ГЕЛИОСУШИЛКА
SOLAR ENERGY DRYER

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к установкам для сушки растительной продукции, в частности винограда и фруктов.
Известна гелиосушилка (см. а.с. 1671230, М.кл. А23В 7/02, 1999, БИ 31), содержащая вертикальную камеру с теплоизолирующими стенками, основанием и перфорированным дном, крышку с вытяжной трубой, солнечный нагреватель, связанный каналом с поддонным пространством, в котором находятся аккумуляторы тепловой энергии, направляющие в сушильной камере для размещения приспособлений с продуктом, дополнительные солнечные нагреватели воздуха, имеющие светопоглощающие элементы, при этом каждый дополнительный нагреватель воздуха выполнен в виде камеры нагрева с приточным каналом во внешней стенке.
Недостатком является невысокая производительность и недостаточное качество сушки вследствие неполноты использования теплоты воздуха, нагреваемого в солнечных основном и дополнительном нагревателях из-за наличия застойных зон тепломассообмена.
Известна гелиосушилка (см. патент РФ №2212149, МПК А23В 7/02, F26В 3/28 Опубл. 20.09.2003), содержащая вертикальную камеру с теплоизолирующими стенками, основанием и перфорированным дном, крышку с вытяжной трубой, солнечный нагреватель, связанный каналом с поддонным пространством, в котором находятся аккумуляторы тепловой энергии, направляющие в сушильной камере для размещения приспособлений с продуктом, дополнительные солнечные нагреватели воздуха, имеющие светопоглощающие элементы, при этом на внутренней нижней поверхности солнечного нагревателя выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного отверстия до канала, соединяющего солнечный нагреватель с поддонным пространством, а на нижней внутренней поверхности стенки каждого дополнительного нагревателя выполнены канавки в виде концентрических окружностей.
Недостатком является снижение производительности и качества сушки при длительной эксплуатации из-за поступления в вертикальную сушильную камеру сокращающейся массы воздуха по сравнению с нормативно необходимой, что обусловлено уменьшением проходного сечения солнечного нагревателя за счет наблюдаемого накипания междисперсных твердых частиц пыли и каплеобразной атмосферной влаги, а это приводит к возрастанию аэродинамического сопротивления солнечного нагревателя и последующих снижений тепломассообменных параметров процесса сушки продукта.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированных параметров процесса сушки продукта при наличии в воздухе загрязнений в виде междисперсных твердых и каплеобразных частиц, путем устранения их налипания на внутреннюю нижнюю поверхность за счет выполнения его нижней стенки из биметалла с винтообразными канавками, которая в результате термовибрации «стряхивает» налипающие частицы загрязнений.
Технический результат по повышению эффективной сушки продукта при поступлении атмосферного воздуха, загрязненного междисперсными твердыми и парообразными частицами, и последующего прогрева за счет теплоты солнечной радиации достигается тем, что гелиосушилка, содержащая вертикальную камеру с теплоизолирующими стенками, основанием и перфорированным дном, крышку с вытяжной трубой, солнечный нагреватель, связанный каналом с поддонным пространством, в котором находятся аккумуляторы тепловой энергии, направляющие в сушильной камере для размещения приспособлений с продуктом, дополнительные солнечные нагреватели воздуха, имеющие светопоглощающие элементы, при этом каждый дополнительный нагреватель воздуха выполнен в виде камеры нагрева с приточным каналом во внешней стенке, причем на внутренней нижней поверхности солнечного нагревателя выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного отверстия до канала, соединяющего солнечный нагреватель с поддонным пространством, а на нижней внутренней поверхности стенки каждого дополнительного нагревателя выполнены канавки в виде концентрических окружностей, при этом нижняя стенка солнечного нагревателя выполнена из биметалла, причем материал биметалла со стороны внутренней поверхности солнечного нагревателя имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала со стороны наружной поверхности солнечного нагревателя.
