CN106382810A - 一种双介质太阳能干燥锅炉系统 - Google Patents

一种双介质太阳能干燥锅炉系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种双介质太阳能干燥锅炉系统，包括双介质太阳能集热器、干燥室、盐储热罐、盐/空气换热器、盐泵、第一风机和湿热换热器，双介质太阳能集热器包括空气流道和盐流道，空气流道的一端与干燥室相通，盐流道的一端与盐储热罐的一端相通，盐储热罐的另一端通过盐泵与盐流道的另一端连通，盐/空气换热器置于盐储热罐内，干燥室还依次通过湿热换热器和第一风机与空气流道的另一端连通。本发明能够很好地解决农作物干燥过程中，太阳能干燥机温度波动较大的问题，可以抑制太阳辐照突然升高时空气温度的快速升高对被干燥物料造成的破坏，可以使得太阳能用于农业更加有实际前景。

Description

一种双介质太阳能干燥锅炉系统
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种双介质太阳能干燥锅炉系统。
背景技术
工业和农业干燥过程用热需要连续、稳定，特别是在农作物烘干过程中。我国西南和华南地区云量较大，一天当中辐照波动频繁，对空气太阳能集热器的输出温度或流量影响较大，从而影响烘干质量。
为了提高空气太阳能集热器的输出温度和流量的稳定性，可以使用辅助热源(例如热泵和燃气热风炉等)来平抑温度的波动，但是这些辅助热源会消耗常规能源。
本发明旨在提供一种双介质太阳能干燥锅炉系统，其双介质为盐和空气，其中比热和密度较大的盐既是传热介质又是储热介质，能很好地增加太阳能集热器的总热容，平抑太阳变化对烘干参数的影响，并且尽量扩大烘干过程中太阳能的比例，而且本发明采用盐和空气作为传热介质的方式可以使得烘干工作温度稳定到100℃以上。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种双介质太阳能干燥锅炉系统，其双介质为盐和空气，其中比热和密度较大的盐既是传热介质又是储热介质，能很好地增加太阳能集热器的总热容，平抑太阳变化对烘干参数的影响，并且尽量扩大烘干过程中太阳能的比例，而且本发明采用盐和空气作为传热介质的方式可以使得烘干工作温度稳定到100℃以上。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双介质太阳能干燥锅炉系统，包括双介质太阳能集热器、干燥室、盐储热罐、盐/空气换热器、盐泵、第一风机和湿热换热器，所述双介质太阳能集热器包括空气流道和盐流道，所述空气流道的一端与所述干燥室相通，所述盐流道的一端与所述盐储热罐的一端相通，所述盐储热罐的另一端通过所述盐泵与所述盐流道的另一端连通，所述盐/空气换热器置于所述盐储热罐内，所述干燥室还依次通过所述湿热换热器和所述第一风机与所述空气流道的另一端连通。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述盐流道位于所述空气流道的上方。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述干燥锅炉系统还包括控制器，所述空气流道和所述盐流道内均设置有温度传感器，所述控制器分别与所述温度传感器、所述第一风机、所述盐泵和所述盐储热罐连接。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述盐泵还包括第二风机，所述第二风机与所述盐储热罐连接，并且所述第二风机还与所述控制器连接。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述盐流道内的盐和所述盐储热罐内的盐为由硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾、氯化钙、氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钙和硫酸钾中的至少两种构成的低共熔点的熔融盐混合物。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述双介质太阳能集热器还包括至少两层位于所述盐流道上方的玻璃盖板，并且所述玻璃盖板之间形成有真空层。