基于双集热原理晒制药材的装置及其晒制工艺技术领域
本发明涉及药材的烘干设备，具体涉及一种基于双集热原理晒制药材的装置及其晒制工艺。
背景技术
近年来，随着制药企业推出“大健康”战略，新型药用消费品陆续面世，而消费者的养生理念也在不断上涨，中药材的需求在不断扩大。我国中医药工业产值年均递增16%以上，成为我国国民经济中发展较快的行业之一。对于中药材的处理，干燥是常用的技术手段，常用的干燥方法包括：1、晒干。是利用太阳直接晒干药材的方法，讲药材摊开在席子上晒干，晒时注意翻动，防雨、防露及防返潮。但烈日下晒后易爆裂的药材，不适宜直接晒干；2、阴干。将药材放置或悬挂在通风的室内或荫棚下，避免阳光直射，使水分在空气中自然蒸发而干燥；3、烘干。利用加温的方法使药材干燥，但对含挥发油或需保留酶活性的药材，不适用此法。现有药材干燥存在以下问题：1、药材品种繁多，存在一药一法的难题；2、干燥以农户手工作坊式加工为主，缺乏统一的管制，干燥指标不明确。因此，亟待一种具有普适性，且能够以自动作业为主的药材干燥装置。
发明内容
本发明的目的为使药材的干燥装置具有普适性，克服现有技术中一药一法难题的问题，提供一种基于双集热原理晒制药材的装置及其晒制工艺。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：基于双集热原理晒制药材的装置，包括用于放置药材的烘干室、空气能集热机构、太阳模拟器以及控制中心，空气能集热机构的输出端与烘干室一端连通，所述的烘干室内设有多层水平设置在机架上的传动单元，每层传动单元由两个平行设置的导向辊以及闭环传动在导向辊上用于输送药材的传送链条组成，相邻两层传动单元的闭环传动方向相反，上层传动单元的末端与下层传动单元的始端承接设置，实现将上层传动单元末端的药材转移到下层传动单元上，太阳模拟器对应设在位于最底层传动单元的下方，烘干室的出料端对应最底层传动单元中传送链条末端的上方对应设有红外水分传感器、加持装置以及用于控制加持装置的控制器，控制中心根据红外水分传感器监测到的药材的含水量，控制中心发出指令给加持装置的控制器，控制加持装置将含水量大于20%的药材抓取后置于最顶层传动单元中；所述的空气能集热机构包括依次连通并构成闭合回路的空气热交换器、压缩机、热交换器和膨胀阀，空气热交换器用于吸收空气热源，且为多台并联设置，热交换器安装在烘干室的一端，烘干室内设有温度传感器、湿度传感器以及控制空气热交换器的控制器，控制中心根据温度传感器传递的信号，当温度达到设定温度值时，控制中心发出指令给空气热交换器的控制器，控制空气热交换器逐台卸载停运，当温度低于设定温度值时，控制空气热交换器逐台加载运行。
本发明中，所述的太阳模拟器包括供电及控制电路、并联设置的多个LED灯以及LED灯的控制器，控制中心根据温度传感器传递的信号，当温度达到设定温度值时，控制中心发出指令给LED灯的控制器，控制LED灯逐个关闭，当温度低于设定温度值时，控制LED灯逐个加载运行。
进一步地，烘干室的顶部设有抽风机，烘干室内设有控制抽风机的控制器，控制中心根据湿度传感器传递的信号，控制中心发出指令给控制抽风机的控制器，控制抽风机加载运行。
本发明中，烘干室上设有与位于最顶层传动单元的始端承接设置的喂料斗，烘干室上还设有与位于最底层传动单元的末端承接设置的出料斗。
进一步地，太阳模拟器与烘干室之间设有多个与太阳模拟器对应设置的干燥风机，干燥风机包括由电机带动的旋转轴和设在旋转轴上自上而下盘列的螺旋叶片，其中，螺旋叶片的周面上覆盖有反射涂层，旋转轴与传递链条垂直设置。