На фиг.1 изображена принципиальная схема гелиосушилки, на фиг.2 - разрез А-А солнечного нагревателя гелиосушилки, на фиг.3 - дополнительный солнечный нагреватель воздуха, на фиг.4 - разрез В-В дополнительного солнечного нагревателя воздуха гелиосушилки. На фиг.5 - нижняя стенка солнечного нагревателя из биметалла.
Гелиосушилка состоит из вертикальной сушильной камеры 1 с теплоизолирующими стенками 2, крышкой 3 с вытяжной трубой 4, теплоизолирующим основанием 5 и перфорированным дном 6, образующим с основанием 5 поддонное пространство 7, где расположены аккумуляторы тепловой энергии 8. С камерой 1 состыкован солнечный нагреватель 9, связанный каналом 10 с пространством 7, при этом в солнечном нагревателе 9 на нижней внутренней поверхности 11 выполнены винтообразные канавки 12, продольно расположенные от входного отверстия 13 до канала 10. На боковых стенках расположены дополнительные солнечные нагреватели воздуха 14, каждый из которых состоит из камеры нагрева 15 и размещенного внутри нее вертикального светопоглощающего экрана, образованного идентичными плоскими вертикальными прямоугольными элементами 16. Последние укреплены с возможностью вращения относительно горизонтальных осей 17, расположенных по вертикали на расстоянии, равном ширине отдельного элемента 16. Элементы 16 соединены с вертикальной тягой 18, установленной с возможностью перемещения по вертикали. Камера 15 нагревателя 14, образованная стенкой 2 и параллельной ей прозрачной стенкой 19, имеет в своей нижней части 20 приточный канал 21, осесимметрично которому выполнены канавки 22 в виде концентрических окружностей. Вертикальная тяга 18 в нижней части имеет заслонку 23, поверхность которой совпадает с выходным отверстием приточного канала 21.
Камера 1 снабжена направляющими 24 для размещения приспособлений 25 с продуктом, причем в стенке 2 под направляющими 24 выполнены сквозные каналы 26, служащие для притока теплого воздуха в камеру 1 из дополнительного нагревателя 14. Основание 5 камеры 1 установлено на опорах 27.
Нижняя стенка 28 солнечного нагревателя выполнена из биметалла 29, причем материал 30 биметалла 29 со стороны внутренней поверхности 11 солнечного нагревателя 9 имеет коэффициент теплопроводности (например, алюминий с коэффициентом теплопроводности 204 Вт/м*град), см. стр.319 Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980-469 с., ил.) в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности (например, латунь с коэффициентом теплопроводности 85 Вт/м*град, см. там же) материала 31 со стороны наружной поверхности 32 солнечного нагревателя 9.
Гелиосушилка работает следующим образом.
После загрузки сушильной камеры 1 элементы 16 посредством тяги 18 устанавливаются в оптимальное положение, определяемое углом стояния Солнца над горизонтом.
Воздух, загрязненный мелкодисперсными и каплеобразными частицами, постоянно находящимися в атмосфере, поступает через отверстие 13 в солнечный нагреватель 9. В связи с тем, что атмосферный воздух на выходе из отверстия 13 внезапно расширяется, перемещаясь во внутреннюю полость солнечного нагревателя 9, наблюдается некоторое снижение температуры его, то есть проявляется эффект Джоуля - Томпсона (см.., например, стр.199 Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980 - 469 с., ил.) с интенсификацией конденсации паров атмосферной влаги, которая наряду с каплеобразными и твердыми мелкодисперсными частицами налипает на нижнюю внутреннюю поверхность 11 и, соответственно, на винтообразные канавки 12, продольно расположенные от входного отверстия 13 до канала 10. В результате проходное сечение солнечного нагревателя 9 уменьшается, увеличивая его аэродинамическое сопротивление, что в конечном итоге снижает массу поступающего атмосферного воздуха в вертикальную сушильную камеру 1 по сравнению с нормировано необходимым, а это приводит к сокращению количества продукта, подвергающегося процессу сушки из-за неравномерности обогрева атмосферным воздухом, со снижением качества обработки.
