一种非致密物料的匀风阻穿透式的干燥装置的制作方法

本发明涉及一种物料的脱水干燥装置，尤其是一种非致密物料的匀风阻穿透式的干燥装置。应用范围：各种非致密、非液态状、非粉末状的、相互之间有一定空隙的、有一定刚性的物料，包括各种植物的颗粒状的果实籽粒如稻谷、小麦、玉米、大豆、谷子、油菜籽、花生、龙眼、花椒、各种坚果等，也包括各种枝条状的物料如牧草、秸秆、八角、小鱼虾等，也包括颗粒状的工农业原材如塑料粒子、颗粒饲料、香菇等。

背景技术：

各类非致密的物料尤其是粮食的脱水干燥有着巨大迫切的市场需求。粮食属于典型的非致密物料，粮食颗粒之间有空隙存在。但现在粮食的脱水干燥是粮食从生产到食用的各环节中损耗最多，技术亟待提高的一环，许多收获的粮食因无法及时脱水干燥造成发芽发霉腐烂等损失，干燥过程中又造成重量损失和品质下降，据统计全中国一年因粮食不能及时干燥造成的损失约为总产量6.5亿吨的5％，高温烘干过程中造成重量损失约3％，合计约总产量的6％，即0.4亿吨，按每吨粮食2500元计，损失1000亿元人民币；同时因粮食不能及时干燥或干燥工艺不合理，造成粮食品质的下降，按价格平均下降每斤4分计，为每吨80元，则损失价值约500亿。两项合计1500亿元。

粮食脱水干燥采用传统的晾晒的方式有以下几大限制和缺陷：1、晾晒场地极度缺乏，农户们往往占用公路等地面来晾晒，一方面使交通事故增加、造成人员伤亡，另一方面也对粮食带来碾碎、沥青和汽车尾气带来的污染、混入沙石杂质等的不利影响。小农户尚可利用院子屋顶等进行晾晒，种粮大户的成百上千亩生产的粮食根本无法找到足够的晾晒场地，农田保护政策也禁止把农田硬化用作晒场，种粮大户们对粮食晾晒一筹莫展。2、晾晒方式严重受制于天气状况，在粮食成熟收获期往往遇到连续多日的阴雨天气或低温天气，无法晾晒，导致粮食大批量的霉变发芽等损失。3、粮食晾晒存在人工费用高，劳动强度大，小麦和水稻晾晒时间一般需要2-4天，玉米因颗粒比小麦稻谷大和水分高，晾晒需要3-6天。晾晒过程中需要多次翻动，当天没晒干的，日落前需要收拢，第二天再摊开，晒干后再装袋。如以一人2天晒干4000斤，一天人工100元，则每斤的费用为5分钱。4、在阳光下暴晒，阳光直接照射部分的粮食温度过高，稻谷的爆腰率较高，降低了粮食籽粒的发芽率和品质。

为了解决粮食晾晒难的问题，在国家的政策和财政补贴的支持下，各地上马了不少粮食烘干机，一定程度的缓解了粮食干燥的燃眉之急。但现有的粮食烘干设备在具体使用过程中仍存在不可克服的缺陷：1，一套常规日烘干量为几十吨的粮食烘干机的辐射范围有限，粮食远距离运输成本过高。2，烘干机的批次烘干吨位通常在15吨以上，一般小农户所产粮食不够一批次(一仓)的量，需要多个农户的粮食掺在一起烘干，但各家粮食的品种、水分、品质不同，很难统一控制操作。不同水分的粮食掺在一起烘干，会使水分少的粮食太干，水分多的粮食过潮。3，一套小型的25吨粮食烘干机购置成本30万左右，扣除补贴，约20万，加上配套的厂房、变压器、配套设备、地面硬化等，共约要40-60万，而一年仅使用30-50天，投资回报率低，普通农户和商家难以承受。粮食烘干机最小规格的批次处理量为10吨，批次处理量为0.5-5吨小规格设备的完全缺位。4、粮食烘干机的所需土地获批困难，如按工业用地价格高且用地指标紧张；如利用荒地，则电力供应和道路建设都是问题。5、粮食烘干机对操作人员有较高的技术要求，如操作不当，会使粮食损毁，经常有粮食被烘糊的事件发生。6、粮食烘干机一般使用热风烘干，热风出风温度在90℃以上，粮食温度在50℃以上，高温使粮食内部的蛋白质和淀粉的品质显著下降。7、粮食烘干机烘干会造成粮食干物质的挥发、粮食颗粒破碎等的损失，一般小麦玉米用烘干机烘干相比晾晒干燥的最终重量减少约3％左右。8、运行费用较高，现有的粮食烘干机的运行费用由三部分组成：热源费用、机械耗电、人工工资，视水分不同每斤粮食的烘干成本2-5分，烘干厂向用户收取每斤5-8分，用户加上运输费、人工费等，每斤达到或接近0.1元的费用，而1斤粮食的售价才0.9-1.4元，这样使本来利润就低的粮食种植更加无利可图，农民难以接受。9、粮食烘干机会使粮食籽粒的发芽率严重下降，不能用作种粮的烘干。

