熱風(fēng)微波耦合干燥技術(shù)和設(shè)備的研究進(jìn)展

崔政偉， 陳麗君， 宋春芳， 金光遠(yuǎn)

（江南大學(xué) 江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫214122）

微波技術(shù)及其能量應(yīng)用近幾十年取得了巨大發(fā)展，微波已從軍事、通訊應(yīng)用走進(jìn)百姓家庭；微波原器件實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，價(jià)格大幅度降低；磁控管從風(fēng)冷發(fā)展到水冷，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作已成為可能，發(fā)展微波食品機(jī)械的時(shí)機(jī)己經(jīng)成熟。作為主要的能量利用，微波加熱或干燥在農(nóng)產(chǎn)品和食品的加工中得到了較快的發(fā)展和應(yīng)用[1]。然而微波加熱干燥最主要的缺點(diǎn)是耗電量較大，成本較高，處理量又比較小，單純的微波干燥往往導(dǎo)致過(guò)度加熱，溫度難以控制導(dǎo)致產(chǎn)品劣變。因此，采用熱風(fēng)干燥和微波干燥相結(jié)合的方法，可以降低干燥成本，提高生產(chǎn)能力。耦合干燥指在熱風(fēng)干燥的同時(shí)輔以微波干燥，兩種干燥同時(shí)進(jìn)行，可以使熱、質(zhì)傳遞方向一致，大大縮短了干燥時(shí)間，如果工藝條件選取合適，還可較大程度地提高干燥產(chǎn)品質(zhì)量，較好地保持物料的色、香、味和外形。

1 耦合干燥的技術(shù)原理和特點(diǎn)

微波作為一種能量形式，要轉(zhuǎn)化為熱量的形式對(duì)樣品進(jìn)行加熱，一般須與電介質(zhì)相互作用，這種轉(zhuǎn)化有多種方式，其中比較肯定的兩種是離子傳導(dǎo)和偶極子的轉(zhuǎn)動(dòng)[2]。微波加熱干燥過(guò)程中，其傳熱傳質(zhì)機(jī)理與傳統(tǒng)干燥有很大區(qū)別。

如圖1所示，在傳統(tǒng)的干燥過(guò)程中，隨著水分在干燥樣品表面的蒸發(fā)，表面的水分濃度降低，則樣品內(nèi)部的水分逐漸的朝著樣品表面進(jìn)行擴(kuò)散；而能量的傳遞方向卻與此相反，由樣品表面向內(nèi)部傳遞。溫度梯度是傳熱的主要推動(dòng)力，外部溫度越高，形成的溫度梯度越大；傳質(zhì)的推動(dòng)力則是樣品內(nèi)外的濃度差，因此傳質(zhì)和傳熱的方向是相反的。而在介電干燥過(guò)程中熱量在樣品的內(nèi)部產(chǎn)生，樣品內(nèi)部水分形成大量的水蒸汽，其形成的壓力梯度成為傳質(zhì)過(guò)程主要的推動(dòng)力。如果樣品的初始含水量很高，則樣品內(nèi)部水蒸汽形成的壓力上升速度較快，液態(tài)的水分也可以在壓力梯度作用下從樣品內(nèi)部排出來(lái)，就像一種“泵”的作用[3]。在這種“泵”效應(yīng)下，液態(tài)水和氣態(tài)水同時(shí)從樣品內(nèi)部向樣品表面擴(kuò)散，因此干燥速率快。物料內(nèi)部的熱質(zhì)傳遞方向與物料大小有關(guān)，當(dāng)物料的尺寸為微波的穿透深度1～2倍時(shí)，則熱量可在內(nèi)部積累，內(nèi)部溫度高于外部溫度，傳熱傳質(zhì)方向一致，若干燥系統(tǒng)無(wú)其它熱源，系統(tǒng)內(nèi)部的空氣溫度不變，樣品表面溫度始終低于內(nèi)部溫度。當(dāng)樣品的尺寸相對(duì)于穿透深度而言大很多時(shí)，樣品內(nèi)部的熱傳遞與傳統(tǒng)的干燥情況類(lèi)似。耦合干燥技術(shù)是將熱風(fēng)場(chǎng)和微波場(chǎng)同時(shí)作用于干燥物料，熱風(fēng)能有效地排除物料表面的自由水分；微波加熱獨(dú)特的“泵”效應(yīng)能快速排除內(nèi)部的自由水分和結(jié)合水分，充分發(fā)揮各自的工藝優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：

