АВТОНОМНАЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
SELF-CONTAINED EFFICIENT DRIER OF LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к технике сушки сыпучих зернистых материалов и может быть использовано для сушки кипящего зернового слоя в зерносушилках, а также в качестве источника альтернативной энергии для обеспечения процесса сушки и функционирования других потребителей энергии агропромышленных комплексов.
Наиболее близкими по сущности и достигаемому результату к заявленному устройству являются зерносушилка псевдоожиженного слоя (патент РФ №2365840, F26B 17/10 2008.05.26), камерная зерносушилка порционно-периодического действия с кипящим слоем (патент РФ №2102895, A23B 9/08 1998.01.27).
Недостатками прототипов являются использование традиционных источников энергии для разгона и разогрева воздушного потока для сушки зерна в «кипящем» слое, связанное со значительными энергозатратами, а также невозможность использования прототипа в других целях в отсутствие процесса сушки.
Задачей изобретения является использование установки для сушки твердых зернистых материалов, например зерна сельскохозяйственных посевных культур, в восходящем нагретом воздушном потоке, генерируемом сопловым блоком. Одновременно, а также в отсутствие процесса сушки установка является источником альтернативной энергии, за счет чего она может функционировать автономно и снабжать накапливаемыми энергоресурсами другие объекты агропромышленного комплекса.
Технический результат достигается тем, что автономная энергоэффективная установка для сушки сыпучих материалов (зерновых сельскохозяйственных посевных культур) в «кипящем» слое работает на использовании альтернативных источников энергии (солнечного тепла и энергии ветра) и содержит имеющие форму диффузоров круговой сопловой блок из 6-16 и более сопрягаемых солнечных коллекторов и башню, окрашенные черной высокоселективной краской и служащие для создания нагретого воздушного потока; устройства загрузки, размещения и выгрузки сыпучего материала, представляющие собой трансформируемые направляющие решетки и бункеры; ветроэнергетическую установку (ВЭУ-РВ) роторного типа с вертикальной осью вращения, турбину и электрогенератор, служащие для преобразования энергии воздушного потока и энергии ветра в электрическую энергию, которая используется для снабжения накапливаемыми энергоресурсами других объектов агропромышленного комплекса.
В установке в месте перехода кругового соплового блока в башню диффузоры могут иметь треугольное сечение в поперечной плоскости, чем обеспечивается неразрывность воздушного потока.
В установке под круговым сопловым блоком может иметься дополнительный аккумулятор тепла, выполненный в виде конусного слоя гальки, изолированный теплоизоляционным материалом от грунта и предназначенный для дополнительного подогрева формируемого в установке воздушного потока.
В установке ВЭУ-РВ может иметь три яруса горизонтальных лопастей аэродинамической формы, создающих дополнительный крутящий момент и подъемную силу, снижающую нагрузку на подшипники электрогенератора.
В установке сопрягаемые солнечные коллекторы кругового соплового блока могут иметь откидывающиеся крышки, покрытые высокоселективной краской, позволяющие в открытом состоянии подогревать воздух на входе в коллекторы, а в закрытом состоянии способствуют сохранению тепла в галечном аккумуляторе при температуре менее 10°С.
В установке галечный аккумулятор может быть отделен от грунта фольгой, верхний слой которой отражает тепло внутрь галечного аккумулятора, а наружный слой выполняет функцию гидроизоляции.
В установке наличие обгонной муфты обеспечивает отключение ВЭУ-РВ от электрогенератора в отсутствие полезного ветра, а также автономную работу генератора в режиме двигателя турбины при работе от электроаккумуляторов.
Установка может содержать турбину, расположенную в верхней части башни, при работе создающую дополнительную вертикальную тягу, увеличивающую скорость потока воздуха в башне.
Трансформируемая направляющая решетка может иметь отверстия, обеспечивающие прохождение воздушного потока при выгрузке, за счет чего материал поддерживается в псевдоожиженном состоянии, обеспечивая этим условия для эффективной выгрузки сухого материала.
В нижней части башни установки могут быть расположены теплоэлектронагреватели, обеспечивающие подогрев воздуха в пасмурную и прохладную погоду.
Установка содержит (см. чертеж) следующие основные узлы и детали: круговой сопловой блок в виде сопрягаемых конических прямоугольных диффузоров - солнечных коллекторов, башню, устройства для загрузки размещения и выгрузки сыпучего материала, ветроэнергетическую установку роторную с вертикальной осью вращения (ВЭУ-РВ), имеющую три яруса горизонтальных и две или более вертикальных лопастей аэродинамической формы, обгонную муфту, электрогенератор, дополнительный галечный аккумулятор тепла, отделенный от грунта теплоизоляционным слоем и листом фольги с гидроизоляционным слоем, откидывающиеся крышки диффузоров, круговые теплоэлектронагреватели.
