太阳能蒸汽热风干燥技术的研究

1、包装与食品机械2012年第30卷第1期太阳能蒸汽热风干燥技术的研究裴坤，孔晓玲，段凤江，于鹏（安徽农业大学工学院，合肥230036）摘要：太阳能蒸汽热风干燥技术利用真空集热管对水加热产生的水蒸气，通过换热器转换成热风，实现对农产品的干燥作业。本文研制了一套试验装置，以胡萝卜作为样品进行了干燥机的干燥性能试2验，结果表明：当太阳辐射值达到750W/m以上时，蒸汽可以稳定工作57h；干燥室内高温工作段温度可以稳定在55左右，低温工作段温度可以稳定在40左右。胡萝卜干燥效果良好。关键词：太阳能；蒸汽；真空集热管；干燥；胡萝卜中图分类号：TS2553文献标识码：A文章编号：10051295（2012）

2、01001004doi：103969/jissn10051295201201003ResearchonSolarSteamyHot-airDryingTechnologyPEIKun，KONGXiao-ling，DUANFeng-jiang，YUPeng（CollegeofEngineering，AnhuiAgriculturalUniversity，Hefei230036，China）Abstract：Thetechnologyofsolarsteamyhot-airdryingusesthevacuumtubecollectortoheatwaterandproducesteam，then

3、converteditintohotairthroughtheheatexchangerThepurposeistorealizethedryingofagriculturalproductsThispaperdevelopsasetoftestdeviceTheexperimentsofdryingcarrotswerecar-riedouttotestthedryingsystemsperformanceTheresultsshowthatwhensolarpowerreachesabove750W/m2，thesteamcanstableworkforabout57hours；Thete

4、mperatureofthedryershightemperaturesectioncanbestabilizedataround55，andthetemperatureofthelowcanbestabilizedataround40ThedryingeffectofcarrotsisgoodKeywords：solar；steam；vacuumtubecollector；drying；carrots源价格不断攀升的情况下，干燥作业的成本也随之增加，而且对环境还会有一定污染。另据资料统计，法国、英国、瑞典等发达国家，高达12%的干燥技术是农产品加工行业中被广泛应用各种农产品干燥的方法主要有：

5、机械干的技术，燥、物理化学干燥、热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、介质接触干燥、辐射干燥等。其中热风干燥设备由于具有投资少，方便易行的特点，应用普遍10引言中国干燥操作的能耗约工业能耗用于干燥过程，占总能耗的10%2。如果利用太阳能来替代或部分替代燃料，可以降低农产品干燥的成本，减少污染排放。我国约有2/3的国土年辐射时间超过22200h，年辐射总量超过5000MJ/m。将太阳能作。为农产品干燥的能源，完全符合国家能源发展的大方向3国内的加工企业多数采用以燃油、燃煤或燃稻壳的蒸汽锅炉作为干燥介质的热源，在当今能。太阳能干燥技术主要利用太阳能蒸汽装置加收稿日期：20111124；修稿日期：20120

6、115Email：peikun1983126com。作者简介：裴坤（1983），男，硕士，主要从事农产品加工方面的研究，通信作者：孔晓玲（1956），女，教授，硕士生导师，从事农产品加工方面的研究，通信地址：230036安徽合肥市长江西路130号安徽农，：。1裴坤，太阳能蒸汽热风干燥技术的研究孔晓玲，段凤江，于鹏热产生水蒸气，经换热器转化成热风，对农产品进行干燥。1太阳能蒸汽技术的利用率。深圳震天科技公司通过聚光聚焦原理，使聚光管中媒介运行温度迅速升至150180以上，加热水可产生150200左右的饱和蒸汽。另外利用加热器表面涂覆的吸光材料吸收太阳的热量对加热器内的水加热而产生蒸汽，或采用可转

7、动的跟踪装置，使反光板随时面对太阳，提高热能利用。德州华园新能源应用技术研究所与相关科研机构合作研制成功一种聚光真空管型新型太阳能集热器，该集热器采用非成像低倍率聚光镜、高反射比反光材料和高效集热管，构成一个中高温集热系统。该系统集热效率高，工质温度可达150200。太阳能蒸汽干燥系统的结构参见图1。该系统主要由太阳能蒸汽装置，带式热风干燥机组成。太阳能干燥装置按接受太阳能及能量输入方式来分主要有：温室型、集热器型、集热器温室型、聚根据热空气的流动方式，太阳光型4种类型。此外，47。能干燥装置分为自然循环式和强制循环式如果说温室型、集热器型、集热器温室型装置是太阳能低端应用装置，那么，聚光型装

