CN110822868B - 一种集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，包括吸热模块、蓄热模块、导热模块、干燥模块、风机、集水模块和控温模块；吸热模块通过导热模块与蓄热模块连接；蓄热模块包括金属海绵，负载在金属海绵上的有机金属骨架以及负载在有机金属骨架上的水合物盐；干燥模块包括物料架、传送带、热风进口、出气口、透明罩、储热空间和保温层；风机放置在热风进口处，吸热模块和蓄热模块通过热风进口连接到储热空间，保温层包覆在储热空间的外面；集水模块通过管道与蓄热模块相连。本发明集吸热蓄热放热集水多功能为一体，解决太阳能不稳定、不连续以及有效储能蓄热问题，干燥速率快，时间短，可以同时干燥不同温度的多种物料。

Description

一种集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统
技术领域
本发明涉及太阳能干燥系统技术领域，尤其涉及一种集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统。
背景技术
太阳能干燥是指以太阳能为能源进行的干燥过程，它一般分为两种利用形式，一种为直接在太阳光下进行暴晒，另一种为利用太阳能加热某种流体，然后将此流体直接或间接加热待干燥的物体。目前农村用的干燥小麦、玉米等农作物的方式依然是第一种直接暴晒的方式，存在干燥温度低、时间长以及干燥效果差等问题。第二种太阳能干燥形式则能够大幅度地缩短干燥时间和提高产品质量。
然而此种太阳能干燥系统仍然存在许多问题，阻碍了它的推广应用。首先，太阳能是间歇性能源，能源密度低、不连续、不稳定；其次，目前的简易太阳能干燥问题存在容量低，热效率低的缺点；最后，迄今为止尚未能解决太阳能的有效储能蓄热问题，一般常用岩石、卵石储能和水箱储热，效果差，且占地面积大；另外，目前尚缺乏对单个太阳能干燥系统可以同时干燥多种不同温度的物料的研究。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，包括吸热模块、蓄热模块、导热模块、干燥模块、风机、集水模块和用于控制系统温度的控温模块；所述吸热模块通过所述导热模块与所述蓄热模块连接；所述蓄热模块包括水合物盐、有机金属骨架和金属海绵，所述水合物盐负载在所述有机金属骨架上，所述有机金属骨架负载在所述金属海绵上；所述干燥模块包括物料架、传送带、热风进口、出气口、透明罩、储热空间和保温层；所述透明罩盖放于所述储热空间上方，所述物料架放置在传送带上，所述储热空间位于所述传送带下方，所述出气口设置在所述透明罩上；所述风机放置在热风进口处，所述吸热模块和所述蓄热模块通过所述热风进口连接到所述储热空间，所述保温层包覆在所述储热空间的外面；所述集水模块通过管道与所述蓄热模块相连，所述控温模块放置于所述物料架上。
所述有机金属骨架为MIL-101(Cr)、MIL-101(Cr)-NH2、MIL-101(Cr)-SO3H、MIL-100(Fe)、MIL-100(Fe)-NH2、MIL-100(Fe)-SO3H、MIL-127(Fe)、MIL-127(Fe)-NH2、MIL-127(Fe)-SO3H、MIL-160(Al)、MIL-160(Al)-NH2或MIL-160(Al)-SO3H制成的有机金属骨架。含-NH2、-SO3H基团的均为亲水基，能加速吸水，提高水合能力。
所述透明罩为由玻璃或透明塑料材质制成的透明罩，其内表面为亲水表面或具有亲疏图案的表面，其外表面为光滑表面或疏水表面。透明罩内表面可加速水的凝结，外表面具有自清洁的作用。
所述吸热模块表面镀有吸收率＞80％、发射率＜10％的太阳能光热涂层。
所述集水模块包括干燥集水容器和大气集水容器，所述干燥集水容器位于所述透明罩的下边缘处，所述大气集水容器位于所述蓄热模块的下方。干燥集水容器和大气集水容器，可以把干燥物料中的水分快速带走，提高干燥效率，缩短干燥时间，收集到的水另有用途。
所述吸热模块和所述蓄热模块之间有用于控制蓄热模块进行充放热功能的控制开关。
所述风机为功率可调的风机；所述热风进口处设置有用于控制所述热风进口孔径大小的挡板。
还包括控制模块，所述控制模块设置在所述透明罩上；所述蓄热模块外侧设有通道门，所述通道门与所述控制模块连接。当蓄热模块需要放热并且无充足水分的情况下，可以通过控制模块开启通道门，与外界连通，用于吸附大气中的水分，进而可以实现蓄热模块的放热，同时，多余的水分可以收集到下方的大气集水容器中。
所述储热空间包含有若干个通道，若干个所述通道一端分别连接到所述物料架底部的不同位置，其另一端分别连接到所述热风进口的不同位置，相邻所述通道之间设有开关。多个通道的设置，可控制使得物料架的不同位置具有不同的温度，即在同一个物料架上可以同时干燥不同温度的多种物料。
