CN102818431B - 双工质自然循环筒舱式太阳能干燥器 - Google Patents

Abstract

一种双工质自然循环筒舱式太阳能干燥器，能在脱水干燥和长期安全仓储过程中，在不消耗辅助能源和动力驱动的前提下，通过可调控的间接加热，对流干燥方式，实现对被干燥物的高效加热脱水；又能通过调温除湿，自然通风维护储备装置内部的干燥环境；以及防止虫、鳥、鼠害，粉尘污染；达到节能、减排、低碳，降低生产管理成本，确保仓储物安全、卫生、长期保存的目的。设备普遍适用于农村家庭，或工、农业大规模生产应用。

Description

双工质自然循环筒舱式太阳能干燥器

技术领域

本发明涉及太阳能热利用领域。是一种利用气态和液态流体作为工质，以自然循环方式进行间接加热，对流干燥和仓储的筒舱式太阳能干燥装置。

背景技术

太阳能干燥是太阳能热利用的又一种主要形式。干燥方式一般有两种，一为直接吸收式，又称开放式；另一为间接吸收式，又叫对流干燥式。

前者就是传统的滩晒，需要直接的日照和大面积的干燥平台。而且在直接暴晒过程中，被干燥物易发生局部过热和环境污染现象。后者则需要配置相应的太阳能空气集热器，以产生大流量的热空气，并将热空气强制渗透到被干燥物中进行脱水干燥。

从国内外发展情况来看，在工农业生产中被大量采用的主要是间接吸收式，即自然或强制循环的对流干燥方式。采用对流干燥的关键是要解决好高效热空气集热系统的设计与制造，太阳能干燥装置与库存储备建筑的协调配套，科学管理，信息采集，以及监督控制等问题。

从太阳能干燥装置的结构来看，又可分为对流循环型、温室型和混合型。工农业大规模生产运用的多为对流循环型。家用小型系统则更多采用温室型，或者在温室型的基础上再增加一级空气集热器，组合成所谓混合型。

获取太阳辐照能的太阳能空气集热器，按集热方式的不同，还可分为非参透型、参透型和聚焦型几种。其中，非参透型集热器结构简单，但其空气层与透明盖板之间的对流换热和吸热板辐射热损问题较难以解决，所以很少被采用。参透型空气集热器因为空气换热面积较大，并且易形成上层低温，下层高温的温度场分布，热损较小，空气流场顺畅，气流阻力也较小，虽然系统结构较为复杂，但仍被人们大量采用。总体来看，无论哪一种形式的太阳能空气集热器，均普遍存在光热转换效率远远低于太阳能水集热器的问题。这是因为空气质量密度太低，导致热交换效率难以提高的根本原因所在。

随着我国国民经济的高速发展，大量按季节成熟采收的农副土特产品和中药材等鲜活商品，急需要即时进行高质量的脱水干燥，才能进行安全的仓储保存，或进入市场流通消费。我国在太阳能间接吸收式对流干燥技术及相关设备的开发与应用方面，一直处于落后状态。至今尚未见到能普遍适用于普通农村家庭和大规模工、农业产业化应用的，用空气和液态流体做工质，完全依靠以自然循环方式进行间接加热，对流干燥，同时又可对被干燥物品进行长期安全仓储保存，“合二为一”的筒舱式太阳能干燥装置技术开发和生产应用的报导。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种可供农村家庭或工、农业大规模生产应用的，双工质自然循环筒舱式太阳能干燥器。能在脱水干燥和长期安全仓储过程中，在不消耗辅助能源和动力驱动的前提下，通过可调控的间接加热，对流干燥方式，实现对被干燥物的高效加热脱水。又能通过调温除湿，自然通风维护储备装置内部的干燥环境。以及防止虫、鸟、鼠害，粉尘污染，达到节能、减排、低碳、降低生产管理成本，确保仓储物安全、卫生、长期保存的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：以一台小直径的太阳热水器立式保温循环水箱的内胆为中心，在“水箱内胆”纵向四周，等分圆周上分别安装(例：6～8根)“散热管”和(例：6～8片)“散热翼板”。形成以“散热管”为中心，“散热翼板”为其扇型隔断的纵向框架支撑。外部横向用金属筛网做“朦皮”，构成类似长水滴型的“金属筛网盛物筒”。筒的上方侧向备有被干燥物的“进料舱口”，最下方向则为漏斗型干燥物的“出料舱口”。