8、置就是太阳能中高端应用装置。11太阳能蒸汽技术的发展太阳能蒸汽装置是通过聚光技术提高太阳能图1太阳能干燥系统1净水器2电动水泵3补水阀门4总辐射表5下层模块6水位检测传感器7上层模块8安全阀9压力表10温度表11电磁阀12进料口13干燥机14排湿风机与风速传感器15可调风门16温、湿度传感器17传送带18无极变速电机19保温层20换热器21框架22环境温、湿度传感器12太阳能蒸汽装置的研究要求太阳能集热装置能太阳能蒸汽的制备，到集热管上，使得整个系统可以最大限度地完成太阳光热转换。当净化过的水流经下层模块时，被加热产生温度较低的蒸汽，蒸汽流经上层真空集热管时，被再次加热，热效率得到提高。为避免

9、向四周环境散热，减少热损失，集热器所有暴露在外的管道均有保温层包裹，保温层主要原料为外层用铝箔和玻纤布包裹，保温性能良好。岩棉，122水处理系统蒸汽由水产生，随着干燥作业的进行，蒸汽不断消耗，及时地为装置补给水是保证干燥过程能正常进行的关键。本装置的水处理系统主要包括水的净化装置、补给水泵、检测控制部分组成。参见图1自来水先流经净水器，去垢后被电动水泵抽入下层模块的集热管内，当水到达预定点时，被安装于此的水位检1尽可能多地转化所获得的太阳辐射能量，从而促使水蒸气的产生。121集热器的设计集热器设计的关键，首先是其聚光性能，是否能够最大程度地采集太阳辐射能量，并进行光热是否能够最大转换。此外就是

10、保温措施的效果，程度地减少蒸气产生以及输送过程中的热损失。太阳能集热装置由两组串联阵列的真空集热管模块组成。正南布置，依据合肥地区纬度，整个8集热器与水平地面夹角设置成32°。集热器阵列采用角钢整体焊接而成，加工、装配简单且坚固耐用。真空集热管内涂有选择性吸收涂层，直接吸收太阳辐射能量，集热器阵列中的每根集热管包装与食品机械2012年第30卷第1期工作过程中，随着蒸汽的使用消耗，蒸汽装置内的水逐渐减少，当减少到一定值时，水位传感器会发出指令，水泵再次对装置补给水到预定点后停止工作。在干燥系统处于工作状态时，水处理系统如此循环工作，保障系统源源不断地产生蒸汽。123蒸汽检测与控制系统集

11、热器所产生的蒸汽需要及时进行检测及控防止过大的蒸汽压力对系统的破坏。制，在太阳能蒸汽装置的蒸汽输送管道中安装有压力表、温度表，可以实时地检测蒸汽温度及压力，另外，在集热器高温蒸汽出口处安装有安全阀，当压力达到设定值时，安全阀打开，自动泄压，保障干燥系统安全运行。2带式热风干燥机汽量的目的。以此满足不同干燥阶段的供热要求，最大限度地利用太阳能。干燥室内被加热的空气穿过物料层加热物料使水分蒸发；湿空气经排湿风机引入排湿风道。排湿口设有风速传感器和可调风门，可适当调节开度，控制排湿量。331太阳能蒸汽干燥装置的试验试验材料与方法试验设备：自制太阳能蒸汽干燥装置；TES1333R太阳功率表（台湾泰仕太

12、阳能）。试验材料：购买于本地市场上的新鲜胡萝卜。将胡萝卜洗净，用模具刨成直径3mm左右的丝状，沥干表面水分，每份质量为500±01g，称取若干份备用。试验方法：干燥试验前，首先对太阳能干燥装置进行检查，确保试验可以正常进行；根据胡萝卜物料的特性设定干燥机高、低温段温度传感器上限和下限温度等参数。当太阳能集热器可提供满足试验要求的蒸汽时，开始连续的干燥试验。将每份胡萝卜通过输入口铺在传输网带上，每份样品中间隔100150mm的距离，便于收集称重。物料厚度为1015mm左右；每隔5min记录一次温度、湿度等，每隔20min收集物料进行称重，每份样品干燥时间为60min。32太阳能蒸汽集热

