ЦИКЛИЧЕСКАЯ СУШИЛКА СЕМЯН И ЗЕРНА
CYCLIC DRYER FOR SEEDS AND GRAINS

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к сушке семян и зерна (продовольственного и фуражного), и может быть использовано также в лесном хозяйстве и пищевой промышленности, как в крупных хозяйствах промышленного типа, так и в фермерских и личных хозяйствах при ограниченных объемах производства, а также в напряженные периоды уборки и подработки зерна.
Известна мобильная зерносушилка ЗСПЖ-8, имеющая две сушильные шахты, разделенные на сушильную и охладительную зоны, в которые тремя вентиляторами подают нагретый от топки и наружный охлажденный воздух. Зерном шахты загружают ленточным транспортером, топка работает на жидком топливе (см. Юкиш А.Е. «Справочник по оборудованию элеваторов и складов», Изд.2-е. - М.: Колос, 1978 г., с.161-164).
К некоторым недостаткам такой сушилки следует отнести сложность конструкции (три вентилятора и топка на жидком топливе), дополнительную потребность электроэнергии для привода вентиляторов и пожароопасность конструкции.
Известна также «Карусельная сушилка для семян и зерна», в которой один из трех блоков снабжен охладительной камерой, а выхлопной патрубок осадочной камеры через дроссели присоединен к вентилятору топочного устройства и теплообменнику сушилки, причем в процессе охлаждения зерно очищается от примесей (см. Патент РФ №2219447, F26В 15/04, Опубл. 20.12.2003. Бюл. №35).
К недостаткам такой сушилки следует отнести большие габариты и наличие двух видов энергоносителей при невозможности изменения продолжительности циклов прогрева и охлаждения зерна, зависящих от скорости движения карусели сушилки.
Известна также «Циклическая сушилка для сыпучих материалов», в которой используют один нагнетательный вентилятор и электроподогрев воздуха, а циклы охлаждения проходят в процессе свободного падения продукта через перегородки в сушильных колонках регулируемой высоты (см. Патент РФ №2082924, F26В 17/10, Опубл. 27.06.97. Бюл. №18). При несколько упрощенной конструкции такой сушилки количество циклов «нагрев-охлаждение» регулируется только конструктивно - числом секций, что затрудняет регулировку и перенастройку сушилки в процессе эксплуатации.
Задачей изобретения является разработка циклической сушилки для семян и зерна, использующей одно устройство для нагрева и охлаждения подаваемого на сушку воздуха и позволяющее регулировать (изменять) продолжительность циклов нагрева и охлаждения продукта при простоте конструкции, не требующей для эксплуатации специального обучения персонала и отличающееся полной пожаробезопасностью, а исполнение сушилки возможно как в мобильном, так и в стационарном вариантах при серийной конструкции воздухонагнетательного устройства.
Задача решается тем, что в циклической сушилке в качестве единого устройства для нагрева и охлаждения осушающего агента - воздуха, используют вихревую трубу, соединенную своими выходами с бункерами через устройства переключения потоков нагретого и охлажденного воздуха, причем получаемые с помощью одной вихревой трубы, нагретый и охлажденный потоки воздуха подаются в соответствующие бункеры с продуктом, при этом в сушилке одновременно происходят два цикла: нагрев продукта в одном бункере и охлаждение в другом бункере, с возможностью переключения циклов без остановки нагнетания воздуха, причем процесс сушки основан на вытеснении влаги из тела продукта при активном его вентилировании за счет движения влаги от зоны с большей влажностью в зону с меньшей влажностью (происходит как на стадии нагрева, так и на стадии осаждения) и за счет движения влаги от более нагретой зоны к менее нагретой (происходит на этапе охлаждения, когда прогретый продукт обдувается холодным потоком воздуха).
Для работы вихревой трубы используют источник сжатого воздуха (компрессор или воздуходувка), при этом в конструкции сушилки предусмотрен осушитель нагнетаемого воздуха, установленный перед входом в вихревую трубу, где происходит его разделение на нагретый и охлажденный потоки, и в бункеры подают предварительно осушенный воздух (нагретый или охлажденный), что позволяет интенсифицировать процесс сушки продукта, причем холодный поток воздуха при этом используют для достижения эффекта окончательного охлаждения продукта перед выгрузкой, а температуру теплоносителя регулируют подачей воздуха, нагнетаемого в вихревую трубу. Применяемый осушитель может быть как рефрижераторного типа, так и на базе второй вихревой трубы. Последний отличается простотой и дешевизной конструкции, не имеет подвижных частей, не требует никакого обслуживания и не содержит экологически, химически опасных и ядовитых веществ. В связи с этим, применение осушителя на базе вихревой трубы в составе предлагаемой сушилки может быть предпочтительнее.
