[00120693]农产品专用温室型双集热、双保温太阳能热泵干燥成套装备系统

一、课题来源与背景 该课题为甘肃省自然科学基金青年基金项目“农产品专用温室型双集热、双保温太阳能热泵干燥成套装备系统”（项目编号：1107RJYA051）。 二、研究目的与意义 太阳能具有绿色环保、分布广泛、用之不竭的特点。太阳能的利用方式包括光热利用、光电利用、光化学利用以及光生物利用等,其中太阳能光热利用是与社会生产生活结合最紧密的太阳能利用方式。而物料干燥无论在工业上还是在农业生产过程中都是重要的耗能环节,以往传统的人工干燥方式是以煤炭、电力等为能源,通过产生的热能用于干燥,而由此产生的温室气体则直接排放,不仅造成大气污染,而且耗能大、成本高。所以,本项目着眼于我省丰富的太阳能辐照资源,立足于中国科学院兰州化物所在材料研究领域的传统优势,进行了创新性的系统研究。建立了西北首个,国内一流的太阳能光热利用综合研究平台。并通过与地方科研院所和西部地区企业的长期合作,积累了太阳能烘干领域的第一手技术资料,深化了产学研合作层次,提高了光热利用技术服务我省社会经济发展的程度,为我省的太阳能光热利用研究贡献了一支年轻化,专业化的研究团队和一个应用前景良好的项目。 三、主要论点和依据 （1）采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法合成了系列尖晶石型纳米级吸光颜料CoCuMnOx,CoCr2O4,CuCr2O4和CuCrxMn2-xO4 （x=0.5, 1）;（2）利用喷涂法制备了相应颜料为吸光剂的光热转换吸收涂层,该涂层的最佳选择性达到αs=0.928,ε100=0.198。（3）应用上述尖晶石颜料制备的平板集热器,耐变形度＞130oC,耐老化性能良好（在日光下8 年以上）,低铁平板玻璃透过＞0.84。其光效率η＞0.75～0.78。将其应用在烘干设备上,光吸收率＞90%,红外发射＜30%。（4）以上述涂层为基础所建成的太阳能热泵干燥成套装备系统中试车间容积为57 m3,每炉干燥处理农产品500Kg以上,干燥时间5-6小时,节能效果＞25%。并自主研发了配套太阳能干燥系统在线监测装置1套,用于监测烘干系统的工艺参数。 四、创见与创新 （1）系列尖晶石型纳米级吸光颜料CoCuMnOx,CoCr2O4,CuCr2O4和CuCrxMn2-xO4 （x=0.5, 1）合成;（2）利用喷涂法制备了相应颜料为吸光剂的光热转换吸收涂层,可与国际市场销售的德国蓝膜媲美,解决了长期以来国内外同类研究中喷涂法制备涂层ε100居高不下的难题。涂层的耐水、耐热、附着力、耐老化性和耐盐雾性等各项指标良好;涂层的制备技术获得了国家发明专利授权（ZL 201110260189.4 以尖晶石型颜料为吸光剂制备太阳能选择性吸热涂料的方法）;（3）应用上述尖晶石颜料制备的平板集热器,性能优异,集热效果优于市售非选择性涂料制备的集热器;（4）太阳能热泵干燥成套装备系统的相关研究工作获得发明专利和实用新型专利授权各1项（ZL 201110260182.2 一种利用温室型双集热双保温太阳能热泵烘干装置进行物料烘干的方法;ZL 201120330095.5 温室型双集热双保温太阳能热泵烘干装置）。 五、社会经济效益及存在的问题 以下仅以我省年加工脱水蔬菜的情况为例来计算本项目成果的推广应用前景。全省目前平均每年加工生产脱水蔬菜20万吨,产值40多亿元,年消耗煤炭和电力等能源6亿元,如果全部改造采用本项目开发的装备系统加工脱水蔬菜,节约能源按25-30%计,可节约煤炭25-30万吨,节约能源成本1.5-1.8亿元。并减少约65-78万吨CO2的排放。如果按全国脱水蔬菜或者是各种农副产品干燥脱水的产业情况来看,其经济效益、社会效益以及生态效益是不可小视的。并且,项目中使用的纳米级吸光颜料制备和集热器等设备加工也会为我省的金属矿藏资源高值化利用和设备加工企业提供新的发展契机,综上,本项目的社会经济效益是十分显著的。 六、历年获奖情况 本项目所研发的太阳能集热保温技术成功应用于“马铃薯淀粉加工废弃物资源化利用与污染控制研究示范”,2015年度荣获中国产学研合作创新成果奖二等奖。