一種基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統的制作方法
【專利摘要】一種基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，包括沿墻熱管(5)、第一風道(6)、第二風道(8)、第一鼓風機(7)、第二鼓風機(9)和頂層熱管(10)；沿墻熱管(5)在平房糧倉(1)側面墻壁的內側，沿墻熱管(5)的上端在第一風道(6)中，下端在堆糧線(3)以下的糧堆中，延伸到糧堆底部；頂層熱管(10)在平房糧倉(1)的頂部，頂層熱管(10)的上端在第二風道(8)中，下端在堆糧線(3)以下的糧堆中；第一風道(6)和第二風道(8)位于堆糧線(3)上方，且均與外界連通；第一風道(6)的一端設有第一鼓風機(7)，第二風道(8)的一端設有第二鼓風機(9)。本發明改善了大型糧倉的“熱皮”效應，能耗低、污染低。
【專利說明】
一種基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統
技術領域
[0001]本發明涉及散熱系統領域，特別涉及一種糧倉的散熱系統，屬于糧倉散熱和熱管技術領域。
【背景技術】
[0002]目前我國糧食儲藏用的高大平房倉標準尺寸為長60m、寬24m和高Sm，推行采用低溫儲糧四合一技術。四合一技術包括機械通風、環流熏蒸、谷物冷卻、糧情測控四項技術。低溫儲糧的主要途徑包括通風降溫(自然及機械通風)和壓縮式谷物冷卻機制冷。對全國大多數地區而言，冬季采用機械自然通風及糧面壓蓋隔熱措施，倉內糧堆內部的溫度大體保持在20°C以下，滿足準低溫儲糧的溫度要求。夏秋季節酷熱期較長，倉庫外圍結構白天受熱輻射時間長，墻體和屋頂升溫較高，晚間氣溫下降后，墻體散熱緩慢，使倉內沿墻糧食和糧堆頂層溫度日積月累隨之升高，這樣通過冬季通風降溫的低溫糧堆就產生了“冷芯熱皮”效應。根據某中央儲備糧直屬庫2005年8月的實測資料表明，平房倉墻體溫度最高達51°C，夜間最低達35°C，沿墻糧堆溫度也達到30°C以上，超過了《糧油儲藏技術規范》規定的準低溫條件下倉內糧食最高溫度25°C的要求。糧堆溫度上升后，糧食自主呼吸作用加大，微生物和害蟲開始出現并大量繁殖，糧食出現損耗和變質。因此，低溫儲糧的關鍵在于夏秋季節如何抑制糧堆上層和四周糧溫的上升。
[0003]現有的解決方案包括一是谷物冷卻技術，通過壓縮式谷物冷卻機提供冷氣和通風管道對糧堆進行降溫。但谷物冷卻機的設備投資成本較高，通風耗電成本很高，能耗很大。二是環流熏蒸技術，通過在糧堆中通入磷化氫劇毒氣體，滅殺糧堆中的微生物和害蟲。當糧堆溫度高于低溫儲藏條件時，這個技術和工藝流程必不可少，但往往會有人身安全隱患和糧食殘留隱患。三是輔助空調制冷技術，通過在糧倉堆糧線上安裝大功率空調和預埋風管系統，對糧堆上層進行降溫，能耗同樣較大。
[0004]當前糧倉已有的機械通風和谷物冷卻技術是將冷氣流直接吹入整個糧堆中，所消耗的冷氣流量十分巨大，通風阻力巨大。且現有技術對通入糧堆的冷空氣有嚴格的要求，空氣溫度不能高也不能太低，濕度要適宜。否則當冷空氣溫度比較低時，糧堆降溫過程中容易發生“結露”或“結霜”等現象，引起糧食的變質。綜上，這些方案普遍存在耗能較大、運行成本較高或存在對人身健康存在危害的隱患，按照綠色、健康、智能、環保的發展要求還有一段距離。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術不足，針對大型平房糧倉的糧食散熱需求，提出一種基于熱管技術平房糧倉新型散熱系統，改善了糧食儲存過程中出現的“熱皮”效應，同時達到低能耗、低污染的要求。
