畢業(yè)設(shè)計（論文）太陽能電能一體果品干燥箱設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　我國農(nóng)產(chǎn)品加工方法傳統(tǒng),農(nóng)產(chǎn)品的干燥方式主要是熱風干燥或者是自然晾曬,熱風干燥耗能大,基本上是以能耗換取經(jīng)濟效益;而自然晾曬則面臨著產(chǎn)品衛(wèi)生的考驗,也對人力、天氣等因素依賴性強,難以擴大規(guī)模、連續(xù)性生產(chǎn)。我國太陽能資源非常豐富,同時農(nóng)產(chǎn)品資源豐富,品質(zhì)優(yōu)良,而且當前的加工需求不斷擴大,將農(nóng)產(chǎn)品烘干后便于儲存,有利于提高其經(jīng)濟價

2、值,所以在當代能源危機與環(huán)境壓力困擾不斷加劇的局勢下,探討研究將太陽能利用在農(nóng)產(chǎn)品的干燥中的作用極其重要。因此,為了將太陽能通過光熱轉(zhuǎn)化運用到農(nóng)產(chǎn)品脫水干燥中,開發(fā)研制了太陽能果蔬干燥設(shè)備,以通過利用新能源緩解傳統(tǒng)能源緊缺,同時創(chuàng)造農(nóng)產(chǎn)品附加值。</p><p>　　太陽能果蔬干燥設(shè)備主要包括集熱系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分。集熱系統(tǒng)由自行研發(fā)的太陽能集熱器混聯(lián)而成,集熱系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化成空氣中的熱能,將收集的

3、熱風輸入干燥系統(tǒng)。干燥系統(tǒng)是對物料進行烘干的場所,熱風與物料進行換熱?？刂葡到y(tǒng)通過對風機、電動風口等執(zhí)行部件的控制來調(diào)節(jié)干燥箱內(nèi)的風速、風量及溫度等因素,以達到不同物料所需要的不同干燥環(huán)境。</p><p>　　太陽能集熱器是集熱系統(tǒng)的核心部件。文中通過對比試驗及熱性能測試,取得集熱器各部件的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)及其熱性能屬性,給出了太陽能集熱器出口溫度與太陽能輻照度的關(guān)系式為。吸熱板為非滲透型平板式結(jié)構(gòu)，為加強吸熱板與

4、空氣的換熱能力，空氣通道設(shè)計成蛇形，流量為0.06kg/s,平均入口溫度為22.16℃,平均輻照度為870.60W/m2時,集熱器平均效率可達84.53%；日平均壞境溫度17OC,上下通道空間比為2：1時,悶曬溫度最高能達到87.6O℃,相比當時環(huán)境溫度21.2℃提升66.4O℃。此太陽能空氣集熱器具有低成本,高效率的特點,結(jié)構(gòu)簡單,易于安裝。</p><p>　　關(guān)鍵詞:太陽能；果蔬干燥設(shè)備；設(shè)計</p&

5、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The methods of agricultural product processing in China is traditional ,the mainly methods of drying agricultural product are heated-air drying and natura

6、l drying ,drying energy consumption is huge ，and the economic benefit basically exchange from energy consumption ；and natural drying is facing the test of food safe ,due to the factors such as human and weather ,enlarge

7、the scale or continuously production still has difficult to complete .Solar energy resources are very rich in China ,and agric</p><p>　　Solar fruit and vegetable drying equipment mainly include solar heating

8、 system ,drying system and control system three parts .Heating system is composed of several solar collector ,on purpose of transformation solar energy into hot thermal energy in air ,then in put the hot air to the dryin

9、g system .Drying system is the place of putting materials ,hot air transform heat with materials in this system .Control system based on perform components such as fan and electric lever to adjust the wind spe</p>

10、<p>　　In order to utilize solar energy in agriculture products dehydrating drying via solar-thermal transformation ,a kind of flat-plate solar air collector was designed .The optimum structures of collector were pr

11、esented through series of contrast tests .After performance test on the collector ,the equation between air temperature at inlet and outlet and irradiance was obtained .The efficiency of this collector was as high as 84.

12、53%,while the absorber was lateral corrugated ,the rate of flow was 0.06</p><p>　　Keywords :Solar energy ;Fruits and vegetable Dryer ;Design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&

13、lt;b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　目 錄4</b></p><p><b>　　第一章 緒論6</b></p><p>　　1.1農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)進展6</p><p>　　1.1.1

14、自然日曬干燥6</p><p>　　1.1.2熱風干燥7</p><p>　　1.1.3真空冷凍干燥7</p><p>　　1.1.4微波干燥技術(shù)7</p><p>　　1.1.5太陽能干燥技術(shù)8</p><p>　　1.1.6其它干燥技術(shù)的應用8</p><p>　　1.2太陽能干

15、燥設(shè)備的研究現(xiàn)狀9</p><p>　　1.2.1自然對流型干燥設(shè)備9</p><p>　　1.2.2強迫對流型干燥設(shè)備9</p><p>　　1.3本課題研究的主要目的、意義12</p><p>　　第二章 太陽能干燥裝置設(shè)計13</p><p>　　2.1太陽能干燥原理13</p><

16、;p>　　2.2太陽能干燥設(shè)備設(shè)計思路13</p><p>　　2.2.1傳統(tǒng)干燥方式優(yōu)勢及不足14</p><p>　　2.2.2太陽能干燥設(shè)備設(shè)計思路14</p><p>　　2.3太陽能干燥裝置物料衡算15</p><p>　　2.3.1干燥介質(zhì)性質(zhì)15</p><p>　　2.3.2 除濕量的計

17、算18</p><p>　　2.3.3 空氣消耗量的計算18</p><p>　　2.4太陽能干燥裝置能量分析19</p><p>　　2.4.1 總能量平衡19</p><p>　　2.4.2 物料內(nèi)能變化和排濕消耗能量19</p><p>　　2.4.3 系統(tǒng)熱損失20</p><p

18、>　　2.4.4 干燥效率與系統(tǒng)總效率20</p><p>　　2.5太陽能干燥裝置的設(shè)計目標及原理20</p><p>　　2.5.1設(shè)計目標20</p><p>　　2.5.2太陽能干燥設(shè)備工作原理21</p><p>　　2.6整體式干燥箱設(shè)計21</p><p>　　2.6.1整體式干燥箱的結(jié)構(gòu)

19、21</p><p>　　2.6.2集熱器高度角轉(zhuǎn)動示意圖22</p><p>　　2.6.3集熱器方位角轉(zhuǎn)動示意圖23</p><p>　　2.6.4轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)24</p><p>　　2.6.5太陽能集熱器的設(shè)計24</p><p>　　2.6.6干燥室設(shè)計27</p><p>　

20、　2.6.7小型太陽能干燥設(shè)備參數(shù)及材料選定29</p><p>　　2.7控制系統(tǒng)30</p><p>　　2.7.1溫度控制30</p><p>　　2.7.2流量控制31</p><p>　　2.7.3時間控制31</p><p>　　2.8本章小結(jié)31</p><p>　　第

21、三章 結(jié)論和展望33</p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)進展</p><p>　　干燥是是許多

