內置儲能箱式太陽能幹燥器的製作方法

2023-05-20 18:06:56

本發明涉及一種內置儲能箱式太陽能幹燥器，屬於太陽能利用、儲能技術和乾燥技術領域。

技術背景

太陽能幹燥技術是太陽能利用技術與乾燥操作單元技術相結合的乾燥脫水技術。該技術較之傳統的乾燥技術，將太陽能利用技術引入乾燥過程，應用於牧草、糧食、種子、中蒙藥、食品等乾燥過程，既節約能源，又保護環境，特別適合於偏遠、能源緊缺地區。這種乾燥技術所獲得的物料有許多優點：感覺品質好，物料基本保持了新鮮原料固有的色澤、風味和香氣。營養成分高，由於乾燥過程中可達到恆溫的條件下進行的，這使得營養成分損失極少。脫水徹底，重量輕，適合於長期保存和長途運輸。

20世紀90年代初期，我國才開始從事太陽能幹燥技術的開發和設備的製造，近三五年來，牧草、糧食等農產品產業發展較快，已有數十條生產線，但生產規模大都較小，從國內外市場需求情況看，我國的太陽能幹燥技術的發展前景極為廣闊。

長期以來，在收穫和製備乾草過程中，飼草田間乾燥工藝一直是我國乾草製備的主體工藝。在飼草收穫季節，連續晴數天的機會很少，因此許多地區因飼草收割季節溼潮多雨，苜蓿等優質飼草不能適時製備成乾草，導致飼草在田間乾燥期間乾物質損失嚴重和營養成分保持率低。根據農業部有關部門統計，我國每年損失貯草大約在3億噸，飼草乾燥已成為製備優質乾草的制約瓶頸，先進的飼草乾燥設備的研究與開發已迫在眉睫。目前，國內人工乾燥牧草設備主要有轉筒式飼草乾燥機、93QH系列燃煤牧草乾燥機組、93QH系列乾燥機組、93QH1000型燃油(氣)牧草乾燥機組,均採用燃油、燃煤和燃氣作為主要能源，因此乾燥後牧草的成本偏高，產業化比較困難，經濟效益不明顯。

太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。目前，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續發展戰略的重要內容。太陽能幹燥器符合低碳經濟的發展，是可持續的、節能減排產品，是太陽能行業發展的機遇。太陽能產業規模巨大，市場發展具有極大的潛力。近幾年政府大力支持太陽能行業的發展，2009年出臺了針對太陽能利用的一系列政策，建設資源節約型、環境友好型社會，增強可持續發展能力的要求。太陽能行業的前景是光明的，但道路是曲折的。具體到每個企業，由於每個企業的技術、產品和水平等等不一，所以，能否到達行業光明的彼岸取決於企業的綜合實力。目前，我國太陽能幹燥器行業產業發展不規範，企業自律性較弱。但是太陽能行業的發展必將會回歸理性，企業需更加注重對產品品質的提升。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種利用太陽能作為乾燥熱源，內置相變儲能材料調節熱流和溫度，並對乾燥介質熱空氣進行循環加熱，同時採用餘熱回收裝置對熱空氣的餘熱進行二次利用，該系統解決了能源來源問題，環境壓力問題，太陽能利用周期問題、並提高了能源利用率的內置儲能箱式太陽能幹燥器。

內置儲能箱式太陽能幹燥器，包括真空集熱管，乾燥箱殼體、熱超導管，真空集熱管傾斜設置，集熱管1採用雙層管，內管外壁有鍍膜吸收層，內管與外管管口之間設有密封膠圈；帶有導熱翅片的熱超導管一端穿過真空管密封塞置於真空集熱管內，另一端置於乾燥箱殼體內，乾燥箱殼體內乾燥器料架上方設有放置相變儲能球或固體儲能球的儲能材料支撐篦子。

所述真空集熱管置於集熱器支架，集熱器支架底部設有管託，真空集熱管底端置於管託上。

所述集熱器支架下方設有反光板。

所述乾燥箱殼體前端面上設有雙開門，內壁上設有乾燥箱保溫材料，乾燥箱殼體中部設有至少一層乾燥器料架，乾燥物料架上設有防物料散落網，乾燥器料架與乾燥箱殼體之間設有氣體流道；乾燥器料架下方設有廢熱交換器，位於廢熱交換器處的乾燥箱殼體壁上設有百葉窗網，廢熱交換器下方為排氣集氣箱，排氣集氣箱壁上設有風機。

