МОБИЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГЕЛИОСУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Установка относится к области термической обработки, в частности, сушке растительного сырья, например, фруктов, овощей, грибов, пряных и лекарственных трав и т.п. и может быть использована в личных подсобных и фермерских хозяйствах на не электрифицированных участках (дачи, сады, огороды и др.).
Известны различные конструкции установок для сушки растительного сырья, например, гелиосушилка (патент РФ №2025642), содержащая стационарное сооружение с двускатной крышей, солнечный теплогенератор со светопрозрачным покрытием и теплоаккумулирующими элементами из черной пленки. Крыша и стены сооружения выполнены из светопрозрачного материала, а для концентрации солнечного света на теплоаккумулирующих элементах применены собирательные прозрачные линзы. В верхней части сооружения имеются откидные козырьки, предназначенные для использования энергии ветра.
К недостатками данной гелиосушилки следует отнести необходимость стационарного сооружения и сложность конструкции, связанную с наличием линз, козырьков, теплоаккумулирующих элементов плоской и трубчатой формы. Воздействие прямых солнечных лучей и отсутствие управления воздушным потоком в данной конструкции приводит к снижению качества высушиваемого сырья. Кроме того, вследствие незначительной теплоемкости материала, из которого изготовлены теплоаккумулирующие элементы, указанная гелиосушилка может работать только днем.
Наиболее близкой по технической сущности и конструктивному исполнению является гелиосушилка, описанная в патенте РФ №2198360.
Сущность рассматриваемой гелиосушилки состоит в том, что крыша сушильной камеры выполнена с уклоном к горизонту под углом в зависимости от местности строительства и ориентирована на юг, стеллажи расположены в виде террас с возможностью просушивания сырья, на которых установлены лотки с сетчатым дном. Под передней стенкой дополнительно установлен вход для свежего воздуха, а на верхней части крыши установлена труба.
Такая конструкция гелиосушилки способствует передаче солнечного тепла к высушиваемому продукту, а испарившаяся влага с продукта удаляется с конвективным потоком, создающимся в сушилке путем установки труб в нижней части передней стенки и вытяжной трубы на верхней части крыши. Крыша сушилки наклонена к горизонту под углом 30-60° в зависимости от широты местности и покрывается оконным стеклом, не пропускающим ультрафиолетовые лучи солнечной радиации. Такая конструкция позволяет монтировать ее на южных склонах гор и частично углублять в грунт для теплоизоляции и аккумуляции тепла. Чем выше стеллажи с высушиваемым сырьем, тем выше температуры, что препятствует обратной конденсации пара на сырье. Лотки с сетчатым дном способствуют свободной циркуляции воздуха.
Однако, следует отметить, что данная конструкция является стационарной, что исключает ее мобильность и увеличивает расходы на сооружение и обслуживание, а наличие светопропускающего покрытия (оконное стекло) и отсутствие возможности регулирования скорости воздушного потока внутри способствует перегреву сырья, возникающему из-за прямого воздействия солнечного света, что отрицательно сказывается на качестве высушиваемого материала.
Технической задачей, решение которой обеспечивает предлагаемая конструкция, является создание мобильной автономной аэродинамической гелиосушильной установки, обеспечивающей повышение интенсивности сушки материала за счет эффективного использования солнечной энергии и регулирования количества воздуха, подаваемого в зону сушки, круглосуточного ведения процесса и обеспечения равномерности сушки во всем объеме, а также повышение качества высушиваемого материала за счет исключения попадания пыли, отсутствия перегрева и прямого воздействия солнечного света, что обеспечивает сохранность витаминов и питательных веществ, при одновременном снижении стоимости изготовления и эксплуатации.
Предлагаемая конструкция мобильной автономной аэродинамической гелиосушильной установки решает поставленные технические задачи.
Установка состоит из теплоизолированной камеры, снабженной перфорированными полками, воздуховодами подачи и вывода отработанного воздуха из камеры и вентилятором. Камера выполнена из прочных и легких материалов (металл, пластик, плотная ткань) со светопоглощающим покрытием с возможностью оперативного монтажа/ демонтажа, а воздуховоды выполнены из гибких материалов. Воздуховод подачи, присоединяемый к нижней части камеры, имеет коробчатую форму и состоит из днища, покрытия и двух наполняемых воздухом направляющих, расположенных так, что между ними образована полость, торец которой снабжен воздушным фильтром. Покрытие выполнено из светопрозрачного материала, а днище - из светопоглощающего, при этом воздуховод вывода снабжен шибером и выполнен с возможностью изменения положения в пространстве, а вентилятор - побудитель тяги в камере, работает от системы фотоэлементов (солнечных элементов).
