CN101144683B - 使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用无动力方式产生的太阳能热气流对物料进行主动式加热、加温、干燥处理的新方法。它具有以下的优点：①、无需动力，就可以利用太阳能对物料进行主动式加热、加温、干燥处理。②、运行过程中无噪音、无污染、无运行成本。③、其它方法所产生的热气体(包括烟气、废热气体)可作为备用和补充气源。④、还可实现物料的排湿、降温、通风换气、常温干燥。⑤、还可用于调节建筑物室内温度或湿度，改善室内空气质量，实现建筑绿色节能化。⑥、还可应用于野外作业或国防等领域。⑦、还可以作为温室使用。⑧、本发明结构简单、投资少、无维护成本、使用寿命长、节能环保。⑨本发明易于广泛地应用于工农业生产、日常生活等领域。

Description

使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能所产生的热气流对物料进行加热、加温、干燥处理的新方法，特别涉及一种使用无动力方式产生的太阳能热气流对物料进行加热、加温、干燥处理的新方法。
背景技术
众所周知，太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源和替代性能源，我国蕴藏着丰富的太阳能资源，每年可获得的太阳能相当于1.2万吨标准煤的热值。太阳能不仅可以作为矿物燃料的低成本替代品，而且还可以减少二氧化碳的排放，保护环境。因此从长远角度来看，太阳能的热利用市场前景十分广阔。
当前随着经济的快速发展，电力、煤炭、石油等不可再生能源短缺问题频频出现，能源短缺以及环境污染问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈。为此国家再生能源发展政策鼓励充分利用太阳能为持续发展的经济服务，在“十一五”期间，国家将大力发展包括太阳能在内的高效清洁能源。《中国太阳能热利用产业发展现状及前景预测》报告中指出：应重点开发主动式太阳房技术、太阳能干燥技术及其它工农业应用等。
随着经济的快速发展，工农业生产、生活等领域大量的物品以用电、燃油等方式所产生的热介质进行加热、加温、干燥处理。而这类处理方法所消耗的能源主要来自于介质的加热以及送(吸)风电机。目前存在的普遍现象是：在阳光充足的时间里，尤其是在炎炎夏日，人们不得不用电或燃煤、燃气、燃油等方式对工农业类物料进行加热、干燥处理；在我国的农村，尤其是偏远地区，农民不得不以燃烧方式对农副产品等进行加热、干燥处理；在冬季，人们又不得不用电、用燃料进行加热、加温、取暖等，目前我国建筑物的采暖耗能已达到了煤炭总产量的12％，所有这些不仅需要较大的设备投资和运行成本，还会进一步加剧能源的短缺，造成环境污染的进一步恶化，加剧区域性温室效应。
因此充分地利用太阳能热气流，尤其是以主动方式、低成本、高效率地利用太阳能热气流，并尽快实现产业化，就显得十分重要和急迫。
与此同时，我国是一个农业大国，农业人口有9亿多、2亿多农户，农民最欢迎的技术和产品是实用、耐用、性价比高，能够让他们从生产、生活中直接受益。因此，太阳能热气流技术能够广泛地运用于工农业生产、生活等领域，关键在于产品要实用、耐用、价格合理、运行和维护成本低等。
虽然目前个别单位采用了太阳能热气流强制对流的方式对物料进行加热、干燥处理，但这种方法存在着运行成本比较高的缺点，这样就可能阻碍太阳能热气流广泛地应用于工农业生产、日常生活等领域。
发明内容
本发明的目的就是利用太阳能空气集热装置所产生的热空气(包括其它方式产生的热气体)与无动力抽风装置相结合，以无动力方式在经常性密闭空间(例如房间、仓库、容器、大棚、地窖、帐篷等等)里产生热空气流，从而对置于该空间内部的物料进行加热、加温、干燥处理。
本发明具有以下的优点：