22、工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝過程之一，它直接影響到產(chǎn)品的性能、形態(tài)、質(zhì)量以及過程的能耗等，廣泛應用于農(nóng)業(yè)、食品、化工、醫(yī)藥、礦產(chǎn)、造紙和木材加工等眾多領(lǐng)域。近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，干燥已不僅僅是對產(chǎn)品實施單元操作的一項技術(shù)，它已被作為一種探索新產(chǎn)品、提高產(chǎn)品質(zhì)量的新方法。在最近的20年時間里，與干燥技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究有了較大的發(fā)展，尤其在改善效率、提高經(jīng)濟方面取得了較大的進展。在農(nóng)產(chǎn)品、食品和具有生物活性功能的生物制品等領(lǐng)域，干燥仍然是

23、最具有挑戰(zhàn)性的單元操作之一。</p><p>　　1.1.1自然日曬干燥</p><p>　　自然日曬干燥（Open Sun Drying）通過陽光直接照曬物料，利用太陽輻射能進行干制物料。物料獲得從太陽中來的輻射能后，溫度上升，物料內(nèi)水分因受熱而向表面的周圍介質(zhì)蒸發(fā)。在空氣自然對流中，原料水分不斷向空氣中蒸發(fā)，直到原料含水率降低到與空氣溫濕度相對應的平衡含水率為止。</p>

24、<p>　　目前大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品都采用這種方法干燥物料。炎熱干燥和通風是最適宜于自然日曬干燥的條件，自然干燥的時間隨食品的種類和氣候條件而不同，對于一般果品，一般需干燥2-3天，長的需要6-8天，最長可達15天甚至更長。</p><p>　　目前關(guān)于涼果、蜜餞類的自然日曬干燥進一步研究較少，多為其他食品原料的自然干燥研究。國內(nèi)李忠虎（2007）等[1]研究了自然干燥對黨參原料的影響，認為隨著干燥溫度的升高

25、，多糖含量逐漸降低；張亞琦(2008)等[2]比較了自然和熱風干燥對鮑魚產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響，認為自然干燥樣品肌纖維收縮均勻、結(jié)構(gòu)致密，而熱風干燥樣品肌纖維收縮劇烈、組織構(gòu)造較松散；李懷赫(2006)等[3]比較了自然干燥和太陽能干燥枸杞品質(zhì)的影響，認為太陽能干燥可以解決自然攤曬中出現(xiàn)的脫水效果差、容易返潮、易結(jié)塊和霉變等不良影響。國外的自然干燥研究比較多元，如Karabuluta(2007)等[4]比較了自然干燥和70℃熱風干燥對杏子產(chǎn)品的

26、影響，認為70℃熱風干燥對β-胡蘿卜素的破壞反而較小，但認為其他營養(yǎng)成分的損失差異需要做進一步比較；To?rul(2004)等[5]用12種干燥模型模擬了27-43℃范圍內(nèi)葡萄、桃子、李子和無花果的自然干燥特性；Akpinar（2005）[6]研究了香芹、薄荷、羅勒等芬芳類植物的干燥特性，認為自然干燥過程發(fā)生在降速階段，并用模型模擬了3種植物的干燥特性；Purohit（2006）等[7]通過</p><p>&l

27、t;b>　　1.1.2熱風干燥</b></p><p>　　熱風干燥又稱為常壓對流干燥，是果品工業(yè)化干燥的研究重點。它以熱空氣為干燥介質(zhì)，將熱量傳遞給濕物料。熱量從表面向中心傳遞，溫度逐漸升高；物料內(nèi)部的水分以氣態(tài)或液態(tài)形式擴散至物料表面，汽化的蒸氣從表面經(jīng)擴散或?qū)α鞯姆绞絺鬟f到干燥介質(zhì)主體，最后由熱空氣帶走。</p><p>　　目前我國的脫水果蔬加工業(yè)中90%都是采用

28、這種方法：它操作簡便，成本低廉，對設(shè)備、環(huán)境及操作技術(shù)的要求不高。熱風干燥在果蔬方面的應用較多，如：李加興(2006)等[8]用熱風干燥獼猴桃果脯，并分析不同前處理的影響；趙玉生(2002)等[9]研究了用熱風干燥山楂果脯的工藝；屠康(2005)等分前后兩段不同溫度的熱風干燥蘑菇片，經(jīng)工藝優(yōu)化得到較為理想的干品。國外也有許多關(guān)于熱風干燥蘋果片辣椒和甘藍等果蔬的報道。目前我國較常用的熱風干燥設(shè)備如隧道式干燥機、篩式干燥機、流化床干燥機等，

29、技術(shù)方面都較為成熟。</p><p>　　1.1.3真空冷凍干燥</p><p>　　真空冷凍干燥是近年來流行的干燥技術(shù)，其原理是先將含水物質(zhì)凍結(jié)至冰點以下，使水分變?yōu)楣虘B(tài)冰，然后將其處于較高的真空度下，使水的沸點與冰點重合壓力下降到水的三相點壓力，之后升溫使冰直接轉(zhuǎn)化為蒸汽除去。冷凍干燥干品果蔬的營養(yǎng)成分、形狀、頗色、味道和鮮品基本相同，而且復水性好。目前尚沒有果品真空冷凍干燥技術(shù)的報道

30、，大部分為果蔬真空干燥的報導，如：李光輝(2005)等運用冷凍干燥的方法制作出姜蒜復合新型調(diào)味料；徐艷陽(2005)等將毛竹筍用真空冷凍干燥的方法避免了毛竹筍常規(guī)干制時出現(xiàn)的褐變、收縮大等缺陷；Shishehgarha(2002)等等研究出真空冷凍干燥草莓的工藝參數(shù)。由于設(shè)備投資成本和生產(chǎn)過程中能耗高，真空冷凍干燥被認為是最昂貴的一種干燥方法。Lorentzen(1979)等曾對高值食品原料和低值食品原料的凍干成本對比分析得出，凍干技術(shù)

31、并不適合所有食品生產(chǎn)，僅適用于高價值和高附加值食品。</p><p>　　1.1.4微波干燥技術(shù)</p><p>　　微波干燥技術(shù)是利用原料內(nèi)部水分對微波的吸收特性，被吸收的微波轉(zhuǎn)化為熱能使原料內(nèi)部水分蒸發(fā)達到使原料干燥的目的。由于微波加熱快速均勻，可避免熱風干燥過程內(nèi)外加熱不均引起的品質(zhì)下降現(xiàn)象，并充分保持原料內(nèi)原有的營養(yǎng)成分。目前果品的微波干燥技術(shù)報道較少，大部分為果蔬的微波干燥報導，

32、如：張潔(2005)等研究了果蔬片的微波干燥特性，并找出最佳工藝條件；Fathima(2001)等用微波干燥的方法干燥綠葉菜，得到較的感官評定；Shivhare(1993)等也對微波干燥大豆、玉米的應用進行了較為全面的研究。</p><p>　　1.1.5太陽能干燥技術(shù)</p><p>　　利用太陽能干燥技術(shù)的研究和推廣應用工作，已在世界上許多國家展開，研究工作主要在發(fā)達國家如美國、英國、