本發明的創新點：

1．完全利用太陽能的先進整體乾燥設備，裝置集成度高，結構緊湊，佔地面積小，完全利用太陽能進行物料烘乾脫水，乾燥速率快，能效比極高，使用方便，自動化程度高，應用範圍極廣。

2．太陽能集熱和乾燥過程一體設計，首創真空集熱管+熱超導翅片管集熱和二次反光補熱技術，太陽能總熱利用率提高至80%以上。

3．內置相變儲能材料，調節太陽能溫度和熱流量隨時間波動的缺點，實現恆流條件下的恆溫輸出加熱，不僅可以延長烘乾作業時間，而且還能提高產品質量。

4．乾燥箱體內集成錯流失廢氣餘熱交換器，回收排除溼熱廢氣中熱量，用於新風預熱，裝置能效比顯著提高。

5．多功能設計乾燥箱體，設計多層物料架，既可採用抽屜式物料箱，也可以採用抽插式物料盤，進出料方便；冷熱流道保溫板隔離，節約空間，氣流暢通；底部設計集氣排氣箱和導流板，便於廢氣排出和冷凝水分離排出。

6．採用低溫性能好的翅片熱超導管，單向傳熱，冷凝段翅片強化傳熱和增加傳熱面積，不僅太陽能回收效率高，而且乾燥空氣通過雙流程的翅片被加熱，熱交換效率高。

7．裝置氣候適應性好，冬夏秋冬兼可使用，即使在-40℃的冬季，也可正常工作。

8．利用熱超導管集熱和傳輸，熱阻小，直接加熱乾燥空氣，乾燥溫度高，可在50-150℃之間進行乾燥作業，這是常規太陽能幹燥完全達不到的。

9．自動調節乾燥溫度，實現恆溫乾燥過程。乾燥裝置控制設計採用PWM控制風機流量，風機流量根據設定乾燥溫度調節。

10．利用風機進行強制對流，提高幹燥速率。

附圖說明

圖1為本發明裝置-I型 正視圖；

圖2為本發明裝置-I型 後視圖；

圖3為本發明裝置-I型 側視圖；

圖4為本發明裝置-I型 俯視圖；

圖5為本發明裝置-I型 剖面圖；

圖6為本發明裝置-II型 正視圖；

圖7為本發明裝置-II型 後視圖；

圖8為本發明裝置-II型 側視圖；

圖9為本發明裝置-II型 俯視圖；

圖10為本發明裝置-II型 剖面圖。

具體實施案例

本發明的內置相變儲能箱式太陽能幹燥器，主要由太陽能集熱加熱部分、儲能材料部分、物料烘乾箱部分、廢熱回收與空氣循環部分和自動控制部分組成。

太陽能集熱加熱部分，主要功能是提供乾燥器熱源，設計採取熱超導集熱和二次反光技術，提高太陽能利用效率。太陽能集熱加熱部分包括：真空集熱管1、導熱翅片2、熱超導管3、管託4、真空管密封塞5、管外密封膠圈6、熱管翅片散熱端7.

相變儲能部分，主要功能平衡太陽能隨時間變化產生的溫度和熱流量波動，延長烘乾乾燥時間，提高幹燥速率。該部分包括：儲能材料支撐篦子20、相變儲能球8（或固體儲能才材料顆塊兒）。

物料烘乾箱部分，主要功能盛裝被烘乾物料，進料和出料方便，能夠在較短時間內均勻烘乾物料，保證產品的質量。設計雙開門多層物料插盤支架、冷熱風隔熱流到保溫乾燥箱結構，具有結構緊湊，熱損失小，適用物料靈活，乾燥均勻，速度快，物料進出方便等優點。該系統由乾燥箱保溫材料9、乾燥箱殼體10、乾燥物料架11、雙開門12、進口百葉窗15、排氣箱子16和風機17組成。

廢熱回收部分，主要功能是回收含溼量較高的排出廢氣中的熱量用於預熱進入乾燥器的新鮮空氣，提高裝置整體能源利用效率。該系統由錯流廢熱交換器14、防物料散落網13以及密封結構件。錯流交換器14可設計成垂直管式、水平管式、板式等高效交換器形式。

