的輸出端分為三路，第一路依次連接升溫控制閥和干燥箱冷凝器，第二路依次連接風(fēng)冷控制閥和冷凝機(jī)組，第三路依次連接水冷控制閥和熱交換器；所述熱交換器連接熱水水泵和水泵，所述冷凝機(jī)組和熱交換器連接降溫控制閥，所述干燥箱冷凝器和降溫控制閥均與所述儲液罐的輸入口相連接，所述儲液罐的輸出口依次與所述過濾器、液位觀察窗、電子膨脹閥、蒸發(fā)器和主回路閥相連接，所述主回路閥與所述壓縮機(jī)的輸入端相連形成有制冷劑回路；

所述干燥空氣回路由干燥箱冷凝器風(fēng)機(jī)、輔助風(fēng)機(jī)、導(dǎo)風(fēng)板、干燥箱和物料架組成，所述蒸發(fā)器設(shè)置在干燥箱內(nèi)；

超聲波發(fā)生系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和超聲波換能器，超聲波換能器放置于干燥箱內(nèi)的物料架上，并與放置在干燥箱外部的超聲波發(fā)生器相連接。

所述壓縮機(jī)由壓縮機(jī)變頻器控制。

所述冷凝機(jī)組由室外冷凝器和風(fēng)機(jī)構(gòu)成。

所述超聲換能器上放置有金屬托盤。

所述干燥箱冷凝器風(fēng)機(jī)和輔助風(fēng)機(jī)均由控制柜中的風(fēng)機(jī)變頻器控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

(1)將超聲波內(nèi)置于熱泵系統(tǒng)內(nèi)可隨時控制聲波作用的各種條件(作用時間、頻率、功率)。

(2)將超聲波和熱泵系統(tǒng)組合使用，可依靠超聲波對物料內(nèi)部以聲波均勻作用，促進(jìn)物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率，提高傳熱傳質(zhì)效率，縮短干燥時間且保證了物料品質(zhì)良好。

(3)熱泵耗電量相比于超聲波耗電量高很多，雖加入了超聲波系統(tǒng)的額外耗電，但考慮到超聲波對干燥物料節(jié)省了大量的時間，這部分時間減少了熱泵的耗電，總體上是節(jié)能高效。

(4)空氣源熱泵的干燥介質(zhì)是空氣，而超聲波介質(zhì)是由電轉(zhuǎn)化的聲能，二者都不會對環(huán)境造成污染，屬綠色能源。

附圖說明

圖1是本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

附圖標(biāo)記：1‐壓縮機(jī) 2‐升溫控制閥 3‐干燥箱冷凝器 4‐儲液罐 5‐過濾器 6‐液位觀察窗 7‐電子膨脹閥 8‐蒸發(fā)器 9‐主回路閥 10‐降溫控制閥 11‐風(fēng)冷控制閥 12‐冷凝機(jī)組 13‐水冷控制閥 14‐熱交換器 15‐熱水水泵 16‐水泵 17‐干燥箱冷凝器風(fēng)機(jī) 18‐輔助風(fēng)機(jī) 19‐導(dǎo)風(fēng)板 20‐干燥箱 21‐超聲波換能器 22‐超聲波發(fā)生器 23‐物料架

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的描述：

如圖1所示，一種超聲波和熱泵聯(lián)合的低溫脫水系統(tǒng)，由制冷劑回路、干燥空氣回路和超聲波發(fā)生系統(tǒng)三部分組成，所述制冷劑回路包括壓縮機(jī)1、升溫控制閥2、干燥箱冷凝器3、儲液罐4、過濾器5、液位觀察窗6、電子膨脹閥7、蒸發(fā)器8、主回路閥9、降溫控制閥10、風(fēng)冷控制閥11、冷凝機(jī)組12、水冷控制閥13、熱交換器14、熱水水泵15和水泵16，冷凝機(jī)組12由室外冷凝器和風(fēng)機(jī)構(gòu)成；

壓縮機(jī)1由壓縮機(jī)變頻器控制，壓縮機(jī)1的輸出端分為三路，第一路連接升溫控制閥2 (也稱升溫制冷劑流量控制閥)，升溫控制閥2通往室內(nèi)升溫單元，與干燥箱冷凝器3相連，第二路依次連接風(fēng)冷控制閥11和冷凝機(jī)組12，第三路依次連接水冷控制閥13和熱交換器14；熱交換器14連接熱水水泵15和水泵16，室外冷凝機(jī)組12和熱交換器14連接降溫控制閥10 (也稱降溫制冷劑流量控制閥)，干燥箱冷凝器3和降溫控制閥10均與所述儲液罐4的輸入口相連接，所述儲液罐4的輸出口依次與所述過濾器5、液位觀察窗6、電子膨脹閥7、蒸發(fā)器8和主回路閥9相連接，主回路閥9與壓縮機(jī)1的輸入端相連形成有制冷劑回路；