33、法國、德國、加拿大、澳大利亞、新西蘭和日本等國，目前世界上各國的太陽能干燥技術(shù)應用規(guī)模都較小，太陽能干燥的推廣應用大部分在熱帶和亞熱帶國家，泰國早在20世紀80年代就推廣使用簡易廉價的太陽能干燥裝置，印度研制了太陽能與煙氣聯(lián)合的谷物干燥機，還有用于干燥胡椒的太陽能干燥房，目前世界上大約有300余個以太陽能為能源的木材干燥室，其中中國有近20個。太陽能干燥技術(shù)設(shè)備應用于食品與植物的深加工中，可以有效地防止菌蟲對物料的侵害和變質(zhì)變色現(xiàn)象的發(fā)

34、生，有效地保持了物料原有的優(yōu)良品質(zhì)，也避免了因為干燥加工而造成的二次污染（如灰塵等污染物的污染）。</p><p>　　預計今后我國在太陽能干燥技術(shù)的應用方面也會有一定的發(fā)展，特別是一些小型、簡易的太陽能干燥室，在太陽日照條件好，而經(jīng)濟又欠發(fā)達的偏遠地區(qū)，有較好的應用前景。一般農(nóng)產(chǎn)品要求的干燥溫度比較低，大約在40~55℃之間，正好與太陽能熱利用領(lǐng)域中的低溫熱利用相匹配，并且能縮短干燥周期，提高產(chǎn)量質(zhì)量等優(yōu)勢，因

35、此我國應用太陽能干燥農(nóng)副產(chǎn)品，具有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　1.1.6其它干燥技術(shù)的應用</p><p>　　隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，果蔬干燥技術(shù)呈現(xiàn)出日新月異的變化，大量新型的干燥技術(shù)不斷涌現(xiàn)，而且向著高效、節(jié)能、營養(yǎng)的方向發(fā)展。如：流化床干燥、遠紅外干燥、滲透干燥、真空干燥、熱泵干燥、過熱蒸汽干燥、超聲波干燥、脈動燃燒干燥、沖擊流干燥及一些多種方式的組合干燥等。一些新型

36、的干燥技術(shù)也還處在研發(fā)階段，尚無產(chǎn)業(yè)化應用，還需對其機理及不同果蔬的干燥參數(shù)和加工工藝做進一步的研究。</p><p>　　1.2太陽能干燥設(shè)備的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1自然對流型干燥設(shè)備</p><p>　　國內(nèi)關(guān)于太陽能自然對流干燥的進一步研究較少，國外則有較多創(chuàng)新性進展。Madhlopa(2007)等是直接利用太陽能直接干燥物料，在照射太陽能的

37、基礎(chǔ)上，在地底用煤或者其他燃料加熱空氣，在通過自然對流，將熱空氣送進干燥室，提高熱空氣溫度，也可以取得較好的效果，相對于單獨只用煤干燥或只是直接用太陽光干燥都有明顯的優(yōu)勢，優(yōu)點是無論白天或晚上都可以進行干燥，設(shè)備簡單，成本低，缺點是耗能相對于集熱器太陽能的要大一些。</p><p>　　Prasad(2006)等的研究和Madhlopa等相似，也是利用太陽光直接照射，底下用生物燃料，如煤燃燒以加熱空氣，利用氣流溫

38、差，自然對流進入干燥室干燥產(chǎn)品，相對來說，該設(shè)備的設(shè)計比較巧妙，充分利用了空氣中的熱能，也可以在氣候條件不是很穩(wěn)定的地區(qū)使用。</p><p>　　Madhlopa和Prasad等的干燥設(shè)備都是屬于自然對流的形式，同時也是固定式的，對于太陽能的充分利用有一定的局限性，相對而言，Singh(2004)等人涉及的干燥設(shè)備雖然也屬于自然對流的形式，但不同的是，它是便攜式的，可以根據(jù)不同季節(jié)氣候不同調(diào)整設(shè)備的角度和方向，

39、同時拆除方便，該設(shè)備由一系列的金屬管直接接合，在集熱器后方直接放置物料盤，在兩側(cè)和底部采用保溫材料，空氣從底部進出，經(jīng)加熱后膨脹上升，從頂部出來，帶走汽化水分，從而達到干燥目的，當氣候不佳時，可拆除設(shè)備收藏，改設(shè)備優(yōu)點是成本低，制作簡單，使用方便，耗能小，缺點是對太陽能的利用率低，干燥時間較長，干燥溫度也不高，適合一些低溫食品干燥。</p><p>　　1.2.2強迫對流型干燥設(shè)備</p><

40、p><b>　　(1)國內(nèi)研究進展</b></p><p>　　沈陽農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院樸在林（2005）等[26]做的太陽能及熱能智能互補型農(nóng)副產(chǎn)品干燥裝置是在原有小型農(nóng)戶柴爐干燥裝置的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的，該裝置利用了太陽能干燥產(chǎn)品，在干燥溫度達不到要求的情況下通過外置的輔助干燥設(shè)備（熱風爐）對產(chǎn)品進行輔助加熱，該設(shè)備的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用，試驗結(jié)果表明，以陽光板作為蓋板的太

41、陽能干燥器具有較高的熱轉(zhuǎn)換效率，適合當前條件下農(nóng)戶對農(nóng)副產(chǎn)品干燥加工的需求。</p><p>　　國內(nèi)比較大型的強迫對流干燥設(shè)備也比較多，如建在廣東省的用于臘腸臘肉干燥的太陽能溫室-集熱型干燥器，其采光面積達620m2，是世界上為數(shù)不多的大型太陽能干燥器之一。該干燥器也采用熱風作為輔助加熱能源，以滿足連續(xù)運行的需要，成品日產(chǎn)量達4000kg，其節(jié)能效果為：節(jié)電21%，節(jié)煤20%-40%。廣州皇上皇肉食制品廠的大型

42、太陽能干燥器也屬于此類型。</p><p>　　太陽能熱泵干燥設(shè)備系統(tǒng)，按照太陽能和熱泵系統(tǒng)的連接方式，太陽能熱泵系統(tǒng)分為串連系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)和混合連接系統(tǒng)，其中串連系統(tǒng)又可分為傳統(tǒng)串連式系統(tǒng)和直接膨脹式系統(tǒng)。</p><p>　　太陽能熱泵系統(tǒng)在性能上彌補了傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)各自的缺點，使得整個系統(tǒng)的cop有較大的提高，而系統(tǒng)性能的提高使得運行費用減少，從而降低了系統(tǒng)總投資。隨著研

43、究的進展和技術(shù)的成熟，太陽能熱泵系統(tǒng)可以應用于各個領(lǐng)域，在食品干燥領(lǐng)域也有很大發(fā)展空間，可創(chuàng)造更大的效益。</p><p>　　人工干燥的能耗在工業(yè)能耗具有舉足輕重的地位，自然干燥又難以克服產(chǎn)品衛(wèi)生和品質(zhì)等問題，阻礙了干燥行業(yè)（特別是農(nóng)產(chǎn)品干燥行業(yè)）的發(fā)展。單一的太陽能干燥器因無需消耗常規(guī)能源，而且特別適合于干燥溫度較低（70℃以下）、水分揮發(fā)較慢、加工時間長的物料，如涼果、紅棗等，在實際應用中已初步顯示其優(yōu)越性

