基本介紹
- 中文名：太陽能幹燥機
- 外文名：Solar dryer
- 優點：乾淨衛生、取之不盡
- 缺點：熱值低
- 套用：糧食、果品等
- 分類：自然對流型、強迫對流型
儀器分類,自然對流型,強迫對流型,組成結構,優缺點對比,優點,缺點,實際套用,日常管理內容,前景與建議,套用前景,建議,
儀器分類
太陽能幹燥機結構的設計可有多種選擇。根據乾燥機內氣流的流動方式，可將太陽能幹燥機分為自然對流型和強迫對流型兩種。
自然對流型
自然對流型太陽能幹燥機中無附加風機，氣流靠溫差的作用在於燥室內流動。根據結構的不同，主要有箱式、棚式、溫室式、盤架式和煙囪式幾種。
強迫對流型
強迫對流型太陽能幹燥機靠溫差和氣流出口和進口的高度差作為氣流流動動力的自然對流型太陽能幹燥機受到多方面的制約。特別是當料層較厚、顆粒細、孔隙度小時，’氣流阻力大，僅靠自然對流不能滿足對氣流速度的要求。一些改進型的太陽能幹燥機，氣流需通過附加的裝置如蓄熱器、空氣集熱器及管道等，沒有附加動力，氣流是不能實現有效流動的。此外，自然對流型太陽能幹燥機的排氣溫度較高，熱利用率低。應利用風機來實現廢熱利用。
根據常規能源使用情況可將強迫對流型太陽能幹燥機分為普通強迫對流型、蓄熱型和帶常規能源的太陽能幹燥機。
(1)普通強迫對流型太陽能幹燥器
該類型乾燥器不需其他能源加熱空氣，空氣的加熱只靠太陽能集熱器，由電機驅動風扇保證乾燥機內氣流的流動。普通強迫對流型太陽能幹燥機主要有溫室型、集熱器型和溫室—集熱器型3種類型。
(2)蓄熱型太陽能幹燥機
在太陽能幹燥機中加蓄熱器的目的主要是為了延長於燥時間。太陽輻射強時，貯存部分能量，控制熱空氣溫度，避免過度乾燥。太陽輻射弱或無太陽輻射時，提取貯存的熱量進行乾燥作業。使用附加蓄熱裝置的不足之處是增加了投資和操作費用，在使用蓄熱於燥之前應作技術經濟分析。
作為蓄熱體的物質可以是天然的，也可以是人造的。水、石塊等多用在農作物的乾燥上，比合成材料便宜。而鹽水、石蠟、矽膠、分子篩等多用於潛熱蓄熱和化學蓄熱。
(3)附帶常規能源的太陽能幹燥機
由於夜晚和陰雨天無陽光可用，太陽能幹燥是間歇過程。雖然可在乾燥系統中加蓄熱裝置，但所蓄的熱量也是有限的。又因為太陽能的分散性，太陽能空氣集熱器加熱的熱空氣溫度較低。因此，對於一些需要連續乾燥或在較高溫度下乾燥的物料，需加輔助能源。
增加常規能源加熱方式
在乾燥系統中增加常規能源加熱有兩種方式：一種方式為有陽光時利用太陽輻射加熱空氣，增加的常規能源只在夜晚或陰雨天使用，常規能源只是對太陽輻射加熱的輔助；另一種方式是太陽能集熱器只作為預熱器，主要能源為常規能源。在這種情況下，太陽能只作為輔助熱源。
組成結構
太陽能空氣集熱器是太陽能幹燥機的主要部件，一般由吸熱體、蓋板、保溫層和外殼構成。太陽輻射能轉換為熱能主要在吸熱體上進行，吸熱體由對太陽輻射高吸收率的材料製成或覆蓋高吸收性能的材料。吸熱體首先吸收太陽輻射，將輻射能轉換成自身的熱能。自身溫度升高。當室外空氣流經吸熱體時，通過對流換熱，加熱冷空氣。儀有很少部分吸熱體上的能量通過輻射換熱的方式進人空氣中。
比較簡單的太陽能幹燥機(如箱式、棚式)帶透明頂板和塗黑內層的密閉空間就是一個簡單的太陽能空氣集熱器。比較典型的太陽能空氣集熱器是平板型空氣集熱器。
優缺點對比
優點
太陽能幹燥機在使用上的優點和不足主要是由太陽輻射的特殊性決定的。與利用其他能源的乾燥方法相比，太陽能幹燥有下列優點：
(1)乾淨衛生，對物料和環境沒有污染；
(2)太陽能取之不盡，不存在能源枯竭間題；
(3)太陽能處處都有，不需開採和運輸；
(4)乾燥過程中其他能源消耗低，操作費用低。
缺點
(1)分散性大，熱值低。
