CN112728877A - 一种太阳能烘干装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能烘干装置，包括置物架和透镜，置物架用于放置待烘干物体，透镜设在所述置物架上方，所述透镜包括多个楞组，射入所述透镜的光线通过所述楞组汇聚在所述置物架两侧，以对所述置物架上的物体进行加热烘干，在使用过程中，将待烘干的物体放置在置物架上，太阳光线射入透镜，通过透镜上的楞组将射入的太阳光线折射汇聚到置物架的两侧，从而对置物架上的物体进行低倍聚光的双面加热，而且竖直设计的置物架可实现洗涤物的两面均匀照射，而且竖向放置空间利用率高，水滴容易滴落，通过光热转化，可以实现快速烘干，本发明适用于太阳能技术领域。

Description

一种太阳能烘干装置

技术领域

本发明用于太阳能技术领域，特别是涉及一种太阳能烘干装置。

背景技术

对于快速烘干技术而言，大多数采用加热空气的方法，一般使用电能直接加热。而一些与太阳能相结合的烘干方法，也是通过吸热板吸进行光热转换，通过吸热板加热空气再用热空气进行烘干，或者使用光伏电池板先将太阳能转化为电能，再将电能转化成热能，然后加热空气，通过热空气带走洗涤物上的水分，这种使用热空气作为中间介质，并且进行了多次能量转化的方法，效率较低，而且系统组成成分多，结构复杂，若使用太阳光直接加热洗涤物，一是阳光能量密度低，烘干速率不够，二是在同一时刻太阳只能照射洗涤物的一个面，造成烘干速率较低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种太阳能烘干装置，能够提高烘干效率。

本发明的一个实施例提供了一种太阳能烘干装置，包括：

置物架，用于放置待烘干物体；

透镜，设在所述置物架上方，所述透镜包括镜框和多个楞组，所述楞组用于将射入所述透镜的光线折射形成焦面，各所述楞组包括倾角相同的多个微楞，所述透镜上的微楞以所述置物架为对称面，对称布置在所述镜框上，所述楞组的布置方程为，

R_n＝X₁+X₂+X₃…+X_n，

以所述透镜的中心为原点，R_n为第n个楞组的末端与原点的距离，X_n为第n个楞组的宽度，N为微楞的折射率，f₁为焦面顶端与原点之间的距离，f₂为焦面底端与原点之间的距离，α_n为第n个楞组的微楞与所述镜框的夹角。

本发明实施例的太阳能烘干装置至少具有如下有益效果：在使用过程中，将待烘干的物体放置在置物架上，太阳光线射入透镜，通过透镜上的楞组将射入的太阳光线折射汇聚到置物架的两侧，从而对置物架上的物体进行双面加热，使其烘干，这种烘干装置由于具备双面烘干的效果，其烘干效率更高。

根据本发明的另一些实施例的太阳能烘干装置，所述太阳能烘干装置还包括透镜支架，所述透镜安装在所述透镜支架上，所述置物架通过所述透镜支架安装在所述透镜下方。

根据本发明的另一些实施例的太阳能烘干装置，所述太阳能烘干装置还包括支撑桁架，所述透镜支架安装在所述支撑桁架上。

根据本发明的另一些实施例的太阳能烘干装置，所述支撑桁架与所述透镜支架活动连接。

根据本发明的另一些实施例的太阳能烘干装置，所述支撑桁架上设有第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述透镜支架转动，以使所述透镜跟踪太阳。

根据本发明的另一些实施例的太阳能烘干装置，所述太阳能烘干装置还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置用于驱动所述支撑桁架，以使所述支撑桁架带动整体装置转动。

根据本发明的另一些实施例的太阳能烘干装置，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均通过单片机控制。

根据本发明的另一些实施例的太阳能烘干装置，所述置物架为竖向设置的格栅结构。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中光线射入透镜后形成焦面的示意图；

图3是现有技术中点聚焦型菲涅尔透镜聚光截面示意图；

图4是本发明一个实施例中光线射入透镜后形成焦面的侧视图；

图5是本发明一个实施例中光线经过楞组折射后的几何关系示意图；

图6是本发明一个实施例中布置透镜的相关数据。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参见图1～图5，本发明的实施例提供了一种太阳能烘干装置，包括置物架2和透镜1，其中置物架2用于放置待烘干物体，透镜1设在置物架2上方，透镜1包括镜框9和多个楞组13，楞组13用于将射入透镜1的光线折射形成焦面，各楞组13包括倾角相同的多个微楞11，透镜1上的微楞11以置物架2为轴，对称布置在镜框9上，楞组13的布置方程为，

R_n＝X₁+X₂+X₃…+X_n，

以透镜1的中心为原点，R_n为第n个楞组13的末端与原点的距离，X_n为第n个楞组13的宽度，N为微楞11的折射率，f₁为焦面顶端与原点之间的距离，f₂为焦面底端与原点之间的距离，α_n为第n个楞组13的微楞11与镜框的夹角。

