CN104011490A - 具有提高的干燥效率的改进型太阳能干燥器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种干燥效率提高的改进型太阳能干燥器。所述干燥器由太阳能吸收器/收集器（9）和干燥腔（6）组成。所述收集器的一端连接至强制送风机（10），其另一端连接所述干燥腔。所述干燥腔具有抽屉，待干燥的材料保持在所述抽屉中的金属丝网上。当所述干燥器以再循环模式运行时，所述干燥器进一步将颜色指示硅胶放置于所述金属丝网下面。所述干燥腔的另一端具有引风机（11）。所述两个直流风机都采用10瓦特的光伏板（3）运行。由阳极氧化铝制成的V型槽反射器（4、5、7、8）固定在所述收集器上，并可选地固定在所述干燥腔上。包含了跟踪电路以自动跟踪所述干燥器。还包含了锁定机构（14）以帮助所述装置抵挡强风载荷。提供了：一旦来自干燥腔的废气的湿度下降至预设值之下时，所述干燥器进一步对废气进行可编程再循环，该过程有助于加快干燥速率。

Description

具有提高的干燥效率的改进型太阳能干燥器
技术领域
本发明涉及一种具有提高了的干燥效率的改进型太阳能干燥器。本发明尤其涉及一种改进型太阳能干燥器，其通过在恰当使用反射器的情况下的对准/跟踪的组合来提高收集器上的太阳能辐射入射。更具体地，本发明涉及在一天的日射时间段中获得相对更均匀的干燥空气温度，这是通过提高从吸热板到流动空气的热传递的效率并通过适当的再循环提高加热空气的使用效率从而提高干燥器的总效率来实现的。
背景技术
可参照由A.Fudholi等人发表于“Renewable and SustainableEnergy Reviews（可再生能源及可持续能源评论）”14期（2010）第1-30页的文章“Review of solar dryers for agricultural and marineproducts（用于农产品和水产品的太阳能干燥器综述）”。该文章是针对被干燥的产品、技术和经济性方面对不同类型的太阳能干燥器的综述。对用于农产品的太阳能辅助干燥系统发展的技术方向的讨论是就以下几个方面展开的：紧凑型收集器设计、高效、整体式储存以及长使用寿命的干燥系统。然而，没有涉及到本发明中设想的任何改进。
可参照由Kothari等人发表于“International Journal ofRenewable Energy Technology（国际可再生能源技术期刊）”（2009，第一卷，第一期）的文章“Performance evaluation of exhaust airrecirculation system of mixed mode solar dryer for drying of onionflakes（对用于干燥洋葱片的混合模式太阳能干燥器的排气再循环系统的性能评估）”的论文，已发现不具有排气再循环的干燥效率比具有排气再循环的干燥效率高21%，并且在具有再循环过程的情况下单位时间中去除的湿气也更少。已进一步提出了使用干燥剂的建议。没有提到使用热气能够根据热气的水含量而排出或再循环的智能再循环设计。
可参照由F.K.Forsona等人发表于“Renewable Energy（可再生能源）”32（2007）2306-2319页的文章“Design of mixed-mode naturalconvection solar crop dryers:Application of principlesand rules ofthumb（混合模式自然对流太阳能作物干燥器的设计：拇指原则和拇指规则的应用）”。该文章概述了基本设计构想的应用与用于设计并建造太阳能干燥器的拇指规则的系统化结合。然而，没有涉及到本发明中设想的具体改进。
可参照由V.Shanmugam和E.Natarajan发表于“Applied ThermalEngineering（实用热能工程）”27（2007）1543-1551页的文章“Experimental study of regenerative desiccant integrated solar dryerwith and without reflective mirror（对具有和不具有反射镜的可再生干燥剂整体式太阳能干燥器的实验研究）”。这里报道了利用干燥剂整体式太阳能干燥器的间接强制对流。该系统以两种模式运行：日照时间和非日照时间。在日照时间期间，强制来自平板收集器的热气流到干燥腔以便对产品进行干燥，同时干燥剂床直接以及通过反射镜接收太阳辐射。在非日照时间中，通过借助可反转风机使干燥腔中的空气循环通过干燥剂床来运行干燥器。干燥剂床上包括反射镜可使干燥剂材料的再生更快。进一步指出的是，在所有的干燥实验中，大约60%的湿气通过利用太阳能的空气加热去除，而剩下的湿气则由干燥剂去除。显然，该运行将包括使用大量的干燥剂，尤其是当食物产品中包括大量湿气时。没有涉及到本发明中设想的在吸收器/收集器侧上使用反射器（尤其是用于间接干燥的反射器），也没有涉及到将收集器出口温度控制在小范围内的装置。也没有提及对干燥剂的智能循环和保存的任何尝试。
