利用太陽(yáng)能集熱器—熱泵組合干燥設(shè)備進(jìn)行杏干燥試驗(yàn)研究

劉小龍，史建新，沈衛(wèi)強(qiáng)，田　翔

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊　830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所）

利用太陽(yáng)能集熱器—熱泵組合干燥設(shè)備進(jìn)行杏干燥試驗(yàn)研究

劉小龍1，史建新1，沈衛(wèi)強(qiáng)2，田翔2

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所）

摘要：新疆是我國(guó)杏及優(yōu)質(zhì)杏干最大產(chǎn)區(qū)。長(zhǎng)期以來(lái)杏制干仍然采用原始的攤曬方法進(jìn)行干燥。干燥周期長(zhǎng)，易受蟲蟻、蒼蠅、砂塵污染和雨水侵襲，影響產(chǎn)品質(zhì)量或造成霉?fàn)€變質(zhì)。我區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，本文介紹了一種太陽(yáng)能集熱器-熱泵組合干燥設(shè)備干燥杏，它對(duì)于提高我區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：干燥；杏；太陽(yáng)能

新疆具有獨(dú)天得厚的太陽(yáng)能干燥條件，太陽(yáng)能資源豐富，年日照時(shí)數(shù)為2500～3300 h，日照百分率達(dá)60%～80%，年輻射照度總量比我國(guó)同緯度地區(qū)高10%～15%，居全國(guó)第二位，南疆特色林果主栽區(qū)域?yàn)橐活惖貐^(qū)。這一得天獨(dú)厚的氣候資源為太陽(yáng)能在農(nóng)產(chǎn)品干燥中的利用提供了良好的基礎(chǔ)條件。

太陽(yáng)能干燥裝置與采用常規(guī)能源（煤、石油、天然氣等）的干燥裝置（包括自然晾曬）相比具有以下優(yōu)點(diǎn):

（1）采用太陽(yáng)能干燥農(nóng)副產(chǎn)品可以節(jié)省能耗20%以上，甚至可達(dá)70%；

（2）衛(wèi)生指標(biāo)較高；

（3）太陽(yáng)能干燥整體運(yùn)行費(fèi)用要大大低于常規(guī)能源運(yùn)行費(fèi)用；

（4）節(jié)約化石燃料的同時(shí)，又可以減少排污。

太陽(yáng)能干燥存在的不足：

（1）太陽(yáng)輻射分散性大，熱值低，杏干燥能耗較高，需要大面積的集熱器，設(shè)備投資較高；

（2）干燥速度慢。若單純利用太陽(yáng)能，干燥介質(zhì)溫度只能升至40～70℃，故只能用于低溫干燥。

（4）太陽(yáng)輻射受季節(jié)、天氣、緯度、時(shí)間等因素影響，具有間歇性和不穩(wěn)定性，為了保證有效地干燥杏鮮果，有時(shí)需要輔助熱源。

為了滿足晝夜連續(xù)運(yùn)行的工業(yè)化干燥作業(yè)的需要，在儲(chǔ)能問(wèn)題還沒(méi)很好解決之前，最好的辦法還是采用與其他能源聯(lián)合供熱的干燥系統(tǒng)，即太陽(yáng)能組合干燥。

1　太陽(yáng)能集熱器一熱泵組合干燥系統(tǒng)

組合干燥技術(shù)是符合國(guó)際干燥技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)的干燥方式。每一種干燥方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍，而組合干燥正是取其優(yōu)點(diǎn)而避其缺點(diǎn)，所以組合干燥是干燥技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一。基于以上原因，結(jié)合我區(qū)區(qū)域特點(diǎn)，我所在前期科研成果的支撐下，研制出新型干燥裝置：5HRT-8型全自動(dòng)果蔬太陽(yáng)能集熱器一熱泵組合干燥系統(tǒng)。

1.1主要結(jié)構(gòu)與工作原理

5HRT-8型全自動(dòng)果蔬熱泵太陽(yáng)能組合干燥設(shè)備（圖1）由太陽(yáng)能空氣集熱器、干燥房、高溫空氣源熱泵、物料推車、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)組成。

1.1.1太陽(yáng)能集熱器設(shè)計(jì)

