CN113692861A - 一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统，包括蓄水池、热管组件、地源热泵组件和通风组件，蓄水池置于粮仓底部的地下，热管组件的蒸发端置于蓄水池中，冷凝端置于地上，蒸发端与冷凝端由上升管和下降管相连接构成循环回路。地源热泵组件包括置于蓄水池的U型管和水泵，U型管的弯曲部设置在土壤中。通风组件包括置于蓄水池中的S型管道，其一端与鼓风机相连，另一端与地面鼓风机相连，横向通风管连接鼓风机向粮仓通风，排风管连接排风机对粮仓抽风，鼓风机与通风阀门相连形成第二入口。本发明还公开了该系统的工作方法。本发明无需使用专门空调系统的情况下实现粮食的低温储存，大幅减少能源消耗，降低储粮成本，保障粮食质量。

Description

一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种粮仓储散热系统及其工作方法，特别是涉及一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统及其工作方法。
背景技术
粮食储存是世界粮食发展面临的难题，目前低温储粮技术是国内外普遍认为延缓粮食劣变、保持粮食品质的最佳方法。即对仓房内的粮堆进行通风冷却，使粮温处于一个较低的温度状态以保持储粮品质，达到安全粮储的目的。为实现低温储存粮食，现有技术普遍采用大功率空调机组提供冷却风对仓内粮堆通风降温，这种方法虽然降温效果明显著，但是其耗能大、成本费用高。
现有技术也有一些采用热管的系统，比如公开号为CN213638945U的中国专利公开了一种使用太阳能电力进行粮仓散热的降温系统，包括设置于粮仓内的室内热管、粮仓外的室外热管和风扇，室内热管的尾端与室外热管的首端连通，室外热管高于室内热管，风扇设置于粮仓的墙壁外侧且设置于室外热管旁，粮仓的顶部设置有太阳能板，太阳能板与风扇电连接。该方案利用太阳能及热管进行散热降温，具有环保节能的优点。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统，解决高能源高成本的低温储粮问题，进一步降低粮食存储耗能。本发明的另一任务在于提供一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统的工作方法。
本发明技术方案如下：一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统，包括蓄水池、热管组件、地源热泵组件和通风组件，所述蓄水池设置于粮仓的地下并灌注有水，所述热管组件包括蒸发端、冷凝端、蒸汽通道和冷凝回流通道，所述冷凝端设置于地面之上，所述蒸发端设置于所述蓄水池之中，所述蒸汽通道和所述冷凝回流通道分别连接于所述蒸发端和所述冷凝端之间形成循环回路，所述循环回路中充入热管工质，所述地源热泵组件包括若干U型管和水泵，所述U型管的弯曲部埋入土壤中形成土壤耦合地热交换器，所述U型管的第一端与蓄水池直接连通，所述第二端则通过连接水泵的出口，所述水泵设置于蓄水池中，所述通风组件包括地面鼓风机、S型管道、鼓风机、通风阀门、抽风机、横向通风管和排风管，所述S型管道设置于所述蓄水池之中，所述S型管道的入口端设置于地面之上并与所述地面鼓风机的出口连接，所述S型管道的出口端设置于地面之上并与所述鼓风机的入口连接，所述鼓风机的入口通过所述通风阀门的形成位于所述粮仓之外的另一入口，所述鼓风机的出口连接所述横向通风管，所述横向通风管向所述粮仓内送风，所述排风管设置于所述粮仓内，所述排风管的出口连接所述抽风机的入口，所述抽风机的出口引出至所述粮仓外。
进一步地，为了更好地控制热管组件的工作，所述蒸汽通道上设置用于开闭蒸汽通道的蒸汽阀门，所述冷凝回流通上设置用于开闭冷凝回流通道的冷凝阀门。