具体的，在使用过程中，将待烘干的物体放置在置物架2上，太阳光线射入透镜1，通过透镜1上的楞组13将射入的太阳光线折射汇聚到置物架2的两侧，从而对置物架2上的物体进行双面加热，使其烘干，这种烘干装置由于具备双面烘干的效果，其烘干效率更高。

需要说明的是，由于光线经过折射之后会产生色散，对于一般的透镜来说焦距越远，色散越严重，因此不能无限制增大透镜宽度和焦距，但是这种面聚焦型的透镜在本申请中的使用场景是可以使用较大的镜面宽度和焦距的，一方面是因为面聚光其接受面积比较大，不同于线焦聚焦和点聚焦，即使产生色散，由于接受范围大，大部分光线依然在靶内，另一方面，在太阳光中，光热转换效率比较高是红光和近红外波段，红光和近红外波段由于波长较长，不容易产生色散，因此烘干效率依然保持较高水平。

如图3所示的普通点聚焦型菲涅尔透镜聚光截面示意图，沿着透镜1中心向外周的方向，微楞11的倾角α逐渐增大，但是其倾角α增量为连续性的，这种结构的光线经过折射后聚焦于一点，而本发明所设计的透镜截面示意图如图4所示，沿着透镜1中心向透镜1外周的方向，微楞11的倾角也是逐渐增大，但是其倾角的增量是非连续性的，而是阶梯性的，也就是说在一定范围内的微楞11的倾角是相同的，将该范围内的所有微楞11的集合即称为楞组13，每一楞组13将入射至该楞组13的光线折射至范围f内，所有楞组13将光线折射至范围f内则形成竖直的焦面12，其中置物架2也是竖直设置，焦面12覆盖置物架2的两侧，其中置物架2为格栅结构，一方面减少光线阻挡，另一方方面这种竖直设计可实现洗涤物的两面均匀照射，而且竖向放置空间利用率高，水滴容易滴落，通过光热转化，可以实现快速烘干。

参见图1、图5，设镜面总宽为L，焦面上下两端距离透射镜组件1的距离为f₁、f₂，聚光范围为f₂-f₁，第n个楞组13宽度为X_n，第n个楞组13末端距离透射镜组件1中心的距离为R_n。由前所述，由于同一楞组13内的微楞11倾角相等，因此对于入射光为垂直于镜面的平行光折射时有AC平行BD、AE平行BG，过点C作垂线CH，交BD于点H，过点E作垂线EF，交BG于F。依几何关系有三角形ODB相似于三角形CDH，三角形OGB相似于三角形EFG。因此有EG/EF＝OG/OB，设EG＝X_n，而AB＝EF＝f₂-f₁，OG＝Rn，OB＝f₂，因此

R_n＝X₁+X₂+X₃…+X_n。由于本申请中的受热容器2聚焦加热的位置已知，即已知f2、f1，且透射镜组件1直径L已知。通过迭代法可依次分别求出X_n…X₃、X₂、X₁和R_n-1…R₃、R₂、R₁。在求出了每一楞组13的位置和范围，还需知道该楞组13内微楞11的倾角，设第n个楞组13内的微楞11倾角为α_n，同一楞组13内微楞11的倾角相同。由上述内容求出的楞组13的排列位置R₁、R₂、R₃...R_n，可用菲涅尔透射镜基本设计公式可求出倾角：

式中N为透射镜材料的折射率，使用的R_n为第n个楞组13末端与原点的距离，至此已求出了每一楞组13的位置，楞组13的长度、以及楞组13内微楞11的倾角。

以透射镜组件1总镜宽2米，镜长4米为例，待烘干物体一般为洗涤物，设定洗涤物一个面接受两倍聚光比，而一件洗涤物为两个受光面，则原2mx4m的聚光面积，经过透射镜组件1汇聚后的面积为0.5mx4m。其中0.5m为焦面的竖向高度，假设透镜1使用PMMA材料，折射率N＝1.49，设置f₁＝1.5m，f₂＝2m，R_n＝2(f₂-f₁)＝L/2＝1m，将数据代入式

可求得X_n＝0.25m，进一步的，由式R_n＝X₁+X₂+X₃…+X_n得到R_n-1＝X₁+X₂+X₃…+X_n-1＝R_n-X_n＝0.75，由此重复迭代，可最终求出所有的R_n和X_n，在得到楞组所在位置R_n-1..R_3、R₂、R₁以后，带入公式

