太阳能热泵农产品联合干燥装置研制及实验研究

发布时间：2020-08-02 16:37

【摘要】：太阳能干燥是农产品干燥方法中比较节能的方法,但由于太阳能间断性和不稳定性,单一利用太阳能干燥将大大降低干燥效率;并且由于农产品物料的多样性和性质的复杂性,单一太阳能干燥很难满足干品的质量要求,常常采用的办法是和其他能源结合。本论文从新能源开发利用与节能减排的角度出发,基于湛江地区农户对农产品干燥的需求现状,设计了一种太阳能与热泵联合干燥装置,利用该装置对白萝卜进行干燥实验,验证了该装置的干燥效果,结果表明该干燥装置的运行经济可靠,并具有良好的农产品干燥效果。本文主要结论如下:⑴对太阳能-热泵联合干燥系统进行了设计,以每次干燥能力为15kg白萝卜计算需要的热量,以此来匹配太阳能集热系统和热泵热水系统的设计,确定了系统的各个部件及集热器的面积,并进行了非标准件的结构设计和各标准件的选型。计算结果表明:一次性干燥15kg的白萝卜,所需要的集热器面积为2.7m2,热泵系统选用格力热泵热水器,主机型号KFRS-3.1J/A3,配150L水箱即可满足干燥要求。⑵搭建了太阳能-热泵联合干燥实验台,并用该实验台进行了性能实验和分析,得出结论:将15kg相同切条尺寸处理的白萝卜干燥至含水率为8%,太阳能干燥单位能耗比热泵干燥小,节能率达51%左右,明显减少了电能消耗;对比实验结果物料干后品质,可以得出太阳能干燥时不需要抽湿机工作,既可以达到干燥品质要求,又节约能源。而热泵干燥热湿空气循环空间只有干燥室内部,不用抽湿机工作会降低干燥速率,且物料在高温高湿情况下,容易腐烂变质,对干燥品质造成影响。⑶以白萝卜为原料,利用该装置进行了太阳能单独干燥实验、热泵单独干燥实验、太阳能+热泵联合干燥实验,获得了相应干燥条件下的温度变化曲线和干燥曲线,得到白萝卜干燥的临界湿含量为14%;研究同时表明:(1)采用太阳能单独干燥时,物料含水率在22h左右处出现了转折,开始进入降速干燥阶段,干燥时间约26小时可达到白萝卜干燥的安全含水率;(2)采用热泵单独干燥时,物料含水率在17h出现转折,之后进入降速干燥阶段,干燥时间约21小时可达到白萝卜干燥的安全含水率;(3)太阳能+热泵联合干燥时,视两者分配情况而定,物料含水率约在21h出现转折,之后进入降速干燥阶段,干燥时间约25小时可达到白萝卜干燥的安全含水率。
【学位授予单位】：广东海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S214.4
【图文】：

太阳能热泵,组合类型

c)并联式 d)混联式图 1-1 太阳能热泵组合类型并联式是最常用的，不需要对原有系统大的改动，就可以实现联合工作。并联系统根据天气情况的不同，有 3 种不同的工作模式：⑴当太阳辐射量足够大时，单独利用太阳能系统；⑵当太阳辐射量很小，单独使用热泵供热；⑶当外界条件介于两者之间时，系统同时工作[7]。国外对太阳能热泵联合系统的研究开展得比较早，目前，国内外大多学者主要从系统结构形式、计算机仿真、影响因素、实验研究、运行控制等方面开展较深入研究，以提高太阳能热泵机组能源利用率[8-14]。美国 WisconsinMadison 大学的 Freeman 和 Mitehell 利用 TRSYS 软件对并联式、串联式和混合式三种机组进行了较全面的模拟分析研究[15]，并比较了各种联合机组的性能，研究结果表明，在空气作为辅助热源的情况下，并联式太阳能热泵系统是最实用的；美国的 Chaturvedi 等在早期对太阳能热泵热水机组进行理论分析后[16-17]，提出系统的蒸发温度取决于太阳辐射和环境温度，蒸发温度可能低于也可能高于环境温度，取决于设计及运行工况。Anderson JV[18]等人对并联式太阳能热泵系统的设计方法进

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8图 2-2 太阳能空气集热系统原理图统原理图如图 2-2：平板型太阳能空气集热系统主要由风机、集热板、干燥箱风阀等连接而成。该平板型太阳能空气集热系统属于集热器型干燥系统。工该系统由集热器吸热板吸收太阳能，把系统的空气加热到 50℃至 70℃，由风用使系统空气循环流动，把热空气通入干燥室内与物料进行热质交换，达到行干燥的目的。干燥器一般设计为主动式，用离心风机为系统空气循环提供时增大干燥室内介质流通速度，增强干燥效率。风管系统中安装了 4 个风阀，风阀的开度可以设置为全开、1/2、1/3，或者闭合以对系统风量大小进行控制，如图 2-2，风阀 1 控制进入集热器 1 的风量大小2 控制进入集热器 2 的风量大小，风阀 3 控制进入干燥箱的风量大小，排气阀可以排出干燥箱出口的湿热空气，降低系统中空气的湿度。

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图 2-3 平板型太阳能空气集热器结构图如图 2-3 集热器的结构图看出，2 块集热器结构稍有不同，集热器 1 距左侧端面10cm 处，设置一气流均布板，右侧没有。从气流均布板的截面图看出，气流均布板上有很多小孔，以使进入集热段气流均匀。右侧出口没有设置。集热器 2 距左、右侧端面 20cm 处，均设置有布流孔板，板上开有 Φ20 通孔，且与气流槽一一对应。两块集热器吸热体和玻璃盖板尺寸相同，均为 1900mm×730mm，只是气流分布段结构不同。所以两块集热器的有效集热面积为：A=2×1.9m×0.73m=2.77m2。表 2-1 集热器结构参数设备结构尺寸吸热板（m） 1.90×0.73×0.082透明盖板（m） 1.90×0.73×0.022集热器 1 气流均布板（m） 0.73×0.225×0.05（厚度）隔热层厚度（m） 0. 05外壳（m） 2.445×0.835×0.22吸热板（m） 1.90×0.73×0.082

【参考文献】