一种红外激光真空干燥箱

摘要

本发明公开了一种红外激光干燥箱。主要包括：真空干燥箱体、红外激光加热系统、温湿度监测控制系统三部分。本装置利用红外激光加热系统，通过激光，用于对箱体内物料定向辐射加热、干燥；利用湿度温度监测控制系统，对所述真空干燥箱体内温湿度进行监测，并通过反馈回路，实时调整激光功率，控制干燥效率。该发明可以对各种高含水量物料进行快速加热、干燥，在食品、农副产品、化工产品的低温浓缩、结晶水的脱除、酶制剂的干燥等领域存在广阔的应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于食品以及生物医药研发实验及其相关设备技术领域，具体为一种红外激光真空干燥箱。

背景技术

干燥箱根据干燥物质的不同，分为电热鼓风干燥箱和真空干燥箱两大类，现今已被广泛应用于化工，电子通讯，塑料，电缆，电镀，五金，汽车，光电，橡胶制品，模具，喷涂，印刷，医疗，航天等行业。

真空干燥箱是专为干燥热敏性、易分解和易氧化物质而设计的，工作时可使工作室内保持一定的真空度，并能够向内部充入惰性气体，特别是一些成分复杂的物品也能进行快速干燥，采用智能型数字温度调节仪进行温度的设定，显示与控制，真空干燥箱为较古老的干燥装置，箱内被加热板分成若干层，加热板中通入热水或低压蒸汽作为加热介质，将铺有待干燥药品的料盘放在加热板上，关闭箱门，箱内用真空泵抽成真空，加热板在加热介质的循环流动中将药品加热到指定温度，水分即开始蒸发并随抽真空逐渐抽走，此设备易于控制，可冷凝回收被蒸发的溶媒，干燥过程中药品不易被污染，可以用在药品干燥，包材灭菌及热处理上，但是市场上的真空干燥箱的不均匀，加热效果不好，且容易发生爆炸，适用性不高，给人们带来很大的困扰。同时还存在着对物料干燥所需时间长，速度慢，能耗大等缺点，导致干燥工艺所需成本较高等问题亟待解决。

近年来出现的微波加热，虽然比传统加热干燥方式快、能量消耗低，但在对物料加热过程中会对部分物料含有的活性成分造成不可逆的破坏，导致活性降低或消失。所以针对于特殊活性物质材料的加热干燥，微波加热适用范围受到了限制。

激光具有发散度极小、亮度(功率)很高、单色性好、相干性好等特征，被称为最亮的光。激光热加工在实际应用中主要通过其热辐射效应与材料相互作用，目前已应用于多个技术领域，如激光焊接、激光切割、激光熔覆、激光淬火等，但红外激光加热干燥技术尚未被开发。相比于一般电阻丝加热干燥技术，红外激光加热干燥具有更快速、更便捷、更低能耗等优势，以及红外激光对干燥物料内部水分有选择性加热作用。水分子中氢氧成V字型排列，O-H键具有极性，所以分子中电荷成非对称性分布，氧原子表现较强的负电性，当其它水分子的氢原子靠近时就产生了氢键结合，从而形成相对稳定的小分子团。由于水分子内原子间进行周期性的分子振动，其中水分子的O-H键通过伸展(stretching)振动改变键长。利用能耗更低、峰值能量更高的超快红外激光辐照物料，O-H键伸展(stretching)振动吸收光子能量，改变键长,水分子间氢键断裂，较大水分子团变为较小水分子团或单个水分子，随着吸收能量的进一步增加，分子振动加剧产生剧烈的运动。表层水分子克服分子间引力从表层脱离，进而由真空系统排出到外部环境。同时在真空条件下，水的沸点降低，只需极低的能量便可以实现物料在相对较低的温度下，水份快速沸腾而挥发，物料快速被干燥。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对传统干燥箱效率低、成本高、破坏物质成分的不足，以红外激光激励干燥的非接触式装置均匀高效加热干燥固体物料或溶液，实现痕量除水、低温干燥、快速结晶等应用。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种红外激光真空干燥箱，包括箱体，其特征在于：所述箱体的表面通过合页安装有门体，所述门体与箱体的连接处设置有密封橡胶，所述门体的表面设置有观察窗，所述门体一侧的箱体表面安装有温度控制，所述温度控制器的表面镶嵌有显示屏，所述显示屏下方的温度控制器表面安装有调节开关，所述温度控制器下方的箱体内部装有温度湿度探测器，所述压力表下方的箱体表面安装有控制面板，所述控制面板表面安装有控制开关，所述箱体顶部设置有光束整形装置，所述光束整形装置与激光器相连，所述温度湿度探测器侦测到箱体内温度湿度数值通过FPGA控制程序调节激光器功率，所述箱体底端安装有托盘，所述托盘下方安装有干燥盒，所述箱体一侧安装有进气阀，出气阀，所述出气阀可以与真空泵相连接连接。

