一种太阳能循环烘干的实现方法与流程

本发明涉及太阳能应用领域，特别是涉及一种基于菲涅尔透镜聚热式的太阳能循环烘干方法。

背景技术：

随着经济的发展，能源短缺，太阳能越来越受到重视。太阳能干燥直接为工农业生产服务的应用前景，九十年代太阳能干燥主要朝技术开发和实际应用方向发展，据不完全统计，到目前为止，全国太阳能干燥装置总采光面积约为15000m2，成绩是巨大的。但与近千万平方米保有量的太阳能热水器相比，太阳能干燥的发展就显得落后了。这其中有各种各样的原因：首先，太阳能干燥没有很好地实现产品化、商品化，没有形成规模化产业，当然，这也与太阳能干燥应用多样化、不容易统一的特点有关；其次，太阳能干燥有较强的技术性，特别是与干燥工艺有密切关系。从事太阳能干燥的不少科研单位由于经费问题和体制的改变，停止了太阳能干燥的开发和推广工作，而应用的对象大多在技术力量薄弱的农村，不容易掌握新的技术，造成技术与用户之间的脱节；第三，与千家万户一年四季都能使用的太阳能热水器不一样，太阳能干燥应用在农村有很强的季节性，使用率不高，应用在工业上，需要的能量一般都很大，单纯利用太阳能又解决不了问题。这都是影响太阳能干燥推广应用的客观原因。我国各地试验的各种太阳能干燥装置有多种形式，大体上可分为：温室型、集热器型、集热器与温室结合型、整体式和抛物面聚光型等。

要使太阳能具有更加广泛的应用范围，就必须设法提高它的集热温度，由于太阳光线能量密度不高，要想提高集热温度，就必须实行“聚光”，把很大面积上的太阳光线聚集到很小的面积上。采用聚光器可提高太阳照射在单位面积上的能量密度，从而克服太阳能分散性的缺点。利用菲涅尔透镜的原理制造线聚焦透镜，为太阳能的中高温应用提供了崭新的路径：和反射性的线聚焦太阳能集热器相比，它可以做到更轻、更简便、更免维护，它无需担忧反光面不可避免的“反光衰减”问题，自我洁净能力强，造价也会更低。

太阳能应用领域是清洁可再生能源、节能减排等开发应用技术。因此，能够采用一种高效聚热技术的太阳能循环烘干去湿装置，加热空气产生可控的中高温热气流，烘干室可以是固定式烘干房、各种规格可移动的烘干箱，整体烘干装置适用于农副产品、花卉、中药材、海产品、工业硫化等高温气流循环烘干领域。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种太阳能循环烘干的实现方法，能够最大限度的提高热交换效率，用以烘干物料。

本发明采用以下方案实现：一种太阳能循环烘干的实现方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供太阳能采集装置、热交换装置、烘干箱、气流控制装置、双轴自动跟踪装置、中央控制模块；

步骤S2：所述太阳能采集装置采集太阳能并将其采集的太阳能传输至所述热交换装置；

步骤S3：所述热交换装置将太阳能转换为热能通过气流控制装置将热能传输至所述烘干箱，用以对所述烘干箱内部的物料进行烘干操作；

步骤S4：所述双轴自动跟踪装置对太阳方位进行实时跟踪，并根据太阳方位调整所述太阳能采集装置的太阳光采集方向，用以提高太阳能采集效率；

步骤S5：所述烘干箱内的加热废气经所述气流控制装置重新进入所述热交换装置进行循环热交换。

进一步地，所述步骤S1中，所述太阳能采集装置包括一菲涅尔透镜与两块单晶硅太阳能电池；所述两块单晶硅太阳能电池分别设置于所述菲涅尔透镜两侧，并与所述菲涅尔透镜构成同一个受光平面；

所述热交换装置包括风道蜂窝式热交换器，所述菲涅尔透镜汇聚的焦点落在所述风道蜂窝式热交换器的表面，用以加热通过所述风道蜂窝式热交换器的气体；

所述烘干箱内部设置有待烘干的物料；所述烘干箱包括一进气口，用以接收被所述风道蜂窝式热交换器加热后的气体进而对内部待烘干的物料进行烘干；所烘干箱包括一出气口，用以排出废热气体；所述烘干箱内部设置有一温度传感器；所述烘干箱内部设置有待烘干的物料；

