一种太阳能集热干燥系统的制作方法

本发明涉及干燥除湿装置技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能集热干燥系统。

背景技术：

干燥作业涉及国民经济的广泛领域，是许多工业行业不可或缺的工序，在粮食、食品、果品、烟草、药材、木材、皮革、橡胶和陶瓷等许多工业产品的加工处理过程中，干燥作业对产品的质量和成本影响很大。

太阳能干燥与常规能源干燥相比较，主要优点能将太阳能转换成热能，可节省干燥过程所消耗的大量燃料，从而降低成本，提高经济效益。因而，在干燥行业，基于太阳能热利用的干燥技术越来越成为行业关注的焦点。

太阳能聚光器直接关系到太阳能的利用率，日照跟踪技术是太阳能热发电聚光系统的重要组成和专有技术，是太阳能聚光器的组成。但低成本大规模跟踪采光、聚光仍是行业的技术短板。对日跟踪的聚光系统经过长时间运行后，跟踪装置的精度会有所下降，同时故障也会经常发生，这就要经常校正精度和故障维护，严重影响了太阳能聚集热量系统的效率。

综上所述，如何提供一种能源消耗少且集热、储热效率高的太阳能集热干燥系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种太阳能集热干燥系统，该系统能源消耗少且集热、储热效率高。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种太阳能集热干燥系统，包括：

用于向待干燥处理的干燥房中送风的送风装置，所述送风装置设有朝向外部的引风口以及朝向所述干燥房的送风口；

用于向所述送风装置输送热能的热泵装置，所述热泵装置通过冷凝换热器连接于所述送风装置的中间风口；

通过供热换热器向所述送风装置输送热能的相变蓄热箱，所述相变蓄热箱与所述供热换热器通过开关阀连接形成第一工质循环回路；

利用菲涅尔透镜进行太阳能集热的菲涅尔集热系统，所述菲涅尔集热系统与所述供热换热器通过开关阀连接形成第二工质循环回路。

优选的，所述菲涅尔集热系统通过与所述相变蓄热箱并联以实现与所述供热换热器的连接，所述菲涅尔集热系统与所述相变蓄热箱的出口通过第一三通阀连接所述供热换热器的进口，所述菲涅尔集热系统与所述相变蓄热箱的进口通过第二三通阀连接所述供热换热器的出口。

优选的，所述菲涅尔集热系统通过集热循环泵连接所述第一三通阀或第二三通阀，所述相变蓄热箱通过供热循环泵连接所述供热换热器。

优选的，还包括用于控制当前热源为单一热源或组合热源的控制装置，所述控制装置连接所述热泵装置、相变蓄热箱和菲涅尔集热系统；所述相变蓄热箱设有蓄热箱温度传感器。

优选的，所述热泵装置包括压缩机、节流阀和利用所述菲涅尔集热系统的太阳能作为热能的蒸发器，所述蒸发器的与所述菲涅尔集热系统连接。

优选的，所述菲涅尔集热系统为平面菲涅尔透射式向下聚光的线聚光光路系统。

优选的，所述菲涅尔集热系统包括可分别独立工作或组合工作的至少三个菲涅尔集热单元，所述菲涅尔集热单元包括菲涅尔透镜、用于进行二次聚光的复合抛物面和用于接收所述复合抛物面的二次聚光的u形真空玻璃管，所述u形真空玻璃管用于进行热能的输出。

优选的，所述菲涅尔集热单元还包括用于调整自身的太阳光接收角度的聚光板，所述聚光板上设有若干个角度不同的棱形槽。

优选的，所述干燥房内设有便于形成有序的干燥风流向的布风板。

优选的，所述相变蓄热箱的相变蓄能材料为石蜡。

本发明所提供的系统包括菲涅尔线聚光太阳能集热器、相变蓄热箱以及空气源作为热源分别形成三个热循环回路，可以彼此独立，又能相互耦合构成供热循环回路。通过切换不同的工作运行模式，以满足干燥的需求。本发明可以利用太阳能作为有较好日照辐射时的主要供热源，夜间采用相变储热热源，热泵作为二者的辅助热源；而在无光照条件下则采用空气源热泵单独供热干燥，例如阴雨天气则采用空气源热泵单独供热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的太阳能集热干燥系统的系统示意图；