“水箱内胆”上端盖的最高处安装一根(放气、溢流管)两用管。内胆中上方一侧安装上循环管，下端盖的顶端安装一根(冷水进水，排污、放水，下循环)三用总管。

把在“水箱内胆”上的“散热管”、“散热翼板”和“金属筛网盛物筒”、(放气、溢流)“两用管”、“上循环管”、圆锥型下端盖顶端的(冷水进水，排污、放水，下循环)“三用总管”安装好后，构成本发明的“中心热交换系统”总成部件。

将“中心热交换系统”总成部件整体吊装并固定在一个比“金属筛网盛物筒”外包边尺寸直径略大，长度更长的圆筒形“金属外壳圆筒”内；并在“金属筛网盛物筒”与“金属外壳圆筒”之间形成一个环绕四周，上下畅通无阻的“空气流道”；再在“金属外壳圆筒”的上口处，安装正圆台型的“顶部端盖”；端盖上口安装带有“风向标”随风转向功能和防虫网的“顺风排气管”；端盖侧向斜面一侧安装带有可启闭口盖的被干燥物“进料管”；“金属外壳圆筒”的下口处，安装倒圆台型的“底部端盖”；底部端盖下口安装带有可启闭活门的干燥物“出料管”；出料管的侧下方则安装带有可启闭口盖的干燥物“侧向出料口”；底部端盖的侧向斜面四周，等分焊接安装(例：6～8根)带有防虫网和可调空气流量的“管状进气口”。

置于筒舱体外的“太阳集热器”组，通过上、下循环管与被完全封装在“金属外壳圆筒”内，“中心热交换系统”总成部件中心位置的“水箱内胆”，串联组合成本发明自然循环太阳热水热能采集储存系统。

同样，配装在筒舱体外的“太阳能空气集热器”，通过将热空气出口与“金属外壳圆筒”底部端盖侧向斜面上安装的“管状进气口”对接之后，将热空气经“金属筛网盛物筒”与“金属外壳圆筒”之间的“空气通道”，直达顶部的“顺风排气管”，建立起本系统“热烟囱”自然对流通风排湿机制。

将按上述工艺流程加工完成的筒舱式太阳能干燥器的主体，通过支架系统竖立在户外空地上，装入被干燥物。根据干燥物脱水量的多少和干燥时间需求等参数，决定配置太阳集热器面积。再按自然循环方式，并、串联安装平板型太阳能(水)集热器组。然后，通过冷水进水管(阀)，向系统内注满作为工质循环使用的洁净软水。在太阳照晒下，系统无需人为干预，将自动进入周而复始的工作状态。

为了提高筒舱式太阳能干燥器“热烟囱”抽吸排湿的效应，在“金属外壳圆筒”的侧、后方向，根据阳光照晒情况，适时选配安装能将阳光反射到“金属外壳圆筒”黑色外壳上加热的曲面反光镜。或者直接安装太阳能空气集热器。从而，完成本发明双工质自然循环筒舱式太阳能干燥器的全面系统组装。

本发明的优点和有益效果是：由于水的密度是空气密度的800倍，用“多功能平板集热器边框型材”(专利号：200420104531.7)等新材料、新技术、新工艺生产的PYT/L2.0型全新一代平板型太阳热水器，经国家质监部门检测，其光热转换效率(η≥65％)和可得热产量(Qc≥10.2MJ/m²)，已远远高于一般传统型平板集热器，或真空管太阳热水器的国家现行标准(GB：η≥45％；Qc≥7.5MJ/m²)；当然也更高于现有的任何一种太阳能空气集热器可能达到的热效率。故采用该新技术产品来做太阳能干燥器的太阳热能采集装置；其性价比和单位面积热产量，优于任何一种单纯的太阳能空气集热器。另外，由于本发明是在较为成熟的自然循环式太阳热水器立式水箱系统的技术基础上，进行集成创新的成果，因而其技术的可行性、可靠性和生产工艺的成熟性均不容置疑。

