太阳能电能一体果品干燥箱设计 本文简介：
太阳能电能一体果品干燥箱设计摘要我国农产品加工方法传统,农产品的干燥方式主要是热风干燥或者是自然晾晒,热风干燥耗能大,基本上是以能耗换取经济效益;而自然晾晒则面临着产品卫生的考验,也对人力、天气等因素依赖性强,难以扩大规模、连续性生产。我国太阳能资源非常丰富,同时农产品资源丰富,品质优良,而且当前的
太阳能电能一体果品干燥箱设计 本文内容：
太阳能电能一体果品干燥箱设计
摘
要
我国农产品加工方法传统,农产品的干燥方式主要是热风干燥或者是自然晾晒,热风干燥耗能大,基本上是以能耗换取经济效益;而自然晾晒则面临着产品卫生的考验,也对人力、天气等因素依赖性强,难以扩大规模、连续性生产。我国太阳能资源非常丰富,同时农产品资源丰富,品质优良,而且当前的加工需求不断扩大,将农产品烘干后便于储存,有利于提高其经济价值,所以在当代能源危机与环境压力困扰不断加剧的局势下,探讨研究将太阳能利用在农产品的干燥中的作用极其重要。因此,为了将太阳能通过光热转化运用到农产品脱水干燥中,开发研制了太阳能果蔬干燥设备,以通过利用新能源缓解传统能源紧缺,同时创造农产品附加值。
太阳能果蔬干燥设备主要包括集热系统、干燥系统和控制系统三部分。集热系统由自行研发的太阳能集热器混联而成,集热系统将太阳能转化成空气中的热能,将收集的热风输入干燥系统。干燥系统是对物料进行烘干的场所,热风与物料进行换热。控制系统通过对风机、电动风口等执行部件的控制来调节干燥箱内的风速、风量及温度等因素,以达到不同物料所需要的不同干燥环境。
太阳能集热器是集热系统的核心部件。文中通过对比试验及热性能测试,取得集热器各部件的最佳结构参数及其热性能属性,给出了太阳能集热器出口温度与太阳能辐照度的关系式为。吸热板为非渗透型平板式结构，为加强吸热板与空气的换热能力，空气通道设计成蛇形，流量为0.06kg/s,平均入口温度为22.16℃,平均辐照度为870.60W/m2时,集热器平均效率可达84.53%；日平均坏境温度17OC,上下通道空间比为2：1时,闷晒温度最高能达到87.6O℃,相比当时环境温度21.2℃提升66.4O℃。此太阳能空气集热器具有低成本,高效率的特点,结构简单,易于安装。关键词:太阳能；果蔬干燥设备；设计Abstract
The
methods
of
agricultural
product
processing
in
China
is
traditional
,the
mainly
methods
of
drying
agricultural
product
are
heated-air
drying
and
natural
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
the
scale
or
continuously
production
still
has
difficult
to
complete
.Solar
energy
resources
are
very
rich
in
China
,and
agricultural
resources
are
rich
,and
with
good
quality
,under
the
current
processing
demand
expands
unceasingly
,stocking
agricultural
produce
after
drying
,can
improve
its
economic
value
,so
in
the
situation
of
contemporary
energy
crisis
and
environmental
pressure
troubled
growing
,solar
energy
research
will
play
a
key
role
in
the
produce
drying
.Therefore
,in
order
to
use
solar
energy
through
the
solar-thermal
transformation
into
the
process
of
drying
,a
scale
of
solar
drying
equipment
is
developed
to
produce
dehydration
with
solar
energy
,it
can
add
value
to
agricultural
produce
by
using
new
energy.
Solar
fruit
and
vegetable
drying
equipment
mainly
include
solar
heating
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
drying
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
speed
,air
volume
,temperature
and
other
factors
in
drying
room
,to
achieve
the
need
of
different
material
in
different
dry
environment.
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
presented
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
84.53%,while
the
absorber
was
lateral
corrugated
,the
rate
of
flow
was
0.06kg/s
,the
average
inlet
temperature
was
22.16oC,and
the
average
irradiance
was
870.60w/m2;when
the
average
daily
environment
temperature
was
17oC,and
the
top
and
bottom
passageway
spacing
ratio
was
2:1,the
highest
temperature
in
the
collector
was
87.6oC,risen
by
66.4oC
compared
with
the
ambient
temperature
.The
collector
has
the
advantages
of
low
cost
,
high
efficiency
and
simple
structure
,which
can
be
used
in
fields
of
agricultural
products
drying
dehumidifying.Keywords
:Solar
energy
;Fruits
and
