CN110260642A - 基于太阳能的联合干燥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于太阳能的联合干燥系统，包括：太阳能集热器与换热器和热泵机组依次连接构成第一回路，用于通过太阳能集热器吸收热能，并分别对换热器和热泵机组提供第一温度和第二温度的热能；换热器分别与所述的高温储罐、干燥子系统和低温储罐依次连接构成第二回路，用于将来自低温储罐中的导热循环水经换热器进行换热后存储于高温储罐中；热泵机组分别与高温储罐、干燥子系统和低温储罐依次连接构成第三回路，用于将来自低温储罐中的导热循环水经热泵机组进行换热后存储于所述高温储罐中。本系统可以提高能量利用效率，并实现不同太阳能辐照条件下干燥流程的稳定运行。

Description

基于太阳能的联合干燥系统
技术领域
本发明涉及烘干/干燥技术领域，尤其涉及一种基于太阳能的联合干燥系统。
背景技术
烘干/干燥技术广泛的应用于工业和农业生产中，是高耗能流程。传统自然晾晒效率低、周期长，并且干燥程度不一。采用燃烧化石能源直接提供烘干热量，不仅是对高品质能源的浪费，也会带来环境污染等问题。因此，开发高效清洁的干燥技术是烘干/干燥领域的重要发展方向。
太阳能资源总量丰富，全球能源大都直接或间接的来自太阳能，是取之不尽用之不竭的清洁能源，采用太阳能提供烘干热量是一种较为理想的干燥方式，但是太阳能本身随着昼夜天气的变化，存在较大波动，难以实现长期连续地运行。热泵是一种将低温转换为高温的节能装置，热泵烘干具有节能、清洁和实现精准控制等优势，但当高低温之间温差较大时(特别是80℃以上的高温烘干)，热泵性能系数较低，消耗电能较多。因此，亟需一种可以同时实现节能、清洁、精准控制和连续高效工作的烘干/干燥系统。
发明内容
本发明提供了一种基于太阳能的联合干燥系统，以解决现有的太阳能干燥系统运行不连续以及热泵高温干燥系统运行效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明提供了一种基于太阳能的联合干燥系统，包括：太阳能集热器、热泵机组、高温储罐、低温储罐、干燥子系统和换热器；
所述的太阳能集热器与所述的换热器和热泵机组依次连接构成第一回路，用于通过所述的太阳能集热器吸收热能，并分别对所述的换热器和热泵机组提供第一温度和第二温度的热能；
所述的换热器分别与所述的高温储罐、干燥子系统和低温储罐依次连接构成第二回路，用于将来自所述低温储罐中的导热循环水经所述换热器进行换热后存储于所述高温储罐中；
所述的热泵机组分别与所述的高温储罐、干燥子系统和低温储罐依次连接构成第三回路，用于将来自所述的低温储罐中的导热循环水经热泵机组进行换热后存储于所述高温储罐中。
优选地，第一温度高于所述第二温度。
优选地，系统还包括多个循环泵，所述的循环泵用于调节流量以及维持流体流动。
优选地，干燥子系统包括风机和盘管；
所述的盘管用于与所述的高温储罐和低温储罐连接，所述的风机用于吹送热风至干燥室用于烘干。
优选地，干燥子系统的盘管设计外翅片，干燥子系统的工作温度为30-100℃。
优选地，热泵机组包括回路连接的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器；
所述的蒸发器还分别与所述的太阳能集热器和所述的换热器连接；
所述的冷凝器还分别与所述的高温储罐和低温储罐连接。
优选地，蒸发器的温度为20-40℃，所述冷凝器的温度为60-100℃。
优选地，太阳能集热器为平板式太阳能集热器或真空管式太阳能集热器，所述平板式太阳能集热器的吸热板和所述真空管式太阳能集热器的真空管涂有选择性吸收涂层，集热温度为60-100℃，所述的太阳能集热器中的导热流体为水或油。
优选地，换热器为管壳式换热器，管侧为太阳能集热高温流体，壳侧为被加热的导热循环水。
优选地，高温储罐和低温储罐的工作温度均为30-100℃，耐压均为1.6MPa。
由上述本发明的基于太阳能的联合干燥系统提供的技术方案可以看出，本发明的系统优先使用太阳能提供热量，热泵辅助供能，并由太阳能集热流体与导热循环水换热后的余热，为热泵机组的蒸发器提供热量，提高压缩机进口工质温度，提升热泵循环能效，可以实现梯级利用提高热泵的运行效率，提高能量的综合利用效率，并实现干燥流程全天不同太阳能辐照条件下稳定运行。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的基于太阳能的联合干燥系统的示意图。
