一种可控制烘干终点样品水分含量的快速节能粮食烘箱

摘要

本发明涉及一种可控制烘干终点样品水分含量的快速节能粮食烘箱，它包括烘箱、铝质烘干盒、在线称重天平、热交换除湿装置和电脑控制检测装置；所述烘箱内壁上设有温度、湿度传感器；所述在线称重天平的称重托盘设于烘箱内；至少一个铝质烘干盒放置于称重托盘上；所述烘箱顶部设有通孔，热交换除湿装置带有风扇的通风道设置于该通孔处，该换热器的干热空气排气口通过干热空气进气管与烘箱内部连通；所述电脑控制检测装置通过导线分别与发热元件、在线称重天平、温度传感器、湿度传感器和热交换除湿装置的风扇连接；本发明在一般烘箱的基础上，通过在线称重、在线测湿、节能通风、热质传递等技术手段，可使粮食样品高效、环保地烘干到预定水分含量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验室用粮食烘箱，尤其涉及一种可控制烘干终点样品水 分含量的快速节能粮食烘箱。

背景技术

在粮食行业，因研究、检测等工作的需要，需将一定数量的粮食样品烘干 至预定水分。目前，粮食烘干工作使用一般市售烘箱进行，而这些烘箱产品不 具备控制样品烘干终点水分含量的能力。

在进行粮食水分快速检测仪开发时，需要各种水分含量的粮食样品用于仪 器标定，而通常无法在自然环境下取得这些样品。目前，只能采用预存一批高 水分粮食，通过自然或烘干降水的方式随机取得各种水分值粮食样品的办法， 大大延长了开发时间并增加了不确定性。

按现行标准要求，在检测玉米容重时，玉米水分含量不得高于23％。而东 北地区在进行玉米收储时，水分含量通常较高，经常达30％以上，为检测其容 重只能使用微波炉或烘箱等进行烘干降水后再进行检测，而这些装置不能控制 烘干终点，要取得预定水分含量样品只能依靠经验。

同时，按目前粮食水分检测标准中规定的烘箱使用方法，各种不同初始水 分值的粮食都采用统一的烘干时间和方法(详见《粮食、油料检验水分测定方 法》GB-5497-85)，加之烘箱额定功率通常在1kw左右，采取现行方法显然会 造成较大的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可控制烘干终点样品水分含量的 快速节能粮食烘箱，其在一般烘箱的基础上，通过在线称重、在线测湿、节能 通风、热质传递等技术手段，可使粮食样品高效、环保地烘干到预定水分含量。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种可控制烘干终点样 品水分含量的快速节能粮食烘箱，它包括烘箱、铝质烘干盒、在线称重天平、 热交换除湿装置和电脑控制检测装置；所述烘箱包括机壳和发热元件，所述机 壳由外层机壳和内层机壳两层构成，内层机壳内的空间构成烘干腔体，该两层 机壳间夹设有机壳隔热材料，以减少热量散失到环境中，在所述烘箱的四周侧 壁和顶壁的内层机壳上设有烘箱发热元件，该发热元件通断及温度受电脑控制 检测装置控制；所述在线称重天平包括天平称重底座、与天平称重底座固定连 接的连杆和与连杆连接的称重托盘；所述热交换除湿装置包括换热器和通过通 风道与换热器连通的风扇。