采用低溫（100℃以下）平板非跟蹤式集熱器，導(dǎo)介質(zhì)為空氣；吸熱板涂層為非選擇性吸收涂層（黑漆）；用于透明蓋板的材料為平板玻璃。本機(jī)保溫層采用巖棉保，巖棉保溫具有導(dǎo)熱率小、不吸水的特點(diǎn)，其作用是減少熱量散失，提高集熱器的熱效率。外殼是集熱器中保護(hù)及固定吸熱板、透明蓋板和隔熱層的部件，本機(jī)采用1.25 mm鍍鋅鋼板作為外殼。

1.1.2控制系統(tǒng)

整個(gè)干燥過(guò)程均由單板機(jī)進(jìn)行控制。干燥室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)機(jī)與排濕裝置、熱泵熱源干燥系統(tǒng)的所有電動(dòng)閥門全部由計(jì)算機(jī)控制以確保控制的精確性。軟件為開放式結(jié)構(gòu)，可以在設(shè)計(jì)工作中對(duì)干燥工藝進(jìn)行修改和完善以及對(duì)干燥全過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究證明，新型干燥房熱效率高，可以滿足烘干質(zhì)量的要求，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制干燥室內(nèi)的溫濕度誤差小，效果好，果品受熱均勻。該設(shè)備干燥周期短，能耗小，對(duì)于不同果品干制，只要在干燥工藝參數(shù)上做一些相應(yīng)的調(diào)整，通過(guò)控制系統(tǒng)就可以保證烘干的質(zhì)量。

該裝置可根據(jù)干燥工藝條件對(duì)空氣的溫度、濕度、風(fēng)速和回風(fēng)量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，這種設(shè)計(jì)適用于對(duì)干燥工藝要求比較嚴(yán)格的工業(yè)化生產(chǎn)的干燥作業(yè)。

1.1.3熱泵系統(tǒng)

高溫空氣源熱泵由熱泵主機(jī)（吸熱器）和熱泵輔機(jī)（散熱器）組成，熱泵主機(jī)安裝在干燥房外，熱泵輔機(jī)安裝在干燥房?jī)?nèi)。太陽(yáng)能空氣集熱器室采用內(nèi)循環(huán)方式輸送太陽(yáng)能熱風(fēng)，干燥室采用強(qiáng)制熱風(fēng)循環(huán)方式，通過(guò)自動(dòng)控制使太陽(yáng)能干燥和熱泵干燥有機(jī)結(jié)合，可滿足各種工藝條件。

工作時(shí)，熱泵主機(jī)里的液態(tài)工質(zhì)吸收空氣中的熱量，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮變成高溫氣體后進(jìn)入熱泵輔機(jī)，在干燥室內(nèi)散熱后又經(jīng)過(guò)節(jié)流閥變成低溫液態(tài)工質(zhì)循環(huán)往復(fù)工作，為干燥室提供干燥熱能。太陽(yáng)能空氣集熱器采用內(nèi)循環(huán)方式，當(dāng)太陽(yáng)能空氣集熱器內(nèi)的溫度與干燥室的溫度差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，太陽(yáng)能循環(huán)風(fēng)機(jī)自動(dòng)開啟，太陽(yáng)能空氣集熱器內(nèi)的高溫空氣進(jìn)入干燥室，當(dāng)兩者的溫度差降到設(shè)定值時(shí)，太陽(yáng)能循環(huán)風(fēng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。

圖1　5HRT-8型果蔬太陽(yáng)能熱泵組合干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)1.熱泵主機(jī)2.熱泵輔機(jī)箱3.太陽(yáng)能空氣集熱器

2　組合干燥設(shè)備干燥杏實(shí)驗(yàn)研究

新疆是我國(guó)杏及優(yōu)質(zhì)杏干最大產(chǎn)區(qū)。杏原生資源十分豐富,有500多品種。2013年底，南疆三地州杏主產(chǎn)區(qū)面積約為7.9萬(wàn)hm2，杏產(chǎn)量約89萬(wàn)t，主栽品種有賽買提、黑葉杏、胡安娜、克孜朗、小白杏和明星杏等。