В режиме сушки установка работает следующим образом.
Влажный материал через загрузочный бункер 19 подается в коническую башню 2, где размещается на трансформируемой решетке 4. Решетка имеет отверстия для прохождения воздушного потока.
Воздушный восходящий поток формируется, во-первых, за счет естественной тяги, создаваемой перепадом температур на входе и выходе установки; во-вторых, за счет разгона воздушного потока сопловым блоком 1. Круговой сопловой блок выполнен в виде комплекта из 6-16 и более сопрягаемых диффузоров, на входе имеющих прямоугольное сечение, а в месте перехода в коническую башню - треугольное сечение для обеспечения неразрывности потока. Диффузоры кругового соплового блока 1 с откидывающимися крышками диффузоров 15 одновременно являются солнечными коллекторами и служат для нагрева воздушного потока. Верхние сегменты 12 диффузоров выполнены прозрачными для пропускания солнечного света. Боковые 13 и нижние 14 сегменты, откидывающиеся крышки 15 диффузоров, а также поверхность конической башни окрашены черной высокоселективной краской. Верхний 12 и нижний 14 сегменты расположены под углом 45…55°С, что является оптимальным для солнечного освещения в средней полосе России.
Откидывающиеся крышки диффузоров 15 в закрытом состоянии препятствуют проходу в сушилку холодного воздуха в ночное время, сохраняя тем самым тепло галечного аккумулятора.
Конструкция башни 2 позволяет дополнительно разогнать воздушный поток, так как тоже имеет форму диффузора. Процесс сушки в «кипящем» слое начинает идти при достижении скорости воздушного потока, равной скорости витания для данного материала. Во время сушки трансформируемая решетка 3 находится в вертикальном положении.
По окончании сушки решетка 4 складывается и материал ссыпается на решетку 3, к концу сушки принимающую наклонное положение по углом 45°. Материал перемещается в псевдоожиженном состоянии по решетке 3 к люку 9 и через лоток 10 выгружается в приемный бункер 11. Созданию псевдоожиженного слоя материала и, соответственно, интенсификации процесса его выгрузки способствует восходящий поток нагретого воздуха.
Помимо процесса сушки установка предназначена для выработки электроэнергии за счет использования энергии движущегося потока воздуха и энергии ветра. Для этих целей в верхней части установки размещена турбина 5, получающая вращение от движущегося в башне установки потока воздуха, а также ВЭУ-РВ 8 с вертикальной осью вращения, которая преобразует энергию ветра в электричество. Турбина 5 и ВЭУ-РВ 8 размещены на соосных валах, между ними находится электрогенератор 6 и обгонная муфта 20.
При работе ВЭУ-РВ вращается турбина, создающая дополнительную тягу в башне, интенсифицируя процесс сушки и одновременно генератором вырабатывая электрический ток. При отсутствии ветра генератор переводится в режим двигателя, работая на запасенной энергии в аккумуляторах (не показаны), тем самым продолжается вытяжка подогретого воздуха из башни. Ветролопасти 8а ВЭУ-РВ 8 в это время не вращаются за счет срабатывания обгонной муфты.
ВЭУ-РВ 8 имеет две или более вертикальные лопасти и три яруса горизонтальных лопастей аэродинамического профиля, создающих при вращении дополнительный крутящий момент и подъемную силу. Подъемная сила снижает нагрузку на подшипник генератора, увеличивая надежность и КПД использования ветра до 0,42.
Вырабатываемая электроэнергия может быть использована для обеспечения работы различных электроприборов, освещения и др., а также для накопления электроэнергии в аккумуляторах. Накопленная электроэнергия используется в пасмурную холодную погоду для нагрева тэнов 21, подогревающих, в свою очередь, воздух на выходе из кругового соплового блока, когда работа солнечных коллекторов малоэффективна.
Под круговым сопловым блоком 1, имеющим вид диффузоров, имеется дополнительный галечный аккумулятор тепла 16. Он представляет собой слой гальки, изолированный от земли теплоизоляционным материалом 22 и листом фольги 18, отражающим тепловые лучи внутрь галечного аккумулятора. Гидроизоляционный слой 17 фольги 18, обращенный к грунту, препятствует проникновению влаги в галечный аккумулятор 16. Галечный аккумулятор в дневное время позволяет накапливать значительное количество тепла для подогрева воздуха в ночное время при температуре воздуха менее 10°С.
Следует отметить и высокую экологическую безопасность использования предлагаемой установки в сравнении с прототипами, обусловленную безопасностью используемых и получаемых источников энергии.