图2为本发明所提供的太阳能集热干燥系统中菲涅尔集热系统示意图；

图3为本发明所提供的太阳能集热干燥系统中菲涅尔集热循环单元的示意图；

图4为本发明所提供的太阳能集热干燥系统中菲涅尔集热系统结构图；

图5为本发明所提供的菲涅尔线聚光结合复合抛物面的剖视图；

图6为本发明所提供的太阳能集热干燥系统中相变蓄热循环回路系统示意图；

图7为本发明所提供的太阳能集热干燥系统中热泵循环回路系统示意图。

图1-7中：

1为菲涅尔集热系统、101为真空管、102为菲涅尔透镜、103复合抛物面、2为相变蓄热箱、3为干燥房、4为供热换热器、5为冷凝加热器、6为蒸发器、7为压缩机、8为节流阀、9为排湿机构、10为供热循环泵、11为集热循环泵、12为第一三通阀、13为第二三通阀、14为蓄热箱温度传感器、15为引风口、16为第一风口、17为第二风口、18为第三风口、19为第四风口、20为第五风口、21为布风板、22为干燥房温度传感器、23为干燥房湿度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种太阳能集热干燥系统，该系统能源消耗少且集热、储热效率高。

请参考图1至图7，图1为本发明所提供的太阳能集热干燥系统的系统示意图；图2为本发明所提供的菲涅尔集热系统示意图；图3为本发明所提供的菲涅尔集热循环单元的示意图；图4为本发明所提供的菲涅尔集热系统结构图；图5为本发明所提供的菲涅尔线聚光结合复合抛物面的剖视图；图6为本发明所提供的相变蓄热循环回路系统示意图；图7为本发明所提供的热泵循环回路系统示意图。

本发明所提供的太阳能集热干燥系统，在结构上主要包括：送风装置、热泵装置、相变蓄热箱2和菲涅尔集热系统1。其中，热泵装置、相变蓄热箱2和菲涅尔集热系统1均是为了给送风装置提供热能。

具体地，送风装置用于向待干燥处理的干燥房3中送风，送风装置设有朝向外部的引风口15以及朝向干燥房3的送风口。

热泵装置用于向送风装置输送热能，热泵装置通过冷凝换热器连接于送风装置的中间风口。热泵装置可以为利用蒸发器6、压缩机7工作的热泵装置。

相变蓄热箱2通过供热换热器4向送风装置输送热能，相变蓄热箱2与供热换热器4通过开关阀连接形成第一工质循环回路。

菲涅尔集热系统1利用菲涅尔透镜102进行太阳能集热的，菲涅尔集热系统1与供热换热器4通过开关阀连接形成第二工质循环回路。

本发明所提供的太阳能集热干燥系统提供了三个供热的装置，分别为热泵装置、相变蓄热箱2和菲涅尔集热系统1，三者采用的是不同的集热原理，均能够向送风装置提供热能，目的是在不同的使用环境下运用不同的方式集热，从而提高集热的效率，使得系统可以最大限度地进行集热并减少耗电量。需要说明的是，上述三个供热的结构可以分别构成三个回路系统，三个可以独立工作，也可以具有一定的耦合连接，由于三者均连接同一个送风装置，从而使得系统趋于小型化，且灵活性更高。可选的，关于三个供能结构的连接方式，可以参考现有技术。

需要说明的是，上述相变蓄热箱2可以通过与菲涅尔集热系统1，获得菲涅尔集热系统1的热能并进行存储，当缺少日光时，相变蓄热箱2即可以成为供能装置为送风装置提供热能。

在上述实施例的基础之上，菲涅尔集热系统1通过与相变蓄热箱2并联以实现与供热换热器4的连接，菲涅尔集热系统1与相变蓄热箱2的出口通过第一三通阀12连接供热换热器4的进口，菲涅尔集热系统1与相变蓄热箱2的进口通过第二三通阀13连接供热换热器4的出口。

请参考图1、图2和图6，其中，图1为整体系统连接，图2和图6分别为菲涅尔集热系统1回路和相变蓄热箱2回路的示意图。在图1中，菲涅尔集热系统1与相变蓄热箱2并联连接，并与供热换热器4连接，从而菲涅尔集热系统1与相变蓄热箱2共用主要干路。另外，由于采用三通阀的连接方式，使得菲涅尔集热系统1、相变蓄热箱2的回路工作仅由三通阀控制即可。即当需要二者同时工作时，将第一三通阀12和第二三通阀13完全打开；当需要其中一者工作仅需要打开两个三通阀对应的管路即可。

在上述实施例的基础之上，菲涅尔集热系统1通过集热循环泵11连接第一三通阀12或第二三通阀13，相变蓄热箱2通过供热循环泵10连接供热换热器4。

需要说明的是，由于上述第一工质循环回路和第二工质循环回路均用于提供热能，并需要使回路中的工质进行循环，所以还需要设置提供循环动力的装置，本实施例中，采用通过各回路中增加集热循环泵11或供热循环泵10的方式实现工质的循环流动。当然，还可以通过其他的提供动力的方式，比如热管管路等。