小麦和玉米是中国的两大主要粮食品种，一般冬小麦收获后紧接着播种夏玉米。为了省去或减少小麦的晾晒干燥环节的工作量，中原和北方许多地区采用收获期让冬小麦在麦田里尽量干燥的方式，即让小麦在完全熟透的完熟期后再进行收割，而不是在九成熟的蜡熟期的中后期进行收割，完熟期后的小麦水分可以下降到15％-17％，而蜡熟期的小麦水分在20％以上。这样对小麦和玉米的总产量造成约10％的减少。原因如下：1、农谚有道是：九分熟，十成收；十成熟，一成丢。小麦在完熟期后完全干透时收割，约3％-5％的麦粒会掉在地里；另外完熟期中，麦粒中的营养物质会向秸秆中输送，麦粒的重量会减少。二者相加使冬小麦的实际收获量下降8％-10％，且小麦的品质会下降。2、北方冬小麦收割后必须马上种植夏玉米，农谚有“春争日，夏争时，夏播争早，越早越好”的说法，各项研究表明：夏玉米早播种一天，平均增产10-12公斤/亩。为了让冬小麦在麦田里尽量干透，在完熟期后收割冬小麦，会使夏玉米的播种推迟5-7天，导致夏玉米减产约10％。

目前的粮食烘干条件下，在连续阴雨天，粮食无法晾晒的时期，粮贩们会乘机打压收购价，以平常一半左右的价格收购农民的粮食，严重损害了小农户的利益和种粮积极性。

总之，粮食干燥迫切需要一种占地面积小、设备的单批次烘干量从1吨到100吨、操作简单、烘干温度低、运行费用低、设备成本低的干燥设备技术。如有这种干燥设备，则能从减少损失和粮食增产两方面使全国的最终粮食产量提高约10％，并提高粮食的品质，相当于每年增加6500万吨的产量，以人均年口粮500斤计，可保障2.6亿人的口粮供应。这对增加农民收入，保证国家粮食供应的安全，无疑有着极其重大的战略性的意义。

物料干燥的主要影响因素有3个，分别是干燥气体的温度、相对湿度和流过物料表面的风速。而其中又以相对湿度的作用最为关键，一定意义上提高温度也是通过降低空气的相对湿度来发挥作用。大致规律为当空气中含水量不变，而温度提高10℃-11℃，则空气的相对湿度降低一半。实际烘干过程中，当物料表面风速相同时，温度60℃相对湿度60％的空气，其对物料的脱水效果往往不如40℃相对湿度40％的空气。粮食类物料在空气相对湿度低于60％、温度高于10℃，物料表面有一定的风速，即可达到明显而快速的脱水干燥效果。

自然界中蕴藏着对物料有干燥能力的资源，太阳光是一种，温度10℃以上且相对湿度低于60％的空气是另一种。在无阳光而空气的相对湿度低于60％的天气条件下，只要有一定的风速，晾在室外的湿衣服几个小时会脱水干燥，就是一个证明例子。如果能使温度在10℃以上且相对湿度低于60％的大气空气持续的穿透非致密物料，则能快速高效低能耗的实现物料的脱水干燥。

