一种应用于太阳能干燥器的低熔点合金相变蓄热装置

摘要

本发明涉及一种应用于太阳能干燥器的低熔点合金相变蓄热装置。一种应用于太阳能干燥器的低熔点合金相变蓄热装置，其特征在于它包括干燥室箱体、抽拉式盛料盒、储热块和上下滑动式保温门；干燥室箱体的干燥空间内设有2－100个储热块，储热块边缘部分以保温砌块为支撑与干燥室箱体固定；抽拉式盛料盒位于上下储热块之间，并与下储热块接触，抽拉式盛料盒内盛装干燥样品；储热块由储热材料盛装容器、储热材料、导热管和导热油组成；储热材料盛装容器内封装有蓄热材料；储热材料盛装容器内设有导热管；储热材料盛装容器内壁与导热管外壁间封装有储热材料，导热管内的传热介质为导热油。本发明具有进出料方便、安全可靠且干燥效率高的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于太阳能干燥器的低熔点合金相变蓄热装置。

背景技术

太阳能干燥是人类利用太阳能历史最悠久、应用最广泛的一种形式。传统太阳能干燥是把食品和农副产品直接放在太阳底下进行推晒，属于被动式干燥。这种露天自然干燥方法存在诸多弊端：效率低，周期长，占地面积大，易受阵雨、霉雨等气候条件的影响，也易受风沙、灰尘、苍蝇、虫蚁等的污染，难以保证被干燥食品和农副产品的质量。

为了更有效的利用太阳辐射能源来干燥物料，人们结合各地的太阳能资源和气候条件，根据物料的干燥特性设计和建造了各种型式的太阳能干燥器。太阳能干燥器是将太阳能转换为热能以加热物料并使其最终达到干燥目的，即通过太阳集热器所加热的空气进行对流换热，将物料干燥。据不完全统计，我国安装各类太阳能干燥器已累计道道15000m²。

    专利“太阳能干燥器”（ZL 200920041774.3）、“蔬菜水果太阳能蒸煮脱水干燥器”（ZL 200920024995.X）、“太阳能高效简易干燥器”（CN 101149211A）等公开了系列太阳能干燥器，干燥效率高。“可移动式太阳能干燥器”（ZL 200620021003.4）提出一种可移动式太阳能干燥器，可以方便的移动需要干燥物料地点。但是太阳辐射一个明显的特点是受昼夜、季节等规律性变化的影响，以及阴晴云雨等随机因素的制约。上述太阳能干燥器均不能保证太阳能干燥的连续稳定运行。因此，对储热式干燥装置的研究有待进一步开展。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于太阳能干燥器的低熔点合金相变蓄热装置，它具有进出料方便、安全可靠且换热效率高的特点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种应用于太阳能干燥器的低熔点合金相变蓄热装置，其特征在于它包括干燥室箱体、抽拉式盛料盒、储热块和上下滑动式保温门；干燥室箱体的干燥空间内设有2－100个储热块，储热块边缘部分以保温砌块为支撑与干燥室箱体固定；抽拉式盛料盒位于上下储热块之间（位于相邻的储热块之间），并与下储热块接触，抽拉式盛料盒内盛装干燥样品；上下滑动式保温门的左右边部插入干燥室箱体的左右滑槽内；

储热块由储热材料盛装容器、储热材料、导热管和导热油组成；储热材料盛装容器内封装有蓄热材料；储热材料盛装容器内设有导热管，导热管的一端为分进油口，导热管的另一端为分出油口，分进油口与设在干燥室箱体上的总进油口相连通，分出油口与设在干燥室箱体上的总出油口相连通；储热材料盛装容器内壁与导热管外壁间封装有储热材料，导热管内的传热介质为导热油。

所述的干燥室箱体由保温砌块砌成，干燥室箱体上部有排气孔，干燥室箱体的外部包有保温材料。

所述的储热材料为Sn-Zn-Bi合金相变储热材料（低熔点），它由高纯度Sn、高纯度Zn和高纯度Bi制备而成，各原料所占质量百分数为：高纯度Sn 82～90%、高纯度Zn9～12%、高纯度Bi1～6%。

上述Sn-Zn-Bi合金相变储热材料的制备方法（其制备工艺简单，只需要利用常规的合金的熔炼方法即可），它包括如下步骤：

1)配料：按各原料所占质量百分数为：高纯度Sn 82～90%、高纯度Zn9～12%、高纯度Bi1～6%，选取高纯度Sn、高纯度Zn和高纯度Bi原料备用；所述的高纯度Sn的质量纯度≥99.50%，高纯度Zn的质量纯度≥99.50%，高纯度Bi的质量纯度≥99.50%；