vegetable
Dryer
;Design目
录
摘
要
1
Abstract
2
目
录
4
第一章
绪论
6
1.1农产品干燥技术进展
6
1.1.1自然日晒干燥
6
1.1.2热风干燥
7
1.1.3真空冷冻干燥
7
1.1.4微波干燥技术
7
1.1.5太阳能干燥技术
8
1.1.6其它干燥技术的应用
8
1.2太阳能干燥设备的研究现状
9
1.2.1自然对流型干燥设备
9
1.2.2强迫对流型干燥设备
9
1.3本课题研究的主要目的、意义
12
第二章
太阳能干燥装置设计
13
2.1太阳能干燥原理
13
2.2太阳能干燥设备设计思路
13
2.2.1传统干燥方式优势及不足
14
2.2.2太阳能干燥设备设计思路
14
2.3太阳能干燥装置物料衡算
15
2.3.1干燥介质性质
15
2.3.2
除湿量的计算
18
2.3.3
空气消耗量的计算
18
2.4太阳能干燥装置能量分析
19
2.4.1
总能量平衡
19
2.4.2
物料内能变化和排湿消耗能量
19
2.4.3
系统热损失
20
2.4.4
干燥效率与系统总效率
20
2.5太阳能干燥装置的设计目标及原理
20
2.5.1设计目标
20
2.5.2太阳能干燥设备工作原理
21
2.6整体式干燥箱设计
21
2.6.1整体式干燥箱的结构
21
2.6.2集热器高度角转动示意图
22
2.6.3集热器方位角转动示意图
23
2.6.4转向结构
24
2.6.5太阳能集热器的设计
24
2.6.6干燥室设计
27
2.6.7小型太阳能干燥设备参数及材料选定
29
2.7控制系统
30
2.7.1温度控制
30
2.7.2流量控制
31
2.7.3时间控制
31
2.8本章小结
31
第三章
结论和展望
33
致
谢
36
参考文献
37第一章
绪论
1.1农产品干燥技术进展
干燥是是许多工业生产中的重要工艺过程之一，它直接影响到产品的性能、形态、质量以及过程的能耗等，广泛应用于农业、食品、化工、医药、矿产、造纸和木材加工等众多领域。近年来，随着科学技术的发展，干燥已不仅仅是对产品实施单元操作的一项技术，它已被作为一种探索新产品、提高产品质量的新方法。在最近的20年时间里，与干燥技术相关的基础理论研究有了较大的发展，尤其在改善效率、提高经济方面取得了较大的进展。在农产品、食品和具有生物活性功能的生物制品等领域，干燥仍然是最具有挑战性的单元操作之一。
1.1.1自然日晒干燥
自然日晒干燥（Open
Sun
Drying）通过阳光直接照晒物料，利用太阳辐射能进行干制物料。物料获得从太阳中来的辐射能后，温度上升，物料内水分因受热而向表面的周围介质蒸发。在空气自然对流中，原料水分不断向空气中蒸发，直到原料含水率降低到与空气温湿度相对应的平衡含水率为止。
目前大多数农产品都采用这种方法干燥物料。炎热干燥和通风是最适宜于自然日晒干燥的条件，自然干燥的时间随食品的种类和气候条件而不同，对于一般果品，一般需干燥2-3天，长的需要6-8天，最长可达15天甚至更长。
目前关于凉果、蜜饯类的自然日晒干燥进一步研究较少，多为其他食品原料的自然干燥研究。国内李忠虎（2007）等[1]研究了自然干燥对党参原料的影响，认为随着干燥温度的升高，多糖含量逐渐降低；张亚琦(2008)等[2]比较了自然和热风干燥对鲍鱼产品结构的影响，认为自然干燥样品肌纤维收缩均匀、结构致密，而热风干燥样品肌纤维收缩剧烈、组织构造较松散；李怀赫(2006)等[3]比较了自然干燥和太阳能干燥枸杞品质的影响，认为太阳能干燥可以解决自然摊晒中出现的脱水效果差、容易返潮、易结块和霉变等不良影响。国外的自然干燥研究比较多元，如Karabuluta(2007)等[4]比较了自然干燥和70℃热风干燥对杏子产品的影响，认为70℃热风干燥对β-胡萝卜素的破坏反而较小，但认为其他营养成分的损失差异需要做进一步比较；To?rul(2004)等[5]用12种干燥模型模拟了27-43℃范围内葡萄、桃子、李子和无花果的自然干燥特性；Akpinar（2005）[6]研究了香芹、薄荷、罗勒等芬芳类植物的干燥特性，认为自然干燥过程发生在降速阶段，并用模型模拟了3种植物的干燥特性；Purohit（2006）等[7]通过建立财务分析框架，比较自然干燥和太阳能干燥的成本差异，认为自然干燥对于发展中国家的中等收入家庭更为切实可行。一般认为，自然干燥因为接受到太阳辐射能而具有特殊的日照风味，但目前尚未见到该方面的文献报导。
1.1.2热风干燥
热风干燥又称为常压对流干燥，是果品工业化干燥的研究重点。它以热空气为干燥介质，将热量传递给湿物料。热量从表面向中心传递，温度逐渐升高；物料内部的水分以气态或液态形式扩散至物料表面，汽化的蒸气从表面经扩散或对流的方式传递到干燥介质主体，最后由热空气带走。
目前我国的脱水果蔬加工业中90%都是采用这种方法：它操作简便，成本低廉，对设备、环境及操作技术的要求不高。热风干燥在果蔬方面的应用较多，如：李加兴(2006)等[8]用热风干燥猕猴桃果脯，并分析不同前处理的影响；赵玉生(2002)等[9]研究了用热风干燥山楂果脯的工艺；屠康(2005)等分前后两段不同温度的热风干燥蘑菇片，经工艺优化得到较为理想的干品。国外也有许多关于热风干燥苹果片辣椒和甘蓝等果蔬的报道。目前我国较常用的热风干燥设备如隧道式干燥机、筛式干燥机、流化床干燥机等，技术方面都较为成熟。
1.1.3真空冷冻干燥
真空冷冻干燥是近年来流行的干燥技术，其原理是先将含水物质冻结至冰点以下，使水分变为固态冰，然后将其处于较高的真空度下，使水的沸点与冰点重合压力下降到水的三相点压力，之后升温使冰直接转化为蒸汽除去。冷冻干燥干品果蔬的营养成分、形状、颇色、味道和鲜品基本相同，而且复水性好。目前尚没有果品真空冷冻干燥技术的报道，大部分为果蔬真空干燥的报导，如：李光辉(2005)等运用冷冻干燥的方法制作出姜蒜复合新型调味料；徐艳阳(2005)等将毛竹笋用真空冷冻干燥的方法避免了毛竹笋常规干制时出现的褐变、收缩大等缺陷；Shishehgarha(2002)等等研究出真空冷冻干燥草莓的工艺参数。由于设备投资成本和生产过程中能耗高，真空冷冻干燥被认为是最昂贵的一种干燥方法。Lorentzen(1979)等曾对高值食品原料和低值食品原料的冻干成本对比分析得出，冻干技术并不适合所有食品生产，仅适用于高价值和高附加值食品。
1.1.4微波干燥技术
微波干燥技术是利用原料内部水分对微波的吸收特性，被吸收的微波转化为热能使原料内部水分蒸发达到使原料干燥的目的。由于微波加热快速均匀，可避免热风干燥过程内外加热不均引起的品质下降现象，并充分保持原料内原有的营养成分。目前果品的微波干燥技术报道较少，大部分为果蔬的微波干燥报导，如：张洁(2005)等研究了果蔬片的微波干燥特性，并找出最佳工艺条件；Fathima(2001)等用微波干燥的方法干燥绿叶菜，得到较的感官评定；Shivhare(1993)等也对微波干燥大豆、玉米的应用进行了较为全面的研究。
