CN105843291A - 一种基于热管技术的平房粮仓散热温控系统 - Google Patents

Abstract

一种基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，包括沿墙热管(5)、第一风道(6)、第二风道(8)、第一鼓风机(7)、第二鼓风机(9)和顶层热管(10)；沿墙热管(5)在平房粮仓(1)侧面墙壁的内侧，沿墙热管(5)的上端在第一风道(6)中，下端在堆粮线(3)以下的粮堆中，延伸到粮堆底部；顶层热管(10)在平房粮仓(1)的顶部，顶层热管(10)的上端在第二风道(8)中，下端在堆粮线(3)以下的粮堆中；第一风道(6)和第二风道(8)位于堆粮线(3)上方，且均与外界连通；第一风道(6)的一端设有第一鼓风机(7)，第二风道(8)的一端设有第二鼓风机(9)。本发明改善了大型粮仓的“热皮”效应，能耗低、污染低。

Description

一种基于热管技术的平房粮仓散热温控系统

技术领域

本发明涉及散热系统领域，特别涉及一种粮仓的散热系统，属于粮仓散热和热管技术领域。

背景技术

目前我国粮食储藏用的高大平房仓标准尺寸为长60m、宽24m和高8m，推行采用低温储粮四合一技术。四合一技术包括机械通风、环流熏蒸、谷物冷却、粮情测控四项技术。低温储粮的主要途径包括通风降温(自然及机械通风)和压缩式谷物冷却机制冷。对全国大多数地区而言，冬季采用机械自然通风及粮面压盖隔热措施，仓内粮堆内部的温度大体保持在20℃以下，满足准低温储粮的温度要求。夏秋季节酷热期较长，仓库外围结构白天受热辐射时间长，墙体和屋顶升温较高，晚间气温下降后，墙体散热缓慢，使仓内沿墙粮食和粮堆顶层温度日积月累随之升高，这样通过冬季通风降温的低温粮堆就产生了“冷芯热皮”效应。根据某中央储备粮直属库2005年8月的实测资料表明，平房仓墙体温度最高达51℃，夜间最低达35℃，沿墙粮堆温度也达到30℃以上，超过了《粮油储藏技术规范》规定的准低温条件下仓内粮食最高温度25℃的要求。粮堆温度上升后，粮食自主呼吸作用加大，微生物和害虫开始出现并大量繁殖，粮食出现损耗和变质。因此，低温储粮的关键在于夏秋季节如何抑制粮堆上层和四周粮温的上升。

现有的解决方案包括一是谷物冷却技术，通过压缩式谷物冷却机提供冷气和通风管道对粮堆进行降温。但谷物冷却机的设备投资成本较高，通风耗电成本很高，能耗很大。二是环流熏蒸技术，通过在粮堆中通入磷化氢剧毒气体，灭杀粮堆中的微生物和害虫。当粮堆温度高于低温储藏条件时，这个技术和工艺流程必不可少，但往往会有人身安全隐患和粮食残留隐患。三是辅助空调制冷技术，通过在粮仓堆粮线上安装大功率空调和预埋风管系统，对粮堆上层进行降温，能耗同样较大。

当前粮仓已有的机械通风和谷物冷却技术是将冷气流直接吹入整个粮堆中，所消耗的冷气流量十分巨大，通风阻力巨大。且现有技术对通入粮堆的冷空气有严格的要求，空气温度不能高也不能太低，湿度要适宜。否则当冷空气温度比较低时，粮堆降温过程中容易发生“结露”或“结霜”等现象，引起粮食的变质。综上，这些方案普遍存在耗能较大、运行成本较高或存在对人身健康存在危害的隐患，按照绿色、健康、智能、环保的发展要求还有一段距离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，针对大型平房粮仓的粮食散热需求，提出一种基于热管技术平房粮仓新型散热系统，改善了粮食储存过程中出现的“热皮”效应，同时达到低能耗、低污染的要求。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，包括沿墙热管、第一风道、第二风道、第一鼓风机、第二鼓风机和顶层热管；沿墙热管在平房粮仓侧面墙壁的内侧，沿墙热管的冷却段在第一风道中，加热段延伸到粮堆底部；顶层热管在平房粮仓的顶部，顶层热管的冷却段在第二风道中，加热段在堆粮线以下的粮堆中；第一风道和第二风道位于堆粮线上方，第一风道和第二风道的两端伸出粮仓墙壁并与外界连通；第一风道的一端设有第一鼓风机，第二风道的一端设有第二鼓风机。