如果有一种装置，把非致密的物料设置成厚度均匀的薄层状形状，多个所述的物料薄层密集安放，相邻的两个薄层之间有可供空气流动的风道，每个薄层状的物料形成均匀且较小的风阻，利用风机驱动一定温度和相对湿度的有脱水干燥效果的大流量空气作为干燥气体，干燥气体经过风道并均匀的穿过薄层状物料，则能达到对物料良好的干燥效果。

技术实现要素：

本发明根据现有技术存在的问题，经过以上分析，公开一种非致密物料的匀风阻穿透式的干燥装置，结构简单，占地面积小，能有效提高干燥物料的量、速度和质量，节约成本，减少污染。

为此，本发明采取如下的技术方案：

一种非致密物料的匀风阻穿透式的干燥装置，所述的非致密物料为物料相互之间有空隙的物料，包括颗粒状、枝条状、片状的物料，干燥气体可以从所述空隙中流过；所述干燥装置中有放置物料的料框，料框有设定的长度、宽度、厚度。其特征为所述干燥装置有不少于2个所述的料框；料框的厚度/长度＜1/3，厚度/宽度＜1/3；料框厚度方向设有透风的筛网，所述筛网能将物料固定在料框内，干燥气体只能从料框的厚度方向穿过筛网和物料从一侧流向另一侧；放置在料框中不同位置的非致密物料在料框厚度方向所形成的厚度值相差不超过15％；所述干燥装置中安装有风机；相邻的料框之间有供干燥气体流通的风道；利用导风板或料框的特定安装方式，使风机驱动的全部干燥气体从各料框的厚度方向的一侧流入并均匀的穿过物料在另一侧流出，使物料脱水干燥；2个所述相邻料框之间的风道所占的空间体积小于1个料框所占的空间体积。

下面对所述的发明方案的原理做出说明：

所述的非致密物料，因为物料之间存在空隙，在一定的风压下，空气可以通过所述空隙而穿过物料流动。物料对流过的空气形成阻力，一定风速下，物料对空气的阻力与物料的厚度成正比，物料厚度越薄，风阻越小。本发明使物料在料框中形成厚度值小且各位置的厚度均匀的薄层，因此穿过物料的风阻较小，同时所述的料框构成的通风横截面积较大，因此用较小功率的风机以较低的风压就可以使大量的干燥气体均匀的穿透物料使之高效的脱水干燥。

本发明因为所述装置的是多个料框组成且立体安装的，2个相邻料框之间的风道所占的空间体积小于1个料框所占的空间体积，在1m²的占地面积上，可以同时对400公斤以上的粮食进行脱水干燥；而晒场上晾晒粮食，一般1m²的占地面积上只能晾晒约10公斤的粮食，二者相差40倍。在可以晾晒粮食的天气条件下，大气空气相对湿度必然低于60％，满足作为干燥气体对粮食风干的条件。

10℃-50℃时1克水被蒸发为水蒸气需要约2.4kj热量，1公斤空气温度下降1℃，释放约1kj热量，1m³空气约1.2公斤。所以当1m³空气穿过物料后，温度每下降1℃，则释放1.2kj热量，可以使物料脱水0.5克。如所述装置使1m²占地面积上1小时有1万m³空气穿过物料，并且空气温度下降1℃，则对物料脱水5000克即5公斤；如使1m²占地面积上1小时有2万m³空气穿过物料，并且温度下降2℃，则对物料脱水20000克，即20公斤。如1m²占地面积上的粮食为400公斤，初始水分为25％，终了水分为13％，需脱水约55公斤，如平均每小时脱水5-10公斤，则约5.5-11小时可以完成粮食干燥工作；如干燥过程中粮食需要缓苏，则在10-20个小时内可以完成。如果在1000m²场地作业，1天可以干燥500-1000吨粮食。而用晾晒的方式，1000m²场地2天最多能干燥10吨粮食，即每天最多能干燥5吨粮食，场地利用效率相差100倍以上。

在阴雨天，当空气相对湿度较大，大气空气不满足对物料干燥条件时，则利用热源提供的热量对进风空气进行加热，提高空气的温度降低空气的相对湿度，再穿过物料使物料脱水干燥。