可参照由Maiti等人于7月27日提交的印度专利申请No.1550/DEL/2009。其中，具有高纵横比的PV板组件与V型槽中的N-S反射器适配以提高板上的日射量，从而提高所获得的电力。但其中没有提及在太阳能干燥器的收集器上使用这种反射器组件。
可参照由J.Mumba开发的太阳能干燥器（“Energy Conservationand Management（能源保存与管理）”第37卷，第5期，615-621页，1995）。其设计并开发了具有光伏供电的空气循环的太阳能谷物干燥器。在太阳能空气加热器中的收集器与干燥腔之间包含了光伏太阳能电池以向直流风机供电。该系统的主要缺点在于：这种类型的结构能达到的温度很低（60℃），因而不适合干燥所有食物产品。没有提及风机速度与太阳日射量之间同步以保持干燥过程中的平衡。也没有提及对太阳能干燥器的其它运行（例如，通过同一PV板对湿度传感器、电磁阀和跟踪系统的运行）进行控制。
可参照由Gikuru Mwithiga和Stephen Kigo开发的太阳能干燥器，其发表于“Journal of Food Engineering（食品工程杂志）”74（2006）247-252，其中设计并测试了具有有限太阳跟踪能力的小型单元。干燥器可调节为以15°的增量跟踪太阳。该性能通过如下进行测试：在干燥器装载有咖啡豆时或在没有装载的条件下，一天对干燥器与水平面之间的角度进行一次、三次、五次或九次的调节。该系统的主要缺点在于：需不断监测干燥器的位置以调节跟踪机构。没有提及跟踪过程的高性价比自动化以及用于提高太阳日射量的其它装置（例如，
通过使用反射器）的高性价比自动化。
可参考由P.N.Sarsavadia开发的太阳能辅助式干燥器发，其表于“Renewable Energy（可再生能源）”32（2007）2529-2547，在该太阳能干燥器中，部分空气在干燥后经过再循环被再次供给到干燥腔中。该文章没有公开关于再循环的决策智能系统。
可参照Schoenau等人在WREC 1996中的报告—“Evaluation ofenergy conservation potential by exhaust air recirculation for acommercial type heated air batch air dryer（对通过商用型批量加热空气的空气干燥器进行排气再循环而获得的节能潜力的评估）”。尽管该干燥器不是太阳能运行干燥器，但作者认为从干燥过程开始进行的排气再循环可对干燥空气质量产生负面影响，并且可使干燥时间大大增加。该文章中提到：再循环是通过手动完成的，并且在开始再循环之前必须满足某些条件，例如：排气干球温度必须比室外温度至少高10℃；排气相对湿度必须降至50%或更低，并且必须比室外相对湿度低。该文章没有公开关于再循环的决策智能系统。
可参照Sutherland和Trevor L.的名为“太阳能水果干燥器”的美国专利No.5584127（1996），其中开发了一种基于太阳能的干燥结构，该干燥结构可单独使用或与辅助热源结合使用。该发明还涉及从干燥舱放出一部分用过的干燥气并将另一部分用过的干燥气再循环入干燥舱。然而，没有涉及到关于用于提高干燥效率的干燥运行模式。
现有技术表明，尽管有许多设计太阳能干燥器以提高干燥过程的效率的方法，但还没有关于使用反射器以提高吸收器/收集器温度并从而提高收集器出口空气温度的热传递效率的报告。也没有提到使用单个低功率PV板来控制多种功能，例如，速度与日射量同步的风机的运行、湿度控制器和用于排出/再循环干燥器出口空气的电磁阀的运行，以及干燥器的自动跟踪（如果可行的话）。所有这些改进一同完成了在使运行保持简单且具有高性价比的同时提高太阳能干燥效率的共同目标。
发明目的
本发明的主要目的是提供一种干燥效率提高了的改进型干燥器。
本发明的另一个目的是提供太阳能反射器以提高收集器上的太阳能日射量，从而提高干燥空气温度。
本发明的又一个目的是提供一种在干燥箱上的可折叠反射器，可折叠反射器使得单元可以以直接模式或间接模式运行。
本发明的又一个目的是通过在入口位置和出口位置处的直流风机提供强制空气对流。