空氣循環輸送部分，主要功能是吸引新鮮乾燥空氣進入乾燥器，經過廢熱回收交換器預熱後，再流經熱超導管散熱翅片被加熱，溫度升高，通過物料層與物料接觸，物料中水分蒸發進入乾燥空氣，經過廢熱回收交換器預熱新風後，經風機17排出。

自動控制部分，主要功能是調節循環風量，控制烘乾溫度、溼度和烘乾時間。風機風量是根據控制烘乾溫度的設定值，通過變頻器調節風機輸入頻率從而調節循環風量。

本發明裝置的工作原理是，當太陽光照射到真空集熱管1上時，集熱管內管1上的鍍膜吸收層吸收太陽輻射能，並將其轉換為熱能。熱量通過導熱翅片2傳遞給熱超導管3的蒸發管。熱超導管內工作流體吸收熱量蒸發成氣相，氣體工質在管內氣相通道內在壓力差的作用下流向另一端，並在此處放熱凝結。釋放出的熱量通過翅片傳導加熱流經空氣。凝結的液體在毛細力的作用下返回熱管蒸發段繼續吸熱蒸發，如此周而復始，從而實現熱量的高效傳輸。

發明裝置-I集熱系統不設置反光板，發明裝置-II集熱系統設置反光板19，透過真空集熱管1的陽光和從裝置前窗口射入反光板的陽光，被反射和折射，從背面打到真空集熱管1上，顯著增加單位面積的集熱量。

室外新鮮空氣被風機17抽吸，通過百葉窗15進入乾燥器的廢熱回收交換器14，與經過物料層排出的溼熱廢氣間接進行熱量交換，新鮮空氣被預熱，溼熱廢氣溫度降低，水蒸氣部分冷凝。被預熱的新鮮空氣經過隔離流道，向上經過熱超導管的翅片散熱端7，被加熱，反向通過相變儲能材料8，經過物料層20烘乾物料。排出的溼熱廢氣流經廢熱回收交換器14，與新鮮空氣進行間接熱量交換，預熱入口新鮮空氣。經熱交換後的廢氣，經過風機17排出乾燥裝置，乾燥器的乾燥溫度由風量來調節。

當被加熱空氣流過儲能材料時，熱空氣溫度高於相變儲能材料8溫度，部分熱量傳輸給相變材料儲能8儲存起來；當熱空氣溫度低於相變儲能材料8溫度時，相變儲能材料8恆溫輸出熱量，實現能量和溫度平衡調節。

本發明的相變儲能箱式太陽能幹燥器，以太陽能為熱源附加相變儲能技術，利用真空集熱管和二次反光板21收集太陽能，並利用熱超導翅片管單向傳輸熱量加熱循環乾燥空氣，輔以相變儲能材料調節溫度，集成廢氣餘熱回收預熱新風，一體化小型箱式乾燥器設計，結構緊湊，佔地面積小，外觀整齊，物料進出方便，具有能源綜合效率高，乾燥溫度恆定，可靠性好，完全自動化控制等特點，可廣泛用於農村牧區糧食、種子、果蔬、農副產品、肉食、中草藥的烘乾脫水保存，也適合於小型輕工業、製藥業、精細化學品、服裝加工業等的產品中低溫烘乾。

小型農副產品乾燥器

裝置設計：

太陽能集熱：φ58x1800φ或φ58x1800 真空集熱-熱超導翅片管18支；

加熱段翅片：φ56x650，材料：鋁合金；

反光板：1500x1000mm，2塊；

乾燥箱：1500x650x1650mm

乾燥架：4層，不鏽鋼，底板100目不鏽鋼篩網；

儲能材料：BT-XB80 氯化石蠟儲能球，相變溫度：80℃，直徑：φ25

儲能材料質量：90 kg；

儲能量：18.0-35.0 MJ

系統風機：φ254×90，2 臺；

廢氣餘熱回收裝置：2臺垂直列管錯流管板交換器，A=4m2 ；

乾燥器生產能力：180-200kg/天（脫水能力）；

物料乾燥溫度：50-80 ℃；

排氣廢熱回收率：80%；

乾燥器最高使用溫度：80℃；

使用環境溫度：-40℃-40℃。