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        基于鋰離子電池儲(chǔ)能的太陽能茶葉烘干機(jī)的研究

        2019-10-21 00:54:51林文學(xué)曹藝劉新平
        關(guān)鍵詞:鋰離子電池烘干機(jī)茶葉

        林文學(xué) 曹藝 劉新平

        【摘 ?要】茶葉烘干是茶葉加工過程中最關(guān)鍵的工序,是保證茶葉品質(zhì)的核心要素。烘干過程能耗大、自動(dòng)化程度低是目前存在的最主要問題?,F(xiàn)階段,在茶葉烘干的過程中主要使用的供能裝置為:煤熱風(fēng)爐和太陽能集熱器。使用煤爐供能,會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體,不利環(huán)境保護(hù)。將太陽能應(yīng)用到烘干機(jī)中,對(duì)減少環(huán)境污染、降低能耗有一定的意義,但太陽能容易受到天氣、地理位置等影響,必須要加入其它裝置作為輔助供能裝置。為此,本文提出一種鋰離子電池作為儲(chǔ)能裝置的太陽能-鋰離子茶葉烘干機(jī),以解決現(xiàn)有技術(shù)中太陽能熱泵烘干機(jī)加熱效率低,且不能使物料均勻受熱的技術(shù)問題。項(xiàng)目來源于湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院A類課題,課題編號(hào):2016A08。

        【關(guān)鍵詞】鋰離子電池;茶葉;烘干機(jī)

        1 引言

        茶葉烘干機(jī)的相關(guān)研究可追溯到1897年,到1910年茶葉烘干機(jī)的正式量產(chǎn),已經(jīng)具備了現(xiàn)代茶葉烘干機(jī)的關(guān)鍵組成裝置:爐灶、風(fēng)機(jī)及烘干箱[1]。自此以后,茶葉烘干機(jī)歷經(jīng)了120多年的發(fā)展歷史,在改進(jìn)茶葉烘干機(jī)結(jié)構(gòu)、提升烘干機(jī)能源利用率、自動(dòng)化程度都有較多研究。1981年保德縣科委首次提出將太陽能作為烘干機(jī)的供能裝置,應(yīng)用到紅棗的烘干中[2]。1999年,李尚慶首次提出將太陽能聯(lián)合燃煤作為供能裝置,應(yīng)用到茶葉烘干中,取得了較好的應(yīng)用效果,但由于受到天氣、環(huán)境等影響,雖然節(jié)能效率得到提升,但烘干工藝穩(wěn)定性有待提高[3]?,F(xiàn)階段中國(guó)采用的較多的是自動(dòng)鏈?zhǔn)讲枞~烘干機(jī),相較與傳統(tǒng)的茶葉烘干機(jī),取得了一定的改進(jìn)[4]。李兵提出一種茶葉遠(yuǎn)紅外烘干機(jī),使用電熱板進(jìn)行加熱,有效提升了茶葉烘干過程的溫度控制,但能耗量較高[5]。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)水平的不斷提升,對(duì)茶葉加工質(zhì)量有了更高的要求,對(duì)節(jié)能減排、自動(dòng)化程度等也有了更高的要求。

        本文提出一種太陽能-鋰離子茶葉烘干機(jī),在太陽能茶葉烘干機(jī)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用鋰電池作為儲(chǔ)能裝置。對(duì)烘干箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),采用對(duì)電熱板進(jìn)行加熱,使用攪拌片對(duì)茶葉進(jìn)行攪拌烘干,節(jié)能減排的同時(shí),提升茶葉烘干效率,保證烘干后的品質(zhì)。

        2 太陽能-鋰電池茶葉烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        如圖1所示,烘干箱為頂面開口的中空結(jié)構(gòu),烘干箱內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)輥,轉(zhuǎn)輥的圓周外壁設(shè)有若干攪拌片,烘干箱的頂面對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)連接桿,兩個(gè)連接桿之間設(shè)有頂板,頂板的頂面安裝有電機(jī),電機(jī)的輸出軸穿過頂板并與轉(zhuǎn)輥同軸連接,烘干箱的底面內(nèi)壁設(shè)有加熱板;烘干箱的一側(cè)設(shè)有電控箱,電控箱為前側(cè)開口的中空結(jié)構(gòu),電控箱內(nèi)安裝有逆變器,電控箱內(nèi)位于逆變器的一側(cè)安裝有蓄電池,電控箱的頂面中心處豎直設(shè)有固定桿,固定桿的頂面安裝有太陽能電池板,太陽能電池板、逆變器、蓄電池和加熱板之間電性連接,太陽能電池板通過逆變器將電能儲(chǔ)存于鋰離子電池內(nèi)。