1）實(shí)現(xiàn)內(nèi)外同時(shí)加熱；

2）環(huán)境溫度上升加大系統(tǒng)抽濕能力；

3）合理分配兩者之間能量比例，可加快干燥速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低干燥成本；

4）充分發(fā)揮各自的工藝優(yōu)勢(shì)，如熱風(fēng)的處理量大，干燥成本低，微波場(chǎng)中熱、質(zhì)傳遞快；

5）干燥兼有殺菌、殺蟲(chóng)功效，保證了產(chǎn)品的安全衛(wèi)生；

6）實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)及自動(dòng)化控制。

圖1 傳統(tǒng)干燥和介電干燥傳熱傳質(zhì)的區(qū)別Fig.1 Difference of heat and mass transfer between conventional drying and dielectric drying

2 耦合干燥的研究現(xiàn)狀

熱風(fēng)與微波聯(lián)合干燥（AD+MD）是將熱風(fēng)干燥和微波干燥兩種方式有機(jī)組合的干燥技術(shù)[4]，主要有兩種類(lèi)型：串聯(lián)干燥和耦合干燥。串聯(lián)干燥即熱風(fēng)干燥和微波干燥分階段進(jìn)行，微波作用于干燥過(guò)程的某個(gè)階段，比如先熱風(fēng)后微波干燥；而耦合干燥即熱風(fēng)與微波同時(shí)作用于干燥產(chǎn)品和整個(gè)干燥過(guò)程。

串聯(lián)干燥在國(guó)內(nèi)外的研究較多，而耦合干燥在國(guó)外的實(shí)驗(yàn)室有較多的研究，但國(guó)內(nèi)研究較少。Schiffmann等[5]首次將微波與熱風(fēng)相結(jié)合應(yīng)用微波烤肉爐的設(shè)計(jì)中，開(kāi)啟了熱風(fēng)微波組合干燥研究。劉青梅等[6]以浙貝母為原料，研究熱風(fēng)、微波及聯(lián)合干燥對(duì)其品質(zhì)的影響，探討熱風(fēng)-微波串聯(lián)干燥的最佳工藝參數(shù)，貝母最優(yōu)串聯(lián)干燥工藝試驗(yàn)結(jié)果：前期80℃熱風(fēng)干燥30 min；后期微波功率240 W，干燥時(shí)間5 min。徐艷陽(yáng)等[7]對(duì)玉米進(jìn)行熱風(fēng)與微波串聯(lián)干燥特性試驗(yàn)研究，與單獨(dú)熱風(fēng)干燥相比，串聯(lián)干燥的總能耗降低了50.6%，并有明顯的殺菌效果。Dev等[8]研究了豆莢串聯(lián)干燥和傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥，通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜法進(jìn)行分析結(jié)果表明，串聯(lián)干燥方法顯著降低了揮發(fā)物物質(zhì)在干燥過(guò)程中的損失。Kumar等[9]選取秋葵作為樣品，通過(guò)響應(yīng)面分析對(duì)耦合干燥進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)微波對(duì)流干燥以1.51 m/s的風(fēng)速，52.09℃的空氣溫度和2.41 W/g微波功率密度條件下秋葵的干燥產(chǎn)品質(zhì)量最佳，能源消耗最低；Varith等[10]對(duì)龍眼肉進(jìn)行耦合干燥，得出相對(duì)于65℃熱風(fēng)干燥減少了64.3%的干燥時(shí)間和48.2%的能耗；Uprit等[11]用耦合干燥方法對(duì)奶酪進(jìn)行干燥，得出當(dāng)熱風(fēng)溫度為53.5℃，微波功率為111.5 W時(shí)，干燥產(chǎn)品的質(zhì)量較好。美國(guó)金谷通心面公司使用915 MHz、60 kW微波通心面干燥設(shè)備，在微波加熱干燥的同時(shí)輔以溫度為82～93℃、相對(duì)濕度為15%～20%的對(duì)流熱風(fēng)，使通心面含水率由18%降到13%～13.5%，加工時(shí)間由原來(lái)的8 h縮短為1.5 h，節(jié)能25%，細(xì)菌含量?jī)H為原加工法的1/15。Nijhuis等[12]運(yùn)用微波-熱空氣耦合干燥洋蔥、土豆切片等蔬菜，Kisselmina等[13]利用熱風(fēng)微波耦合系統(tǒng)，以番茄為樣品，通過(guò)控制過(guò)程中不同的微波功率密度得到最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。Botha[14]等采用耦合干燥并結(jié)合滲透脫水（90 min 40℃下55°糖度溶液浸泡），對(duì)菠蘿進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)燒焦率、水分含量、可溶性固形物含量、水活度、硬度、顏色這6個(gè)方面對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出微波功率和空氣溫度是影響脫水菠蘿質(zhì)量的兩個(gè)最重要的工藝參數(shù)。陳桂芬等[15]通過(guò)用響應(yīng)面分析法對(duì)耦合干燥茶油籽工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出較佳的干燥工藝：熱風(fēng)溫度為58.9℃，熱風(fēng)速度為1.262 m/s，微波功率密度為1.972 W/g，干燥時(shí)間為306 min時(shí)，油脂的過(guò)氧化值為1.047 2 nmol/kg；陳桂芬等[16]對(duì)剝殼荔枝肉采用熱風(fēng)干燥、耦合干燥、真空微波干燥、真空凍干四種干燥方法，得出荔枝在耦合干燥條件下的荔枝蛋白質(zhì)和還原糖含量最高。張琦等[17]采用波耦合干燥對(duì)鮮棗進(jìn)行了干燥工藝研究，以微波功率、熱風(fēng)溫度、載重為實(shí)驗(yàn)因素。實(shí)驗(yàn)表明，耦合干燥各因素對(duì)干燥速率及干燥產(chǎn)品質(zhì)量均有明顯影響且耦合干燥相比微波干燥和熱風(fēng)干燥，可以獲得更高干燥速率、VC含量高和復(fù)水性能良好的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。總之，目前的國(guó)內(nèi)外研究主要集中在干燥工藝參數(shù)研究，對(duì)耦合干燥設(shè)備研究的報(bào)道很少。