Предлагаемая конструкция предусматривает возможность оперативного монтажа/демонтажа, проста в использовании и является мобильной, что позволит уместить ее в багажник автомобиля или заплечный рюкзак. Конструкция также предусматривает эффективное использование солнечной энергии для нагрева воздуха в камере, выполненной из материалов со светопоглощающим покрытием, а также использование фотоэлементов, что обеспечивает автономное электропитание вентилятора. Наличие воздуховодов входа и выхода, располагаемых на разной высоте создают условия для естественной тяги и обеспечивают аэродинамическое воздействие на материал круглосуточно, что способствует равномерности сушки во всем объеме и тем самым повышает эффективность установки.
Наличие воздушного фильтра препятствует попаданию пыли, насекомых и т.п. в сушильную камеру, а светопоглощающее покрытие исключает прямое воздействие солнечного света, что обеспечивает сохранность витаминов и питательных веществ и повышает качество высушиваемого материала.
Гелиосушильная установка состоит из камеры 1, которая выполнена из материалов со светопоглощающим покрытием с возможностью оперативного монтажа и демонтажа с установленными внутри перфорированными полками 2, а воздуховоды выполнены из гибких материалов, причем, воздуховод подачи, присоединяемый к нижней части камеры, имеет коробчатую форму и состоит из днища 3, покрытия 4 и двух наполняемых воздухом направляющих 5, расположенных так, что между ними образована полость, торец которой снабжен воздушным фильтром 6, при этом покрытие выполнено из светопрозрачного материала, а днище - из светопоглощающего (до 95% солнечного излучения) материала, что существенно увеличивает КПД при нагревании воздуха внутри сушильной камеры. Разница в поперечных сечениях камеры и воздуховода вывода 7 усиливает тягу, а наличие шибера 8, выполненного с возможностью изменения положения в пространстве, позволяет регулировать тягу. Вентилятор - побудитель тяги 9 в камере, получает питание от системы фотоэлементов (солнечных элементов) 10.
Гелиосушильная установка работает следующим образом.
Непосредственно перед работой производят монтаж установки. Направляющие 5 воздуховода подачи присоединяются к предварительно смонтированной сушильной камере 1 в нижней ее части с помощью специальных приспособлений. Воздушный фильтр 6 устанавливается с противоположного конца воздуховода после заполнения воздухом направляющих. К патрубку с вентилятором 9 и шибером 8, расположенному на крышке камеры 1, крепится воздуховод вывода отработанного воздуха 7, который противоположным концом подвешивается, например, на ветке дерева. Внутрь камеры устанавливают полки 2 с высушиваемым материалом и закрывают ее.
Воздух, нагреваясь в воздуховоде до 40-45°С, благодаря вентилятору попадает в сушильную камеру через впускное отверстие. Далее воздух протягивается через сушильную камеру вентилятором и выходит в верхней ее части. Вентилятор работает от фотоэлемента 10 (солнечных элементов), расположенного снаружи сушильной установки. Внутри сушильной камеры не осуществляется постоянной рециркуляции уже отработанного воздуха. Воздух единожды прогоняется через сушильную камеру, что позволяет наиболее полно использовать его способности как сушильного агента для поглощения максимального количества влаги из высушиваемого материала. Количество отработанного воздуха, выводимого из камеры, регулируется с помощью шибера.
Процесс сушки протекает без последующего участия человека, причем, не приостанавливаясь на ночь, т.к. благодаря наличию воздуховода вывода воздуха большой длины, подвешенному вертикально, создается режим естественной тяги, что способствует процессу сушки при отсутствии солнца. Утром с восходом солнца автоматически возобновляется работа установки в полном объеме.
Длительность сушки зависит от влажности, сахаристости и размеров высушиваемого материала с одной стороны и инсоляции, с другой.
2
3
2
Рассчитаны технологические параметры процесса сушки в идеальных условиях. Максимальное количество воздуха, который может быть нагрет на 30°С с помощью воздуховода площадью 1 м за 1 час составляет около 35 м, при этом поверхностью воздуховода будет поглощено около 750-900 Вт ч/мэнергии.
Проведена пробная сушка различных фруктов при заданных начальных условиях, подтверждающие идеализированные расчеты. В частности, показана возможность высушивания продукта до 15-20% от начальной массы.