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述双介质太阳能集热器还包括保温层，所述保温层和所述玻璃盖板共同形成一个围绕所述空气流道和所述盐流道的空间。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述干燥锅炉系统还包括空气通道旁通管，所述空气通道旁通管的一端与所述双介质太阳能集热器连接，所述空气通道旁通管的另一端与所述第一风机连接，所述空气通道旁通管上设置有第一阀门，所述第一阀门与所述控制器连接。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述空气流道与所述干燥室的连通管道上设置有第二阀门，所述第二阀门与所述控制器连接。
作为本发明双介质太阳能干燥锅炉系统的一种改进，所述空气流道和所述盐流道内设置有强化换热结构；所述盐/空气换热器包括集热管和若干个通管，所述通管的两端与所述集热管连通。
相对于现有技术，本发明中的双介质太阳能集热器中的流体有两种：盐和空气，其中比热和密度较大的盐既是传热介质又是储热介质，能很好地增加太阳能集热器的总热容，平抑太阳变化对烘干参数的影响，并且尽量扩大烘干过程中太阳能的比例，这样就很简单的避免了太阳好时空气过温、太阳不好时空气热工参数变化频繁的问题。本发明的采用盐和空气作为传热介质的方式可以使得烘干工作温度稳定到100℃以上。而且由于采用了盐介质，既可传热也可以储热，因此该太阳能干燥锅炉系统适合于多云的地区工作。由于带有盐储热罐，该太阳能干燥锅炉系统还可以在夜间工作。由于盐的升温比较慢因此盐流道在空气流道之上，这样可以有效地抑制空气温度变化过大。另外也克服了空气在上部时集热器表面玻璃盖板的热损。
本发明能够很好地解决农作物干燥过程中，太阳能干燥机温度波动较大的问题，可以抑制太阳辐照突然升高时空气温度的快速升高对被干燥物料造成的破坏，可以使得太阳能用于农业更加有实际前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中双介质太阳能集热器长度方向上的剖面结构图。
图3为本发明中双介质太阳能集热器宽度方向上的剖面结构图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但是，本发明的具体实施方式并不限于此。
如图1至图3所示，本发明提供的一种双介质太阳能干燥锅炉系统，包括双介质太阳能集热器1、干燥室8、盐储热罐5、盐/空气换热器6、盐泵7、第一风机4和湿热换热器9，双介质太阳能集热器1包括空气流道11和盐流道12，空气流道11的一端与干燥室8相通，盐流道12的一端与盐储热罐5的一端相通，盐储热罐5的另一端通过盐泵7与盐流道12的另一端连通，盐/空气换热器6置于盐储热罐5内，干燥室8还依次通过湿热换热器9和第一风机4与空气流道11的另一端连通。
空气和盐分别在第一风机4和盐泵7的作用下进入双介质太阳能集热器1，其中空气进入空气流道11，盐进入盐流道12。空气被太阳能加热后直接进入干燥室8，被太阳能加热的盐进入盐储热罐5，冷空气进入盐储热罐5并在其中通过盐/空气换热器6进行换热，被加热的空气进入干燥室8，干燥物料后的湿空气进入湿热换热器9冷凝，将潜热释放给由第一风机4引入的冷空气，被预热的冷空气进入双介质太阳能集热器1中的空气流道11。该太阳能干燥锅炉系统由于带有盐传热储热系统，综合热惯性大，储热系统也可以灵活调节，因此适合于多云的地区使用。太阳能干燥锅炉系统的工作介质是空气，传热介质是空气加盐。由于双介质太阳能集热器1的特殊结构，抑制了空气温度在太阳辐照变化时突然升高，有利于保护被干燥物料的品质不受影响。
其中，双介质太阳能集热器1依据温度要求的不同可以是聚光的，也可以是非聚光的。聚光型集热器可以采用吸热体加定日镜的方式构成，定日镜角度由计算机控制随太阳角度变化而转动变化，保持辐射始终聚焦在吸热体上，非聚光的集热器结构类似于平板太阳能集热器。
盐流道12位于空气流道11的上方，由于盐的升温比较慢，因此盐在空气的上部，这样可以有效地抑制空气温度变化过大的问题的发生。在盐的温度加热到120摄氏度时可以进行工作。而且由于盐位于空气之上，因此空气温度低于盐的温度，有利于利用盐的流量来控制盐的温度和空气温度，这样就很简单的避免了太阳好时空气过温，太阳不好时空气热工参数变化频繁的问题。由于采用了盐介质，既可传热也可以储热，因此该太阳能干燥锅炉系统适合于多云的地区工作。由于带有储热系统，该太阳能干燥锅炉系统还可以在夜间工作。