44、；而采用太陽能并使用輔助加熱的智能型太陽能干燥器[29]具用能耗低（相對人工干燥），集熱器制造方式簡單、價格低廉、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)且穩(wěn)定的優(yōu)點，克服了單一太陽能干燥溫度、周期不穩(wěn)定的不足，具有良好的發(fā)展前景，甚至可能成為農(nóng)產(chǎn)品干燥加工的主要設(shè)備。</p><p><b>　　(2)國外研究進展</b></p><p>　　在強迫對流方式太陽能干燥設(shè)備的設(shè)計上，國外的研究方向

45、比較詳細，做的工作比較多，所做的設(shè)備一般是針對具體的農(nóng)產(chǎn)品如辣椒[30]，木薯[31]，谷類[32]，葡萄[33]等進行研究，找出最適干燥條件，如果我們能夠綜合起來考慮，把各自的優(yōu)點結(jié)合起來，設(shè)計出一個可以針對大部分，或者說同種類型的農(nóng)產(chǎn)品都適用的設(shè)備，這將有重大的意義。</p><p>　　Bennamoun(2003)等人研究的是溫室型太陽能干燥設(shè)備，采用強迫對流方式進行干燥，人為地利用風機將在集熱器中加熱后

46、的熱空氣引入干燥室干燥產(chǎn)品。集熱器的表面積和加熱后熱空氣溫度直接影響到干燥的效果，隨著這兩個因素影響的增大，干燥所需的時間減少；而干燥產(chǎn)品的整體質(zhì)量和分布面積相比之下就不是很重要，如果在設(shè)備中加入一個電加熱器將可以增加使設(shè)備在不理想的氣候條件下也可以運行，該設(shè)備屬于間歇操作，在3m2和一個加熱器在50℃溫度下平均每天可以處理250kg產(chǎn)品。</p><p>　　Supranto(1999)等人的研究也屬于強迫對流

47、干燥，所做的改進之處只是把集熱器用一個多孔介質(zhì)隔開，從而分為兩個通道，讓空氣得以充分加熱。</p><p>　　通過該設(shè)備證明了用太陽能對植物油的干燥是可行的也是非常有利的，有非常好的應用前景，而通過相關(guān)的試驗和計算也證明雙管道的集熱器可以使溫度得到比較打的提高，可以提高25-30℃，而使集熱器的熱效率有了很大的提高。</p><p>　　Karim(2004)等人在前面的平板集熱器的基礎(chǔ)

48、上，對集熱器的表面積進行研究，分別對V型，平板加散熱片和平板型三種集熱器的單雙空氣通道的情況下分別進行比較，試驗結(jié)果表明，單空氣通道平板集熱器的熱效率最低，V型作為結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定的集熱器，熱效率也是最高，同時，可以使用更薄的金屬，有利于節(jié)省材料，降低成本，是應用過程中的最佳選擇。</p><p>　　Sarsavadia(2007)等人就針對廢熱空氣的利用設(shè)計了一個太陽能干燥設(shè)備，該設(shè)備也通過采用強迫對流方式，在平板

49、集熱器上加上不規(guī)則吸熱片，然后通過輔助設(shè)備（空氣加熱器，電加熱器和風機），使很大部分的熱空氣重新從底部進入干燥器，有效的利用了熱量，效率有明顯的提高，同時，在晚間或者氣候不好的情況下可以使用輔助加熱設(shè)備，可以使干燥不間斷進行，可以實現(xiàn)連續(xù)操作，有很大的現(xiàn)實意義，該設(shè)備充分體現(xiàn)了熱量的合理利用，不過也有缺點，就是當空氣的達到飽和濕度時，也應該及時將熱空氣排出，操作相對復雜，設(shè)備費用也相對較高。</p><p>　　

50、該設(shè)備雖然涉及到了廢熱空氣的回收，但是對于儲能問題沒有涉及，如果可以通過白天將一部分多余的太陽能儲存起來，而能在晚間使用的話，可以減少輔助加熱設(shè)備所消耗的能量，從而提高效率，得到更高的利益，Shanmugam(2007)等就在儲能這個方面做了相關(guān)的研究，他們做了一種干燥儲能材料（60%膨潤土，10%CaCl2，20%的蛭石，10%的粘合劑），該材料利用CaCl2的吸濕性，彭潤土的多孔蓬松性以及蛭石的吸熱儲能性，白天干燥材料與干燥室隔開，

51、利用太陽光直接照射該材料將能量儲存其中，在晚間通過密閉該干燥室，使干燥材料與干燥室相連，利用風扇使空氣不斷回流，利用儲能材料中的熱能干燥產(chǎn)品，利用CaCl2的吸濕性將空氣中的水分吸收，第二天白天又將干燥材料與干燥室隔開，利用太陽能干燥儲能材料，同時存儲能量，反復進行，可以循環(huán)使用，從而使熱量得到最大的程度的利用。</p><p>　　同時，Shanmugam等還通過試驗表明，如果在干燥室上立一面鏡子，通過反射光等

52、作用，干燥設(shè)備熱效率得到更大的提高，該設(shè)備的體現(xiàn)了熱能的合理利用，但是有個缺點就是，干燥儲能材料的存儲有限，如果是碰到長時間陰雨天氣，就不能體現(xiàn)出它的優(yōu)點，建議在設(shè)備上添加一個輔助加熱設(shè)備即可解決問題。</p><p>　　此外，關(guān)于熱量的充分利用，還有就使太陽能和熱泵的綜合使用，Hawlader(2006)等則通過熱泵和太陽能聯(lián)合使用，但是目前熱泵的應用大部分還是用于木材干燥，用于食品還不是很多，同時也因為設(shè)備

53、費用相對較高，雖然能量利用率也很高，但是面對普及還有很大的難度。</p><p>　　1.3本課題研究的主要目的、意義</p><p>　　干燥是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的重要一環(huán)，是決定產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素。</p><p>　　傳統(tǒng)的自然干燥賦予果品特殊的日曬風味，但自然日曬干燥面臨著干燥時間較長，衛(wèi)生狀況較差，干燥過程易受天氣變化影響，在陰雨天時產(chǎn)品容易返潮、結(jié)塊和霉變，

54、無法實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等問題。</p><p>　　熱風干燥是實現(xiàn)果品工業(yè)化生產(chǎn)方法之一，干燥時間較短，干燥不受天氣變化影響，過程容易控制以及干燥環(huán)境清潔衛(wèi)生。同自然日曬干燥相比，熱風干燥雖干燥速率較快，但干燥后產(chǎn)品缺乏太陽光特殊的日照風味，在外觀和口感上不如傳統(tǒng)太陽光晾曬的產(chǎn)品。如何根據(jù)產(chǎn)品的干燥特性，采用合適的干燥技術(shù)和工藝，是實現(xiàn)果品規(guī)模化、工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵及共性技術(shù)問題。</p><

55、p>　　太陽能作為一種可持續(xù)利用，綠色無污染的能源，具有良好的應用前景。果品產(chǎn)地大多位于日照充足地區(qū)，太陽能資源豐富，具有應用太陽能干燥的基礎(chǔ)。由于涼果干燥屬于中低溫干燥，同太陽干燥提供的溫度范圍接近，同時干燥過程可以使物料接受到太陽光晾曬，產(chǎn)品具備同自然日曬干燥相似的日照風味，利用太陽能干燥技術(shù)可縮短干燥時間，節(jié)約了常規(guī)能源，大大改善食品衛(wèi)生條件，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，同時對保護環(huán)境也具有深遠的意義。</p><