太陽常數為1353 W/㎡，在天氣較為晴朗的情況下，中午垂直投射於1㎡面積上的太陽能最多在1 kW左右，陰雨天更低。如果幹燥機的生產量大，那么就需要較大面積的集熱器，占地面積大，設備投資費用高。
(2)溫升小，乾燥速度低。
完全依靠太陽能，乾燥介質(熱空氣)的溫升低，僅能使空氣的溫度上升至40~70℃所以，一般情況下，太陽能只能用於低溫乾燥。
(3)間歇性和不穩定性。
太陽的輻射強度受緯度、季節、天氣及時間的影響大。低緯度地區太陽輻射強度高，高緯度地區太陽輻射強度低。冬季及陰雨季節太陽輻射強度很弱，無太大利用價值。一天中不同時間，太陽能輻射強度不斷變化，由此造成‘了乾燥介質溫度不穩定，給乾燥過程的控制帶來了不少困難。
(4)乾燥效率低。
太陽能空氣集熱器的熱效率一般在60%~80%之間，乾燥裝置系統效率為20%~40 %。
實際套用
太陽能幹燥機多用於農副產品，工業品採用較少。
(1)糧食乾燥
可移動式太陽能幹燥機
可移動式太陽能幹燥機採用太陽能幹燥機乾燥玉米、稻穀、小麥、花生、咖啡等物料除節約能源外，並能有效地提高被乾燥物料的品質。特別是稻穀，在高溫乾燥時會產生很高的應力裂紋率，嚴重影響出米率和整米率，使品質和口感變差。日本最近研製出了一種新的稻穀乾燥方法，即是完全採用太陽能溫室進行稻穀的於燥，乾後稻米品質優良，稱之為太陽米。
(2)果品的乾燥
太陽能果品乾燥在我國運用較成功。乾燥裝置每次可裝水果1.4~1.75t，溫室氣溫可達50~70℃ ， 6天左右即可得到乾果。用於荔枝、龍眼等肉質水果的乾燥效果好，降低了乾燥時間和勞動強度。此外採用太陽能幹燥房乾燥青絲、紅絲、杏脯、蘋果脯、蜜棗和梨脯也取得了成功。
枸杞乾燥室
枸杞乾燥室與燒煤乾燥相比，太陽能幹燥房內的溫度比較均勻，果脯無焦糊現象，且在太陽直接照下，果脯色澤鮮亮，質量較優。澳大利亞利用網袋懸掛葡萄，在屋頂下直接吸收太陽輻射能而乾燥。無日光照射時，屋內溫度較外界溫度高2~6℃，而有日光照射時，屋內溫度.較外界溫度高8℃。但是，在乾燥這些高水分物料時，由於乾燥速度低，需注意乾燥過程的霉變。
(3)葉類作物的乾燥
蔬菜、菸葉等葉類作物採用太陽能幹燥可以取得較好的經濟效益。一方面這類作物含水量高（>40%），乾燥時耗能大；另一方面這些產品的風味相當重要，不宜採用高溫快速乾燥。尤其是菸葉品質及價值實際上是由風味決定的，而它的風味與乾燥的溫度、濕度及時間有關。太陽能幹燥機能滿足菸葉乾燥的需要。
(4)木材幹燥
木材的物理特性決定了木材的乾燥需採用慢速乾燥。常用的蒸汽乾燥設備投資大，耗能多，運行成本高。利用太陽能幹燥設備乾燥木材，既能減少投資，又能節約能源。澳大利亞的木材太陽能幹燥機附加了岩石儲熱裝置，保證了木材的連續乾燥。當木材從初始含水量29%乾燥到最終含水率16%時，太陽能幹燥僅需3天，而蒸汽乾燥需4.45天。
澳大利亞小型木材幹燥室
澳大利亞小型木材幹燥室此外，太陽能幹燥還可套用於棉花、中藥材、陶瓷等物料。用來乾燥水稻.、棉花和小麥的種子時，發芽能力與熱風乾燥相比可提高10%~15%。
日常管理內容
太陽能幹燥機作業的管理主要包括兩方面內容，首先是管理計畫的制定。制定計畫時，待乾物料的特性、乾燥工藝、太陽能幹燥機結構和性能、當地的天氣條件等都應該進行綜合考慮；其次是管理計畫的執行。
乾燥過程中的管理主要有以下幾個方面：
(1)待乾物料的檢驗；
(2)簡單的太陽能幹燥機(如棚式、箱式)乾燥過程中的翻料；
(3)氣流速度的調節；
(4)循環空氣量的調節；
(5)緩蘇乾燥過程的調節(包括緩蘇開始時間和時間間隔)；
(6)夜間和陰雨天氣時，太陽能幹燥機與環境的分離；
(7)捕助乾燥能源切換；
