低温循环式烘干机的制作方法

本发明涉及一种农业机械，具体是涉及一种低温循环式烘干机。

背景技术：

传统的谷物干燥技术是通过在场地上利用自然阳光干燥后入仓保存。受收割季节阴雨天的制约，我国每年因为收割后的谷物因为天气原因造成的粮食损失，在5％-8％之间。也就是说我国因为粮食收割后遇到阴雨天不能及时干燥造成的损失在5000万吨以上，接近我国每年进口的粮食总量。为了减少粮食损失，提高粮食生产过程的抗灾能力。现代谷物生产技术体系建设中，将谷物烘干机来替代自然晾晒，成为我国农业现代化建设的标配。

现在市场上供应的谷物烘干机大部分为低温循环式烘干机，此类烘干机普遍存在烘干速度慢，效率低，能耗高。经过几轮推广，到2018年底，其普及率尚不足30％。而且其中还有部分农户弃用已经建设的烘干机。其弃用的主要原因是烘干机烘干的能源消耗大，根据统计数据，燃油烘干消耗的能源达到240元/吨(谷物)，燃煤烘干的能源消耗达到100-120元/吨。按现行水稻收购价计算，这一成本占到了水稻销售收入的10％。同时也造成农业生产的高耗能，机械烘干能源消耗要和其它农业作业：耕、耙、种、管机械能耗基本持平。增加了大量二氧化碳的排放，加重环境负担，不利于现代化可持续农业的建设。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种低温循环式烘干机，既保持了现有低温循环式烘干机在保证谷物品质方面的优点，又提高了谷物干燥速度、降低了干燥能源消耗。从而可以让谷物机械烘干的成本真正为农民所接受，同时也有利于现代化新农村建设，具有显著的经济效益和社会效益。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种低温循环式烘干机，包括塔体和提升机，所述塔体内形成有一组或一组以上首尾相接的烘干系统，每组烘干系统包括自上而下依次设置的扩散部、干燥部和预热部，待干燥的谷物首先在所述预热部内进行预热，然后进入所述扩散部进行热量和水分的扩散，最后进入所述干燥部进行加热干燥；上层的烘干系统的预热部与下层的烘干系统的扩散部连接，最下层的烘干系统的预热部与最上层的烘干系统的扩散部之间通过所述提升机连接，形成一个谷物流转的闭路循环。

进一步的，对所述干燥部加热干燥采用第一热源系统和引风机，所述第一热源系统通过进风管路向所述烘干系统的干燥部内通入干风，所述引风机通过排风管路排出所述干燥部内的干风。

进一步的，所述进风管路包括进风总管、连通所述进风总管的若干进风支管、排风总管和连通所述排风总管的若干排风支管，所述进风总管设置于所述塔体的一侧，所述排风总管设置于所述塔体相对的另一侧，若干所述进风支管间隔排布于所述干燥部内，所述进风支管的底部设置若干出风口，相邻两个所述进风支管之间设置一个所述排风支管，所述排风支管的顶部设置若干进风口。

进一步的，对所述预热部进行预热采用第二热源系统和预加热装置，所述预加热装置包括横向间隔排布于所述预热部内的若干预热滚筒，所述预热滚筒转动安装于所述预热部的塔体上，所述预热滚筒外表面上形成有若干沿径向延伸的预热翼片，若干所述预热翼片沿轴向间隔排布；所述预热滚筒和所述预热翼片均为导热材料，所述预热滚筒内形成有供热媒流过的第一预热流道，所述第二热源系统为热泵加热系统，来自所述热泵加热系统的热媒流经所述第一预热流道时加热所述预热滚筒和所述预热翼片；相邻两个预热滚筒之间设置有自所述预热部的进料口向所述预热滚筒的顶部引导谷物流动的导流板。

进一步的，所述预热滚筒的外表面上形成有若干沿径向延伸的导热叶片，若干所述导热叶片沿所述预热滚筒周向间隔排布。

进一步的，所述预加热装置还包括用于驱动所述预热滚筒转动的驱动机构。

进一步的，所述导流板为导热材料，所述导流板内形成有供热媒流过的第二预热流道，来自所述第二热源系统的热媒流经所述第二预热流道时加热所述导流板。

进一步的，所述导流板的背面形成设有呈蛇形的加热管道，来自所述第二热源系统的热媒流经所述加热管道时加热所述导流板。

进一步的，对所述预热部进行预热采用第三热源系统和预加热装置，所述预加热装置包括横向间隔排布于所述预热部内的若干预热滚筒，所述预热滚筒转动安装于所述预热部的塔体上，所述预热滚筒外表面上形成有若干沿径向延伸的预热翼片，若干所述预热翼片沿轴向间隔排布；所述预热滚筒和所述预热翼片均为导热材料，所述第三热源系统为安装于所述预热滚筒上或所述预热部内的微波加热装置或远红外加热装置；相邻两个预热滚筒之间设置有自所述预热部的进料口向所述预热滚筒的顶部引导谷物流动的导流板。