56、;p>　　第二章 太陽能干燥裝置設(shè)計</p><p>　　2.1太陽能干燥原理</p><p>　　太陽能干燥是指以太陽能為能源進行的干燥過程。過程中被干燥的濕物料或者在溫室內(nèi)直接吸收太陽能并將它轉(zhuǎn)換為熱能；或者通過太陽集熱器所加熱的空氣進行對流換熱而獲得熱能，物料表面獲得熱量后，將熱量傳入內(nèi)部，是物料中所含的水分從物料內(nèi)部以液態(tài)或氣態(tài)逐漸到達物料表面，然后通過物料表面的氣態(tài)界面層（

57、邊界層）而擴散到空氣中去。干燥過程中濕物料中所含的水分逐步減少，最終達到與地斗那個的終態(tài)含水率，變成干物料。因此，干燥過程實際上是一個傳熱、傳質(zhì)的過程，它包括以下幾個方面。</p><p>　　(1)太陽能直接或間接加熱物料表面，熱量由物料表面?zhèn)髦羶?nèi)部。</p><p>　　(2)物料表面的水分首先蒸發(fā)，并由流經(jīng)表面的空氣帶走。此過程的速率主要取決于空氣溫度、相對濕度和空氣流速及物料與空氣

58、接觸的表面積等外部條件。此過程稱外部條件控制過程。</p><p>　　(3)物料內(nèi)部的水分獲得足夠的能量后，在含水率梯度（濃度梯度）或蒸汽壓力梯度作用下，由內(nèi)部遷移至物料表面。此過程的速率主要取決于物料性質(zhì)、溫度和含水率等內(nèi)部條件。此過程稱內(nèi)部條件控制過程。</p><p>　　物料干燥速率的大小取決于上述兩種控制過程當中的主要矛盾方面，即由兩個過程中較慢的一個速率控制。一般來說非吸濕性

59、的疏松性物料，兩種速率大致相等；而吸濕性的多孔物料，如黏土、谷物、木材和棉織物等物料，干燥的前期取決于表面汽化速率，后期由于物料內(nèi)部水分擴散傳遞速率滯后于表面水分汽化，導致干燥速率的下降。太陽能干燥是熱空氣與濕物料間對流換熱，熱量由物料表面?zhèn)髦羶?nèi)部，物料內(nèi)的溫度是外高內(nèi)低。而物料內(nèi)的水分是由內(nèi)向外遷移，其含水率是內(nèi)高外低。由于溫差和濕度差對水分的推動方向正好相反，結(jié)果溫差削弱了內(nèi)部水分擴散的推動力。當物料內(nèi)部溫差相差不大時，溫差的影響可

60、以忽略不計，另外在干燥工藝上可以采取一些措施，來減少這種影響。</p><p>　　物料干燥過程中，水分不斷地由物料轉(zhuǎn)移至空氣中，使空氣的相對濕度逐漸增大，因此需要及時排除一部分濕空氣，同時從外界吸入一部分新鮮空氣，來減少干燥室空氣的濕度，才能使干燥過程連續(xù)進行。</p><p>　　2.2太陽能干燥設(shè)備設(shè)計思路</p><p>　　2.2.1傳統(tǒng)干燥方式優(yōu)勢及不足

61、</p><p>　　傳統(tǒng)的自然日曬干燥的優(yōu)點在于，能賦予晾曬產(chǎn)品特殊的日曬風味，但自然日曬干燥面臨著更多的不足，如干燥時間較長，夜間無法連續(xù)干燥，會出現(xiàn)回潮現(xiàn)象，衛(wèi)生安全狀況較差，整個干燥過程易受天氣變化影響，在陰雨天時晾曬產(chǎn)品容易返潮、結(jié)塊和霉變，無法實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p>　　傳統(tǒng)的熱風干燥一般采用隧道式烘道干燥，是實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)方法之一，優(yōu)點在于干燥時間較短，

62、干燥過程不受天氣變化影響，干燥過程容易控制以及干燥環(huán)境清潔衛(wèi)生。不足之處在于烘道熱風干燥后產(chǎn)品由于沒有經(jīng)過太陽光直接照射，某些產(chǎn)品缺乏特殊的日照風味，在外觀和口感上不如傳統(tǒng)太陽光晾曬的產(chǎn)品。</p><p>　　傳統(tǒng)溫室大棚干燥也用于農(nóng)產(chǎn)品干燥，是實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)方法之一，優(yōu)點在于干燥過程容易控制，干燥環(huán)境清潔衛(wèi)生，干燥過程受天氣影響較小，可以直接接受太陽光照射，產(chǎn)品有特殊的日照風味，缺點在于干燥時間相對較長

63、，不能實現(xiàn)夜間連續(xù)干燥及陰雨天氣干燥效率低，大棚排濕較難，占地空間大，一次性投入成本較高，不適合小規(guī)模小批物料的干燥。</p><p>　　現(xiàn)有太陽能干燥設(shè)備的優(yōu)點在于環(huán)保節(jié)能，不足在于大部分不能實現(xiàn)夜間連續(xù)干燥，陰雨天氣干燥問題沒有得到解決，廢熱空氣直接排空，沒有考慮回收問題。如何根據(jù)產(chǎn)品的干燥特性，采用合適的干燥技術(shù)和工藝，是實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品規(guī)?；⒐I(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵及共性技術(shù)問題。</p><p

64、>　　2.2.2太陽能干燥設(shè)備設(shè)計思路</p><p>　　結(jié)合各種現(xiàn)有及傳統(tǒng)的不同干燥方法的優(yōu)勢，同時綜合考慮各種干燥方法的不足，研制了一款太陽能干燥設(shè)備。</p><p>　?。?）該太陽能全天候干燥設(shè)備，能連續(xù)供熱、全天候工作、成本低、結(jié)構(gòu)簡單且熱利用效率高；</p><p>　?。?）最大程度利用太陽能：干燥室采用四面透光設(shè)計，采用斜式放置，物料擺放呈

65、梯形，干燥產(chǎn)品可以直接接受太陽光照射，產(chǎn)品可以實現(xiàn)自然日曬及溫室大棚干燥一致的特殊日曬風味；</p><p>　?。?）熱風干燥系統(tǒng)和太陽能儲能系統(tǒng)結(jié)合：對傳統(tǒng)平板集熱板進行改造，使之成為平板蛇形空氣通道集熱板，空氣在集熱板進行蛇形流通，該過程對空氣進行加熱，有效傳熱面積增大；實現(xiàn)了熱風干燥系統(tǒng)和太陽能儲能系統(tǒng)的結(jié)合，成本低，結(jié)構(gòu)簡單。</p><p>　?。?）廢熱空氣的充分利用：將干燥

66、室出口空氣直接與鼓風機相連重新經(jīng)過集熱器加熱后重新進入干燥室干燥物料，當干燥室中空氣濕度達到設(shè)定濕度時，自動排氣閥門自動打開，對外排除濕空氣，同時補充新鮮空氣，實現(xiàn)了將干燥室內(nèi)的廢熱空氣的充分利用；</p><p>　?。?）最大程度利用干燥室空間：干燥室內(nèi)設(shè)有物料框，物料框為層疊設(shè)置，節(jié)省空間，提高熱利用率；</p><p>　　（6）多種干燥方式結(jié)合，根據(jù)實際情況可以選用不同干燥方式：