3 耦合干燥設(shè)備的主要技術(shù)問(wèn)題及其工業(yè)化屏障

耦合干燥的研究目前主要停留在實(shí)驗(yàn)研究水平，所用設(shè)備大都由微波爐改造而來(lái)，缺少性能優(yōu)良的中試和工業(yè)化設(shè)備是制約該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的主要障礙[18]。物料在微波加熱過(guò)程中，其內(nèi)部溫度的變化除受微波腔中電磁場(chǎng)分布的影響外，還與物料本身的形狀、位置與介電特性等因素有關(guān)。微波是空間分布的電磁場(chǎng)，電場(chǎng)致熱而磁場(chǎng)不致熱，如果物料不動(dòng)，電場(chǎng)作用點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱，如何合理地解決微波的均勻性是本項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵，目前的主要技術(shù)有以下幾種。

3.1 物料隨轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)動(dòng)

物料位置的改變可弱化對(duì)電磁場(chǎng)分布的過(guò)分依賴，平移或旋轉(zhuǎn)是改變物料位置的常用方法，如：轉(zhuǎn)盤(pán)式微波爐、輸送帶式微波干燥裝置等。圖2為物料隨轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)動(dòng)[19]，微波能輸入位置固定，通過(guò)旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，提高了物料對(duì)微波能的吸收均勻性。

圖2 物料隨轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)動(dòng)耦合干燥器原理圖Fig.2 Schematic of dryer with turntable