在上述任意一个实施例的基础之上，还包括用于控制当前热源为单一热源或组合热源的控制装置，控制装置连接热泵装置、相变蓄热箱2和菲涅尔集热系统1；相变蓄热箱2设有蓄热箱温度传感器14。

需要说明的是，上述控制装置还应当连接上述第一三通阀12和第二三通阀13，以便对环路的通断进行控制。

在上述任意一个实施例的基础之上，热泵装置包括压缩机7、节流阀8和利用菲涅尔集热系统1的太阳能作为热能的蒸发器6，蒸发器6的与菲涅尔集热系统1连接。

热泵装置利用压缩机7与节流阀8驱动工质的流动与传热，并将菲涅尔集热系统1作为热泵循环的蒸发器6的热能源，冷凝水箱作为热泵系统的冷凝器。可选的，热泵压缩机7功率为四匹(2.94kw)，且单独热泵干燥时工作温度可达50℃。

在上述任意一个实施例的基础之上，菲涅尔集热系统1为平面菲涅尔透射式向下聚光的线聚光光路系统。

在上述任意一个实施例的基础之上，菲涅尔集热系统1包括可分别独立工作或组合工作的至少三个菲涅尔集热单元，菲涅尔集热单元包括菲涅尔透镜102、用于进行二次聚光的复合抛物面103和用于接收复合抛物面103的二次聚光的u形真空玻璃管，u形真空玻璃管用于进行热能的输出。

本实施例中的菲涅尔集热系统1由n个菲涅尔集热单元组成，每个集热循环单元可单独实现集热回路，根据换热量的需求，可对集热循环单元进行组合。

在上述任意一个实施例的基础之上，菲涅尔集热单元还包括用于调整自身的太阳光接收角度的聚光板，聚光板上设有若干个角度不同的棱形槽。

在一个具体的实施例中，菲涅尔线聚光集热器采光面积为8至12平方米，菲涅尔集热系统1由若干个太阳能菲涅尔集热单元拼接组成。同时，菲涅尔集热系统1采用平面菲涅尔透射式向下聚光的线聚光光路系统，吸热器采用u型真空玻璃管，运用变焦距设计方法，适当设计聚光板棱形槽的角度，调整真空管101安装高度，通过与二次聚光技术相结合，使聚光焦斑始终落在吸热用真空管101上，从而使得菲涅尔透镜102透光率高达90％以上。

本实施例中采用菲涅尔线聚光结合复合抛物面103的二次聚光技术，使聚光焦斑始终落在吸热用真空管101上，从而实现了免跟踪聚光集热，大大减少了集热真空管101使用的数量，降低装置成本。

在上述任意一个实施例的基础之上，干燥房3内设有便于形成有序的干燥风流向的布风板21。

可选的，本申请中的聚光镜透光材料不是采用传统的玻璃，而是用一种透明塑料(pmma)制作的pmma聚光镜。

在上述任意一个实施例的基础之上，相变蓄热箱2的相变蓄能材料为石蜡。

在上述任意一个实施例的基础之上，相变储热箱所在的循环回路系统请参考图6，相变蓄能箱的蓄热罐高1.5m，直径为0.8m。相变蓄能箱的相变储能材料选用石蜡作为储能材料的主体，从而使得相变温度达到70℃，使系统通过相变材料通过凝固和溶化有效地储存和释放大量能量。

可选的，相变储热箱的相变材料筛选自相变温度约为60～80℃的相变材料，其具有较为合适的相变温度和相变潜热。

本发明所提供的太阳能集热干燥系统采用免跟踪菲涅尔线聚光太阳能集热器、相变蓄热箱2以及空气源作为热源分别形成三个热循环回路，可以彼此独立，又能相互耦合构成供热循环回路。

该系统包括菲涅尔线聚光太阳能集热器、相变蓄热箱2以及空气源作为热源分别形成三个热循环回路，通过切换不同的工作运行模式，以满足干燥的需求。本发明可以利用太阳能作为有较好日照辐射时的主要供热源，夜间采用相变储热热源，热泵作为二者的辅助热源；而在无光照条件下则采用空气源热泵单独供热干燥，例如阴雨天气则采用空气源热泵单独供热。

经过试验和测试可以知道，热泵干燥模式的耗电量远大于三种供热装置联合干燥模式的耗电量，而热泵干燥模式的集热量却远小于联合干燥模式的集热量，仅能达到其约一半的集热效率。综上可知，本发明所提供的系统干燥性能良好，有利于推动干燥产业的发展。

本发明所提供的不同供热装置的组合能满足用户的多样性需求，易于产品的配置和变型设计，同时又能保证这种配置变型可以满足企业批量化生产的需求，有效促进产品研发、提高效率、降低成本。

除了上述各个实施例所提供的太阳能集热干燥系统，该太阳能集热干燥系统的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的太阳能集热干燥系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。