1、无需动力，就可以产生太阳能热气流，利用它对物料进行加热、加温、干燥处理。
2、具有无噪音、无污染、无运行成本等优点。
3、其它方法所产生的热气体(例如适用的烟气、适用的被排放废热气体)可作为备用热气源。
4、本发明还可实现物料的排湿、降温、通风换气、常温干燥等。
5、本发明还可以作为温室使用。
6、本发明还可根据实际需要，添加控制单元和辅助风机，对热气流的温度、湿度以及通气量、供热量、处理时间等参数进行精确控制。
7、本发明只需要有经常性密闭空间，而此经常性密闭空间可以是固定的或移动的，其具体大小又可根据实际需要、现场具体情况等来决定。
8、本发明还可应用于建筑领域，可用于调节建筑物室内温度或湿度，改善室内空气质量，实现建筑绿色节能化。
9、本发明还可应用于野外作业或国防等领域。
10、本发明具有系统投资少、无维护成本、使用寿命长、节能环保等优点。
11、本发明系统结构简单，易于广泛地应用于工农业生产、日常生活等领域。
本发明的目的是这样实现的：在经常性密闭空间(例如房间、仓库、容器、大棚、地窖、帐篷等等)的顶部安装或旁边空旷的地方架设一台或多台无动力抽风装置(例如无动力风机、涡轮通风器)；每个无动力抽风装置的抽风口都通过一段管道与经常性密闭空间上(顶)层的排风口相连接；在经常性密闭空间附近、阳光充足的地方，放置太阳能空气集热装置；太阳能空气集热装置的出风口通过连接管道与经常性密闭空间下(底)层的进风口相连接，另外还可根据实际需要，在此连接管道上安装控制单元和阀门以及辅助风机。同时为了蓄热，可在经常性密闭空间的底部铺设蓄热材料。
另外其它方法所产生的热气体(例如适用的烟气、适用的被排放废热气体)可作为备用热气源。
产生太阳能热空气的太阳能空气集热装置可选择太阳墙(
Figure G2007100765944D00041
Systems)和温室罩组成，或由使用无机高效热管技术制成的太阳能空气集热装置以及温室罩组成，或是其它高效太阳能热空气装置。例如(1)、太阳墙(
Figure G2007100765944D00042
Systems)是在风箱表面装有“太阳墙”板，而“太阳墙”板表面有一层吸热效率达80％的涂层，同时在其表面有许多大约一毫米直径的小孔，允许外面的空气通过它的表面。这样当空气经过“太阳墙”板的小孔被吸入风箱时，空气吸收“太阳墙”板表面涂层的热量，就变成了热空气。在阳光充足的条件下，太阳墙可以产生高于环境温度17℃至40℃洁净的热空气。下面以夏季、冬季在云南、山东所做的太阳墙出口温度实测记录为例说明。
2005年9月12日阳光充足，在云南省所做的太阳墙热空气温度测试报告：
2005/09/12 室外气温℃   太阳墙出风口温度℃   高于室外气温的温度℃
  09时   20.1℃   40.0℃   19.9℃
  10时   22.4℃   43.5℃   21.1℃
  11时   25.2℃   49.0℃   23.8℃
  12时   27.0℃   53.8℃   26.8℃
  13时   28.7℃   66.4℃   37.7℃
  14时   29.5℃   68.3℃   38.8℃
  15时   30.0℃   69.2℃   39.2℃
  16时   30.2℃   69.0℃   38.8℃
  17时   29.2℃   68.7℃   39.5℃
  18时   28.3℃   67.1℃   38.8℃
2005年1月23日阳光充足，在山东省典型的冬日所做的太阳墙热空气温度测试报告：
2005/01/23 室外气温℃   太阳墙出风口温度℃   高于室外气温的温度℃
  00时   -7.6℃   2.0℃   9.6℃
  03时   -6.4℃   -1.9℃   4.5℃
  06时   -5.0℃   2.5.0℃   7.5℃
  09时   -5.0℃   10.5℃   15.5℃
