專利名稱：梅子制品強(qiáng)制通風(fēng)溫室－集熱器型太陽(yáng)能干燥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于干燥水果、蔬菜的設(shè)備。
背景技術(shù)：
海拔1600-2500m滇西北部，屬低緯高原季風(fēng)氣候，光照充足，四季溫和，夏秋多雨，低溫突出。壩區(qū)日照全年為2061-2485小時(shí)，終年日平均氣溫均在0℃以上，年平均氣溫17.1℃-13.3℃，年總積溫6241.5℃-4124.5℃，隨著海拔增高溫度逐漸降低，由海拔約1600m峽谷至2500m以上高寒區(qū)氣候分布為熱帶、溫帶及寒帶，垂直差異十分明顯。這個(gè)地區(qū)梅子種植面積廣、產(chǎn)量充足、年產(chǎn)鮮梅近萬(wàn)噸，品質(zhì)上乘，梅子制品是該地區(qū)支柱產(chǎn)業(yè)之一。
在梅子制品的加工過(guò)程中，干燥時(shí)間占較大比例，以話梅生產(chǎn)為例，干燥時(shí)間占整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間地70％。傳統(tǒng)的露天攤曬，干燥溫度低、時(shí)間長(zhǎng)、受自然氣候條件所支配，而且衛(wèi)生條件差，干燥不均勻，需要大面積曬場(chǎng)，得不到質(zhì)地優(yōu)良的干燥產(chǎn)品，更限制了梅子制品的規(guī)?；⑿б婊a(chǎn)。而采用原煤干燥，一噸梅子制品需消耗一噸以上原煤，不但會(huì)增加制品成本，而且會(huì)破壞和污染生態(tài)環(huán)境。太陽(yáng)能干燥設(shè)備干燥農(nóng)副產(chǎn)品國(guó)內(nèi)已有相關(guān)報(bào)道，但尚無(wú)用于梅子制品干燥的太陽(yáng)能裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供高效、節(jié)能、環(huán)保，用于各類話梅產(chǎn)品和雕李、雕梅等果脯類產(chǎn)品干燥的太陽(yáng)能干燥裝置。
本發(fā)明通過(guò)以下途徑實(shí)現(xiàn)包括溫室15，與溫室15相通的空氣集熱器17，其特征是
a.空氣集熱器高度為150～170mm，波型集熱芯片7將集熱腔分隔成兩個(gè)空氣通道，其中，向陽(yáng)面空氣通道2高度為背陽(yáng)面空氣通道3高度的1.8～2.2倍，集熱器進(jìn)風(fēng)口18裝空氣過(guò)濾器8；
b溫室15為多面體，向陽(yáng)面底角α為120°、傾角β為130°、頂角γ為110°，其向陽(yáng)面、兩個(gè)側(cè)面及頂面由透光玻璃構(gòu)成，背面制物料門13，其上緣與油缸或氣缸的活塞桿12連接，以活塞桿12為力臂使物料門13繞上緣軸轉(zhuǎn)動(dòng)；
c.空氣集熱器出風(fēng)口19與溫室進(jìn)風(fēng)口16直接連接，在兩者連接處安裝抽風(fēng)扇；
d.風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池與蓄電池組并聯(lián)作為空氣集熱器抽風(fēng)扇的電源，通過(guò)MOS場(chǎng)效應(yīng)管與抽風(fēng)扇連接，MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極與反向運(yùn)算放大器A4輸出端的三極管Q1集電極連接，控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管截止或?qū)ā?br> 所述的集熱器為2000mm×1000mm×(160～180)mm矩形體，其背板1有螺紋連接件，供多個(gè)集熱器以模塊化并聯(lián)組裝。
所述的溫室料盤11面積與集熱芯片面積的比例在1.25～1.33∶1之間。
所述的反向運(yùn)算放大器A4同相端與開環(huán)反向運(yùn)算放大器A1-A3同相端并聯(lián)后，通過(guò)穩(wěn)壓管ZD1接地，運(yùn)算放大器A1-A4反相端分別通過(guò)電解電容C1-C4接地，開環(huán)反向運(yùn)算放大器A1-A3輸出端分別與發(fā)光二極管LED1-LED4連接，構(gòu)成電源電壓指示電路。