本发明的核心组件“筒舱式太阳能干燥器”，事实上就是一台立式水箱太阳热水器的“变形”物。保温循环储热水箱内胆——变形为本发明的“中心热交换系统”总成部件；水箱保温层——即盛物筒中的干燥物；而水箱金属外壳-则成为一个具备自然通风排湿功能的，大细长比的“热烟囱”筒体。

根据本发明的原理，可按需要制造小到一次只加工或储存一两百公斤鲜活产品，集热面积2-4平方米的家用型干燥器。也可设计制造处理量数以吨计的大型工、农业生产，或仓储库存专用的干燥装置。本发明与现有的烘灶、烤房、厢式、滚筒式、隧道式、带式和流化床式等现有干燥装置的不同之处还在于：后者采用水平流程，或烤房框架结构干燥，故占用建筑面积大，能源消耗大，劳动强度大，干燥流程周转量也很大。而本发明采用纵向干燥工艺，一台设备即可完成从脱水干燥到安全仓储的全过程；无需辅助能源和额外动力；干燥过程不发生大流量的货物周转搬运，省力、省事、减少损耗，不占用室内建筑面积。在完成脱水干燥，转为仓储保存之时，只需“关闭”太阳能(水)集热器，将系统溢流管作为取水管口，操控“冷水进水”，或“排污、放水”阀门，即可将“中心热交换系统”切换为“中心(常温或水冷却)调温系统”。利用系统具备的“热烟囱”自然通风机制和“管状进气口”可调(冷、热风)流量大小的能力，达到不消耗辅助能源，自然调温，通风排湿，维持低温干燥环境，实现长期安全仓储保存干燥物的目的。“一机两用”还可有效解决季节性生产与长期安全仓储保存之间的矛盾，提高设备利用率。系统的太阳能空气集热器和太阳能热水集热器组，在仓储保存期同样可移作其它供热、保温、热水供应和取暖使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明的内容进一步说明。

图1为本发明系统结构原理示意图；

图2为本发明“中心热交换系统”总成结构示意图；

图中，1、为循环储热水箱内胆；2、为散热管；3、为散热翼板；4、为干燥物的金属筛网盛物筒；5、为侧向管道进料舱口；6、为漏斗型的出料管口；7、为水箱内胆下端盖顶端的(冷水进水，排污、放水，下循环)三用管；8、为(放气、溢流)两用管；9、为太阳热水器的上循环管；10、为太阳热水器的下循环管；11、为金属外壳圆筒；12、为金属外壳圆筒正圆台型顶部端盖；13、为顺风排气管；14、为被干燥物进料管；15、为金属外壳圆筒倒圆台型底部端盖；16、为底部端盖的干燥物出料管；17、为出料管侧向干燥物出料口；18、为可调空气流量的管状进气口；19、为空气流道；20、为“放气止水阀”；21、为冷水进水管(阀)；22、为排污放水管(阀)；23、为溢流管口；24、为太阳集热器组；25、为太阳能空气集热器；26、为热风管。

本发明结构不仅限于附图所示。

具体实施方式

先参照图2，将太阳能立式循环水箱变细拉长，设计制造储热量与干燥加工能力相当的水箱内胆(1)，然后在水箱内胆(1)的等分圆周上，分别安装(例如6根)散热管(2)和(例如6片)散热翼板(3)；然后再以6片散热翼板(3)为纵向框架，用金属筛网将其横向围成一个近似于由“正圆台-圆柱体-圆锥体”组合而成的，类似于长水滴型的金属筛网盛物筒(4)；盛物筒上方正圆台型金属筛网的一侧，预留有被干燥物的进料舱口(5)，盛物筒下方圆锥体“切顶”后形成的漏斗型金属筛网的下口，则为干燥物的出料舱口(6)；盛物筒的其余部分全部用筛网孔眼小于被干燥物最小颗粒直径的金属筛网全向覆盖。