目前，杏后期大規(guī)模加工的主要方式是制漿和制干。新疆南疆杏果的成熟期主要分布在每年的6月中至7月底，大約有1.5個(gè)月的時(shí)間。在6月初至10月末的4個(gè)月時(shí)間內(nèi)，南疆氣候炎熱干燥，十分有利于杏干、杏脯的生產(chǎn)和儲(chǔ)藏。這是新疆鮮杏加工制干量占總產(chǎn)量比重（30%），大于內(nèi)地（10%左右）的重要原因。新疆有自然晾曬杏干的傳統(tǒng)，但成品時(shí)間長(zhǎng)，易受天氣變化影響，成品質(zhì)量較差，只能作為二次加工的原料，商品價(jià)值不高。近年來(lái)也有地方采用烘干房（熱源主要為礦物燃料：煤、天然氣、石油等）來(lái)干燥杏，一次裝載量為1～3 t，熱效率較低（30%～40%），能源消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重。科研單位也曾用冷凍干燥和微波干燥針對(duì)杏做過(guò)少量實(shí)驗(yàn)，冷凍干燥效果好，但成本高（加工費(fèi)30元／kg）；微波烘干效果好、時(shí)間短，但設(shè)備昂貴，批處理量小。

針對(duì)以上問(wèn)題，我們采用太陽(yáng)能集熱器—熱泵組合干燥設(shè)備對(duì)新疆杏進(jìn)行了干燥試驗(yàn)。

2.1試驗(yàn)情況

試驗(yàn)采用直接晾曬和太陽(yáng)能集熱器—熱泵組合干燥設(shè)備對(duì)比干燥的方式進(jìn)行。

2.1.1試驗(yàn)具體環(huán)境條件

地點(diǎn)：新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)葉城縣核桃交易中心，開始時(shí)間：2012年8月23日，日間天氣：晴，無(wú)持續(xù)風(fēng)向≤3級(jí)，最高溫度34℃。夜間天氣：晴，無(wú)持續(xù)風(fēng)向≤3級(jí)，最低溫度20℃。試驗(yàn)開始時(shí)間為13：00。

2.1.2試驗(yàn)材料

葉城縣賽買提杏栽培較為集中，已形成了一定的種植和產(chǎn)量規(guī)模。賽買提杏平均單果重37 g以上，可溶固形物含量18%以上，適宜鮮食和制干。所以，本研究將賽買提杏作為干燥物料，以利于今后設(shè)備推廣和應(yīng)用。

2.1.3太陽(yáng)能集熱器—熱泵干燥分段與各段溫濕度參數(shù)的確定

為了更好的保持物料干燥后的品質(zhì),根據(jù)杏的物理干燥工藝特性與項(xiàng)目組長(zhǎng)期試驗(yàn)探索總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，此次設(shè)備干燥試驗(yàn)的干燥分4個(gè)周期即4段來(lái)進(jìn)行,各分段具體溫濕度參數(shù)見表1:

表1　5HRT-8果蔬太陽(yáng)能熱泵組合干燥設(shè)備溫濕度控制表

表2　對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

3　結(jié)論

（1）自然干燥杏所用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)14天以上，使用太陽(yáng)能干燥器只要5天左右，在占地面積減少60%的情況下，干燥周期縮短近三分之二；

（2）太陽(yáng)能熱泵組合干燥設(shè)備采用全自動(dòng)智能控制，使太陽(yáng)能干燥和熱泵干燥有機(jī)互補(bǔ)使用，可預(yù)先輸入物料的干燥工藝，滿足果蔬干燥工藝要求，使干燥過(guò)程全程自動(dòng)化；

（3）太陽(yáng)能和空氣熱能都是清潔能源，設(shè)備工作零排放，不存在燃煤干燥污染隱患，使加工的產(chǎn)品質(zhì)量安全得到保證；

（4）自然晾曬雖成本低，但成品時(shí)間長(zhǎng)，易受天氣變化影響，成品質(zhì)量較差，只能作為二次加工的原料，商品價(jià)值不高，而采用設(shè)備干燥的杏制品市場(chǎng)價(jià)在其3倍以上。

太陽(yáng)能—熱泵干燥組合干燥設(shè)備產(chǎn)品品質(zhì)遠(yuǎn)高于自然晾曬，表明太陽(yáng)能—熱泵干燥大有發(fā)展前途，目前葉城縣已有太陽(yáng)能—熱泵干燥設(shè)備30余座。

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基金項(xiàng)目：自治區(qū)農(nóng)機(jī)化新技術(shù)新機(jī)具研發(fā)項(xiàng)目：《果品太陽(yáng)能干燥設(shè)備研制》（2007- NJKY- 04，2007- 2008）

收稿日期：2015-01-14

文章編號(hào)：1007-7782（2015）01-0011-03

中圖分類號(hào)：S214.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.01.005