所述气流控制装置包括旋风水汽风力器与鼓风机；所述旋风水汽风力器的进气口通过废热回收管连接至所述烘干箱的出气口，所述旋风水汽风力器的出气口依次经所述鼓风机、耐温软管连接至所述风道蜂窝式热交换器的进气端；所述风道蜂窝式热交换器的出气端经耐高温保温软管连接至所述烘干箱的进气口；所述旋风水汽风力器的底部设置有一储水罐，用以存储气流中分离下沉的水分子；

所述双轴自动跟踪装置包括南北方向控制单元、东西方向控制单元以及太阳光位置传感器；所述东西方向控制单元包括一底盘，所述底座用以固定太阳能采集装置、热交换装置、烘干箱以及气流控制装置；所述底盘下方设置有一东西方向太阳光跟踪轴以及四个万向轮，其中一个万向轮上设置有一驱动电机；所述南北方向控制单元包括一用以固定所述菲涅尔透镜的支撑架，所述支撑架连接至南北方向太阳光跟踪螺杆电机组合；所述太阳光位置传感器设置于所述菲涅尔透镜的向阳面；

所述中央控制模块连接至所述太阳光位置传感器、鼓风机、旋风水汽风气器、驱动电机、风道蜂窝式热交换器、南北方向太阳光跟踪螺杆电机组合以及温度传感器。

进一步地，所述步骤S1与所述步骤S4中，所述太阳能采集装置中的太阳光位置传感器实时采集太阳位置信息，所述中央控制模块根据太阳位置信息通过所述双轴自动跟踪装置中南北方向控制单元以及东西方向控制单元调整菲涅尔透镜的方向，用以实现东西南北两轴自动跟踪；其中，通过调整东西方向控制单元中底盘下方设置有驱动电机的万向轮实现东西轴的跟踪，通过调整南北方向太阳光跟踪螺杆电机组合，使得与其相连的菲涅尔透镜的支撑架进行转动，实现南北方向轴的跟踪。

进一步地，所述步骤S3中，菲涅尔透镜汇聚的焦点落在所述热交换装置中的风道蜂窝式热交换器的表面，对所述风道蜂窝式热交换器的表面进行加热，热量通过耐高温保温软管进入所述烘干箱的进气口，对所述烘干箱内的待烘干物料进行烘干。

进一步地，所述烘干箱内的带烘干物料进行烘干时，中央控制模块根据所述烘干箱内的温度传感器判定所述烘干箱内的温度是否在设定的阈值内，通过控制鼓风机的风速以及焦距微调减速电机来控制所述烘干箱内的温度。

进一步地，所述步骤S5中，所述烘干箱内部热气流通过废热回收管排出至所述气流交换装置的旋风水汽风力器中，所述旋风水汽风力器对带有余热潮湿的热气流进行水汽分离后，将气流中的水分子直接分离下沉至底部的储水罐，存储气流中分离下沉的水分子，并将干燥的废热气流送入鼓风机；所述鼓风机将所述旋风水汽风力器送进的气流加压后再次送入风道蜂窝式热交换器，进行循环热交换。

进一步地，所述风道蜂窝式热交换器采用纯铜块铣成的蜂窝式热交换孔，低温气流被蜂窝状分成细小的气流，用以提高热交换效率；所述纯铜块的体积为200mm×200mm×70mm。

进一步地，所述菲涅尔透镜的面积为1m²

进一步地，所述的中央控制模块为PLC。

进一步地，所述步骤S1中还通过一焦距微调机构，所述焦距微调机构包括所述风道蜂窝式热交换器以及与其相连的涡轮蜗杆减速电机、焦距调整螺杆，所述涡轮蜗杆减速电机与所述中央控制模块相连；所述步骤S3中，通过所述中央控制模块控制所述焦距调整螺杆将风道蜂窝式热交换器移动至焦前或焦后，提供对焦的精确度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明具备太阳光采集汇聚环节，将太阳光通过菲涅尔透镜汇聚的高温焦点，对高导热的风道式金属交换器进行加热，冷气流经内部蜂窝状肋片进行热交换，产生的中高温气流对物料进行循环烘干；

