基于鋰離子電池儲(chǔ)能的太陽(yáng)能茶葉烘干機(jī)的研究

林文學(xué) 曹藝 劉新平

【摘 ?要】茶葉烘干是茶葉加工過(guò)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(guò)程能耗大、自動(dòng)化程度低是目前存在的最主要問(wèn)題?，F(xiàn)階段，在茶葉烘干的過(guò)程中主要使用的供能裝置為：煤熱風(fēng)爐和太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能-鋰離子茶葉烘干機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)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(wèn)題。項(xiàng)目來(lái)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(yáng)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(yáng)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(guò)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(yáng)能-鋰離子茶葉烘干機(jī)，在太陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(yáng)能電池板，太陽(yáng)能電池板、逆變器、蓄電池和加熱板之間電性連接，太陽(yáng)能電池板通過(guò)逆變器將電能儲(chǔ)存于鋰離子電池內(nèi)。

3 太陽(yáng)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(guò)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(guò)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(yáng)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(yáng)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(guò)變壓線圈將太陽(yáng)能電池板提供的直流電變成12V交流電，再經(jīng)過(guò)整流橋器、通過(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)明本太陽(yáng)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(yǔ)

本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一種太陽(yáng)能-鋰離子電池的茶葉烘干機(jī)，在太陽(yáng)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(lái)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(guò)程中能夠均勻受熱，提升茶葉烘干后的品質(zhì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能-鋰離子茶葉烘干機(jī)不但解決了能源消耗的問(wèn)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)：

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

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[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）