1.1.5太阳能干燥技术
利用太阳能干燥技术的研究和推广应用工作，已在世界上许多国家展开，研究工作主要在发达国家如美国、英国、法国、德国、加拿大、澳大利亚、新西兰和日本等国，目前世界上各国的太阳能干燥技术应用规模都较小，太阳能干燥的推广应用大部分在热带和亚热带国家，泰国早在20世纪80年代就推广使用简易廉价的太阳能干燥装置，印度研制了太阳能与烟气联合的谷物干燥机，还有用于干燥胡椒的太阳能干燥房，目前世界上大约有300余个以太阳能为能源的木材干燥室，其中中国有近20个。太阳能干燥技术设备应用于食品与植物的深加工中，可以有效地防止菌虫对物料的侵害和变质变色现象的发生，有效地保持了物料原有的优良品质，也避免了因为干燥加工而造成的二次污染（如灰尘等污染物的污染）。
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，在太阳日照条件好，而经济又欠发达的偏远地区，有较好的应用前景。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。
1.1.6其它干燥技术的应用
随着现代科学技术的迅猛发展，果蔬干燥技术呈现出日新月异的变化，大量新型的干燥技术不断涌现，而且向着高效、节能、营养的方向发展。如：流化床干燥、远红外干燥、渗透干燥、真空干燥、热泵干燥、过热蒸汽干燥、超声波干燥、脉动燃烧干燥、冲击流干燥及一些多种方式的组合干燥等。一些新型的干燥技术也还处在研发阶段，尚无产业化应用，还需对其机理及不同果蔬的干燥参数和加工工艺做进一步的研究。
1.2太阳能干燥设备的研究现状
1.2.1自然对流型干燥设备
国内关于太阳能自然对流干燥的进一步研究较少，国外则有较多创新性进展。Madhlopa(2007)等是直接利用太阳能直接干燥物料，在照射太阳能的基础上，在地底用煤或者其他燃料加热空气，在通过自然对流，将热空气送进干燥室，提高热空气温度，也可以取得较好的效果，相对于单独只用煤干燥或只是直接用太阳光干燥都有明显的优势，优点是无论白天或晚上都可以进行干燥，设备简单，成本低，缺点是耗能相对于集热器太阳能的要大一些。
Prasad(2006)等的研究和Madhlopa等相似，也是利用太阳光直接照射，底下用生物燃料，如煤燃烧以加热空气，利用气流温差，自然对流进入干燥室干燥产品，相对来说，该设备的设计比较巧妙，充分利用了空气中的热能，也可以在气候条件不是很稳定的地区使用。
Madhlopa和Prasad等的干燥设备都是属于自然对流的形式，同时也是固定式的，对于太阳能的充分利用有一定的局限性，相对而言，Singh(2004)等人涉及的干燥设备虽然也属于自然对流的形式，但不同的是，它是便携式的，可以根据不同季节气候不同调整设备的角度和方向，同时拆除方便，该设备由一系列的金属管直接接合，在集热器后方直接放置物料盘，在两侧和底部采用保温材料，空气从底部进出，经加热后膨胀上升，从顶部出来，带走汽化水分，从而达到干燥目的，当气候不佳时，可拆除设备收藏，改设备优点是成本低，制作简单，使用方便，耗能小，缺点是对太阳能的利用率低，干燥时间较长，干燥温度也不高，适合一些低温食品干燥。
1.2.2强迫对流型干燥设备
(1)国内研究进展
沈阳农业大学信息与电气工程学院朴在林（2005）等[26]做的太阳能及热能智能互补型农副产品干燥装置是在原有小型农户柴炉干燥装置的基础上研制开发的，该装置利用了太阳能干燥产品，在干燥温度达不到要求的情况下通过外置的辅助干燥设备（热风炉）对产品进行辅助加热，该设备的优点是结构简单、经济实用，试验结果表明，以阳光板作为盖板的太阳能干燥器具有较高的热转换效率，适合当前条件下农户对农副产品干燥加工的需求。
国内比较大型的强迫对流干燥设备也比较多，如建在广东省的用于腊肠腊肉干燥的太阳能温室-集热型干燥器，其采光面积达620m2，是世界上为数不多的大型太阳能干燥器之一。该干燥器也采用热风作为辅助加热能源，以满足连续运行的需要，成品日产量达4000kg，其节能效果为：节电21%，节煤20%-40%。广州皇上皇肉食制品厂的大型太阳能干燥器也属于此类型。
太阳能热泵干燥设备系统，按照太阳能和热泵系统的连接方式，太阳能热泵系统分为串连系统、并联系统和混合连接系统，其中串连系统又可分为传统串连式系统和直接膨胀式系统。
太阳能热泵系统在性能上弥补了传统的太阳能系统和热泵系统各自的缺点，使得整个系统的cop有较大的提高，而系统性能的提高使得运行费用减少，从而降低了系统总投资。随着研究的进展和技术的成熟，太阳能热泵系统可以应用于各个领域，在食品干燥领域也有很大发展空间，可创造更大的效益。
人工干燥的能耗在工业能耗具有举足轻重的地位，自然干燥又难以克服产品卫生和品质等问题，阻碍了干燥行业（特别是农产品干燥行业）的发展。单一的太阳能干燥器因无需消耗常规能源，而且特别适合于干燥温度较低（70℃以下）、水分挥发较慢、加工时间长的物料，如凉果、红枣等，在实际应用中已初步显示其优越性；而采用太阳能并使用辅助加热的智能型太阳能干燥器
[29]具用能耗低（相对人工干燥），集热器制造方式简单、价格低廉、产品质量优且稳定的优点，克服了单一太阳能干燥温度、周期不稳定的不足，具有良好的发展前景，甚至可能成为农产品干燥加工的主要设备。
(2)国外研究进展
在强迫对流方式太阳能干燥设备的设计上，国外的研究方向比较详细，做的工作比较多，所做的设备一般是针对具体的农产品如辣椒[30]，木薯[31]，谷类[32]，葡萄[33]等进行研究，找出最适干燥条件，如果我们能够综合起来考虑，把各自的优点结合起来，设计出一个可以针对大部分，或者说同种类型的农产品都适用的设备，这将有重大的意义。
Bennamoun(2003)等人研究的是温室型太阳能干燥设备，采用强迫对流方式进行干燥，人为地利用风机将在集热器中加热后的热空气引入干燥室干燥产品。集热器的表面积和加热后热空气温度直接影响到干燥的效果，随着这两个因素影响的增大，干燥所需的时间减少；而干燥产品的整体质量和分布面积相比之下就不是很重要，如果在设备中加入一个电加热器将可以增加使设备在不理想的气候条件下也可以运行，该设备属于间歇操作，在3m2和一个加热器在50℃温度下平均每天可以处理250kg产品。
Supranto(1999)等人的研究也属于强迫对流干燥，所做的改进之处只是把集热器用一个多孔介质隔开，从而分为两个通道，让空气得以充分加热。
通过该设备证明了用太阳能对植物油的干燥是可行的也是非常有利的，有非常好的应用前景，而通过相关的试验和计算也证明双管道的集热器可以使温度得到比较打的提高，可以提高25-30℃，而使集热器的热效率有了很大的提高。
Karim(2004)等人在前面的平板集热器的基础上，对集热器的表面积进行研究，分别对V型，平板加散热片和平板型三种集热器的单双空气通道的情况下分别进行比较，试验结果表明，单空气通道平板集热器的热效率最低，V型作为结构最稳定的集热器，热效率也是最高，同时，可以使用更薄的金属，有利于节省材料，降低成本，是应用过程中的最佳选择。