[0006]本發明所采用的技術方案是:
[0007]—種基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，包括沿墻熱管、第一風道、第二風道、第一鼓風機、第二鼓風機和頂層熱管;沿墻熱管在平房糧倉側面墻壁的內側，沿墻熱管的冷卻段在第一風道中，加熱段延伸到糧堆底部;頂層熱管在平房糧倉的頂部，頂層熱管的冷卻段在第二風道中，加熱段在堆糧線以下的糧堆中；第一風道和第二風道位于堆糧線上方，第一風道和第二風道的兩端伸出糧倉墻壁并與外界連通;第一風道的一端設有第一鼓風機，第二風道的一端設有第二鼓風機。
[0008]所述頂層熱管的下端深入糧堆的長度為I?2米。
[0009]所述第一風道有4條，繞側面墻壁的內側一周水平布置。
[0010]所述第一風道或第二風道的橫截面為長方形，橫截面高度為I?1.5米，寬度為0.15 ?0.2 米。
[0011 ]所述沿墻熱管或頂層熱管的材料為鋼或鋁。
[0012]所述第一風道的下底面與堆糧線平齊，第二風道位于第一風道的上方。
[0013]所述平房糧倉散熱系統還包括用于測量沿墻糧堆和頂層糧堆溫度的溫度監測傳感器;所述沿墻糧堆是與墻壁距離在I?2m以內的糧食，所述頂層糧堆為與堆糧線距離I?2m以內的糧食。
[0014]所述散熱系統還包括制冷機，所述制冷機與第一風道或第二風道連通，用于降低第一風道或第二風道中空氣的溫度。
[0015]所述沿墻熱管或頂層熱管的冷卻段帶有附加翅片，沿墻熱管或頂層熱管上的附加翅片的延展方向分別垂直于沿墻熱管和頂層熱管延伸方向。
[0016]所述沿墻熱管或頂層熱管的加熱段帶有附加翅片，并且所述附加翅片為直肋，沿墻熱管或頂層熱管上的附加翅片的延展方向分別平行于沿墻熱管和頂層熱管延伸方向。
[0017]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0018]I)本發明以長短熱管耦合多級風道的方式，并結合長熱管和短熱管在糧堆沿墻位置和頂層分別布置的形式，降低平房倉糧堆中的沿墻上下糧層和頂部大面積糧層的溫度，有效改善了糧食儲存過程中出現的“熱皮”效應。
[0019]2)本發明的新型散熱溫控系統的冷氣流只流過風道，風道的橫截面積較小，風道的體積相比糧堆的體積要小，因此系統所消耗的冷氣流量相對較小，且冷氣流流過風道相比流過糧堆的通風阻力較小，所消耗的通風能耗能夠大大降低。
[0020]3)本發明中，由于外界冷氣流只在風道內流動，而不會流向糧倉內部，不會與糧堆直接接觸，因此本發明能夠避免將外界大氣中的濕度或水分或臟污顆粒帶給糧食，從而保證糧食的品質。
[0021]4)本發明的系統及裝置是將冬季或夜晚的低溫冷空氣通入風道內，通過熱管給糧堆降溫，由于氣流不與糧堆接觸，因此糧堆溫度能夠持續降低而降到很低的程度，并且不會發生“結露”或“結霜”等現象，系統的“蓄冷”能力很強，可以充分利用外界的冷量，減少制冷量，達到降低能耗的目的。
[0022]5)本發明的新型散熱溫控系統能夠通過自動溫控系統識別糧堆中的溫度相對較高的區域，獨立地開啟該區域所對應風道的鼓風機，因此具有溫度控制精準，節能效果十分明顯。
[0023]6)本發明的基于熱管技術的糧倉新型散熱溫控系統能夠較大程度地將外界的“7令量”傳遞給糧堆，使糧堆更長時間地處于低溫儲糧范圍，并且匹配精確控溫系統，糧食發生霉變和生蟲的概率大大減小，從而可以減少甚至去除目前的環流熏蒸工藝，減少磷化氫的使用次數，保障了糧倉管理員的人身安全，提高了糧食食用的健康品質。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明布置的結構原理圖；