2、本发明具备风道蜂窝式热交换器环节，采用纯铜块铣成蜂窝式热交换孔，低温气流被蜂窝状分成细小的气流，最大限度提高热交换效率；

3、本发明具备余热循环再利用环节，利用旋风水汽分离技术对排除的热湿气流进行水汽分离，分离出干燥余热气流进入循环再利用；

4、本发明具备温度控制环节，采取PLC可编程的气流量控制与菲涅尔透镜焦距控制相结合温度控制技术，以适应对不同烘干作业的温度控制；

5、本发明具备太阳光焦点自动跟踪环节，采用双轴跟踪控制，实现自动跟踪太阳光运动轨迹技术。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为本发明的菲涅尔透镜及太阳能电池组成的受光面示意图。

图3为本发明的菲涅尔透镜与风道蜂窝式热交换器的结构控制示意图

图4为本发明的风道蜂窝式热交换器的结构示意图。

图中：1为菲涅尔透镜、2为单晶硅太阳能电池、3为太阳光位置传感器、4为风道蜂窝式热交换器、5为旋风水汽风力器、6为鼓风机、7为烘干箱、8为万向轮、9为东西方向太阳光跟踪轴、10为底盘、11为焦距调整螺杆、12为涡轮蜗杆减速电机、13为支撑架、14为南北方向太阳光跟踪螺杆电机组合、15为耐温软管、16为耐高温保温软管、17为废热回收管、18为菲涅尔透镜汇聚的焦点、19为菲涅尔透镜聚焦的位置、20为空气热交换孔、21为高温气流出口、22为低温气流入口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施例提供一种太阳能循环烘干的实现方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供太阳能采集装置、热交换装置、烘干箱、气流控制装置、双轴自动跟踪装置、中央控制模块；

步骤S2：所述太阳能采集装置采集太阳能并将其采集的太阳能传输至所述热交换装置；

步骤S3：所述热交换装置将太阳能转换为热能通过气流控制装置将热能传输至所述烘干箱，用以对所述烘干箱内部的物料进行烘干操作；

步骤S4：所述双轴自动跟踪装置对太阳方位进行实时跟踪，并根据太阳方位调整所述太阳能采集装置的太阳光采集方向，用以提高太阳能采集效率；

步骤S5：所述烘干箱内的加热废气经所述气流控制装置重新进入所述热交换装置进行循环热交换。

在本实施例中，如图1所示，所述步骤S1中，所述太阳能采集装置包括一菲涅尔透镜1与两块单晶硅太阳能电池2；所述两块单晶硅太阳能电池分别设置于所述菲涅尔透镜两侧，并与所述菲涅尔透镜构成同一个受光平面，用以采集太阳能；

所述热交换装置包括风道蜂窝式热交换器4，所述菲涅尔透镜1汇聚的焦点18落在所述风道蜂窝式热交换器4的表面，用以加热通过所述风道蜂窝式热交换器4的气体；

所述烘干箱7内部设置有待烘干的物料；所述烘干箱包括一进气口，用以接收被所述风道蜂窝式热交换器4加热后的气体进而对内部待烘干的物料进行烘干；所烘干箱包括一出气口，用以排出废热气体；所述烘干箱内部设置有一温度传感器；

所述气流控制装置包括旋风水汽风力器5与鼓风机6；所述旋风水汽风力器5的进气口通过废热回收管17连接至所述烘干箱7的出气口，所述旋风水汽风力器5的出气口依次经所述鼓风机6、耐温软管15连接至所述风道蜂窝式热交换器4的进气端；所述风道蜂窝式热交换器4的出气端经耐高温保温软管16连接至所述烘干箱7的进气口；所述气流控制装置用以实现系统的循环热交换；

所述双轴自动跟踪装置包括南北方向控制单元、东西方向控制单元以及太阳光位置传感器3；所述东西方向控制单元包括一底盘10，所述底座用以固定太阳能采集装置、热交换装置、烘干箱以及气流控制装置；所述底盘下方设置有一东西方向太阳光跟踪轴9以及四个万向轮8，其中一个万向轮上设置有一驱动电机；所述南北方向控制单元包括一用以固定所述菲涅尔透镜的支撑架13，所述支撑架连接至南北方向太阳光跟踪螺杆电机组合14；