2)熔炼：将高纯度Sn和高纯度Zn装入电炉内开启电炉，加热至450℃，保温25～30分钟，然后加入高纯度Bi熔体中，搅拌均匀后保温1小时，得到锡合金液；

3)浇注：停止加热，打开电炉，将锡合金液倒入冷却模中冷凝，得到Sn-Zn-Bi合金相变储热材料。

所述的干燥器使用温度为100～300℃。

所述的干燥室箱体为长方体，尺寸可根据需要调整，最大尺寸为3m×3m×5m。

储热块尺寸及排布方式可根据干燥箱大小调整，储热块厚度为20～50mm，上下储热块间距为50～200mm。

本发明的有益效果是：采用上述结构，其进出料方便、安全可靠且换热效率高。基于Sn、Zn、Bi等低熔点金属元素组成，适合中温储热领域，弥补中温储热材料导热系数低，相变稳定性差等不足。Sn-Zn-Bi合金相变温度处在170～250℃范围内，其储热量较大，单位体积相变潜热均高于450J/cm³，导热系数大于40W/（m.K），是无机和有机相变材料的几十倍，相变稳定性好，经500多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3%左右，使用寿命长，效率高，不会造成环境污染。

附图说明

图1是本发明的整体外观图。

图2是本发明的主视图。

图3是本发明的背视图。

图4是储热块的半剖图。

图中：1－干燥室箱体，2－上下滑动式保温门，3－保温砌块，4－储热块，5－抽拉式盛料盒，6－排气孔，7－总进油口，8－总出油口，9－分出油口，10－导热管，11－储热材料， 12－储热材料盛装容器，13－分进油口。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，一种应用于太阳能干燥器的低熔点合金相变蓄热装置，它包括干燥室箱体1、抽拉式盛料盒5、储热块4和上下滑动式保温门2；干燥室箱体由保温砌块3砌成，干燥室箱体上部有排气孔6，干燥室箱体的外部包有保温材料；干燥室箱体的干燥空间内设有50个储热块4，储热块边缘部分以保温砌块为支撑与干燥室箱体固定；抽拉式盛料盒位于上下储热块之间，并与下储热块接触，抽拉式盛料盒内盛装干燥样品；上下滑动式保温门的左右边部插入干燥室箱体的左右滑槽内；

储热块由储热材料盛装容器12、储热材料11、导热管10和导热油组成；储热材料盛装容器内封装有蓄热材料；储热材料盛装容器内设有导热管，导热管的一端为分进油口13，导热管的另一端为分出油口9，分进油口13与设在干燥室箱体上的总进油口7相连通，分出油口9与设在干燥室箱体上的总出油口8相连通；储热材料盛装容器内壁与导热管外壁间封装有储热材料11，导热管内的传热介质为导热油。

低熔点合金相变蓄热装置储热时，将经过太阳能集热器加热的高温导热油从总进油口分流进入储热块的分进油口，通过传热介质输送管道内的高温导热油加热储热材料，储热材料熔化前将以显热的方式储热，当温度达到其熔点时储热材料开始熔化并以相变潜热的方式存储热量。当太阳能减弱或者需要利用热能时，通过导热油进入储热室，由于储热材料处于熔化状态，因此储热材料将通过热交换放出相变潜热加热空气从而使热能得以释放和利用，当液态相变储热材料冷却至相变温度时，液态相变储热材料结晶成为固态，同时放出相变潜热，在缺乏太阳辐射的时候起到干燥作用。

所述的干燥室箱体（或称储热室箱体）由普通硅酸盐保温砌块砌成，外壁包裹有保温层，保温材料可以采用硅酸铝耐火纤维或硅酸铝耐火纤维与矿渣棉板组合保温材料；所述的滑动式保温门可以采用普通保温板制备；所述的传热介质为合成导热油（L- QC 320）。 

所述的储热块外观尺寸为3000×3000×25mm，上下储热块间距为60mm，干燥空间内储热块用量为50个；抽拉式盛料盒、储热材料盛装容器采用普通钢板制备而成，厚度为2mm；导热管为普通钢管，规格为DN15-Φ18mm。

储热块使用时，先将导热管放置于储热材料盛装容器内，与储热材料盛装容器连接固定，然后将低熔点合金储热材料制成合金液，直接浇铸于储热材料盛装容器内，最后密封储热室箱体。将储热块进出油口并联后接入总进出油口。