附图标记说明：1、太阳能集热器；2、换热器；3、高温储罐；4、压缩机；5、循环泵；6、风机；7、蒸发器；8、冷凝器；9、循环泵；10、盘管；11、低温储罐；12、循环泵；13、节流阀；14、循环泵。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明。
实施例
图1为本实施例提供的基于太阳能的联合干燥系统示意图，参照图1，该系统包括：太阳能集热器1、热泵机组、高温储罐3、低温储罐11、干燥子系统和换热器2。
太阳能集热器1与换热器2和热泵机组依次连接构成第一回路，用于通过太阳能集热器1吸收热能，并分别对换热器2和热泵机组提供第一温度和第二温度的热能。其中，第一温度高于所述第二温度。
换热器2分别与所述的高温储罐3、干燥子系统和低温储罐11依次连接构成第二回路，用于将来自低温储罐11中的导热循环水经换热器2进行换热后存储于高温储罐3中。
热泵机组分别与高温储罐3、干燥子系统和低温储罐11依次连接构成第三回路，用于将低温储罐11中的导热循环水经热泵机组进行换热后存储于高温储罐3中。
干燥子系统分别与高温储罐3和低温储罐11连接，用于将高温储罐3中的高温导热循环水热量传递给干燥室用于烘干，并将降温后的导热循环水存储于低温储罐11中。
其中，干燥子系统包括风机6和盘管10。
具体地，盘管10用于与高温储罐3和低温储罐11连接，风机6用于将热量吹至干燥室用于烘干。盘管设计外翅片，干燥子系统的工作温度为30-100℃。
热泵机组包括回路连接的压缩机4、冷凝器8、节流阀13和蒸发器7，蒸发器7还分别与太阳能集热器1和换热器2相连；冷凝器8还分别与高温储罐3和低温储罐11相连。
蒸发器7的温度为20-40℃，冷凝器8的温度为60-100℃。
该系统还包括多个循环泵，这些循环泵用于调节流量和维持流体流动。
高温储罐3和低温储罐11的罐体材质为不锈钢，外表覆盖保温层，顶部安装与大气连通的泄压阀，高温储罐3的上部有两个进口分别与换热器2、冷凝器8相连，底部有一个出口与干燥子系统连接；低温储罐11的上部有一个进口与干燥子系统连接，底部有一个出口经三通分别与换热器2和冷凝器8相连。
优选地，太阳能集热器为平板式太阳能集热器或真空管式太阳能集热器，所述平板式太阳能集热器的吸热板和所述真空管式太阳能集热器的真空管涂有选择性吸收涂层，集热温度为60-100℃。
换热器为管壳式换热器，管侧为太阳能集热高温流体，壳侧为被加热的导热循环水。
太阳能集热器中的导热流体为水或油。热泵机组中的工质为有机工质。
高温储罐和低温储罐的工作温度均为30-100℃，耐压均为1.6MPa。
采用本系统进行烘干的具体过程如下：
白天日照充足时，太阳能集热器1将太阳辐射能转化为90℃左右的热能，通过导热油或水于换热器2内将热能传递至干燥回路的导热循环水。导热循环水升温后进入高温储罐3，导热油或水降温后经热泵蒸发器7(热泵机组不开启，此时不与热泵机组内有机工质换热)和循环泵12进入太阳能集热器1吸收热量。通过循环泵5可将高温储罐3中的高温导热循环水按照需求的流量引入风机6与盘管10组成的干燥子系统释放热量，为烘干箱提供热风，降温后的导热循环水进入低温储罐11。通过循环泵9可将低温储罐11中的低温导热循环水按需求的流量引入换热器2中吸收热量。
白天日照不足时，第一回路、第二回路和第三回路同时工作，太阳能集热器1将太阳能辐射能转化为60℃左右的热能，通过导热油或水于换热器2内将热能传递至干燥回路的导热循环水，导热循环水升温至50℃左右后进入高温储罐3，导热油或水降温后进入热泵机组的蒸发器7释放剩余热量后，经循环泵12进入太阳能集热器1吸收热量。通过循环泵5可将高温储罐3中的高温导热循环水按需求的流量引入风机6与盘管10组成的干燥子系统释放热量，为烘干箱提供热风，降温后的导热循环水进入低温储罐11。通过循环泵9可将一部分低温储罐11中的低温导热循环水按照需求的流量引入换热器2吸收热量后，直接进入高温储罐3。通过循环泵14可将一部分低温储罐11中的低温导热循环水引入热泵冷凝器8中，被加热至约90℃后，进入高温储罐3。热泵机组的有机工质于蒸发器7中吸收来自换热器的第二温度热能，经压缩机4成为高温高压状态，在冷凝器8中将热量释放至导热循环水，成为常温高压状态，经节流阀13后，恢复至进入蒸发器7前的低温低压状态。