所述顶层热管的下端深入粮堆的长度为1～2米。

所述第一风道有4条，绕侧面墙壁的内侧一周水平布置。

所述第一风道或第二风道的横截面为长方形，横截面高度为1～1.5米，宽度为0.15～0.2米。

所述沿墙热管或顶层热管的材料为钢或铝。

所述第一风道的下底面与堆粮线平齐，第二风道位于第一风道的上方。

所述平房粮仓散热系统还包括用于测量沿墙粮堆和顶层粮堆温度的温度监测传感器；所述沿墙粮堆是与墙壁距离在1～2m以内的粮食，所述顶层粮堆为与堆粮线距离1～2m以内的粮食。

所述散热系统还包括制冷机，所述制冷机与第一风道或第二风道连通，用于降低第一风道或第二风道中空气的温度。

所述沿墙热管或顶层热管的冷却段带有附加翅片，沿墙热管或顶层热管上的附加翅片的延展方向分别垂直于沿墙热管和顶层热管延伸方向。

所述沿墙热管或顶层热管的加热段带有附加翅片，并且所述附加翅片为直肋，沿墙热管或顶层热管上的附加翅片的延展方向分别平行于沿墙热管和顶层热管延伸方向。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明以长短热管耦合多级风道的方式，并结合长热管和短热管在粮堆沿墙位置和顶层分别布置的形式，降低平房仓粮堆中的沿墙上下粮层和顶部大面积粮层的温度，有效改善了粮食储存过程中出现的“热皮”效应。

2)本发明的新型散热温控系统的冷气流只流过风道，风道的横截面积较小，风道的体积相比粮堆的体积要小，因此系统所消耗的冷气流量相对较小，且冷气流流过风道相比流过粮堆的通风阻力较小，所消耗的通风能耗能够大大降低。

3)本发明中，由于外界冷气流只在风道内流动，而不会流向粮仓内部，不会与粮堆直接接触，因此本发明能够避免将外界大气中的湿度或水分或脏污颗粒带给粮食，从而保证粮食的品质。

4)本发明的系统及装置是将冬季或夜晚的低温冷空气通入风道内，通过热管给粮堆降温，由于气流不与粮堆接触，因此粮堆温度能够持续降低而降到很低的程度，并且不会发生“结露”或“结霜”等现象，系统的“蓄冷”能力很强，可以充分利用外界的冷量，减少制冷量，达到降低能耗的目的。

5)本发明的新型散热温控系统能够通过自动温控系统识别粮堆中的温度相对较高的区域，独立地开启该区域所对应风道的鼓风机，因此具有温度控制精准，节能效果十分明显。

6)本发明的基于热管技术的粮仓新型散热温控系统能够较大程度地将外界的“冷量”传递给粮堆，使粮堆更长时间地处于低温储粮范围，并且匹配精确控温系统，粮食发生霉变和生虫的概率大大减小，从而可以减少甚至去除目前的环流熏蒸工艺，减少磷化氢的使用次数，保障了粮仓管理员的人身安全，提高了粮食食用的健康品质。

附图说明

图1为本发明布置的结构原理图；

图2为本发明布置的侧向剖视示意图；

图3为本发明的自动温控系统图。

具体实施方式

热管是一种高效的传热部件，被称为热的“超导体”。热管已成功地应用于航天器热控制、电子设备冷却、余热回收、太阳能热水器、永久冻土层的稳定以及地热利用等具有传热需求的所有方面。热管换热器结构简单、无动力部件，它通过管内工作介质的相变所产生的潜热来传递热量，因此相比其他技术而言，它的优势是无需消耗额外的能量就可以实现全自动的工作，并且有很高的传热效率，节能效果明显。