Sarsavadia(2007)等人就针对废热空气的利用设计了一个太阳能干燥设备，该设备也通过采用强迫对流方式，在平板集热器上加上不规则吸热片，然后通过辅助设备（空气加热器，电加热器和风机），使很大部分的热空气重新从底部进入干燥器，有效的利用了热量，效率有明显的提高，同时，在晚间或者气候不好的情况下可以使用辅助加热设备，可以使干燥不间断进行，可以实现连续操作，有很大的现实意义，该设备充分体现了热量的合理利用，不过也有缺点
，就是当空气的达到饱和湿度时，也应该及时将热空气排出，操作相对复杂，设备费用也相对较高。
该设备虽然涉及到了废热空气的回收，但是对于储能问题没有涉及，如果可以通过白天将一部分多余的太阳能储存起来，而能在晚间使用的话，可以减少辅助加热设备所消耗的能量，从而提高效率，得到更高的利益，Shanmugam(2007)等就在储能这个方面做了相关的研究，他们做了一种干燥储能材料（60%膨润土，10%CaCl2，20%的蛭石，10%的粘合剂），该材料利用CaCl2的吸湿性，彭润土的多孔蓬松性以及蛭石的吸热储能性，白天干燥材料与干燥室隔开，利用太阳光直接照射该材料将能量储存其中，在晚间通过密闭该干燥室，使干燥材料与干燥室相连，利用风扇使空气不断回流，利用储能材料中的热能干燥产品，利用CaCl2的吸湿性将空气中的水分吸收，第二天白天又将干燥材料与干燥室隔开，利用太阳能干燥储能材料，同时存储能量，反复进行，可以循环使用，从而使热量得到最大的程度的利用。
同时，Shanmugam等还通过试验表明，如果在干燥室上立一面镜子，通过反射光等作用，干燥设备热效率得到更大的提高，该设备的体现了热能的合理利用，但是有个缺点就是，干燥储能材料的存储有限，如果是碰到长时间阴雨天气，就不能体现出它的优点，建议在设备上添加一个辅助加热设备即可解决问题。
此外，关于热量的充分利用，还有就使太阳能和热泵的综合使用，Hawlader(2006)等则通过热泵和太阳能联合使用，但是目前热泵的应用大部分还是用于木材干燥，用于食品还不是很多，同时也因为设备费用相对较高，虽然能量利用率也很高，但是面对普及还有很大的难度。
1.3本课题研究的主要目的、意义
干燥是农产品生产工艺的重要一环，是决定产品品质的主要因素。
传统的自然干燥赋予果品特殊的日晒风味，但自然日晒干燥面临着干燥时间较长，卫生状况较差，干燥过程易受天气变化影响，在阴雨天时产品容易返潮、结块和霉变，无法实现大规模工业化生产等问题。
热风干燥是实现果品工业化生产方法之一，干燥时间较短，干燥不受天气变化影响，过程容易控制以及干燥环境清洁卫生。同自然日晒干燥相比，热风干燥虽干燥速率较快，但干燥后产品缺乏太阳光特殊的日照风味，在外观和口感上不如传统太阳光晾晒的产品。如何根据产品的干燥特性，采用合适的干燥技术和工艺，是实现果品规模化、工业化生产的关键及共性技术问题。
太阳能作为一种可持续利用，绿色无污染的能源，具有良好的应用前景。果品产地大多位于日照充足地区，太阳能资源丰富，具有应用太阳能干燥的基础。由于凉果干燥属于中低温干燥，同太阳干燥提供的温度范围接近，同时干燥过程可以使物料接受到太阳光晾晒，产品具备同自然日晒干燥相似的日照风味，利用太阳能干燥技术可缩短干燥时间，节约了常规能源，大大改善食品卫生条件，提高产品产量和质量，同时对保护环境也具有深远的意义。
第二章
太阳能干燥装置设计
2.1太阳能干燥原理
太阳能干燥是指以太阳能为能源进行的干燥过程。过程中被干燥的湿物料或者在温室内直接吸收太阳能并将它转换为热能；或者通过太阳集热器所加热的空气进行对流换热而获得热能，物料表面获得热量后，将热量传入内部，是物料中所含的水分从物料内部以液态或气态逐渐到达物料表面，然后通过物料表面的气态界面层（边界层）而扩散到空气中去。干燥过程中湿物料中所含的水分逐步减少，最终达到与地斗那个的终态含水率，变成干物料。因此，干燥过程实际上是一个传热、传质的过程，它包括以下几个方面。
(1)太阳能直接或间接加热物料表面，热量由物料表面传至内部。
(2)物料表面的水分首先蒸发，并由流经表面的空气带走。此过程的速率主要取决于空气温度、相对湿度和空气流速及物料与空气接触的表面积等外部条件。此过程称外部条件控制过程。
(3)物料内部的水分获得足够的能量后，在含水率梯度（浓度梯度）或蒸汽压力梯度作用下，由内部迁移至物料表面。此过程的速率主要取决于物料性质、温度和含水率等内部条件。此过程称内部条件控制过程。
物料干燥速率的大小取决于上述两种控制过程当中的主要矛盾方面，即由两个过程中较慢的一个速率控制。一般来说非吸湿性的疏松性物料，两种速率大致相等；而吸湿性的多孔物料，如黏土、谷物、木材和棉织物等物料，干燥的前期取决于表面汽化速率，后期由于物料内部水分扩散传递速率
滞后于表面水分汽化，导致干燥速率的下降。太阳能干燥是热空气与湿物料间对流换热，热量由物料表面传至内部，物料内的温度是外高内低。而物料内的水分是由内向外迁移，其含水率是内高外低。由于温差和湿度差对水分的推动方向正好相反，结果温差削弱了内部水分扩散的推动力。当物料内部温差相差不大时，温差的影响可以忽略不计，另外在干燥工艺上可以采取一些措施，来减少这种影响。
物料干燥过程中，水分不断地由物料转移至空气中，使空气的相对湿度逐渐增大，因此需要及时排除一部分湿空气，同时从外界吸入一部分新鲜空气，来减少干燥室空气的湿度，才能使干燥过程连续进行。
2.2太阳能干燥设备设计思路
2.2.1传统干燥方式优势及不足
传统的自然日晒干燥的优点在于，能赋予晾晒产品特殊的日晒风味，但自然日晒干燥面临着更多的不足，如干燥时间较长，夜间无法连续干燥，会出现回潮现象，卫生安全状况较差，整个干燥过程易受天气变化影响，在阴雨天时晾晒产品容易返潮、结块和霉变，无法实现大规模工业化生产。
传统的热风干燥一般采用隧道式烘道干燥，是实现农产品工业化生产方法之一，优点在于干燥时间较短，干燥过程不受天气变化影响，干燥过程容易控制以及干燥环境清洁卫生。不足之处在于烘道热风干燥后产品由于没有经过太阳光直接照射，某些产品缺乏特殊的日照风味，在外观和口感上不如传统太阳光晾晒的产品。
传统温室大棚干燥也用于农产品干燥，是实现农产品工业化生产方法之一，优点在于干燥过程容易控制，干燥环境清洁卫生，干燥过程受天气影响较小，可以直接接受太阳光照射，产品有特殊的日照风味，缺点在于干燥时间相对较长，不能实现夜间连续干燥及阴雨天气干燥效率低，大棚排湿较难，占地空间大，一次性投入成本较高，不适合小规模小批物料的干燥。
现有太阳能干燥设备的优点在于环保节能，不足在于大部分不能实现夜间连续干燥，阴雨天气干燥问题没有得到解决，废热空气直接排空，没有考虑回收问题。如何根据产品的干燥特性，采用合适的干燥技术和工艺，是实现农产品规模化、工业化生产的关键及共性技术问题。
2.2.2太阳能干燥设备设计思路