该干燥锅炉系统还包括控制器，空气流道11和盐流道12内均设置有温度传感器，控制器分别与温度传感器、第一风机4、盐泵7和盐储热罐5连接。通过控制器的设置，可以大大提高本发明的自动化程度，温度传感器可以感知空气流道11和盐流道12内的温度，并与控制器所设置的预设温度相对比，控制器据此判断空气温度和盐的温度是否达到设定值。控制器还可以控制盐泵7、第一风机4和盐储热罐5的工作。
盐泵7还包括第二风机10，第二风机10与盐储热罐5连接，并且第二风机10还与控制器连接，第二风机10可以引入外界冷空气，并与盐储热罐5中的盐进行热交换，使冷空气被加热，然后进入到干燥室8中进行干燥作业。
盐流道12内的盐和盐储热罐5内的盐为由硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾、氯化钙、氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钙和硫酸钾中的至少两种构成的低共熔点的熔融盐混合物。盐可以采用上述无机盐中的至少两种，但因为作为干燥食品和农作物的介质，该介质不得具有对人体有害的成分在内。盐的种类可以根据烘干物料的种类确定。
双介质太阳能集热器1还包括至少两层位于盐流道12上方的玻璃盖板13，并且玻璃盖板13之间形成有真空层14，这样有助于取得较高的干燥温度。盐在空气的上部可以克服空气在上部时位于集热器表面的玻璃盖板13的热损。
双介质太阳能集热器1还包括保温层15，保温层15和玻璃盖板13共同形成一个围绕空气流道11和盐流道12的空间，以起到较好的保温作用，防止热量的散失。
干燥锅炉系统还包括空气通道旁通管2，空气通道旁通管2的一端与双介质太阳能集热器1连接，空气通道旁通管2的另一端与第一风机4连接，空气通道旁通管2上设置有第一阀门(图中未示出)，第一阀门与控制器连接。通过空气通道旁通管2连通双介质太阳能集热器1和第一风机4，从而当空气流道11内的空气温度未能达到设定值时，空气可以在由空气通道旁通管2、双介质太阳能集热器1和第一风机4形成的通路中循环，使得空气与盐进行换热，提高空气的温度到设定值。
空气流道11与干燥室8的连通管道上设置有第二阀门3，第二阀门3与控制器连接，控制器可以方便地控制第二阀门3的开启与关闭，从而可以控制空气流道11内的空气进入干燥室8的时间。
空气流道11和盐流道12内设置有强化换热结构；盐/空气换热器6包括集热管61和若干个通管62，通管62的两端与集热管61连通。其中，强化换热结构可以是翅片、绕丝、金属螺旋纽带等常见的强化换热结构，本发明不对其进行限制，只要能够起到强化换热的效果即可。通管62与集热管61内走熔融盐，通管62与集热管61用于空气的流动，以实现空气与盐的换热。
工作时：
1、在盐的温度已经达到干燥所需要温度，而空气温度仍未达到烘干需求时，空气可以在双介质太阳能集热器1中进行自我循环，直到温度达到设定值后进入干燥室8。
其中，空气在双介质太阳能集热器1中进行自我循环的实现方式有两种：
一是由于空气流道11与干燥室8的连通管道上设置有第二阀门3，当空气温度没有达到预定值时(温度传感器感知到空气流道11内的空气温度，并将该温度值传递给控制器，控制器将该温度值与控制器所预设的温度值进行比较，该温度值小于控制器预设的空气温度值)，控制器控制第二阀门3关闭，双介质太阳能集热器1内空气自我循环，即双介质太阳能集热器1内空气与盐通过自然对流的方式进行换热，当空气流道11的出口温度达到预定值的时候，控制器控制第二阀门3开启使空气进入干燥室8。
二是由于干燥锅炉系统还包括空气通道旁通管2(图1中虚线部分所示)，当空气温度没有达到预定值时，控制器控制第一阀门开启，空气在第一风机4、双介质太阳能集热器1和空气通道旁通管2构成的回路中流动循环，流动的空气在双介质太阳能集热器1中与盐通过强迫对流换热升温(即盐传热给强化换热结构，强化换热结构再与空气换热，使空气升温)，当空气温度达到预定时，控制器控制第一阀门关闭，并控制第二阀门3开启使空气进入干燥室8。
2、在盐的温度没有达到干燥所需温度时，空气循环的第一风机4不打开，仅仅是盐泵7在工作，将盐在双介质太阳能集热器1和盐储热罐5中进行循环。
3、当盐储热罐5中盐的温度达到烘干所需要温度时，开启第二风机10，冷空气进入盐/空气换热器6，然后被加热的空气进入干燥室8。在太阳能晴好时，第一风机4和第二风机10可以同时工作；在天气不好或夜间时，第二风机10单独工作。