[0025]圖2為本發明布置的側向剖視示意圖；
[0026]圖3為本發明的自動溫控系統圖。
【具體實施方式】
[0027]熱管是一種高效的傳熱部件，被稱為熱的“超導體”。熱管已成功地應用于航天器熱控制、電子設備冷卻、余熱回收、太陽能熱水器、永久凍土層的穩定以及地熱利用等具有傳熱需求的所有方面。熱管換熱器結構簡單、無動力部件，它通過管內工作介質的相變所產生的潛熱來傳遞熱量，因此相比其他技術而言，它的優勢是無需消耗額外的能量就可以實現全自動的工作，并且有很高的傳熱效率，節能效果明顯。
[0028]如圖1所示，一種基于熱管技術的高大平房糧倉新型散熱系統，包括沿墻熱管5、第一風道6、第一鼓風機7、第二風道8、第二鼓風機9、頂層熱管10和自動溫控系統等組成。沿墻熱管5靠近平房糧倉的四面墻壁的內側，沿墻熱管5的長度較長，其長度大于平房糧倉I的堆糧線3的高度。沿墻熱管5包括加熱段和冷卻段，沿墻熱管5的加熱段位于堆糧線3以下的糧堆中，一直延伸到糧堆底部附近，距糧堆底部100?200mm。沿墻熱管5的冷卻段位于第一風道6中，并且冷卻段帶有附加翅片，附加翅片的延展方向垂直于沿墻熱管5延伸方向。第一風道6沿平房糧倉I的墻壁延伸方向布置，從平房糧倉I的一側墻壁一直延伸到與之平行的另一側墻壁，如圖2中所示。平房糧倉I總共布置有4道第一風道6，靠近平房糧倉I的四面墻的內壁面。每條第一風道6的一端布置一個第一鼓風機7，鼓風機的作用是引導氣流進行流動。頂層熱管10布置在糧堆的頂部，由支架支撐，頂層熱管10的長度相比沿墻熱管5要短，頂層熱管10包括加熱段和冷卻段，其加熱段位于堆糧線3以下的糧堆中，深入長度為1-2米。頂層熱管10的冷卻段位于第二風道8中，并且帶有附加翅片，附加翅片的延展方向垂直于頂層熱管10延伸方向。本實施例中，頂層熱管10的長度等于其加熱段、冷卻段和第一風道6的高度之和。第二風道8沿平房糧倉I的寬度方向布置，從平房糧倉I寬度方向的一端墻壁一直延伸到另一端墻壁，如圖1中所示。從平房糧倉I的長度方向來看布置有多道第二風道，如圖2，每道第二風道之間的間距必須滿足平房糧倉I已有通風風扇和進出糧作業窗戶打開的要求。每條第二風道8的一端布置有一個第二鼓風機9。氣流從鼓風機進入后，只在第一風道6和第二風道8內流動，從風道的另一頭流出排向外界，不會進入平房糧倉I內。即第一風道6和第二風道8不與平房糧倉I內部連通。熱管與熱管之間的間距根據糧堆的溫度分布情況來決定，一般取I?2米。本實施例中，沿墻熱管5和頂層熱管10均沿豎直方向延伸，沿墻熱管5或頂層熱管10的延伸方向也可以根據需要與豎直方向成0°?10°。
[0029]所述沿墻熱管5和頂層熱管10的管殼采用圓管。在糧食存儲中常采用磷化氫氣體來進行殺蟲作業，因此管殼材料的選擇必須能夠抗磷化氫氣體的腐蝕，并適當考慮材料成本和加工成本因素，可以為鋼或鋁。所述沿墻熱管5和頂層熱管10的加熱段可以根據加強換熱的需要選擇焊接上附加翅片，附加翅片為直肋，附加翅片的延展方向平行于圓管的軸線方向，加熱段的附加翅片的高度相比冷卻段翅片的高度要小。沿墻熱管5和頂層熱管10的管內工質必須與所選管殼材料相匹配，兩者之間不能發生電化學反應和腐蝕。管內工質類型的選擇可以是純氨或氟利昂系列制冷劑。