结合各种现有及传统的不同干燥方法的优势，同时综合考虑各种干燥方法的不足，研制了一款太阳能干燥设备。
（1）该太阳能全天候干燥设备，能连续供热、全天候工作、成本低、结构简单且热利用效率高；
（2）最大程度利用太阳能：干燥室采用四面透光设计，采用斜式放置，物料摆放呈梯形，干燥产品可以直接接受太阳光照射，产品可以实现自然日晒及温室大棚干燥一致的特殊日晒风味；
（3）热风干燥系统和太阳能储能系统结合：对传统平板集热板进行改造，使之成为平板蛇形空气通道集热板，空气在集热板进行蛇形流通，该过程对空气进行加热，有效传热面积增大；实现了热风干燥系统和太阳能储能系统的结合，成本低，结构简单。
（4）废热空气的充分利用：将干燥室出口空气直接与鼓风机相连重新经过集热器加热后重新进入干燥室干燥物料，当干燥室中空气湿度达到设定湿度时，自动排气阀门自动打开，对外排除湿空气，同时补充新鲜空气，实现了将干燥室内的废热空气的充分利用；
（5）最大程度利用干燥室空间：干燥室内设有物料框，物料框为层叠设置，节省空间，提高热利用率；
（6）多种干燥方式结合，根据实际情况可以选用不同干燥方式：集热器空气接口可以拆卸，当条件不允许接电情况下，将接口卸下，可以实现自然对流方式与强制对流方式的切换，打开排气烟囱，即可实现太阳能干燥的自然对流干燥。
（7）干燥设备管道及结构架设均尽量减少能耗：干燥室安装较高，空气通道全部采用通风弯管曲线连接；热风从底部进入，顶部装有烟囱，增加气流进出口高度差，提高气流流动的压差；
（8）电能的利用：改干燥箱下部安装有电热丝，具有智能控制的特点，当阴雨天气时，通过电加热丝加热干燥箱中的空气，最终实现连续干燥，满足了南方特有的长时间阴雨天气下对食品原料干燥的要求。
（9）该干燥设备干燥环境卫生清洁：改变了以往太阳日晒农产品干燥环境卫生条件差，卫生安全得不到保证的问题。
2.3太阳能干燥装置物料衡算
2.3.1干燥介质性质
干燥介质指干燥过程中将热量传给物料，同时又将物料中蒸发的水分带走的媒介物质，太阳能干燥装置中的干燥介质一般为湿空气，湿空气包含水蒸气，同时物料干燥过程中内部的水分逐渐转换为水蒸气。
1、湿空气特性
（1）湿空气指干空气和少量水蒸气的混合气体，而干空气指完全不含水蒸气的空气。
（2）湿空气的水蒸气分压与气体常数
根据道尔顿定律，湿空气的总压力p等于干空气分压pa与水蒸气分压pv之和，即
或（2-1）
式中，B为大气压，对于常压干燥，湿空气总压等于大气压力，即p=B。
在一定容积中，当水蒸气含量不变时，蒸汽分压也不变。一般情况下湿空气中的水蒸气分压很小，大约3000-4000Pa，蒸汽处于过热状态，很接近理想气体。故湿空气可当作理想气体来对待，即可用理想气体状态方程来计算相应的状态参数。
pV=RT或pV=nRT
(2-2)
式(2-2)中，左右式分别为适于1kg和nkg理想气体的状态方程。式中p为理想气体的总压力，v和V分别为理想气体的比容(m3/kg)和总体积(m3)，V=mv，T为气体的热力学温度(K)；T=t+273，t为气体的摄氏度(℃)；R为气体常数[J/(kg﹒K)]，它与气体的种类有关，可用式(2-3)计算。
(2-3)
式中，μ为气体相对分子质量，如干空气的相对分子质量为28.97，它的气体常数Ra=287KJ/((kg﹒K)水蒸气相对分子质量μv=18，则Rv=461.90J/(kg﹒K)。
（3）未饱和湿空气
湿空气中的水蒸气分压pv低于湿空气温度t所对应的饱和蒸汽压力ps(t)时，称为未饱和湿空气，这种状态下的湿空气尚有吸收水分的能力，可用作干燥物料的介质。
（4）饱和湿空气
当湿空气中的水蒸气分压等于空气温度t所对应饱和压力（pv=ps）时，称为饱和湿空气。这种状态下的湿空气已不具备吸湿能力，因为饱和湿空气中的蒸汽含量是相应空气温度下的最大值。若超过此极限仍继续向空气中加水分，将有水滴析出。
（5）绝对湿度与湿容量
单位体积湿空气所含的水蒸气质量称为湿空气的绝对湿度（kg/m3）。它数值上等于湿空气中水蒸气的质量浓度，即：
(2-4)
式中，ρv为水蒸气的质量浓度，kg/m3；mv为湿空气中水蒸气的质量，kg；V
为湿空气的容积；Rv为水蒸气的气体常数，J/(kg·K)；T
为湿空气的绝对温度。
饱和湿空气的绝对湿度称为湿容量用ρs
表示。
（6）相对湿度
湿空气中水蒸气的实际含量
pv与同温下的最大可能含量（湿容量）pa的比值，称为湿空气的相对湿度用表示，即：(2-5)
相对湿度的值在
0-1
之间变化，常用百分率表示(%)。
=0
为干空气，
=100
为饱和湿空气。值的大小反映湿空气接近饱和的程度，即吸湿能力的大小，值越小，吸湿能力越强；反之吸湿能力越差。
（7）含湿量
水蒸气对干空气的质量比率称为含湿量，用
d
表示，单位常用
g/kg
DA
(DA
指干空气)。
(2-6)
式中
ma，mv分别为湿空气中的干空气和水蒸气质量。
（8）湿空气的焓
湿空气的焓代表它所携带的能量，它和温度、压力、比容等参数一样，是一个状态参数。焓无绝对值，一般取
0℃时焓值为零。湿空气的焓等于干空气的焓与水蒸气的焓之和。因为湿空气的焓以单位质量干空气为计算单位，故实际上是计算（1+0.001d）kg湿空气的焓值
H。它等于
1kg
干空气的焓与
0.001d
kg
水蒸气的焓之和，即：(2-7)
2
湿物料特性
（1）湿物料中的水分
根据水分出去的难易程度，物料中所含的水分可以分为非结合水与结合水两类。
非结合水也称为自由水，它与物料主要是以机械方式结合，其结合强度较弱，物料中非结合水所产生的蒸汽等于同温度下纯水的饱和蒸汽压，此类水分比较容易除去。
结合水主要包括物理化学结合水和化学结合水，这种水分与物料的结合力强，它产生的蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，使水蒸气扩散的推动力降低，因而比较难以除去。
（2）物料含水率的表示方法
湿基含水率ω是以湿物料重量为基准表示的，即:
(湿基)
(2-8)
式中，ω为湿基含水率，%(湿基)；W
为湿物料中所含水分量，kg；Gc
为湿物料中绝干物料重，kg。干基含水率χ是绝干物料量为基准表示的，即：
(干基)
(2-9)
一般工业生产中常用湿基湿含量表示湿物料的含水率，因为它比较直观，而设计计算中用干基湿含量比较方便。
2.3.2
除湿量的计算
假设干燥前后物料的绝干物料量不变，干燥系统整体干燥时段的除湿量计算值为：(2-10)
式中，——物料干物质重量，kg；——物料初始湿基湿含量，%；——物料目标湿基湿含量，%；L——干燥过程绝干空气消耗量，kg；——预热空气含湿量，g湿分蒸汽/kg
绝干空气；——出口空气含湿量，g
湿分蒸汽/kg
绝干空气；
2.3.3
空气消耗量的计算
干燥过程重量那个一方面热量用于将物料中水分汽化，一方面将汽化的水分带走，因此，根据公式(2-11)可得干燥过程的绝干空气消耗量为：
(2-11)
式中，L——干燥过程绝干空气消耗量，kg；
