CN106766728A

CN106766728A - 一种基于相变储能的零能耗太阳能干燥装置及方法

Info

Publication number: CN106766728A
Application number: CN201710018518.1A
Authority: CN
Inventors: 赖艳华; 郝文刚; 刘焓; 张宗敏; 吕明新
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明涉及一种基于相变储能的零能耗太阳能干燥装置及方法，属于新能源相关技术领域。装置部分主要包括支撑柱，支撑柱将中空座支撑；所述中空座包括左侧气道、中间气道和右侧气道，中间气道的顶部与干燥箱连通，干燥箱顶部与太阳能空气集热器的一端连通，太阳能空气集热器的另一端通过组合式相变储能器与右侧气道连通；左侧气道的进气口依次与光伏光热空气集热器和前置进气道连通；其中，所述前置进气道和右侧气道上分别设置有风机。本装置通过设计全新的结构，使其具有较高的能量利用率，并可以对干燥后的“废气”进行能量回收；同时利用干燥箱的相变箱壁减少室内空气温度的波动，提高干燥产品的质量。

Description

一种基于相变储能的零能耗太阳能干燥装置及方法

技术领域

本发明涉及新能源相关技术领域，具体的说，是涉及一种基于相变储能的零能耗太阳能干燥装置及方法。

背景技术

随着社会科技和经济的快速发展，能源危机和环境污染问题越来越严重，目前世界各国为寻求能源安全和人类社会可持续发展，正在积极研究开发可再生能源，太阳能作为一种取之不尽用之不竭、具有很大利用潜力的可再生能源，正在被各个行业重视及利用。

而传统粮食干燥行业的能源消耗占到粮食干燥生产总能耗的30％-40％，存在能量利用率低、生产过程中污染严重等问题，因此如何降低粮食干燥行业能耗对缓解能源危机和环境污染问题具有重要推进作用。

经检索发现，公开号为CN101839617A申请了一种多向跟踪太阳能干燥设备。该设备包括至少一个干燥设备、至少一组光学镜并且其中至少包含一个太阳能线性聚焦光学镜、太阳能镜支架、太阳能跟踪装置、动力驱动装置以及电子控制系统。每一个光学镜可以绕轴运动，同时也可以跟随太阳能镜支架运行，通过动力驱动装置提供动力，实现对太阳的多向跟踪。该设备可以实现对太阳能收集的效率，但没有温控和储能系统，收集到的太阳能不能高效稳定的利用。

公开号为CN101776377A申请了一种利用太阳能的干燥方法及太阳能干燥装置，该干燥装置的组成包括通过管道相互连接的集热系统、干燥箱、储热系统和自动或手动控制系统、移动系统。装置通过太阳能集热系统中的太阳能真空集热管收集太阳能，将所收集的太阳能转化为可利用热能，多余的热能由储热箱储存，控制系统调节保障干燥箱中恒定的干燥温度。然而，该系统中采用了辅助加热系统，且干燥装置中空气不流动，仅仅通过加热升温干燥，干燥效率有待提高且不适用于干燥小颗粒物品。

公开号为CN1025506566A申请了一种附带干燥剂吸湿的太阳能干燥器，由集热器、风机、管道、干燥仓和吸湿箱组成，其中吸湿箱内部吊放多个干燥袋，空气在集热器、干燥仓及吸湿箱内循环流动，降低由于排出废气造成的热量损失。

因此，如何设计一种能量利用率较高的干燥装置。是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于相变储能的零能耗太阳能干燥装置及方法。本装置通过设计全新的结构，使其具有较高的能量利用率，并可以对干燥后的“废气”进行能量回收；同时利用干燥箱的相变箱壁减少干燥箱内空气温度的波动，提高干燥产品的质量。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于相变储能的零能耗太阳能干燥装置，包括：

支撑柱，支撑柱将中空座支撑；

所述中空座包括左侧气道、中间气道和右侧气道，中间气道的顶部与干燥箱连通，干燥箱顶部与太阳能空气集热器的一端连通，太阳能空气集热器的另一端通过组合式相变储能器与右侧气道连通；

左侧气道的进气口依次与光伏光热空气集热器和前置进气道连通；

其中，所述前置进气道和右侧气道上分别设置有风机。

优选的，所述左侧气道通过第一隔板与中间气道隔断。

优选的，所述右侧气道通过第二隔板与中间气道隔断。

优选的，所述右侧气道具有进气口，该进气口被第三隔板控制通断。

优选的，所述干燥箱内部具有多个搁置板。

优选的，所述干燥箱内部设置有吸湿层。

优选的，所述相变储能器上具有冷凝水疏水管道。

优选的，所述干燥箱的箱壁包括相变箱壁和被动式太阳能墙。

优选的，所述光伏光热空气集热器既向风机提供电能，又向干燥箱内提供热量。

在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种在白天工况下利用上述装置的干燥方法，主要包括如下步骤：