进一步地，所述蒸发端和所述冷凝端均包括若干并联连接的管路，所述冷凝端设置于所述粮仓的屋顶。
进一步地，为了阻止冷凝端冷凝放热时热量进入粮仓，所述冷凝端与所述粮仓的屋顶之间设置保温层。
进一步地，所述热管工质为R410a。
进一步地，所述U型管平行并排设置有多根，所有所述U型管的第一端通过管路相互连接，所有所述U型管的第二端通过管路均与所述水泵的出口连接。
进一步地，所述U型管为高密度聚乙烯管材。
进一步地，所述横向通风管和所述排风管分别设置于所述粮仓的相对两侧的墙壁。
一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统的工作方法，所述工作方法基于上述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，当环境温度超过第一工作温度但不超过第二工作温度时，开启所述通风阀门、鼓风机和排风机，关闭所述地面鼓风机和水泵，当环境温度超过第二工作温度时，关闭所述通风阀门，开启所述鼓风机、排风机、地面鼓风机和水泵，所述第一工作温度为5～10℃，所述第二工作温度为15～20℃。
进一步地，当环境温度不超过第一工作温度时，开启所述蒸汽阀门和冷凝阀门，关闭所述通风阀门、鼓风机、排风机、地面鼓风机和水泵，当环境温度超过第一工作温度但不超过第二工作温度时，开启所述通风阀门、鼓风机和排风机，关闭所述蒸汽阀门、冷凝阀门、地面鼓风机和水泵，当环境温度超过第二工作温度时，关闭所述蒸汽阀门、冷凝阀门和通风阀门，开启所述鼓风机、排风机、地面鼓风机和水泵，所述第一工作温度为5～10℃，所述第二工作温度为15～20℃。
本发明与现有技术相比的优点在于：
通过热管组件、地源热泵组件和通风组件在不同的环境温度下独立或者组合工作，在环境温度较低比如冬季时，将粮仓外自然环境冷源的冷量导入蓄水池中进行蓄冷，在环境温度适中时，则直接利用环境空气对粮堆降温，而环境温度较高时则通过蓄水池中较低温度的水降低进风温度，并由地源热泵组件使蓄水池水温保持不高于18℃的温度，由此使粮仓始终处于低温或准低温储藏状态，由于充分利用了冬季低温环境由蓄水池虚蓄冷，并采用地源热泵组件使蓄水池维持较低水温，极大地降低了能源消耗及储粮成本，在不使用专门空调系统的情况下实现粮食的低温储存，保障粮食质量。
附图说明
图1为本发明粮仓谷物低温储存的高效散热技术及系统结构示意图。
图2为系统热管组与蓄水池示意图。
图3为系统地源热泵组与蓄水池示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请结合图1及图2所示，本发明实施例所涉及的粮仓谷物低温储存的高效散热系统包括有蓄水池12、热管组件、地源热泵组件和通风组件。该系统的具体结构布置是这样的：平房粮仓1的底下设置一位于地下的长方体蓄水池12。热管组件包括蒸发端2、蒸汽通道(上升管)4、冷凝回流通道(下降管)5和冷凝端3。其中蒸发端2设置在蓄水池12中包括多跟并联布置管路，冷凝端3设置在平房粮仓1的屋顶同样包括多跟并联布置管路，冷凝段以布满整个屋顶面为佳。冷凝端3与平房粮仓1的屋顶之间可设置保温层17，保温层17一方面可以防止冷凝端3将粮仓内放热，另外也可以减少阳光直射产生热量透过平房粮仓1的屋顶对粮堆的产生影响。蒸发端2的并联布置管路与冷凝端3的并联布置管路之间分别通过工质汽化上升的蒸汽通道4和冷凝液下降回流通道5相连接形成回路，在该热管组件的管路中充入R410a工质保证热管传热效果。为了方便控制热管组件工作状态，在蒸汽通道4设置一蒸汽阀门6，在冷凝回流通道5设置一冷凝阀门7，当外界环境条件满足热管组件工作要求时可通过打开蒸汽阀门6及冷凝阀门7使热管工质在蒸发端2吸热蒸发而在冷凝端3放热冷凝形成工质循环。