总结本发明的原理：干燥装置使用多个有透风筛网的特定的料框，料框把物料安置成厚度均匀的薄层，两个相邻的料框之间有风道，且相邻2个料框之间的风道所占的空间体积小于1个料框所占的空间体积，使1m²占地面积上所安置的物料体积大于0.8m³；利用料框的特殊安装结构或导风板，使风机驱动的干燥气流在料框的厚度方向均匀的穿过物料薄层。干燥气流流过两个料框之间的风道时，因风道中无阻挡物体，风阻可以忽略，干燥气流在流动过程中的绝大部分风阻产生在穿过物料的过程中，因为物料是非致密的，物料形成的薄层厚度较薄而通风面积大，所以物料所形成的风阻较小且均匀，较小功率的风机即能产生较大的风量；如物料的空隙率为20％，则在空隙中的气流平均流速为迎风面风速的5倍，因物料之间的空隙小而密集，穿过的干燥气流与物料的表面充分接触且剧烈扰动，能充分利用干燥气流的吸湿潜力。干燥装置既能充分利用相对湿度较低的大气空气中蕴藏的脱水干燥潜力使物料均匀快速的干燥，也能通过对进风加热实现对物料的快速有效烘干。

作为优选

作为优选：所述的料框数n不少于3个，各料框水平放置，即料框的厚度方向为上下垂直方向，料框的下部安装有透风的筛网，所述物料被等厚度的放置在各料框中；相邻的两个料框之间有一个导风板，所述导风板使风机驱动的全部气体在料框厚度方向穿过物料。

作为优选：所述料框的厚度方向为水平方向，料框的厚度方向两侧均安装有筛网，2个筛网之间形成厚度相等的堆放物料的夹层；料框不少于2个；从俯视方向看，相邻的2个料框形成一个v字形；各个料框形成一个或多个的v字状的结构；风机驱动的全部干燥气体分别从所述各料框的一侧均匀的穿过物料流向另一侧。在各料框的顶部有加料进口，在各料框的下部有卸料的出口

作为优选：装置中各料框在厚度方向的两侧均有透风的筛网，2个筛网之间形成厚度相等的堆放物料的夹层；各料框从下往上依次设置；从侧面看，上下相邻的两个料框形成一个v字型，且相邻的两个料框在相交处内部夹层相互连通，上一料框中的物料可以在重力作用下进入下一料框；风机驱动的全部干燥气体分别从所述各夹层的一侧均匀的穿过物料流向另一侧。在最上面一个料框的顶部有加料进口，在最下面一个料框的下部有卸料出口。

作为优选：所述的干燥气体为温度不低于10℃、相对湿度不高于60％的大气空气。

作为优选：所述的干燥空气在穿过所述物料前被热源加热。所述热源包括燃料、热水、蒸汽、热泵机组等。

作为优选：所述的风机为可调速的直流风机。所述风机包括风叶只做一个方向转动、通过切换风叶可做正反两个方向转动的两种风机。

作为优选：所述的热源为热泵机组，热泵的蒸发器从已经穿过物料的空气中吸收显热和水蒸气的潜热。

作为优选：所述的料框可以折叠，在需要时，把料框折叠起来，减少料框所占的空间。

作为优选：优选方案2中，所述的料框上部有一档风装置，当逐步被干燥的物料在料框中所占体积缩小时，所述挡风装置在料框上部堵住空出来的空间，使风机所驱动的气流只穿过物料流动。

本发明的有益效果

1、本发明的干燥装置占地面积小，同等干燥物料量是常规晾晒所需面积的几十分之一，可以利用各种零星闲置场地；与晾晒方式相比，物料可以不接触地面，所以可以使用非硬化地面，节省地面硬化的成本、减少了污染的可能。

2、制造成本低且结构简单，主要部件为料框和风机，传动部件少，操作简单、故障率低且容易维修。

3、干燥装置容易制造成规格大小不等的模块化结构，可以是一批次加工0.5吨的微型干燥机，也可以通过增加料框尺寸及料框数量，多个模块组合，一批次加工几十几百吨。因此可以满足不同客户不同物料烘干量的需求，使小用户也能购置干燥设备。

4、因为一套装置中，可以有多组料框，各组料框中的物料独立干燥，所以可以对不同水分不同品种的物料同时进行干燥而不相互影响；也可以通过在不同时间分别启用各组料框和风机，使不同数量不同批次的物料都能随到随作业。