  12时   -2.5℃   28.0℃   30.5℃
  15时   0.0℃   24.0℃   24.0℃
  18时   -5.5℃   7.5℃   13.0℃
2005/01/23 室外气温℃   太阳墙出风口温度℃   高于室外气温的温度℃
  21时   -6.0℃   3.0℃   9.0℃
(2)、使用无机高效热管技术制成的太阳能空气集热装置是在风箱表面装有使用无机高效热管技术制成太阳板。当太阳板吸收太阳辐照热量后，将热量传递给风箱里的空气，就产生了热空气。(3)、温室罩是使用透光率高的板或薄膜与集热表面之间隔开一定距离，并包裹着集热表面(除进气道外)，从而构成一个温室，防止集热表面对外散热，有效地提高集热表面的温度。太阳能空气集热装置的作用就是将吸入风箱的空气加热。
无动力抽风装置(例如无动力风机、涡轮通风器)的作用都是利用室外的自然风和室内外温差，轻易地驱动涡轮叶片转动，在无动力抽风装置的抽风口处以及室内的上(顶)层的排风口处形成低气压(即烟囱效应)，从而以无动力方式将室内上(顶)层的气体不停地抽到室外。它们都具有无须动力(无能耗)、无污染、无噪音、无运行成本、并且可以全天候运行等优点。
本发明的工作原理是：无动力抽风装置不断将太阳能空气集热装置或热气源处产生的热气体通过经常性密闭空间被抽出，在经常性密闭空间形成热气流，从而可以对经常性密闭空间里的物料进行加热、加温、干燥处理，同时为了提高加热的效果，可以在经常性密闭空间底部铺设蓄热材料。另外可根据实际需要，添加控制单元和辅助风机，对热气流的温度、湿度以及通气量、供热量、处理时间等参数进行精确控制。当只关闭太阳能空气集热装置或热气源侧连接管道上的阀门，并让经常性密闭空间与外界相通时，利用无动力抽风装置，就可以将经常性密闭空间里的热量和潮湿气体排出，从而对经常性密闭空间里的物料进行降温、排湿、通风换气、常温干燥处理等。当同时关闭太阳能空气集热装置或热气源侧和无动力抽风装置侧连接管道上的阀门时，经常性密闭空间就形成了温室。由此可见，本发明可以满足多种用途。
本发明具有一定的新颖性和创造性。新颖性具体表现在：在本发明申请日之前，国内外均没有同样的发明公开发表过和使用过，或以其它方式为公众所知。同时也没有同样的发明已由他人向专利局提出过申请并记载在申请日之后公布的专利申请文件中。创造性具体表现在：在本发明申请日之前，采用太阳能热气流对物料进行加热、加温、干燥处理的技术方法是利用风机的动力产生太阳能热气流的强制对流，而本发明首次阐述了使用无动力方式所产生的太阳能热气流对物料进行加热、加温、干燥处理的技术细节。
本发明具有系统结构非常简单、投资低、无维护成本、使用寿命长、节能环保等优点，并可根据实际需要，添加控制单元和辅助风机，实现对热气流的温度、湿度以及通气量、供热量、处理时间等参数的精确控制。
本发明不但易于广泛地应用于工农业生产、日常生活等领域，还可以应用于建筑领域、野外作业或国防等领域。
具体实施方式
以采用太阳墙组成的太阳能空气集热装置，进行加热、加温、干燥处理的几个实施例说明。
实施例一、农副产品的干燥
使用农村常用的农业大棚作为经常性密闭空间；在大棚的顶部安装或大棚的旁边架设适量的无动力风机，它们的抽风口下端都接入一段装有阀门、另一头插入大棚上层或顶层的管道；在大棚旁、太阳可照射的地方，放置太阳能空气集热装置；将一条或多条装有阀门的PVC软管的一头接进大棚的底部，另外一头接入太阳能空气集热装置的出风口；同时为了蓄热，在大棚里地面上铺上蓄热材料或沙子。在大棚里放置多层货架，农副产品被铺开放在货架的各层上。
当农副产品需要烘干时，只需在阳光充足的时候，同时打开无动力风机侧以及PVC软管上的阀门即可，同时在这种条件下，还可用于其它物品、衣物的烘干。当农副产品需要进行通风、常温干燥或排湿、降温时，只需关闭PVC软管上的阀门，并让大棚与外界相通即可；在平时还可以关闭这两侧阀门，将大棚变成太阳能温室或仓库等。这样就可以实现本装置的多功能用途。