通风组件包括鼓风机10、排风管15、抽风机13、S型管道11、横向通风管14、通风阀门18和地面鼓风机19。其中排风管15及横向通风管14位于平房粮仓1的相对两侧的墙壁，并分别设置多根由排风管15的入口形成多个吸风口，由横向通风管14的出口形成多个进风口。排风管15的汇集后与抽风机13的入口连接，抽风机13的出口形成排风口16，该排风口16设置在平房粮仓1之外。S型管道11设置在蓄水池12中，S型管道11的出口端与鼓风机10的入口相连，鼓风机10的出口则连接至横向通风管14的入口。S型管道11的入口端与地面鼓风机19的出口相连。鼓风机10和地面鼓风机19均设置在地上，其中地面鼓风机19位于平房粮仓1之外。鼓风机10的入口还通过通风阀门18的管路形成位于平房粮仓1之外的第二个入口。底面鼓风机19的目的是将外界环境空气吸入S型管道11并在蓄水池12中进行换热，换热后成为低温气体，鼓风机10的目的是将低温气体通过横向通风管14进入粮堆，或者直接将外界环境空气通过横向通风管14进入粮堆，从而为粮堆降温。
再请结合图3所示，地源热泵组件包括U型管8和水泵9，U型管8设置有多跟并排布置，U型管8的弯曲部埋入土壤中。U型管8的两端设置在蓄水池12中，其中第一端通过一连通管与蓄水池12直接连通，第二端则通过一连通管连接水泵9，水泵9也置于蓄水池12中。通过水泵9的工作将蓄水池12中的水泵入U型管8经过地下后回流至蓄水池12。为了实现较好换热效果，U型管8采用高密度聚乙烯管材制成。
本实施例的粮仓谷物低温储存的高效散热系统的工作方式是这样的：冬季环境温度0℃以下时，关闭地源热泵组件，打开热管组件的蒸汽通道阀门6和冷凝回流通道阀门7，使热管组件正常工作，蒸发端2中的工质吸收蓄水池12中水的热量后汽化沿蒸汽通道4上升进入冷凝端3，汽态工质在冷凝端3与作为自然冷源的外界冷空气进行热交换冷凝成为液态，再沿冷凝通道5流回蒸发端4，外界冷空气自然向储粮堆内释放冷量，维持粮堆低温。蓄水池12中的水可根据环境温度情况降低至0℃左右甚至结冰形成成冰蓄冷。
当春季气温达到10℃以上后，此时关闭热管组件的蒸汽通道阀门6和冷凝回流通道阀门7，热管组件停止工作，打开通风阀门18、抽风机13和鼓风机10，鼓风机10通过通风阀门18将外界较低温度的空气由横向通风管14吹入粮堆，粮堆内热空气经排风管15由抽风机13抽出通过排风口16排出粮仓，进行机械通风，保持准低温储粮状态。
当夏季气温达到20℃以上，关闭通风阀门18，打开鼓风机10、地面鼓风机19及抽风机13，由地面鼓风机19将环境空气通入S型管道11，较热的环境空气在S型管道11中与蓄水池12中冷水进行换热形成低温气体，流入粮仓内部。即利用蓄水池12的蓄冷量，保持准低温储粮状态。
随着气温升高，蓄水池12中水温逐步升高，当蓄水池12中水温达到15℃时开启地源热泵组9工作，使蓄水池12中水泵入土壤埋管式热泵系统中，通过U形管8形成的土壤耦合地热交换器工作，实现蓄水池12中水与大地土壤进行热交换的目的，确保深秋前利用地源热泵换热保持水池温度在15℃，以保证粮仓机械通风具有不高于18℃的温度，使粮仓全年始终处于准低温储藏状态。
在上述工作过程中，抽风机13可视粮堆中温度适时开启，通过抽风机13的工作形成压差作用使空气穿过粮堆，从而利用温度较低的环境空气或者经蓄水池12热交换冷却的环境空气对粮堆降温，以保证粮仓中粮食内部温度控制在18℃以下，从而实现粮食的准低温储存。

Claims (10)