所述的低熔点合金储热材料，它由高纯度Sn、高纯度Zn和高纯度Bi原料制备而成，各原料所占质量百分数为：高纯度Sn 90%、高纯度Zn 9%、高纯度Bi 1%；

所述的高纯度Sn的质量纯度≥99.50%，高纯度Zn的质量纯度≥99.50%，高纯度Bi的质量纯度≥99.50%；

上述Sn-Zn-Bi合金相变储热材料的制备方法（其制备工艺简单，只需要利用常规的合金的熔炼方法即可），它包括如下步骤：

1)配料：各原料所占质量百分数为：高纯度Sn 90%、高纯度Zn9%、高纯度Bi1%，选取高纯度Sn、高纯度Zn和高纯度Bi原料备用；所述的高纯度Sn的质量纯度≥99.50%，高纯度Zn的质量纯度≥99.50%，高纯度Bi的质量纯度≥99.50%；

2)熔炼：将高纯度Sn和高纯度Zn装入电炉内开启电炉，加热至450℃，保温25～30分钟，然后加入高纯度Bi熔体中，搅拌均匀后保温1小时，得到锡合金液；

3)浇注：停止加热，打开电炉，将锡合金液倒入冷却模中冷凝，得到Sn-Zn-Bi合金相变储热材料(即Sn-9%Zn-1%Bi相变储热材料)。

经差热扫描量热仪(DSC)上测得本实施案例的单位质量潜热为69.8J/g，相变温度为198.1～208.3℃，密度为7.31g/cm³，单位体积相变潜热为510.2J/cm³，导热系数为51.4W/(m.K)（是无机和有机相变材料的几十倍）。经500多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3%左右。

    该装置在100-300℃间的储热量为1.033×10⁷ kJ,装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。可作为太阳能干燥器的蓄热装置。

实施例2：

与实施例1基本相同，不同之处在于：

储热块外观尺寸为2000×2000×30mm，上下储热块间距为100mm，干燥空间内储热块用量为30个。该装置在100-300℃间的储热量为3.305×10⁶ kJ,装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。可作为太阳能干燥器的蓄热装置。

实施例3：

与实施例1基本相同，不同之处在于：

储热块外观尺寸为1000×1000×50mm，上下储热块间距为200mm，干燥空间内储热块用量为15个。该装置在100-300℃间的储热量为6.887×10⁵ kJ,装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。可作为太阳能干燥器的蓄热装置。

实施例4：

与实施例1基本相同，不同之处在于：

低熔点合金相变储热材料的原料组成的质量百分数为：高纯度Sn 88%、高纯度Zn9%、高纯度Bi3%；

经差热扫描量热仪(DSC)上测得本实施案例的单位质量潜热为67.6J/g，相变温度为196.1～203.3℃，密度为7.33g/cm³，单位体积潜热潜热为495.5J/cm³，导热系数为47.1W/(m.K)。经500多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3%左右，热稳定性能好。

该装置在100-300℃的蓄热量为1.003×10⁷KJ,装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。可作为太阳能干燥器的蓄热装置。

实施例5：

与实施例1基本相同，不同之处在于：

Sn-Zn-Bi合金相变储热材料的原料组成的质量百分数为：高纯度Sn 84%、高纯度Zn12%、高纯度Bi4%；

经差热扫描量热仪(DSC)上测得本实施案例的单位质量潜热为69.4J/g，相变温度为181.8～196.3℃，密度为7.28 g/cm³，单位体积潜热潜热为505.2J/cm³，导热系数为45.5W/(m.K)。经500多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3%左右，热稳定性能好。

该装置在100-300℃的蓄热量为1.023×10⁷KJ,装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。可作为太阳能干燥器的蓄热装置。

实施例6：

与实施例1基本相同，不同之处在于：

Sn-Zn-Bi合金相变储热材料的原料组成的质量百分数为：高纯度Sn 82%、高纯度Zn12%、高纯度Bi 6%；

经差热扫描量热仪(DSC)上测得本实施案例的单位质量潜热为65.5J/g，相变温度为175.8～192.3℃，密度为7.38g/cm³，单位体积潜热潜热为483.4J/cm³，导热系数为40.8W/(m.K)。经500多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3%左右，热稳定性能好。

该装置在100-300℃的蓄热量为9.78×10⁶kJ,装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。可作为太阳能干燥器的蓄热装置。

实施例7：

与实施例1基本相同，不同之处在于：

储热块外观尺寸为1000×1000×20mm，干燥空间内储热块用量为2个。该装置在100-300℃间的储热量为6.887×10⁵ kJ,装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。可作为太阳能干燥器的蓄热装置。

实施例8：

与实施例1基本相同，不同之处在于：

储热块外观尺寸为3m×3m×5m，干燥空间内储热块用量为100个。该装置在100-300℃间的储热量为6.887×10⁵ kJ,装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。可作为太阳能干燥器的蓄热装置。