干燥空氣回路由干燥箱冷凝器風(fēng)機(jī)17、輔助風(fēng)機(jī)18、導(dǎo)風(fēng)板19、干燥箱20和物料架23 組成，干燥箱20入口處設(shè)有干燥箱冷凝器風(fēng)機(jī)17和輔助風(fēng)機(jī)18，通過風(fēng)機(jī)變頻器控制，干燥箱冷凝器風(fēng)機(jī)17和輔助風(fēng)機(jī)18通過風(fēng)道與干燥箱20相連，干燥箱20邊緣設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板19；超聲波發(fā)生系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器22和超聲波換能器21，超聲波換能器21放置于干燥箱20 內(nèi)的物料架23上，超聲波換能器21與待干燥物料之間隔有一層金屬托盤，與外部的超聲波發(fā)生器22相連，干燥箱20出口處設(shè)有蒸發(fā)器8，通過風(fēng)道與干燥箱冷凝器3相連。蒸發(fā)器8 吸收干燥箱20出口處的高濕空氣的熱量，再由干燥箱冷凝器3釋放給析濕降溫的空氣，干燥空氣得到熱量后經(jīng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入干燥箱對物料進(jìn)行干燥。在升溫控制閥3和降溫控制閥10的配合作用下維持干燥箱20內(nèi)恒定的溫度，壓縮機(jī)變頻器、風(fēng)機(jī)變頻器分別調(diào)節(jié)干燥箱升降溫變化速率與來流風(fēng)速，超聲波發(fā)生系統(tǒng)在物料干燥過程中釋放聲波產(chǎn)生空化作用和機(jī)械效應(yīng)，促進(jìn)干燥。

制冷劑回路和空氣干燥回路的工作過程及原理如下：在本實用新型系統(tǒng)的升溫過程中，制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)1壓縮后成為高溫高壓蒸汽進(jìn)入干燥箱冷凝器3放出熱量去加熱空氣，實現(xiàn)了熱量的循環(huán)利用，然后制冷劑經(jīng)儲液罐4、過濾器5、液位觀察窗6、電子膨脹閥7后成為低溫低壓液體，再進(jìn)入蒸發(fā)器8吸收熱量，再經(jīng)過壓縮機(jī)1成為高溫高壓蒸汽完成一個循環(huán)；干燥箱20內(nèi)低溫低濕的空氣通過風(fēng)道流過干燥箱冷凝器3，吸收制冷劑放出的熱量成為高溫低濕空氣，經(jīng)干燥箱冷凝器風(fēng)機(jī)17、輔助風(fēng)機(jī)18、導(dǎo)風(fēng)板19進(jìn)入干燥箱20后，同超聲波換能器21共同作用于待干燥物料，成為高溫高濕空氣，然后經(jīng)過蒸發(fā)器8釋放出熱量傳給制冷劑，并析出水分，成為低溫低濕空氣完成一個循環(huán)。本實用新型系統(tǒng)的降溫過程中，制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)1壓縮后成為高溫高壓蒸汽進(jìn)入熱交換器14，與來自熱水水泵15的冷水進(jìn)行換熱成為低溫液體，若熱水水泵里的水溫度較高，則同時開啟風(fēng)冷控制閥11，制冷劑也進(jìn)入室外冷凝器，達(dá)到雙效換熱，再經(jīng)儲液罐4等和升溫過程相同的環(huán)節(jié)完成一個循環(huán)；而干燥空氣在經(jīng)過冷凝器時不再發(fā)生吸熱過程，而是保持原有的溫度，再次進(jìn)入干燥箱20干燥，然后在蒸發(fā)器8處析濕放熱達(dá)到降溫的目的。

超聲波發(fā)生系統(tǒng)工作原理如下：有超聲波發(fā)生器22發(fā)生電能信號，經(jīng)過超聲波換能器 21轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的聲波，聲波經(jīng)過金屬托盤貫穿物料內(nèi)部，對其進(jìn)行均勻高頻作用。物料內(nèi)部水分子在高頻下劇烈運(yùn)動，并產(chǎn)生毛細(xì)微通道，由于內(nèi)部空化作用產(chǎn)生的瞬間高溫高壓驅(qū)動水分子向外擴(kuò)散，從而提高了傳熱傳質(zhì)系數(shù)。

本實用新型系統(tǒng)在升溫運(yùn)行時，由制冷劑回路、干燥空氣回路組成的熱泵系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，超聲波系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)。開機(jī)后，通過PLC上位機(jī)的人機(jī)對話界面設(shè)定目標(biāo)溫度、并調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率和風(fēng)機(jī)頻率以控制升溫速度和空氣流量。當(dāng)干燥箱內(nèi)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度，即恒溫(升溫降溫交替運(yùn)行)運(yùn)行時，進(jìn)入干燥階段。開啟超聲波發(fā)生器，并設(shè)定作用時間，聲波功率和頻率。在干燥過程中通過超聲波處理改善物料內(nèi)部傳質(zhì)效果，提高干燥效率。

本實用新型并不限于上文描述的實施方式。以上對具體實施方式的描述旨在描述和說明本實用新型的技術(shù)方案，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。