太阳能果蔬干燥设备研究绪论

 
 
 
一、能源危机下的太阳能优势
煤炭和石油是一种不可再生的化石能源，由于大规模的利用，资源同趋枯竭，生态环境污染严重。过去100多年内，世界对传统石化能源的消费迅速增长，尤其是对石油的年消费量从1900年到2000年间达到了从0到35亿。
2009年“月10日国际能源署lEA预测分析2007年到2030年。全球一次能源需求量从120亿t油当量增长到168亿吨油当量——总体增幅达40％。太阳能与风能、生物质能并称世界三大可再生洁净能源。太阳能是一种数量巨大、用之不竭、没有污染的自然能源。在今天面对能源紧缺、环境污染之际，世界各国重新认识到太阳能是2l世纪最重要的新能源。太阳能作为一种环保能源，光热产业投入产出比，具有高可靠、长寿命、零排放的优点。我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿t标准煤。我国地处北半球，南北距离和东西距离都在5000km以上。在我国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4kwh以上，西藏日辐射量达每平米7kwh。年日照时数大于2000h。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。太阳能是是我国西部得天独厚的优势资源，非常适合太阳能应用，应利用先进技术，加快在这方面的研究开发力度，将资源优势转化为产业优势。
 
 





 
 
 
二、太阳能用于果蔬加工的意义
我国水果年产量已达1．5亿t(含果用瓜)，蔬菜产量5．5亿t。蔬菜的面积和产量分别占到世界总量的41．7％和47．7％；果树面积占世界的20．2％，产量占14．5％。预计到2010年，我国水果和蔬菜总产量将分别达到l亿t和6亿t。果蔬含水量高，保鲜期短，极易腐烂变质。在发达国家，农产品的产后损失率只在1．7％～5．0％；但在我国，果蔬损失率达20％～30％，损失总价值近800亿元，粮食平均损失也有14．8％。统计数字显示，如果我国的果蔬损耗降低3％至5％，每年可减少果品损耗200万t。如降低损耗15％，果蔬产值可增加120亿元。农产品加工可解决我国果蔬的销售难题。果蔬干燥是特色果蔬加工的效方法之一，既可以解决果蔬储藏问题，又可解决长距离运输问题。同时，在我国部分果蔬资源丰富地区太阳能资源也很丰富，太阳能我低温利用技术十分适用于干燥果蔬等农副产品。因此，利用太阳能干燥果蔬具有巨大的开发潜力和发展前景。
 


 





 
 
 
三、国内研究现状
我国拥有丰富的果蔬资源，各种脱水果蔬销往海外。近年来，我国的果蔬加工业取得了巨大的成就，果蔬加工业在我国农产品贸易中占据了重要地位。目前，我国的果蔬加工业已具备了一定的技术水平和较大的生产规模。脱水果蔬是利用先进的加工技术，使原料中的水分，快速减少至13％或更低。但是，国内的脱水果蔬企业多属中小型企业，大部分都是利用煤炭、电力能源进行生产，耗费能源，污染环境，生产成本高。利用太阳能烘干果蔬的研究在我国有很多，但都在科研试验水平，尚未实现工业化生产。太阳能干燥设备主要有三种类型：温室型，集热器型和温室．集热器型。
付立思等研制的热能辅助性太阳能箱式干燥器属于温室型。采用燃煤热风炉提供辅助热能(付立思，2005)。以香菇为对象做的验证试验，前5h物料直接置于阳光下照晒，后期结合热风炉循环供热，结果表明其干燥效果好。温室型太阳能干燥机缺点在于对于光敏物料不适用。张璧光采用平板式集热器型干燥器以太阳能与热泵联合干燥木材(张璧光，2007)。结果认为这种方法是比较理想的组合干燥方式，太阳能与热泵联合干燥节能高效，其节能率可达70％左右。集热器采用北京市太阳能研究所研制的PKl570系列，拼装式平板空气集热器。高林朝研制的太阳墙阳墙集热器干燥装置，如图1．1所示(高林朝，2006)。太阳能和辅助热源蒸汽燃煤锅炉互补供能，用于干燥红枣。集热装置为加拿大康索公司研制的一种被称为太阳强的无盖板多孔吸热体组成空气集热器。两组多通道并联。
 
