专利名称：一种太阳能干燥装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳热的利用，特别涉及一种工作流体流过集热器的太阳能干燥
直O
背景技术：
能源是经济建设和社会发展的重要物质基础。由于世界对能源需求的日益增长、 常规能源的日益短缺、石油价格不断上涨、全球气候变暖以及环境的压力，世界各国为寻求 能源安全和人类社会可持续发展，将战略目光转向可再生能源的开发。所以可再生的新能 源将成为二十一世纪能源发展的重中之重。而太阳能作为一种清洁、廉价、永不衰竭的可再 生能源，正在被各个国家各个行业所重视，并吸引了越来越多的关注。我国的太阳能资源非 常丰富，据统计，中国陆地每年接收的太阳辐射总量相当于2. 4亿吨标准煤。充分利用太阳 能资源是我国实现可持续发展战略，推进资源节约型和环境友好型社会的重要内容之一。我国有丰富的太阳能资源，约有2/3的国土年辐射时间超过2200h，年辐射总量超 过5000MJ/m2。全年照射到我国广大面积的太阳能相当于目前全年的煤、石油、天然气和各 种柴草等全部常规能源所提供能量的2000多倍。太阳能是间歇性能源，能源密度低、不连续、不稳定，为有效解决低成本能源太阳 能的有效储能问题，我国研制的太阳能干燥器可以归纳为2种类型温室(辐射)型、集热 器型。典型的温室型干燥室结构是室顶与三侧墙壁(东、西、南)为透明、半透明玻璃材 料的框架结构建筑，透明盖板一般为塑料。太阳能集热器为干燥室的组成部分之一。由于 多数透明材料的热隔离性能较差，通过墙壁的热传导损失较大。同时，有相当部分的太阳能 透过干燥室而未被接受器吸收或未投射到接受器而损失。集热器型太阳能干燥室具不透明墙壁，太阳能接受器与干燥室分离，热空气或热 水由太阳能接受器经循环气道或管道传导到干燥室。干燥室采用完全隔热设计，以减少热 量损失。由于太阳能接受器在夜间与阴天会损失热量，故这种设计应采用辅助加热源，使用 这种干燥室干燥的木材终含水率较低，设备造价较温室型为高。利用太阳能干燥物料的研究众多，例如授权公告号为CN201413009Y的中国专利 公开了一种集热器-温室型太阳能干燥器，包括置于架体上的太阳能真空管空气集热器， 在所述太阳能真空管空气集热器一侧上方设置有带有进、出气口的温室型太阳能干燥器， 所述太阳能真空管空气集热器的出气口通过管道与温室型太阳能干燥器底部的进气口相 连通。该干燥器吸收太阳能的效率低，热量损失大，干燥物料时干燥温度波动幅度大，干燥 后的物料品质差，干燥效率低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种连续干燥木材的太阳能干燥 装置，本发明的太阳能干燥装置吸热效率高，能显著减少干燥能耗，热量损失小，从而降低
3干燥成本，干燥后的物料具有较好的干燥质量。为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种太阳能干燥装置，包括收集太阳能并将其转化成热能的集热系统，其整体呈拱形，内部具有空腔；干燥系统位于集热系统的空腔内，包括放置待干燥物料的干燥室和位于干燥室两 侧的蓄热导风墙和位于干燥室一端的导风挡板。其中，集热系统包括温室型空气集热器和热管太阳能集热器，热管太阳能集热器 位于温室型空气集热器内部的一端，即热管太阳能集热器包裹在温室型空气集热器内部。特别是，所述的温室型空气集热器呈拱形，内部具有空腔，其空腔的一端封闭，另 一端设可开闭的封闭门。其中，干燥室位于所述温室型空气集热器空腔的封闭门一端，所述热管太阳能集 热器位于所述温室型空气集热器空腔的封闭端。其中，温室型空气集热器的顶部和两侧墙部由层叠的表板和底板组成，表板与底 板之间留有空隙，形成供干燥介质流动的中空层。干燥介质在中空层内部吸收太阳能后转 化成热能，用于干燥待干燥物料。特别是，所述中空层的厚度为20_100mm。其中，所述表板由PC阳光板、塑料薄膜或有机玻璃材料中的一种制作而成。特别是，所述表板的透光率彡0. 6。其中，所述底板由金属板或塑料薄膜制作而成。