另外在必要时，可将热气体(例如适用的烟气、适用的被排放废热气体等)通过管道接入大棚的底部，进行农副产品的烘干，这样就可以不受天气的影响，实现对农副产品进行全天候烘干。
由于某些农副产品或物料需要避光，这时需将大棚顶层用避光材料遮盖，然后再进行物料的上述处理。
值得注意的是由于某些农副产品或物料的干燥特性，需要对烘干温度、湿度和时间等参数进行精确的控制，这时就需要在本系统中的PVC软管上添加控制单元，甚至辅助风机等。
实施例二、在寒冷气候条件下，沼气池的加热、加温。
下面仅以埋入地下的沼气池(罐)为例说明。
首先在地下砌出或放入一个预制的池子，池子应该不小于沼气池(罐)埋入地下部分。在这个池子里安装一些足以安全、稳定地支撑整个沼气池(罐)最大重量的结构件，或这些支撑结构件已安装在沼气池(罐)下部，池底可以与沼气池(罐)底刚好平齐或比沼气池(罐)底部低一些；沼气池(罐)放入这个池子后，将这个池子与沼气池(罐)在地面处存在的空隙封死；这样这个池子与沼气池(罐)之间形成了一个密闭空间。
利用支架将涡轮通风器架设在沼气池(罐)旁、空旷的地面上；在另一侧太阳可照射的地方，放置太阳能空气集热装置。一条PVC管的一头接入涡轮通风器的抽风口，另一头接到此密闭空间的顶部；另外一条PVC管一头接入太阳能空气集热装置的出风口，另一头接到此密闭空间的底部；而这两条PVC管上的阀门都装在易于操作的地方。同时为了蓄热，可在池底铺上蓄热材料或沙子。
在寒冷气候条件下，当阳光充足时，只需同时打开这两个阀门，就可以对沼气池(罐)进行加热、加温，以此提高沼气的产气量。当无阳光的时候，或不需要加热、加温时，只需关闭这两个阀门即可，这样池子就成为了温室。
另外在必要时，可将适用的烟气、被排放的废热气体等通过管道接入池子密闭空间的底部，对沼气池(罐)进行加热、加温，这样就可以不受天气的影响。
本方法不仅可以用于新建的沼气池，还可用于已有的沼气池改造。
利用类似的方法，也可以对其它厌氧类物料进行加热、加温、干燥处理。
对于有条件的农户，一组无动力风机或涡轮通风器和太阳能空气集热装置，既可用于农副产品、其它物品、衣物的干燥，又可以用于沼气池的加热、加温。这样就会提高农民使用太阳能的积极性，推动农村绿色能源快速发展。
实施例三、调节房屋(住宅)的室内温度，改善室内空气质量，以实现房屋(住宅)绿色节能化。
目前为了满足保温和隔音的需要，房屋(住宅)的密闭性能都普遍地提高了，这样房屋(住宅)就无法进行自然通风，新鲜空气被隔在室外，导致室内空气质量下降。
在房屋(住宅)的顶部安装或架设无动力风机，它的抽风口通过管道与房屋(住宅)内壁高处的排风口相连，而这个排风口处装有阀门；在房屋(住宅)顶部或外墙受到太阳照射最佳位置处，安装太阳能空气集热装置，太阳能空气集热装置的出风口通过管道与房屋(住宅)内壁低处的进风口相连，在此进风口处也装有阀门。
当阳光充足而室内温度过低时，只需打开房屋(住宅)内壁上的进、排风口处的阀门，利用太阳能热气流提高室内温度，这样不仅可以进行供热；还可以进行即时新热风换气，从而有效地减少房屋(住宅)内热量的流失，达到节能的效果。当没有阳光或夜晚时，打开房屋(住宅)内壁上的进、排风口处的阀门，此时既可以进行通风、换气，又可以保证房屋(住宅)内的隔音效果，同时还可以避免室外灰尘进入，保持室内清洁。当室内温度过高或湿度过大或需要通风换气时，只需开窗等，利用无动力风机，将热量或潮湿空气排出，同时吸入新鲜空气。这样也实现了本装置的多功能用途。
对于有条件的农户，一组无动力风机或涡轮通风器和太阳能空气集热装置，既可用于农副产品、其它物品、衣物的通风、干燥，又可以用于沼气池的加热、加温，还能用于调节住宅的温度，改善室内空气质量。这样就会极大地提高农民使用太阳能的积极性，推动农村绿色能源快速发展。
实施例四、在野外，烘干部队战士的衣物。