如图1所示，一种基于热管技术的高大平房粮仓新型散热系统，包括沿墙热管5、第一风道6、第一鼓风机7、第二风道8、第二鼓风机9、顶层热管10和自动温控系统等组成。沿墙热管5靠近平房粮仓的四面墙壁的内侧，沿墙热管5的长度较长，其长度大于平房粮仓1的堆粮线3的高度。沿墙热管5包括加热段和冷却段，沿墙热管5的加热段位于堆粮线3以下的粮堆中，一直延伸到粮堆底部附近，距粮堆底部100～200mm。沿墙热管5的冷却段位于第一风道6中，并且冷却段带有附加翅片，附加翅片的延展方向垂直于沿墙热管5延伸方向。第一风道6沿平房粮仓1的墙壁延伸方向布置，从平房粮仓1的一侧墙壁一直延伸到与之平行的另一侧墙壁，如图2中所示。平房粮仓1总共布置有4道第一风道6，靠近平房粮仓1的四面墙的内壁面。每条第一风道6的一端布置一个第一鼓风机7，鼓风机的作用是引导气流进行流动。顶层热管10布置在粮堆的顶部，由支架支撑，顶层热管10的长度相比沿墙热管5要短，顶层热管10包括加热段和冷却段，其加热段位于堆粮线3以下的粮堆中，深入长度为1-2米。顶层热管10的冷却段位于第二风道8中，并且带有附加翅片，附加翅片的延展方向垂直于顶层热管10延伸方向。本实施例中，顶层热管10的长度等于其加热段、冷却段和第一风道6的高度之和。第二风道8沿平房粮仓1的宽度方向布置，从平房粮仓1宽度方向的一端墙壁一直延伸到另一端墙壁，如图1中所示。从平房粮仓1的长度方向来看布置有多道第二风道，如图2，每道第二风道之间的间距必须满足平房粮仓1已有通风风扇和进出粮作业窗户打开的要求。每条第二风道8的一端布置有一个第二鼓风机9。气流从鼓风机进入后，只在第一风道6和第二风道8内流动，从风道的另一头流出排向外界，不会进入平房粮仓1内。即第一风道6和第二风道8不与平房粮仓1内部连通。热管与热管之间的间距根据粮堆的温度分布情况来决定，一般取1～2米。本实施例中，沿墙热管5和顶层热管10均沿竖直方向延伸，沿墙热管5或顶层热管10的延伸方向也可以根据需要与竖直方向成0°～10°。

所述沿墙热管5和顶层热管10的管壳采用圆管。在粮食存储中常采用磷化氢气体来进行杀虫作业，因此管壳材料的选择必须能够抗磷化氢气体的腐蚀，并适当考虑材料成本和加工成本因素，可以为钢或铝。所述沿墙热管5和顶层热管10的加热段可以根据加强换热的需要选择焊接上附加翅片，附加翅片为直肋，附加翅片的延展方向平行于圆管的轴线方向，加热段的附加翅片的高度相比冷却段翅片的高度要小。沿墙热管5和顶层热管10的管内工质必须与所选管壳材料相匹配，两者之间不能发生电化学反应和腐蚀。管内工质类型的选择可以是纯氨或氟利昂系列制冷剂。

如图1和图2所示，第一风道6的布置高度是其下底面与堆粮线3齐平，第二风道8的布置高度位于第一风道6的上方。第一风道6和第二风道8的横截面都为长方形，风道横截面的高度为1～1.5米，宽度为0.15～0.2米。风道横截面积较小决定了第一鼓风机和第二鼓风机的额定风量和额定功率较小，并且风道内的压力损失不大，因此所有鼓风机同时开启运行所消耗的电功率也比较小。所述第一风道6和第二风道8的外面需要采用热导率系数极低的材料，如岩棉、多孔泡沫纤维等，进行隔热保温处理，避免粮堆和风道直接进行热传递，影响传热效率。每条第二风道8在平房粮仓1宽度方向的布置，需要避开粮仓现有的粮仓通风风扇16和粮仓窗户17，不影响粮仓的普通通风和进出粮作业。

所述散热系统还包括制冷机，当外界夜晚温度高于20-21℃时，所述制冷机与第一风道6和第二风道8连通，用于降低第一风道6和第二风道8中空气的温度。制冷机可拆卸，可以在冬季不需要的时候拆卸下来。

