林文学 曹艺 刘新平

【摘  要】茶叶烘干是茶叶加工过程中最关键的工序，是保证茶叶品质的核心要素。烘干过程能耗大、自动化程度低是目前存在的最主要问题。现阶段，在茶叶烘干的过程中主要使用的供能装置为：煤热风炉和太阳能集热器。使用煤炉供能，会产生大量的有害气体，不利环境保护。将太阳能应用到烘干机中，对减少环境污染、降低能耗有一定的意义，但太阳能容易受到天气、地理位置等影响，必须要加入其它装置作为辅助供能装置。为此，本文提出一种锂离子电池作为储能装置的太阳能-锂离子茶叶烘干机，以解决现有技术中太阳能热泵烘干机加热效率低，且不能使物料均匀受热的技术问题。项目来源于湖北职业技术学院A类课题，课题编号：2016A08。

【关键词】锂离子电池;茶叶;烘干机

1 引言

茶叶烘干机的相关研究可追溯到1897年，到1910年茶叶烘干机的正式量产，已经具备了现代茶叶烘干机的关键组成装置：炉灶、风机及烘干箱[1]。自此以后，茶叶烘干机历经了120多年的发展历史，在改进茶叶烘干机结构、提升烘干机能源利用率、自动化程度都有较多研究。1981年保德县科委首次提出将太阳能作为烘干机的供能装置，应用到红枣的烘干中[2]。1999年，李尚庆首次提出将太阳能联合燃煤作为供能装置，应用到茶叶烘干中，取得了较好的应用效果，但由于受到天气、环境等影响，虽然节能效率得到提升，但烘干工艺稳定性有待提高[3]。现阶段中国采用的较多的是自动链式茶叶烘干机，相较与传统的茶叶烘干机，取得了一定的改进[4]。李兵提出一种茶叶远红外烘干机，使用电热板进行加热，有效提升了茶叶烘干过程的温度控制，但能耗量较高[5]。随着现代生产水平的不断提升，对茶叶加工质量有了更高的要求，对节能减排、自动化程度等也有了更高的要求。

本文提出一种太阳能-锂离子茶叶烘干机，在太阳能茶叶烘干机的基础上，应用锂电池作为储能装置。对烘干箱的结构进行改进，采用对电热板进行加热，使用搅拌片对茶叶进行搅拌烘干，节能减排的同时，提升茶叶烘干效率，保证烘干后的品质。

2 太阳能-锂电池茶叶烘干机的结构设计

如图1所示，烘干箱为顶面开口的中空结构，烘干箱内设有转辊，转辊的圆周外壁设有若干搅拌片，烘干箱的顶面对称设有两个连接杆，两个连接杆之间设有顶板，顶板的顶面安装有电机，电机的输出轴穿过顶板并与转辊同轴连接，烘干箱的底面内壁设有加热板;烘干箱的一侧设有电控箱，电控箱为前侧开口的中空结构，电控箱内安装有逆变器，电控箱内位于逆变器的一侧安装有蓄电池，电控箱的顶面中心处竖直设有固定杆，固定杆的顶面安装有太阳能电池板，太阳能电池板、逆变器、蓄电池和加热板之间电性连接，太阳能电池板通过逆变器将电能储存于锂离子电池内。

3 太阳能-锂电池茶叶烘干机的工作原理

将需要进行烘干的茶叶放入烘干机中，加热板的外界电源与蓄电池电性连接，蓄电池为加热板提供电能使其发热，烘干箱内的温度增加。通电机的外接电源使其工作，电机的输出轴带动转辊上的搅拌片对烘干箱内的茶叶进行搅拌，使茶叶受热均匀，可有效避免单独使用加热板的高能耗，提升烘干效率。搅拌片与转辊为一体成型结构，保证连接稳定性。

3.1 锂离子电池储能工作原理

电控箱的箱盖与电控箱通过铰链铰接，便于将电控箱的开口处进行密封。电控箱前表面与箱盖的一侧对称设有磁铁，通过磁铁的相互吸引使箱盖能够固定在电控箱上。

在天气晴好时，太阳能集热器单独为烘干机供能，锂电池开启充电模式;没有阳光或不能满足烘干要求时，启动锂电池进行供能。逆变器通过变压线圈将太阳能电池板提供的直流电变成12V交流电，再经过整流桥器、通过470uF电解电容串一个7812的三端稳压器得到12V稳压电源，储存于锂离子电池中。

4 实验分析

将本文的茶叶烘干机与传统的烘干机进行实验研究，实验过程数据记录如下表1所示。使用两种烘干加工的一级、二级绿茶，生化成分测定参照《茶叶标准汇编》[6]。通过实验记录可发现，烘干后茶叶的咖啡碱、黄酮和水浸出物含量差异均不显著;可溶性糖含量得到一定提升，其中，二级绿茶的可溶性糖含量两种烘干方式差异比较明显。烘干后两个等级的绿茶感官审评得分均，且差异均达极显著水平（P<0.01），说明本太阳能-锂电池茶叶烘干机在节能减排的同时，使绿茶品质也得到了提升。

5 结语

本文设计研发了一种太阳能-锂离子电池的茶叶烘干机，在太阳能茶叶烘干机的基础上加入锂离子电池作为储能装置，解决因天气原因对茶叶烘干带来的不利影响。节能减排的同时，保证了生产效率。在烘干箱内设置了一种搅拌装置，使茶叶在烘干过程中能够均匀受热，提升茶叶烘干后的品质。通过实验研究，本文设计的太阳能-锂离子茶叶烘干机不但解决了能源消耗的问题，烘干后的茶叶品质较传统烘干机也得到了提升。

参考文献：

[1] 盛敏.中国茶文化对外传播与茶叶出口贸易发展研究[D].湖南农业大学，2017.

[2] 利用太阳能烘干红枣[J].山西农业科学，1981（09）：33.

[3] 李尚庆，祁志新.太阳能烘干茶叶[J].太阳能，1999（01）：24-25.

[4] 吴泽球，陶中南.茶叶烘干机械的技术现状及研究进展[J].食品与机械，2014，30（01）：263-266.

[5] 周宏伟，芮延年，张炎，童玉武.带式干燥机污泥自动挤出装置结构优化设计[J].机械设计与制造，2014（06）：43-45+48.

[6] 汪秋红，傅尚文.茶叶、含茶制品和茶代用品的国家标准、行业标准和地方标准2015年变化汇总[J].中国茶叶，2016（8）：18-21.

基金项目：

湖北职业技术学院A类课题，课题编号：2016A08。

作者简介：

林文学，（1963-），男，湖北汉川人，副教授，硕士研究生，研究方向：物理电子学;

曹艺，（1989-），男，湖北十堰人，助讲，硕士研究生，研究方向：机械设计及其自动化;

刘新平，（1963-），男，湖北孝感人，教授，硕士研究生，研究方向：车輛工程。

（作者单位：湖北职业技术学院）