ЛАБОРАТОРНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ С КОМБИНИРОВАННЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к учебно-исследовательским стендам и может быть использована для проведения лабораторных исследований по курсам «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии», «Физика», «Термодинамика», «Общая экология» и др., для учебных, исследовательских и демонстрационных целей, а также для изучения физических процессов преобразования солнечной энергии.
Известны учебно-исследовательские стенды для экспериментального изучения характеристик солнечных элементов - полезная модель «Лабораторно-исследовательский стенд для изучения характеристик батареи солнечных элементов» (RU №75759 от 20.08.2008). Данный стенд позволяет проводить исследования в области фотоэлектричества.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является устройство, применяемое в качестве лабораторного стенда для изучения характеристик солнечного воздушного коллектора - полезная модель «Лабораторно-исследовательский стенд для изучения характеристик солнечного воздушного коллектора» (RU №107377 от 10.08.2011).
Лабораторно-исследовательский стенд для изучения характеристик солнечного воздушного коллектора содержит источник света, закрепленный на подвижном штативе Г или П-образной формы, основание установки (ДСП), солнечный воздушный коллектор, вентилятор, панель управления.
Недостатком данных стендов является то, что на них нет возможности изучать процессы сушки влажных материалов и исследовать характеристики процессов комбинированного (теплового и фотоэлектрического) преобразования солнечной энергии.
Задачей полезной модели является создание стенда, с помощью которого в отличие от аналога, в дополнение к изучению характеристик солнечного теплового коллектора, будет возможным изучение процессов сушки влажных материалов и процессов комбинированного преобразования солнечной энергии.
В результате использования предлагаемой полезной модели появляется возможность определять эффективность сушки при принудительной и естественной конвекции воздуха, изучать особенности комбинированного преобразования солнечной энергии (фотоэлектрический модуль и солнечный коллектор). Также, на данном стенде, имеется возможность, измерять скорость сушки влажных материалов в зависимости от угла наклона солнечного коллектора. Угол наклона солнечного коллектора меняется за счет изменения высоты положение сушильной камеры.
В результате использования предлагаемого лабораторно -исследовательского стенда можно изучить следующие характеристики:
- скорость сушки материалов при различных температурах;
- скорость сушки материалов при различной скорости воздушного потока;
- скорость сушки при естественной и принудительной конвекции воздуха;
- температуру воздуха на входе и выходе из коллектора;
- влажность воздуха на входе в воздушный коллектор;
- влажность воздуха в сушильной камере;
- распределение температур вдоль воздушного потока при изменении скорости потока;
- время зарядки и разрядки аккумулятора теплоты;
- время зарядки и разрядки электрического аккумулятора;
- вольт - амперные характеристики солнечного модуля;
эффективность различных видов прозрачных покрытий для солнечного коллектора.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что лабораторно-исследовательский стенд для изучения процессов сушки влажных материалов с комбинированным преобразованием солнечной энергии, содержащий источник света, закрепленный на подвижном штативе Г или П-образной формы, солнечный коллектор, измерительные приборы и основание стенда, дополнительно содержит фотоэлектрический модуль установленный в солнечном коллекторе, сушильную камеру расположенную на основании стенда и соединенную с солнечным коллектором, вентилятор на входе в солнечный коллектор, контрольно-измерительный прибор на основании стенда, аккумулятор тепла в основании сушильной камеры, контроллер заряда соединенный с электрическим гелиевым аккумулятором, электронные весы установленные возле сушильной камеры.
Предлагаемый стенд дополнен следующими элементами: двумя галогеновыми лампами мощность 500 Вт, фотоэлектрическим солнечным модулем мощностью 12 Вт марки МСВ-12, контроллер заряда аккумуляторной батареи (АБ) с широтно-импульсной модуляцией ЕРНС 12/24 10А, электрический гелиевый аккумулятор DJW 12-12, датчик влажности, контрольно-измерительным прибором ОВЕН ТРМ-148, аккумулятором теплоты из глауберовой соли, сушильной камерой, электронными весами SIMA-SCALE дискретностью 0,01 г. и радиальным вентилятором.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4.