如图3所示，自动温控系统包括温度监测传感器15和控制器，控制器包括数据采集器18、风机控制面板19和计算机20。在粮堆中、热管表面、风道中布置有温度监测传感器15。所有温度监测传感器15连接到数据采集器18的输入端，数据采集器18的输出端连接到计算机20。所有的第一鼓风机7和第二鼓风机9连接到风机控制面板19的输出端，风机控制面板19的输入端连接到计算机20。计算机20内运行有自动温控软件，是整个温控系统的大脑，根据粮堆中的温度监测传感器数据，自动判断是否发出信号启动鼓风机运行。无论是第一鼓风机7还是第二鼓风机9，彼此之间是独立的，是并联的电路关系。自动温控系统的软件能够根据温度监测传感器15的测温数据，判断粮堆中哪个区域温度超温，从而开启该区域部位所在风道的鼓风机，而其他区域的风道鼓风机无需开启，精确控温效果和节能效果十分明显。沿墙粮堆是与墙壁距离在1～2m以内的粮食，顶层粮堆为与堆粮线距离1～2m以内的粮食。温度监测传感器15有多个：布置在沿墙粮堆内部的上、中、下层的温度传感器15用于测量沿墙粮堆的温度，测量时可以取沿墙粮堆中温度传感器15的平均值；分散布置在顶层粮堆中层的温度传感器15用于测量顶层粮堆的温度，测量时可以取顶层粮堆中温度传感器15的平均值；布置在沿墙热管5的下端外表面和中段外表面的温度传感器15用于测量沿墙热管5的温度；布置在顶层热管10的下端的外表面的温度传感器用于测量顶层热管10的温度；布置在第一风道6中和第二风道8中的进风口和出风口处的温度传感器分别用于测量第一风道6中和第二风道8中的风温。

本发明的一种基于热管技术的高大平房粮仓新型散热系统的散热过程如下：

1)平房粮仓1的外围结构为砖墙或混凝土结构。太阳辐射热2作用在粮仓的四周墙壁和粮仓的房顶。在炎热夏天，外界环境温度高，白天受热辐射时间长，墙体和屋顶升温较高，晚间气温下降后，墙体散热缓慢，使仓内沿墙粮食和粮堆顶层温度日积月累随之升高，这样通过冬季通风降温的低温粮堆就会产生“冷芯热皮”效应，即粮堆的四周和顶层温度较高，而中心温度相对较低，形成粮堆冷芯区域4。

2)本发明的系统及装置的作用是将粮堆四周和顶层的热量带走，从而降低其温度，避免粮食变质。如图1，第二鼓风机9工作，将外界的冷气流11吹入第二风道8中，冷气流流过顶层热管10的冷却段。当顶层热管10的加热段和冷却段温差达到某个值后，热管就会自动启动而不需要外在动力。热管启动后，顶层粮堆的热量14就会进入顶层热管10的加热段，热管加热段的工质吸热产生相变，由液态蒸发变成气态，气态工质从热管下方的加热段内部流向热管上方的冷却段内部。气态工质在冷却段遇冷放出热量并产生相变，由气态冷凝变成液态，液态工质在重力的作用下重新流回热管的加热段。顶层热管10的冷却段放出的热量被冷气流11带走，这样顶层粮堆的热量14就会通过顶层热管10的传递源源不断地传送到冷气流11中。

2)冷气流11在第二风道8中流过多排顶层热管10后，由于不停地吸收热量，最终会变成热气流12，并从第二风道8的出风口流出。这样顶层粮堆的热量14就被输送到平房粮仓1的外面。

3)沿墙热管5的工作原理与顶层热管10的完全一样。沿墙粮堆的热量13通过沿墙热管5的传递，被第一风道6中的冷气流吸收，并最终被排放到平房粮仓1的外面。

沿墙热管5和顶层热管10的热量传递方向只能从热管的下方向上方传递，而不能逆向传递。因此当第一鼓风机7和第二鼓风机9停止工作，热管的冷却段与加热段温度相同或相近时，热管停止工作，整个系统停止工作，没有热量的传递；即使外界环境温度高于粮堆温度，也就是热管的冷却段空气温度高于加热段粮堆温度时，热管也不工作，热量无法从风道中通过热管向粮堆中传递。热管的这种单向传热功能保证了粮仓粮堆温度控制的可靠性。

4)冷气流的来源根据季节气候的变化而不同。当室外白天大气温度低于20摄氏度，即处于秋冬交替或冬春交替或整个冬季时，冷气流直接采用外界空气，鼓风机只需在每个月的某几个白天工作几个小时，其他时间都停止。当白天大气温度高于20摄氏度，而夜晚大气温度低于20摄氏度，处于春夏交替或夏秋交替时，这时平房粮仓1的外围结构受太阳的辐射加热开始变强，鼓风机在夜晚长时间工作，冷气流直接采用夜晚外界空气；通过热管的作用，冷气流将粮堆中的热量带走，较大幅度地降低粮堆的温度，实现粮堆“蓄冷”的目的，白天鼓风机停止，粮堆将“蓄冷”缓慢释放。处于盛夏季节时，当夜晚大气温度高于20摄氏度时，外界的空气已无法用作冷气流，冷气流由专用制冷机提供，鼓风机在白天和夜晚都要工作几个小时。