进一步地，该装置还包括监控体系，监控体系包括监控软件、数据库服务器和应用程序服务器，控制加持装置的控制器、控制空气热交换器的控制器以及控制LED灯的控制器之间通过RS485通讯总线连接，且各控制器将监测数据反馈至控制中心，由控制中心通过串口把监测数据反馈至数据库服务器，由应用程序服务器接收此数据并解析到监控软件中，监控软件发出的控制指令由应用程序服务器接收并通过串口传给控制中心，由控制中心负责分配控制指令给控制加持装置的控制器、控制空气热交换器的控制器以及控制LED灯的控制器来实现对该装置的控制。
本发明中，所述的加持装置包括气缸a、气缸b、拐臂和基座，气缸a垂直设在烘干室中，基座与气缸a的伸缩杆垂直连接，拐臂的中部通过销轴与基座铰接，气缸b的伸缩杆与拐臂的一端铰接，拐臂的另一端设有夹手，控制加持装置的控制器能够控制气缸a带动基座上下往复移动，并能够控制气缸b带动拐臂绕销轴为中心转动，带动夹手转动，并控制夹手的夹取动作或松开动作。
利用上述基于双集热原理晒制药材的装置的晒制工艺，包括以下步骤：
步骤一、将药材洁净化处理后，置于烘干室的传送链条上，传送链条静止，由空气能集热机构向烘干室对流供热，使烘干室内达到20-30℃；
步骤二、控制传动链条以0.10-0.15m/s的速度运行，空气能集热机构和太阳模拟器向烘干室供热，药材在对流热和辐射热的双重作用下进行晒制，根据药材特性设置温度值，当烘干室内温度达到该温度值，控制中心发出指令给空气热交换器的控制器，控制空气热交换器逐台卸载停运，当温度低于设定温度值时，控制空气热交换器逐台加载运行；
步骤三、控制中心根据红外水分传感器监测到的药材的含水量，含水量大于20%的药材被加持装置抓取后置于最顶层传动单元中继续进行晒制，含水量在10-20%的药材由输送链条输送收集，以供后续分级和包装工序处理。
本发明中，各控制器之间可以实现模块化控制功能，各个模块控制器之间通过RS485通讯总线连接，各个从模块控制器把采集来数据传给控制中心，由控制中心通过串口把监测数据传给服务器主机，由服务器的应用程序接收此数据并解析到服务器的数据库中。服务器中的应用程序负责解决监控软件和数据库的连接、业务逻辑处理，即应用服务器负责处理所有的监控软件的请求，并且把处理结果返回给监控软件；监控软件只提供相关的监控界面，根据用户的操作调用相应的业务逻辑，它不会直接访问后台数据库，不需要考虑数据访问、数据完整性和业务逻辑处理。监控软件发出的控制器的控制指令由服务器中的应用程序接收并通过串口传给控制中心，由控制中心负责分配控制指令给从模块控制器来实现对该装置的控制。
有益效果：1、本发明中，可利用空气能集热机构进行干燥，外界冷空气通过空气热交换器，与其发生热量传递使其温度升高，与烘干室中的湿物料产生热质交换，湿含量不变，但温度升高，相对湿度降低，热空气穿过物料层，加热物料并带走蒸发出来的水汽，使物料逐渐干燥，穿过物料后的热空气由于温度降低，相对湿度增大成为废气，由抽风机排出。本发明的空气能集热机构能够在20-130℃之间设定工艺温度。通过温度传感器可以实时监测温度，当温度达到系统设定最高值时，空气热交换器会逐台卸载运行；反之，当温度低于设定温度时，空气热交换器会逐台加载运行。
2、还可以利用太阳模拟器进行干燥，传动单元上的药材被预热后，由传动单元底部摄入的太阳光线，已被传动链条和部分药材变为散射光，并不会使部分水分散失的药材爆裂，克服了现有技术中一药一法的难题。本发明的太阳模拟器能够在-10至45℃之间设定工艺温度。通过温度传感器可以实时监测温度，当温度达到系统设定最高值时，控制中心发出指令给LED灯的控制器，控制LED灯逐个关闭，当温度低于设定温度值时，控制LED灯逐个加载运行。
