[发明专利]用于真空冻干设备的红外辐射加热板

说明书

本发明属于食品药材加工工艺——真空冻干工艺的改进，具体指真空冻干工艺中水分升华过程使用面辐射的红外或远红外平面加热板，具体包括加热层和至少一层红外辐射材料板，加热层产生热能，红外辐射材料板将加热层的热能转化为红外辐射，呈面辐射对物料进行辐射加热，提高加热效率和改进加热的均匀度，提高生产效率和产品质量，同时降低了生产成本和周期。

技术领域

本发明属于食品药材加工工艺——真空冻干工艺的改进，具体指真空冻干工艺中水分升华过程使用双向面辐射的红外加热板，提高加热效率和改进加热的均匀度，提高生产效率和产品质量，降低生产成本和周期。

背景技术

真空冻干工艺由来已久，最早用于药品提纯和药粉制备，食品的加工上，也已经有几十年的应用历史了。真空冻干工艺的一个工艺难点在于：在工艺的关键步骤——水分升华干燥过程中，对于真空中的冻结物料进行加热升温，使其到达升华温度，然后继续加热抵消物料中水分升华带来的升华吸热，维持物料温度不低于升华温度。但是目前普遍采用的仍然是直接接触加热的方式：电加热或热流体加热的加热板，而物料用不锈钢托盘承载，托盘放置在加热板上。如此设计完全没有考虑到真空状态下热传导的效率极低的问题，实际生产中物料加热效率极低，升温速度可以低至0.01摄氏度/分钟以下，带来了真空冻干工艺耗时长，能耗高，成本高。个别新设计考虑到了热传递的低效率问题，采用了红外辐射加热或微波加热等辐射加热技术，并且宣称效率大为提高。但是使用微波加热的问题在于成本高，对人体有危害的风险等隐患。

而CN111418819A、CN210051092U、CN106989569A、CN109780821A、CN2670876Y等采用的是红外加热管方式，在仓壁或物料下方和/或上方分布若干个红外加热管，对物料加热。其中CN106989569A中宣称是远红外，但给出的波长范围是2.5~15μm，属于一般意义的中红外的范畴，不是常用的远红外25~1000μm的范围。CN111457681A采用的是在液态物料上方设置红外发热薄膜进行红外加热，使用石墨烯或碳纳米管材料为核心，加电后产生2~18微米的红外辐射。这些设计存在的问题或局限是：

1. 物料加热的均匀性有限，加热管的线加热方式势必会存在物料与加热管的距离有远近，热辐射的均匀性无法保证，即使比直接热接触式传统方式的热效率有所改善，但问题依然存在。

2. 中红外加热，没有根据物料的红外吸收特性选择合适的红外频谱，加热效率还有可提高之处。

3. CN111457681A的方案发热材料成本高，生产效益低。石墨烯或碳纳米管材料成本高，量产难度大。

发明内容

为了解决现有技术的以上不足，设计了采用面辐射加热的红外加热板为加热体的设计，替代传统设计的加热板，实现近距辐射加热。同时针对多层物料的生产设备，设计成两面红外辐射材料板中间夹着一层面加热层的设计，实现一个加热板同时对物料上下进行“面辐射”加热，物料加热均匀度高，加热快，同时也避免了在仓壁设置加热管的弊端：热辐射的利用率低，物料仅仅接受了部分热辐射，仓壁等物体接受的大量热辐射都浪费了。同时物料与加热板的距离相同，接受的热辐射也基本相同，不存在因距离差别大带来的辐射不均加热不均现象。面加热层可以是电阻膜涂布形成的电加热膜，也可以用均布的电热丝代替，因为其发热的微小不均会被3～5毫米厚度的红外材料所均化。红外材料可以是微晶玻璃和红外陶瓷或其它常用的红外加热材料，优选的材料是材料的红外发射波谱在0.5~2和25~1000微米，进一步优选为根据物料的红外吸收共振谱选用适合的红外材料，使得产生物料红外吸收峰值的红外辐射。进一步优选，面向物料一侧的红外材料优选为水的红外吸收峰值的红外发射材料；而面向不锈钢（或其它材质）托盘的红外发射材料优选为其红外发射峰值匹配于托盘材料的红外吸收峰值频段。这些频谱可以根据物料的不同和托盘材质的不同，通过试验测定加热后物料升温速度而决定。