圖3是Uprit等[12]設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)耦合干燥裝置，此裝置具有在線檢測(cè)樣品溫度及質(zhì)量變化的功能，同樣也是通過(guò)旋轉(zhuǎn)板轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)物料旋轉(zhuǎn)。中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所申請(qǐng)了回轉(zhuǎn)式連續(xù)微波干燥裝置專(zhuān)利[20]，干燥室置于微波腔內(nèi)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)盛放物料的干燥室使得物料相互混合并作空間運(yùn)動(dòng)，而且隨著物料的不斷輸送，改變物料在爐腔內(nèi)的橫向位置，從而改善微波加熱的均勻性。Atong[21]設(shè)計(jì)的微波連續(xù)帶式干燥器，通過(guò)輸送帶改變物料的位置，又通過(guò)增加微波發(fā)生器數(shù)量、可調(diào)節(jié)輸出功率等來(lái)實(shí)現(xiàn)物料干燥的均勻性。

圖3 熱風(fēng)微波干燥設(shè)備原理圖Fig.3 Schematic of CHAM drying

然而只平移或旋轉(zhuǎn)盛放物料的容器對(duì)微波干燥均勻性的改善是有限的，物料的堆積厚度也不能超過(guò)微波的穿透厚度。Geedipalli等[22]對(duì)帶有轉(zhuǎn)盤(pán)的微波爐中的加熱不均勻程度進(jìn)行了研究，指出轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)在一定程度上可以改變熱不均勻性，可以改善物料在同一層的熱均勻性，但對(duì)于物料的不同層，其熱不均勻性仍然很明顯。

3.2 物料在諧振腔內(nèi)噴動(dòng)

為克服平移或旋轉(zhuǎn)的不同層加熱不均勻性，對(duì)處理塊狀或顆粒狀的樣品，采取噴動(dòng)方式對(duì)其干燥是一種有效的選擇。圖4是噴動(dòng)式干燥原理圖[23]。微波與熱風(fēng)噴射的結(jié)合，使樣品在噴動(dòng)氣流的作用下處于不斷運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，加熱更加均勻（均勻性提高22%～30%）[24]，通過(guò)改變熱風(fēng)的溫度、流量、微波輻射量及加熱時(shí)間，得到較為合理的工藝條件。章虹[25]、Wang[26]和范樂(lè)明[27]對(duì)微波噴動(dòng)干燥萵筍和土豆片片的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行研究，得出相對(duì)于穩(wěn)定噴動(dòng)床模式，在脈沖噴射模式下干燥更均勻，干燥時(shí)間更短。圖5為Feng等[28]設(shè)計(jì)的一種微波噴動(dòng)裝置，利用微波-熱風(fēng)噴動(dòng)干燥器對(duì)切片蘋(píng)果進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)干燥時(shí)間、干燥中物料內(nèi)部溫度以及干燥產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定。其中，干燥時(shí)間與物料隨轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)動(dòng)型式相比降低88%，由于噴動(dòng)床的氣流擾動(dòng)使得物料有效混合并隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，物料內(nèi)部溫度分布均勻，測(cè)得干燥初期、中期最大溫度偏差為±1.4℃，干燥末期溫度偏差達(dá)±4℃。Askari[29]等對(duì)蘋(píng)果塊進(jìn)行微波輔助流化床干燥試驗(yàn)，通過(guò)模型預(yù)測(cè)水分分布和樣品的溫度變化，并對(duì)中心和表面溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，證明流化床有利于微波能吸收的均勻性。Reyes等[30]在微波固定流化床與微波脈動(dòng)流化床進(jìn)行了蕪箐籽干燥動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。Szabo等[31]提出微波輔助熱空氣振動(dòng)流化床干燥裝置。李占勇等[30]設(shè)計(jì)微波熱風(fēng)轉(zhuǎn)鼓干燥器，轉(zhuǎn)鼓為圓錐形并水平轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于殼體內(nèi)，在設(shè)置有料斗一端的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)同軸安裝有微波源的波導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種動(dòng)態(tài)微波干燥效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜態(tài)微波干燥，同時(shí)也比物料隨轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)動(dòng)的微波干燥更加均勻。

圖4 噴動(dòng)式耦合干燥設(shè)備原理圖Fig.4 Schematic of spouted CHAM dryer

圖5 微波噴動(dòng)床干燥系統(tǒng)原理圖Fig.5 Schematic of MW and spouted bed drying system

3.3 微波動(dòng)而物料不動(dòng)