Вихревая труба изначально создавалась как устройство для охлаждения или нагрева подаваемого газа. Конструкция вихревой трубы оказывается достаточно простой, лишенной подвижных частей. Для функционирования вихревой трубы необходимо обеспечить лишь подвод сжатого воздуха. При различных конструкциях вихревых труб, необходимое входное давление газа может колебаться от 0,6 атм до десятков, а разность температур на выходе от -20°С на холодном конце до 200°С на горячем.
В вихревой трубе, основанной. на эффекте Ранка-Хилша (вихревой эффект), проходит разделение закрученного потока газа, подаваемого в трубу, на два. Один из потоков (приосевой) имеет температуру ниже входящего потока, а другой (периферический) - выше.
Вихревая труба в своем основном исходном варианте содержит корпус с камерой энергетического разделения, сопловой центральный ввод потока газа, диафрагму, дроссельное устройство и трубы для отвода холодного или горячего потока (см., например, А.В.Мартынов, В.М.Бродянский «Что такое вихревая труба», М., Энергия, 1976 г., стр.6 и 7). Диафрагма и труба вывода холодного потока размещены на «холодном» конце вихревой трубы, т.е. на стороне установки соплового ввода. Соответственно, дроссельное устройство и труба вывода нагретого потока размещены на противоположном «горячем» конце вихревой трубы.
Вихревые трубы в современной технике ограниченно используют в системах воздушного охлаждения блоков электроники, в воздушных завесах на фиксированных рабочих местах в металлургии и гальванических цехах, в средствах индивидуальной теплозащиты. Узко специализированные вихревые трубы в единичных количествах применены в аэрокосмической промышленности, в медицине для локального охлаждения поверхности тела при операциях, в энергетике, металлургии, судостроении и судоремонте, химической и газовой промышленности для теплозащитного снаряжения рабочих, ремонтников, строителей и т.д. (см., например, А.Д.Суслов и др. «Вихревые аппараты», М., 1985 г., стр.31-33; Ш.А.Пиралишвили и др., «Вихревой эффект, эксперимент, теория, технические решения», М., Изд. УНЦП «Энергомаш», 2000 г., с.41-42).
Обычно у вихревой трубы используют только один выход (холодный или горячий), что несколько снижает ее коэффициент полезного действия, сдерживая широкое применение.
Ранее использование вихревой трубы для сушки зерна с регулируемыми и переменными циклами нагрев-охлаждение и использование обоих отходящих потоков (холодного и горячего) в сельском хозяйстве из общедоступных источников неизвестно.
На чертеже представлена принципиальная схема циклической сушилки семян и зерна на базе вихревой трубы.
Циклическая сушилка включает:
1. Источник сжатого воздуха (компрессор)
2. Осушитель воздуха
3. Вихревая труба
4; 5; 6; 7 Переключающие краны
8. Первый бункер
9. Второй бункер.
Циклическая сушилка работает следующим образом.
Сжатый воздух от источника 1 (компрессора или воздуходувки) поступает в осушитель воздуха 2, где происходит удаление влаги. Осушенный воздух поступает в вихревую трубу 3, соединенную своими выходами с бункерами 8 и 9 через устройства переключения потоков нагретого и охлажденного воздуха. В вихревой трубе происходит разделение осушенного воздуха на нагретый и охлажденный потоки. Нагретый поток воздуха поступает в частности в первый бункер 8, а охлажденный - во второй бункер 9, при этом переключающие краны 4 и 6 открыты, а краны 5 и 7 закрыты. Поступивший в первый бункер 8 воздух продувает весь слой продукта и выбрасывается в атмосферу через специальные продувочные окна. В бункере 8 происходит прогрев продукта и параллельно предварительная его сушка. Во втором бункере 9 осуществляется досушка продукта, прогретого с предыдущего цикла, и его охлаждение (при необходимости температура теплоносителя может достигать -20°С и ниже), причем холодный поток воздуха используют для достижения эффекта окончательного охлаждения продукта перед выгрузкой, а температуру теплоносителя регулируют подачей воздуха, нагнетаемого в вихревую трубу 3. После окончания процесса охлаждения продукт выгружается из второго бункера 9 и в него загружается следующая партия. Далее осуществляется перенаправление нагретого и охлажденного потоков между первым и вторым бункерами путем закрытия кранов 4 и 6 и открытия кранов 5 и 7.
