茶叶烘干机的发明及在我国的研制与发展

权启爱，姚作为

1.中国农业科学院茶叶研究所，310008；2.浙江省出入境检验检疫局，310016

烘干是各类茶叶加工中一种重要的干燥方式，目前已实现机械化。然而，从中国的传统烘制工具到现代茶叶烘干机的研制成功，特别是烘干机在中国的研制和发展，其历程十分复杂、艰苦和漫长。

一、中国传统的茶叶烘制工具

中国是茶叶的祖国，远在唐代中国已经出现了原理类似于现代烘干机的饼茶烘制器具“焙”与“棚”，以及饼茶成品茶的复烘工具“育”。但长期以来，中国的茶叶烘制主要依赖的是一种用竹篾编制的烘笼（图1），烘笼内置木炭火盆，火盆上设竹编摊叶盘，作业时燃放炭火直接对茶叶进行烘烤，达到干燥目的。直至目前，虽然茶叶烘干机业已普遍推广应用，但这种竹制工具仍在茶叶加工中，特别是在闽北乌龙茶烘焙中广泛应用。正是这种简单的茶叶烘制工具，对中国历代的茶业辉煌作出了重大贡献。然而，由于世界列强的入侵，政局动乱，加之长期的闭关锁国和墨守陈规，直到20世纪50年代初期，我国的茶叶烘制仍然主要依赖烘笼完成烘干作业。

图1 中国传统茶叶烘制工具——烘笼

二、茶叶烘干机的发明

18世纪，中国的红茶加工技术传入印度，当时用于红茶烘制的工具——烘笼，也随之传入印度。在烘笼作业方式的启发下，1870年，印度卡察地方的一个茶园经理麦克米肯（Mcmeekin）设计出一种抽屉式茶叶烘干箱，整体结构为在一只前面开门的大木箱内放入5只以细铁丝编织网为底的无盖浅木盘，两盘之间相隔适当距离，大木箱下部设置木炭火盆作为热源。作业时，茶叶就摊在浅木盘内，热空气从下至上，顺序穿过盘内的茶叶，进行茶叶干燥。烘干箱可依各层浅盘茶叶烘干的程度，变换各浅盘的位置，生产效率明显高于烘笼，故这种烘干箱在当时应用十分普遍。

1879年同样是卡察地方的工程师戴维生（S.C.Davidson），在上述烘干箱基础上，创造了一种名为西罗柯（Sirocco）上引式茶叶烘干机（图2），并配置了烟气与空气隔离加热的热风炉灶，灶分两格，一格充满炉膛燃烧产生的烟气，烟气最后由烟囱排出，另一格用于通过需加热的空气，冷空气通过绕于烟囱的进气管引入加热格内，被加热成热空气，然后通过管道从上部通入干燥室，对摊在浅盘内的茶叶进行干燥。无盖浅木盘同样是底面以细铁丝织成，可用手送进、拉出烘干箱。

稍后，印度阿萨姆的英国土木工程师肯孟特（J.C.Kinmond）利用风扇吹入冷空气，使其通过一块加热的铁板，形成热风，然后进入抽屉浅盘式干燥室内，对茶叶进行烘干。热风温度可掌握在127～150℃之间，8min即可完成一次茶叶烘干。

此后，另一位英国工程师杰克生（W.Jackson）又设计出管式热风炉灶，炉灶为一组由炉灶燃料燃烧所形成烟气包裹的管子结构，冷空气从炉管内通过，吸收炉管内壁热量，被加热形成热风，由装在干燥室顶部的风扇吹入干燥室，实施茶叶干燥。同时将浅盘底部改为用多块网状百页板拼接，每块网状百页板可用手柄由水平翻转成垂直并可回位到水平状态。这样，茶叶从上层投入，可一层层下落，从而形成了近似于现代使用的手拉百页式茶叶烘干机，应该说这是世界上最早的茶叶烘干机。

1885年，杰克生通过研究，将上述烘干机的网状百页板装在链条上，链条通过链轮齿带动回转，链轮由传动机构带动旋转，从而使百页板产生运动，实现了自动进茶和出茶。杰克生将这种烘干机命名为胜利（Victoria）式茶叶烘干机，此后又改进设计成模范（Paragon）式等茶叶烘干机（图3），均使用了上述结构。直至1894年，茶叶烘干机开始使用双面对称式金属冲孔百页板，并创造出翻板结构，从而使茶叶烘干机的摊叶量提高了1倍。