进一步的，所述扩散部与所述干燥部之间设有多条沿水平方向并列设置的第一条形通道；所述干燥部与所述预热部之间设有多条沿水平方向并列设置的第二条形通道；所述预热部与所述扩散部之间设有多条沿水平方向并列设置的第三条形通道。

本发明的有益效果是：创新设计了谷物的烘干流程，将烘干系统分割成自上而下依次设置的扩散部、干燥部和预热部，并使烘干过程中待干燥的谷物首先在预热部内进行预热，然后进入扩散部进行热量和水分的扩散，最后进入干燥部进行加热干燥；这样，在预热部(或者称为预热仓)内，采用谷物保水预热技术，将谷物籽粒温度适当提升，以提高谷物籽粒内部水分的活性，加快芯部水分向表面迁移的速度，进而提高烘干速度。比如可以将谷物预热到比环境温度高10℃以上，并将谷物的最高温度控制在38℃以下，这样，既可以有效提高谷物内部水分的活性，又可以确保谷物生物活性不被伤害。由于刚加热时谷物内外、谷物不同籽粒之间都存在温度不均匀性，因此，在预热后使谷物进入扩散部而不是干燥部，可使谷物在扩散部(或者称为扩散仓)内停留合理的时间，确保谷物籽粒内部温度、水分的扩散均匀。即随着谷物流出预热部进入扩散部，谷物在扩散部内互相之间传递热量，可使温度高的部分的热量自动传递到温度低的部分，同时谷物内部水分也从水分高的芯部传递扩散到水分低的表面，经过一定时间，谷物内部的水分和温度都趋于一致，然后再进入干燥部进行加热干燥，可使谷物受热更加均匀，加快干燥速度，即扩散后的谷物进入干燥部，在干燥部谷物受到干风吹拂，干风流过谷物表面时可将谷物表面的水分带走，完成一个烘干流程。如果一个烘干流程无法满足烘干需要时，可以将塔体分割成多组烘干系统，比如设计成2组或2组以上的烘干系统。此时，上层的烘干系统的预热部与下层的烘干系统的扩散部连接，最下层的烘干系统的预热部与最上层的烘干系统的扩散部之间通过提升机连接，形成一个谷物流转的闭路循环。经过一次烘干的谷物进入下一组烘干系统，对谷物进行补充预热、扩散和干燥，进入下一轮循环。这样，谷物在经过10到15轮的烘干过程后，其含水率就能够达到设定值，烘干全过程完成。

根据对比试验，在不增加烘干机烘干功率的条件下，采用本发明方案后烘干机烘干速度可以加快30％以上，单位能耗节约32％以上。烘干谷物翻动(循环)次数下降50％以上。谷物破碎率下降0.5％以上。如果在设计中进一步优化设计干燥气流、加热方式，以及引进智能干燥和专家系统，烘干机能耗可望进一步降低，这有效减轻了农民的农业成本。对全社会来说，粮食烘干能耗的降低，也有利于我国节能减排，减少农业生产能源消耗，有利于实现农产品机械化干燥技术的全面推广应用，提高粮食生产的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明低温循环式烘干机的正视图；

图2为本发明低温循环式烘干机的侧视图；

图3为本发明低温循环式烘干机的干燥部的结构示意图；

图4为本发明低温循环式烘干机的预热部的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。

图1为本发明低温循环式烘干机的正视图；图2为本发明低温循环式烘干机的侧视图；参见图1，一种低温循环式烘干机，包括塔体1和提升机2，所述塔体内形成有一组或一组以上首尾相接的烘干系统，每组烘干系统包括自上而下依次设置的扩散部3、干燥部4和预热部5，待干燥的谷物6首先在所述预热部内进行预热，然后进入所述扩散部进行热量和水分的扩散，最后进入所述干燥部进行加热干燥；上层的烘干系统的预热部与下层的烘干系统的扩散部连接，最下层的烘干系统的预热部与最上层的烘干系统的扩散部之间通过所述提升机连接，形成一个谷物流转的闭路循环。