5、节约能耗，在大气空气相对湿度合适时，可以充分利用大气空气对物料干燥的潜力，以耗电1kwh(度)产生10000m³风量，1m³风量脱水1克，共脱水10公斤计，1吨粮食需脱水150公斤，耗电15度，费用约9元，1斤粮食干燥费用是0.45分，是常规粮食烘干机费用的10％-20％。相比晾晒方式只适合在白天阳光较强烈且一天只能作业8小时作业，本发明装置可以24小时连续作业。

6、本发明装置属于低温干燥，避免了现有粮食烘干机对小麦玉米造成的干物质挥发带来的约3％的重量损失，也避免了高温干燥带来的粮食品质的下降、水稻的爆腰率的增加、种子粮的发芽率的下降等不利影响。

7、在连续阴雨天气，粮食含水率高时，本发明装置能灵活利用多种类热源加热，及时干燥各种粮食和物料，避免因不能及时干燥带来的各种损失。

8、不受天气影响和作物水分的制约，可以在各种粮食、农作物最有利时机进行收割，最大程度的保证粮食的产量和品质，也为下一茬粮食作物的早播赢得时间，增加下一茬粮食作物的产量。

9、一机多用，本发明装置适用各种非致密物料。除干燥粮食以外，还可以干燥如花生、大豆、油菜籽等农作物，也可以干燥如中药材、水产品等各种非致密物料，充分发挥设备的作用，提高用户的经济效益。

说明书附图

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例3的结构示意图。

实施例

实施例1：

本优选实施例1如图1所示，示意图为侧视图。各个料框水平放置，料框底部有筛网2，四周有不通风的挡板3。由于导风板6的存在，风机4驱动的气流流经风道5后均匀的穿过筛网2和物料沿料框的厚度方向流动再流经风道5。两个料框之间的空间距离小于料框的厚度，一般相邻料框之间的距离约为料框厚度的1/2，如最高料框离地面的距离为1.8米，则1m²占地面积上的料框中可以安放1.2m³以上的物料，整套干燥装置的占地面积还要加上风机的占地面积，所以以所有物料的体积除以整套干燥装置的占地面积，约为0.9m³/m²，如物料的容重为600公斤/m³，则1m²占地面积上的物料为540公斤。

料框的厚度一般为5cm-30cm，视不同物料而定，物料的厚度与料框厚度一致或略小于料框厚度。风机4可以选择为有正反转功能，使干燥气流轮流从下往上和从下往上穿过物料，加快物料的脱水干燥速度、增加物料水分的均匀度。

在需大量干燥物料的场合，有机械化的物料传输提升设备时，可以增加最高料框离地面的距离，增加单位面积上的物料的体积，增加干燥加工能力。

在最底部的料框下面可以安装轮子，方便整个干燥装置的移动。

在干燥气流的进风口，可以增加热源装置，使干燥气流升温，使得在低温高湿气候条件下，也可以有效干燥物料。

在同一高度，可以安置多个边框相互紧密接触的料框，干燥气体不能从左右相邻的两个料框的相接触的边框处做上下垂直方向的流动。

实施例2：

本优选实施例2如图2所示，示意图为俯视图。料框1的厚度方向为水平方向，料框1的厚度方向两侧均安装有筛网2，两个筛网2之间形成厚度相等的堆放物料的夹层；从俯视方向看，相邻的两个料框形成一v字；各个料框构成一个或多个的v字状的结构；风机4驱动的全部干燥气体分别从所述各夹层的一侧均匀的穿过物料流向另一侧再流经风道5。各料框最顶部有加料进口，在所述各料框的最底部有卸料的出口。在物料干燥过程中，物料的体积会缩小并在料框中有所下沉，料框上部会出现无物料区域导致料框上部风阻消失使大部分干燥气流从无物料区域流过，有两种方法避免上述问题：1、在料框顶部的加料口安装一漏斗，漏斗中始终存有物料，当料框中的物料体积减小时，漏斗中的物料会流入料框；在物料的干燥过程中，按一定的时间间隔，利用人工或机械装置从卸料出口取出部分物料再放到漏斗中，使所述的夹层内始终充满物料，并使料框内和漏斗中的物料轮流得到干燥，该方法一般适用于批次作业量大的装置。2、所述的料框顶部有一档风装置，当物料逐步干燥并在料框中所占体积缩小时，所述挡风装置在料框上部堵住空出来的空间，使风机所产生的气流只穿过物料流动。该方法一般适用于批次作业量小的装置。

