一种茶叶用新型常温干燥设备的制作方法

1.本发明涉及茶叶干燥技术领域，具体涉及一种茶叶用新型常温干燥设备。


背景技术：

2.目前，茶叶干燥通常采用链板烘干机或烘干房，由于整个系统为开放系统，干燥效率和效果受季节和天气影响大，特别是夏季和阴雨天，空气含湿量高(环境自然湿度50％-90％)，必须通过提高干燥温度才能将茶叶中的水分带走，因此传统干燥温度一般为90℃-120℃，高湿高温空气与茶叶表面会形成蒸煮层，造成茶叶香气损失，过度氧化，鲜爽度降低和理化成分损失，且此种开放系统热能的利用率极低，造成能耗高效率低的现状，也是制约茶叶加工效率的瓶颈工序；传统链板烘干机和烘干房通常需要配备锅炉进行空气加热，锅炉燃烧废弃物和过程中产生的一氧化碳等有毒气体会造成生态环境的破坏，此也限制了茶叶加工产能。


技术实现要素：

3.为了解决上述所存在的技术问题，本发明提供了一种茶叶用新型常温干燥设备，采用低温、密闭环境，使茶叶在稳定的温湿度环境中完成快速脱水干燥，保持茶叶内在理化成分及口感。
4.所采用的技术方案如下：
5.一种茶叶用新型常温干燥设备，所述设备包括密闭的干燥房、常温热泵机组、动态螺旋输送线和微电脑控制系统，所述动态螺旋输送线设置于所述干燥房内，且与所述微电脑控制系统控制连接，所述动态螺旋输送线的进料段和出料段分别延伸出所述干燥房的墙体外部，所述常温热泵机组将制得的热空气通过循环风机组输入至干燥房内，所述动态螺旋输送线的进料段和出料段分别设有水分检测仪和温湿度传感器，其分别与所述的微电脑控制系统连接，所述微电脑控制系统根据干燥房内所采集到的温湿度及进料段与出料段处物料的含水率自适应调节所述动态螺旋输送线输送速度及常温热泵机组的输入热量。
6.进一步地，所述微电脑控制系统中设有热量控制模块，其根据所述干燥房的散热量q2、所述动态螺旋输送线的湿物料吸收热量q1及水分蒸发吸收热量q3控制所述常温热泵机组的烘干热负荷，所述热量控制模块用于计算所需烘干热负荷q
总
的算法如下：
7.q
总
＝q1+q2+q3(kw.h)
8.其中，q1＝c*m*δt
9.q2＝αfk(t
n-t
wn
)
·
h/1000
10.q3＝g2
·
γ/3600
11.上式中：c-茶叶比热容；
12.δt-干燥房内外温度变化值；
13.m-湿茶叶质量；
14.α-围护结构温差修正系数，取α＝1；
15.f-围护结构的面积(m2)；
16.k-围护结构的传热系数，根据实际情况，可简化为k＝λ/d(聚氨酯λ＝0.024w/m℃)，λ为维护结构材料的导热系数[w/(m
·
k)]，d为维护结构厚度(m)；
[0017]
t
n-室内设计温度(℃)；
[0018]
t
wn-室外环境温度(℃)；
[0019]
g2-湿物料除湿的水分(脱水量)(kg)；
[0020]
γ-水的汽化潜热(kj/kg)；
[0021]
h-设计烘干时间(h)。
[0022]
进一步优选地，所述设备还包括蒸发器冷凝排湿系统，其与所述常温热泵机组集成后与所述干燥房连接，用于对所述干燥房内的湿热空气进行冷凝除湿处理，将冷凝水排出所述干燥房外，除湿后的热空气通过管路形成内循环进入所述干燥房内。
[0023]
优选地，所述动态螺旋输送线包括驱动电机、立式旋转转筒、转弯链板带、螺旋式导轨和支架，所述驱动电机与所述微电脑控制系统连接，所述螺旋式导轨呈螺旋爬升方式设置于所述支架上，所述转弯链板带沿着所述螺旋式导轨设置，并形成一闭环输送带结构，所述转弯链板带的出料段设置于所述支架的上部，其进料段设置于所述支架的下部；所述立式旋转转筒的外侧圆周处设有沿着其母线设置的若干个驱动齿，所述驱动齿与所述转弯链板带内侧形成啮合驱动连接，所述驱动电机与所述立式旋转转筒形成驱动连接，用于驱动所述立式旋转转筒旋转。
[0024]