特别是，在底板的下部还设有保温材料层，所述保温材料层由聚氨酯、硅酸铝、岩 棉或玻璃纤维组成。其中，温室型空气集热器的两侧墙部中的一侧的底板上设有热风出口，另一侧的 底板上设有冷风进口，冷风进口的下部设有供热风机，干燥介质在风机的带动下，从冷风进 口流入温室型空气集热器的中空层，获得的热量后从热风出口排出，流入干燥系统，加热待 干燥物料。特别是，温室型空气集热器的两侧墙上分别开设有可开闭的进排气口，用于降低 干燥室内的温度和湿度。其中，所述的进排气口设置在温室型空气集热器的两侧墙的下部。特别是，通过自动控制系统开闭进排气口。特别是，在温室型空气集热器的中空层的内部设有与温室型空气集热器形状一致 的拱形集热器隔板，将温室型空气集热器的中空层沿温室型空气集热器长度方向分成多个 中空层分室。中空层分室确保吸收太阳能后热量交换的均勻性。尤其是，每个独立的中空层分室分别具有一个冷风进口和对应的热风出口。其中，热管太阳能集热器由热管和循环风机组成，热管的放热端靠近干燥室，吸热 端穿过所述温室型空气集热器的封闭端，位于所述温室型空气集热器的外部。特别是，所述热管从上至下水平放置，排列成成两组，所述循环风机位于两组热管 之间，在循环风机的带动下，吸收了热量的干燥介质由热管集热器流向干燥室，干燥待干燥 物料。其中，导风挡板位于干燥室和热管太阳能集热器之间。特别是，导风挡板位于干燥室与热管太阳能集热器放热端之间，在循环风机的带动下，吸收了热量的干燥介质由热管集热器流向干燥系统，干燥待干燥物料。其中，蓄热导风墙由多根装有相变蓄热材料的独立的金属蓄热管构成，用于将热 能转变成相变热存储，并且将干燥介质均勻分配。特别是，所述金属蓄热管呈叉排或顺排方式排列在干燥室的两侧，形成所述的蓄 热导风墙，实现所述的储热和均勻分配干燥介质。尤其是，所述金属蓄热管采用垂直、水平或倾斜排列方式进行排列布置。特别是，所述蓄热导风墙的过风率大于30% (所述的过风率为垂直于蓄热导风墙 墙体的过风面积与蓄热导风墙墙体迎风面面积的百分率)。蓄热管采用铝质材料，内部装有的相变材料为石蜡。木材太阳能干燥装置的工艺方法，当白天太阳能充足时，干燥装置处于升温干燥 阶段，夜晚或阴天太阳能不足时，干燥装置处于保温干燥阶段。本发明具有如下的有益效果1、本发明的太阳能干燥装置采用温室型和集热器型太阳能干燥装置相结合的结 构，兼顾两者的优点，其热量来源于热管太阳能集热器和整体呈拱形的温室型空气集热器 两部分组成，集热器面积大，热效率高，两个集热器可根据所需的干燥温度单独或协同使 用，控温灵活、干燥温度稳定。2、本发明的太阳能干燥装置设有均勻配气和蓄热的蓄热导风墙，蓄热导风墙的过 风率大于30%，以保证干燥介质在干燥室的长度方向上流速均勻，确保整堆物料的同步干
O3、本发明的蓄热导风墙由不少于1列的装有固一液相变蓄热材料的金属蓄热管 构成，金属蓄热管在干燥气流循环方向上叉排布置，蓄热导风墙体积小，但蓄热能力强，并 且可以根据日照强度和待干燥物料的量决定蓄热管的用量，具有良好的实用性好。4、采用本发明方法干燥木材，成本低，木材可以连续干燥，可以提高木材的干燥质量。5、本发明采用热空气作为换热介质，热空气既是换热介质，也是干燥介质，在干燥 过程中只存在一次换热，换热介质的热利用率更高。
图1是本发明木材太阳能干燥装置的正面剖视示意图；图2是图1中A-A剖视示意图；图3是图1中B-B剖视示意图。附图标记说明1.封闭门；2.保温层；3.表板；4.拱形太阳能集热器；5.木材； 6.导风挡板；7.热管；8.热管太阳能集热器；9.轴流式循环风机；10.蓄热导风墙；11.拱 形集热器热风出口 ；12.拱形集热器隔板；13.进排气口 ；14.离心式供热风机；15.拱形集 热器冷风进口 ；16.干燥室；17.中空层；18.中空层分室；19.金属蓄热管；20.底板；21.风 机室；22.热电偶温度传感器；23.热管的吸热端；24.热管的放热端；25.自动控制箱。
具体实施例方式下面参照附图详细描述本发明的具体实施例。