2.4太阳能干燥装置能量分析
2.4.1
总能量平衡图2-1
干燥系统能量守恒
图
2-1
为干燥系统的能量平衡关系图，根据热力学第一定律，得如下能量平衡关系式：
(2-12)
式中，L——干燥过程绝干空气消耗量，kg；I1——预热湿空气比焓，KJ/kg；I0——入口湿空气比焓，KJ/
kg；I2——出口湿空气比焓，KJ/
kg；——干燥室有效太阳辐射能，KJ；——空气集热器有效太阳辐射能，KJ；——水存储热量，KJ；——干燥系统总耗电能；——物料内能变化，KJ；——干燥系统的热损失，KJ；
2.4.2
物料内能变化和排湿消耗能量
物料内能变化与排湿耗能计算公式为：
(2-13)
其中，
(2-14)
废气回收能量公式为：
(2-15)
式中，——入口湿空气比热，kJ/（kg·K)；——废气回收能量，kJ；
——出口物料比热，kJ（/kg·K)；——物料进口温度，℃；——物料进口温度，℃；
2.4.3
系统热损失
由式(2-12)变换而得：(2-17)
2.4.4
干燥效率与系统总效率
干燥过程中，只有汽化湿分的热量才是真正有效的，把汽化湿分所需热量与在干燥室中热空气的总热量之比值称为干燥效率，即
(2-18)
干燥系统的总效率定义为汽化湿分的热量占干燥器总耗热量的百分数，即
(2-19)
2.5太阳能干燥装置的设计目标及原理
2.5.1设计目标
在食品干燥，特别是果品干燥中行业中，国内主要采用自然日晒干燥和温室干燥两种方式，自然日晒干燥所需时间太长，温室干燥虽可缩短干燥时间，但是同样不能实现连续操作，国外相关太阳能食品干燥设备有自然对流和强制对流型干燥设备，但普遍存在不能实现连续干燥和废气没有回收利用，造成热能的浪费等问题。
国内关于食品干燥设备现有技术中，中国发明专利公开号CN101086423A，一种太阳能干燥设备的附加能源干燥装置，公开了一种利用太阳能进行干燥的设备，其技术方案为：在板式集热器风管下端安装一个有弯曲风管和电加热器组成的电加热段，在集热器热风干燥系统的储热水罐下方增设数个可分别使用煤或燃油或燃气或农作物秸秆的燃烧加热器。该装置可以实现阴天干燥作业，可使太阳能干燥设备实现全天候连续干燥作业。技术方案需设置两种集热器，板式集热器和集热器，成本较高，结构复杂；另外没有考虑到废热回收的功能；在结构上，使得干燥室的体积受到集热器高度的限制，不利于干燥室空间的增加。
2.5.2太阳能干燥设备工作原理
设计装置为一种太阳能连续供热式干燥设备，能连续供热、成本低、结构简单且热利用效率高。
干燥设备控制单元原理
白天干燥过程中，风从集热器底部经加热后进入干燥室干燥，排出的热风经鼓风机重新进风，当干燥室内温度过高时，自动控制阀将打开；夜间当温度感应器感应干燥室内部温度过低，由控制阀中断集热器进风口，空气由干燥箱底部电热丝加热进入干燥室，之后类似于白天干燥过程；白天重新开始时，控制单元驱动控制阀关闭风管进风口，打开集热器进风口，又开始集热板热风干燥过程，周而复始，实现连续干燥操作；
气候条件不佳时，可利用干燥箱底部的电热丝加热空气，实现热风干燥过程。
2.6整体式干燥箱设计
2.6.1整体式干燥箱的结构
如图2-2所示，该装置由太阳能空气集热器、干燥箱、温度控制器、风机和底盘组成。太阳能空气集热器有顶置和侧置两种类型，分别用合页固定在干燥箱的顶部和侧面，不进行干燥作业时，分别平放在干燥箱的项上和垂直挂在干燥箱的侧面，进行干燥作业时，可用支撑杆撑起，使集热器的仰角随太阳高度的变化而变化。装置的底盘安装有万向轮，集热器可跟随太阳转动，使集热器方位角可随太阳方位角的变化而变化，最大限度地接收太阳辐射。顶置集热器循环加热干燥箱内的空气，从干燥箱内吸入空气，加热后再把空气送回干燥箱，实现干燥余热的重复利用，提高太阳能的利用率。侧面的集热器从环境中吸入新鲜空气，加热后送入干燥箱内与顶置集热器送入的热空气混合，进行干燥作业，最后部分空气从干燥箱出风口排入大气中，同时排出水蒸气。干燥箱的进风口和出风口做成喇叭形，使热空气在干燥箱内均匀分布，保证物料的干燥速度均匀一致；在干燥箱的进风口处还安装电热棒，用以补充太阳辐射量不足时所需热量，保证干燥连续进行。
把干燥箱一侧的彩钢板制作成一扇门，用合页固定在干燥箱上，打开时向上掀起，在干燥箱的门框上粘贴密封胶条，减少热空气的泄漏。门打开后，干燥箱容积都可以得到充分利用，相邻两排干燥盘共用一个竖向支架，减少支架占的箱内有效容积，总共3排干燥架，每排5个干燥盘。
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
11.底座；2.风机；3.干燥箱；4.侧面集热器；5.顶部集热器；6.排气烟窗；7.箱门；8.干燥盘架；9.干燥盘；10.电热丝；11.喇叭形进风口
图2-2整体式干燥箱
2.6.2集热器高度角转动示意图
太阳能干燥主要在6月至11月进行。进行干燥作业时，箱项集热器与侧面集热器在一个平面上，太阳能高度改变后，两个集热器同时调整角度，保证最大面积接受太阳能辐射，集热器高度角的调整如图2-3所示。
3
干燥箱
1
21.冬至日集热器高度角；2.夏至日集热器高度角；3、撑杆
图2-3集热器高度角转动示意图
集热器高度角的调整方式：由上文对干燥机的介绍可知，干燥机在工作时侧集热器与顶集热器用锁扣锁住连成一体，当太阳角度发生变化时，将集热器绕与干燥箱相连的铰链转动直至合适角度，然后用撑杆将集热器固定在干燥箱上，完成高角度调整过程。
2.6.3集热器方位角转动示意图1.干燥箱朝向太阳的一侧；2.干燥箱
图2-4
集热器的方位角转动示意图（夏至日的最大转角）
(a)日落时集热器的方位角(b)正午时集热器方位角(c)日出时集热器方位角
集热器与干燥箱集成在一起，转动整个干燥箱就可以调整集热器的方位角。夏至日出时间大概为6时22分（北京时间），方位角-123°27"，日落时间为19时38分，方位角-123°27"，经试验测试，即使在夏至前后一段时间内，上午8时后太阳辐射量才能达到试验要求，下午19时后太阳辐射不能满足试验要求，因此干燥箱上午的最大方位角为-110°，下午最大方位角为-110°，如图2-4所示。
2.6.4转向结构
转向结构的骨架由50mm×50mm的角钢焊接而成，后面有两个定向轮，只能前后转动，前面有两个万向轮，可拖动干燥设备前进、后退或转动，骨架的前端用来固定风机。如图2-5所示。
定向轮
万向轮
角钢图2-5
干燥箱的转向结构
2.6.5太阳能集热器的设计
1、材料结构与特点
太阳能集热器是太阳能干燥装置的主要部件，由集热板、PC阳光板、保温层、外壳构成。太阳辐射能转换成热能主要在集热板上进行，干燥设备的集热板属于平板型集热板。
6
5
4
1
3
21.保温层；2.平板形集热单元；3.PC阳光板；4.外壳；5.蛇形热风通道；导风板
图2-6
平板集热器的内部结构图
导风板3
图2-7
导风板结构示意图
空气沿着集热器进风口、蛇形热风通道、集热器出风口、干燥室进风接口流动，并且在蛇形热风通道中被加热。图2-8