本裝置設(shè)計(jì)前，我們研究了水泡梅的干燥特性。在干燥速率初始階段，梅果表面水分蒸發(fā)量較大、干燥速率快；當(dāng)表面水分的蒸發(fā)完畢，干燥速率很快下降；待梅果整個(gè)被加熱后，果品內(nèi)結(jié)合水析出，干燥速率有所上升。隨著剩余含水率的減少，干燥速率逐漸下降。如果初始階段溫度過(guò)高，梅果內(nèi)部的結(jié)合水析出后來(lái)不及析出表皮就迅速汽化，使梅果表皮很快結(jié)殼，蒸汽被包裹在表皮內(nèi)出不來(lái)，干燥效果反而不好，干燥溫度平穩(wěn)保持在50-80度之間較為適宜。除初始階段外，在水泡梅剩余含水率為48％左右以后，干燥速率變化曲線相對(duì)平穩(wěn)。水泡梅完全脫水的絕干質(zhì)量占初始質(zhì)量的31.92％，但含水率一般為1/2，才能保證制品質(zhì)量。
空氣集熱器的長(zhǎng)度和厚度比例直接關(guān)系到集熱器的熱效率和出口溫度。用波型集熱芯片將集熱腔分隔成兩個(gè)空氣通道，波型集熱芯片可以增加換熱面積；向陽(yáng)面空氣通道為背陽(yáng)面空氣通道的1.8～2.2倍，不但空氣集熱器出口溫度能達(dá)到70℃，且集熱器內(nèi)熱量交換充分；在熱狀態(tài)變化過(guò)程中，熱量從集熱器傳遞給溫室梅胚，溫度下降為50℃左右，適宜于梅子干燥需要的溫度。
風(fēng)道和溫室之間直接連接成為一個(gè)整體能減小風(fēng)道熱損耗，提高熱效率，降低制造成本。
梅子干燥溫度正好與太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域中的低溫?zé)嵩蠢孟嗥ヅ?，利用太?yáng)能干燥梅子制品，可縮短干燥時(shí)間，避免梅子污染，提高產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)，尤其可以減少消耗常規(guī)能源，保護(hù)自然資源。因此，本發(fā)明采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)梅子制品的太陽(yáng)能干燥裝置積極效果是利用太陽(yáng)能干燥梅子避免消耗常規(guī)能源，起到保護(hù)長(zhǎng)江、洱海水源林的積極作用，有利于建設(shè)綠色生態(tài)經(jīng)濟(jì)；物料在攤曬面積相同條件下，梅子品種的干燥時(shí)間為露天攤曬時(shí)間的14％-40％；對(duì)干燥周期越長(zhǎng)的梅子制品，該裝置的干燥效果越好；梅子制品清潔、衛(wèi)生，品質(zhì)有大幅度提高，特別是對(duì)干燥質(zhì)量要求較高的果脯類產(chǎn)品尤為明顯，能促進(jìn)農(nóng)民增收和果品加工業(yè)的集約化發(fā)展。


圖1為本發(fā)明空氣集熱器。
圖2為本發(fā)明溫室主視圖。圖3為本發(fā)明溫室側(cè)視圖。
圖4為本發(fā)明溫室空氣集熱器太陽(yáng)能干燥裝置。
圖5為本發(fā)明溫室集熱器強(qiáng)制通風(fēng)的抽風(fēng)扇電源電路。
圖6為水泡梅濕基含水率曲線圖。
圖7為一天內(nèi)干燥溫室的平均溫度曲線圖。
圖8為干燥溫室各層溫度一天內(nèi)的曲線圖。
圖9為干燥期間溫室負(fù)載平均溫升保證率圖。
具體實(shí)施例方式
(1)本發(fā)明太陽(yáng)能干燥裝置
1.1單一的空氣集熱器
如圖1、圖2、圖3及圖4所示，包括集熟器背板1、向陽(yáng)面空氣通道2、背陽(yáng)面空氣通道3、支架4、保溫層5、玻璃6、集熱芯片7、空氣過(guò)濾器8、壓條9、螺紋連接件10、料盤11、活塞桿12、物料門13、排濕口14、溫室15、溫室進(jìn)風(fēng)口16、空氣集熱器17、集熱器進(jìn)風(fēng)口18、集熱器出風(fēng)口19、溫室支架20。
空氣集熱器17的大小為2000mm×1000mm×160mm，集熱腔蓋板為4mm厚玻璃6覆蓋，在集熱器內(nèi)，用0.5mm厚、表面涂黑、波型鍍鋅板作為集熱芯片7固定于集熱器內(nèi)邊框支架4上，將集熱腔分隔成兩個(gè)氣流通道，向陽(yáng)面空氣通道為背陽(yáng)面空氣通道的2倍。集熱器四周和底部為保溫層5，其中，四周用20mm聚氨脂發(fā)泡密封，底部用50mm厚的聚苯乙烯密封。集熱器進(jìn)風(fēng)口18安裝金屬紗網(wǎng)的空氣過(guò)濾器8阻隔灰塵?？諝饧療崞?7安裝傾角為30°，系統(tǒng)方位角為正南偏西5°。