例如部队在野外训练期间，尤其是炎炎夏日里，每天战士的衣服几乎全是湿的。
就利用帐篷作为经常性密闭空间，架设好帐篷后，在旁边放置太阳能空气集热装置，将连接太阳能空气集热装置的PVC软管插入帐篷底部或下部；在高处架设涡轮通风器，将连接涡轮通风器的PVC软管插入帐篷顶部或上部；在帐篷内架设晒衣设施。
这样当有阳光时，就可以在帐篷里烘干战士的衣物，即使没有太阳时或晚上，也可以利用通风，干燥战士的衣物。同时当有阳光时，此方法还可用于野外避寒等。
有条件的情况下，帐篷顶部可使用透光材料，这样干燥效果会更好些，并且还具有紫外线消毒、温室等作用。
另外参照上述实施例，本发明还可以用于国防方面，可以对国防和军需物资库房、营房以及移动物品进行加温、通风干燥、降温、排湿等，(类似应用实例：美军利用太阳能集热装置与含有风机的送风系统相连，提高飞机库的室内温度)，同时还可以在其上部设置伪装保护，并可将无动力风机或涡轮通风器的材质改用非金属材料以提高保护效果。
以上列举了本发明在有代表性应用领域、较佳实施例进行了说明，但众所周知，不应该由这些实施例反而限制了本发明的权利保护范围。在不脱离本发明设计构思的前提下，任何熟悉本发明创新点的工程技术科学研究人员，若应用本发明主要特征，所进行若干细节的变动，都应属于本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法，其技术特征在于：
设置有热气源、经常性密闭空间、无动力抽风装置、热气源与经常性密闭空间连接系统、无动力抽风装置与经常性密闭空间连接系统；
所述的热气源来自于太阳能空气集热装置；
所述的经常性密闭空间在被使用过程中与外部环境相隔离；
所述的无动力抽风装置是利用外界的自然风和/或所述经常性密闭空间与外界的温差，驱动叶片转动，在其抽风口处形成低气压，从而不停地将其抽风口处的气体抽出；无动力抽风装置不断将所述热气源处产生的热气体通过所述经常性密闭空间被抽出，从而在所述的经常性密闭空间内形成热气流。
2.根据权利要求1所述使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法，其技术特征在于：
热气体包括烟气、被排放的废热气体作为所述太阳能空气集热装置的备用加热、干燥气源。
3.根据权利要求1所述使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法，其技术特征在于：
被加热的物料置于所述经常性密闭空间内部，在所述经常性密闭空间底部设有蓄热材料。
4.根据权利要求1所述使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法，其技术特征在于：
所述经常性密闭空间是房间、仓库、容器、大棚、地窖或者帐篷。
5.根据权利要求1所述使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法，其技术特征在于：
所述的热气源与经常性密闭空间连接系统为管道系统，其一端连接到所述热气源的出口，另一端与所述经常性密闭空间下层或底层的进风口相连接；在此管道上设置有阀门。
6.根据权利要求1或5所述使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法，其技术特征在于：
所述的热气源与经常性密闭空间连接系统上设置有控制单元或辅助风机。
7.根据权利要求1所述使用无动力方式产生的太阳能热气流加热、干燥物料的方法，其技术特征在于：
所述的无动力抽风装置与经常性密闭空间连接系统为管道系统，其一端连接到所述无动力抽风装置的抽风口，另一端与所述经常性密闭空间上层或顶层的排风口相连接；在此管道上设置有阀门。
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