集热器的整体三维图
2、集热器工作效率的计算
集热器工作效率计算公式为：
(2-20)
令=C，=D可得
(2-21)
式中，F"——集热器效率因子，0.9≤F"≤1.0；(τα)——集热器的透过吸收积；UL——热损系数，W/m2·K；Iθ——太阳辐射强度，W/m2；Tf——集热器内空气平均温度，℃；Ta——环境平均温度，℃。
3、集热器中有效太阳辐射能的计算
空气集热器中的有效太阳辐射能计算公式为：
（2-22）
式中，L——干燥过程绝干空气消耗量，kg；I1——预热湿空气比焓，KJ/kg；I0——入口湿空气比焓，KJ/kg；
水储存热量公式为：
（2-23）
式中，QW——水存储热量，KJ；
2.6.6干燥室设计
1、材料结构与特点
干燥室采用保温材料制作，四面(顶面、正面及两侧面)透光设计，拥有四层物料层，最大限度地利用太阳辐射能，升温快；另外，顶层物料可以直接吸收太阳辐射能，改变了一般干燥过程中顶层物料处于低温、高湿干燥的状况。
在干燥过程中，热风由干燥室底部鼓入，使得物料受热更为均匀。考虑到物料大部分时间处于降速干燥阶段，温湿度变化不大，干燥室中的物料是薄铺、多层摆放，干燥室采用斜式放置，物料摆放呈梯形，可使各层物料都能够最大限度利用太阳能。
根据整体干燥系统设计，空气通道全部采用通风弯管曲线连接，系统阻力损失降到最低。图2-9
干燥室三维图
中间物料盘设置温湿度空气仪，当干燥室内空气温度超过要求温度时，通过增大风量，或者停止通过集热器。
在出风口和进风口都设置温湿度探头，用于数据采集。
2、干燥室中有效太阳辐射能的计算
进行温室干燥时，用于物料的汽化排湿和升高温度的太阳辐射能为干燥室的有效太阳辐射能。对于空气系统来说的计算公式为：(2-24)
式中，——干燥室提供能量，KJ；——温室干燥排湿量，kg；——温室物料进口温度，℃；——温室物料出口温度，℃；——物料干物质重量，kg；——温室物料出口比热，kJ/(kg·K)。
3、干燥室工作效率的计算
干燥室的工作效率可表示为以下形式：
(2-25)
式中，——干燥室工作效率，%；——干燥室面积，m2；t——温室干燥时间。
2.6.7小型太阳能干燥设备参数及材料选定
1、系统干燥效率
干燥空气在干燥室干燥过程中，有效热量为汽化物料湿分的热量，干燥系统的总效率定义为汽化物料湿分的热量占干燥器总热量的百分数，即
（2-26）
2、系统部件材料规格
表2-1
干燥设备部件材料及规格部件
材料
规格说明
太阳能集热器
平板集热板
铜、铝集热器盖板
PC阳光板保温层
保温棉外壳
不锈钢干燥箱
底板
双层
PC
板侧板
双层
PC
板前板
双层
PC
板入料门
双层
PC
板顶盖
双层
PC
板物料盘
不锈钢干燥室支架
不锈钢方管箱体
不锈钢鼓风机
8m3/min，2800
转电机
连接管道
直径
80mm，软管
2.7控制系统
各种果蔬的组织结构!含水量!营养成分等条件不同,导致其自身物性不同,从而在其进行烘干过程中也表现出不同的干燥性质,果蔬的烘干过程中受到风温、空气湿度、风速等因素影响,产品品质也会有所不同。例如,葡萄干的烘干过程中不能超过其上限温度,并且阳光不能直射,否则就会发生褐变现象;豆角的烘干过程中,若受到阳光照射,则会引起退色;而含水量较大的果蔬产品,在烘干初期,若温度过高,会造成物料表面迅速脱水,而内部水分还未排出的现象,这种现象容易引起物料的干裂,影响产品品质,降低干燥速度。
因此,要生产出质量好,成本低的产品,必须有合理的适用性广的控制系统,以调节设备的温度、湿度、流量及部件运行时间。
2.7.1温度控制
太阳能烘干设备的热源来自于太阳能,把太阳能转化为空气的热能,再对物料进行烘干。但是太阳能并不稳定,不同季节、不同月份、甚至同一天的不同时间,太阳能的辐射量都是不同的,太阳能烘干设备能够获得的热能也是不同的。以同一天的不同时刻的太阳辐射为例,早晨,太阳刚刚升起,由于其辐射强度以及辐射角度的原因,太阳能集热系统能够采集的热量较小,环境空气的起始温度也较低,如果此时经过集热系统的空气流量较大,则难以大幅度提高冷空气的温度,不能满足物料烘干的温度要求,这时就要采取措施,降低空气流速,提升一其温度。但是正午时分太阳能辐射量很大,太阳能集热系统能够采集的热量大大增加,流经太阳能集热系统的空气会被提高到偏高的温度,如若被烘干物料对烘干温度有特殊要求,不能超过某一温度,则此时就应当采取相应的措施来降低烘干气体的温度
。简言之,在太阳能烘干机进行烘干时,应该在一定范围内控制其温度。
2.7.2流量控制
空气流速对干燥过程也有重要影响。在吸收太阳能辐射量相同的条件下,流速越高,流量越大,温度越高;流速越低,流量越小,温度一也越低。所以,针对不同物料的干燥,干燥流量、温度在吸收太阳能辐射不同的情况下,应当得到相应的控制,保证物料的加工在适宜的条件下,以保证干燥效果和产品的品质。
对流量的控制主要通过控制风机来实现。
2.7.3时间控制
控制系统要满足手动控制和自动控制的切换功能,自动控制即无人值守的情况下,设备能够正常运转,并且满足物料需要的温度、流量等要求。
太阳能果蔬干燥设备由于太阳能的局限性,夜晚停止能量供应,但物料仍在干燥箱内,如果物料的水分还在不断蒸发,蒸发到空气中的水分在温度低时又聚结成水,这又增加了第二天所需热量,因此在夜晚定时对干燥箱内进行通风排湿。
2.8本章小结
设计开发了一套小型全天候太阳能干燥设备，并对该设备进行物料衡算和能量衡算研究太阳能干燥设备中的与传统的自然日晒干燥、烘箱热风干燥以及现有干燥设备相比的优势。
（1）该太阳能全天候干燥设备，能连续供热、全天候工作、成本低、结构简单且热利用效率高；
（2）最大程度利用太阳能：干燥室采用四面透光设计，采用斜式放置，物料摆放呈梯形，干燥产品可以直接接受太阳光照射，产品可以实现自然日晒及温室大棚干燥一致的特殊日晒风味；
（3）废热空气的充分利用：将干燥室出口空气直接与鼓风机相连重新经过集热器加热后重新进入干燥室干燥物料，当干燥室中空气湿度达到设定湿度时，自动排气阀门自动打开，对外排除湿空气，同时补充新鲜空气，实现了将干燥室内的废热空气的充分利用；
（4）最大程度利用干燥室空间：干燥室内设有物料框，物料框为层叠设置，节省空间，提高热利用率；
（5）多种干燥方式结合，根据实际情况可以选用不同干燥方式：集热器空气接口可以拆卸，当条件不允许接电情况下，将接口卸下，可以实现自然对流方式与强制对流方式的切换，打开排气烟囱，即可实现太阳能干燥的自然对流干燥。
（6）干燥设备管道及结构架设均尽量减少能耗：干燥室安装较高，空气通道全部采用通风弯管曲线连接；热风从底部进入，顶部装有烟囱，增加气流进出口高度差，提高气流流动的压差；
（7）电能的利用：改干燥设备中设有温湿度感应器、电热丝，具有智能控制的特点，当阴雨天气时，通过电加热丝加热空气，最终实现连续干燥，满足了南方特有的长时间阴雨天气下对食品原料干燥的要求。