3、本发明能够利用空气能集热机构和太阳模拟器分别或同时向烘干室供热，这是两个完全独立的控制系统，互不影响。可预先使烘干室预热到20-30℃，再根据药材特性选择合适的干燥方式，不仅适用于低温干燥、不能接受阳光曝晒的药材干燥，还适用于含挥发油或需保留酶活性的药材干燥。
4、设置的干燥风机，一方面能够使空气能集热机构得对流热呈现紊流状态，使传动单元上的药材被充分干燥，避免出现同一部分被干燥过度的现象；另一方面，太阳光线在螺旋叶片上经过多次反射，增大了太阳光线的辐射面积，提高其利用率，以提高干燥效率、保证干燥质量。
5、本发明实现了药材烘干的机械化连续处理，干燥后药材的含水量保持在10-20%，便于药材的后期处理；药材在双重集热机构下，可根据药材特性合理安排干燥方式，避免药材药性流失，最大程度保留药材的光泽度和药效，有效提高药材的附加值。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为传送单元与加持装置的位置关系图；
图3为图2中夹手的放大示意图；
图4为本发明中太阳模拟器的原理图；
图5为本发明中监控体系的框架图。
附图标记：1、烘干室，2、机架，3、传动单元，30、导向辊，31、传送链条，4、红外水分传感器，5、加持装置，50、气缸a，51、气缸b，52、拐臂，53、基座，54、夹手，6、太阳模拟器，60、LED灯，7、空气热交换器，8、压缩机，9、热交换器，10、膨胀阀，11、控制器，12、抽风机，13、喂料斗，14、出料斗，15、干燥风机，150、旋转轴，151、螺旋叶片，16、温度传感器，17、湿度传感器。
具体实施方式
基于双集热原理晒制药材的装置，如图1所示，包括用于放置药材的烘干室1、空气能集热机构、太阳模拟器6以及控制中心，空气能集热机构包括依次连通并构成闭合回路的空气热交换器7、压缩机8、热交换器9和膨胀阀10，空气热交换器7用于吸收空气热源，空气能集热机构的输出端与烘干室1一端连通，即热交换器9安装在烘干室1的一端。
烘干室1内设有多层水平设置在机架2上的传动单元3，每层传动单元3由两个平行设置的导向辊30以及闭环传动在导向辊30上用于输送药材的传送链条31组成，相邻两层传动单元的闭环传动方向相反，上层传动单元的末端与下层传动单元的始端承接设置，实现将上层传动单元末端的药材转移到下层传动单元上，烘干室1上设有与位于最顶层传动单元的始端承接设置的喂料斗13，烘干室1上还设有与位于最底层传动单元的末端承接设置的出料斗14。
如图1和图2所示，太阳模拟器6对应设在位于最底层传动单元的下方，烘干室1的出料端对应最底层传动单元中传送链条末端的上方对应设有红外水分传感器4、加持装置5以及用于控制加持装置5的控制器，控制中心根据红外水分传感器4监测到的药材的含水量，控制中心发出指令给加持装置5的控制器，控制加持装置5将含水量大于20%的药材抓取后置于最顶层传动单元中；烘干室1内设有温度传感器16、湿度传感器17以及控制空气热交换器7的控制器，空气热交换器7为多台并联设置，控制中心根据温度传感器16传递的信号，当温度达到设定温度值时，控制中心发出指令给空气热交换器7的控制器，控制空气热交换器7逐台卸载停运，当温度低于设定温度值时，控制空气热交换器7逐台加载运行；烘干室1的顶部设有抽风机12，烘干室1内设有控制抽风机12的控制器，控制中心根据湿度传感器17传递的信号，控制中心发出指令给控制抽风机12的控制器，控制抽风机12加载运行。