溫室15為多面體，向陽(yáng)面底角α為120°、傾角β為130°、頂角γ為110°，其向陽(yáng)面、兩個(gè)側(cè)面及頂面由透光玻璃構(gòu)成，透光面由3mm玻璃構(gòu)成；背面制物料門13，其上緣與油缸或氣缸的活塞桿12連接，以活塞桿12為力臂使物料門13繞上緣軸轉(zhuǎn)動(dòng)，物料門13供進(jìn)出料用。溫室15背面和底面用聚苯乙烯保溫。
溫室進(jìn)風(fēng)口16與空氣集熱器出風(fēng)口19直接連接，頂面制有排濕口14。溫室端面外觀尺寸為1030mm×758mm，分為4層，配不銹鋼絲料盤11。
1.2模塊化連接的空氣集熱器
用集熱器17背板1上的螺紋連接件10連接固定50塊空氣集熱器并列組裝為一排，與安裝在集熱器的頂部的溫室對(duì)應(yīng)放置，安裝在集熱器的頂部，所提供的物料有效干燥總面積約為133m2。溫室內(nèi)料盤11面積與集熱芯片7的面積比為1.33∶1。
1.3溫室集熱器強(qiáng)制通風(fēng)的抽風(fēng)扇電源電路
如圖5，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池與蓄電池組并聯(lián)作為空氣集熱器抽風(fēng)扇的電源，通過(guò)MOS場(chǎng)效應(yīng)管與排風(fēng)扇連接，MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極與閉環(huán)反向運(yùn)算放大器A4輸出端的三極管Q1集電極連接，控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管截止或?qū)?；該電路中，差分運(yùn)算放大器A1-A3通過(guò)比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)電池和蓄電池兩端電壓，指示發(fā)電電動(dòng)勢(shì)電位高低。穩(wěn)壓管ZD2在三極管Q1導(dǎo)通時(shí)，保持MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵漏極之間反向偏壓穩(wěn)定而具有穩(wěn)定的工作點(diǎn)，改變RP4能夠調(diào)整排風(fēng)扇直流電動(dòng)機(jī)線圈電流，即排風(fēng)量大小。
開環(huán)反向運(yùn)算放大器A1-A3的同相端并聯(lián)后通過(guò)穩(wěn)壓管ZD1接地，同相端得到一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓；反相端分別通過(guò)電解電容C1-C3接地，當(dāng)K1閉合時(shí)，電解電容C1-C3通過(guò)電阻R1-R3充電，其電位愈高，反向運(yùn)算放大器A1-A3輸出端愈低，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管LED1-LED3導(dǎo)通指示，構(gòu)成電池電壓指示電路。除外，RP1-RP3為調(diào)整指示電位高低的電阻電位器。
空氣集熱器17出風(fēng)口19與溫室進(jìn)風(fēng)口16直接連接，在兩者連接處安裝直流抽風(fēng)扇，使溫室和集熱器內(nèi)空氣強(qiáng)制對(duì)流。為保證全天候使用，直流排風(fēng)扇由200w的光伏電池和400w風(fēng)力發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)。
(2)本發(fā)明裝置的熱力學(xué)性能
2.1測(cè)試方法和氣候條件
采用強(qiáng)制空氣對(duì)流方式的集熱面積6m2的集熱器—溫室型太陽(yáng)能干燥裝置。在溫室入口、出口、四層料盤上方及遮陰處各布置一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，遮陰處測(cè)溫點(diǎn)作為環(huán)境溫度，測(cè)溫采用PT100溫度傳感器，在集熱器表明布置總輻射表采集太陽(yáng)輻射值，采用TRMBV3型溫度輻射記錄儀。每天在早上9:00以前和晚18:00以后稱重所干燥物料，繪制溫室物料干燥脫水曲線。