A、开启第一隔板、第三隔板，关闭第二隔板；

B、开启前置进气道内的风机，使空气按照左侧气道、中间气道、干燥箱、过渡气道的流向相变储能器，实现对干燥箱内部物料的干燥，并使干燥后空气中的能量被相变储能器吸收；同时干燥箱的相变箱壁自动对室内温度进行削峰调节；

C、物料干燥完成后关闭风机。

在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种在夜间工况下利用上述装置的干燥方法，主要包括如下步骤：

A、开启第二隔板，关闭第一隔板和第三隔板；

B、开启右侧气道的风机，使空气按照中间气道、干燥箱、过渡气道、相变储能器、右侧气道到中间气道的内循环，实现对干燥箱内部物料的干燥，干燥箱内的吸湿层对循环过程中的空气进行除湿，组合式相变储能器将对循环过程中的空气进行加温，同时在干燥箱内的空气温度低于相变箱壁的相变温度时会向室内放热；

C、物料干燥完成后关闭风机。

本发明的有益效果是：

本发明相对现有技术具有如下的效果和益处是：

(1)本发明基于相变储能利用太阳能达到干燥系统连续运行，同时在运行过程中达到零能耗效果。

(2)本发明利用被动式太阳能通风技术可以加强干燥箱内空气扰动，提高干燥效率。

(3)本发明在干燥箱“废气”出口处进行太阳能二次集热，提升干燥后“废气”排出的温度，利用组合式相变储能器对干燥箱排出的“废气”能量进行梯级回收利用，从而提高能量的储存量。能量在白天被储存后，夜间放出，实现夜间对物料的干燥。

(4)白天干燥与夜间干燥交替进行，实现对物料的持续干燥，干燥箱的相变箱壁削弱干燥箱内空气温度波动，提高干燥品质。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中1-1向剖视图；

图3是本发明中干燥箱南面墙壁结构示意图；

图4是图1中2-2向剖视图；

图5是本发明中光伏光热空气集热器的结构示意图；

图中：

1-第一轴流风机，2-光伏光热空气集热器，3-第一隔板，4-搁置板，5-太阳能空气集热器，6-相变箱壁，7-干燥箱，8-吸湿层，9-支撑柱，10-第二轴流风机，11-第三隔板，12-组合式相变储能器，13-第二隔板，14-蜂窝状空气通风管，15-上出风口，16-集热面，17下进风口，18-冷凝水疏水管道，19-1左侧气道，19-2中间气道，19-3右侧气道，20-过渡气道，21—保温板，22—玻璃板，23—吸热板，24—光伏板，25—加热流道，26—前置进气道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例：一种基于相变储能的太阳能干燥装置，其结构如图1-5所示，包括：

支撑柱9，支撑柱9将中空座支撑；

所述中空座包括左侧气道19-1、中间气道19-2和右侧气道19-3，中间气道19-2的顶部与干燥箱7连通，干燥箱7顶部与太阳能空气集热器5的一端连通，太阳能空气集热器5的另一端通过组合式相变储能器12与右侧气道19-3连通；

所述左侧气道19-1的进气口与光伏光热空气集热器2连通，光伏光热空气集热器2的进气口与前置进气道26连通，前置进气道26上设置有第一轴流风机1，右侧气道19-3上设置有第二轴流风机10。

为了便于三个气道分离，左侧气道19-1通过第一隔板3与中间气道19-2隔断；右侧气道19-3通过第二隔板13与中间气道19-2隔断；右侧气道19-3具有进气口，该进气口被第三隔板11控制通断。

所述的光伏光热空气集热器2为倾斜设置，由上向下结构依次分别为玻璃板22、与吸热板23密闭连接的光伏板24(即太阳能利用层)、加热流道25、保温板21。太阳能通过玻璃板22后照射在吸热板23和光伏板24上，吸热板23自身温度提升，光伏板24将太阳能转化为电能。室外空气在经吸热板23及光伏板24加热后进入左侧气道19-1，最终送入干燥箱内，同时室外空气对光伏板具有冷却作用，可以提供光伏板24的发电效率。

光伏光热空气集热器2可以将太阳能转换为电能，储存于蓄电池中，供两个轴流风机运转及吸湿层8再生之用。

太阳能空气集热器5倾斜设置在干燥箱7的顶部，与干燥箱“废气”出口相连接。其太阳能空气集热器5包括透光板、集热板、保温板和扰流板，透光板采用透光性较好的玻璃，扰流板固定在集热板上，集热板表面涂有黑色吸热材料，保温板固定在集热板背面，阻止热量的散失。太阳能空气集热器5的结构与现有技术相同，在此不进行详细说明。