为了能将以水为工质的新型太阳集热器(24)采集到的太阳辐射能，通过自然循环的方式有效地富集到水箱内胆(1)为中心的热交换系统中来，以便用于被干燥物的加热脱水过程，故在水箱内胆(1)顶部上端盖的最高处，需要外接一根(放气、溢流管)两用管(8)；两用管顶部安装专利产品“放气止水阀”(20)(专利号：ZL200420104530.2)；以便使水箱随时处于与外界大气连通的常压状态。水箱内胆(1)的中上部一侧，安装太阳热水器的上循环管(9)；而在水箱内胆(1)圆锥型下端盖锥顶位置先安装好一根(冷水进水，排污、放水，下循环)三用总管(7)；以便今后在筒舱箱体外壳底部，分别与冷水进水管(21)；排污、放水管(22)和下循环管(10)连接安装。

把在水箱内胆(1)上安装好散热管(2)，散热翼板(3)和金属筛网盛物筒(4)，(冷水进水，排污、放水，下循环)三用总管(7)，(放气、溢流管)两用管(8)，上循环管(9)接口而形成的本发明“中心热交换系统”总成部件，整体吊装并固定在一个比长水滴型金属筛网盛物筒(4)的外包边尺寸直径略大，长度更长的圆筒形金属外壳圆筒(11)之内；同时，确保在金属筛网盛物筒(4)与金属外壳圆筒(11)之间存在一个环绕四周，上、下畅通无阻的空气流道(19)；随后在金属外壳圆筒(11)的上口处，安装正圆台型的顶部端盖(12)；端盖上口处，再安装带有“风向标”随风转向功能和防虫网的顺风排气管(13)；而在正圆台顶部端盖(12)的侧向斜面上，安装带有可启闭口盖以防雨水、飞鸟浸入的被干燥物进料管口(14)；然后，再在金属外壳圆筒(11)的下口处，安装倒圆台型的底部端盖(15)；随后再在底部端盖下口处，安装带有可启闭活门的干燥物出料管(16)；出料管的侧下方安装带有可锁闭口盖以防虫、鼠、人盗的干燥物出料口(17)；倒圆台型底部端盖(15)的侧向斜面四周，焊接有(例：6～8个)带有防虫网和可调空气流量的管状进气口(18)；以此同时，按位置排列部位将(放气、溢流)两用管(8)，循环管(9)，水进水管(21)，污、放水管(22)，及下循环管(10)连接到金属外壳圆筒(11)之外的相应位置。

再参照图1，将加工完成的筒舱式太阳能干燥器的主机整体，吊装到设在室外空地的支架系统上；并将被干燥物，从被干燥物进料管口(14)处灌装入“中心热交换系统”总成部件的长水滴型的金属筛网盛物筒(4)内；随后，可根据干燥物脱水量的多少和干燥时间需求等耗能参数，计算决定需配置安装的太阳集热器组(24)面积；最后，通过上、下循环管(9、10)，将平板太阳热水器组(24)与水箱内胆(1)这个中心热交换系统的核心部件串联连接；构成一组高效换热的自然循环太阳热水系统。最后，开启冷水进水阀(21)向系统内注入清洁软水，直至溢流管(8)中发生溢流现象时关闭冷水进水阀(21)；双工质筒舱式太阳能干燥器系统，在阳光的照晒下自动进入长期反复加热、蒸发、排湿、脱水干燥的工作状态。

