[科普中国]-太阳能干燥机

仪器分类

太阳能干燥机结构的设计可有多种选择。根据干燥机内气流的流动方式，可将太阳能干燥机分为自然对流型和强迫对流型两种。

自然对流型自然对流型太阳能干燥机中无附加风机，气流靠温差的作用在于燥室内流动。根据结构的不同，主要有箱式、棚式、温室式、盘架式和烟囱式几种。

强迫对流型强迫对流型太阳能干燥机靠温差和气流出口和进口的高度差作为气流流动动力的自然对流型太阳能干燥机受到多方面的制约。特别是当料层较厚、颗粒细、孔隙度小时，’气流阻力大，仅靠自然对流不能满足对气流速度的要求。一些改进型的太阳能干燥机，气流需通过附加的装置如蓄热器、空气集热器及管道等，没有附加动力，气流是不能实现有效流动的。此外，自然对流型太阳能干燥机的排气温度较高，热利用率低。应利用风机来实现废热利用。

根据常规能源使用情况可将强迫对流型太阳能干燥机分为普通强迫对流型、蓄热型和带常规能源的太阳能干燥机。

(1)普通强迫对流型太阳能干操器

该类型干燥器不需其他能源加热空气，空气的加热只靠太阳能集热器，由电机驱动风扇保证干燥机内气流的流动。普通强迫对流型太阳能干燥机主要有温室型、集热器型和温室—集热器型3种类型。

(2)蓄热型太阳能干燥机

在太阳能干燥机中加蓄热器的目的主要是为了延长于燥时间。太阳辐射强时，贮存部分能量，控制热空气温度，避免过度干燥。太阳辐射弱或无太阳辐射时，提取贮存的热量进行干燥作业。使用附加蓄热装置的不足之处是增加了投资和操作费用，在使用蓄热于燥之前应作技术经济分析。

作为蓄热体的物质可以是天然的，也可以是人造的。水、石块等多用在农作物的干燥上，比合成材料便宜。而盐水、石蜡、硅胶、分子筛等多用于潜热蓄热和化学蓄热。

(3)附带常规能源的太阳能干燥机

由于夜晚和阴雨天无阳光可用，太阳能干燥是间歇过程。虽然可在干燥系统中加蓄热装置，但所蓄的热量也是有限的。又因为太阳能的分散性，太阳能空气集热器加热的热空气温度较低。因此，对于一些需要连续干燥或在较高温度下干燥的物料，需加辅助能源。

增加常规能源加热方式

在干燥系统中增加常规能源加热有两种方式：一种方式为有阳光时利用太阳辐射加热空气，增加的常规能源只在夜晚或阴雨天使用，常规能源只是对太阳辐射加热的辅助；另一种方式是太阳能集热器只作为预热器，主要能源为常规能源。在这种情况下，太阳能只作为辅助热源。1

组成结构太阳能空气集热器是太阳能干燥机的主要部件，一般由吸热体、盖板、保温层和外壳构成。太阳辐射能转换为热能主要在吸热体上进行，吸热体由对太阳辐射高吸收率的材料制成或覆盖高吸收性能的材料。吸热体首先吸收太阳辐射，将辐射能转换成自身的热能。自身温度升高。当室外空气流经吸热体时，通过对流换热，加热冷空气。仪有很少部分吸热体上的能量通过辐射换热的方式进人空气中。

比较简单的太阳能干燥机(如箱式、棚式)带透明顶板和涂黑内层的密闭空间就是一个简单的太阳能空气集热器。比较典型的太阳能空气集热器是平板型空气集热器。

优缺点对比优点太阳能干燥机在使用上的优点和不足主要是由太阳辐射的特殊性决定的。与利用其他能源的干燥方法相比，太阳能干燥有下列优点：

(1)干净卫生，对物料和环境没有污染；

(2)太阳能取之不尽，不存在能源枯竭间题；

(3)太阳能处处都有，不需开采和运输；

(4)干燥过程中其他能源消耗低，操作费用低。

缺点**(1)分散性大，热值低**。

太阳常数为1353 W/㎡，在天气较为晴朗的情况下，中午垂直投射于1㎡面积上的太阳能最多在1 kW左右，阴雨天更低。如果干燥机的生产量大，那么就需要较大面积的集热器，占地面积大，设备投资费用高。

(2)温升小，干燥速度低。

完全依靠太阳能，干燥介质(热空气)的温升低，仅能使空气的温度上升至40~70℃所以，一般情况下，太阳能只能用于低温干燥。

(3)间歇性和不稳定性。

太阳的辐射强度受纬度、季节、天气及时间的影响大。低纬度地区太阳辐射强度高，高纬度地区太阳辐射强度低。冬季及阴雨季节太阳辐射强度很弱，无太大利用价值。一天中不同时间，太阳能辐射强度不断变化，由此造成‘了干燥介质温度不稳定，给干燥过程的控制带来了不少困难。

(4)干燥效率低。

太阳能空气集热器的热效率一般在60%~80%之间，干燥装置系统效率为20%~40 %。2

实际应用太阳能干燥机多用于农副产品，工业品采用较少。

(1)粮食干燥

采用太阳能干燥机干燥玉米、稻谷、小麦、花生、咖啡等物料除节约能源外，并能有效地提高被干燥物料的品质。特别是稻谷，在高温干燥时会产生很高的应力裂纹率，严重影响出米率和整米率，使品质和口感变差。日本最近研制出了一种新的稻谷干燥方法，即是完全采用太阳能温室进行稻谷的于燥，干后稻米品质优良，称之为太阳米。

