МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ СУШИЛКА
UNIVERSAL SELF-CONTAINED DRYER (USCD)

Многофункциональная автономная сушилка (МФАС) относится к возобновляемым источникам энергии и предназначена для сушки: продукции сельского хозяйства (зерновых и бобовых культур, ягод, фруктов, пищевых трав и корней, грибов, лекарственных растений); одежды и обуви: личного состава воинских подразделений при их стационарном и полевом размещении, пограничных застав, воинских постов, постоянных баз геологических экспедиций и пр.; различных окрашенных деталей, изделий (заготовок) из дерева и др. МФАС может быть использована автономно для выработки электроэнергии за счет преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.
Известно изобретение [1], которое представляет собой светопрозрачную односкатную камеру с расположенными внутри стеллажами, на которых размещены лотки с сетчатым дном для высушиваемого сырья. Для улучшения удаления отработанного воздуха на верхней части верхнего покрытия установлена труба, а в передней нижней части оставлен проход для свежего воздуха в виде труб. Конструкция сушилки должна обеспечить ее работу на южных склонах гор, непригодных для растениеводства, и эффективно использовать высокую интенсивность солнечного излучения в условиях высокогорья. Недостатком этого изобретения является сезонность использования гелиосушилки по назначению, а также низкая скорость сушки продуктов путем естественной конвекции воздуха.
Известна гелиосушилка [2], содержащая сушильную камеру, снабженную электрическим источником тепловой энергии, вентилятором и воздухоотводящим каналом. Гелионагреватель воздуха шарнирно укреплен с возможностью слежения за солнцем в зенитальной плоскости и состоит из корпуса с двойным днищем, представляющим собой воздухозаборный канал, один конец которого соединен с воздухозаборным патрубком, а другой посредством воздухопровода - с вентилятором. Воздухоотводящий канал установлен под днищем, имеющим с ним общую стенку, а выходной патрубок - под воздухозаборным патрубком. Гелиосушилка содержит систему слежения за солнцем. Рабочая поверхность корпуса гелионагревателя выполнена зеркальной с покрытием из материала, обладающего высокоотражающей способностью в видимой области солнечного спектра и высокопропускающей в инфракрасной области, при этом гелионагреватель установлен на опоре с возможностью слежения за солнцем в азимутальной плоскости в фокусе параболоцилиндра. В сушилку может быть введено транспортирующее устройство для перемещения высушиваемого продукта от загрузочного устройства к загрузочному, установленное с возможностью освещения продукта через параболоцилиндр. В сушилку может быть введен источник ультрафиолетового облучения, установленный с возможностью облучения продукта. Воздухозаборный канал может быть выполнен в виде трубы. Основным недостатком данного изобретения является зависимость от традиционных источников электрической энергии, а также наличие механического транспортирующего устройства, усложняющего конструкцию гелиосушилки, что снижает ее надежную эксплуатацию.
Известна солнечная сушилка [3], включающая прозрачное покрытие с расположенными под ним верхним основанием с сеткой и нижним основанием с зачерненным нагревательным элементом. Нижнее основание установлено вертикально. Нагревательный элемент выполнен в виде набора шарнирно установленных на вертикальных стойках параллельных друг другу щитков. Щитки шарнирно соединены с общей тягой и равномерно расположены по вертикали с промежутками от нижнего основания и покрытия. На верхнем основании установлено два яруса сетчатых поддонов. Выходное отверстие сушилки частично прикрыто шарнирно установленным щитком. Основным недостатком данного изобретения является использование солнечной сушилки только в теплое время года и весьма малый объем материала для сушки.
Известно изобретение [4], содержащее корпус, закрывающийся в рабочем состоянии герметично, с изоляцией всех наружных стенок, кроме одной стенки. Эта стенка обращена к прозрачному покрытию и не изолируется. В корпусе размещена камера для размещения лотков с высушиваемым продуктом. Лотки размещены так, что образуют ступенчатый канал в виде конфузора для подвода воздуха к высушиваемому продукту и ступенчатый канал в виде диффузора для отвода влажного воздуха. У стенки корпуса сушилки, противоположной прозрачному покрытию, размещено  устройство для осушения воздуха в виде трубок с водой, отделенное от сушильной камеры перегородкой. Вывод конденсата, стекающего с трубок, наружу осуществляется, например, с использованием сборника конденсата и гидрозатвора. В качестве устройства для осушения воздуха может служить также мембрана (например, из плотного брезента), пропускающая водяной пар из воздуха сушилки наружу, либо фильтр с наполнителем, поглощающим водяные пары (например, силикагель). Недостатком данного изобретения является наличие конфузора и диффузора, которые крайне неудовлетворительно выполняют свои функции по причине отсутствия второй сплошной стенки. Невозможность использования солнечной сушилки в холодное время года, предлагаемая система прохода и осушки воздуха усложняет процесс сушки продуктов и эксплуатацию сушилки в целом.