本发明的又一个目的是提供风机速度（因此，空气的质量流量）与太阳能干燥器上的太阳能日射量的同步。
本发明的又一个目的是，通过直接由PV板运行风机而实现同步，来自该板的功率输出随太阳日射量变化，而功率输出的变化又会使风机速度变化。
本发明的又一个目的是在日射期间提供更均匀的干燥空气温度。
本发明的又一个目的是通过自动跟踪使投射在所述单元上的任何阴影最小化，所述自动跟踪带有对所述单元的自动锁定从而确保所述单元对于高达15km/hr的风速也保持稳定。
本发明的又一个目的是监测来自干燥器的出口空气的湿度。
本发明的又一个目的是只要来自干燥器的出口空气的湿度低于特定阈值就再循环所述来自干燥器的出口空气。
本发明的又一个目的是通过出口空气的这种再循环实现较高干燥温度，从而实现较高热利用率。
本发明的又一个目的是设计所述单元使得通过受湿度控制的电磁阀的动作自动控制出口空气的再循环。
本发明的又一个目的是使回收的热空气在再次进入太阳能干燥器之前可选地通过干燥剂。
本发明的又一个目的是直接由所述板运行风机，以便在通过电池和充电控制器运行所有其它电气系统时使风机速度与日射量同步。
本发明的又一个目的是由用于运行直流风机的同一PV板对所有电气运行系统供电。
本发明的又一个目的是具有干燥器的控制和内部条件的数字显示。
本发明的又一个目的是在更大型的太阳能干燥器中包含上面所述内容。
发明内容
相应地本发明提供了一种干燥效率提高了的改进型太阳能干燥器，所述改进型太阳能干燥器包括：干燥腔（06）和太阳能收集器/吸收器（09），所述干燥腔和所述太阳能收集器/吸收器相互连接并通过用于自动锁定和跟踪的旋转轴（2）和锁定销（14）放置在公共基座（01）上；其中，所述干燥腔由抽屉和干燥剂组成，所述抽屉具有用于放置待干燥物品的金属丝网，所述干燥剂放置在位于所述金属丝网下方的金属托盘（23）上用于干燥所述待干燥物品，所述收集器/吸收器由金属板和双层玻璃组成以便吸收太阳日射并加热通过所述收集器/吸收器的气流；多个风机（10和11），其连接至所述收集器/吸收器的入口处和所述太阳能干燥腔的出口处以诱导空气对流通过隔热管（12），所述隔热管将所述收集器/吸收器的端部与所述干燥腔的端部连接，所述风机由位于所述太阳能干燥器后侧的光伏PV板（3）供电，所述风机的速度可选地由多个调节器（15和16）调节；多个反射器（7和8），其附接在所述收集器/吸收器上以提高日射量和干燥空气温度；另外的多个反射器（4和5），其附接在所述干燥腔上以促进干燥；电磁阀（13），其附接在所述隔热管的各端部并由可编程湿度控制器和湿度传感器控制；显示板（17），其设在所述太阳能干燥器的后面以显示内部湿度（18）、计时器条件（19）、收集器出口空气的温度（20）、干燥器出口空气的温度（21）以及微型充电调控器的充电条件（22）。
附图说明
在本说明书所附的图1-图11的各附图中，所有尺寸均以cm为单位。
图1：表示了太阳能干燥器的俯视图。
图2：表示了太阳能干燥器的正视图。
图3：表示了太阳能干燥器的右侧视图。
图4：表示了太阳能干燥器的后视图。
图5：表示了PV板的供电电路。
图6：表示了涉及由湿度控制器操作的电磁阀的电路。
图7：表示了该系统的跟踪电路。
图8：表示了按比例扩大的间接式太阳能干燥器的示意图。
图9：表示了收集器侧上有反射器和没反射器时，图8中收集器上的太阳能日射量的变化。
图10：表示了在使用图8中干燥器（在收集器侧有以及没有反射器）进行实验期间记录的收集器出口（Tco）处干燥空气温度的变化和环境温度（Tam）的变化（虚线表示有反射器，实线表示没有反射器）。
图11：表示了太阳能干燥器的右侧视图，所有部件都标了编号。
本领域的技术人员应理解，图中的元件简单地示出，并不一定按比例绘制。例如，为了帮助提高对本发明的实施例的理解，图中一些元件的尺寸可相对于其它元件是放大的，然而，这不意在限制本发明的范围。
具体实施方式
尽管本发明可有多种修改和替换形式，但其特定实施例已经以示例的方式在图中显示并将在下面详细说明。然而，应理解，其不意在将本发明限制为所公开的特定形式，相反，本发明包括落在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替换物。