进一步优选地，所述动态螺旋输送线上的各层所述转弯链板带上分别设有在线水分测定仪，各所述在线水分测定仪分别与所述的微电脑控制系统连接，所述微电脑控制系统中的热量控制模块根据各层所述转弯链板带上的物料含水情况，计算所述动态螺旋输送线上的所有物料所需热量q1和q3，并控制所述常温热泵机组的输出热量。
[0025]
优选地，所述在线水分测定仪为红外在线水分测定仪。
[0026]
优选地，控制所述动态螺旋输送线输送速度为2m/min-7m/min，控制进入所述干燥房内的空气湿度小于30％，控制所述动态螺旋输送线上烘干温度的调节范围为35℃-75℃。
[0027]
进一步优选地，所述循环风机组由多台呈上下设置的循环风机组成，其设置于所述动态螺旋输送线的一侧，所述微电脑控制系统与各所述循环风机电性连接，用于独立控制各所述循环风机的出风量。
[0028]
本发明技术方案具有如下优点：
[0029]
a.本发明通过常温热泵机组与干燥房形成一个密闭的热风循环系统，干燥过程通过设置在动态螺旋输送线进出料段的温湿度传感器和动态水分测定仪，将采集数据实时传入微电脑控制系统，对所需烘干热负荷进行实时计算与精准控制，从而使烘干后的茶叶含水率控制精度达到
±
1％，干燥温度精度控制在
±
1℃。
[0030]
b.本发明将常温热泵机组与蒸发器冷凝排湿系统进行结合，通过常温热泵机组进行空气制热，通过蒸发器冷凝排湿系统将干燥房内的湿空气所含水分冷凝除去后，干空气进入下一个干燥循环，进一步回收利用余热对物料加热，与传统开放式干燥系统相比，本发明属于闭环式干燥系统，热量损失少，更节能，真正实现零排放，达到技能环保。
[0031]
c.本发明设备中的茶叶除水量可在线设计和测量，在设备入茶口、干燥房内的动态螺旋输送线的每层，及出料段处都设有红外在线水分测定仪，根据各层物料的水分变化
可调控动态螺旋输送线的速度及循环风机组的风量，使出料段输出的茶叶含水率控制精度更高。
[0032]
d.本发明设备不受天气影响，进入干燥房的空气湿度始终控制在30％以下，且干燥温度根据茶叶加工工艺要求，可在35℃-75℃范围内可调节，干燥速度快，温度可控。
[0033]
e.本发明结合热量控制模块中的烘干热负荷算法，采用自主升温曲线控制，通过热量控制模块自动计算物料所需热量，自动调控烘干速度与热负荷值，达到最佳烘干效果，无需人工干预，一人可以同时看管多幢干燥房，可较传统节省3-5个人工。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]
图1是本发明所提供的设备平面布置图；
[0036]
图2是图1中所示动态螺旋输送线主视图；
[0037]
图3是图2所示俯视图；
[0038]
图4是干燥房内干燥原理图。
[0039]
图中所提供的标识符号说明如下：
[0040]
1-干燥房；2-常温热泵机组；3-动态螺旋输送线，31-驱动电机，32-立式旋转转筒，33-转弯链板带，34-螺旋式导轨，35-支架，321-驱动齿；4-微电脑控制系统；5-循环风机组。
具体实施方式
[0041]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
如图1所示，本发明提供了一种茶叶用新型常温干燥设备，设备包括密闭的干燥房1、常温热泵机组2、动态螺旋输送线3和微电脑控制系统4，动态螺旋输送线3设置于干燥房1内，动态螺旋输送线3的进料段3a和出料段3b分别延伸出干燥房1的墙体外部，常温热泵机组2将制得的热空气通过循环风机组5输入至干燥房1内，动态螺旋输送线3的进料段3a和出料段3b分别设有水分检测仪和温湿度传感器(图中未示出)，其分别与微电脑控制系统4连接，微电脑控制系统4根据干燥房1内所采集到的温湿度及进料段与出料段3b处物料的含水率调节动态螺旋输送线3输送速度及常温热泵机组2输入热量。本发明利用常温热泵机组2，采用逆卡诺循环原理进行设计，如图4所示，利用少部分的电量驱动压缩机做功，从而将室外空气中的大部分热量搬运至干燥房1内，提升干燥房1温度，使干燥房1温度达到目标温度(低于75℃)。另外，在整套设备中还设置了蒸发器冷凝排湿系统，包括蒸发器和冷凝器，其与常温热泵机组2集成后与干燥房1连接，用于对干燥房1内的湿热空气进行冷凝除湿处理，将冷凝水排出干燥房外，除湿后的热空气通过管路形成内循环进入干燥房1内。