所述金属海绵采用铜海绵或铝海绵；所述保温层为采用聚氨酯、石棉、玻璃棉或气凝胶制成的保温层；所述导热模块采用石墨导热膜、导热硅脂或热传导胶带。
与现有技术对比，本发明的优点在于：
①本系统集吸热蓄热放热集水多功能为一体，可有效解决太阳能不稳定不连续，以及有效储能蓄热问题；
②本系统所用的蓄热材料为无机水合物盐，它负载在有机金属骨架中，然后在一起负载在金属海绵上，可有效解决无机水合物盐的传热传质、易潮解结块和腐蚀性等问题；其中的有机金属骨架修饰有亲水基团，能够加速吸水，可有效提高其水合能力；
③本系统安装有集水模块，包括干燥集水容器和大气集水容器，可以把干燥物料中的水分快速带走，提高干燥的效率，缩短干燥时间；另外，收集到的水可以作为水合物盐进行水合反应使用，或者饮用水等其他用途；
④本系统中透明罩的内表面为亲水表面或具有亲疏图案的表面，可以加速水的凝结，并把水分快速带走；其外表面可为疏水表面，具有自清洁的作用；
⑤本系统的储热空间包含有多个通道，可以控制使得物料架的不同位置具有不同的温度，即在同一个物料架上可以同时干燥不同温度的多种物料。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例蓄热模块的结构示意图。
图中附图标记含义：1、吸热模块；2、蓄热模块；3、导热模块；4、干燥模块；5、控制模块；6、物料架；7、传送带；8、热风进口；9、出气口；10、储热空间；11、保温层；12、透明罩；13、控温模块；14、干燥集水容器；15、大气集水容器；16、管道；17、控制开关；18、挡板；19、通道；20、开关；21、风机；22、有机金属骨架；23、金属海绵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例
参阅图1及图2，为一种集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，包括吸热模块1、蓄热模块2、导热模块3、干燥模块4、风机21、集水模块和用于控制系统温度的控温模块13；吸热模块1通过导热模块3与蓄热模块2连接；蓄热模块2包括水合物盐、有机金属骨架22和金属海绵23，水合物盐负载在有机金属骨架22上，有机金属骨架22负载在金属海绵23上；干燥模块4包括物料架6、传送带7、热风进口8、出气口9、透明罩12、储热空间10和保温层11；透明罩12盖放于储热空间10上方，物料架6放置在传送带7上，储热空间10位于传送带7下方，出气口9设置在透明罩12上；风机21放置在热风进口8处，吸热模块1和蓄热模块2通过热风进口8连接到储热空间10，保温层11包覆在储热空间10的外面；集水模块通过管道16与蓄热模块2相连，控温模块13放置于物料架6上。
有机金属骨架22为MIL-101(Cr)、MIL-101(Cr)-NH2、MIL-101(Cr)-SO3H、MIL-100(Fe)、MIL-100(Fe)-NH2、MIL-100(Fe)-SO3H、MIL-127(Fe)、MIL-127(Fe)-NH2、MIL-127(Fe)-SO3H、MIL-160(Al)、MIL-160(Al)-NH2或MIL-160(Al)-SO3H制成的有机金属骨架22。含-NH2、-SO3H基团的均为亲水基，能加速吸水，提高水合能力。
本实施例中，控温模块为本领域技术人员的常规技术手段，因此不展开对结构进行描述。水合物盐为CaCL2·6H2O，有机金属骨架22选用MIL-101(Cr)。物料架6盛放有枸杞和大枣两种不同的物料，放置在传送带7上。
透明罩12为由玻璃或透明塑料材质制成的透明罩12，其内表面为亲水表面或具有亲疏图案的表面，其外表面为光滑表面或疏水表面。透明罩12内表面可加速水的凝结，外表面具有自清洁的作用。
吸热模块1表面镀有吸收率＞80％、发射率＜10％的太阳能光热涂层。
集水模块包括干燥集水容器14和大气集水容器15，干燥集水容器14位于透明罩12的下边缘处，大气集水容器15位于蓄热模块2的下方。干燥集水容器14和大气集水容器15，可以把干燥物料中的水分快速带走，提高干燥效率，缩短干燥时间，收集到的水另有用途。
吸热模块1和蓄热模块2之间有用于控制蓄热模块2进行充放热功能的控制开关17。
风机21为功率可调的风机21；热风进口8处设置有用于控制热风进口8孔径大小的挡板18。
还包括控制模块5，控制模块5设置在透明罩12上；蓄热模块2外侧设有通道19门，通道19门与控制模块5连接。当蓄热模块2需要放热并且无充足水分的情况下，可以通过控制模块5开启通道19门，与外界连通，用于吸附大气中的水分，进而可以实现蓄热模块2的放热，同时，多余的水分可以收集到下方的大气集水容器15中。