相应地本发明提供了一种干燥效率提高了的改进型太阳能干燥器，所述改进型太阳能干燥器包括：干燥腔（06）和太阳能收集器/吸收器（09），所述干燥腔和所述太阳能收集器/吸收器相互连接并通过用于自动锁定和跟踪的旋转轴（2）和锁定销（14）放置在公共基座（01）上；其中，所述干燥腔由抽屉和干燥剂组成，所述抽屉具有用于放置待干燥物品的金属丝网，所述干燥剂放置在位于所述金属丝网下方的金属托盘（23）上用于干燥所述待干燥物品，所述收集器/吸收器由金属板和双层玻璃组成以便吸收太阳日射并加热通过所述收集器/吸收器的气流；多个风机（10和11），其连接至所述收集器/吸收器的入口处和所述太阳能干燥腔的出口处以诱导空气对流通过隔热管（12），所述隔热管将所述收集器/吸收器的端部与所述干燥腔的端部连接，所述风机由位于所述太阳能干燥器后侧的光伏PV板（3）供电，所述风机的速度可选地由多个调节器（15和16）调节；多个反射器（7和8），其附接在所述收集器/吸收器上以提高日射量和干燥空气温度；另外的多个反射器（4和5），其附接在所述干燥腔上以促进干燥；电磁阀（13），其附接在所述隔热管的各端部并由可编程湿度控制器和湿度传感器控制；显示板（17），其设在所述太阳能干燥器的后面以显示内部湿度（18）、计时器条件（19）、收集器出口空气的温度（20）、干燥器出口空气的温度（21）以及微型充电调控器的充电条件（22）。
在本发明的一个实施例中，干燥器的容量在0.5-1.0kg湿质量范围内。
在本发明的又一个实施例中，收集器/吸收器相对于水平面以20-26℃范围内的角度倾斜。
在本发明的又一个实施例中，附接在收集器/吸收器上的反射器使日射量提高了40-50%并使干燥空气温度提高了10-20℃。
在本发明的又一个实施例中，附接在干燥腔上的反射器在直接干燥期间提高了日射量，并且所述反射器可选地能用于盖住干燥腔从而将直接式太阳能干燥器转换为间接式太阳能干燥器。
在本发明的又一个实施例中，采用PV板对风机、自动跟踪电路和湿度控制器供电。
在本发明的又一个实施例中，采用了至少两个风机和调节器以及四个反射器来提高干燥效率。
在本发明的又一个实施例中，风机由PV板直接供电，当环境日射量在380-1200W m-2的范围内变化时，该风机所呈现的风机速度在2550-5450rpm范围内，风机速度与日射量同步有助于控制流过太阳能干燥器的气流量，这进一步控制了干燥空气温度。
在本发明的又一个实施例中，干燥剂为颜色指示硅胶。
在本发明的又一个实施例中，太阳能干燥器的自动跟踪速率设为直到风速为15kmh-1为4分钟1°。
在本发明的又一个实施例中，用于发生再循环的用过的空气的编程湿度阈值设为≤20%，更加优选地设为≤15%。
在本发明的又一个实施例中，位于按比例扩大的太阳能干燥器的收集器上的反射器组件中的长宽纵横比保持为≥2.5。
在本发明的又一个实施例中，太阳能干燥器沿东西方向放置，反射器沿南北方向装配在收集器上并且具有可随季节调节的角度。
在本发明的又一个实施例中，收集效率和干燥效率分别在45-70%范围内和12-40%范围内，这取决于环境条件、使用方式、载荷程度、待干燥的材料以及将要干燥的程度。
在本发明的又一个实施例中，图1-7中的改进型太阳能干燥器可作为间接式干燥器或直接式干燥器或日射量提高了的直接式干燥器运行。
在本发明的又一个实施例中，图1-7中的改进型太阳能干燥器，用于日射量提高了的直接干燥的、干燥腔上的反射器可方便地用于盖住干燥腔从而将直接式太阳能干燥器转换为间接式干燥器。
在本发明的又一个实施例中，单个10W PV板对直流风机和图1-7中改进型太阳能干燥器中的所有电气应用供电。
在本发明的又一个实施例中，在图1-7中的改进型太阳能干燥器中，风机速度与日射量同步有助于控制通过所述单元的空气流，该空气流又使得能更好地控制干燥空气温度，干燥空气温度在72℃至83℃之间变化，与之相比，对于在位于北纬21°46′东经72°11′处的印度古吉拉特邦的包纳加尔在三月进行的实验，对于2700rpm的风机在62℃至90℃之间变化。
在本发明的又一个实施例中，在收集器上具有反射器的改进型太阳能干燥器可按比例扩大为静止的直接或间接式太阳能干燥器，如按图8所示设计。
在本发明的又一个实施例中，在图1-7中的改进型太阳能干燥器中，在开始空气的再循环时，200-400g的颜色指示硅胶被放置在金属丝网下方的托盘中，金属丝网容纳用于干燥的材料。
在本发明的又一个实施例中，可通过将含湿硅胶放置于抛物面太阳能集中器的聚焦区域而再次干燥该含湿硅胶，抛物面太阳能集中器达到了高达120℃的温度。
在本发明的再一个实施例中，在图1-7和图8中的改进型太阳能干燥器中，最大收集器效率和最大系统干燥效率分别处于45-70%范围内和12-40%范围内，这取决于环境条件、使用方式、载荷程度、待干燥的材料以及将要干燥的程度。
