СПОСОБ ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА В ЕМКОСТИ Российский патент 2020 года по МПК A01F25/14 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности для хранения зерна и может быть использовано для хранения пшеницы, ржи, гречихи крупы, овса, гороха, кукурузы, риса и других продуктов питания.

Улучшения качества хранящегося зерна прохождением воздуха сквозь массу зерна путем всасывания (отрицательное давление) или, выталкивания (избыточное давление). Для достижения охлаждения, насколько возможно однородно и быстро, конструкция системы аэрации должна обеспечить настолько равномерное распределение воздуха в массе зерна, насколько возможно.

Даже с наилучшими системами аэрации, однако, проблемы все-таки еще проявляются для повышения стойкости при хранении высушенного зерна, а также качество с зараженностью зерна вредителями. Такие проблемы развиваются и усугубляются со временем хранения зерна, где зерно хранится в герметичном металлическом корпусе, который помещают в закрытое помещение в зимнее время. Воздушное температурное пространство в нем меняется, снаружи стенки металлического (оцинкованного) хранилища зерна остывают, а внутри образуется тепло, в результате чего образуется разница в температурах, а значит, образуется внутри емкости корпуса конденсат, т.е. отсутствует теплообменная поверхность или она недостаточно теплоизолированная, в частности в зимний период при резких перепадах минусовых температурах, а также, когда зерно длительно хранится в закрытом корпусе. Внутри образуется конденсат в виде капелек, которые смачивают у стенок и дна высушенное зерно, т.е. конденсат накапливается от металлических (оцинкованных) стенок корпуса зернохранилища. Наряду с этим показателями для фермерских хозяйств особое значение приобретает стоимость, надежность и простота обслуживания, а в зимнее время большая производственная площадь под хранение.

Известно зернохранилище, служащее для массовой приемки зерна (пшеницы, ржи) и выполненное из железобетона (Патент RU №2027341, A01F 12/60, A01F 25/08 от 27.01.1995).

Загрузка его ведется элеваторами, или же должно выполняться периодическое проветривание зерна, что очень трудоемко и неэффективно, так как впитывает из атмосферного воздуха с переменной относительной влажностью, именно поэтому длительное хранение зерна (более чем один год) в элеваторных зернохранилищах, как наиболее современных и совершенных, невозможно и часты случаи, когда зерно прорастает, ввиду наличия в нем излишней влаги и кислорода (воздуха), а, прорастая, оно нагревается и портится.

Известно хранилище зерна, содержащее герметизированную емкость вакуум-прочной конструкции, соединенную со средствами вакуумулирования (Л.А. Триснятский и др. «Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов», изд-3, переработанное и дополненное. М.: Колос, с. 169-171, 1983).

Недостатком данного технического решения является трудоемкость работ по обеспечению вакуума в пределах данной конструкции, что требует заглубления хранилища в грунт и дополнительных объемов работ, связанных с этим.

Известно, что периоды постоянной скорости сушки определяют по динамике изменения влажности обрабатываемого материала в зависимости от времени сушки и хранения, где время выражается как W=f(T) (Лыков А.В. Теория сушки/А.В. - М.: Энергия, 1968, - 471 с.), однако этот способ невозможно осуществить при сушке сыпучих влажных материалов в вакуумной сушильной установке, так как измерение влажности материала в условиях вакуума проблематично.

Для аналога можно привести известный способ автоматического регулирования процесса сушки, включающий регулирование процесса сушки в трехзонной сушилке, содержащее датчики температуры и нагрева зерна в каждой из сушильных зон, влагомер зерна на входе в сушилку и влагомер на выходе зерна сушилки, причем дополнительно регулируют температуру теплоносителя в каждой из зон и контролируют экспозицию сушки по температуре зерна на выходе из зон, а по величине влагосъема контролируют температуру в каждой из зон (Авторское свидетельство SU №1483218, F26B 25/22 от 30.05.1989).

Недостатком данного способа является то, что процесс контроля осуществляется лишь частично на конечной стадии при выгрузке после сушки. Также невозможно использовать данный способ в вакуумных сушильных установках.

Из патентных материалов в качестве прототипа принято зернохранилище, так как совпадает с заявленным техническим решением по большинству существенных признаков, включающее герметезированную емкостъ вакуумировочной конструкций, соединенную со средствами вакуумирования, при этом емкость образована из установленного на опорах цилиндра, сверху и снизу замкнутого конуса, с патрубками, шиберами и металлотканым адсорбартором, при этом стенки цилиндра и конусов выполнены из легких трехслойных предварительно раскроенных и склеенных панелей вакуумировочной конструкции, а средства вакуумирования выполнены в виде электровакуумного насоса, закрепленного на верхнем конусе емкости и связанного с ветрогенератором, либо фотоэлектробатареями, перерабатывающими радиацию в электрический ток, а также вакуумпровода с шибером для приемки зерна и вакуумметра (Патент RU №2122313, A01F 25/08, A01F 12/60, A01F 25/16 от 27.11.1998).

