СОЛНЕЧНАЯ СУШИЛКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК F26B3/28 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности, к солнечным сушилкам, и может быть использовано для сушки фруктов, овощей и другой продукции в индивидуальных и общественных хозяйствах.

Известны солнечные сушилки с камерами для высушивания продукта с искусственным протоком воздуха, выбрасываемого наружу полностью [1-4] или частично [5]
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является гелиосушилка [6] содержащая корпус, гелиоприемник с прозрачным покрытием, сушильную камеру и установленную в ней изогнутую перегородку, одна сторона которой расположена параллельно стенке камеры с образованием вертикального воздушного канала, а также с зазором друг от друга, размещенные в камере лотки для высушиваемого продукта с образованием канала для подвода и канала для отвода воздуха. В пространстве камеры, образованном изогнутой перегородкой и обращенном у гелиоприемнику, расположены лотки, а с другой стороны - вертикальный воздушный канал для рециркулирующего воздуха.

Общим недостатком как аналогов, так и прототипа является то, что воздух забирается, снаружи нагревается, проходит через высушиваемый продукт или специальные каналы и выбрасывается наружу. Это приводит к снижению эффективности работы сушилки за счет больших потерь теплоты с уходящим воздухом. Кроме этого, при проточной системе для предотвращения загрязнения высушиваемого продукта пылью и т.п. требуется хорошая фильтрация воздуха.

В основу изобретения поставлена задача создания конструкции солнечной сушилки, которая позволит более эффективно использовать солнечную энергию, уменьшить загрязнение высушиваемого продукта.

Поставленная задача решается тем, что в солнечной сушилке, содержащей корпус, гелиоприемник и сушильную камеру с установленной в ней изогнутой перегородкой, одна сторона которой расположена параллельно стенке камеры с образованием вертикального воздушного канала, а также поярусно размещенные в камере лотки для высушиваемого продукта с образованием канала для подвода и канала для отвода воздуха, корпус выполнен герметично закрывающимся одна сторона изогнутой перегородки параллельная стенке камеры установлена около задней ее стенки, а другая сторона расположена параллельно днищу камеры, лотки в камере установлены ступенчато по отношению к гелиоприемнику, а канал для подвода к ним воздуха выполнен в виде конфузора, для отвода воздуха от лотков в виде диффузора, при этом в вертикальном воздушном канале дополнительно установлено устройство для осушения воздуха в виде вертикальных трубок теплообменника.

Согласно второму варианту изобретения в расположенном над вертикальным воздушным каналом отверстие корпуса размещено устройство для осушения воздуха в виде полупроницаемой мембраны, например, плотного брезента.

Согласно третьему варианту изобретения в верхней части вертикального воздушного канала размещено устройство для осушения воздуха в виде фильтра с наполнителем из вещества поглощающего влагу, например, селикагелем.

Объединение трех технических решений в одну заявку связано с тем, что три отдельные конструкции решают одну и ту же задачу уменьшения потерь теплоты с помощью разных по конструкции устройств для осушения воздуха, которые функционально равноценны и позволяют обеспечить подачу к высушиваемому продукту осушенного чистого воздуха и не могут быть объединены в один пункт формулы изобретения.

Заявляемые технические решения отличаются от прототипа тем, что корпус выполнен герметично закрывающимся и разделенным перегородкой на сушильную камеру и устройство для осушения воздуха. Лотки размещены ступенчато и образуют канал подвода воздуха в виде конфузора и канал отвода воздуха в виде диффузора.

Эти конструктивные особенности отсутствуют у прототипа и позволяют обеспечить эффективную работу сушилки с замкнутой системой циркуляции воздуха.

Устройство для осушения воздуха по первому варианту позволяет сконденсировать на трубках влагу из воздуха и вывести ее наружу; по второму варианту полупроницаемая мембрана пропускает пары наружу за счет разности парциальных давлений пара внутри сушилки и в атмосферном воздухе; по третьему варианту пары воды поглощаются фильтром с селикагелем, и после доведения высушиваемого продукта до кондиции наполнитель регенерируется и становится готовым к дальнейшей работе.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом. Благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать солнечную сушилку с замкнутой системой циркуляции воздуха, обеспечивающей повышение тепловой эффективности и чистоты продукта.