图2 西罗柯（Sirocco）上引式茶叶烘干机

1907年，戴维生设计成功连环式鼓风茶叶烘干机（Endless chain pressure dryer），1910年杰克生也设计出帝国（Empire）式茶叶烘干机，整体结构已具备了现代烘干机的三大规范的组成部分，即炉灶、鼓风机和干燥室，并且设计为下引进风，现代茶叶自动烘干机型式基本形成。直至目前，世界上所广泛应用的西罗柯（Sirocco）式（图4）、马歇尔（Marshall）式，以及我国6CH系列茶叶烘干机的工作原理和基本结构均沿用了上述烘干机的型式。

自20世纪初期以来，茶叶烘干机的结构没有很大变化，仅是在充分利用热量、节约燃料、提高生产率和干燥均匀方面作了改进。笔者曾去印度、斯里兰卡等主要产茶国考察，目前这些产茶国所使用的茶叶烘干机，仍系与戴维生和杰克生所发明的烘干机结构基本相同的西罗柯和马歇尔式茶叶烘干机。特点是机型普遍较大，摊叶面积多为50m2以上，使用火管式热风炉，机体庞大，仅热风炉就有一间房大小，设有专门的热风炉间（图5）。

图3 模范式茶叶烘干机

图4 西罗柯（Sirocco）下引式茶叶烘干机

图5 印度茶厂现使用的大型西罗柯式茶叶烘干机（上）和热风炉（下）

三、中国民间茶叶烘干设备研发的起步

利用热风对茶叶进行干燥，干燥速度快，成茶品质鲜爽度好，在中国茶区早已被认识，然而由于技术的落后和金属材料的缺乏，长期以来，中国茶区仍然停留在用烘笼进行茶叶烘制，不仅效率低，并且因火塘木炭燃烧欠佳，稍不注意会造成炭烟污染茶叶而使成茶出现烟气，故茶区十分期盼用清洁热风对茶叶进行干燥。为此，从清代末期历经民国直至新中国成立初期，中国茶区创造出众多结构简易的茶叶烘干设备。图6为民国中央实验茶场20世纪40年代所使用的一种较为典型的简易型茶叶烘干机。其结构由炉灶、风机和烘干室组成。炉灶一般是在炉膛上部倒扣放置2～3只炒茶锅，锅下为燃烧室，通过炉门进行烧火，炉灶上部设有烟囱，用于排烟。锅上为热风式，一边有冷风进口，一边设置热风出口，在烘干室上部设有砖砌抽风烟囱或在冷风进口部装置风扇，有条件的地方使用金属风扇，条件不允许者则使用人工手摇木制吹风机。将热风由抽风烟囱抽入或由风扇吹入烘干室，实施茶叶烘干。烘干室用木板构制或砖砌而成，一边留有摊叶盘进出的侧门，可供摊叶盘推进和拉出。摊叶盘用木料为框、底面为竹篾或铁丝编织网，有多层，架设在干燥室内的轨道上，用于摊叶。这种简易烘干机作业时，炉灶的炉膛内烧火对炒茶锅加热，送入的冷空气在炒茶锅上的热风室内与锅壁进行热交换从而形成热风，并被抽入或吹送到烘干室内。简易型茶叶烘干机作业时，将摊满茶叶的烘盘一只只放置到烘干室内，热风则从下至上，一层层穿透茶叶层，茶叶不断从热风中吸收热量，蒸发水分，达到干燥之目的。这种简易型茶叶烘干机20世纪50—60年代在中国茶区的红绿茶加工中曾被广泛使用。直至目前，在一些偏远茶区，农户还在使用如图7所示的茶叶烘干装置。

四、国外茶叶烘干机的引进仿制与开发研制

民国初年，为拯救逐步衰落的中国茶业，在业界一批有识之士极力呼吁下，民国政府开始派出茶叶技术人员去国外考察。正是源于这些考察之见闻，20世纪30年代初，被誉为中国当代茶圣的吴觉农先生提出：“我国尚不积极着手改良（茶机），将来难免受他国之驱逐，殆无疑义者也。”他提倡用新式机械制茶，从而振兴中国茶业。正是由于这批有识人士的鼓舞和推动，国内一些茶场、茶厂和茶业改良场开始引进德国、日本等国的揉捻机、烘干机和筛分机等，并根据中国茶叶加工特点开始仿制。据报道，1932年，湖南省安化茶场场长冯绍裘设计出一种A型烘干机，可以看作是中国茶叶烘干机乃至茶叶机械发展的最初萌动。