根据热虹吸压力头计算公式：HT＝h·(r2-r1)；可知，由于该系统有一个高位势的立式水箱，在相同太阳热辐照下，当h值很大时，系统所获得的热虹吸压力头HT值必然也很大；而HT值的大小决定着循环换热工质流速的快慢。也就是说，只要集热器的进出口存在一点点温差，热量都会被迅速地富集到系统水箱内胆(1)内；随即，通过散热管(2)和散热翼板(3)加热长水滴型金属筛网盛物筒(4)中的被干燥物。而从被加热的干燥物中蒸发游离出来的水蒸气，穿过金属筛网的空隙，进入到金属筛网盛物筒(4)与金属外壳圆筒(11)之间的热烟囱空气流道(19)中后，水蒸气会在金属外壳圆筒(11)内壁干热空气上升气流的强烈推动下，迅速上升到金属外壳圆筒(11)的上部，然后通过“风向标”控制的顺风排气管(13)，在筒内热空气的推动和筒外自然风负压抽吸的双重作用下，被迅速排除到筒舱之外的大气层中。只要有太阳，上述间接高效加热蒸发脱水，对流通风，高效排湿干燥的过程就会自然而然的发生。即使到了夜晚，以水箱内胆(1)为中心的热交换系统中所储存的热量，还能继续维持相当一段时间的有效运转。遇到天阴下雨无日照时，在大细长比筒舱结构的高烟囱两端空气压差作用下，仍能确保筒舱对流通风机制的正常运行；而且，筒舱结构越高，自然循环富集太阳热能和热烟囱自然通风的效能也就越强。为了加强筒舱热烟囱自然对流吸热排湿效应，金属外壳圆筒(11)的外层应涂装亚光黑漆，以便金属筒壁吸收到更多的太阳辐照热能，迫使白天进入空气通道(19)中的冷、热空气，形成更为干热强烈的上升气流，以达到系统高效排湿的目的。

对用本发明新技术生产的筒舱式太阳能纵向干燥新设备而言，不管春夏秋冬，还是风霜雨雪，以水箱内胆(1)为中心的热储存系统与长水滴型金属筛网盛物筒(4)中被干燥物之间，动态平衡的热交换现象；以及大细长比筒舱中存在的热烟囱自然对流通风机制；严格说来，都是不以人们的主观意志为转移，而客观存在的物理现象。

本发明以空气和水两种最为普通的自然资源为工质，通过对它们自然循环热传导机理的有机互补应用，以及“干燥”与“储存”两项功能的相互弥合统一，而集成创新开发出来的，与传统水平干燥流程完全不同的太阳能纵向干燥流程新工艺。由于选用不同工质的对流传热机理，作为设备的主要热交换手段加以应用，从而开发出了自动化程度高，又不依附辅助能源和其他动力驱动的新型太阳能干燥工艺。其创新成果不仅填补了我国太阳能干燥技术的空白，而且，可以说是最可靠，最低廉，最低耗，最环保，最有实用价值的新技术产品。

本发明的社会经济意义还在于，产品技术实用范围广泛。不仅可应用于大规模的工农业生产，也可适用于农村千家万户的农副土特产品的脱水干燥加工和家庭安全储存。在全球节能减排低碳经济大发展的新时期，该项成果的推广应用，将为拓展太阳能热利用的新领域，开避出全新的技术与市场空间。

Claims (1)

1.一种双工质自然循环筒舱式太阳能干燥器，由循环储热水箱内胆(1)、散热管(2)、散热翼板(3)、金属筛网盛物筒(4)、进料舱口(5)、出料舱口(6)、三用管(7)、两用管(8)、上循环管(9)、下循环管(10)、金属外壳圆筒(11)、顺风排气管(13)、进料管(14)、出料管(16)、侧向出料口(17)、管状进气口(18)、热烟囱空气流道(19)、放气止水阀(20)、冷水进水管(21)、排污放水管(22)、太阳集热器(24)、太阳能空气集热器(25)组合而成，其特征在于：循环储热水箱内胆(1)等分圆周上分别安装散热管(2)和散热翼板(3)；并构成以散热翼板(3)为框架的金属筛网盛物筒(4)；筒上方侧向有进料舱口(5)，下方为出料舱口(6)；水箱内胆(1)上端盖的最高处安装两用管(8)，内胆上方一侧安装上循环管(9)，下端盖顶端安装三用管(7)；金属外壳圆筒(11)的顶部端盖上口处安装顺风排气管(13)，中部金属筛网盛物筒(4)与金属外壳圆筒(11)之间留有空气流道(19)，底部端盖侧向斜面上装有管状进气口(18)；太阳集热器(24)通过上循环管(9)、下循环管(10)与金属外壳圆筒(11)筒舱内的水箱内胆(1)相连接；太阳能空气集热器(25)通过管状进气口(18)、空气流道(19)直通顺风排气管(13)；所述三用管(7)用于冷水进水，排污、放水，下循环；所述两用管(8)用于放气、溢流。