优选的，所述门体表面设置有把手。

优选的，所述箱体内部安装有温度湿度探测器与箱体表面安装的温度控制器电性连接。

优选的所述激光器为光纤激光器、固体激光器、CO

优选的，所述激光器所发射激光为红外激光，波长为980nm或1470nm或2940nm。

优选的，所述光束整形装置(13)采用透镜组或柱面镜扩束组件。

优选的，所述干燥盒内盛装的干燥剂为五氧化二磷或生石灰。

优选的，其使用方法包括以下步骤：

(1)将待加工物料进行物理粉碎或物理切片处理，使待干燥物理大小均匀，粉碎颗粒粒度小于1mm，薄片厚度小于1mm；

(2)将处理过的物料放入真空干燥箱托盘上，同时开启真空泵使得真空干燥箱体真空度达到1000Pa以下；

(3)开启温度控制器设定温度对物料进行激励干燥得到干燥物料。

与现有技术相比，本发明提供了一种真空干燥箱，具备以下有益效果：

(1)激光加热均匀、速度快、稳定性好，时间缩短2-3倍，能耗大大减少；无需接触传热过程，不受物料表面性状影响，水份快速加热而挥发。

(2)保留原有活性物质；在真空条件下，物料在相对较低的温度被干燥，较好地保留了热敏感的活性成分，避免样品物质结构被破坏或丧失活性。

(3)红外激光加热，为非接触辐射加热形式，无需传热媒介，避免样品污染，更适合在真空条件下干燥。

(4)红外激光加热相比于传统加热干燥方式，降低了能耗，实现节能环保应用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明提出的一种真空干燥箱正面结构示意图；

图2为本发明截面图；

图3为本发明提出的内胆结构示意图；

图4为本发明提出的干燥箱侧面图；

图5为干燥箱使用流程图；

图中：1、把手；2、箱体；3、箱门；4、钢化玻璃窗；5、显示屏；6、温度控制器；7、调节开关；8、数控压力表；9、控制面板；10、控制开关；11、数控压力表；12、激光器；13、光束整形装置；14、托盘；15、FPGA控制程序；16、进气阀；17、出气阀；18、温度湿度传感器；19、干燥盒。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，待加工物料选择为选择适合红外激光激励干燥的物料，包括食品、中草药、微生物、待结晶溶液等，尤其是需要痕量除水、保持活性的物料；然后进行形态处理，包括物理粉碎、物理切片等处理方式，使待干燥物理大小均匀，粉碎颗粒粒度小于1mm，薄片厚度小于1mm，实现最大表面积体积比分布干燥。

其次，整个红外激光真空干燥箱，包括：真空干燥箱体、红外激光加热系统、温湿度监测控制系统。真空干燥箱体上方设置红外激光加热系统和温湿度监测控制系统，红外激光加热系统通过激光辐射对真空中的物料实现非接触式均匀加热。将加工好的物料置于真空干燥箱体内的托盘(14)上，其中物料可以为液态或固体形式，固体通常为微粒或薄片形状，物料铺设厚度不超过5mm，便于激光穿透及均匀加热；所述真空干燥箱体外置真空泵通过真空管道及阀门与真空箱体外壳相连接，用于构建真空环境，使箱体内真空度在1000至10Pa，便于物料在相对较低的温度下，水份快速沸腾挥发，加速干燥。

最后，启动温度控制器(6)用于对箱体内物料非接触式加热、干燥。温度控制器(6)与温度湿度传感器(18)，构建了反馈回路，一端通过线缆连接红外激光加工系统，一端与干燥箱体外壳连接，用于监测箱体内部温湿度参数；温湿度监测控制系统包括温湿度探测器、FPGA自动控制及反馈系统。所述温湿度探测器安装于真空箱体内部，用于监测显示真空干燥箱内的温度和湿度；所述的FPGA自动控制及反馈系统，用于根据温湿度数据，通过反馈回路反馈相关设置至激光光源，调节光源功率，实现高效干燥。

尽管上述实施例描述了本发明的优选实施方式，但是这些实施方式仅作为示例提供。本领域普通技术人员应理解，在不脱离本发明权利要求书所限定的发明构思和范围的情况下，可以对本发明做出若干变形和改进。