基于鋰離子電池儲能的太陽能茶葉烘干機的研究

林文學 曹藝 劉新平

【摘 ?要】茶葉烘干是茶葉加工過程中最關鍵的工序，是保證茶葉品質的核心要素。烘干過程能耗大、自動化程度低是目前存在的最主要問題。現階段，在茶葉烘干的過程中主要使用的供能裝置為：煤熱風爐和太陽能集熱器。使用煤爐供能，會產生大量的有害氣體，不利環境保護。將太陽能應用到烘干機中，對減少環境污染、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能裝置的太陽能-鋰離子茶葉烘干機，以解決現有技術中太陽能熱泵烘干機加熱效率低，且不能使物料均勻受熱的技術問題。項目來源于湖北職業技術學院A類課題，課題編號：2016A08。

【關鍵詞】鋰離子電池;茶葉;烘干機

1 引言

茶葉烘干機的相關研究可追溯到1897年，到1910年茶葉烘干機的正式量產，已經具備了現代茶葉烘干機的關鍵組成裝置：爐灶、風機及烘干箱[1]。自此以后，茶葉烘干機歷經了120多年的發展歷史，在改進茶葉烘干機結構、提升烘干機能源利用率、自動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的供能裝置，應用到紅棗的烘干中[2]。1999年，李尚慶首次提出將太陽能聯合燃煤作為供能裝置，應用到茶葉烘干中，取得了較好的應用效果，但由于受到天氣、環境等影響，雖然節能效率得到提升，但烘干工藝穩定性有待提高[3]。現階段中國采用的較多的是自動鏈式茶葉烘干機，相較與傳統的茶葉烘干機，取得了一定的改進[4]。李兵提出一種茶葉遠紅外烘干機，使用電熱板進行加熱，有效提升了茶葉烘干過程的溫度控制，但能耗量較高[5]。隨著現代生產水平的不斷提升，對茶葉加工質量有了更高的要求，對節能減排、自動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，在太陽能茶葉烘干機的基礎上，應用鋰電池作為儲能裝置。對烘干箱的結構進行改進，采用對電熱板進行加熱，使用攪拌片對茶葉進行攪拌烘干，節能減排的同時，提升茶葉烘干效率，保證烘干后的品質。

2 太陽能-鋰電池茶葉烘干機的結構設計

如圖1所示，烘干箱為頂面開口的中空結構，烘干箱內設有轉輥，轉輥的圓周外壁設有若干攪拌片，烘干箱的頂面對稱設有兩個連接桿，兩個連接桿之間設有頂板，頂板的頂面安裝有電機，電機的輸出軸穿過頂板并與轉輥同軸連接，烘干箱的底面內壁設有加熱板;烘干箱的一側設有電控箱，電控箱為前側開口的中空結構，電控箱內安裝有逆變器，電控箱內位于逆變器的一側安裝有蓄電池，電控箱的頂面中心處豎直設有固定桿，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存于鋰離子電池內。

3 太陽能-鋰電池茶葉烘干機的工作原理

將需要進行烘干的茶葉放入烘干機中，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熱，烘干箱內的溫度增加。通電機的外接電源使其工作，電機的輸出軸帶動轉輥上的攪拌片對烘干箱內的茶葉進行攪拌，使茶葉受熱均勻，可有效避免單獨使用加熱板的高能耗，提升烘干效率。攪拌片與轉輥為一體成型結構，保證連接穩定性。

3.1 鋰離子電池儲能工作原理

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行密封。電控箱前表面與箱蓋的一側對稱設有磁鐵，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，太陽能集熱器單獨為烘干機供能，鋰電池開啟充電模式;沒有陽光或不能滿足烘干要求時，啟動鋰電池進行供能。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，再經過整流橋器、通過470uF電解電容串一個7812的三端穩壓器得到12V穩壓電源，儲存于鋰離子電池中。

4 實驗分析

將本文的茶葉烘干機與傳統的烘干機進行實驗研究，實驗過程數據記錄如下表1所示。使用兩種烘干加工的一級、二級綠茶，生化成分測定參照《茶葉標準匯編》[6]。通過實驗記錄可發現，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，二級綠茶的可溶性糖含量兩種烘干方式差異比較明顯。烘干后兩個等級的綠茶感官審評得分均，且差異均達極顯著水平（P<0.01），說明本太陽能-鋰電池茶葉烘干機在節能減排的同時，使綠茶品質也得到了提升。

5 結語

本文設計研發了一種太陽能-鋰離子電池的茶葉烘干機，在太陽能茶葉烘干機的基礎上加入鋰離子電池作為儲能裝置，解決因天氣原因對茶葉烘干帶來的不利影響。節能減排的同時，保證了生產效率。在烘干箱內設置了一種攪拌裝置，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。通過實驗研究，本文設計的太陽能-鋰離子茶葉烘干機不但解決了能源消耗的問題，烘干后的茶葉品質較傳統烘干機也得到了提升。

參考文獻：

[1] 盛敏.中國茶文化對外傳播與茶葉出口貿易發展研究[D].湖南農業大學，2017.

[2] 利用太陽能烘干紅棗[J].山西農業科學，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.茶葉烘干機械的技術現狀及研究進展[J].食品與機械，2014，30（01）：263-266.

[5] 周宏偉，芮延年，張炎，童玉武.帶式干燥機污泥自動擠出裝置結構優化設計[J].機械設計與制造，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家標準、行業標準和地方標準2015年變化匯總[J].中國茶葉，2016（8）：18-21.

基金項目：

湖北職業技術學院A類課題，課題編號：2016A08。

作者簡介：

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

曹藝，（1989-），男，湖北十堰人，助講，碩士研究生，研究方向：機械設計及其自動化;

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：湖北職業技術學院）