微波分布固定，物料平移或旋轉(zhuǎn)或噴動(dòng)在一定程度上改善了物料微波加熱的均勻性，但這些方案最大的問(wèn)題是裝置必須增加運(yùn)動(dòng)部件，給設(shè)備干燥腔的設(shè)計(jì)和空間的有效利用帶來(lái)很多不便，大型化更是困難。針對(duì)這些弊病，作者[33]利用無(wú)轉(zhuǎn)盤(pán)型家用微波爐改造成耦合實(shí)驗(yàn)干燥器，見(jiàn)圖6。采用無(wú)轉(zhuǎn)盤(pán)微波分散技術(shù)，通過(guò)波導(dǎo)出口處的微波模式攪拌器的擾動(dòng)，改善微波場(chǎng)的均勻性，以胡蘿卜片作為試驗(yàn)材料，得出該實(shí)驗(yàn)裝置干燥的胡蘿卜片的β-胡蘿卜素保留率、復(fù)水比、感官品質(zhì)較傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥、微波干燥的胡蘿卜片好。Dominguez[34]和Plazad等[35-36]通過(guò)多微波饋能系統(tǒng)改善電磁場(chǎng)的均勻性，指出饋能口的位置與饋能系統(tǒng)本身決定電磁場(chǎng)的均勻性。模式攪拌結(jié)合饋能口位置和數(shù)量?jī)?yōu)化可使微波均勻性極大提高。

圖6 無(wú)轉(zhuǎn)盤(pán)耦合干燥器Fig.6 Structural schematic of CHAM dryer without turntable

4 耦合干燥的設(shè)備研制

熱風(fēng)和微波串聯(lián)干燥是微波和熱風(fēng)兩個(gè)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行，從而達(dá)到干燥目的的工藝。該種方式雖然可縮短干燥時(shí)間，但各自缺點(diǎn)仍然存在。耦合干燥融合了微波和熱風(fēng)干燥的優(yōu)點(diǎn)，兩者互相結(jié)合，使食品快速干燥的同時(shí)可保證產(chǎn)品質(zhì)量，但目前該工藝僅實(shí)驗(yàn)研究，國(guó)內(nèi)、外無(wú)定型工業(yè)設(shè)備，設(shè)備研制上有難點(diǎn)。

江南大學(xué)江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了3種大小不同的耦合干燥器。圖7（a）所示為小型耦合干燥機(jī)原理圖，主要用于實(shí)驗(yàn)規(guī)模研究，由微波饋能系統(tǒng)、熱風(fēng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，微波功率為0～1 000 W無(wú)級(jí)可調(diào)。料盤(pán)由低介電常數(shù)的玻璃纖維網(wǎng)制成（允許微波和水蒸氣穿過(guò)），底部為微波饋能口。圖7（b）由磁控管、波導(dǎo)和模式攪拌器組成，微波經(jīng)波導(dǎo)傳進(jìn)入干燥腔內(nèi)，波導(dǎo)出口處可旋轉(zhuǎn)的模式攪拌器，改變微波輻射角度，使微波在諧振腔中進(jìn)行規(guī)律性擾動(dòng)，從而改變腔體內(nèi)微波的模式和電磁場(chǎng)分布，使微波的均勻性得到更大提高。干燥時(shí)，將物料平鋪在料盤(pán)的玻璃纖維網(wǎng)上，開(kāi)啟熱風(fēng)系統(tǒng)和微波系統(tǒng)，熱空氣在干燥腔內(nèi)循環(huán)，高濕空氣由排濕口排出，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)和微波同時(shí)作用干燥物料。Plaza等[33-34]也使用模式攪拌器改善微波加熱的不均勻性。此裝置解決了靜止物料微波受微波輻射均勻性問(wèn)題，同時(shí)，干燥器空間大，可放置多層干燥物料。