[0043]
如图4所示，常温热泵机组利用冷媒经过压缩机压缩，成为常温高压的气体，进入冷凝器放热，冷凝器放热出的热量由循环风机组送入干燥房，将干燥房的空气加热(最高可达75℃)。随空气温度的升高，茶叶中的水分会逐渐蒸发，再由蒸发器冷凝排湿系统进行排
湿，除湿后的热空气继续循环进入干燥房，从而达到茶叶干燥的效果，节能效果明显。
[0044]
本发明在微电脑控制系统中设有热量控制模块，可以根据干燥房温湿度及其内部动态螺旋输送线3上的物料含水量及干燥目标含水量等参数，进行自适应调节干燥温度，根据干燥房的散热量q2、动态螺旋输送线的湿物料吸收热量q1及水分蒸发吸收热量q3调节常温热泵机组的烘干热负荷，热量控制模块用于计算所需烘干热负荷q
总
的算法如下：
[0045]q总
＝q1+q2+q3(kw.h)
[0046]
其中，q1＝c*m*δt
[0047]
q2＝αfk(t
n-t
wn
)
·
h/1000
[0048]
q3＝g2
·
γ/3600
[0049]
上式中：c-茶叶比热容；
[0050]
δt-干燥房内外温度变化值；
[0051]
m-湿茶叶质量；
[0052]
α-干燥房围护结构温差修正系数，取α＝1；
[0053]
f-干燥房围护结构的面积(m2)；
[0054]
k-干燥房围护结构的传热系数，根据实际情况，可简化为k＝λ/d(聚氨酯λ＝0.024w/m℃)，λ为维护结构材料的导热系数[w/(m
·
k)]，d为维护结构厚度(m)；
[0055]
t
n-室内设计温度(℃)；
[0056]
t
wn-室外环境温度(℃)；
[0057]
g2-湿物料除湿的水分(脱水量)(kg)；
[0058]
γ-水的汽化潜热(kj/kg)；
[0059]
h-设计烘干时间(h)。
[0060]
以下表设计参数为例，计算所需干燥热量。
[0061][0062]
热量控制模块根据上表中所给出的参数数值，自动计算干燥房所需烘干热负荷q
总
，比如设置目标烘干时间及烘干品质，微电脑控制系统根据茶叶含水量、重量等参数实时计算并调节所需烘干热负荷。具体计算过程如下：
[0063]
(1)把茶中水分加热到35℃的热量q1[0064]
q1＝c*m*δt
[0065]
水的比热容
ꢀꢀꢀꢀ
0.001167kw.h/(kg.℃)
[0066]
水的比热＝4.2
×
103j/(kg
·
℃)≈1kcal/(kg
·
℃)，查相关资料20％含水量茶叶比热容为1.63kj/(kg
·
℃)y≈0.39kcal/(kg
·
℃)；
[0067]
脱水量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
105kg
[0068]
室内设计温度
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
35℃
[0069]
室外环境最低温度
ꢀꢀꢀ
10℃
[0070]
湿物料升温需要热量 q1＝0.39*1000*25/860＝11.3kw.h
[0071]
(2)维护结构(干燥房)的散热量
[0072]
q2＝αfk(t
n-t
wn
)
·
h/1000
[0073]
式中：q2＝62.5*0.024*14*1/1000＝0.014kw.h
[0074]
(3)物料水分蒸发吸收的热量(q3)应按下式计算：
[0075]
q3＝g2
·
γ/3600
[0076]
式中γ—水的汽化潜热(kj/kg),室内设计温度对应的汽化潜热(查水的汽化潜热表,30℃时为2422.8)。
[0077]
q3＝105*2433/3600＝70kw.h