夜晚高温储罐3的高温导热循环水充足时，高温储罐3中的高温导热循环水通过循环泵5按照需求的流量引入风机6与盘管10组成的干燥子系统释放热量，为烘干箱提供热风，降温后的导热循环水进入低温储罐11。
夜晚高温储罐3热水不足时，需启动热泵机组。高温储罐3中的高温导热循环水通过循环泵5按照需求的流量引入风机6与盘管10组成的干燥子系统释放热量，为烘干箱提供热风，降温后的导热循环水进入低温储罐11。低温储罐11中的低温导热循环水通过循环泵14引入热泵机组的冷凝器8中，被加热至所需温度(低于100℃)后，进入高温储罐3。热泵机组的工质于蒸发器7中吸收来自环境的热量，经压缩机4成为高温高压状态，在冷凝器8中将热量释放至导热循环水，成为常温高压状态，经节流阀13后，恢复至进入蒸发器7前的低温低压状态。
本领域技术人员应能理解上述的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的应用类型如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
本领域技术人员应能理解，图1仅为简明起见而示出的各类元件的数量可能小于一个实际系统中的数量，但这种省略无疑是以不会影响对发明实施例进行清楚、充分的公开为前提的。
用本发明实施例的系统进行干燥的具体过程与前述方法实施例类似，此处不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于太阳能的联合干燥系统，其特征在于，包括：太阳能集热器、热泵机组、高温储罐、低温储罐、干燥子系统和换热器；
所述的太阳能集热器与所述的换热器和热泵机组依次连接构成第一回路，用于通过所述的太阳能集热器吸收热能，并分别对所述的换热器和热泵机组提供第一温度和第二温度的热能；
所述的换热器分别与所述的高温储罐、干燥子系统和低温储罐依次连接构成第二回路，用于将来自所述低温储罐中的导热循环水经所述换热器进行换热后存储于所述高温储罐中；
所述的热泵机组分别与所述的高温储罐、干燥子系统和低温储罐依次连接构成第三回路，用于将来自所述的低温储罐中的导热循环水经热泵机组进行换热后存储于所述高温储罐中。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的第一温度高于所述第二温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括多个循环泵，所述的循环泵用于调节流量以及维持流体流动。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的干燥子系统包括风机和盘管；
所述的盘管用于与所述的高温储罐和低温储罐连接，所述的风机用于吹送热风至干燥室用于烘干。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的干燥子系统的盘管设计外翅片，干燥子系统的工作温度为30-100℃。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的热泵机组包括回路连接的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器；
所述的蒸发器还分别与所述的太阳能集热器和所述的换热器连接；
所述的冷凝器还分别与所述的高温储罐和低温储罐连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述蒸发器的温度为20-40℃，所述冷凝器的温度为60-100℃。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的太阳能集热器为平板式太阳能集热器或真空管式太阳能集热器，所述平板式太阳能集热器的吸热板和所述真空管式太阳能集热器的真空管涂有选择性吸收涂层，集热温度为60-100℃，所述的太阳能集热器中的导热流体为水或油。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的换热器为管壳式换热器，管侧为太阳能集热高温流体，壳侧为被加热的导热循环水。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的高温储罐和低温储罐的工作温度均为30-100℃，耐压均为1.6MPa。
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