所述的干燥箱7四周箱壁结构由被动式太阳能通风墙或相变箱壁6(石蜡材质)或太阳能通风墙与相变箱壁的组合而成，相邻箱壁可拆卸，顶部箱壁结构固定太阳能空气集热器5。所有面的箱壁结构采用保温结构，在干燥箱7内部安装网状的托盘，在距干燥箱底部一定距离安装可拆卸的吸湿层8或吸湿箱。吸湿箱的材料可由硅胶与其他吸湿物料组成。

所述的组合式相变储能器12结构形式采用蜂窝状，内部具有蜂窝状空气通风管14，并安装有冷凝水疏水管道18。其中组合式相变储能器12中填充相变材料的熔点从上到下依次降低。

干燥箱7墙壁之间采用白胶进行密封，并对每一个管道连接处进行密封处理。

干燥箱7墙壁南侧墙壁(即图1中干燥箱7左侧的墙壁)可以是太阳能通风墙结构，其具有下进风口17、上出风口15和集热面16。

干燥箱7内部具有多个搁置板4，便于放置粮食或蔬菜。

干燥箱7内部可以设置有吸湿层8，能够在干燥过程中将水蒸气吸收，来保证干燥品质。

同时，所述组合式相变储能器12上具有冷凝水疏水管道18，可以方便的将冷凝水排出。

所述干燥箱7的箱壁为相变箱壁。

在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种在白天利用上述装置的干燥方法，主要包括如下步骤：

A、开启第一隔板3、第三隔板11，关闭第二隔板13；太阳光分别照射太阳能空气集热器5、光伏光热空气集热器2和被动式太阳能墙(即干燥箱7左侧墙壁)；室外空气在太阳能的作用下被加温；

B、开启第一轴流风机1，使空气按照左侧气道19-1、中间气道19-2、干燥箱7、过渡气道20的流向组合式相变储能器12，实现对干燥箱7内部物料的干燥，并使干燥后空气中的能量被组合式相变储能器12吸收；

太阳能空气集热器5不仅对干燥箱7内的流动空气起到加速作用，而且会对干燥箱7排出的废气进行二次加热，最终会在组合式相变储能器12内进行能量回收，进而排出室外；

C、物料干燥完成后关闭第一轴流风机1。

本装置在夜间时，干燥方法过程为：

A、开启第二隔板13，关闭第一隔板3和第三隔板11；

B、开启第二轴流风机10，使空气按照中间气道19-2、干燥箱7、过渡气道20、组合式相变储能器12、右侧气道19-3到中间气道19-2的内循环，实现对干燥箱7内部物料的干燥，组合式相变储能器12将循环过程中的空气加温；

C、物料干燥完成后关闭第二轴流风机10。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种基于相变储能的零能耗太阳能干燥装置，其特征在于，包括：

支撑柱，支撑柱将中空座支撑；

其中，所述前置进气道和右侧气道上分别设置有风机。

2.根据权利要求1所述的零能耗太阳能干燥装置，其特征在于，所述左侧气道通过第一隔板与中间气道隔断。

3.根据权利要求2所述的零能耗太阳能干燥装置，其特征在于，所述右侧气道通过第二隔板与中间气道隔断。

4.根据权利要求3所述的零能耗太阳能干燥装置，其特征在于，所述右侧气道具有进气口，该进气口被第三隔板控制通断。

5.根据权利要求1所述的零能耗太阳能干燥装置，其特征在于，所述干燥箱内部具有多个搁置板。

6.根据权利要求1所述的零能耗太阳能干燥装置，其特征在于，所述干燥箱内部设置有吸湿层。

7.根据权利要求1所述的零能耗太阳能干燥装置，其特征在于，所述组合式相变储能器上具有冷凝水疏水管道。

8.根据权利要求1所述的零能耗太阳能干燥装置，其特征在于，所述干燥箱的箱壁包括相变箱壁和被动式太阳能墙。

9.一种在白天利用权利要求1-8任一项所述的零能耗太阳能干燥装置的方法，其特征在于，步骤如下：

A、开启第一隔板、第三隔板，关闭第二隔板；

B、开启前置进气道内的风机，使空气按照左侧气道、中间气道、干燥箱、过渡气道的流向组合式相变储能器，实现对干燥箱内部物料的干燥，并使干燥后空气中的能量被组合式相变储能器吸收，同时干燥箱的相变箱壁自动对室内温度进行削峰调节；

C、物料干燥完成后关闭风机。

10.一种在夜间利用权利要求1-8任一项所述的零能耗太阳能干燥装置的方法，其特征在于，步骤如下：

A、开启第二隔板，关闭第一隔板和第三隔板；

B、开启右侧气道的风机，使空气按照中间气道、干燥箱、过渡气道、组合式相变储能器、右侧气道到中间气道的内循环，实现对干燥箱内部物料的干燥，组合式相变储能器将循环过程中的空气加温，同时在干燥箱内的空气温度低于相变箱壁的相变温度时会向室内放热；

C、物料干燥完成后关闭风机。