上述机构中，通过将烘干系统分割成自上而下依次设置的扩散部、干燥部和预热部，并使烘干过程中待干燥的谷物首先在预热部内进行预热，然后进入扩散部进行热量和水分的扩散，最后进入干燥部进行加热干燥；这样，在预热部(或者称为预热仓)内，采用谷物保水预热技术，将谷物籽粒温度适当提升，以提高谷物籽粒内部水分的活性，加快芯部水分向表面迁移的速度，进而提高烘干速度。比如可以将谷物预热到比环境温度高10℃以上，并将谷物的最高温度控制在38℃以下，这样，既可以有效提高谷物内部水分的活性，又可以确保谷物生物活性不被伤害。由于刚加热时谷物内外、谷物不同籽粒之间都存在温度不均匀性，因此，在预热后使谷物进入扩散部而不是干燥部，可使谷物在扩散部(或者称为扩散仓)内停留合理的时间，确保谷物籽粒内部温度、水分的扩散均匀。即随着谷物流出预热部进入扩散部，谷物在扩散部内互相之间传递热量，可使温度高的部分的热量自动传递到温度低的部分，同时谷物内部水分也从水分高的芯部传递扩散到水分低的表面，经过一定时间，谷物内部的水分和温度都趋于一致，然后再进入干燥部进行加热干燥，可使谷物受热更加均匀，加快干燥速度，即扩散后的谷物进入干燥部，在干燥部谷物受到干风吹拂，干风流过谷物表面时可将谷物表面的水分带走，完成一个烘干流程。如果一个烘干流程无法满足烘干需要时，可以将塔体分割成多组烘干系统，比如设计成2组或2组以上的烘干系统。此时，上层的烘干系统的预热部与下层的烘干系统的扩散部连接，最下层的烘干系统的预热部与最上层的烘干系统的扩散部之间通过提升机连接，形成一个谷物流转的闭路循环。经过一次烘干的谷物进入下一组烘干系统，对谷物进行补充预热、扩散和干燥，进入下一轮循环。这样，谷物在经过10到15轮的烘干过程后，其含水率就能够达到设定值，烘干全过程完成。

优选的，参见图1和图3，对所述干燥部加热干燥采用第一热源系统7和引风机8，所述第一热源系统通过进风管路9向所述烘干系统的干燥部内通入干风，所述引风机通过排风管路10排出所述干燥部内的干风。该第一热源系统可以为燃油型、燃煤型、燃气型、生物质炉型和热泵型中的一种，本发明中优先采用热泵型。热泵型的热源系统，主要包括热泵系统和内燃机，由内燃机驱动热泵系统工作，热泵系统收集空气中的热量并通过引风机向干燥部内引入干风。热泵系统通常包括压缩机、蒸发器和冷凝器，在压缩机和换热系统(蒸发器和冷凝器)内循环的制冷剂的共同作用下，由环境热源(空气)中吸取较低温热能，然后转换为较高温热能释放至循环介质(如水、空气)中成为高温热源输出，热泵系统为现有技术，在此不再赘述。当干燥部的第一热源系统采用热泵型时，其原理是利用制热系统的除水功能，直接将进风中的水分除去，在基本不改变烘干风温的情况下，大幅度降低干风的含水率，提高烘干效率，该烘干模式称之为变温干燥。在其他实施例中，采用燃料燃烧获取能量时，干风的获得可以通过加热来提高空气的干度，提高空气容水能力，实现恒温干燥。

干燥部引入干风用于对流经干燥部的谷物进行加热干燥，干燥部的风道设计可以采用逆流式、顺流式、横流式等。优选的，参见图1和图3，所述进风管路包括进风总管11、连通所述进风总管的若干进风支管12、排风总管13和连通所述排风总管的若干排风支管14，所述进风总管设置于所述塔体的一侧，所述排风总管设置于所述塔体相对的另一侧，若干所述进风支管间隔排布于所述干燥部内，所述进风支管的底部设置若干出风口121，相邻两个所述进风支管之间设置一个所述排风支管，所述排风支管的顶部设置若干进风口141。这样，谷物自上而下流动干燥，干风从进风总管进入若干进风支管，再由若干进风支管的底部流入，然后，再与之相邻的排风支管的顶部进入排风支管，最后从排风总管排出。也就是说，在干燥部内干风是逆谷物s形流动的。相对于现有横向流动结构，本发明采用逆谷物s形气流，可使气流和谷物热交换和排水过程更充分，从而提高热利用率，降低能耗。