储热空间10包含有若干个通道19，若干个通道19一端分别连接到物料架6底部的不同位置，其另一端分别连接到热风进口8的不同位置，相邻通道19之间设有开关20。多个通道19的设置，可控制使得物料架6的不同位置具有不同的温度，即在同一个物料架6上可以同时干燥不同温度的多种物料。
金属海绵23采用铜海绵或铝海绵；保温层11为采用聚氨酯、石棉、玻璃棉或气凝胶等保温材料制成的保温层11；导热模块3采用石墨导热膜、导热硅脂或热传导胶带。
本实施例的工作过程如下：当白天太阳光比较充足时，太阳能通过吸热模块1吸收转化为热能，一部分直接通入储热空间10，直接对物料进行干燥；另一部分通过导热模块3传递给蓄热模块2，把热量进行存储；当太阳光不足或者无太阳光时，蓄热模块2释放能量，进入储热空间10，对物料进行干燥。在干燥模块4，可以根据不同的物料，通过控制储热空间10的不同通道19来调节不同的干燥温度，同时干燥所蒸发出的水汽可以冷凝到透明罩12，到达干燥集水容器14，将水分及时带走，加速干燥速率。另外，当蓄热模块2需要放热并且无充足水分的情况下，可以通过控制模块5开启通道19门，与外界连通，用于吸附大气中的水分，进而可以实现蓄热模块2的放热，同时，多余的水分可以收集到下方的大气集水容器15中。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，其特征在于：包括吸热模块、蓄热模块、导热模块、干燥模块、风机、集水模块和用于控制系统温度的控温模块；所述吸热模块通过所述导热模块与所述蓄热模块连接；所述蓄热模块包括水合物盐、有机金属骨架和金属海绵，所述水合物盐负载在所述有机金属骨架上，所述有机金属骨架负载在所述金属海绵上；所述干燥模块包括物料架、传送带、热风进口、出气口、透明罩、储热空间和保温层；所述透明罩盖放于所述储热空间上方，所述物料架放置在传送带上，所述储热空间位于所述传送带下方，所述出气口设置在所述透明罩上；所述风机放置在热风进口处，所述吸热模块和所述蓄热模块通过所述热风进口连接到所述储热空间，所述保温层包覆在所述储热空间的外面；所述集水模块通过管道与所述蓄热模块相连，所述控温模块放置于所述物料架上；所述储热空间包含有若干个通道，若干个所述通道一端分别连接到所述物料架底部的不同位置，其另一端分别连接到所述热风进口的不同位置，相邻所述通道之间设有开关；所述透明罩为由玻璃或透明塑料材质制成的透明罩，其内表面为亲水表面，其外表面为光滑表面或疏水表面；所述金属海绵采用铜海绵或铝海绵；所述保温层为采用聚氨酯、石棉、玻璃棉或气凝胶制成的保温层；所述导热模块采用石墨导热膜、导热硅脂或热传导胶带；所述集水模块包括干燥集水容器和大气集水容器，所述干燥集水容器位于所述透明罩的下边缘处，所述大气集水容器位于所述蓄热模块的下方，收集到的水能够作为水合物盐进行水合反应使用。
2.根据权利要求1所述的集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，其特征在于：所述有机金属骨架为MIL-101（Cr）、MIL-101（Cr）-NH2、MIL-101（Cr）-SO3H、MIL-100（Fe）、MIL-100（Fe）-NH2、MIL-100（Fe）-SO3H、MIL-127（Fe）、MIL-127（Fe）-NH2、MIL-127（Fe）-SO3H、MIL-160（Al）、MIL-160（Al）-NH2或MIL-160（Al）-SO3H制成的有机金属骨架。
3.根据权利要求1所述的集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，其特征在于：所述吸热模块表面镀有吸收率＞80%、发射率＜10%的太阳能光热涂层。
4.根据权利要求1所述的集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，其特征在于：所述吸热模块和所述蓄热模块之间有用于控制蓄热模块进行充放热功能的控制开关。
5.根据权利要求1所述的集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，其特征在于：所述风机为功率可调的风机；所述热风进口处设置有用于控制所述热风进口孔径大小的挡板。
6.根据权利要求1所述的集吸热蓄热集水于一体的太阳能干燥系统，其特征在于：还包括控制模块，所述控制模块设置在所述透明罩上；所述蓄热模块外侧设有通道门，所述通道门与所述控制模块连接。
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