На фиг. 1 изображена сушилка с устройством осушения циркулирующего воздуха в виде заполненных водой трубок; на фиг. 2 сушилка с устройством осушения воздуха в виде полупроницаемой мембраны; на фиг. 3 сушилка с устройством осушения воздуха в виде фильтра с селикагелем.

Солнечная сушилка на фиг. 1 содержит корпус 1, закрывающийся в рабочем состоянии герметично, с изоляцией 2, всех наружных стенок, кроме стенки 3. Стенка 3, обращенная к прозрачному покрытию 4 не изолируется. В корпусе размещена камера 5 для размещения лотков 6 с высушиваемым продуктом. Лотки размещены поярусно таким образом, что образуют к высушиваемому продукту и ступенчатый канал 8 и виде диффузора, для отвода влажного воздуха. Все лотки изготовлены одинаковыми по размеру.

У стенки корпуса сушилки, противоположной прозрачному покрытию, размещено устройство для осушения воздуха в виде трубок 9 с водой, отделенное от сушильной камеры перегородкой 10.

Вывод конденсата, стекающего с трубок, наружу осуществляется, например, с использованием сборника конденсата 11 и гидрозатвора 12.

Изображенная на фиг. 2 солнечная сушилка отличается от изображенной на фиг. 1, только конструкцией устройства для осушения воздуха, которое представляет собой полупрозрачную мембрану 21, которая отделена от камеры перегородкой 22 и водяные пары 23 из корпуса сушилки наружу. Конструктивные узлы, обозначенные позициями 13-20 аналогичны по конструкции и выполняют те же функции, что и узлы, обозначенные поз. 1-8 на фиг. 1.

На фиг. 3 изображена солнечная сушилка, которая отличается от изображенной на фиг. 1, конструкцией устройства для осушения воздуха на фиг. 1, конструкцией устройства для осушения воздуха в виде фильтра 32 с наполнителем, поглощающим водяные пары и отделенном от сушильной камеры перегородкой 33. Перегородка на фиг. 1, 2, 3 поз. 10 (22, 33) представляет собой пластину определенной формы (по чертежу), которая обеспечивает циркуляцию воздуха.

Солнечная сушилка работает следующим образом. В лотки 6 (18, 29) засыпается подлежащий сушке продукт, сушилка герметично закрывается, ориентируется прозрачным покрытием 4 (16-27) на юг.

Воздух в сушильной камере 5 (17, 28) нагревается солнечной энергией радиационно-конвективным путем от пластины гелиоприемника 3 (15, 26). За счет того, что лотки несколько выдвинуты один относительно другого, организован ступенчатый канал 7 (19, 30), который обеспечивает хорошую аэродинамику обтекания высушиваемого продукта и сохраняет постоянство скорости воздуха по высоте сушилки. Канал для прохода воздуха 8 (20, 31) после обдувания лотков расширяется к верху, обеспечивает постоянство скорости воздуха и уменьшение аэродинамического сопротивления воздушного тракта.

Увлажненный воздух поступает в устройство осушения воздуха. Один из вариантов устройства это трубки 9 с водой. Водяной пар из воздуха конденсируется на трубках, температура поверхности которых ниже температуры насыщения, стекает в сборник 11 и выводится наружу. Осушенный воздух подается к лоткам.

При конденсации паров воды из влажного воздуха уменьшается удельный объем воздуха, что приводит к уменьшению аэродинамического сопротивления и увеличению скорости циркуляции воздуха, за счет некоторого вакуумирования в устройстве осушения воздуха и подсоса дополнительного количества воздуха из сушильной камеры.