尤其，为了图示，本发明公开了具有提高了的干燥效率的小容量太阳能干燥器，如按照图1-7中的设计（参见下文）。该干燥器由太阳能吸收器/收集器和干燥腔组成。收集器的一端连接至强制送风机，其另一端经过狭槽连接干燥腔。干燥腔具有抽屉，待干燥的材料保持在抽屉中的金属丝网上，使得可从上表面和下表面这两个表面进行干燥。该干燥器还包括用于在该干燥器以再循环模式（参见下文）运行时将颜色指示硅胶放置于金属丝网下面的装置。干燥腔的另一端具有引风机。两个风机都采用10瓦特的光伏板运行。由阳极氧化铝制成的V型槽固定在收集器上和干燥腔这两者上。
引入了跟踪电路以自动跟踪由同一光伏板供电的干燥器。还引入了锁定机构以抵抗强风载荷。干燥器还具有一旦来自干燥腔的用过的空气的湿度下降至预设值之下时就对来自干燥腔的用过的空气进行可编程再循环的装置，该过程有助于加快干燥速率，尤其是对于更难去除的湿气。进一步公开了对于按比例增大的适当地排列的静止干燥器，在收集器上采用反射器，如图8所示（参见下文），该改进使得干燥空气温度更高。
改进型小容量太阳能干燥器的配置如布置在第01至04页图中的图1至图4所示，该干燥器的部件从（1）至（23）编号。该太阳能干燥器由位于共同基座（01）上的两个不同单元中的太阳能收集器/吸收器（09）和干燥腔（06）构成。框架由柚木制成。收集器的外体由6mm的胶合板制成。在两个胶合板之间插入了20mm厚的绝热板（thermacol insulation sheet）。太阳能收集器的尺寸为0.50mm×0.55mm。收集器倾斜并定向为在特定季节期间接收最大太阳能辐射量。
在本示例中，收集器定向为面向南方并相对于水平面倾斜24.6°。吸收器/收集器允许太阳日射穿过5mm的双层玻璃并在金属板上被吸收。吸热板由涂有1mm厚的镀锌铁薄层的黑垫（mat-black）组成。加热的金属板又将流过该金属板的空气流加热。该腔靠近地面的一端具有0.06m×0.065m的开口，用于使气流进入。由于吸收器/收集器倾斜，所以加热的空气以很小的阻力使所述单元抬起。接着，空气流过置于与吸收器/收集器连接的干燥腔中的食品。图5-图7中图示了所述单元的电子电路图。由10瓦特的光伏板运行的两个风机（一个在吸收器/收集器（10）的入口处强制送风而另一个在干燥腔（11）的最末端处的引风）有助于吸入周围空气。
可有两种运行模式。当直接连接至PV板时，空气流量由太阳日射量控制（图5），当为了控制实验而通过电池连接时，风机的速度可使用调节器（15和16）调节。由粘在PVC块上的阳极氧化铝薄层制成的四个反射器（其中两个位于收集器侧（07和08），另外两个位于干燥器侧（04和05））附接至相应的腔。风机入口和出口处附接有电磁阀（13），其可利用可编程湿度控制器和传感器进行控制（图6）。该电磁阀可在预定湿度水平闭合，从而热空气可利用隔热管（12）再循环。此时，颜色指示硅胶被引入到浅铝托盘（23）中，所述浅铝托盘位于干燥腔中金属丝网的正下方。电子控制系统被设计和构造成自动跟踪置于旋转轴（02）上的整个单元。系统包括具有锁定结构的简单机电装置，以抗击强风载荷（图3）。整个电子电路的供电是使用带备份电池的同一10瓦特光伏板（03）完成的。显示板设置在所述单元的背面，该显示板显示内部湿度（18）、计时器条件（19）、收集器出口空气的温度Tco（20）以及干燥器出口空气的温度Tdo（21）。微型充电调控器（22）的充电条件也能从显示板上看到。
本发明中所涉及的科学原理为：孔上的太阳辐射入射可通过使用适当倾斜的反射器使额外的太阳能辐射反射和改向来增强。
当隔热箱盖有双层玻璃窗时，太阳辐射可容易地进入透明的玻璃罩，但当辐射被箱中的材料吸收并转换为热量时，热辐射就不能容易地逸出玻璃罩，因而热量的大部分被保持在内部，因此，发生了热量的不断积累，从而使得内部温度升高到最终通过隔热体和玻璃罩的加热速率等于失热速率的程度。
众所周知，黑色表面比任何其它颜色的表面都能更好地吸收辐射能量。因此，在本发明中，引入了一个或多个阳极氧化铝反射器以将额外的太阳能辐射反射和引导到倾斜的收集器/吸收器的顶部玻璃窗中，收集器/吸收器侧靠近地面侧具有开口。
由于吸收器/收集器倾斜，所以加热的空气以很小的阻力进入整个单元并使整个单元抬起。接着，空气流过置于与吸收器/收集器连接的干燥腔中的食品。吸收器表面与环境之间的温度差提高导致收集器上辐射入射的绝对量更高和热传递效率提高，这使得单元的整体效率提高。
本发明的另一方面是倾斜的收集器/吸收器组件，其通过比水平的主加热腔更有效地在早晨和傍晚捕集低高度的太阳光束而向水平的主干燥腔提供额外的热量。待加热的材料装载在干燥腔侧处的托盘上。
本发明能够从任何产品上去除甚至最后一丝湿气，本发明提出了在干燥过程的后面阶段使热的且几乎干燥的空气再循环。反射器使得辐射集中度提高，与之相结合的是，再循环使空气更热，从而提高了干燥效率。