如图1所示，本发明太阳能干燥装置由收集太阳能，并转化成热能，用于干燥待干 燥物料的集热系统和干燥系统组成。参照图1、2和3，集热系统包括温室型空气集热器4和热管太阳能集热器8，其中 温室型空气集热器4整体呈拱形，其内壁设有保温层2，内部形成截面为拱形的空腔，空腔 的一端封闭，另一端设可开闭的封闭门1，空腔的封闭端由保温材料制成，形成保温层2。温 室型空气集热器4的内部空腔沿长度方向由导风挡板6分成2部分，如图1和2所示，即包 括靠近封闭门一端的干燥室16和靠近封闭端用于放置热管太阳能集热器8的风机室21。整体呈拱形的温室型空气集热器4的拱形的顶部和两面侧墙由层叠的表板3和底 板20组成，在其两面侧墙的下部开设进排气口 13，用于降低干燥室16内的温度和湿度。温室型空气集热器4的表板3与底板20之间留有空隙，形成厚度为20-100mm的 中空层17，干燥介质在中空层17内部吸收太阳能后转化成热能，用于干燥待干燥物料。表板由PC阳光板、塑料薄膜或有机玻璃材料制作而成，透光率彡0. 6。底板由金属 板或塑料薄膜制作而成，底板的下部还设有由聚氨酯、硅酸铝、岩棉或玻璃纤维组成的保温 层，本实施例表板采用PC阳光板制成，底板采用金属板制成，保温层由岩棉组成。温室型空气集热器4的两面侧墙中的一侧的底板上设有热风出口 11，另一侧的底 板上设有冷风进口 15，靠近设有冷风进口 15的一面侧墙的下部设有离心式供热风机14，干 燥介质在风机14的带动下，从冷风进口流入温室型空气集热器的中空层，获得的热量后从 热风出口排出，流入干燥系统，加热待干燥物料。温室型空气集热器4的两侧墙上分别开设有通过自动控制系统25控制的可开闭 的进排气口 13，用于降低干燥室内的温度和湿度，所述的进排气口 13设置在温室型空气 集热器4的两侧墙的下部。在温室型空气集热器4的中空层17的内部设有拱形的集热器隔板12，将中空层 17分成多个独立的中空层分室18，确保吸收太阳能后热量交换的均勻性。每个独立的中空 层分室18的底板20上分别设有一个冷风进口 15和对应的热风出口 11。其中，热管太阳能集热器8由两组由上至下水平放置热管7和位于两组热管7之 间的循环风机9组成，热管7的放热端位于温室型空气集热器4的空腔的内部，靠近干燥室 16，即热管7的放热端靠近温室型空气集热器4的封闭端，热管7的吸热端穿过温室型空气 集热器4的空腔的封闭端，即热管7的吸热端位于保温层2的外面，用于吸收集热系统外面 的太阳能。在循环风机9的带动下，将热管太阳能集热器8吸收的太阳能通过热管7的放热 端传递给干燥介质，吸收了热量的干燥介质由风机室21流向干燥室16，干燥待干燥物料。如图1、2和3所示，包括放置待干燥物料的干燥室16、两面蓄热导风墙10和导风 挡板6的干燥系统位于集热系统的内部空腔中，即干燥系统位于温室型空气集热器4的拱 形的内部空腔中，并靠近温室型空气集热器4空腔的封闭门一端；蓄热导风墙10位于干燥 室16与温室型空气集热器4的两面侧墙之间。蓄热导风墙10由多根装有相变蓄热材料的独立的金属蓄热管19构成，用于将热 能转变成相变热存储，并且将干燥介质均勻分配，蓄热导风墙10的过风率大于30% (所述 的过风率为垂直于蓄热导风墙墙体的过风面积与蓄热导风墙墙体迎风面面积的百分率)。金属蓄热管19呈叉排或顺排方式排列在干燥室16的两侧，形成所述的蓄热导风墙10，实现所述的储热和均勻分配干燥介质。金属蓄热管采用垂直、水平或倾斜排列方式进行排列布置，可以根据日照强度和 待干燥物料的量决定金属蓄热管的用量。蓄热管19采用铝质材料，内部装有的相变材料为石蜡。下面结合附图1-3详细说明本发明太阳能木材干燥装置的工作过程。本发明中干燥室16内待干燥木材5的干燥温度设定为T ；自动控制系统的热电偶 温度传感器22测定热管太阳能集热器8热管放热端24的温度为T1 ；温室型空气集热器4 的中空层17的温度为T2,干燥室16内的温度为T3,蓄热导风墙10的温度为T4。