干燥期間天氣狀況太陽(yáng)輻射最高為30.72MJ/m2，最低為21.07MJ/m2，環(huán)境平均氣溫變化從15.5℃-19.1℃。
2.2測(cè)試結(jié)果
圖6所示，溫室內(nèi)水泡梅濕基含水率變化曲線和恒溫箱中的干燥曲線比較，趨勢(shì)很接近，顯示本裝置的恒溫效果較好。其中，濕基含水率定義如下
式中，ω-濕基含水率，％；W-濕物料中所含水分質(zhì)量，kg；G-絕干物料質(zhì)量。
試驗(yàn)用的水泡梅是新鮮梅果經(jīng)過(guò)加鹽腌浸、發(fā)酵后的初級(jí)原料，經(jīng)恒溫箱試驗(yàn)測(cè)試，其初始濕基含水率比較穩(wěn)定，約為68％，經(jīng)過(guò)干燥、脫鹽工序后，得到中間原料干梅胚，其濕基含水率(平衡含水率)也比較穩(wěn)定，約為31.25％，對(duì)比溫室內(nèi)水泡梅濕基含水率變化曲線，二者非常接近。
圖7所示，溫室內(nèi)溫度變化趨勢(shì)和環(huán)境溫度變化趨勢(shì)基本一致，溫室內(nèi)熱慣量小。隨太陽(yáng)輻射的增加，溫室內(nèi)溫度很快上升，一天中溫室最高的時(shí)間在14:00時(shí)左右。
圖8所示，溫室內(nèi)最高溫度達(dá)到72℃，溫室上層溫度比下層略高。
圖9中，干燥室溫升保證率是指干燥室維持在某一溫升以上的運(yùn)行時(shí)間與總運(yùn)行時(shí)間之比。如圖所示，15℃以上保證率100％，20℃以上保證率80％，25℃以上保證率13％。說(shuō)明本發(fā)明溫升較高，能在較高溫升條件下持續(xù)運(yùn)行。
在干燥初期，由于脫出水分多為表面水分，水分脫出量大，因此干燥效率較高；在干燥末期，脫出多為內(nèi)部結(jié)合水分，脫出水分較困難，水分脫出量也較小，干燥效率偏低。而不同物料，日熱效率差別較大。
本裝置熱效率η以四種梅子物料為基準(zhǔn)計(jì)算，
式中，D為物料平均脫水量；γ為水的氣化潛熱；Cpw為水的定壓比熱；T0為干燥溫室排氣溫度，Ta為環(huán)境溫度；Qv為輔助熱源加熱量Qp為風(fēng)機(jī)的耗電量；Qs為平均太陽(yáng)輻射量。結(jié)果如下表
(3)在相同失水率條件下本發(fā)明干燥時(shí)間與露天攤曬時(shí)間效果比較
在冬季相同氣候條件下對(duì)比試驗(yàn)期間，太陽(yáng)日輻射最高為30.72MJ/m2，最低為21.07MJ/m2，環(huán)境平均氣溫15.5℃-19.1℃，溫室和露天物料攤開面積持平，擺放均為單層緊密攤放。其中，溫室料盤面積為132.48m2，料盤面積與集熱芯片面積比為1.33∶1；露天攤曬在架空的篾片上進(jìn)行，晚上和雨天用塑料膜覆蓋。結(jié)果，溫室內(nèi)九種梅子制品干燥時(shí)間為露天攤曬時(shí)間的14％-40％，即同樣占地面積，可使干燥產(chǎn)量提高2.5-7倍。具體數(shù)據(jù)如下
表1、水泡梅試生產(chǎn)結(jié)果
干燥末期，含鹽較高的水泡梅出現(xiàn)了明顯的吸濕現(xiàn)象，白天干燥脫水率下降，大部分水泡梅表皮有鹽粒析出，有利于進(jìn)行下一步脫鹽工序。
表2、脫鹽梅試生產(chǎn)結(jié)果
表3、雕梅試生產(chǎn)結(jié)果
表4、雕李試生產(chǎn)結(jié)果
表5、冰話梅試生產(chǎn)結(jié)果
表6、青話梅試生產(chǎn)結(jié)果
表7、脆梅試生產(chǎn)結(jié)果
表8、話梅試生產(chǎn)結(jié)果
表9、蜂蜜李試生產(chǎn)結(jié)果
注干燥后2天收11.754kg成品，占成品總量的34％。
權(quán)利要求
1、梅子制品強(qiáng)制通風(fēng)溫室-集熱器型太陽(yáng)能干燥裝置，包括溫室(15)，與溫室(15)相通的空氣集熱器(17)，其特征是