13、器的热性能试验2011年7月，选取天气条件较好的两天进行试验，分别记录为试验1、试验2。试验1的天气8：0015：00时的平均气温为条件为：少云、335、平均空气相对湿度437%；试验2的天8：0015：00时的平均气温为气条件为：少云、319、平均空气相对湿度468%。为满足太阳能蒸汽热风干燥系统的需要，对带式干燥设备进行了改进设计。干燥机主体采用金属箱式结构，主要由干燥室、热风输送与控制装置、环境温度与湿度测量传感器组、风速测量与控制装置等组成。应用该干燥机可以进行颗丸状、条状、片状等物料的干燥试验。由于物料的特性各异，为满足不同物料干燥试验的需要，输送带的带速设计成可调。21干燥室的结构

14、设计干燥室设计成长方体通道式，参见图1，其内部设置隔板，将干燥室分为预热段、高温段和低温段三部分。干燥室入口处设有进料口和可调节刮料板，可以方便地调节物料层的厚度。换热器设置于干燥机下部，物料放置于食品级金属网制成的水平输送带上，输送带由无极变速电机，通过链传动带动，可根据干燥物料的数量、堆放密度和物料层厚度调节带速，以控制干燥生产率，最终优化干燥过程。干燥室的内外壁之间设有保温层，可以减少热量损失。22热风输送与控制装置热风输送与控制装置主要包括蒸汽转化与控制子系统、排湿风机、排湿风道等。整个干燥室采用穿流带式工作方式，恒压运行，通风排湿采用强制对流方式。干燥室的换热器均通过蒸汽电磁阀门组与

15、蒸汽管道相连，机内多处安装有温度、湿度传感器，用于检测干燥机内各段环境温、湿度和物料温度，通过设定温度传感器温度的上下限可控1图2蒸汽压力/太阳辐射值随时间变化曲线图2为集热器闷晒试验的数据。两次试验太2，裴坤，太阳能蒸汽热风干燥技术的研究孔晓玲，段凤江，于鹏射值的变化，基本呈线性增长趋势。系统蒸汽压力上升至07MPa所需时间约2h左右；与试验1相比，试验2条件下，太阳辐射值波动较大，且其平均值低于试验1，蒸汽压力上升速度较慢。从试验开始至试验结束（8：3016：30），太210：0013：00阳辐射平均值在950W/m以上，2太阳辐射达到最高值区间，均在1000W/m以上，15：00以后太阳

16、辐射值开始下降，16：30以后太阳2能辐射值基本降为750W/m以下。33干燥机的温度测试试验的湿基的含水率分别为877%和8696%。外观的品相也很好。从图4可以看出，两条曲线呈一个相似的规律下降。（a）图5（b）胡萝卜干燥前后对比4结束语太阳能蒸汽集热装置所产生的蒸汽能够满足农产品的干燥需求。通过太阳能集热器的热性能（a）试验1试验，表明当太阳辐射值达到750W/m以上时，蒸汽可以稳定工作57h。带式干燥设备的温度可调，能保证温度控制在60以下。干燥作业后的胡萝卜脱水率高，品通过对胡萝卜的干燥试验，表明本干燥系相良好，统设计合理，结构简单，工作稳定。参考文献：2（b）试验2图3两次试验干燥

17、机内温度变化曲线1张海红，何建国脱水蔬菜热泵干燥调控装置的研制J包装与食品机械，2009，27（5）：91942朱文学食品干燥原理与技术M北京：科学出版2009社，3张璧光太阳能干燥系列讲座（1）J太阳能，2008，29（1）：11134EkechukwuOV，NortonBReviewofsolar-energydr-yingsystemsII：anoverviewofsolardryingtechnologyJEnergyConversionandManagement1999，40（6）：6156555RamanaMurthyMVAreviewofnewtechnologies，modelsandexperimentalinvestigationsofsolardriersJRenewableandSustainableEnergyReviews，2009，13（4）：8358446李洪斌，李志民农副产品太阳能干燥技术的研究和发J云南师范大学学报，2004，24（1）：3740展7赵锡和，李浩权，龚丽，等黄花菜加工工艺与设备J包装与食品机械，2009，27（5）：47的研究干燥室内的空气温