67、集熱器空氣接口可以拆卸，當條件不允許接電情況下，將接口卸下，可以實現(xiàn)自然對流方式與強制對流方式的切換，打開排氣煙囪，即可實現(xiàn)太陽能干燥的自然對流干燥。</p><p>　　（7）干燥設(shè)備管道及結(jié)構(gòu)架設(shè)均盡量減少能耗：干燥室安裝較高，空氣通道全部采用通風彎管曲線連接；熱風從底部進入，頂部裝有煙囪，增加氣流進出口高度差，提高氣流流動的壓差；</p><p>　?。?）電能的利用：改干燥箱下部安

68、裝有電熱絲，具有智能控制的特點，當陰雨天氣時，通過電加熱絲加熱干燥箱中的空氣，最終實現(xiàn)連續(xù)干燥，滿足了南方特有的長時間陰雨天氣下對食品原料干燥的要求。</p><p>　?。?）該干燥設(shè)備干燥環(huán)境衛(wèi)生清潔：改變了以往太陽日曬農(nóng)產(chǎn)品干燥環(huán)境衛(wèi)生條件差，衛(wèi)生安全得不到保證的問題。</p><p>　　2.3太陽能干燥裝置物料衡算</p><p>　　2.3.1干燥介質(zhì)性

69、質(zhì)</p><p>　　干燥介質(zhì)指干燥過程中將熱量傳給物料，同時又將物料中蒸發(fā)的水分帶走的媒介物質(zhì)，太陽能干燥裝置中的干燥介質(zhì)一般為濕空氣，濕空氣包含水蒸氣，同時物料干燥過程中內(nèi)部的水分逐漸轉(zhuǎn)換為水蒸氣。</p><p><b>　　1、濕空氣特性</b></p><p>　　（1）濕空氣指干空氣和少量水蒸氣的混合氣體，而干空氣指完全不含水蒸氣

70、的空氣。</p><p>　?。?）濕空氣的水蒸氣分壓與氣體常數(shù)</p><p>　　根據(jù)道爾頓定律，濕空氣的總壓力p等于干空氣分壓pa與水蒸氣分壓pv之和，即</p><p>　　或 （2-1）</p><p>　　式中，B為大氣壓，對于常壓干燥，濕空氣總壓等于大氣壓力，即p=B。</p><p>　　在一定容

71、積中，當水蒸氣含量不變時，蒸汽分壓也不變。一般情況下濕空氣中的水蒸氣分壓很小，大約3000-4000Pa，蒸汽處于過熱狀態(tài)，很接近理想氣體。故濕空氣可當作理想氣體來對待，即可用理想氣體狀態(tài)方程來計算相應的狀態(tài)參數(shù)。</p><p>　　pV=RT或pV=nRT (2-2)</p><p>　　式(2-2)中，左右式分別為適于1kg和nkg理想氣體的狀態(tài)方程。式中p為理想氣體的總壓力

72、，v和V分別為理想氣體的比容(m3/kg)和總體積(m3)，V=mv，T為氣體的熱力學溫度(K)；T=t+273，t為氣體的攝氏度(℃)；R為氣體常數(shù)[J/(kg﹒K)]，它與氣體的種類有關(guān)，可用式(2-3)計算。</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中，µ為氣體相對分子質(zhì)量，如干空氣的相對分子質(zhì)量為28.97，它的氣體常數(shù)

73、Ra=287KJ/((kg﹒K)水蒸氣相對分子質(zhì)量µv=18，則Rv=461.90J/(kg﹒K)。</p><p><b>　　（3）未飽和濕空氣</b></p><p>　　濕空氣中的水蒸氣分壓pv低于濕空氣溫度t所對應的飽和蒸汽壓力ps(t)時，稱為未飽和濕空氣，這種狀態(tài)下的濕空氣尚有吸收水分的能力，可用作干燥物料的介質(zhì)。</p><

74、;p><b>　　（4）飽和濕空氣</b></p><p>　　當濕空氣中的水蒸氣分壓等于空氣溫度t所對應飽和壓力（pv=ps）時，稱為飽和濕空氣。這種狀態(tài)下的濕空氣已不具備吸濕能力，因為飽和濕空氣中的蒸汽含量是相應空氣溫度下的最大值。若超過此極限仍繼續(xù)向空氣中加水分，將有水滴析出。</p><p>　?。?）絕對濕度與濕容量</p><p&

75、gt;　　單位體積濕空氣所含的水蒸氣質(zhì)量稱為濕空氣的絕對濕度（kg/m3）。它數(shù)值上等于濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量濃度，即：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中，ρv為水蒸氣的質(zhì)量濃度，kg/m3；mv為濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量，kg；V 為濕空氣的容積；Rv為水蒸氣的氣體常數(shù)，J/(kg·K)；T 為濕空氣的絕對溫度。</

76、p><p>　　飽和濕空氣的絕對濕度稱為濕容量用ρs 表示。</p><p><b>　?。?）相對濕度</b></p><p>　　濕空氣中水蒸氣的實際含量 pv與同溫下的最大可能含量（濕容量）pa的比值，稱為濕空氣的相對濕度用表示，即：</p><p><b>　　(2-5)</b></p&g

77、t;<p>　　相對濕度的值在 0-1 之間變化，常用百分率表示(%)。 =0 為干空氣， =100 為飽和濕空氣。值的大小反映濕空氣接近飽和的程度，即吸濕能力的大小，值越小，吸濕能力越強；反之吸濕能力越差。</p><p><b>　?。?）含濕量</b></p><p>　　水蒸氣對干空氣的質(zhì)量比率稱為含濕量，用 d 表示，單位常用 g/kg DA

78、(DA 指干空氣)。</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　式中 ma，mv分別為濕空氣中的干空氣和水蒸氣質(zhì)量。</p><p><b>　?。?）濕空氣的焓</b></p><p>　　濕空氣的焓代表它所攜帶的能量，它和溫度、壓力、比容等參數(shù)一樣，是一個狀態(tài)參數(shù)。焓無

79、絕對值，一般取 0℃時焓值為零。濕空氣的焓等于干空氣的焓與水蒸氣的焓之和。因為濕空氣的焓以單位質(zhì)量干空氣為計算單位，故實際上是計算（1+0.001d）kg濕空氣的焓值 H。它等于 1kg 干空氣的焓與 0.001d kg 水蒸氣的焓之和，即：</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　2 濕物料特性</b><

80、;/p><p>　?。?）濕物料中的水分</p><p>　　根據(jù)水分出去的難易程度，物料中所含的水分可以分為非結(jié)合水與結(jié)合水兩類。</p><p>　　非結(jié)合水也稱為自由水，它與物料主要是以機械方式結(jié)合，其結(jié)合強度較弱，物料中非結(jié)合水所產(chǎn)生的蒸汽等于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，此類水分比較容易除去。</p><p>　　結(jié)合水主要包括物理化學結(jié)合