图6 中国茶区使用的简易烘干设备

图7 简易茶叶烘干设备

抗日战争爆发后，茶界知名人士范和钧先生带领一批技术人员，经中国香港和印度、缅甸进入云南省勐海，在佛海（今勐海）筹建勐海实验茶厂，范和钧先生任厂长，引进克虏伯式揉捻机、杰克逊式烘干机等，创制出的滇红工夫茶，金毫显露，条索紧结，味鲜浓醇，品质极佳。

中华人民共和国成立后，中国茶业公司根据中央恢复经济、扶持城市工业的生产方针，针对恢复和发展茶叶生产，提出了“利用机械，提高制茶生产能力，降低成本，以产定销，促进茶叶生产和贸易恢复和发展”的设想。1949年11月，时任实业部副部长、中国茶业公司总经理的吴觉农先生提出“由国家拨给一定资金订制制茶机械、支持茶叶生产恢复发展”的建议，这就是当时所说的“压资订机”。订机由中国茶业公司委托上海华东区公司实施，组织专门技术人员，以仿制为主，测绘和设计出51型茶叶烘干机等一批茶叶初精制机械。由华东工业部有计划地安排上海农药药械厂、杭州力余铁工厂及景兴、大冶、熔瑞等私营机械工厂制造。至1951年6月，包括51型烘干机在内的制茶机械2577台，动力机134台，分发至华东和中南等重点产茶区使用，筹备兴建了一批初、精制机械茶厂，为我国制茶机械化事业的发展作出了最初示范。正是51型茶叶烘干机的设计和制造成功，开启了我国茶叶烘干机的发展历程，为以后烘干机产品的设计与制造奠定了基础。

1964年，我国确定援建几内亚玛桑达茶场，其中茶叶加工厂应用的设备中包括茶叶烘干机。当时由中国农业科学院茶叶研究所负责组成援几茶叶机械设计试制组，承担援几茶叶机械的研制、设计。经过反复论证，认为51型茶叶烘干机设计基本合理，只是传动较落后，大多使用平皮带传动，再则鉴于国外同类机型大多体型和产量过大，与中国相关茶机不匹配，为此确定参考51型茶叶烘干机，进行援建几内亚茶叶烘干机的设计。通过设计试制组专家的努力，1965年5月定名为CH513型的茶叶烘干机完成试制并通过鉴定，烘板摊叶面积12.94m2，由当时的杭州农业机械厂生产制造，除提供给几方外，后在国内茶叶加工中亦获得推广应用。

CH513型和51型茶叶烘干机（图8），在总体结构上大体相同，但513型机械结构优化和传动结构改善取得显著进展。所有传动均采用了齿轮和链轮等金属结构，并且采用了可变速的整体式减（变）速箱，使传动更为稳定和可靠，并且通过换热量计算，设计配套了火管式热风炉，使烘干效率更高。1996年，应几内亚方邀请，笔者受农业部派遣，对中国援几马桑达茶厂实施技术改造考察，发现当年我国所提供的茶叶烘干机，历经30余年茶叶加工运行，状态尚为完好。笔者到达时虽因热风炉炉管烧损停用，但因当年炉管配件充足，取出配件稍加更换，又可投入正常运转，几方对中国提供的烘干机质量再一次给予很高的评价。

图8 中国51型（左）和CH513型茶叶烘干机

20世纪70年代，我国茶叶生产发展迅猛，国内生产制造仅有的CH513型茶叶烘干机，已无法满足广大茶区需求。这时期各产茶区的一些农机制造和茶机生产厂开始进行手拉百页式茶叶烘干机的研制开发（图9），该机型摊叶面积在10m2以下，靠手工向上层烘板撒放上叶，然后手工操纵手柄使烘板直立实现加工叶下落换层，直至出叶。这类机型虽然不能进行连续作业，操作较麻烦，但用材少，一些小型农机和茶机企业即可制造，安装和使用方便，价格低廉，适于小型茶叶加工企业使用，目前在生产中还有少量应用。与此同时，随着茶机专业生产厂的陆续增加，浙江绍兴，福建松溪、屏南，广东英红，四川江津、夹江等茶机生产厂开始设计和制造摊叶面积10～12m2的小型自动链板式茶叶烘干机，提供茶区使用。然而这些类型的烘干机，缺乏统一设计，型号混杂，技术参数各异，台时出茶量集中在40～60kg。加之制造原材料缺乏，机器生产数量少，设备产品性能普遍较低，机器原材料消耗和运行时燃料消耗大，配件供应困难，亟待克服和解决。