圖7 小型熱風(fēng)微波耦合干燥器Fig.7 Schematic of the small CHAM dryer

圖8為中等規(guī)模耦合干燥器[37]，由箱體、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)和多個(gè)微波饋能組件組成。干燥時(shí)，在烘盤(pán)上放置物料，上軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口吸入空氣，經(jīng)腔體的上風(fēng)道，進(jìn)入左腔體，經(jīng)過(guò)換熱器后，冷風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷責(zé)犸L(fēng)，其中一部分熱風(fēng)通過(guò)位于箱體左側(cè)下方的下軸流風(fēng)機(jī)工作，進(jìn)入下風(fēng)道，由于下風(fēng)道與干燥室相連通，使熱風(fēng)可以在下風(fēng)道中沿垂直方向進(jìn)入干燥室，并形成穿流；另一部分熱風(fēng)穿過(guò)左面板后進(jìn)入干燥室，通過(guò)左右面板上開(kāi)孔的設(shè)計(jì)和布置，使熱風(fēng)的流向通過(guò)左面板后轉(zhuǎn)化為如圖8中箭頭所示的交叉對(duì)流，干燥室內(nèi)形成交叉對(duì)流及穿流熱風(fēng)，與在烘盤(pán)上的物料進(jìn)行充分接觸，使傳熱和傳質(zhì)效果好。

在干燥室內(nèi)熱風(fēng)循環(huán)的同時(shí)，微波饋能組件（4個(gè)）也開(kāi)始工作，由磁控管發(fā)射出微波進(jìn)入由波導(dǎo)進(jìn)入干燥室，波導(dǎo)出口處模式金屬攪拌葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，改變干燥室內(nèi)微波場(chǎng)的分布，從而使位于干燥室內(nèi)烘盤(pán)上的物料受微波均勻輻射，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)場(chǎng)和微波場(chǎng)同時(shí)共同作用于干燥物料。另外，可根據(jù)干燥室的大小設(shè)置微波饋能口數(shù)量，同時(shí)可調(diào)節(jié)每個(gè)微波饋能口輸入的微波能大小，從而能夠針對(duì)不同的干燥產(chǎn)品將熱風(fēng)能量和微波能量比調(diào)節(jié)到合適的比例。

圖8 中等規(guī)模熱風(fēng)微波耦合干燥器Fig.8 Schematic of CHAM dryer in middle scale

圖9為大型耦合干燥設(shè)備，即隧道式熱風(fēng)干燥耦合設(shè)備，由風(fēng)機(jī)，金屬料架，熱風(fēng)加熱器，微波饋能組件等組成。該設(shè)備適用于大規(guī)模生產(chǎn)。在物料小車(chē)上放入所需干燥的物品后，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，使冷風(fēng)經(jīng)過(guò)熱風(fēng)加熱器轉(zhuǎn)化為高溫?zé)犸L(fēng)，與中型耦合設(shè)備原理相似，熱風(fēng)在隧道內(nèi)形成循環(huán)流動(dòng)，見(jiàn)圖9中箭頭所示。微波饋能組件裝于前后兩側(cè)面，使整個(gè)隧道成為一個(gè)微波諧振腔。

圖9 隧道式熱風(fēng)微波耦合干燥器Fig.9 Schematic of the tunnel CHAM dryer

5 展望

耦合干燥方式，與傳統(tǒng)的干燥方法相比，節(jié)約了干燥時(shí)間，改善了微波加熱的不均勻性，避免產(chǎn)品出現(xiàn)“熱點(diǎn)”的同時(shí)并可以提高被干燥物的品質(zhì)。物料隨轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)、物料噴動(dòng)、物料不動(dòng)而微波變動(dòng)都可以改善微波加熱均勻性。微波變動(dòng)、物料不動(dòng)的技術(shù)方案使干燥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，為工業(yè)耦合干燥設(shè)備的開(kāi)發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

自行設(shè)計(jì)研制了三種耦合干燥設(shè)備，對(duì)其結(jié)構(gòu)、功能、用途等進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，對(duì)耦合干燥設(shè)備的工業(yè)化研制進(jìn)行了探索工作。隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，耦合干燥設(shè)備將走向成熟，成為高效節(jié)能的干燥新技術(shù)。優(yōu)化干燥裝置結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)以及微波場(chǎng)中物料溫度和濕度的在線檢測(cè)和微波能大小的控制，建立數(shù)學(xué)模型模擬耦合干燥場(chǎng)中的傳熱傳質(zhì)等將是進(jìn)一步深入研究的課題。熱風(fēng)微波耦合干燥技術(shù)及其設(shè)備必將在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工中發(fā)揮重要作用。

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