Для устранения процесса налипания загрязнений нижняя стенка 28 с винтообразными канавками 12 на внутренней поверхности 11 выполнена из биметалла 29. В этом случае по мере перемещения от отверстия 13 к каналу 10 атмосферного с загрязнениями воздуха он прогревается наряду с внутренней поверхностью 11 теплом солнечной радиации, проникающей в полость солнечного нагревателя 9. В связи с тем что материал 30 биметалла 29 имеет коэффициент теплопроводности в 2.0-2.5 раза выше, тепловой поток солнечной радиации нагревает его более интенсивно, чем идет процесс прогрева материала 31 с меньшим коэффициентом теплопроводности биметалла 29 нижней стенки 28, контактирующей как с окружающей средой в виде основания, на котором установлен солнечный нагреватель 9, так и наружного воздуха. В результате между материалами 30 и 31 возникает разность температур величиной от 5 градусов и выше, а это приводит к термовибрации (см., например, В.П.Дмитриев. Биметаллы, Пермь, 1991 - 387 с., ил.) нижней стенки 29, что практически устраняет налипание междисперсных твердых и каплеобразных частиц на внутреннюю поверхность 11 с винтообразными канавками 12, поддерживая состояние «витания» загрязнений в полости солнечного нагревателя 9. В этом случае проходное сечение солнечного нагревателя 9 останется неизменным и в канале 10 не изменяется, а в результате интенсивного нагрева внутренней поверхности 11 материала 30 биметалла 29 прогревается атмосферный воздух пограничного слоя. Тогда возникает разность плотностей между потоком атмосферного воздуха в центре солнечного нагревателя 9 (с температурой, равной температуре атмосферного воздуха, поступающего из окружающей среды) и потоком атмосферного воздуха, контактирующего с внутренней поверхностью 11 (с температурой нагрева материала 30 биметалла 29 от теплоты солнечной радиации), что способствует перемещению всей массы атмосферного воздуха по винтообразным канавкам 12, находящимся на внутренней поверхности 11, в направлении к каналу 10, закручивается, равномерно прогреваясь по всему объему в установленном под оптимальным углом к горизонту солнечном нагревателе 9, и проходит через канал 10 в поддонное пространство 7, где часть тепла отдает аккумуляторам 8, и поступает в камеру 1. В дополнительных нагревателях 14 солнечная радиация поглощается элементами 16, которые нагревают воздух, поступающий в камеру 15 через приточный канал 21. По мере прогрева воздуха изменяется его плотность, и он начинает перемещаться в нижней части 20 камеры 15 по канавкам 22. Перемещение обогреваемого воздуха по концентрическим канавкам 22 обеспечивает его последующий равномерный прогрев по всему объему камеры нагрева 15, т.е. наблюдается более эффективное использование дополнительных солнечных нагревателей 14, из которых нагретый до заданных параметров воздух через каналы 24 поступает в камеру 1, где, контактируя с направляющими 24, осуществляет сушку продукта, размещенного на приспособлениях 25.
По мере передвижения Солнца по небосводу 2-3 раза за день подвижные элементы устанавливают в оптимальное положение. В ночное время элементы 16 устанавливают в вертикальное положение, и при этом заслонка 23 перекрывает приточный канал 21. Аккумуляторы 8 отдают накопленное за день тепло высушенному продукту в камере 1.
Оригинальность технического решения заключается в поддержании эффективности сушки продукта атмосферным нагретым теплом радиации воздухом с постоянно находящимися в нем мелкодисперсными твердыми частицами пыли и каплеобразной влаги за счет устранения налипания данных загрязнений по ходу их движения путем образования термовибрации на внутренней нижней поверхности в солнечном нагревателе при выполнении его нижней стенки из биметалла, таким образом, что материал биметалла со стороны внутренней поверхности имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала со стороны наружной поверхности солнечного нагревателя.