Вакуумная гелиосушильная установка

Полезная модель относится к оборудованию для переработки сельскохозяйственного сырья, а именно для сушки плодов и овощей с целью их сохранности, и продолжительного хранения, и сохранения качества; может быть использована в сельскохозяйственном производстве, пищевой и других смежных отраслях промышленности.
Аналогом полезной модели является установка для сушки растительных материалов, которая снабжена ресивером и второй сушильной камерой, соединенной, как и первая, при помощи трубопровода со смонтированным на нем быстродействующим клапаном с ресивером, который по объему выполнен равным свободному объему сушильной камеры, а также установка снабжена теплообменником, средством для нагрева сушильного агента, холодильной машиной для охлаждения теплообменника, вакуумным насосом и шлюзовой камерой для сбора жидкости с ресивера, сушильных камер и теплообменника. Трубопроводы, соединяющие сушильные камеры с ресивером, установлены по отношению к ресиверу тангенциально, а диаметр трубопровода, соединяющего сушильную камеру с ресивером, рассчитывается по формуле, указанной в описании. Чередование импульсов вакуумного воздействия с периодическими выдержками под остаточным вакуумом растительного материала в сочетании с вакуумом и температурным режимом позволяют за короткое время 60-75 мин качественно высушить морковь, картофель, лук, перец и другие пищевые продукты (патент RU2232955C1 от 20.07.2004).
Недостатком данной установки является нагрев растительных материалов в герметично закрытой камере насыщенным соковым паром растительного сырья, что резко замедляет процесс сушки и переводит его в запаривание - варку, а также высокие энергозатраты и большие габариты размеры.
Известна гелиосушилка для сушки фруктов и овощей, включающая раму с ячейками для плотной установки лотков, над каждым из которых установлена откидная крышка, выполненная в виде рамы с укрепленным на ней светопроницаемым материалом, при этом лотки установлены под углом к горизонту, равным широте местности, и снабжены поперечными буртиками, а к днищу лотков прикреплены контейнеры, заполненные фазопереходным теплоаккумулирующим материалом, снизу сушилка открыта вентиляционными отверстиями, а сверху соединена с вытяжной трубой, в которой установлена заслонка (патент RU2216699C2 от 27.02.2003).
Недостатком данной гелиосушилки является высокая себестоимость установки, за счет использования кристаллогидратов в качестве фазопереходного теплоаккумулирующего материала, что затрудняет процесс ее эксплуатации, так как кристаллогидраты обладают способностью к переохлаждению, после которого перестают кристаллизоваться и для дальнейшей ее эксплуатации необходимо их восполнение. Необходимость расположения лотков с сырьем под углом к горизонту, равным широте местности, где эксплуатируется установка, и ориентирование их на юг, что не обеспечивает равномерного нагрева высушиваемого сырья. Возможность скатывания высушиваемого материала под действием силы тяжести к буртикам, что приводит к его слипанию.
Прототипом полезной модели является гелиосушилка растительного сырья, содержащая последовательно установленные солнечный коллектор с гравийным аккумулятором, сушильную камеру и вытяжную трубу, в сушильной камере односкатной формы, стенки которой окрашены в черный цвет, содержащей дверь для загрузки сырья, расположены сетчатые стеллажи, на которых установлены сетчатые лотки с высушиваемым сырьем, сверху она соединена с вытяжной трубой, а снизу через шибер сообщена с солнечным коллектором с гравийным аккумулятором, в верхней части которого установлена двояковыпуклая линза, заполненная водой, а в нижней для регулирования подачи воздуха установлен вентилятор (патент RU155139U1 от 25.05.2015).
Недостатком прототипа являются неудачная конструкция установки, предусматривающая строительство высокой вытяжной трубы, для создания движения нагретого воздуха внутри сушильной установки.
Задачей полезной модели является осуществление сушки плодов и овощей с использованием солнечной энергии при не вполне благоприятных погодных условиях.
Техническим результатом является снижение энергоемкости сушильной установки, позволяющее осуществлять сушку при не вполне благоприятных погодных условиях.
Технический результат достигается тем, что вакуумная гелиосушильная установка, содержащая последовательно установленные солнечный воздушный коллектор с заслонкой, в верхней наклонной части которого установлена двояковыпуклая линза-концентратор, заполненная водой, а под горизонтальной частью которого расположен гравийный аккумулятор; и вертикальную сушильную камеру, стенки которой окрашены в черный цвет, и в которой расположены сетчатые лотки с высушиваемым сырьем. При этом под наклонной частью солнечного воздушного коллектора расположены слой базальтового щебня и масляный термоаккумулятор, сушильная камера соединена с водоструйным насосом, а в гравийном аккумуляторе установлен массивный чугунный брусок, на который фокальной областью направлена двояковыпуклая линза-концентратор.