[0078]q总
＝11.3+0.014+70≈82千瓦热量。
[0079]
通过热量控制模块计算上表中茶叶干燥运行参数所需的总热量q
总
，使得微电脑控制系统精准控制干燥房内所需热量，使茶叶干燥更稳定。当然，干燥房的茶叶出现摊布料量或进料含水量等参数变化时，微电脑控制系统根据实时计算结果进行调节热量输入，进而达到茶叶品质的精准干燥控制。
[0080]
本发明设备自动化控制精度和智能化操作性能好，设备采用高精度电子温湿度传感器，具有超快响应、抗干扰能力强，结构紧凑，极低的功耗和超远传输距离等优点，是控制系统的数据精度更高，操作性能更好。
[0081]
如图2和图3所示，本发明所采用的动态螺旋输送线3为螺旋攀升结构，包括驱动电机31、立式旋转转筒32、转弯链板带33、螺旋式导轨34和支架35，螺旋式导轨34呈螺旋爬升方式设置于支架35上，转弯链板带33沿着螺旋式导轨34设置，并形成一闭环输送带结构，转弯链板带33的出料段3b设置于支架35的上部，其进料段3a设置于支架35的下部；立式旋转转筒32的外侧圆周处设有沿着其母线设置的若干个驱动齿321，驱动齿321与转弯链板带33内侧形成啮合驱动连接，驱动电机31与立式旋转转筒32形成驱动连接，驱动电机31可以通过直联或链轮传动驱动立式旋转转筒32旋转，立式旋转转筒32外侧面上的等间距设置的驱动齿，带动转弯链板带33同步输送，这里的转弯链板带为不锈钢螺旋转弯带。为了进一步对各层的茶叶含水量进行动态监控，在每层转弯链板带33上方分别设有红外在线水分测定仪，各在线水分测定仪分别与微电脑控制系统4连接，采集各层茶叶的含水数据，微电脑控制系统4中的热量控制模块根据各层转弯链板带33上的物料含水情况，根据上述所给出的算式实时计算动态螺旋输送线3上的所有物料所需热量q1和q3，这里对每层物料的含水量进行逐一计算，最后得到所有层的物料所需热量q1和q3，据此控制常温热泵机组2的输出热量。
[0082]
本发明中控制动态螺旋输送线3输送速度优选为2m/min-7m/min，控制进入干燥房1内的空气湿度不高于30％，控制动态螺旋输送线3上烘干温度的调节范围为35℃-75℃。输送线采用动态输送与检测，从底层进料，顶层出料，茶叶在不锈钢螺旋转弯带上的层高根据干燥除水量设定，进料端设置了辅助减速机，上方的驱动电机与辅助减速机均采用变频电机，变频调速，分别与微电脑控制系统联动。此设计方式更省空间，与传统链板结构相比茶叶和热风接触面更大，单位时间除水速度更高，整体的茶叶处理效率更高。
[0083]
当然了，本发明还可以对各层物料所需风量进行控制，在循环风机组5由多台呈上下设置的循环风机组成，其设置于动态螺旋输送线3的一侧，面对着各层上的物料进行排风，微电脑控制系统4与各循环风机电性连接，可以独立控制各循环风机的出风量。
[0084]
采用本发明设备对茶叶进行干燥后，茶叶氧化少，色泽保护更好，茶叶品种本身具有的香气和滋味保留更多，茶叶特色更明显，理化成分保留更多，滋味更丰富，对茶叶品质有明显提升。
[0085]
下表是将传统链板烘干机与本发明设备对同样茶叶进行干燥的效果比对。
[0086][0087]
感官审评对照表：
[0088][0089]
采用本发明干燥设备处理后的茶叶，香气鲜爽，保留了品种特有的甜花香，滋味丰富，甜醇，收敛性强，较传统链板烘干机干燥处理的茶叶内质和感官品质有明显提升。
[0090]
设备使用经济性分析对照：
[0091][0092]
[0093]
由上表可以看出，采用本发明设备，无论是从能耗方面，还是从自动化程度、人工成本和年使用成本等方面，都占据很大优势，由于本发明采用热泵冷凝除湿技术，干燥温度低，空气含湿量低，干燥水分自动调整，因此所需能耗及年使用成本较低。
[0094]
本发明未述及之处均适用于现有技术。
[0095]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。