[0030]如圖1和圖2所示，第一風道6的布置高度是其下底面與堆糧線3齊平，第二風道8的布置高度位于第一風道6的上方。第一風道6和第二風道8的橫截面都為長方形，風道橫截面的高度為I?1.5米，寬度為0.15?0.2米。風道橫截面積較小決定了第一鼓風機和第二鼓風機的額定風量和額定功率較小，并且風道內的壓力損失不大，因此所有鼓風機同時開啟運行所消耗的電功率也比較小。所述第一風道6和第二風道8的外面需要采用熱導率系數極低的材料，如巖棉、多孔泡沫纖維等，進行隔熱保溫處理，避免糧堆和風道直接進行熱傳遞，影響傳熱效率。每條第二風道8在平房糧倉I寬度方向的布置，需要避開糧倉現有的糧倉通風風扇16和糧倉窗戶17，不影響糧倉的普通通風和進出糧作業。
[0031]所述散熱系統還包括制冷機，當外界夜晚溫度高于20_21°C時，所述制冷機與第一風道6和第二風道8連通，用于降低第一風道6和第二風道8中空氣的溫度。制冷機可拆卸，可以在冬季不需要的時候拆卸下來。
[0032]如圖3所示，自動溫控系統包括溫度監測傳感器15和控制器，控制器包括數據采集器18、風機控制面板19和計算機20。在糧堆中、熱管表面、風道中布置有溫度監測傳感器15。所有溫度監測傳感器15連接到數據采集器18的輸入端，數據采集器18的輸出端連接到計算機20。所有的第一鼓風機7和第二鼓風機9連接到風機控制面板19的輸出端，風機控制面板19的輸入端連接到計算機20。計算機20內運行有自動溫控軟件，是整個溫控系統的大腦，根據糧堆中的溫度監測傳感器數據，自動判斷是否發出信號啟動鼓風機運行。無論是第一鼓風機7還是第二鼓風機9，彼此之間是獨立的，是并聯的電路關系。自動溫控系統的軟件能夠根據溫度監測傳感器15的測溫數據，判斷糧堆中哪個區域溫度超溫，從而開啟該區域部位所在風道的鼓風機，而其他區域的風道鼓風機無需開啟，精確控溫效果和節能效果十分明顯。沿墻糧堆是與墻壁距離在I?2m以內的糧食，頂層糧堆為與堆糧線距離I?2m以內的糧食。溫度監測傳感器15有多個:布置在沿墻糧堆內部的上、中、下層的溫度傳感器15用于測量沿墻糧堆的溫度，測量時可以取沿墻糧堆中溫度傳感器15的平均值;分散布置在頂層糧堆中層的溫度傳感器15用于測量頂層糧堆的溫度，測量時可以取頂層糧堆中溫度傳感器15的平均值;布置在沿墻熱管5的下端外表面和中段外表面的溫度傳感器15用于測量沿墻熱管5的溫度;布置在頂層熱管10的下端的外表面的溫度傳感器用于測量頂層熱管10的溫度；布置在第一風道6中和第二風道8中的進風口和出風口處的溫度傳感器分別用于測量第一風道6中和第二風道8中的風溫。
[0033]本發明的一種基于熱管技術的高大平房糧倉新型散熱系統的散熱過程如下:
[0034]I)平房糧倉I的外圍結構為磚墻或混凝土結構。太陽輻射熱2作用在糧倉的四周墻壁和糧倉的房頂。在炎熱夏天，外界環境溫度高，白天受熱輻射時間長，墻體和屋頂升溫較高，晚間氣溫下降后，墻體散熱緩慢，使倉內沿墻糧食和糧堆頂層溫度日積月累隨之升高，這樣通過冬季通風降溫的低溫糧堆就會產生“冷芯熱皮”效應，即糧堆的四周和頂層溫度較高，而中心溫度相對較低，形成糧堆冷芯區域4。
[0035]2)本發明的系統及裝置的作用是將糧堆四周和頂層的熱量帶走，從而降低其溫度，避免糧食變質。如圖1，第二鼓風機9工作，將外界的冷氣流11吹入第二風道8中，冷氣流流過頂層熱管10的冷卻段。當頂層熱管10的加熱段和冷卻段溫差達到某個值后，熱管就會自動啟動而不需要外在動力。熱管啟動后，頂層糧堆的熱量14就會進入頂層熱管10的加熱段，熱管加熱段的工質吸熱產生相變，由液態蒸發變成氣態，氣態工質從熱管下方的加熱段內部流向熱管上方的冷卻段內部。氣態工質在冷卻段遇冷放出熱量并產生相變，由氣態冷凝變成液態，液態工質在重力的作用下重新流回熱管的加熱段。頂層熱管1的冷卻段放出的熱量被冷氣流11帶走，這樣頂層糧堆的熱量14就會通過頂層熱管10的傳遞源源不斷地傳送到冷氣流11中。