В конструкции сушилки может быть предусмотрен дополнительный бункер для обеспечения непрерывности процесса сушки: в то время как в двух других бункерах происходит вентилирование холодным и горячим потоками воздуха, в третьем осуществляется загрузка (выгрузка) продукта.
В зависимости от размеров сушилки и степени ее автоматизации возможно несколько вариантов ее исполнения:
- с ручным или механизированным процессами загрузки-выгрузки продукта из сушильных бункеров первого 8 и второго 9;
- с реверсом потоков воздуха от вихревой трубы кранами или клапанами с сервоуправлением переключения;
- с дополнительным блоком автоматизированного управления и контроля параметров.
Новизной сушилки является то, что предлагаемая сушилка не содержит каких-либо химически опасных и озонразрушающих веществ (типа фреона, аммиака и т.д.) для охлаждения подаваемого воздуха. В качестве хладагента и холодоносителя используют осушенный сжатый воздух, прошедший через вихревую трубу. Если в качестве источника сжатого воздуха используют компрессор или воздуходувку с электроприводом, то полностью исключаются выбросы в атмосферу загрязняющих веществ, углекислого газа и т.д.
В отличие от сушилок, в которых нагрев осуществляется топочными газами, сушка чистым воздухом с применением тепло- и холодогенератора в виде одной вихревой трубы сохраняет качество продукта и обеспечивает полную пожаро- и взрывобезопасность, так как при этом исключается непосредственный контакт топочных газов (и искр) с продуктом. В предлагаемой сушилке вообще отсутствует открытое пламя, а температура сушильного агента на входе в бункеры не выходит за пределы заданных значений, благодаря особенностям работы вихревой трубы, что резко отличает предлагаемую сушилку от аналогов, так как исключается возможность перегрева или переохлаждения продукта.
Конструкция вихревой трубы в предлагаемой сушилке способна обеспечить температуру холодного потока воздуха значительно ниже температуры окружающего воздуха (до -20°С), что снижает потребное количество циклов нагрев-охлаждение для достижения конечной влажности продукта, по сравнению с сушилками, где охлаждение осуществляется атмосферным воздухом. Данное обстоятельство особенно актуально для районов с жарким климатом, где температуры окружающего воздуха могут держаться на уровне 30°С и более. Уменьшение числа циклов нагрев-охлаждение приводит к снижению энергозатрат, из-за отсутствия повторных процессов нагрева и охлаждения продукта; к сокращению общего времени сушки, а значит, увеличивается производительность сушилки.
В предлагаемой сушилке продукт на выходе имеет температуру ниже окружающего воздуха, что повышает его устойчивость при хранении. В сушилках с охлаждением атмосферным воздухом требуется больше времени на охлаждение продукта, что снижает их производительность.
Температуры горячего и холодного конца вихревой трубы, а также их производительности могут регулироваться подачей воздуха от компрессора в зависимости от заданных режимов сушки. Температура голодного потока воздуха на выходе из вихревой трубы может быть отрегулирована таким образом, чтобы достигался эффект окончательного охлаждения продукта.
Неочевидным эффектом предложенной циклической сушилки в мобильном исполнении может быть возможность ее применения непосредственно в полевых условиях в пиковые периоды уборки урожая и его подработки.
Предлагаемая сушилка состоит из функциональных самостоятельных узлов, которые стыкуются между собой стандартными элементами. На время консервации (хранения) установка может быть легко демонтирована для удобства хранения и транспортировки. Такие узлы, как источник сжатого воздуха (компрессор или воздуходувка), вихревая труба (совместно с источником сжатого воздуха) могут быть использованы в других целях. Например, источник сжатого воздуха - для питания пневмоустройств, вихревая труба с источником сжатого воздуха: «холодный конец» - для охлаждения, заморозки продуктов, кондиционирования помещений хранилищ, складов и т.д.; «горячий конец» - отогревание техники, оборудования в зимнее время года, размораживание и очистка ото льда, обогрев помещений и т.д.; бункеры активного вентилирования - для хранения высушенного продукта.