81、水和化學結(jié)合水，這種水分與物料的結(jié)合力強，它產(chǎn)生的蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，使水蒸氣擴散的推動力降低，因而比較難以除去。</p><p>　?。?）物料含水率的表示方法</p><p>　　濕基含水率ω是以濕物料重量為基準表示的，即:</p><p>　　(濕基) (2-8)</p><p>　　式中，ω為濕基含水率，%(濕基)；W

82、 為濕物料中所含水分量，kg；Gc 為濕物料中絕干物料重，kg。干基含水率χ是絕干物料量為基準表示的，即：</p><p>　　(干基) (2-9)</p><p>　　一般工業(yè)生產(chǎn)中常用濕基濕含量表示濕物料的含水率，因為它比較直觀，而設(shè)計計算中用干基濕含量比較方便。</p><p>　　2.3.2 除濕量的計算</p><p>　　假設(shè)干燥

83、前后物料的絕干物料量不變，干燥系統(tǒng)整體干燥時段的除濕量計算值為：</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　式中，——物料干物質(zhì)重量，kg；——物料初始濕基濕含量，%；——物料目標濕基濕含量，%；L——干燥過程絕干空氣消耗量，kg；——預熱空氣含濕量，g濕分蒸汽/kg 絕干空氣；——出口空氣含濕量，g 濕分蒸汽/kg 絕干空氣；</p

84、><p>　　2.3.3 空氣消耗量的計算</p><p>　　干燥過程重量那個一方面熱量用于將物料中水分汽化，一方面將汽化的水分帶走，因此，根據(jù)公式(2-11)可得干燥過程的絕干空氣消耗量為：</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　式中，L——干燥過程絕干空氣消耗量，kg；</p>

85、;<p>　　2.4太陽能干燥裝置能量分析</p><p>　　2.4.1 總能量平衡</p><p>　　圖2-1 干燥系統(tǒng)能量守恒</p><p>　　圖 2-1 為干燥系統(tǒng)的能量平衡關(guān)系圖，根據(jù)熱力學第一定律，得如下能量平衡關(guān)系式：</p><p><b>　　(2-12)</b></p>

86、<p>　　式中，L——干燥過程絕干空氣消耗量，kg；I1——預熱濕空氣比焓，KJ/kg；I0——入口濕空氣比焓，KJ/ kg；I2——出口濕空氣比焓，KJ/ kg；——干燥室有效太陽輻射能，KJ；——空氣集熱器有效太陽輻射能，KJ；——水存儲熱量，KJ；——干燥系統(tǒng)總耗電能；——物料內(nèi)能變化，KJ；——干燥系統(tǒng)的熱損失，KJ；</p><p>　　2.4.2 物料內(nèi)能變化和排濕消耗能量</p

87、><p>　　物料內(nèi)能變化與排濕耗能計算公式為：</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　廢氣回收能量公式為：</p>

88、<p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　式中，——入口濕空氣比熱，kJ/（kg·K)；——廢氣回收能量，kJ； ——出口物料比熱，kJ（/kg·K)；——物料進口溫度，℃；——物料進口溫度，℃；</p><p>　　2.4.3 系統(tǒng)熱損失</p><p>　　由式(2-12)變換而得：<

89、/p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　2.4.4 干燥效率與系統(tǒng)總效率</p><p>　　干燥過程中，只有汽化濕分的熱量才是真正有效的，把汽化濕分所需熱量與在干燥室中熱空氣的總熱量之比值稱為干燥效率，即</p><p><b>　　(2-18)</b></p>

90、<p>　　干燥系統(tǒng)的總效率定義為汽化濕分的熱量占干燥器總耗熱量的百分數(shù)，即</p><p><b>　　(2-19)</b></p><p>　　2.5太陽能干燥裝置的設(shè)計目標及原理</p><p><b>　　2.5.1設(shè)計目標</b></p><p>　　在食品干燥，特別是果品干

91、燥中行業(yè)中，國內(nèi)主要采用自然日曬干燥和溫室干燥兩種方式，自然日曬干燥所需時間太長，溫室干燥雖可縮短干燥時間，但是同樣不能實現(xiàn)連續(xù)操作，國外相關(guān)太陽能食品干燥設(shè)備有自然對流和強制對流型干燥設(shè)備，但普遍存在不能實現(xiàn)連續(xù)干燥和廢氣沒有回收利用，造成熱能的浪費等問題。</p><p>　　國內(nèi)關(guān)于食品干燥設(shè)備現(xiàn)有技術(shù)中，中國發(fā)明專利公開號CN101086423A，一種太陽能干燥設(shè)備的附加能源干燥裝置，公開了一種利用太陽能

92、進行干燥的設(shè)備，其技術(shù)方案為：在板式集熱器風管下端安裝一個有彎曲風管和電加熱器組成的電加熱段，在集熱器熱風干燥系統(tǒng)的儲熱水罐下方增設(shè)數(shù)個可分別使用煤或燃油或燃氣或農(nóng)作物秸稈的燃燒加熱器。該裝置可以實現(xiàn)陰天干燥作業(yè)，可使太陽能干燥設(shè)備實現(xiàn)全天候連續(xù)干燥作業(yè)。技術(shù)方案需設(shè)置兩種集熱器，板式集熱器和集熱器，成本較高，結(jié)構(gòu)復雜；另外沒有考慮到廢熱回收的功能；在結(jié)構(gòu)上，使得干燥室的體積受到集熱器高度的限制，不利于干燥室空間的增加。</p&g

93、t;<p>　　2.5.2太陽能干燥設(shè)備工作原理</p><p>　　設(shè)計裝置為一種太陽能連續(xù)供熱式干燥設(shè)備，能連續(xù)供熱、成本低、結(jié)構(gòu)簡單且熱利用效率高。</p><p>　　干燥設(shè)備控制單元原理</p><p>　　白天干燥過程中，風從集熱器底部經(jīng)加熱后進入干燥室干燥，排出的熱風經(jīng)鼓風機重新進風，當干燥室內(nèi)溫度過高時，自動控制閥將打開；夜間當溫度感應

94、器感應干燥室內(nèi)部溫度過低，由控制閥中斷集熱器進風口，空氣由干燥箱底部電熱絲加熱進入干燥室，之后類似于白天干燥過程；白天重新開始時，控制單元驅(qū)動控制閥關(guān)閉風管進風口，打開集熱器進風口，又開始集熱板熱風干燥過程，周而復始，實現(xiàn)連續(xù)干燥操作；</p><p>　　氣候條件不佳時，可利用干燥箱底部的電熱絲加熱空氣，實現(xiàn)熱風干燥過程。</p><p>　　2.6整體式干燥箱設(shè)計</p>

95、<p>　　2.6.1整體式干燥箱的結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖2-2所示，該裝置由太陽能空氣集熱器、干燥箱、溫度控制器、風機和底盤組成。太陽能空氣集熱器有頂置和側(cè)置兩種類型，分別用合頁固定在干燥箱的頂部和側(cè)面，不進行干燥作業(yè)時，分別平放在干燥箱的項上和垂直掛在干燥箱的側(cè)面，進行干燥作業(yè)時，可用支撐桿撐起，使集熱器的仰角隨太陽高度的變化而變化。裝置的底盤安裝有萬向輪，集熱器可跟隨太陽轉(zhuǎn)動，使集熱器方