然而，仅仅当含湿量限于空气中时再循环才有用。但是原则上，所有的湿气都能在例如硅胶的干燥剂的帮助下被去除，但实际上由于需要大量的硅胶所以这是不可行的。为了避开这一困境，本发明公开了采用可编程再循环系统，即，仅当干燥空气湿度低于预编程限值时才允许进行再循环的系统。而且，这种低湿度空气还将倾向于更热，因此，这就使得导致明显更高温度的再循环总体上更加有意义，该明显更高温度对去除最后一点湿气是很重要的。另外，由于该可编程设备，硅胶的使用量可大大减少，同时可继续获得好处。尽力一天内完成干燥过程有相当大的好处，而上面的改进对这有着相当大的帮助。
本发明具有以下特征：
1）光伏（PV）板装配有V型槽太阳能反射器。
2）太阳能干燥器能够如图1-图7所述地自动跟踪整个单元，并相应地制造了合适的设备。
3）图1-图7中单元的自动锁定，其赋予了抵抗阵风的稳定性并有助于抵挡高达15km/h的风速。
4）当干燥器的尺寸较大时，例如图8所示干燥器和相应干燥器，需要对装配有反射器的静止干燥器的设计和方向进行优化以便自动跟踪。
5）太阳能干燥器能够实现更高的运行温度，这是通过引导来自干燥器的比入口空气温度更高的用过的空气，并通过借助空气（尤其是含最少湿气的出口空气）的再循环利用热空气来实现更高的运行温度而进行的。
6）一旦热空气的湿度通过提供受湿度传感器控制的阀而降低至阈值之下，太阳能干燥器能够改变热空气的路径。
7）一旦通过允许空气穿过保持在容纳待干燥物质的金属丝网下方的颜色指示硅胶床而实现了阈值，太阳能干燥器就能够使空气中的湿度最小化。
8）太阳能干燥器能够通过步骤（5）和（6）节约硅胶的使用。
9）通过将使用过的硅胶放置在适当尺寸的抛物面太阳能集中器的聚焦区域处而使得使用过的硅胶在100-120℃下再生，抛物面太阳能集中器被保持在太阳能干燥器的旁边。
10）太阳能干燥器能够通过上面新颖且具有创造性的步骤（5）-（7）去除产品中最后一丝湿气。
11）太阳能干燥器能够运行作为传统直接式干燥器或作为在干燥腔上装配有反射器的直接式干燥器或作为间接式干燥器的干燥器，所述运行取决于待干燥的物质和干燥的地点和季节。相应地，将反射器置于干燥腔上，当该反射器以最佳方式定位时，干燥效率提高，或者当该反射器折叠地位于干燥器上方时，干燥器转换为适于干燥更精致的物质的间接式干燥器，或者当反射器被卸下时，干燥器转换为传统的直接式干燥器。
12）在图1-图7的干燥器中，不仅风机而且单元中的所有电气装置的运行都来自具有10W输出的同一PV板。
示例
下面示例以示例的方式给出，因此不应理解为是对本发明范围的限制。
Tam为以℃衡量的环境温度，Tco为以℃衡量的收集器出口温度或干燥空气温度，Tdo为来自干燥器出口的空气温度，RH%为干燥腔内部的相对湿度，Wt为以g衡量的小样品的重量。
示例1：
在一种情形中选取的图1-图7中的太阳能干燥器没有任何反射器，在另一种情形中在收集器侧上有反射器。在三月份的典型的两天中在几乎相同的环境条件下进行了测量，表1中列出了从上午11点至下午4点30分记录的干燥空气温度。
表1：使用和没有使用反射器的单元内部的干燥空气温度分布
该示例告诉我们在收集器侧使用反射器时提高了一天中干燥空气温度分布。
示例2：
直流风机使用10瓦特太阳能PV板直接运行。下表示出了以r.p.m衡量的风机速度，这是基于该特定日太阳强度的变化由转速计测量的。因为风机由太阳能PV板供电，所以，随着太阳强度增加，该板输出的功率就增加，这就提高了风机的速度。数据是在干燥腔上无反射器的条件下收集的。
表2：风机速度随太阳强度的变化及计算出的干燥器内部空气的质量流量
时间（h） 日射量（W m-2） 风机转速
11:30 879 3076
12:00 950 3434
12:30 974 3584
13:00 1188 5452
13:30 998 4622
14:00 831 3042
14:30 784 2949
15:00 689 2708
15:30 630 2706
16:00 404 2667
16:30 380 2585
该示例告诉我们在峰值日射量期间，风机也已非常高的转速运转。这种效果对于干燥过程是有利的，因为这有助于控制干燥腔内部的温度，这样，在高太阳能日射量时单元内的风流增加，就不会达到非常高的停滞温度。这可通过下一示例验证。
示例3：
示例2中的实验在两个相似的太阳能干燥器上重复。在一种情形中，风机速度固定为2700rpm，而在另一种情形中，风机速度随太阳日射量变化。在下面的表中，对于两种情形，收集器出口温度Tco（℃）都图示成作为一天中时间的函数。