Недостаток аналога (прототипа) - снижение качества хранения просушенного зерна из-за отсутствия возможности качественного прогрева внешней поверхности установленной на опоре емкости путем осуществления вентиляции теплым воздухом внутри полости между наружным слоем панели и внутреннем слоем панели, где расположен огнестойкий материал. Кроме того, когда средний слой выполнен из пористого материала, т.е. корпус состоит из многослойного материала, а значит большой перерасход материала и трудоемкость изготовления. Другим недостатком является снижение качества сушки из-за отсутствия возможности управлять сохранением потока зерна в зависимости от параметров влажности и внешней среды, и регулирования температуры нагрева стенок и дна корпуса конструкции с целью оптимизации сушки (начала и конца хранения зерна)) и повышает риск на дне скапливания влаги за счет отсутствия обдувки тепловой энергии воздухом при его прохождении в замкнутой полости многослойного материала, т.е. невентилируемой полости усложняет поддержание высушенного зерна и, как следствие, отличающееся во времени всего периода его хранения,

В качестве примера следует привести то, что зернистый материал при исследовании возможности применения способа определения период сушки и хранения зерна в вакуумных сушильных установках с температурой нагрева внутри не должно зерно иметь повышенную температуру выше 50°С, так как это приводит к снижению качества готового материала. В связи с этим регулирования внутри полости многослойного материала и совмещения его хранения с регулированием температуры внутри полости для нагрева внутреннего слоя панели равномерно, учитывая толщину стенок его, для заданных параметров зернистого материала внутри корпуса сушителя, является необходимостью учитывать данную связь, а оно осуществимо только зная моменты начала наступления конденсата от стенок металлических внутри корпуса. Поэтому, чтобы преодолеть этот нежелательный природный эффект, необходимо удаления полученной свободной влаги при хранении готового зерна (период высушенного зерна падающей скорости сушки). Таким образом, необходимо равномерное прогревание внутренних стенок корпуса хранения зерна заданной высоты слоя. Вентилятор малой мощности, который обдувает стенки теплым воздухом внутри полости теплоизолирующего слоя нагревательный элемент, соединенный с входом блока управления и с персональным компьютером для передачи показателей температуры и влажности, и этой связи. Эти величины можно установить на основе при лабораторных исследованиях в зависимости от температуры зерна в емкости при установке датчика температуры и влажности. Таким образом, это приводит к повышению эффективности работы способа хранения зерна в установке.

Таким образом, для получения качественного готового сохранного материала и снижения, связанных с этим излишней влажности, образующейся от стенок корпуса, необходимо своевременное получение информации о динамике процесса хранения зерна в процессе сушки. А это значит, нужен новый способ хранения зерна, что позволит зафиксировать момент начала образования конденсата на стенках и дна корпуса зернохранилища (свободной влаги) и вовремя скорректировать температурные параметры хранения высушенного зерна.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержания нормированной энергоемкости процесса в замкнутой полости двухслойной емкости в условиях изменяющихся температурных режимах атмосферы воздуха, т.е. при хранении зерна в условиях отрицательных температур в помещениях, повышения надежности и безопасности хранения зерна.

Технический результат достигается тем, что в способе хранения зерна в емкости, предусматривающий использование герметичной емкости, в которой хранят зерно, со средствами вакуумирования, согласно изобретения, емкость выполняют двухслойной из внешнего теплоизолирующего слоя и внутреннего слоя, между которыми располагают нагревательный элемент, закрепленный на пластине нагрева с изолирующими стержнями, которые закрепляют к наружным стенкам внутреннего слоя, причем внутри между стенками внешнего теплоизолирующего слоя и внутреннего слоя дополнительно обеспечивают обдув теплым воздухом посредством вентилятора малой мощности.

Кроме того, заданный температурный режим в полости между двухслойными стенками емкости поддерживают с помощью терморегулятора, расположенного со входом в блоке управления, выход которого подключают к нагревательному элементу.

Кроме того, в полости сушильной емкости устанавливают датчик температуры и влажности, выход которого соединяют с блоком управления.

Кроме того, блок управления может быть подключен к персональному компьютеру для передачи показателей температуры и влажности.

Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что снабжение полости между двумя слоями емкости интенсифицирует процесс дополнительно снабженным нагревательным элементом и вентилятором воздуха, связанных с терморегулятором встроенным в блок управления, и это позволяет равномерно заполнять полость теплым вентилируемым воздухом в замкнутом пространстве, что приведет к повышению эффективности работы устройства, кроме того, непосредственно в вакуумной сушильной емкости корпуса устанавливают датчик температуры и влажности зернового материала, позволяющий непрерывно контролировать изменение этих величин в зернистом материале и соединяют выходом входом блока управления, выход которого подключают к нагревательному элементу с обдувом вентилятора, и блок управления подключают к персональному компьютеру для передачи температуры и влажности, и связывают с температурой самого нагревательного элемента на плите нагрева.

Промышленная применимость обусловлена тем, что способ хранения зерна в емкости работоспособен и возможно его применение в процессах сушки и хранения зерна в емкости.

Изобретение поясняется чертежом. Приведена схема, поясняющая способ хранения зерна в емкости.

Программируемый терморегулятор для обогрева с жидкокристаллическим экраном (блок управления не показан с раскрытием объясняющих на нем символов - например, режим программы, индикатор событий, время температуры установки и др. кнопки).

Для осуществления способа хранения зерна в емкости выполняют в виде сборной цилиндрической емкости 1, образованной из установленной на опоре 2, снизу и сверху замкнутого конусов 3 и 4, снабжают нижним патрубком 5 с шибером 6 и верхним патрубком 7 с шибером 8, ниже устанавливают металлотканый адсорбатор 9,

электровакуумный насос 10, вакуум-провод 11, загрузочный бункер 12. У конуса 3 размещают нижний патрубок 5 с шибером б.

Герметичную емкость 1 выполняют из металла, оцинкового железа и т.п. Емкость выполняют из внешнего теплоизолирующего слоя 13 и внутреннего слоя 14, между которыми закрепляют с изолированными стержнями 15 пластину нагрева 16 с нагревательным элементом 17. Кроме того, нагревательный элемент 17 снабжают вентилятором (не показан, наподобие обогревателя настольного) с обдувом пластины нагрева 16 и соединяют с входами блока 18 управления с терморегулятором и с управлением температуры внутри полости между двумя слоями 13 и 14. Также емкость 1 внутри снабжают измерителем 19 температуры и влажности, как контрольный датчик, и соединяют с входом блока 18 управления температуры и влажности зерна и подачи сигнала на персональный компьютер 20. Таким образом, не допущения конденсата (влаги) стенок и дна конуса емкости 1 при хранении и сушки зерна.

Блок панели управления в виде программируемого терморегулятора для нагревательного элемента 17 с жидкокристаллическим экраном (не показан) основан на программируемым терморегуляторе для систем обогрева с жидкокристаллическим экраном и включает: режим антизамерзания, режим-программа, ручной режим, индикатор события, время (установки температуры), текущий темпер, день недели, нагрев включения, блокировка кнопки меню, кнопка «Верх/плюс», датчик температуры воздуха, кнопка «Вниз/минус», кнопка «ВКЛ/ВЫКЛ». Технические характеристики блока 18 управления: напряжение ~220 В (возможно 110 В ~ 14 В); потребляемая мощность 2 Вт; диапазон температур 50°С-90°С; переключение дифференциал 0,5°С; температура монтажа 5°С; уровень защиты корпуса LP20; материал корпуса - негорючий пластполимер. Датчик 19 температуры и влажности зерна подключают через провод. Функция управления: ручной режим - все программные установки не действуют, терморегулятор постоянно поддерживает заданную температуру; программируемый режим - сутки разделяются на шесть периодов и терморегулятор работает автоматически по заданным температуре и времени. Кроме того, имеется комфортный режим, где температура может быть временно изменена для текущего периода суток. При наступлении следующего периода терморегулятор самостоятельно вернется из комфортного режима в программируемый.

Стандартные терморегуляторы рекомендуются для управления системами электрического и водного обогрева. Функция недельного программирования дает возможность разделить сутки на шесть периодов и автоматически температуру в каждом периоде, т.е. можно выбрать «ручной» или «комфортный» режим.

При этом блок управления 18 соединяют по линии связи с персональным компьютером 20 в режиме «online». По сигналу с компьютера 20 по линии связи включают или выключают блок 18 управления, при этом в емкости 1 с зерновым материалом при высушенном зерне, например, сухого посевного зерна, заданной влажностью до 13-14%, выдерживают до заданной величины вакуумирования, устанавливаемой системой автоматики известного заранее данного зернового материала (например, пшеницы) от прогнозируемой интенсивности дыхания этого зерна в течение всего периода его хранения, заведенного в программу персонального компьютера 20 для предельно допустимой концентрации хранения зерна в регулируемой газовой среде, а это в свою очередь также связано с нагревом теплого воздуха с обдувом вентилятором (не показан) пластины нагрева 16 нагревателем элементом 17, которые связаны с входом блока 18 управления температуры внутри замкнутой полости между двумя слоями 13 и 14 корпуса емкости 1.