 
 




 
 
 
 
马洪江等研制的混联式太阳能果蔬烘干机，如图1．2混联式烘干机结构简图所示属于平板集热器型干燥机(马洪江，2009)。在集热器排列上采用独有的并联加串联方式，有效地解决太阳能集热温升小的问题。温升可达30℃以上。
沈卫强研制的GTG．6型果品太阳能干燥器，结构简图如图1．3所示，此机型为温室．集热器型。强制式通风可提供较高的风速和较大的风量(沈卫强，2009)。空气集热器，保温层为彩钢夹心板，吸热结构为V型吸热板芯，上部加有透明盖板。通过对杏等果品的干燥试验，此干燥器干燥周期比晾架自然干燥一般缩短38．5％，优等品率为95％，是普通干燥的3倍。但是由于太阳能干燥很容易受天气影响，依赖性强，不确定性大。
陈建平研制的智能化太阳能农副产品干燥系统，采用玻璃真空集热管收集太阳能，并转化为热能传递到水中，干燥机为温室．集热器型(陈建平，2009)。采用2mm不锈钢板构造烘干箱，50mm保温层(泡沫，保温棉)同时水也可以保温。盖板使用玻璃——排水保温透光。同时必要时可配备辅助加热红外电加热管。利用这一干燥系统对霸王花进行了干燥实验，实验结果表明，该干燥系统运行经济可靠且具有较好的农副产品干燥效果。但是一次干燥量有限，且排湿速度较慢。
 
 



 
 
 
四、国外研究现状
M．Condori等研制的一种隧道式太阳能温室干燥器，主要结构为两部分，一时空气集热室，二是烘干室，如图1．4所示，空气集热室中的空气经太阳辐射后升温，再由风机输送到烘干室，通过对红辣椒的干燥试验显示，此方法比单室集热烘干的生产效率提高了160％(M．Condorieta1．，2003)。
S．Janjai等用于干燥药材和调料研制的屋顶集成干燥器，如图1．5所示，防雨，防虫，产品高品质。集热面积大，但占地面积大，安装难度大，集热板的连接困难(M．Condori et a1．．2005)。
 



 
 
Hossain MA研制的一种隧道式太阳能干燥机，如图1．6所示(HossainM A，2007)。运用此设备干燥辣椒比传统干燥具有更高的干燥速度、色泽品质和辣昧级别。此设备的创新之处于，以太阳能电池供应风机运转，实现了完全太阳能化，节能环保，但是对太阳的依赖性强，且造价较高。V．Shanmugam研制的对流．除湿集成太阳能干燥机，如图1．7所示，集热方式为平板集热(V．Shanmugam，2006)。优点在于太阳能供应充足时，采用传统的太阳能热风干燥，而使用太阳能受限时，则可以使用除湿层来吸收干燥室内空气的水分，加快干燥速度，提高烘干效率。
 
 

 
 
 
 



 
 
P．N．Sarsavadia研制的热风干燥机，如图1．8所示，集热方式为平板集热(P．N．Sarsavadia，2007)。其特点是将有余温的尾气循环利用，并且设置了电加热辅助干燥，更加节能，对洋葱片的试验表明，在不开启电加热的情况下，开启尾气循环进行烘干时能够节能70．7％以上。但此干燥机尚在研究阶段，成本高且装载空间小。
 
 



 
 
国外对太阳能干燥设备的研究，主要是对平板式集热器干燥机进行优化，并且在对余热利用和辅助干燥方式深入探索，以提高太阳能资源的利用率。由于余热存在于湿度较大的排出气体中，所以对尾气的排湿循环利用是一项待解决的技术难点。http://www.zhenghang88.cn