如图2和图3所示，加持装置5包括气缸a50、气缸b51、拐臂52和基座53，气缸a50垂直设在烘干室1中，基座53与气缸a50的伸缩杆垂直连接，拐臂52的中部通过销轴与基座53铰接，气缸b51的伸缩杆与拐臂52的一端铰接，拐臂52的另一端设有夹手54，控制加持装置5的控制器能够控制气缸a50带动基座53上下往复移动，并能够控制气缸b51带动拐臂52绕销轴为中心转动，带动夹手54转动，并控制夹手54的夹取动作或松开动作。在图2中，下部的加持装置5为其初始位置，此时，控制加持装置5的控制器能够控制夹手54的夹取动作；上部的加持装置5为其运行至最高处的极限位置，此时，控制加持装置5的控制器能够控制夹手54的松开动作。
如图2所示，太阳模拟器与烘干室1之间设有多个与太阳模拟器6对应设置的干燥风机15，干燥风机15包括由电机带动的旋转轴150和设在旋转轴150上自上而下盘列的螺旋叶片151，其中，螺旋叶片151的周面上覆盖有反射涂层，旋转轴150与传递链条31垂直设置。
如图4所示，太阳模拟器6包括供电及控制电路、并联设置的多个LED灯60以及LED灯60的控制器，控制中心根据温度传感器传递的信号，当温度达到设定温度值时，控制中心发出指令给LED灯60的控制器，控制LED灯60逐个关闭，当温度低于设定温度值时，控制LED灯60逐个加载运行。
该装置还包括监控体系，如图5所示，监控体系包括监控软件、数据库服务器和应用程序服务器，控制加持装置5的控制器、控制空气热交换器7的控制器以及控制LED灯60的控制器之间通过RS485通讯总线连接，且各控制器将监测数据反馈至控制中心，由控制中心通过串口把监测数据反馈至数据库服务器，由应用程序服务器接收此数据并解析到监控软件中，监控软件发出的控制指令由应用程序服务器接收并通过串口传给控制中心，由控制中心负责分配控制指令给控制加持装置5的控制器、控制空气热交换器7的控制器以及控制LED灯60的控制器来实现对该装置的控制。
利用上述基于双集热原理晒制药材的装置实现的晒制工艺，包括以下步骤：步骤一、将药材洁净化处理后，置于烘干室1的传送链条31上，传送链条31静止，由空气能集热机构向烘干室1对流供热，使烘干室1内达到40-60℃；
步骤二、控制传动链条31以0.10-0.15m/s的速度运行，空气能集热机构和太阳模拟器6向烘干室1供热，药材在对流热和辐射热的双重作用下进行晒制，根据药材特性设置温度值，当烘干室1内温度达到该温度值，控制中心发出指令给空气热交换器7的控制器，控制空气热交换器7逐台卸载停运，当温度低于设定温度值时，控制空气热交换器7逐台加载运行；
步骤三、控制中心根据红外水分传感器4监测到的药材的含水量，含水量大于20%的药材被加持装置5抓取后置于最顶层传动单元中继续进行晒制，含水量在10-20%的药材由输送链条31输送收集，以供后续分级和包装工序处理。
本发明中，在将药材置于静止的传送链条31上后，药材在空气能集热机构独立的热风穿透作用下，物料与热空气充分混合进行传热、传质，使物料升温，部分水分散失，药材表面的水份瞬间迁移到空气中；可同时加入太阳模拟器的作用，药材在不断变化的风温和太阳光的作用下，其受热表面积不断变化增大，提高了物料传热传质速率及脱水率，从而在短时间内提高了干燥速率，确保了干燥效率。
本发明中，在烘干药材时，在重力的作用下，从上层传送单元慢慢掉落到下层传送单元，实现药材的均匀翻身，热风和太阳光充分与药材接触，蒸发水份，提高干燥质量，保证干燥的均匀度。可调节排湿量、加热温度、药材停留时间及加料速度，以取得最佳的干燥效果。