Таким образом, от компьютера 20 поступает сигнал на блок 18 управления, в результате этого включается или отключается нагрев нагревательного элемента 17 и вентилятора (не показан).

Для получения информации о хранении высушенного зерна и сохранения его качественного готового зерна (материала) и снижения энергетических затрат необходимо своевременное получение информации о динамике процесса хранения и сушки. Предлагаемый способ позволит зафиксировать момент начала и отключения появления конденсата на стенках и дна корпуса внутреннего слоя 14 емкости, и начала возможного удаления вакуум-насосом испарения связанной с этим накоплением влаги, и скорректировать температурные параметры сушки в вакуумном сушильном устройстве (установке). А значит, можно будет, построит график зависимости изменения электрического подключения к нагревательному элементу 17, закрепленного к пластине нагрева 16, которую обдувает вентилятор (не показан), получаемый теплый воздух в полости между двумя темплоизолируемых слоев 13 и 14 по замкнутому контуру, при этом не допускать перегрева зернистого материала.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале при заполнении зерном зернохранилища в виде емкости 1 через бункер 12, либо вакуум-провод 11, закрывают шибер 6, после заполнения закрывают шибер 8 и включают электровакуум-насос 10 и выключают электровакуум-насос (создание вакуума проверяется вакуумметром - не показано).

Работа зернохранилища обеспечивается согласно качественной и правильной работы блока управления 18, связанного как с нагревательным элементом 17 с пластиной нагрева 16 и с вентилятором (не показан), так и с персональным компьютером 20, а также обслуживание в соответствии с правилами руководства по эксплуатации программируемого терморегулятора в блоке 18 для систем обогрева с жидкокристаллическим экраном, с соблюдением норм техники безопасности.

В связи с этим необходимо иметь возможность нагревать пластину нагрева 16 с нагревателем 17, далее обдув вентилятором (не показан), теплый воздух который обеспечивает циркуляцию в замкнутой полости между стенками внешнего теплоизолирующего слоя 13 и внутреннего слоя 14. Терморегулятор в блоке 18 управления поддерживает заданный температурный режим на нагрев воздуха между слоями 13 и 14. На протяжении всего процесса замкнутая полость между слоями 13 и 14 предусматривает подогрев циркулирующего воздуха от действия работы вентилятора обдува в холодный период времени года при хранении в закрытых складских помещениях зернового материала, для чего включают нагревательный элемент 17, закрепленный на пластине нагрева 16 с вентилятором (не показан), который связан с работой, также с блоком управления 18 и с персональным компьютером 20, учитывая показания измерителя 19 температуры и влажности зернового материала, как контрольный датчик.

Даже в сухом зерне, размещенном в воздухе емкости, имеется некоторое количество водяных паров, чтобы при этом учитывать и относительную влажность воздуха, составляющую несколько процентов. Таким образом, необходимо учитывать конденсацию паров воды из воздуха, даже в граммах в некотором объеме зерна, которое хранится продолжительное время, соответственно, это меняется от способов его хранения и для условий, который при этом может быть в реальных конкретных случаях. При этом контакты греющих элементов через провод подключают к блоку управления 18 и связи с компьютером 20, а сами контакты греющих элементов изолированы от стенок слоев 13 и 14, так как нагревательный элемент 17 с пластиной нагрева 16 изолировано, подвешены (закреплены) к изолированным стержням 15.

Для достижения положительного эффекта (отсутствия конденсата внутри зернового материала) при хранении зерновых культур предложенным способом важно, чтобы состав газовой смеси в емкости оперативно отслеживался. Это возможно при использовании технически создаваемого нагретого воздуха устройствами в полости между слоями 13 и 14 корпусов емкости с использованием датчика измерителя 19 температуры и влажности, алгоритмы которых вводятся в персональный компьютер 20, т.е. процесс автоматизирован и легко управляем. Таким образом, получив внутренние стенки слоя 14 тепло, и образующий конденсат внутри емкости 1 превращается в теплый пар, и поднимается вверх, где установлен датчик 19 температуры и влажности, последний срабатывает и передает сигнал своим выходом на вход блока управления 18, а сам он связан дополнительно с компьютером 20. Таким образом, зерно в емкости контролируют датчиком 19. Сама сушильная емкость после полного высушивания зернового материала проверяется также вакуумметром (не показан). Оптимальная влажность зерна, которого не должна превышать 13-14% и поддерживают в течение времени, необходимого для данной относительной влажности зерна до заданного значения. При этом следует учитывать, что цикл может повторяться и зависит от блока управления 18 и связи с компьютером 20 (или в ручную) в системе работы нахождения в хранилище помещения. С течением времени сушки и хранения могут быть получены данные по изменению образования конденсата в зерновом пространстве, контролируемого датчиком температуры и влажности 19. Имеется возможность управлять процессы не только сушки, но и хранения зерна, что особенно важно не только для кормопроизводства, но и для посадочного материала, т.е. повысить качество зерна посевного (материала) до уровня 1 класса по всхожести, позволяющее внедрение в производство.