所述烘箱内层机壳的内壁上设有温度传感器和湿度传感器，用于检测烘干 腔内的温度和湿度，从而了解发热元件的工作情况，并间接了解粮食水分散失 情况，与在线称重天平所进行的粮食失重量检测一起共同为控制烘干过程服 务；所述在线称重天平的连接有称重托盘的连杆分别穿过烘箱底部的外层机 壳、机壳隔热材料和内层机壳设于烘箱的烘干腔体内，与连杆连接的天平称重 底座设于烘箱底部外面，天平称重底座与烘干腔之间间隔了机壳隔热材料，绝 热设计保证称重天平不受烘箱高温的影响而降低精度；至少一个铝质烘干盒放 置于烘箱的烘干腔体内，铝质烘干盒用于盛放待烘干粮食样品；所述烘箱顶部 设有通孔，热交换除湿装置的带有风扇的通风道匹配的设置于该通孔处，换风 速度受电脑控制检测装置控制，所述通过通风道与风扇连通的换热器设于烘箱 外层机壳上，该换热器包括冷空气进气口、干热空气排气口、湿气排气口和凝 结水排水口，所述干热空气排气口与烘箱的干热空气进气管一端连接，该烘箱 的干热空气进气管另一端穿过烘箱侧壁处的外层机壳、机壳隔热材料和内层机 壳设于烘箱的烘干腔体内，热交换除湿装置一方面起到热交换器作用，通过用 烘箱内排出的湿热空气预热进入烘箱的冷风达到节能的目的，另一方面起到除 湿作用，热交换后的湿空气通过换热器的是湿气排气口排出，移走了粮食表面 水气，提高了水分传质动力，同时，强制换风可加强烘箱内空气流动，使粮食 样品受热更均匀；所述电脑控制检测装置通过导线分别与发热元件、在线称重 天平、温度传感器、湿度传感器和热交换除湿装置的风扇连接，通过对重量、 温度和湿度这些指标的检测，共同判定烘干进程情况，并结合所烘干粮食样品 本身传热、传质特性，通过调整烘干温度和通风速度调整烘干进程。

所述烘箱发热元件设于烘箱的四周侧壁和顶壁的内层机壳和机壳隔热材 料间。

所述烘箱发热元件设于烘箱的四周侧壁和顶壁的内层机壳内表面上。

所述在线称重天平的连杆为绝热连杆，该绝热设计保证在线称重天平不受 烘箱高温的影响而降低精度。

工作原理

首先要测量需烘干粮食样品的总水分含量(X₁)也称为初始水分；步骤如 下：

一、精确称量样品M_S，一般可取5g左右，称量精度0.001g。

二、将烘干终点水分设为零，使用本发明烘箱进行烘干。

三、在样品恒重后，检测烘干减重为M_L，初始水分X₁即为M_L/M_S％。

测量一批样品的初始水分后，可开始控制终点的样品烘干工作；具体步骤 如下：

一、首先称量样品，均分成多份，并单独分出一份作为控制样品；当样品 量较少时，可考虑全部作为控制样品。

二、粮食样品装入铝制烘干盒放入烘箱内，其中控制样品置于在线称重天 平的称重托盘上。

三、烘箱开机，输入粮食初始水分X₁和预定烘后水分X₂，在线称重装置 检测控制样品的初始重量M₁。电脑计算出控制样品烘后应有的总重量M₂。即： M₂＝M₁*(1-X₁)/(1-X₂)。

四、本发明烘箱升温，强制换热除湿装置开始工作，在线称量装置定时监 测控制样品重量变化，在线测温度和湿度装置定时监测烘箱内温度和湿度的情 况；烘箱根据所烘粮食品种特性、初始水分和最终水分要求设定程序，可选择 以恒定温度烘干，也可选择结合实时监测情况，自动调整烘干温度、换风速度， 以提高烘干速度，保证烘干精度。

五、当控制样品重量稳定后，停机，取出样品。

设备检测实验对比报告

一、实验目的

检测自制烘箱工作能力及精度，检测内容包括：不同烘干温度对烘干时间、 烘干精度、粮食体积收缩的影响、烘干能耗。

二、实验材料

2009年秋产黄玉米，用量40kg，单项试验用量：2kg。

三、实验器材

自制烘箱，功率1.1KW

市售型烘箱，型号：GZX-9140MBE，功率1.1KW

容重器：HGT-1000B

电度表

四、实验方法与步骤

(一)分别以105℃、140℃、180℃三个烘干温度和程序控温法进行烘干， 设定烘干终点水分为零时的时间和能耗与市售烘箱GZX-9140MBE用标准方法 测量玉米水分对比。因初始水分大于18％，国标法采用两次烘干法。