上面示例告诉我们风机速度固定时，Tco从62.1℃至90℃变化，而通过使用直接连接至PV板的风机，Tco可被更好地控制并处于72.3℃至83.2℃的范围内。
示例4：
该单元保持静止在一位置处使得该单元在中午时垂直地面对太阳，不跟踪，并观察到：左上反射器（05）和左下反射器（08）在上午10:00A.M.至12:30P.M.之间在吸收器/收集器（09）和干燥腔（06）上投射有阴影效果，而右上反射器（04）和右下反射器（07）在下午2:00P.M.以后在吸收器/收集器（09）和干燥腔（06）上投射有阴影效果。当开启自动跟踪系统时，这种阴影效果被消除，干燥器单元自动地每隔15分钟以顺时针方向与太阳一起运动。该示例告诉我们，为了避免阴影效果，所述单元需要追踪天空中太阳的运动。
示例5：
锁定系统能够使整个单元具有稳定性。在缺少锁定结构时，在环境风速为15km/hr时，跟踪系统不起作用，干燥器单元每4分钟运动超过1℃。观察到：干燥器也沿逆时针方向旋转，很难控制自动跟踪过程。
示例6：
进行了实验以说明在直接式太阳能干燥器中的干燥过程中收集器上的反射器的有效性。实验同时在两个其它方面有相同配置的干燥器上进行。选择的食品为生香蕉。在每种情形中，在干燥腔内部的单层中的金属丝网上保持着500g具有76%（w/w）初始含湿量的削皮并切片的香蕉。在收集器上有反射器的实验标为A，没有反射器的实验标为B。
本示例告诉我们，通过在收集器上使用反射器，香蕉中的湿气水平在2小时内相对于干燥了的产品可以降低至大约15%w/w，但对于其它相似条件下的干燥了的产品，湿气含量高达62%w/w。
示例7：
进一步进行了实验以说明干燥器侧上的反射器的效果。因此两个实验并行进行，一个使用示例6中的干燥器A，另一个在干燥器侧上具有额外的反射器，标记为A′。该实验与示例6中的实验在不同的日期进行，环境条件也不同。如在前面示例中，食品仍为500g剥皮且切片的生香蕉。
该示例告诉我们，除了在收集器侧装配有反射器还在干燥器侧装有反射器的直接式干燥器表现出比只在收集器侧具有反射器的干燥器更高的干燥速率。
示例8：
进行该实验以比较在当空气处于特定湿度水平之下时干燥产品时来自干燥器的用过的空气的再循环效果。用示例7中的干燥器配置A′进行实验，即，在收集器和干燥器侧都装配有反射器的配置。在一种情形中，干燥器在编程再循环空气的情况下运行（A′1），在另一种情形中，空气排出（A′2）。本示例中的食品为鲜姜。将500g的这种姜洗净、去皮并切成1mm厚的薄片。接着将该材料以单层放置在干燥腔中的金属丝网上。该实验在具有可比较的环境条件的前后两天在同一干燥器中进行，这在下面的表中很明显。在这两天，实验都是从12:10pm开始到2:40pm结束。对于实验A′1，来自干燥器的用过的空气在1:25PM具有15%的RH值，然后该用过的空气在干燥器中再循环。一旦开始再循环，将380g的颜色指示硅胶放置在容纳有姜的金属丝网下方。从结果可看到，在实验A′1和A′2中，在下午2:40时分别得到了43%和66%的最后产品含湿量。
该示例告诉我们，只要被循环的空气具有低RH值（在本情形中该值为≤15%），那么来自干燥器的用过的空气的可编程再循环加快了从产品中去除残留湿气的速度。
示例9：
示例8中使用过的硅胶在吸收湿气后褪色，将该硅胶放置在直径为70cm的抛物面集中器的聚焦点处，再生了深蓝色的无水硅胶。该示例告诉我们使用太阳能再循环硅胶。
示例10：
在按比例扩大的干燥器上重复示例1的实验，如图8所示，其作为没有再循环的自然对流间接式干燥器运行。进一步地，该单元静止并沿东西方向排列。一组数据是通过没有使用任何反射器而得出的，而另一组数据是在反射器沿南北方向排列时记录的。图9和图10中分别给出了示出了收集器上太阳日射量变化的平面图以及有和没有反射器时Tco的值的图。
该示例告诉我们，在静止的按比例放大的干燥器上也可使用反射器，并产生更高的干燥空气温度（Tco），这对于间接式干燥尤其有用。
优点
下面列出了本发明的主要优点：
1.更快速地干燥物质，该过程又由六个因素控制，即，（i）收集器上的反射器导致更高的绝对辐射强度，（ii）由于跟踪而使入射辐射最大化，（iii）提高的收集效率，（iv）提高的空气流量，（v）在使用时，通过干燥腔上的反射器提高的辐射量，以及（vi）为了更高的能量效率而再循环在湿度阈值之下的用过的空气。
2.该单元可作为直接式干燥器或间接式干燥器运行。
3.单个10W PV板足够对整个单元供电。
4.该单元的设计即使在非夏天月份也是有利于应用的。
5.所有电气和电子控制都良好地保护在位于所述单元之下的PVC箱中。
6.无法被跟踪的更大的单元仍可从反射器的使用中获利，这是通过分别使所述单元和反射器最佳排列和定向来实现的。