        3 太陽能-鋰電池茶葉烘干機(jī)的工作原理

        將需要進(jìn)行烘干的茶葉放入烘干機(jī)中,加熱板的外界電源與蓄電池電性連接,蓄電池為加熱板提供電能使其發(fā)熱,烘干箱內(nèi)的溫度增加。通電機(jī)的外接電源使其工作,電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)輥上的攪拌片對(duì)烘干箱內(nèi)的茶葉進(jìn)行攪拌,使茶葉受熱均勻,可有效避免單獨(dú)使用加熱板的高能耗,提升烘干效率。攪拌片與轉(zhuǎn)輥為一體成型結(jié)構(gòu),保證連接穩(wěn)定性。

        3.1 鋰離子電池儲(chǔ)能工作原理

        電控箱的箱蓋與電控箱通過鉸鏈鉸接,便于將電控箱的開口處進(jìn)行密封。電控箱前表面與箱蓋的一側(cè)對(duì)稱設(shè)有磁鐵,通過磁鐵的相互吸引使箱蓋能夠固定在電控箱上。

        在天氣晴好時(shí),太陽能集熱器單獨(dú)為烘干機(jī)供能,鋰電池開啟充電模式;沒有陽光或不能滿足烘干要求時(shí),啟動(dòng)鋰電池進(jìn)行供能。逆變器通過變壓線圈將太陽能電池板提供的直流電變成12V交流電,再經(jīng)過整流橋器、通過470uF電解電容串一個(gè)7812的三端穩(wěn)壓器得到12V穩(wěn)壓電源,儲(chǔ)存于鋰離子電池中。

        4 實(shí)驗(yàn)分析

        將本文的茶葉烘干機(jī)與傳統(tǒng)的烘干機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)記錄如下表1所示。使用兩種烘干加工的一級(jí)、二級(jí)綠茶,生化成分測(cè)定參照《茶葉標(biāo)準(zhǔn)匯編》[6]。通過實(shí)驗(yàn)記錄可發(fā)現(xiàn),烘干后茶葉的咖啡堿、黃酮和水浸出物含量差異均不顯著;可溶性糖含量得到一定提升,其中,二級(jí)綠茶的可溶性糖含量?jī)煞N烘干方式差異比較明顯。烘干后兩個(gè)等級(jí)的綠茶感官審評(píng)得分均,且差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01),說明本太陽能-鋰電池茶葉烘干機(jī)在節(jié)能減排的同時(shí),使綠茶品質(zhì)也得到了提升。

        5 結(jié)語

        本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一種太陽能-鋰離子電池的茶葉烘干機(jī),在太陽能茶葉烘干機(jī)的基礎(chǔ)上加入鋰離子電池作為儲(chǔ)能裝置,解決因天氣原因?qū)Σ枞~烘干帶來的不利影響。節(jié)能減排的同時(shí),保證了生產(chǎn)效率。在烘干箱內(nèi)設(shè)置了一種攪拌裝置,使茶葉在烘干過程中能夠均勻受熱,提升茶葉烘干后的品質(zhì)。通過實(shí)驗(yàn)研究,本文設(shè)計(jì)的太陽能-鋰離子茶葉烘干機(jī)不但解決了能源消耗的問題,烘干后的茶葉品質(zhì)較傳統(tǒng)烘干機(jī)也得到了提升。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 盛敏.中國(guó)茶文化對(duì)外傳播與茶葉出口貿(mào)易發(fā)展研究[D].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),2017.

        [2] 利用太陽能烘干紅棗[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),1981(09):33.

        [3] 李尚慶,祁志新.太陽能烘干茶葉[J].太陽能,1999(01):24-25.

        [4] 吳澤球,陶中南.茶葉烘干機(jī)械的技術(shù)現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].食品與機(jī)械,2014,30(01):263-266.

        [5] 周宏偉,芮延年,張炎,童玉武.帶式干燥機(jī)污泥自動(dòng)擠出裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2014(06):43-45+48.

        [6] 汪秋紅,傅尚文.茶葉、含茶制品和茶代用品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)2015年變化匯總[J].中國(guó)茶葉,2016(8):18-21.

        基金項(xiàng)目:

        湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院A類課題,課題編號(hào):2016A08。

        作者簡(jiǎn)介:

        林文學(xué),(1963-),男,湖北漢川人,副教授,碩士研究生,研究方向:物理電子學(xué);

        曹藝,(1989-),男,湖北十堰人,助講,碩士研究生,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化;

        劉新平,(1963-),男,湖北孝感人,教授,碩士研究生,研究方向:車輛工程。

        (作者單位:湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

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