Обеспечение снижения энергоемкости достигается за счет повышения энергетического КПД заявляемой установки. Сравнение теплового баланса гелиоустановки прототипа и заявляемой установки показывает, что энергетический КПД установки горизонтально-наклонно-вертикального типа на 23% выше энергетического КПД установки наклонного типа (прототип).
На фиг. 1 представлена вакуумная гелиосушильная установка.
Вакуумная гелиосушильная установка содержит солнечный воздушный коллектор 1 с заслонкой 2, под горизонтальной частью которого расположен гравийный аккумулятор 3, а под наклонной частью - слой базальтового щебня 4 и масляный термоаккумулятор 5, сушильную камеру 6, стенки которой окрашены в черный цвет, и водоструйный насос 7. При этом в сушильной камере расположены сетчатые лотки 8 с высушиваемым сырьем, сверху она соединена с водоструйным насосом 7, а снизу сообщена с солнечным воздушным коллектором 1, в верхней наклонной части которого установлена двояковыпуклая линза 9, заполненная водой, и фокальной областью направленная на массивный чугунный брусок 10.
Вакуумная гелиосушильная установка работает следующим образом. На входе установки имеется заслонка 2, регулирующая скорость воздуха в солнечном воздушном коллекторе 1, изготовленном из радиопрозрачного стекла. Тепловая солнечная энергия через радиопрозрачное стекло нагревает расположенный под горизонтальной частью солнечного воздушного колектора гравийный аккумулятор 3, состоящий из черного гравия. Нагретый воздух переходит в наклонную часть солнечного воздушного коллектора и дополнительно нагревается от базальтового щебня 4, разогретого солнечными лучами, сконцентрированными с помощью двояковыпуклой линзы 9, заполненной водой, и фокальной областью направленная на массивный чугунный брусок 10. Затем прогретый до 65-70°С воздух поступает в сушильную камеру 6, стенки которой окрашены в черный цвет, дополнительно нагревается и проходит через сетчатые лотки 8 с высушиваемым сырьем, при этом осуществляется при этом сушка сырья. Интенсивность прохождения горячего воздуха через сетчатые лотки 8 с сырьем и принудительное вытеснение горячим воздухом насыщенного сокового пара, образовавшегося при сушке сырья, обеспечивается вакуумом глубиной 4,5±0,3 кПа от водоструйного насоса 7, что предотвращает запаривание сырья, интенсифицирует процесс сушки. Процесс удаления влаги из сырья от 80% до 20% происходит в течение 6-7 часов. Под наклонной частью солнечного воздушного коллектора находится герметичный масляный термоаккумулятор 5, заполненный отработанным растительным маслом. Он нагревается от разогретого базальтового щебня 4, сохраняет тепло, что позволяет продолжать процесс сушки даже в облачную погоду. Использование термоаккумулирующей масляной емкости позволяет экономить до 12% тепловой энергии, необходимой для процесса сушки.
Как видно из данных таблицы, заявляемая вакуумная гелиосушильная установка имеет большие преимущества в поддержании теплового режима сушки продуктов перед прототипом, за счет внесенных в конструкцию технических новшеств.
Таблица - Средние значения температур в частях сушилки (в Дагестане)
Часы дня
Средние температуры, °С
прототип
в экспериментальной сушилке
горизонтальная часть солнечного воздушного коллектора
наклонная часть солнечного воздушного коллектора
вертикальная часть (сушильная камера)
10-00
35,16
38,62
38,71
39,18
11-00
36,71
53,76
59,76
60,29
12-00
45,24
64,22
68,42
72,33
13-00
52,76
65,89
69,05
73,45
14-00
59,22
66,53
70,41
73,82
15-00
60,04
69,88
71,88
72,88
16-00
62,07
65,43
71,61
71,56
17-00
53,62
55,67
70,53
69,59
18-00
47,13
50,22
68,34
68,23
19-00
46,55
45,63
65,28
65,30
Сумма
557,05
575,85
652,99
666,63
Среднее
55,70
57,58
65,29
66,66
Исследования выполнялись с использованием оборудования ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» КубГТУ (CKP_3111), развитие которого поддерживается Минобрнауки РФ (Соглашение № 075-15-2021-679).