所述中央控制模块连接至所述太阳光位置传感器、鼓风机、旋风水汽风气器、驱动电机、风道蜂窝式热交换器、南北方向太阳光跟踪螺杆电机组合以及温度传感器。

其中，所述太阳光位置传感器实时采集太阳位置信息，所述中央控制模块根据太阳位置信息通过所述双轴自动跟踪装置调整所述菲涅尔透镜的方向，用以实现东西南北两轴自动跟踪；所述菲涅尔透镜汇聚的焦点落在所述风道蜂窝式热交换器的表面，用以对所述风道蜂窝式热交换器的表面进行加热，热量通过耐高温保温软管进入所述烘干箱的进气口，对所述烘干箱内的待烘干物料进行烘干；所述烘干箱内部热气流通过废热回收管排出至所述旋风水汽风力器，所述旋风水汽风力器对带有余热潮湿的热气流进行水汽分离后，将气流中的水分子直接分离下沉至底部的储水罐，将干燥的废热气流送入所述鼓风机；所述鼓风机将所述旋风水汽风力器送进的气流加压后再次送入所述风道蜂窝式热交换器，进行循环热交换。

在本实施例中，如图2所示，所述菲涅尔透镜1的面积为1m²(1m×1m)的基本太阳热能采集单元；所述单晶硅太阳能电池2向整个系统提供24V直流电源；所述太阳光位置传感器3设置于所述菲涅尔透镜的向阳面，实现东西南北两轴自动跟踪控制。

在本实施例中，所述风道蜂窝式热交换器采用纯铜块铣成的蜂窝式热交换孔，低温气流被蜂窝状分成细小的气流，用以提高热交换效率。所述纯铜块的体积为200mm×200mm×70mm。如图4所示，在200mm×200mm×70mm铜块上，钻铣成蜂窝状。菲涅尔透镜汇聚的焦点18对风道蜂窝式热交换器的表面进行加热，19为菲涅尔透镜聚焦的位置，热量迅速传递到整个铜质交换器，21为高温气流出口、22为低温气流入口，冷气流被分成多个直径为5mm的细流通过空气热交换孔20进行热交换，气流从进气口到出气口经历了9次反复来回的加热，最大限度地提高热交换效率。

在本实施例中，所述旋风水汽风力器的底部设置有一储水罐，用以存储气流中分离下沉的水分子。

在本实施例中，如图3所示，还包括一焦距微调机构，所述焦距微调机构包括所述风道蜂窝式热交换器以及与其相连的涡轮蜗杆减速电机12、焦距调整螺杆11，用以通过所述焦距调整螺杆11将所述风道蜂窝式热交换器4移动至焦前或焦后；所述涡轮蜗杆减速电机12与所述中央控制模块相连。所述菲涅尔透镜汇聚的焦点18落在风道蜂窝式热交换器4的表面，焦距为1.3m；风道蜂窝式热交换器4通过焦距调整螺杆11与蜗轮蜗杆减速电机12构成焦距微调机构，当高温警告时，通过焦距调整螺杆将风道蜂窝式热交换器移到焦前或焦后。

在本实施例中，所述的中央控制模块为PLC，所述中央控制模块根据所述烘干箱内的温度传感器判定所述烘干箱内的温度是否在设定的阈值内，通过控制鼓风机的风速以及焦距微调减速电机来控制所述烘干箱内的温度。可见，通过采取PLC可编程的气流量控制与菲涅尔透镜焦距控制相结合温度控制技术，自动控制鼓风机的风速以及焦距微调减速电机，实现宽范围温度自动控制，以适应对不同烘干作业的温度控制，以及应对瞬时太阳光强度的变化而保持烘干箱的恒温。

在本实施例中，在太阳位置传感器2及其中央控制模块控制下，整个系统以动西方向太阳光跟踪轴为圆心，中央控制模块控制其中一个带电机驱动轮的正反转，实现东西方向的太阳光自动跟踪；另外，所述中央控制模块控制的螺杆电机8的正反转，实现南北方向的太阳光自动跟踪。双轴自动跟踪是本系统不可或缺的机构，以保住菲尼尔透镜汇聚的焦点始终落在热交换器中心点位置上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。