Claims (14)

1.一种具有提高了的干燥效率的改进型太阳能干燥器，包括：干燥腔（06）和太阳能收集器/吸收器（09），所述干燥腔和所述太阳能收集器/吸收器相互连接并通过用于自动锁定和跟踪的旋转轴（2）和锁定销（14）放置在公共基座（01）上；其中，所述干燥腔由抽屉和干燥剂组成，所述抽屉具有用于放置待干燥物品的金属丝网，所述干燥剂放置在位于所述金属丝网下方的金属托盘（23）中以干燥所述待干燥物品，所述收集器/吸收器由金属板和双层玻璃组成以便吸收太阳日射并加热经过所述收集器/吸收器的空气流；多个风机（10和11），所述风机连接至所述收集器/吸收器的入口处和所述太阳能干燥腔的出口处以诱导空气对流通过隔热管（12），所述隔热管将所述收集器/吸收器的端部与所述干燥腔的端部连接，所述风机由设置在所述太阳能干燥器后侧的一个或多个光伏PV板（3）供电，所述风机的速度可选地由多个调节器（15和16）调节；多个反射器（7和8），所述反射器附接在所述收集器/吸收器上以提高日射量和干燥空气温度；另外的多个反射器（4和5），所述另外的多个反射器附接在所述干燥腔上以促进干燥；电磁阀（13），所述电磁阀附接在所述隔热管的各端部并由可编程湿度控制器和湿度传感器控制；以及显示板（17）。
2.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，所述干燥器的容量在0.5-1.0kg湿质量范围内。
3.如权利要求1所述的改进太阳能干燥器，其中，所述收集器/吸收器相对于水平面在20-26°的范围内倾斜。
4.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，附接在所述收集器/吸收器上的所述反射器使所述日射量提高了40-50%并使干燥空气温度提高了10-20℃。
5.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，附接在所述干燥腔上的所述反射器在直接干燥期间提高了日射量，并且所述反射器可选地能用于盖住所述干燥腔从而将直接式太阳能干燥器转换为间接式太阳能干燥器。
6.权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，所述PV板用于向所述风机、自动跟踪电路和湿度控制器供电。
7.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，所述风机由所述PV板直接供电，当环境日射量在380-1200W m-2的范围内变化时，所述风机呈现2550-5450rpm范围内的风机速度，风机速度与日射量的同步有助于控制流过所述太阳能干燥器的空气流量，这进一步控制了干燥空气温度。
8.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，采用了至少两个风机和调节器以及四个反射器来提高干燥效率。
9.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，所述干燥剂为颜色指示硅胶。
10.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，所述太阳能干燥器的自动跟踪速率设为在直到风速高达15kmh-1时为4分钟1°。
11.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，用于发生再循环的用过的空气的编程湿度阈值设为≤20%，更加优选地设为≤15%。
12.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，位于按比例扩大的太阳能干燥器的收集器上的反射器组件的长宽纵横比保持为≥2.5，所述太阳能干燥器沿东西方向放置，所述反射器沿南北方向装配在收集器上并具有能随季节调节的角度。
13.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，收集效率和干燥效率分别在45-70%范围内和12-40%范围内，这取决于环境条件、使用方式、载荷程度、待干燥的材料以及将要干燥的程度。
14.如权利要求1所述的改进型太阳能干燥器，其中，所述显示板置于所述太阳能干燥器后面以显示内部湿度（18）、计时器条件（19）、收集器出口空气的温度（20）、干燥器出口空气的温度（21）以及微型充电调控器的充电条件（22）。
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