При использовании полупроницаемой мембраны 21 (фиг. 2) в качестве устройства для осушения воздуха пары воды 23 выводятся наружу за счет разности парциальных давлений водяного пара внутри сушилки и снаружи. В остальном сушилка работает также как и изображенная на фиг. 1.

Сушилка с устройством осушения воздуха в виде фильтра с наполнителем (например, селикагель), поглощающим водяные пары, изображена на фиг. 3.

Конструктивные узлы обозначены поз. 24-31 соответствуют по исполнению и функциональным особенностям узлам поз. 1-8, изображенным на фиг. 1.

Фильтр 32 с наполнителем отделен от сушильной камеры перегородкой 33, не доходящей до верха и днища корпуса.

Движущей силой, обеспечивающей циркуляцию воздуха является разность плоскостей воздуха в нижней, более холодной, и верхней нагретой части сушилки, а также уменьшение удельных объемов влажного воздуха в устройстве осушения. Причем при использовании в качестве устройства для осушения воздуха труб с холодной водой скорость циркуляции выше за счет некоторого охлаждения воздуха.

Металлические трубки с водой (например, две штуки), температура которой ниже температуры воздуха в сушилке, размещены у тыльной, неосвещенной солнцем стенки. На поверхности этих трубок происходит конденсация водяных паров из циркулирующего в замкнутом контуре воздуха, конденсат стекает по поверхности трубок в сборник конденсата и выводится через гидрозатвор наружу. Количество воды, прокачиваемое через трубки можно оценить расчетом (например, при сушке яблок).

Массовая доля влаги в яблоках [7]
W₁ 86,6%
Массовая доля влаги в сушеных яблоках [1]
W₂ 20%
Вместимость сушилки (по весу исходного продукта
G 10 кг
Количество влаги, подлежащей удалению
g_вл. G(W₁ W₂)/100 10(86,8-20)/100=6,68 кг
Время сушки [1]
τ = 12 ч = 43200 c 12ч 43200с
Количество теплоты, необходимое для выпаривания влаги
Q g_вл.•r 6,68•2500 16700 кДж,
где
r 2500 кДж/кг скрытая теплота парообразования.

Продолжительность облучения сушилки Солнцем в течение дня принимаем
τ₁= 6 ч.
Количество теплоты, выделяющейся ежедневно при конденсации влаги на трубах, которое необходимо вывести из сушилки

Повышение температуры воды в трубке
Δt_в= 20^°C.
Количество воды, которое необходимо прокачать через трубки за день работы сушилки

Таким образом, сравнительно небольшой проток воды обеспечивает конденсацию влаги и циркуляцию воздуха.

Данные конструкции обладают следующими преимуществами.

1. Повышается тепловая эффективность солнечной сушилки. При разомкнутой системе работы сушилки (прототипа) отработанный влажный воздух удаляется в атмосферу, а в предложенной обеспечена герметичность конструкции и замкнутый контур циркуляции воздуха, что сохраняет теплоту воздуха.

2. Растет скорость циркуляции воздуха в сушилке и, следовательно, скорость сушки. В устройстве осушения воздуха происходит удаление паров воды, при этом уменьшается удельный объем воздуха (и уменьшается аэродинамическое сопротивление). При уменьшении удельного объема воздуха в устройстве осушения воздуха происходит некоторое вакуумирование и подсос дополнительного количества влажного воздуха из сушильной камеры, что приводит к усилению циркуляции воздуха, лучшему обдуванию высушиваемого продукта и увеличению скорости сушки.

3. Обеспечивается чистота высушиваемого продукта за счет циркуляции воздуха по замкнутому контуру. Происходит некоторое вакуумирование и подсос дополнительного количества влажного воздуха из сушильной камеры, что приводит к усилению циркуляции воздуха, лучшему обдуванию высушиваемого продукта и увеличению скорости сушки.

3. Обеспечивается чистота высушиваемого продукта за счет циркуляции воздуха по замкнутому контуру.