На фиг.1 представлена общая схема лабораторного исследовательского стенда, для изучения процесса сушки влажных материалов комбинированным преобразованием солнечной энергии (вид сверху).
На фиг.2 - схема лабораторного стенда, вид сбоку без галогеновых ламп и штатива.
На фиг.3-подвижный штатив П-образной формы, с имитатор солнечного излучения вид сбоку.
На фиг.4 - подвижный штатив Г-образной формы вид сбоку.
Предлагаемый лабораторно - исследовательский стенд для изучения процессов сушки влажных материалов с комбинированным преобразованием солнечной энергии (фиг.1) состоит из: прямоугольного основания 1 изготовленного из ДСП, штатива Г или П-образной фрмы в виде никелированных труб 2 расположенных на основании стенда, крепления 3 для соединения штатива с галогеновыми прожекторами 4, воздушного солнечного коллектора 5 соединенного с сушильной камерой 6 и вентилятором 7, вакуумированного стекла 8 служащего покрытием коллектора, абсорбера (поглощающей пластины) 9 в виде металлической пластины окрашенной в черный цвет и расположенного в коллекторе, контроллера заряда 10 осуществляющего заряд гелиевого электрического аккумулятора 11 от фотоэлектрического модуля 12 установленного в коллекторе под прозрачным покрытием, заслонки 13 регулирующей направление потока нагретого воздуха установленной в нижней части сушильной камеры, аккумулятора тепла 14 для работы в ночной период времени установленного в сушильной камере, поддонов для загрузки влажного материала 15 в сушильную камеру, контрольно-измерительного прибора 16 расположенного на основании стенда, датчика влажности 17, термопар ДТС014-50М 18 измеряющих температуру воздуха на входе в солнечный коллектор, в трех точках солнечного коллектора и сушильной камеры, высокоточных весов 19, сетевого фильтра 20 питающего приборы и прожектора от сети 220 В.
Устройство работает следующим образом.
Через вентиляционное отверстие на входе в солнечный коллектор 5, с помощью вентилятора 7 поступает холодный воздух. Под воздействием галогеновых прожекторов 4, в виде имитатора солнечного излучения, происходит нагрев зачерненного абсорбера 9 и выработка электроэнергии от фотоэлектрического модуля 12 для питания вентилятора 7. Избыток вырабатываемой солнечным модулем электроэнергии через контроллер заряда 10 накапливается в электрическом гелиевом аккумуляторе 11 (для питания вентилятора 3 в ночное время суток). Далее, холодный воздух, проходя через солнечный воздушный коллектор 5, нагревается от зачерненного абсорбера 9 (происходит конвективный теплообмен). Затем нагретый воздух поступает в сушильную камеру 6. В нижней части сушильной камеры 6 расположен аккумулятор тепла 14, который нагревается воздухом, проходящим по его поверхности. Нагретый воздух, поступающий из солнечного коллектора, регулируется заслонкой 13, распределяющей поток, в зависимости от температуры воздуха. Тем самым, имитируя дневное и ночное (облачность, пасмурная погода, солнечный день) время суток. При солнечной погоде большая часть горячего воздуха идет на нагрев аккумулятора тепла 14, а при дефиците солнечной энергии поток направляется, непосредственно в саму сушильную камеру 6 для сушки влажного материала дополнительно используя тепло накопленное тепловым аккумулятором 14. Влажный воздух удаляется через отверстие в боковой части сушильной камеры 6. В качестве теплоизолятора при изготовлении теплового коллектора и сушильной камеры был использован вспененный полиэтилен с алюминиевой фольгой. Высушиваемый материал в процессе проведения лабораторной работы или исследования, периодически взвешивается электронными весами 20.
С помощью данного лабораторного стенда решена задача по исследованию процессов сушки с комбинированным преобразованием солнечной энергии.