96、位角可隨太陽方位角的變化而變化，最大限度地接收太陽輻射。頂置集熱器循環(huán)加熱干燥箱內(nèi)的空氣，從干燥箱內(nèi)吸入空氣，加熱后再把空氣送回干燥箱，實現(xiàn)干燥余熱的重復利用，提高太陽能的利用率。側(cè)面的集熱器從環(huán)境中吸入新鮮空氣，加熱后送入干燥箱內(nèi)與頂置集熱器送入的熱空氣混合，進行干燥作業(yè)，最后部分空氣從干燥箱出風口排入大氣中，同時排出水蒸氣。干燥箱的進風口和出風口做成喇叭形，使熱空氣在干燥箱內(nèi)均勻分布，保證物料的干燥速度均勻一致；在干燥箱的進風口處還

97、安裝電熱棒，用以補充太陽輻射量不足時所需熱量，保證干燥連續(xù)進行。</p><p>　　把干燥箱一側(cè)的彩鋼板制作成一扇門，用合頁固定在干燥箱上，打開時向上掀起，在干燥箱的門框上粘貼密封膠條，減少熱空氣的泄漏。門打開后，干燥箱容積都可以得到充分利用，相鄰兩排干燥盤共用一個豎向支架，減少支架占的箱內(nèi)有效容積，總共3排干燥架，每排5個干燥盤。</p><p>　　1.底座；2.風機；3.干燥箱；4

98、.側(cè)面集熱器；5.頂部集熱器；6.排氣煙窗；7.箱門；8.干燥盤架；9.干燥盤；10.電熱絲；11.喇叭形進風口</p><p>　　圖2-2整體式干燥箱</p><p>　　2.6.2集熱器高度角轉(zhuǎn)動示意圖</p><p>　　太陽能干燥主要在6月至11月進行。進行干燥作業(yè)時，箱項集熱器與側(cè)面集熱器在一個平面上，太陽能高度改變后，兩個集熱器同時調(diào)整角度，保證最大面

99、積接受太陽能輻射，集熱器高度角的調(diào)整如圖2-3所示。</p><p>　　1.冬至日集熱器高度角；2.夏至日集熱器高度角；3、撐桿</p><p>　　圖2-3集熱器高度角轉(zhuǎn)動示意圖</p><p>　　集熱器高度角的調(diào)整方式：由上文對干燥機的介紹可知，干燥機在工作時側(cè)集熱器與頂集熱器用鎖扣鎖住連成一體，當太陽角度發(fā)生變化時，將集熱器繞與干燥箱相連的鉸鏈轉(zhuǎn)動直至合適

100、角度，然后用撐桿將集熱器固定在干燥箱上，完成高角度調(diào)整過程。</p><p>　　2.6.3集熱器方位角轉(zhuǎn)動示意圖</p><p>　　1.干燥箱朝向太陽的一側(cè)；2.干燥箱</p><p>　　圖2-4 集熱器的方位角轉(zhuǎn)動示意圖（夏至日的最大轉(zhuǎn)角）</p><p>　　(a)日落時集熱器的方位角(b)正午時集熱器方位角(c)日出時集熱器方位角

101、</p><p>　　集熱器與干燥箱集成在一起，轉(zhuǎn)動整個干燥箱就可以調(diào)整集熱器的方位角。夏至日出時間大概為6時22分（北京時間），方位角-123°27'，日落時間為19時38分，方位角-123°27'，經(jīng)試驗測試，即使在夏至前后一段時間內(nèi)，上午8時后太陽輻射量才能達到試驗要求，下午19時后太陽輻射不能滿足試驗要求，因此干燥箱上午的最大方位角為-110°，下午最大方位角

102、為-110°，如圖2-4所示。</p><p><b>　　2.6.4轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的骨架由50mm×50mm的角鋼焊接而成，后面有兩個定向輪，只能前后轉(zhuǎn)動，前面有兩個萬向輪，可拖動干燥設(shè)備前進、后退或轉(zhuǎn)動，骨架的前端用來固定風機。如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 干燥箱的轉(zhuǎn)向結(jié)

103、構(gòu)</p><p>　　2.6.5太陽能集熱器的設(shè)計</p><p><b>　　1、材料結(jié)構(gòu)與特點</b></p><p>　　太陽能集熱器是太陽能干燥裝置的主要部件，由集熱板、PC陽光板、保溫層、外殼構(gòu)成。太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能主要在集熱板上進行，干燥設(shè)備的集熱板屬于平板型集熱板。</p><p>　　1.保溫層；2.

104、平板形集熱單元；3.PC陽光板；4.外殼；5.蛇形熱風通道；導風板</p><p>　　圖2-6 平板集熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-7 導風板結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　空氣沿著集熱器進風口、蛇形熱風通道、集熱器出風口、干燥室進風接口流動，并且在蛇形熱風通道中被加熱。</p><p>　　圖2-8 集熱器的整體三維圖<

105、;/p><p>　　2、集熱器工作效率的計算</p><p>　　集熱器工作效率計算公式為：</p><p><b>　　(2-20)</b></p><p><b>　　令=C，=D可得</b></p><p><b>　　(2-21)</b></p

106、><p>　　式中，F(xiàn)'——集熱器效率因子，0.9≤F'≤1.0；(τα)——集熱器的透過吸收積；UL——熱損系數(shù)，W/m2·K；Iθ——太陽輻射強度，W/m2；Tf——集熱器內(nèi)空氣平均溫度，℃；Ta——環(huán)境平均溫度，℃。</p><p>　　3、集熱器中有效太陽輻射能的計算</p><p>　　空氣集熱器中的有效太陽輻射能計算公式為：<

107、/p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　式中，L——干燥過程絕干空氣消耗量，kg；I1——預熱濕空氣比焓，KJ/kg；I0——入口濕空氣比焓，KJ/kg；</p><p><b>　　水儲存熱量公式為：</b></p><p><b>　?。?-23）</b&

108、gt;</p><p>　　式中，QW——水存儲熱量，KJ；</p><p>　　2.6.6干燥室設(shè)計</p><p><b>　　1、材料結(jié)構(gòu)與特點</b></p><p>　　干燥室采用保溫材料制作，四面(頂面、正面及兩側(cè)面)透光設(shè)計，擁有四層物料層，最大限度地利用太陽輻射能，升溫快；另外，頂層物料可以直接吸收太陽輻

109、射能，改變了一般干燥過程中頂層物料處于低溫、高濕干燥的狀況。</p><p>　　在干燥過程中，熱風由干燥室底部鼓入，使得物料受熱更為均勻?？紤]到物料大部分時間處于降速干燥階段，溫濕度變化不大，干燥室中的物料是薄鋪、多層擺放，干燥室采用斜式放置，物料擺放呈梯形，可使各層物料都能夠最大限度利用太陽能。</p><p>　　根據(jù)整體干燥系統(tǒng)設(shè)計，空氣通道全部采用通風彎管曲線連接，系統(tǒng)阻力損失降

110、到最低。</p><p>　　圖2-9 干燥室三維圖</p><p>　　中間物料盤設(shè)置溫濕度空氣儀，當干燥室內(nèi)空氣溫度超過要求溫度時，通過增大風量，或者停止通過集熱器。</p><p>　　在出風口和進風口都設(shè)置溫濕度探頭，用于數(shù)據(jù)采集。</p><p>　　2、干燥室中有效太陽輻射能的計算</p><p>　　進行