ГЕЛИОСУШИЛКА
SOLAR ENERGY DRYER

Изобретение относится к сушилкам, в частности к установкам для сушки растительной продукции, в частности винограда и фруктов.
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 налипания междисперсионных твердых частиц пыли и каплеобразной атмосферной влаги, а это приводит к возрастанию аэродинамического сопротивления солнечного нагревателя и последующих снижений тепломассообменных параметров процесса сушки продукта.
Известна гелиосушилка (см. патент РФ №2437541 по МПК А23В 7/02, опубл. 27.12.2011 г.), 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. 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, 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.
Недостатком данной конструкции является неэффективность работы при наличии изменяющегося движения окружающей среды над вытяжной трубой, что приводит к практическому застою воздуха в вертикальной сушильной камере и, как следствие, резко снижается производительность и качество сушки.
Технической задачей изобретения является обеспечение конвективной сушки при заданной производительности в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации путем поддержания нормированного скоростного перемещения воздуха (депрессионной воронки) над отверстием вытяжной трубы.
Технический результат по обеспечению эффективной работы в изменяющихся погодно-климатических условиях достигается тем, что гелиосушилка содержит 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, 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, 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, при этом вытяжная труба снабжена вертикальным полым валом, на котором укреплено ветроколесо с криволинейными лопастями и крыльчаткой, причем профиль верхней поверхности криволинейной лопасти ветроколеса и профиль нижней поверхности крыла крыльчатки выполнены таким образом, что образуют при совместном движении полость в виде суживающего конуса вращения, ось которого совпадает с осью вытяжной трубы, кроме того, между крыльчаткой и ветроколесом в полом валу выполнены впускные окна.
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 его 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 16 нагревателя14, образованная стенкой 2 и параллельной ей прозрачной стенкой 19, имеет в своей нижней части 20 приточный канал 21, асимметрично 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 28, 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.312, Нащокин В.В.Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980, - 469 с.,ил) в 2,0-2,5раза выше, чем коэффициент теплопроводности (например, латунь с с коэффициентом теплопроводности 85 Вт/м·град, см. там же) материала 31 со стороны наружной поверхности 32 солнечного нагревателя 9. Вытяжная труба 4 снабжена вертикальным полым валом 33, на котором укреплено ветроколесо 34 с криволинейными лопастями 35 и крыльчаткой 36. Профиль верхней поверхности 37 криволинейной лопасти 35 ветроколеса 34 и профиль нижней поверхности 38 крыла крыльчатки 36 образуют при совместном движении полость 39 в виде суживающего конуса вращения, ось которого совпадает с осью вытяжной трубы 4. Между крыльчаткой 36 и ветроколесом 34 в полом валу 33 выполнены выпускные окна 40.
Гелиосушилка работает следующим образом.
После загрузки сушильной камеры 1 элементы 16 посредством тяги 18 устанавливаются в оптимальное положение, определяемое углом стояния солнца над горизонтом. Во время эксплуатации, когда наблюдается изменение атмосферного давления или ветровое воздействие в виде «задувания» выходного отверстия вытяжной трубы 4, воздух находящийся в процессе сушки продукта в вертикальной камере 1 практически остается неподвижным, т.е. не перемещается снизу-вверх, что снижает производительность гелиосушилки и особенно качество процесса. При расположении на вытяжной трубе 4 вертикального полого вала 33 с ветроколесом 34 и крыльчаткой 36 воздух из вертикальной сушильной камеры 1 перемещается по вытяжной трубе 4 и полому валу 33 в окружающую среду. При этом часть воздуха через выпускные окна 40 поступает в полость 39 в виде суживающегося конуса вращения, образованного профилем верхней поверхности 37 криволинейной лопасти 35 и профилем нижней поверхности 38 крыла крыльчатки 36, где изменяет свою скорость. В результате движения одной части потока воздуха через выходное отверстие полого вала 33, соединенного с вытяжной трубой 1, и второй части потока воздуха, выходящего из выпускных окон 40, наблюдается скоростной перепад, что приводит к образованию вокруг ветроколеса 34 зоны разрежения (см., например, Меринков А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969. 369 с., ил.), которая способствует поддержанию постоянства скорости перемещения воздуха по высоте вертикальной сушильной камеры 1 в зависимости от изменяющихся погодно-климатических воздействий на вытяжную трубу 4. 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, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980 - 469 с., ил.) и интесификацией 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 28, 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 остается 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 продвижения Солнца по небосводу 2-3 раза за день элементы устанавливают в оптимальное положение. В ночное время элементы16 устанавливают в вертикальное положение, и при этом заслонка 23 перекрывает приточный канал 21. Аккумуляторы 8 отдают накопленное тепло высушенному продукту в камере 1.
Оригинальность технического решения заключается в обеспечении эффективной работы гелиосушилки в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации путем поддержания количества расхода воздуха, осуществляющего сушку продукта в вертикальной камере за счет создания разряжения над вытяжной трубой при снабжении ее ветроколесом и крыльчаткой, образующих суживающийся конус вращения.