a.空氣集熱器(17)高度為150～170mm，波型集熱芯片(7)將集熱腔分隔成兩個(gè)空氣通道，其中，向陽(yáng)面空氣通道(2)高度為背陽(yáng)面空氣通道(3)高度的1.8～2.2倍，，集熱器進(jìn)風(fēng)口(18)裝空氣過(guò)濾器(8)；
b.溫室(15)為多面體，向陽(yáng)面底角α為120°、傾角β為130°、頂角γ為110°，其向陽(yáng)面、兩個(gè)側(cè)面及頂面由透光玻璃構(gòu)成，背面制物料門(13)，其上緣與油缸或氣缸的活塞桿(12)連接，以活塞桿(12)為力臂使物料門(13)繞上緣軸轉(zhuǎn)動(dòng)；
c.空氣集熱器出風(fēng)口(19)與溫室進(jìn)風(fēng)口(16)直接連接，在兩者連接處安裝抽風(fēng)扇；
d.風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池與蓄電池組并聯(lián)作為空氣集熱器(17)的抽風(fēng)扇電源，通過(guò)MOS場(chǎng)效應(yīng)管與抽風(fēng)扇連接，MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極與反向運(yùn)算放大器A4輸出端的三極管Q1集電極連接，控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管截止或?qū)ā?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梅子制品強(qiáng)制通風(fēng)溫室-集熱器型太陽(yáng)能干燥裝置，其特征是空氣集熱器(17)為2000mm×1000mm×(160～180)mm矩形體，其背板(1)有螺紋連接件(10)，供多個(gè)集熱器以模塊化并聯(lián)組裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梅子制品強(qiáng)制通風(fēng)溫室-集熱器型太陽(yáng)能干燥裝置，其特征是溫室料盤(11)面積與集熱芯片(7)面積的比例在1.25～1.33∶1之間。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的梅子制品強(qiáng)制通風(fēng)溫室-集熱器型太陽(yáng)能干燥裝置，其特征是反向運(yùn)算放大器A4同相端與開環(huán)反向運(yùn)算放大器A1-A3同相端并聯(lián)再通過(guò)穩(wěn)壓管ZD1接地，而反相端分別通過(guò)電解電容C1-C4接地，開環(huán)反向運(yùn)算放大器A1-A3輸出端分別與發(fā)光二極管LED1-LED4連接，構(gòu)成電源電壓指示電路。
全文摘要
梅子制品強(qiáng)制通風(fēng)溫室－集熱器型太陽(yáng)能干燥裝置，本發(fā)明屬于用于干燥水果、蔬菜的設(shè)備。本發(fā)明目的是提供用于各類話梅產(chǎn)品和雕李、雕梅等果脯類產(chǎn)品干燥的太陽(yáng)能干燥裝置。其特征是空氣集熱器由波型集熱芯片將集熱腔分隔成兩個(gè)空氣通道，向陽(yáng)面空氣通道高度為背陽(yáng)面空氣通道高度的1.8~2.2倍；溫室的三個(gè)面由透光玻璃構(gòu)成，向陽(yáng)面底角α為120°、傾角β為130°、頂角γ為110°，背面制物料門；空氣集熱器出風(fēng)口與溫室進(jìn)風(fēng)口直接連接，并裝抽風(fēng)扇；d.風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池與蓄電池組并聯(lián)作為空氣集熱器抽風(fēng)扇的電源，并設(shè)計(jì)電源電壓指示電路。在集熱器的矩形體背板有供集熱器之間并聯(lián)組裝的螺紋連接件。而溫室料盤面積與集熱芯片面積的比例為1.25～1.33∶1。本發(fā)明有保護(hù)自然資源積極作用，干燥時(shí)間為露天攤曬時(shí)間的14％－40％，制品衛(wèi)生、質(zhì)量高，能促進(jìn)果品加工業(yè)的集約化發(fā)展。
文檔編號(hào)A23N12/00GK1849946SQ200610010910
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者李志民, 鐘浩, 余銘九, 張躍 申請(qǐng)人:云南師范大學(xué)