Использование: в гелиотехнике, в частности в солнечных сушилках для сушки фруктов, овощей и другой продукции в индивидуальных и общественных хозяйствах. Сущность: солнечная сушилка содержит корпус 1, закрывающийся в рабочем состоянии герметично, с изоляцией 2 всех наружных стенок, кроме стенки 3. Стенка 3, обращенная к прозрачному покрытию 4, не изолируется. В корпусе размещена камера 5 для размещения лотков 6 с высушиваемым продуктом. Лотки размещены таким образом, что образуют ступенчатый канал 7 в виде конфузора для подвода воздуха к высушиваемому продукту и ступенчатый канал 8 в виде диффузора для отвода влажного воздуха. У стенки корпуса сушилки, противоположной прозрачному покрытию, размещено устройство для осушения воздуха в виде трубок 9 с водой, отделенное от сушильной камеры перегородкой 10. Вывод конденсата, стекающего с трубок, наружу осуществляется, например, с использованием сборника конденсата 11 и гидрозатвора 12. В качестве устройства для осушения воздуха может служить также мембрана (например, из плотного брезента), пропускающая водяной пар из воздуха сушилки наружу, либо фильтр с наполнителем, поглощающим водяные пары (например, селикагель). 3 ил.

1. Солнечная сушилка, содержащая корпус, гелиоприемник и сушильную камеру с установленной в ней изогнутой перегородкой, одна сторона которой расположена параллельно стенке камеры с образованием вертикального воздушного канала, а также поярусно размещенные в камере лотки для высушиваемого продукта с образованием канала для подвода и канала для отвода воздуха, отличающаяся тем, что корпус выполнен герметично закрывающимся, одна сторона изогнутой перегородки, параллельная стенке камеры, установлена около задней ее стенки, а другая сторона расположена параллельно днищу камеры, лотки в камере установлены ступенчато по отношению к гелиоприемнику, а канал для подвода к ним воздуха выполнен в виде конфузора, для отвода воздуха от лотков в виде диффузора, при этом в вертикальном воздушном канале дополнительно установлено устройство для осушения воздуха в виде вертикальных трубок теплообменника. 2. Солнечная сушилка, содержащая корпус, гелиоприемник и сушильную камеру с установленной в ней изогнутой перегородкой, одна сторона которой расположена параллельно стенке камеры с образованием вертикального воздушного канала, над которым в стенке корпуса выполнено сообщающееся с атмосферой отверстие, а также поярусно размещенные в камере лотки для высушиваемого продукта с образованием канала для подвода и канала для отвода воздуха, отличающаяся тем, что корпус выполнен герметично закрывающимся, одна сторона изогнутой перегородки, параллельная стенке камеры, установлена около задней ее стенки, а другая сторона расположена параллельно днищу камеры, лотки в камере установлены ступенчато по отношению к гелиоприемнику, а канал для подвода к ним воздуха выполнен в виде конфузора, для отвода воздуха от лотков в виде диффузора, при этом в расположенном над вертикальным воздушным каналом отверстии корпуса размещено устройство для осушения воздуха в виде полупроницаемой мембраны, например, плотного брезента. 3. Солнечная сушилка, содержащая корпус, гелиоприемник и сушильную камеру с установленной в ней изогнутой перегородкой, одна сторона которой расположена параллельно стенке камеры с образованием вертикального воздушного канала, а также поярусно размещенные в камере лотки для высушиваемого продукта с образованием канала для подвода и канала для отвода воздуха, отличающаяся тем, что корпус выполнен герметично закрывающимся, одна сторона изогнутой перегородки, параллельная стенке камеры, установлена около задней ее стенки, а другая сторона расположена параллельно днищу камеры, лотки в камере установлены ступенчато по отношению к гелиоприемнику, а канал для подвода к ним воздуха выполнен в виде конфузора, для отвода воздуха от лотков в виде диффузора, при этом в верхней части вертикального воздушного канала размещено устройство для осушения воздуха в виде фильтра с наполнителем из вещества, поглощающего влагу, например силикагелем.