[0036]2)冷氣流11在第二風道8中流過多排頂層熱管10后，由于不停地吸收熱量，最終會變成熱氣流12，并從第二風道8的出風口流出。這樣頂層糧堆的熱量14就被輸送到平房糧倉I的外面。
[0037]3)沿墻熱管5的工作原理與頂層熱管10的完全一樣。沿墻糧堆的熱量13通過沿墻熱管5的傳遞，被第一風道6中的冷氣流吸收，并最終被排放到平房糧倉I的外面。
[0038]沿墻熱管5和頂層熱管10的熱量傳遞方向只能從熱管的下方向上方傳遞，而不能逆向傳遞。因此當第一鼓風機7和第二鼓風機9停止工作，熱管的冷卻段與加熱段溫度相同或相近時，熱管停止工作，整個系統停止工作，沒有熱量的傳遞；即使外界環境溫度高于糧堆溫度，也就是熱管的冷卻段空氣溫度高于加熱段糧堆溫度時，熱管也不工作，熱量無法從風道中通過熱管向糧堆中傳遞。熱管的這種單向傳熱功能保證了糧倉糧堆溫度控制的可靠性。
[0039]4)冷氣流的來源根據季節氣候的變化而不同。當室外白天大氣溫度低于20攝氏度，即處于秋冬交替或冬春交替或整個冬季時，冷氣流直接采用外界空氣，鼓風機只需在每個月的某幾個白天工作幾個小時，其他時間都停止。當白天大氣溫度高于20攝氏度，而夜晚大氣溫度低于20攝氏度，處于春夏交替或夏秋交替時，這時平房糧倉I的外圍結構受太陽的輻射加熱開始變強，鼓風機在夜晚長時間工作，冷氣流直接采用夜晚外界空氣;通過熱管的作用，冷氣流將糧堆中的熱量帶走，較大幅度地降低糧堆的溫度，實現糧堆“蓄冷”的目的，白天鼓風機停止，糧堆將“蓄冷”緩慢釋放。處于盛夏季節時，當夜晚大氣溫度高于20攝氏度時，外界的空氣已無法用作冷氣流，冷氣流由專用制冷機提供，鼓風機在白天和夜晚都要工作幾個小時。
[0040]本發明的一種基于熱管技術的高大平房糧倉新型散熱系統的自動溫控過程如下:
[0041]I)位于平房糧倉I的糧堆中的溫度監測傳感器15獲得的糧食溫度通過數據采集器18的實時采集和多路匯總后，輸入到計算機20中。計算機20中有自動溫控軟件平臺，當溫度傳感器15測量的沿墻糧堆的平均糧食溫度高于設定的上閾值(上閾值可以為19?25°C，如白天24?25°C或夜晚19?20°C)時，自動溫控軟件發出開啟第一風道6中第一鼓風機7的信號，信號輸出到風機控制面板19，風機控制面板19中的某個第一鼓風機7開關接通電源，第一鼓風機7啟動工作。當沿墻糧堆的糧食溫度得到了降低后，溫度低于設定的下閾值(下閾值可以為14?21°C，比如白天20-21 °(:或夜晚14-15°(:)時，自動溫控軟件發出關閉第一風道6中第一鼓風機7的信號，信號輸出到風機控制面板19，風機控制面板19中的該第一鼓風機7開關斷開電源，第一鼓風機7停止工作。
[0042]2)當溫度傳感器15測量的頂層糧堆的糧食溫度高于設定的上閾值時，溫度監測傳感器15的信號就會通過反饋到計算機20中，自動溫控軟件發出開啟第二風道8中第二鼓風機9的信號，信號輸出到風機控制面板19，風機控制面板19中的某個第二鼓風機9接通電源，第二鼓風機9啟動工作。同樣當頂層糧堆的糧溫溫度降低到設定的下閾值時，自動溫控系統就會停止該區域第二鼓風機9的工作。
[0043]本發明未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知技術。
【主權項】