总之，本发明中的双介质太阳能集热器中的流体有两种：盐和空气，其中比热和密度较大的盐既是传热介质又是储热介质，能很好地增加太阳能集热器的总热容，平抑太阳变化对烘干参数的影响，并且尽量扩大烘干过程中太阳能的比例，这样就很简单的避免了太阳好时空气过温、太阳不好时空气热工参数变化频繁的问题。本发明的采用盐和空气作为传热介质的方式可以使得烘干工作温度稳定到100℃以上。而且由于采用了盐介质，既可传热也可以储热，因此该太阳能干燥锅炉系统适合于多云的地区工作。由于带有盐储热罐5，该太阳能干燥锅炉系统还可以在夜间工作。由于盐的升温比较慢因此盐流道在空气流道之上，这样可以有效地抑制空气温度变化过大。另外也克服了空气在上部时集热器表面玻璃盖板13的热损。
本发明能够很好地解决农作物干燥过程中，太阳能干燥机温度波动较大的问题，可以抑制太阳辐照突然升高时空气温度的快速升高对被干燥物料造成的破坏，可以使得太阳能用于农业更加有实际前景。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，包括双介质太阳能集热器、干燥室、盐储热罐、盐/空气换热器、盐泵、第一风机和湿热换热器，所述双介质太阳能集热器包括空气流道和盐流道，所述空气流道的一端与所述干燥室相通，所述盐流道的一端与所述盐储热罐的一端相通，所述盐储热罐的另一端通过所述盐泵与所述盐流道的另一端连通，所述盐/空气换热器置于所述盐储热罐内，所述干燥室还依次通过所述湿热换热器和所述第一风机与所述空气流道的另一端连通。
2.根据权利要求1所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述盐流道位于所述空气流道的上方。
3.根据权利要求1所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述干燥锅炉系统还包括控制器，所述空气流道和所述盐流道内均设置有温度传感器，所述控制器分别与所述温度传感器、所述第一风机、所述盐泵和所述盐储热罐连接。
4.根据权利要求3所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述盐泵还包括第二风机，所述第二风机与所述盐储热罐连接，并且所述第二风机还与所述控制器连接。
5.根据权利要求1所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述盐流道内的盐和所述盐储热罐内的盐为由硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾、氯化钙、氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钙和硫酸钾中的至少两种构成的低共熔点的熔融盐混合物。
6.根据权利要求1所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述双介质太阳能集热器还包括至少两层位于所述盐流道上方的玻璃盖板，并且所述玻璃盖板之间形成有真空层。
7.根据权利要求6所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述双介质太阳能集热器还包括保温层，所述保温层和所述玻璃盖板共同形成一个围绕所述空气流道和所述盐流道的空间。
8.根据权利要求3所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述干燥锅炉系统还包括空气通道旁通管，所述空气通道旁通管的一端与所述双介质太阳能集热器连接，所述空气通道旁通管的另一端与所述第一风机连接，所述空气通道旁通管上设置有第一阀门，所述第一阀门与所述控制器连接。
9.根据权利要求3所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述空气流道与所述干燥室的连通管道上设置有第二阀门，所述第二阀门与所述控制器连接。
10.根据权利要求1所述的双介质太阳能干燥锅炉系统，其特征在于，所述空气流道和所述盐流道内设置有强化换热结构；所述盐/空气换热器包括集热管和若干个通管，所述通管的两端与所述集热管连通。
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