可求出α_n…α₃、α₂、α₁，在本实施例中，最终结果如图6所示，最靠近边缘的楞组X₁₆，长度为0.25m，该组内所有楞的倾角α₁₆都为36.903°，其余楞组13同理。由于越靠近透射镜组件1中心，楞组13的倾角越小，到X₁长度为0.003m时，倾角α已经小于1°了，在工程上可视为平行，即看做没有倾斜，为平面高透玻璃，因此分成16个楞组已经足够。

需要说明的是，楞组13即为菲涅尔透镜的锯齿微楞组合，由于透射镜组件1采用均匀聚光设置，因此受光均匀，本发明中采用低倍聚光，即可提高洗涤物的温度，又不至于灼伤洗涤物。

由于光线经过折射之后会产生色散，对于一般的透镜来说焦距越远，色散越严重，因此不能无限制增大透镜宽度和焦距，但是这种面聚焦型的透镜在本专利中的使用场景是可以使用较大的镜面宽度和焦距的，一方面是因为面聚光，接受面积比较大，不同于线焦聚焦和点聚焦，即使产生色散，由于接受范围大，大部分光线依然在靶内，另一方面，在太阳光中，光热转换效率比较高的红光和近红外波段，由于波长较长，不容易产生色散，因此烘干效率依然可以比较可观。

在一些实施例中，太阳能烘干装置还包括透镜支架，透镜1固定在透镜支架上，置物架2通过透镜支架固定在透镜1下方并位于透镜1折射后形成的焦面12。

参见图1，具体的，透镜支架包括设在镜框两侧的第一支撑杆8，透镜1固定在两个第一支撑杆8上方，置物架2固定在两个第一支撑杆8之间。

在一些实施例中，太阳能烘干装置还包括支撑桁架，透镜支架安装在支撑桁架上，支撑桁架将透镜支架支撑起来，使其远离地面。

具体的，支撑桁架包括底架5以及设在底架5两端的第二支撑杆10，第二支撑杆10与第一支撑杆8连接。

在一些实施例中，支撑桁架与透镜支架活动连接，这样可以随时调节透镜1的方位以使太阳光线时刻垂直照射到透镜1上。

具体的，两个第一支撑杆8分别与两个所述第二支撑杆10铰接。

在一些实施例中，支撑桁架上设有第一驱动装置，第一驱动装置用于驱动透镜支架8转动来跟踪太阳。

参见图1，具体的，第一驱动装置包括驱动电机6和转盘7，驱动电机6固定在第二支撑杆10上，转盘7安装在第一支撑杆8上，驱动电机6用于驱动转盘7转动，转盘7带动透镜支架转动从而使得透镜1转动。

参见图1，在一些实施例中，太阳能烘干装置还包括第二驱动装置4，第二驱动装置4用于驱动支撑桁架，以使支撑桁架带动整体装置转动，一方面用于协助第一驱动装置来实现透镜1跟踪太阳。

在另外一些实施例中，第一驱动装置和第二驱动装置4均通过单片机控制，这样可以在单片机中编入相关程序，根据不同经纬度以及不同日期和时刻进行调速。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.一种太阳能烘干装置，其特征在于，包括：

置物架，用于放置待烘干物体；

透镜，设在所述置物架上方，所述透镜包括镜框和多个楞组，所述楞组用于将射入所述透镜的光线折射形成焦面，各所述楞组包括倾角相同的多个微楞，所述透镜上的微楞以所述置物架为对称面，对称布置在所述镜框上，所述楞组的布置方程为，

R_n＝X₁+X₂+X₃…+X_n，

以所述透镜的中心为原点，R_n为第n个楞组的末端与原点的距离，X_n为第n个楞组的宽度，N为微楞的折射率，f₁为焦面顶端与原点之间的距离，f₂为焦面底端与原点之间的距离，α_n为第n个楞组的微楞与所述镜框的夹角。

2.根据权利要求1所述的太阳能烘干装置，其特征在于：所述太阳能烘干装置还包括透镜支架，所述透镜安装在所述透镜支架上方，所述置物架通过所述透镜支架安装在所述透镜下方。

3.根据权利要求2所述的太阳能烘干装置，其特征在于：所述太阳能烘干装置还包括支撑桁架，所述透镜支架安装在所述支撑桁架上。

4.根据权利要求3所述的太阳能烘干装置，其特征在于：所述支撑桁架与所述透镜支架活动连接。

5.根据权利要求3所述的太阳能烘干装置，其特征在于：所述支撑桁架上设有第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述透镜支架转动，以使所述透镜跟踪太阳。

6.根据权利要求5所述的太阳能烘干装置，其特征在于：所述太阳能烘干装置还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置用于驱动所述支撑桁架，以使所述支撑桁架带动整体装置转动。

7.根据权利要求6所述的太阳能烘干装置，其特征在于：所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均通过单片机控制。

8.根据权利要求1所述的太阳能烘干装置，其特征在于：所述置物架为竖向设置的格栅结构。

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