优选的，参见图4，对所述预热部进行预热采用第二热源系统和预加热装置15，所述预加热装置包括横向间隔排布于所述预热部内的若干预热滚筒151，所述预热滚筒转动安装于所述预热部的塔体上，所述预热滚筒外表面上形成有若干沿径向延伸的预热翼片152，若干所述预热翼片沿轴向间隔排布；所述预热滚筒和所述预热翼片均为导热材料，所述预热滚筒内形成有供热媒流过的第一预热流道，所述第二热源系统为热泵加热系统，来自所述热泵加热系统的热媒流经所述第一预热流道时加热所述预热滚筒和所述预热翼片；相邻两个预热滚筒之间设置有自所述预热部的进料口向所述预热滚筒的顶部引导谷物流动的导流板153。这样，通过在预热部(预热仓)内设置若干预热滚筒，在预热滚筒上设置若干预热翼片，并在相邻两个预热滚筒之间设置导流板，形成了一种新型的预加热装置，相对于现有技术简单的将干燥仓分割为预热仓和烘干仓，烘干仓的热量由条形通道进入预热仓为预热仓供热的现有技术，本发明预加热装置能够获得更好的预热效果。因为，本发明工作时来自第二热源系统的导热油、钝化水、低压蒸汽等热媒可直接将热量传递给预热滚筒和预热翼片，谷物在进入预热部后直接与预热滚筒及预热翼片进行热交换，可快速得到预热。且预热滚筒是转动的，不会导致热量在某个区域堆积，使谷物预热更加均匀。此外，热媒是在预热滚筒内部的第一预热流道内流动，相比现有技术直接由来自烘干仓内的热风进行预热，预热部内环境更加洁净；更重要的是，可以通过热媒的温度精确控制谷物预热的温度，从而将谷物预热到谷物芽胚可以承受的温度条件下，尽量提高谷物内部水分子的活性，加快谷物内部水分向表面移动速度，从而达到加快谷物干燥速度，降低干燥能源消耗的目的。

优选的，参见图4，所述预热滚筒的外表面上形成有若干沿径向延伸的导热叶片154，且若干所述导热叶片沿所述预热滚筒周向间隔排布。这样，通过在预热滚筒的外表面上形成若干导热叶片，热量可以经由导热叶片传递给与其接触的谷物，从而可以进一步提高预热效率。且导热叶片和谷物相互作用时，可以借助谷物重力的作用，让预热滚筒转动起来，从而可以省掉或减少驱动机构的能量消耗。

优选的，所述导热叶片或/和所述预热翼片内形成有分支流道，所述分支流道连通所述第一预热流道，热媒流经所述分支流道时加热所述导热叶片或/和所述预热翼片。这样，通过在导热叶片或/和预热翼片内形成分支流道，可以更好的对导热叶片或/和预热翼片进行加热，从而进一步提高预热效率。

导热叶片的形状不限，以便于谷物流动并能够驱动预热滚筒转动为宜，优选的，所述导热叶片在径向延伸至所述预热翼片的外缘处，且若干所述叶片形状相同，并在所述预热滚筒周向均匀排布。这样，可以使热量传递更加均匀。

上述结构中采用了增加导热叶片的方式使预热滚筒转动起来，但限于此，还可以采用驱动机构驱动所述预热滚筒转动的方式，这里，驱动机构优选为电机，预热滚筒可以通过轴承转动安装于预热部的侧壁上，电机可以通过传动机构将旋转动力传递给预热滚筒，以驱动预热滚筒旋转，此为现有技术，在此不再赘述。

预热翼片的形状不限，优选的，可以采用螺旋形、圆环形、波浪形、斜椭圆形等。这样，可以提高预热翼片的预热效率。

优选的，所述导流板为导热材料，所述导流板内形成有供热媒流过的第二预热流道，来自第二热源系统的热媒流经所述第二预热流道时加热所述导流板。这样，通过在导流板内形成供热媒流过的第二预热流道，热媒可以流经第二预热流道对导流板加热，从而可以进一步提高预热效率。

上述结构，采用在导流板内增设预热流道的方式，实现对导流板的加热功能，但不限于此，在其他实施例中，还可以在导流板的背面形成呈蛇形的加热管道，这样，热媒流经加热管道时，可以实现加热导流板的功能。