本发明的一种基于热管技术的高大平房粮仓新型散热系统的自动温控过程如下：

1)位于平房粮仓1的粮堆中的温度监测传感器15获得的粮食温度通过数据采集器18的实时采集和多路汇总后，输入到计算机20中。计算机20中有自动温控软件平台，当温度传感器15测量的沿墙粮堆的平均粮食温度高于设定的上阈值(上阈值可以为19～25℃，如白天24～25℃或夜晚19～20℃)时，自动温控软件发出开启第一风道6中第一鼓风机7的信号，信号输出到风机控制面板19，风机控制面板19中的某个第一鼓风机7开关接通电源，第一鼓风机7启动工作。当沿墙粮堆的粮食温度得到了降低后，温度低于设定的下阈值(下阈值可以为14～21℃，比如白天20-21℃或夜晚14-15℃)时，自动温控软件发出关闭第一风道6中第一鼓风机7的信号，信号输出到风机控制面板19，风机控制面板19中的该第一鼓风机7开关断开电源，第一鼓风机7停止工作。

2)当温度传感器15测量的顶层粮堆的粮食温度高于设定的上阈值时，温度监测传感器15的信号就会通过反馈到计算机20中，自动温控软件发出开启第二风道8中第二鼓风机9的信号，信号输出到风机控制面板19，风机控制面板19中的某个第二鼓风机9接通电源，第二鼓风机9启动工作。同样当顶层粮堆的粮温温度降低到设定的下阈值时，自动温控系统就会停止该区域第二鼓风机9的工作。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，包括沿墙热管(5)、第一风道(6)、第二风道(8)、第一鼓风机(7)、第二鼓风机(9)和顶层热管(10)；沿墙热管(5)在平房粮仓(1)侧面墙壁的内侧，沿墙热管(5)的冷却段在第一风道(6)中，加热段延伸到粮堆底部；顶层热管(10)在平房粮仓(1)的顶部，顶层热管(10)的冷却段在第二风道(8)中，加热段在堆粮线(3)以下的粮堆中；第一风道(6)和第二风道(8)位于堆粮线(3)上方，第一风道(6)和第二风道(8)的两端伸出粮仓墙壁并与外界连通；第一风道(6)的一端设有第一鼓风机(7)，第二风道(8)的一端设有第二鼓风机(9)。

2.一种如权利要求1所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述顶层热管(10)的下端深入粮堆的长度为1～2米。

3.一种如权利要求1或2所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述第一风道(6)有4条，绕侧面墙壁的内侧一周水平布置。

4.一种如权利要求1或2所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述第一风道(6)或第二风道(8)的横截面为长方形，横截面高度为1～1.5米，宽度为0.15～0.2米。

5.一种如权利要求1或2所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述沿墙热管(5)或顶层热管(10)的材料为钢或铝。

6.一种如权利要求1或2所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述第一风道(6)的下底面与堆粮线(3)平齐，第二风道(8)位于第一风道(6)的上方。

7.一种如权利要求1或2所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述平房粮仓散热系统还包括用于测量沿墙粮堆和顶层粮堆温度的温度监测传感器(15)；所述沿墙粮堆是与墙壁距离在1～2m以内的粮食，所述顶层粮堆为与堆粮线距离1～2m以内的粮食。

8.一种如权利要求1或2所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述散热系统还包括制冷机，所述制冷机与第一风道(6)或第二风道(8)连通，用于降低第一风道(6)或第二风道(8)中空气的温度。

9.一种如权利要求1或2所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述沿墙热管(5)或顶层热管(10)的冷却段带有附加翅片，沿墙热管(5)或顶层热管(10)上的附加翅片的延展方向分别垂直于沿墙热管(5)和顶层热管(10)延伸方向。

10.一种如权利要求1或2所述的基于热管技术的平房粮仓散热温控系统，其特征在于，所述沿墙热管(5)或顶层热管(10)的加热段带有附加翅片，并且所述附加翅片为直肋，沿墙热管(5)或顶层热管(10)上的附加翅片的延展方向分别平行于沿墙热管(5)和顶层热管(10)延伸方向。