1、待干燥木材放置于干燥室16内，关闭温室型空气集热器4的封闭门1后，将太 阳能干燥装置置于阳光下，将热管太阳能集热器8的吸热端23朝向太阳，以便充分吸收太 阳能；2、打开自动控制系统的电源，通过自动控制箱25设定待干燥木材5的干燥温度Τ， 通过热电偶温度传感器22实时测定 \、T2、T3、T4 ；3、自动控制系统根据测定的温度1\、T2, T3, T4的值与木材设定干燥温度T进行比 较，进行供热、干燥木材；①当T1-T3彡2，T3 < T时，即热管太阳能集热器8热管放热端24的温度T1高于 干燥室16内的温度T32°C以上，并且干燥室16内的温度T3低于待干燥木材5的设定干燥 温度时，循环风机9启动，对干燥室16内的木材5进行升温加热、干燥；在循环风机9的带 动下，干燥介质将从热管太阳能集热器8获得的热量传递给待干木材5和蓄热导风墙10，干 燥待干燥木材5，干燥室内的温度T3逐渐升高，蓄热导风墙10储存热量。②当T2-T3彡2，T3 < T时，即温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于木 材5的温度T32°C以上，并且干燥室16内的温度T3低于待干燥木材5的设定干燥温度时， 供热风机14启动，在供热风机14的带动下，干燥室16中的干燥介质从温室型空气集热器4 侧墙底板20的冷风进口 15流入温室型空气集热器4的中空层17，吸收太阳能，获得热量， 形成热空气后从位于温室型空气集热器4另一侧墙底板20的热风出口 11排出，流入干燥 室16，为干燥室16供热，用于加热干燥室16内的木材5和蓄热导风墙10，进行热交换，换 热后的空气，再流入温室型空气集热器4的中空层17，再次被加热，形成热空气，循环往复 流入干燥室16进行热量交换，加热、干燥木材，并通过蓄热导风墙10储存热量，直到干燥室 16内的温度T3达到木材的设定干燥温度T，供热风机14关闭。③当T2-T彡2，T2-T3彡2时，即温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于 木材5的设定干燥温度T2°C以上时，并且温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于 干燥室温度T3不足2°C时，供热风机14停止工作，温室型空气集热器4停止向干燥室16供 热；循环风机9始终处于工作状态，热管太阳能集热器8始终向干燥室16内的木材5和蓄 热导风板供热。④当T2-T彡2，T2-T3 >2时，即温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于 木材5的设定干燥温度T2°C以上时，并且温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于 干燥室温度T32°C时，供热风机14启动，温室型空气集热器4向干燥室16供热；循环风机9 始终处于工作状态，热管太阳能集热器8始终向干燥室16内的木材5和蓄热导风板供热。⑤当T2-T彡2，T2-T3 > 2时，即温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于木材5的设定干燥温度T不足2V，并且温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于干 燥室温度T32°C时，供热风机14启动，温室型空气集热器4向干燥室16供热；循环风机9始 终处于工作状态，热管太阳能集热器8始终向干燥室16内的木材5和蓄热导风板供热。⑥当T2-T彡2，T2-T3彡2时，即温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于 木材5的设定干燥温度T不足2V，并且温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于干 燥室温度T3不足2°C时，供热风机14停止工作，温室型空气集热器4停止向干燥室16供热； 循环风机9始终处于工作状态，热管太阳能集热器8始终向干燥室16内的木材5和蓄热导 风板供热。⑦当T3-T彡2时，即干燥室16内的温度T3高于木材5的设定干燥温度T2°C以 上时，循环风机9开启，自动控制系统打开进排气口 13，实现降温和排湿，维持待干燥木材 的干燥温度的稳定，保证干燥后木材的质量。