上述结构中，预热滚筒、导热叶片、导流板中流经的热媒不限，优选的，热媒可以采用导热油或钝化水或低压蒸汽等。

本发明上述结构中，预热方式采用了热媒流道的加热方式，但不限于此，还可以根据需要采用远红外或微波的加热方式，比如，对所述预热部进行预热采用第三热源系统和预加热装置，所述预加热装置包括横向间隔排布于所述预热部内的若干预热滚筒，所述预热滚筒转动安装于所述预热部的塔体上，所述预热滚筒外表面上形成有若干沿径向延伸的预热翼片，若干所述预热翼片沿轴向间隔排布；所述预热滚筒和所述预热翼片均为导热材料，所述第三热源系统为安装于所述预热滚筒上或所述预热部内的微波加热装置或远红外加热装置；相邻两个预热滚筒之间设置有自所述预热部的进料口向所述预热滚筒的顶部引导谷物流动的导流板。这里，微波加热装置或远红外加热装置均为现有技术，在此不再赘述，比如，可以在预热滚筒或预热部内安装远红外发生器，利用远红外的透射能力短时照射预热部内流过的谷物，根据谷物流过的速度选择远红外发射功率，使流过的谷物刚好能升高10-15℃的温度。

优选的，所述扩散部与所述干燥部之间设有多条沿水平方向并列设置的第一条形通道；所述干燥部与所述预热部之间设有多条沿水平方向并列设置的第二条形通道；所述预热部与下层烘干系统的扩散部之间设有多条沿水平方向并列设置的第三条形通道。通过在扩散部与干燥部之间，在干燥部与预热部之间，在预热部与下层烘干系统的扩散部之间设置第一、第二、第三条形通道，可以使谷物安装根据条形通道的大小进行流动，从而达到控制谷物流动速度的目的。

预热部与干燥部可以分开设计，也可以根据用户需求，将预热部和干燥部进行组合设计，形成一个整体。扩散部的形状与预热部及干燥部相适应。扩散部的高度可根据不同谷物需要精量设计，这样，谷物在扩散部可保存合理的时间，确保谷物籽粒内部温度、水分扩散均匀。

上述结构中，第一热源系统、第二热源系统和第三热源系统可以合并为一个热源系统，热源系统可以采用燃油型、燃煤型、燃气型、生物质炉型和热泵型中的一种，并优先采用热泵型，采用现代热泵技术，通过收集周围环境中的热量来为谷物加热实现烘干的目的。同时利用现代热泵的去湿功能，在干燥进风管路设置去湿系统，可以提高烘干介质的干度，提高烘干效率。

本发明低温循环式烘干机的动作原理如下：

烘干机工作时，首先通过提升机将待干燥谷物装满烘干机的塔体，然后，启动引风机和提升机，用冷风将谷物表面水分带走一部分；同时烘干机的热源系统加热热媒，以热媒为导热油为例，导热油的加热温度控制在55-60℃，加热后的导热油通过油泵输入到预热部内的预加热装置，在预热部将谷物加热到35-38℃之间。预热后的谷物受重力作用向下流入扩散部，在扩散部内，谷物内部的热量和水分完成扩散平衡(谷物和外部没有物质和能量交换)；扩散后的谷物进入干燥部，在干燥部谷物受到干风吹拂，干风流过谷物表面时将谷物表面的水分带走，完成一次烘干；经过一次烘干的谷物进入下一组烘干系统的预热部，对谷物进行补充预热、扩散及干燥，进入下一轮循环。谷物在经过10到15轮的烘干过程后，其含水率就能够达到设定值，烘干全过程完成。

根据谷物干燥理论和试验，证明制约谷物烘干速度的是谷物芯部水分的移出速度。影响谷物芯部水分向表面移出速度的影响因素有三个：首先是谷物的含水率，谷物含水率越高，水分扩散移出速度就越快；其次是谷物籽粒结构，也就是谷物籽粒内部的毛细管通道，如果毛细管通道大而直，水分移出速度就快；第三个因素是谷物的温度，谷物温度越高，水分越活跃，水分移出的速度就越快，在早期的烘干机中用高温热风强制烘干一个循环在10分钟内可以除去3％的水分，可是因为谷物受到100℃以上高温烘烤，使谷物品质大幅下降，现在高温烘干机已经被全面淘汰。本发明工作原理符合上述谷物干燥理论和试验，根据对比试验，在不增加烘干机烘干功率的条件下，采用本发明方案后烘干机烘干速度可以加快30％以上，单位能耗节约32％以上。烘干谷物翻动(循环)次数下降50％以上。谷物破碎率下降0.5％以上。如果在设计中进一步优化设计干燥气流、加热方式，以及引进智能干燥和专家系统，烘干机能耗可望进一步降低，这一方面减轻农民的农业成本。对全社会来说，粮食烘干能耗的降低，有利于我国节能减排，减少农业生产能源消耗，有利于实现农产品机械化干燥技术的全面推广应用，提高粮食生产的稳定性和可靠性。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。