1.一種基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，包括沿墻熱管(5)、第一風道(6)、第二風道(8)、第一鼓風機(7)、第二鼓風機(9)和頂層熱管(10);沿墻熱管(5)在平房糧倉(I)側面墻壁的內側，沿墻熱管(5)的冷卻段在第一風道(6)中，加熱段延伸到糧堆底部;頂層熱管(10)在平房糧倉(I)的頂部，頂層熱管(10)的冷卻段在第二風道(8)中，加熱段在堆糧線(3)以下的糧堆中；第一風道(6)和第二風道(8)位于堆糧線(3)上方，第一風道(6)和第二風道(8)的兩端伸出糧倉墻壁并與外界連通;第一風道(6)的一端設有第一鼓風機(7)，第二風道(8)的一端設有第二鼓風機(9)。2.—種如權利要求1所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述頂層熱管(10)的下端深入糧堆的長度為I?2米。3.—種如權利要求1或2所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述第一風道(6)有4條，繞側面墻壁的內側一周水平布置。4.一種如權利要求1或2所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述第一風道(6)或第二風道(8)的橫截面為長方形，橫截面高度為I?1.5米，寬度為0.15?0.2米。5.—種如權利要求1或2所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述沿墻熱管(5)或頂層熱管(10)的材料為鋼或鋁。6.—種如權利要求1或2所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述第一風道(6)的下底面與堆糧線(3)平齊，第二風道(8)位于第一風道(6)的上方。7.—種如權利要求1或2所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述平房糧倉散熱系統還包括用于測量沿墻糧堆和頂層糧堆溫度的溫度監測傳感器(15);所述沿墻糧堆是與墻壁距離在I?2m以內的糧食，所述頂層糧堆為與堆糧線距離I?2m以內的糧食。8.—種如權利要求1或2所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述散熱系統還包括制冷機，所述制冷機與第一風道(6)或第二風道(8)連通，用于降低第一風道(6)或第二風道(8)中空氣的溫度。9.一種如權利要求1或2所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述沿墻熱管(5)或頂層熱管(10)的冷卻段帶有附加翅片，沿墻熱管(5)或頂層熱管(10)上的附加翅片的延展方向分別垂直于沿墻熱管(5)和頂層熱管(10)延伸方向。10.—種如權利要求1或2所述的基于熱管技術的平房糧倉散熱溫控系統，其特征在于，所述沿墻熱管(5)或頂層熱管(10)的加熱段帶有附加翅片，并且所述附加翅片為直肋，沿墻熱管(5)或頂層熱管(10)上的附加翅片的延展方向分別平行于沿墻熱管(5)和頂層熱管(10)延伸方向。
【文檔編號】G05D23/32GK105843291SQ201610286490
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月3日
【發明人】陳思員, 薛志虎, 梅文龍, 曲偉, 俞繼軍, 艾邦成
【申請人】中國航天空氣動力技術研究院