⑧当T2-T3彡2时，即温室型空气集热器4的中空层17的温度T2高于干燥室温 度T3不足2°C时，供热风机14关闭，温室型空气集热器4的中空层17即起到保温作用。⑨当T4 > T3，T1S T3，T2 ST3时，即蓄热导风墙10内的温度T4高于干燥室16内 的温度τ3，同时热管太阳能集热器8热管放热端24的温度T1低于干燥室16内的温度T3, 温室型空气集热器4的中空层17的温度T2低于木材5的温度T3时，循环风机9启动，将蓄 热导风墙储存的热量传递给干燥室，为干燥室16功能，干燥木材5。⑩当T4彡T3，T1彡T3, T2 ( T3时，即蓄热导风墙10内的温度T4小于或等于干燥 室16内的温度T3,同时热管太阳能集热器8热管放热端24的温度T1低于干燥室16内的 温度T3，温室型空气集热器4的中空层17的温度T2低于木材5的温度T3时，循环风机9关 闭，停止工作。
权利要求
一种太阳能干燥装置，包括收集太阳能并将其转化成热能的集热系统，其整体呈拱形，内部具有空腔；干燥系统，位于集热系统的空腔内，包括放置待干燥物料的干燥室(16)和位于干燥室(16)两侧的蓄热导风墙(10)和位于干燥室(16)一端的导风挡板(6)。
2.如权利要求1所述的干燥装置，其特征是所述的集热系统包括温室型空气集热器 (4)和热管太阳能集热器(8)，热管太阳能集热器(8)位于温室型空气集热器内部的一端。
3.如权利要求2所述的干燥装置，其特征是所述温室型空气集热器(4)呈拱形，内部具 有空腔，所述空腔的一端封闭，另一端设可开闭的封闭门(1)。
4.如权利要求3所述的干燥装置，其特征是温室型空气集热器(4)的顶部和两侧墙部 由层叠的表板⑶和底板(20)组成，表板(3)与底板(20)之间留有空隙，形成供干燥介质 流动的中空层(17)。
5.如权利要求4所述的干燥装置，其特征是温室型空气集热器(4)的两侧墙部中的一 侧的底板(20)上设有热风出口(11)，另一侧的底板(20)上设有冷风进口(15)，冷风进口(15)的下部设有供热风机(14)，干燥介质在供热风机(14)的带动下，从冷风进口(15)流 入温室型空气集热器(4)的中空层(17)获得的热量后从热风出口(11)排出，流入干燥室(16)内，以便加热待干燥物料。
6.如权利要求4所述干燥装置，其特征是在中空层(17)内部设有与温室型空气集热器 形状一致的拱形集热器隔板(12)，将温室型空气集热器(4)的中空层(17)沿温室型集热器 (4)长度方向分成多个中空层分室(18)。
7.如权利要求2至6任一所述的干燥装置，其特征是所述热管太阳能集热器(8)由热 管(7)和循环风机(9)组成，热管(7)的放热端靠近干燥室(16)，吸热端穿过所述温室型空 气集热器(4)的封闭端(2)位于所述温室型空气集热器(4)外部。
8.如权利要求2-6任一所述干燥装置，其特征是所述导风挡板(6)位于干燥室(16)和 热管太阳能集热器(8)之间。
9.如权利要求1所述的干燥装置，其特征是所述的蓄热导风墙(10)由多根装有相变蓄 热材料的金属蓄热管(19)构成。
10.如权利要求9所述的干燥装置，其特征是所述蓄热导风墙(10)的过风率大干 30%。
全文摘要
本发明涉及一种木材太阳能干燥装置，该干燥装置采用介于温室型和集热器型之间的整体型端风式结构，兼顾两者的优点，其热量来源由位于南端墙的热管太阳能集热器和整体拱形太阳能集热器两部分组成，集热器面积大，热效率高；两个集热系统可根据所需的干燥温度单独或协同使用，控温灵活、稳定；干燥装置内部设有蓄热导风墙，以确保干燥的连续性及均匀性；木材太阳能干燥装置的工艺方法，当白天太阳能充足时，干燥装置处于升温干燥阶段，夜晚或阴天太阳能不足时，干燥装置处于保温阶段。本发明的太阳能干燥装置运行稳定，太阳能转化效率高，干燥能耗显著减少，从而降低干燥成本，且具有较好的干燥质量。
文档编号F24J2/04GK101907384SQ201010252779
公开日2010年12月8日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者伊松林, 张璧光, 王天龙, 高建民 申请人:北京林业大学