1.一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统，其特征在于，包括蓄水池、热管组件、地源热泵组件和通风组件，所述蓄水池设置于粮仓的地下并灌注有水，所述热管组件包括蒸发端、冷凝端、蒸汽通道和冷凝回流通道，所述冷凝端设置于地面之上，所述蒸发端设置于所述蓄水池之中，所述蒸汽通道和所述冷凝回流通道分别连接于所述蒸发端和所述冷凝端之间形成循环回路，所述循环回路中充入热管工质，所述地源热泵组件包括若干U型管和水泵，所述U型管的弯曲部埋入土壤中形成土壤耦合地热交换器，所述U型管的第一端与蓄水池直接连通，所述第二端则通过连接水泵的出口，所述水泵设置于蓄水池中，所述通风组件包括地面鼓风机、S型管道、鼓风机、通风阀门、抽风机、横向通风管和排风管，所述S型管道设置于所述蓄水池之中，所述S型管道的入口端设置于地面之上并与所述地面鼓风机的出口连接，所述S型管道的出口端设置于地面之上并与所述鼓风机的入口连接，所述鼓风机的入口通过所述通风阀门的形成位于所述粮仓之外的另一入口，所述鼓风机的出口连接所述横向通风管，所述横向通风管向所述粮仓内送风，所述排风管设置于所述粮仓内，所述排风管的出口连接所述抽风机的入口，所述抽风机的出口引出至所述粮仓外。
2.根据权利要求1所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，其特征在于，所述蒸汽通道上设置用于开闭蒸汽通道的蒸汽阀门，所述冷凝回流通上设置用于开闭冷凝回流通道的冷凝阀门。
3.根据权利要求1所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，其特征在于，所述蒸发端和所述冷凝端均包括若干并联连接的管路，所述冷凝端设置于所述粮仓的屋顶。
4.根据权利要求3所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，其特征在于，所述冷凝端与所述粮仓的屋顶之间设置保温层。
5.根据权利要求1所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，其特征在于，所述热管工质为R410a。
6.根据权利要求1所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，其特征在于，所述U型管平行并排设置有多根，所有所述U型管的第一端通过管路相互连接，所有所述U型管的第二端通过管路均与所述水泵的出口连接。
7.根据权利要求1所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，其特征在于，所述U型管为高密度聚乙烯管材。
8.根据权利要求1所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，其特征在于，所述横向通风管和所述排风管分别设置于所述粮仓的相对两侧的墙壁。
9.一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法基于权利要求1所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，当环境温度超过第一工作温度但不超过第二工作温度时，开启所述通风阀门、鼓风机和排风机，关闭所述地面鼓风机和水泵，当环境温度超过第二工作温度时，关闭所述通风阀门，开启所述鼓风机、排风机、地面鼓风机和水泵，所述第一工作温度为5～10℃，所述第二工作温度为15～20℃。
10.一种粮仓谷物低温储存的高效散热系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法基于权利要求2所述的粮仓谷物低温储存的高效散热系统，当环境温度不超过第一工作温度时，开启所述蒸汽阀门和冷凝阀门，关闭所述通风阀门、鼓风机、排风机、地面鼓风机和水泵，当环境温度超过第一工作温度但不超过第二工作温度时，开启所述通风阀门、鼓风机和排风机，关闭所述蒸汽阀门、冷凝阀门、地面鼓风机和水泵，当环境温度超过第二工作温度时，关闭所述蒸汽阀门、冷凝阀门和通风阀门，开启所述鼓风机、排风机、地面鼓风机和水泵，所述第一工作温度为5～10℃，所述第二工作温度为15～20℃。
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