(二)检测自制型烘箱工作能力及精度。

1、分别以105℃、140℃、180℃三个烘干温度进行烘干，烘干终点分别设 定为30％、23％、14％，分别记录烘干时间、烘后容重、烘干能耗。

2、对烘后样品用国标方法进行烘干测定水分含量。采用标准：《粮食、油 料检验水分测定法》(GB5497-85)。对烘干终点分别设定为30％、23％的样品 采用两次烘干法测量。对烘干终点分别设定为14％的样品采用105℃恒重法测 量。

五、实验结果

(一)GZX-9140MBE烘箱、国标两次烘干法测量玉米水分，取得玉米初 始水分值。测得样品初始重量为2000.0g，烘后重量为1296.0g，经计算样品水 分含量为X1＝35.2％：耗时3小时40分，耗电2.2kwh，烘后样品容重780g/l。 采用自制烘箱，四种温度设定条件烘干，取得水分初初始值及烘后容重值。主 要结果如下：

  序   号   设定温度   (℃)   烘干时间   (Min)   测定水分   (％)   误差   (％)   烘后容重   (g/l)   烘干能耗   (kwh)   1   105   160   35.2％   0   780.5   1.6   2   140   146   35.2％   0   783.0   1.5   3   180   105   35.2％   0   787.1   1.2   4   程序控温   方法   150   35.2％   0   780.2   1.5

小结：

1、采用自制烘箱，不论使用高于国标法的固定温度还是采用程序控制温 度烘干时间都要比国标法要短。

2、采用固定温度烘干，设定温度高则烘干时间短，体积收缩量较大。

3、程序控温方法烘干时间介于高、低温之间，烘干后样品体积收缩最接 近于国标方法。

(二)检测自制型烘箱工作能力及精度。

1、烘干温度：105℃

  序   号   设定水分   (％)   烘干时间   (min)   国标法测   定水分(％)   误差   (％)   烘后容重   (g)   烘干能耗   (kwh)   1   30   29   30.1   +0.1   673.0   0.4   2   23   50   23.2   +0.2   709.5   0.5   3   14   80   14.1   +0.1   750.2   1.0

2、烘干温度：140℃

  序   号   设定水分   (％)   烘干时间   (min)   国标法测   定水分(％)   误差   (％)   烘后容重   (g)   烘干能耗   (kwh)   1   30   26   30.0   +0.0   676.2   0.3   2   23   48   23.1   -0.1   712.5   0.5   3   14   74   13.9   +0.1   753.1   0.8

3、烘干温度：180℃

  序   号   设定水分   (％)   烘干时间   (min)   国标法测   定水分(％)   误差   (％)   烘后容重   (g)   烘干能耗   (kwh)   1   30   25   30.2   -0.2   677.1   0.2   2   23   46   23.1   -0.1   713.9   0.4   3   14   73   13.9   +0.1   754.1   0.7

4、程序控温

  序   号   设定水分   (％)   烘干时间   (min)   国标法测   定水分(％)   误差   (％)   烘后容重   (g/l)   烘干能耗   (kwh)   1   30   28   30.2   -0.2   675.0   0.3   2   23   49   23.1   -0.1   710.5   0.5   3   14   76   13.9   +0.1   751.1   0.9