（8）该干燥设备干燥环境卫生清洁：改变了以往太阳日晒农产品干燥环境卫生条件差，卫生安全得不到保证的问题。
第三章
结论和展望
设计开发了结合各种现有及传统的不同干燥方法的优势，同时综合考虑各种干燥方法的不足，研制了一款太阳能干燥设备。
（1）该太阳能全天候干燥设备，能连续供热、全天候工作、成本低、结构简单且热利用效率高；
最大程度利用太阳能：干燥室采用四面透光设计，采用斜式放置，物料摆放呈梯形，干燥产品可以直接接受太阳光照射，产品可以实现自然日晒及温室大棚干燥一致的特殊日晒风味；
废热空气的充分利用：将干燥室出口空气直接与鼓风机相连重新经过集热器加热后重新进入干燥室干燥物料，当干燥室中空气湿度达到设定湿度时，自动排气阀门自动打开，对外排除湿空气，同时补充新鲜空气，实现了将干燥室内的废热空气的充分利用；
最大程度利用干燥室空间：干燥室内设有物料框，物料框为层叠设置，节省空间，提高热利用率；
多种干燥方式结合，根据实际情况可以选用不同干燥方式：集热器空气接口可以拆卸，当条件不允许接电情况下，将接口卸下，可以实现自然对流方式与强制对流方式的切换，打开排气烟囱，即可实现太阳能干燥的自然对流干燥。
干燥设备管道及结构架设均尽量减少能耗：干燥室安装较高，空气通道全部采用通风弯管曲线连接；热风从底部进入，顶部装有烟囱，增加气流进出口高度差，提高气流流动的压差；
电能的利用：改干燥设备保温水箱中设有温湿度感应器、电热丝，具有智能控制的特点，当阴雨天气时，通过电加热丝加热保温水箱中的水，最终实现连续干燥，满足了南方特有的长时间阴雨天气下对食品原料干燥的要求。
该干燥设备干燥环境卫生清洁：改变了以往太阳日晒农产品干燥环境卫生条件差，卫生安全得不到保证的问题。
（2）试验中采用的自主研制太阳能干燥设备，空气对流方式有自然对流和强制对流方式，研究了样品的干燥特性，在达到干燥要求的情况下，自然对流干燥时间需14h，强制对流干燥所需时间为12h，远远低于传统日晒干燥（50h），自然对流干燥整个干燥过程样品的平均Deff值为1.39×10-6m2/s，强制对流干燥过程中样品的平均Deff值为1.26×10-6m2/s，两种干燥方式干燥的水分扩散能力都比较均匀。
（3）干燥设备自然对流干燥和强制对流干燥两种干燥方式下，以干湿梅作为试验样品，研究样品的理化品质及感官特性，试验结果表明，随着湿基湿含量的降低，处于不同层的梅子成品时的总糖、总酸和盐含量均有不同程度的增加，在样品色泽方面，非酶褐变使各层样品的L*值和a值上升，但对于b值而言，果皮果肉在干燥过程中趋势相反（果皮b值下降，果肉b值上升），达到出厂产品品质要求。通过对干燥设备不同干燥方式不同物料层，样品理化及感官特性的研究，试验结果表明，自然对流方式通过适当的调整物料层的位置，对于样品的品质会有一定程度的提高，而强制对流方式由于干燥相对比较稳定，不需要通过调整物料层的位置来提高样品的品质。
（4）太阳能干燥设备不同干燥方式下的应用研究表明，相对于自然日晒干燥、温室、烘箱干燥等传统干燥方式，太阳能干燥设备存在明显优势，干燥时间明显缩短，最多可以缩短76%，设备干燥总效率为63.4%，干燥过程环保节能；干燥环境高温低湿，产品品质、干燥效率和生产成本均有不同程度的提高，可以满足包括梅子等热敏性物料在内的多种农产品的干燥要求。
（5）样品干燥至目标水分含量时，自然日晒大约需要50h，温室干燥约为30h，烘箱热风干燥需要12h，自制太阳能干燥设备自然对流方式及强制对流干燥方式耗时分别为14h和12h。强制对流、烘箱干燥、自然对流、温室干燥与自然日晒干燥在12h内湿含量分别降至58.08%、57.08%、60.21%、64.32%、69.22%。在干燥到相同的湿基湿含量（最终产品）的时候，五种干燥方式干燥产品水分活度均到达储藏要求，产品品质均达到了产品出厂的要求，
综合而言，太阳能干燥设备干燥效果最佳。
创新点：
（1）该设备可实现全天候干燥；
（2）该设备可实现干燥室空气循环利用，将干燥室的热空气充分利用；
（3）该设备可实现不同干燥方式的自由切换：强制对流、自然对流、温室；
（4）装置架构减少能耗：干燥室安装较高，空气通道全部采用通风弯管曲线连接；热风从底部进入，顶部装有小段烟囱，增加气流进出口高度差，提高气流流动的压差；
（5）最大程度利用太阳能：干燥室采用四面透光设计，采用斜式放置，物料摆放呈梯形，集热器真空管在适当时候走水储能用于夜间干燥；
（6）该设备设有温湿度感应器、电热丝，具有智能控制的特点，满足了南方特有的长时间阴雨天气下对果品等食品干燥的要求。
展望：
太阳能干燥属于一种节能干燥技术,但其本身受气候条件的制约,如果能够与其他形式的能源相结合使用会有更佳的效果，储存太阳能备用是最佳的选择,因而建议在太阳能资源比较丰富的地区使用。国内对于太阳能的研究相对于国外来说较少，但是与国外的研究趋势是一样的,都是向节能方向发展,如和其他形式的辅助设备一起使用,延长干燥设备的使用时间,还有就是智能化方面的研究。
总体而言,国内太阳能干燥在食品领域的应用还处于起步阶段,有许多需要完善的地方,实用性、自动化和工业化是主要的发展方向。目前需要研制适用于太阳能干燥装置的重点和难点在于干燥过程中热能的充分利用。现在大部分的干燥装置很多都没有对废热空气进行回收利用,造成热量的大量浪费,我们应该朝这个方向研究。此外,还有干燥过程中温度、湿度、风速等条件的监控,以及电动风门、电动阀、风机等也可以直接与计算机连接,直接控制,以适应现代化干燥作业的需要。太阳能干燥器的经济效益是明显的,应该说在中国市场的潜力是巨大的。
本论文设计的小型太阳能全天侯干燥设备在废热空气回收以及储能连续干燥有一定的优势，通过可拆卸式可分别研究温室、自然对流和强制对流等干燥方式与传统热风干燥与自然日晒干燥的差异，试验为小型太阳能全天侯干燥设备对工厂的加工生产中的实际应用提供理论依据，在实际应用上可以利用更多种类的热敏性物料做相关试验，增加设备实际应用范围。致
谢
在这次毕业设计中，我有很多收获，首先把我几年来所学的知识做了一次系统的复习，更深一步了解了所学的知识，培养了我综合运用所学知识，独立分析问题和解决问题的能力，也使我学会怎样更好的利用图书馆，网络查找资料和运用资料，还使我学会如何与同学共同讨论问题。这对我以后的工作有很大的帮助,今后我会在工作中不断的学习,努力的提高自己的水平。经过本次设计，我切实体会到作为一个优秀的设计人员的艰难性。在设计过程中，我经常遇到各种各样的问题，有的是知识方面的不足导致的，有的是设计经验方面不足导致的。这些问题有时使得我束手无措，不过在指导老师帮助和自己的努力下，终于使得我顺利完成了设计。
虽然我的设计存在很多不足的地方，但在这两个多月的时间里，我学到了很多有用的知识，也积累了一定的设计经验，这些对于我即将要走向社会工作岗位，将起到很关键的作用。
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