Предложенное изобретение позволит исключить образование конденсата в холодное время года в помещениях хранения. Емкость выполняют двухслойной обшивкой корпуса, в полости между которыми подвешена (закреплена) пластина нагрева на изолированных стержнях с нагревательным элементом, с обдувом их с помощью вентилятора воздуха, т.е. вентилируемого теплого воздуха внутри замкнутой полости между слоями 13 и 14 емкости. А это, в свою очередь, увеличивает эффективность работы сушильной емкости с теплоизолирующими многослойными слоями внутри с элементами нагрева; ликвидируя конденсат стенок корпуса емкости. А это позволяет исключить потери зерна от плесновения в процессе хранения и использовать, как в кормопроизводстве, так и для посева, продажи и т.д., а сохранение заданной влажности зерна сохраняет его на данный период хранения величин. Снижается риск образования конденсата влаги внутри емкости, за счет теплового воздушного экрана внутри между слоями корпуса емкости, при этом при сохранении разряженной атмосферы внутри емкости изменяются условия конденсации влаги, разряжение атмосферы снижает значение точки Р_росы, при этом, количество воздуха, поступающего в емкость не велико, так как используются нагревательные элементы с обдувом их вентилятором - создание кольцевого (замкнутого) перемещения теплого воздуха.

Использование предлагаемого способа хранения зерна в емкости в любом складском помещении в виде ряда модулей, легко реализуется. Такая совокупность всех элементов позволяет устранить влияние конденсата в зерновом материале, обеспечивает практически полную автоматизацию процессов и улучшает условия труда обслуживающего персонала по хранению зернового материала по сравнению с прототипом.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в поддержании циркуляции внутри слоев нагретого воздуха в замкнутом состоянии и нормированных энергозатрат на нагрев вентилируемого воздуха в условиях изменяющихся температурных воздействий окружающей среды, путем поддержания заданной влажности в зерновом материале емкости от экранирующей нагревательной пластины с нагревательным элементом и обдувом их вентилятором. Способ может найти широкое применение в сельском хозяйстве для сохранения его высокого качества.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ хранения зерна в емкости предусматривает использование герметичной емкости, в которой хранят зерно, со средствами вакуумирования. Емкость выполняют двухслойной из внешнего теплоизолирующего слоя и внутреннего слоя, между которыми располагают нагревательный элемент, закрепленный на пластине нагрева с изолирующими стержнями, которые закрепляют к наружным стенкам внутреннего слоя. Внутри между стенками внешнего теплоизолирующего слоя и внутреннего слоя дополнительно обеспечивают обдув теплым воздухом посредством вентилятора малой мощности. Изобретение обеспечивает повышение эффективности хранения зерна в емкости за счет обеспечения равномерного перемещения нагретого теплого воздуха в замкнутой полости между двумя слоями емкости и снижение риска образования конденсата на стенках и дне емкости. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ хранения зерна в емкости, предусматривающий использование герметичной емкости, в которой хранят зерно, со средствами вакуумирования, отличающийся тем, что емкость выполняют двухслойной из внешнего теплоизолирующего слоя и внутреннего слоя, между которыми располагают нагревательный элемент, закрепленный на пластине нагрева с изолирующими стержнями, которые закрепляют к наружным стенкам внутреннего слоя, причем внутри между стенками внешнего теплоизолирующего слоя и внутреннего слоя дополнительно обеспечивают обдув теплым воздухом посредством вентилятора малой мощности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заданный температурный режим в полости между двухслойными стенками емкости поддерживают с помощью терморегулятора, расположенного с входом в блоке управления, выход которого подключают к нагревательному элементу.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в полости сушильной емкости устанавливают датчик температуры и влажности, выход которого соединяют с блоком управления.

4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что блок управления может быть подключен к персональному компьютеру для передачи показателей температуры и влажности.