小结：

1、从使用自制烘箱，并以各种烘干温度和方式控制粮食样品烘干终点的 试验结果看，误差都小于±0.2％。

2、从采用不同烘干温度和方式对粮食容重的影响看，容重_180℃＞容重_140℃＞ 容重_程序控温＞容重_105℃。

3、从采用不同烘干温度和方式对烘干时间的影响看，时间_105℃＞时间_程序控温 ＞时间_140℃＞时间_180℃。

六、实验结论分析

采用自制型烘箱可有效控制粮食样品烘干终点，并相对市售烘箱显著高 效、节能。

本发明的优势在于设计了智能控制系统，通过在线称重、在线测湿等技术 手段，监测粮食烘干进程，通过控制热质传递系统，控制烘干过程，使粮食样 品按要求烘干至预定水分值，从而实现了快速将粮食样品烘至预定水分；在将 烘干终点设为0％水分时，烘干时间比采用《粮食、油料检验水分测定方法》 (GB-5497-85)的二次烘干法节省60分钟以上。

本发明的优势在于设计了节能通风系统，通过通风去湿，移走粮食表面水 气，提高了水分传质动力，从而提高了烘干效率，减少了烘干时间；被强制移 走的湿热空气通过换热器，与箱外新风进行热量交换，所含水分随空气排出或 变为冷凝水析出，热量被转移用于预热进入烘箱的新风，从而实现比传统烘箱 节能20％以上。

本发明在一般烘箱的基础上，通过在线称重、在线测湿、节能通风、热质 传递等技术手段，可使粮食样品高效、环保地烘干到预定水分含量。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明另一实施例结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1所示，一种可控制烘干终点样品水分含量的快速节能粮食烘箱， 它包括烘箱1、铝质烘干盒2、在线称重天平3、热交换除湿装置4和电脑控制 检测装置5；所述烘箱1包括机壳11和发热元件12，所述机壳11由外层机壳 111和内层机壳112两层构成，内层机壳112内的空间构成烘干腔体，该两层 机壳间夹设有机壳隔热材料13，在所述烘箱1的四周侧壁和顶壁的内层机壳 112上设有烘箱发热元件12；所述在线称重天平3包括天平称重底座31、与天 平称重底座固定连接的连杆32和与连杆连接的称重托盘33；所述热交换除湿 装置4包括换热器41和通过通风道42与换热器连通的风扇43。

所述烘箱1内层机壳112的内壁上设有温度传感器6和湿度传感器7；所 述在线称重天平3的连接有称重托盘33的连杆32分别穿过烘箱1底部的外层 机壳111、机壳隔热材料13和内层机壳112设于烘箱1的烘干腔体内，与连杆 32连接的天平称重底座31设于烘箱1底部外面；一个铝质烘干盒2放置于称 重托盘33上，且还有三个铝质烘干盒2放置于烘箱1的烘干腔体内；所述烘 箱1顶部设有通孔14，热交换除湿装置4的带有风扇43的通风道42匹配的设 置于该通孔14处，所述通过通风道42与风扇43连通的换热器41设于烘箱1 外层机壳111上，该换热器41包括冷空气进气口411、干热空气排气口412、 湿气排气口413和凝结水排水口414，所述干热空气排气口412与烘箱1的干 热空气进气管15一端连接，该烘箱1的干热空气进气管15另一端穿过烘箱1 侧壁处的外层机壳111、机壳隔热材料13和内层机壳112设于烘箱1的烘干腔 体内；所述电脑控制检测装置5通过导线分别与发热元件12、在线称重天平3、 温度传感器6、湿度传感器7和热交换除湿装置4的风扇43连接。

所述烘箱1发热元件12设于烘箱1的四周侧壁和顶壁的内层机壳112和 机壳隔热材料13间。

所述在线称重天平3的连杆32为绝热连杆。

实施例2

参见图2所示，一种可控制烘干终点样品水分含量的快速节能粮食烘箱， 其与实施例1不同之处在于，所述烘箱1发热元件12设于烘箱1的四周侧壁 和顶壁的内层机壳112内表面上。

如上所述，本发明一种可控制烘干终点样品水分含量的快速节能粮食烘 箱，所述的实施例及图，只是本发明较好的实施效果，并不是只局限于本发明， 凡是与本发明的结构、特征等近似、雷同者，均应属于本发明保护的范围。