(8)多室太陽能幹燥機中各室氣流量分配及室內氣流均勻性:
(9)複雜和多功能太陽能幹燥機操作方式的確定。保證乾燥室、蓄熱裝置和其他耗能設施的能量的適當分配；
(10)蓄熱型太陽能幹燥機的蓄熱操作；
(11)乾燥過程中不同階段乾燥機進口溫度的確定。
前景與建議
套用前景
雖然太陽能幹燥技術的推廣套用還存在不少問題，但由於全球面臨的能源與環境問題日益嚴重，太陽能作為一種清潔豐富的可再生能源不可忽視。我國在太陽能熱水器的推廣套用方面已見成效，目前我國是世界上生產太陽能熱水器最多的國家。預計今後我國在太陽能幹燥技術的套用方面也會有一定的發展，特別是一些小型、簡易的太陽能幹燥室，在日照條件好，而經濟又欠發達的偏遠地區，有較好的套用前景。
我國是農業生產和出口大國之一，農產品及生物資源豐富，物種多樣，特別是在廣大的西部地區。為了促進地方經濟的發展，將本地區具有資源優勢及開發利用前景的農產品、生物資源產品作為地方支柱產業發展，因此近年來，農副產品及生物資源產品加工業發展迅速。但隨著我國加入WTO和人們對產品質量和食品衛生問題的關注，現有的農副產品加工技術含量低，產品質量不高，產品附加值低，從而導致產品缺乏市場競爭力，難以形成支柱產業。產品乾燥是加工過程中的一個重要工藝過程，目的是除去物料中多餘的水分，以便於產品加工、運輸、貯藏和使用。採用常規能源乾燥農產品，投資大，需消耗大量能源，致使農產品成本增高，並造成不同程度的環境污染。一般農產品要求的乾燥溫度比較低，大約在40-55℃之間，正好與太陽能熱利用領域中的低溫熱利用相匹配，並且能縮短乾燥周期，提高產量質量等優勢，因此我國套用太陽能幹燥農副產品，具有廣闊的發展前景。
太陽能套用於木材幹燥有兩個方向:
(1)對於偏遠地區的小型木材加工廠，適於發展簡易的溫室型、半溫室型或小規模集熱器型的太陽能幹燥裝置;
(2)對於中、大型木材加工企業，適於發展材積為50一100m3的大型太陽能幹燥裝置，並將太陽能幹燥作為預乾，即高含水率階段用太陽能幹燥，低含水率階段用常規乾燥。在氣溫高、濕度大、電價適中的地區，適於採用太陽能與熱泵聯合乾燥。
太陽能套用於木材幹燥有兩個方向:
(1)對於偏遠地區的小型木材加工廠，適於發展簡易的溫室型、半溫室型或小規模集熱器型的太陽能幹燥裝置;
(2)對於中、大型木材加工企業，適於發展材積為50一100m3的大型太陽能幹燥裝置，並將太陽能幹燥作為預乾，即高含水率階段用太陽能幹燥，低含水率階段用常規乾燥。在氣溫高、濕度大、電價適中的地區，適於採用太陽能與熱泵聯合乾燥。
建議
(1)太陽能在乾燥行業的套用應該引起足夠的重視。太陽能適於一些物料中、低溫乾燥，也可做適於高溫乾燥物料的預乾。
(2)增加科研投人，不斷提高太陽能幹燥的供熱效率，降低乾燥成本。據有關資料報導，我國與國際水平的差距主要在透光材料和吸熱板的塗層工藝方面，雖然清華大學和中國科學院等單位已在某些方面取得了顯著的成績，但主要集中在太陽能熱水器方面，對太陽能幹燥的研究投入太少。
(3)希望我國政府對太陽能幹燥給予政策上的鼓勵與扶持，增加一些經費投入並加大宣傳力度。包括太陽能幹燥在內的太陽能熱利用是符合中國國情的可再生能源項目，應大力推廣套用。
(2)增加科研投人，不斷提高太陽能幹燥的供熱效率，降低乾燥成本。據有關資料報導，我國與國際水平的差距主要在透光材料和吸熱板的塗層工藝方面，雖然清華大學和中國科學院等單位已在某些方面取得了顯著的成績，但主要集中在太陽能熱水器方面，對太陽能幹燥的研究投入太少。
(3)希望我國政府對太陽能幹燥給予政策上的鼓勵與扶持，增加一些經費投入並加大宣傳力度。包括太陽能幹燥在內的太陽能熱利用是符合中國國情的可再生能源項目，應大力推廣套用。