类似于实施例1，在需大量干燥物料，配有机械化的物料传输提升设备的场合，可以增加料框离地面的高度与料框长度，增加单位面积上的物料的体积，提升干燥装置批次加工能力。

在最底部的料框下面可以安装轮子，方便整个干燥装置的移动。

在干燥气流的进风口，可以增加热源装置，使干燥气流升温，使得在低温高湿气候条件下，可以有效干燥物料。

实施例3、

本优选实施例3如图3所示，示意图为侧视图。装置中有多个料框1，各料框1在厚度方向的两侧均有透风的筛网2，两个筛网2之间形成厚度相等的堆放物料的夹层；各料框从下往上依次设置；上下相邻的两个料框形成一个角度，且相邻的两个料框在相交处夹层内部相互连通，上一料框中的物料可以在重力作用下进入下一料框；从侧面看，上下相邻的两个料框构成一v字；风机4驱动的全部干燥气体流经风道5后分别从所述各夹层的一侧均匀的穿过物料流向另一侧再流经风道5。在最上面一个料框的顶部有加料进口，在最下面一个料框的下部有卸料出口。

在加料进口上面有个漏斗，干燥物料过程中，漏斗中一直存有物料，利用人工或提升机械，每隔一段时间从卸料出口放出部分物料加到漏斗中，使料框中的物料向下移动。这样保证了料框中始终充满物料，不会因物料失去水分体积减小导致料框上部出现无物料区域，使干燥气流始终均匀的穿过物料，也使物料颗粒在干燥过程中几次改变位置与体位，加快物料的干燥速度同时使物料的水分均匀。

本实施例比较适合稻谷和玉米的干燥，稻谷和玉米的干燥速度不能太快，最好在干燥过程中经历几个缓苏阶段，这样能大幅度降低爆腰率，提高粮食的品质。粮食颗粒处于料框时段，干燥气流穿过粮食颗粒，是粮食脱水的时段，此时颗粒表面水分蒸发、含水率减少，从颗粒中心到颗粒表面含水率的梯度增大，同时颗粒体积缩小。而当粮食颗粒不处于料框时段，无干燥气流穿过，则粮食颗粒处于非干燥时段，颗粒表面基本不蒸发水分，水分逐步从颗粒中心向表面迁移，水分梯度逐步减小，也就是所谓的缓苏时段。经过缓苏阶段的粮食颗粒表面含水率增加，能提高平均干燥速度。

本实施可以结合使用热泵空气源技术，空气源热泵是一种高效节能清洁的热源，在本发明方案中能较好的体现其优势。一般用空气源热泵工作时，冷凝器的进风温度高于蒸发器的进风温度。本发明中，蒸发器的进风和冷凝器的进风一般均为大气空气，温度相同，所以其cop较常规空气源热泵高，可以达到6-8。如果再采用优选7的方案，则可使蒸发器的进风温度高于冷凝器的进风温度，cop达到8-10，比用燃煤或生物质节能50％以上。

在北方冬季，气温低于5℃时，直接利用相对湿度较低的大气空气对物料的干燥效果较差，空气源的制热量也很小。此时可以在保温的室内环境中来进行物料的干燥。将所述的干燥装置安置在所述的室内空间中，用某种热源将室内温度升高到30-40℃，热泵冷凝器对干燥装置的进风进行升温，热泵蒸发器从干燥装置的出风中吸收热量，且主要吸收空气中水蒸气的潜热，可以实现对物料高效的干燥。

本发明在小批量的粮食干燥试验中已经获得良好的效果，在20℃温度，50％相对湿度，无热源的条件下，小麦经过7个小时，水分从20％以上降低到13％左右。

以上几个实施例是本发明的具体应用和对本发明原理的阐述，并不包括本发明权利要求所覆盖的所有应用范围和装置结构，只要涉及了本发明的原理和特征，均属本发明的保护范围。