图9 手拉百页式茶叶烘干机

五、我国茶叶烘干机系列产品的研制开发与使用

为了满足茶产业迅猛发展对烘干机的需求，针对全国茶叶烘干机开发各行其道的状况，当时浙江、四川等省提出的大、中、小型茶叶烘干机系列产品研制开发项目，列入一机部1979年新产品试制计划。经过充分调研，由一机部农机局牵头，确定由杭州农业机械厂负责6CH－20型和50型等大、中型自动链板式烘干机的设计与试制；中国农业机械化研究院、绍兴市茶叶机械厂和四川江津勤俭茶叶机械厂等组成联合设计组，承担6CH－10型和16型等中、小型自动链板式茶叶烘干机的设计与试制。历经几年的努力，终于完成研制、设计和试制，并于80年代初期分别通过鉴定，这是我国首次研制完成的系列茶叶烘干机产品，很快在全国茶区投入推广应用。这套大、中、小型系列茶叶烘干机产品的共同特点是：①确定了以烘板摊叶有效面积作为烘干机主参数，确定了我国包括6CH－10、16、20、50等型号在内的茶叶烘干机系列产品命名；②统一了6CH系列烘干机的烘板有效宽度，烘板有效长度6CH－10型、16型为1.0m，20型为1.25m，50型为2.0m；③系统总结了我国茶叶烘干机的研制经验，吸取了英国和日本等茶叶烘干机特点，从我国实际出发，对烘干机性能参数进行了反复探讨和计算，采用分层进风，显著提高了烘干机热效率，使系列烘干机每平方米摊叶面积出茶量达到5～6kg/h，水耗热量小于11000kJ/kg。进行红碎茶烘干时的实测结果表明，6CH－10型台时出茶量可达50kg、16型为100kg、20型为120kg、50型为250kg以上，达到国外同类茶叶烘干机的先进水平。

为了消除烘干机配套火管式热风炉效率低下和火管易烧损造成茶叶烟焦的弊病，国内金属热风炉的研制提上日程。20世纪80年代，四川省农业机械研究所研制开发成功WR无管式三回程整体结构金属热风炉。杭州茶叶机械总厂则研制开发出PR型喷流式全金属热风炉，使每千克茶叶烘干的煤耗从0.5kg降低到0.38kg，热效率达到70%以上。1987年，杭州茶叶机械研究所胡景川等又研制开发成功结构简单的RFL型单回程直流式金属热风炉，金属耗材比WR无管式金属热风炉减少三分之一，热效率达65%以上。在绍兴茶叶机械总厂、富阳茶叶机械总厂、武义茶叶机械厂等烘干机生产企业投入生产，并形成系列产品。这些型式的金属式热风炉用作各种型号茶叶烘干机的配套，结束了我国茶叶烘干机应用砖砌横管式的历史。笔者近几年曾先后访问过印度、尼泊尔和斯里兰卡等茶区，这些产茶国目前普遍使用的多是大型马歇尔、西罗柯式茶叶烘干机，并且配套如房间一样大小的燃煤火管式热风炉，显然落后于我国。同时在越南、尼泊尔等国还可看到，中国的配套金属热风炉的茶叶烘干机（图10）在这些国家应用时很受欢迎，受访企业一致反映中国机型结构紧凑，使用方便，节约能耗，价格便宜，生产效率高，特别是6CH－16、20等机型，非常适宜于小型茶叶加工企业使用。

图10 中国6CH系列茶叶烘干机（配整体式金属热风炉）

因此，可以认为，经过几十年的努力，我国茶叶烘干机产品不仅已形成系列，并且结构和性能成熟，技术指标先进，生产企业遍布浙江、福建、四川、安徽等省，随着目前烘干机热风炉采用能源从煤、柴向着电、液化石油气、天然气、生物质燃料、蒸汽热交换器等转变，茶叶烘干机将向着生产效率更高、能源更节约和制茶品质更好的方向发展，将会为我国甚至世界茶产业发展作出更大贡献。