(2)果品的干燥

太阳能果品干燥在我国运用较成功。干燥装置每次可装水果1.4~1.75t，温室气温可达50~70℃ ， 6天左右即可得到干果。用于荔枝、龙眼等肉质水果的干燥效果好，降低了干燥时间和劳动强度。此外采用太阳能干燥房干燥青丝、红丝、杏脯、苹果脯、蜜枣和梨脯也取得了成功。

与烧煤干燥相比，太阳能干燥房内的温度比较均匀，果脯无焦糊现象，且在太阳直接照下，果脯色泽鲜亮，质量较优。澳大利亚利用网袋悬挂葡萄，在屋顶下直接吸收太阳辐射能而干燥。无日光照射时，屋内温度较外界温度高2~6℃，而有日光照射时，屋内温度.较外界温度高8℃。但是，在干燥这些高水分物料时，由于干燥速度低，需注意干燥过程的霉变。

(3)叶类作物的干燥

蔬菜、烟叶等叶类作物采用太阳能干燥可以取得较好的经济效益。一方面这类作物含水量高（>40%），干燥时耗能大；另一方面这些产品的风味相当重要，不宜采用高温快速干燥。尤其是烟叶品质及价值实际上是由风味决定的，而它的风味与干燥的温度、湿度及时间有关。太阳能干燥机能满足烟叶干燥的需要。

(4)木材干燥

木材的物理特性决定了木材的干燥需采用慢速干燥。常用的蒸汽干燥设备投资大，耗能多，运行成本高。利用太阳能干燥设备干燥木材，既能减少投资，又能节约能源。澳大利亚的木材太阳能干燥机附加了岩石储热装置，保证了木材的连续干燥。当木材从初始含水量29%干燥到最终含水率16%时，太阳能干燥仅需3天，而蒸汽干燥需4.45天。

此外，太阳能干燥还可应用于棉花、中药材、陶瓷等物料。用来干燥水稻.、棉花和小麦的种子时，发芽能力与热风干燥相比可提高10%~15%。2

日常管理内容太阳能干燥机作业的管理主要包括两方面内容，首先是管理计划的制定。制定计划时，待干物料的特性、干燥工艺、太阳能干燥机结构和性能、当地的天气条件等都应该进行综合考虑；其次是管理计划的执行。

干燥过程中的管理主要有以下几个方面：

(1)待干物料的检验；

(2)简单的太阳能干燥机(如棚式、箱式)干燥过程中的翻料；

(3)气流速度的调节；

(4)循环空气量的调节；

(5)缓苏干燥过程的调节(包括缓苏开始时间和时间间隔)；

(6)夜间和阴雨天气时，太阳能干燥机与环境的分离；

(7)捕助干燥能源切换；

(8)多室太阳能干燥机中各室气流量分配及室内气流均匀性:

(9)复杂和多功能太阳能干燥机操作方式的确定。保证干燥室、蓄热装置和其他耗能设施的能量的适当分配；

(10)蓄热型太阳能干燥机的蓄热操作；

(11)干燥过程中不同阶段干燥机进口温度的确定。2

前景与建议应用前景虽然太阳能干燥技术的推广应用还存在不少问题，但由于全球面临的能源与环境问题日益严重，太阳能作为一种清洁丰富的可再生能源不可忽视。我国在太阳能热水器的推广应用方面已见成效，目前我国是世界上生产太阳能热水器最多的国家。预计今后我国在太阳能干燥技术的应用方面也会有一定的发展，特别是一些小型、简易的太阳能干燥室，在日照条件好，而经济又欠发达的偏远地区，有较好的应用前景。

我国是农业生产和出口大国之一，农产品及生物资源丰富，物种多样，特别是在广大的西部地区。为了促进地方经济的发展，将本地区具有资源优势及开发利用前景的农产品、生物资源产品作为地方支柱产业发展，因此近年来，农副产品及生物资源产品加工业发展迅速。但随着我国加入WTO和人们对产品质量和食品卫生问题的关注，现有的农副产品加工技术含量低，产品质量不高，产品附加值低，从而导致产品缺乏市场竞争力，难以形成支柱产业。产品干燥是加工过程中的一个重要工艺过程，目的是除去物料中多余的水分，以便于产品加工、运输、贮藏和使用。采用常规能源干燥农产品，投资大，需消耗大量能源，致使农产品成本增高，并造成不同程度的环境污染。一般农产品要求的干燥温度比较低，大约在40-55℃之间，正好与太阳能热利用领域中的低温热利用相匹配，并且能缩短干燥周期，提高产量质量等优势，因此我国应用太阳能干燥农副产品，具有广阔的发展前景。
太阳能应用于木材干燥有两个方向:
(1)对于偏远地区的小型木材加工厂，适于发展简易的温室型、半温室型或小规模集热器型的太阳能干燥装置;
(2)对于中、大型木材加工企业，适于发展材积为50一100m3的大型太阳能干燥装置，并将太阳能干燥作为预干，即高含水率阶段用太阳能干燥，低含水率阶段用常规干燥。在气温高、湿度大、电价适中的地区，适于采用太阳能与热泵联合干燥。3

建议(1)太阳能在干燥行业的应用应该引起足够的重视。太阳能适于一些物料中、低温干燥，也可做适于高温干燥物料的预干。
(2)增加科研投人，不断提高太阳能干燥的供热效率，降低干燥成本。据有关资料报道，我国与国际水平的差距主要在透光材料和吸热板的涂层工艺方面，虽然清华大学和中国科学院等单位已在某些方面取得了显著的成绩，但主要集中在太阳能热水器方面，对太阳能干燥的研究投入太少。
(3)希望我国政府对太阳能干燥给予政策上的鼓励与扶持，增加一些经费投入并加大宣传力度。包括太阳能干燥在内的太阳能热利用是符合中国国情的可再生能源项目，应大力推广应用3。