λ
Известна установка для сушки и обработки зерна и кормов [5], содержащая загрузочный и разгрузочный бункеры, вертикальную сушильную камеру, выполненную составной из 2-х и более пар модулей СВЧ-нагрева и модулей сушки, смонтированных поочередно сверху вниз, при этом сопрягаемые стенки камер нагрева модуля СВЧ-нагрева и камеры сушки модуля сушки образуют единый канал потока зерна, а цилиндрический отражатель и цилиндрическая камера отсоса теплоносителя, расположенные по оси симметрии модулей, единый канал отсоса теплоносителя, прикрытый сверху коническим рассекателем, а снизу подключенный к вытяжной вентиляции, СВЧ-генератор из нескольких (более 2-х) магнетронов с индивидуальными источниками питания, рупорные излучатели, раскрыв которых заглушен радиопрозрачными заглушками, ориентированы внутрь камеры и установлены симметрично относительно вертикальной и горизонтальной осей на стенках камеры нагрева. Каждый рупорный излучатель через стандартный волновод подключен к соответствующему магнетрону, нагнетательный вентилятор, отличающийся тем, что вертикальная сушильная камера имеет в горизонтальной плоскости форму правильного многоугольника, а наружный диаметр цилиндрического перфорированного отражателя меньше ширины камеры нагрева на величину, равную (1,5…2,0), где λ - длина волны СВЧ-излучения. Основным недостатком этого изобретения является наличие СВЧ-генераторов и нагнетательного вентилятора, требующих питания от традиционных источников энергии, кроме того, стоимость установки и ее обслуживание  требует значительных финансовых затрат.
В качестве прототипа выбрано изобретение [6] как наиболее близкое по техническому замыслу и достигаемому принципу организации использования энергии солнечных лучей для сушки различных продуктов и изделий. Изобретение 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 решетки и бункеры; ветроэнергетическую установку 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. 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. Основным недостатком данного изобретения является его применение только в крупных агропромышленных комплексах, а также требует значительных капитальных затрат на постройку и обслуживание установки.
Цель предлагаемого изобретения заключается в круглогодичной организации автономного процесса качественной сушки различной продукции, материалов, одежды, обуви и выработки электроэнергии для потребительских нужд за счет эффективного использования энергии солнца в условиях удаленного (полевого) размещения объектов сушки.
МФАС состоит из следующих основных частей и устройств:
четырехугольная вытяжная башня-сушилка 1; сетчатые лотки 2, установленные таким образом, чтобы расстояние между сетчатым лотком и стенкой 15 четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1 составляло не менее 0,25 длины сетчатого лотка 2; конфузор-диффузор 3 и четырехугольная пирамидальная крыша 4, установленные на выходе из четырехугольной вытяжной башни-сушилки, которые выполнены из прозрачного монолитного поликарбоната; три солнечных генератора горячего воздуха 5, сопряженные с тремя сторонами четырехугольной вытяжной башни-сушилки, выполненных из прозрачного сотового поликарбоната толщиной 4 мм и имеющих форму полуцилиндра, причем генераторы горячего воздуха 5 ориентированы по странам света - Юг, Восток, Запад; теплопоглощающие листы 6 из сотового поликарбоната толщиной 5 мм, внешние поверхности которых окрашены высокоселективной краской, расположенные в основании под генераторами горячего воздуха 5; полуконфузоры 7, выполненные из сотового поликарбоната толщиной 4 мм; овальные крышки 8 солнечных генераторов горячего воздуха 5 с прорезями в верхней части; конусный завихритель 9 потока горячего воздуха; стенки 15 четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1, выполненные из усиленного сотового поликарбоната толщиной 10 мм, которые крепятся к специальному профильному алюминиевому каркасу (не показан); тандемные фотоэлектрические модули 10, расположенные на внешней стороне стенок 15 четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1, сопрягаемые с полуконфузорами генераторов горячего воздуха; электроподогреватели воздуха 11 включаются через электронный пульт управления и реле-регулятор зарядки аккумуляторных батарей  и расположены внизу четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1 между выходами полуконфузоров 7; контейнеры - аккумуляторы тепла 12, заполненные мелкой алюминиевой стружкой 13; задняя и боковые стенки 14 контейнеров - аккумуляторов тепла 12, выполненные из сотового  поликарбоната толщиной 5 мм, поверхности которых обращены к мелкой алюминиевой стружке 13 и покрыты светоотражающей алюминиевой фольгой 16; гидроизоляция 17; светоотражающая пленка 18 и ультрафиолетовые светодиодные лампы 19, расположенные на внутренних поверхностях стенок 15 четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1; аккумуляторные батареи 20; электронный пульт управления 21; реле-регулятор зарядки 22 аккумуляторных батарей 20; датчик температуры 23; кнопки ВКЛ/ВЫКЛ 24, которые служат для включения или выключения электроподогревателей воздуха 11, утепленную дверь, служащую для размещения электронного пульта управления, кнопки ВКЛ/ВЫКЛ, организации загрузки-выгрузки объектов сушки и герметизации внутреннего объема четырехугольной вытяжной башни-сушилки.
Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид МФАС; фиг.2 - вид спереди четырехугольной вытяжной башни-сушилки в разрезе; фиг.3 - вид сзади четырехугольной вытяжной башни-сушилки, где левый солнечный генератор горячего воздуха изображен в разрезе с аккумуляторами; фиг.4 - вид сверху четырехугольной вытяжной башни-сушилки с указанием ориентации по странам света; фиг.5 - контейнеры - аккумуляторы тепла.
МФАС имеет следующие отличительные преимущества по сравнению с аналогами и выбранным прототипом:
- наличие трех ориентированных по сторонам света (Юг, Восток, Запад) солнечных генераторов горячего воздуха, выполненных из прозрачного сотового поликарбоната толщиной 4 мм, что позволяет снизить вес и стоимость МФАС;
- наличие полуконфузоров солнечных генераторов горячего воздуха, выполненных из прозрачного сотового поликарбоната толщиной 4 мм;
- наличие контейнеров-аккумуляторов тепла, у которых задняя и боковые стенки выполнены из сотового поликарбоната толщиной 5 мм;
- внутренняя поверхность стенок, обращенная к мелкой алюминиевой стружке, покрыта светоотражающей алюминиевой фольгой, а наружная поверхность этих стенок покрыта теплоизолирующей краской, что обеспечивает аккумулирование тепла солнечной радиации, накапливаемой мелкой алюминиевой стружкой;
- применение контейнеров - аккумуляторов тепла, располагаемых под теплоприемной панелью и заполненных мелкой алюминиевой стружкой, в целях аккумулирования солнечного тепла и последующего его использования для организации сушки различных продуктов, изделий и вещей;
- применение конусного завихрителя для организации вертикального вектора закрученного потока воздуха, обеспечивающего ускоренную сушку различных продуктов, изделий и вещей;
- использование светоотражающих внутренних поверхностей четырехугольной вытяжной башни-сушилки, что позволяет сократить время сушки различных продуктов, изделий и вещей при их естественном освещении, которое проникает через прозрачную крышу и конфузор-диффузор, затем отражается от внутренних стенок четырехугольной вытяжной башни-сушилки, кроме того, естественное освещение способствует санации объектов сушки;
- использование тандемных фотоэлектрических модулей, преобразующих солнечные лучи в электрическую энергию, которая накапливается в аккумуляторных батареях и затем используется электронагревателями для сушки различных объектов или бытового потребления в период паузы процесса сушки;
- применение энергосберегающих светодиодных ламп ультрафиолетового спектра излучения для обеспечения дополнительной санации объектов сушки;
- использование электронагревателей, расположенных на нижней плоскости четырехугольной вытяжной башни-сушилки, для создания большей разности температур на входе и выходе четырехугольной вытяжной башни-сушилки, что способствует увеличению вертикального вектора скорости закрученного потока воздуха и уменьшению времени сушки;
- использование реле-регулятора, датчика температуры и пульта управления в целях автоматической поддержки необходимой температуры, обеспечивающей качественную сушку различных объектов.
Указанные преимущества определяют новизну технических решений, примененных в изобретении, кроме того применение полимерных материалов снижает его вес, металлоемкость и трудоемкость сборочных работ.
МФАС работает следующим образом. Овальные крышки 8 солнечных генераторов горячего воздуха 5 с прорезями в верхней части - открыты. Солнечные лучи проникают через прозрачный сотовый поликарбонат в генераторы горячего воздуха 5, имеющие форму полуцилиндра, нагревают теплопоглощающие листы 6, выполненные из сотового поликарбоната, внешние поверхности которых окрашены высокоселективной краской и мелкую алюминиевую стружку 13 контейнеров-аккумуляторов тепла, расположенных под теплопоглощающими листами 6. Нагретый таким образом воздух из-за разности температур в генераторе горячего воздуха 5 и на выходе конфузора-диффузора 3 поступает в полуконфузоры 7, где ускоряется. Из полуконфузоров 7 горячий воздух поступает в основание четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1 на конусный завихритель 9, который формирует восходящий вихрь горячего воздуха. Конфузор-диффузор 3, установленный на выходе из четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1, ускоряет восходящий вихревой поток воздуха, увеличивая тягу и эффективность сушки различных объектов. Светоотражающая пленка 18, расположенная на внутренней поверхности стенки 15 четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1, отражает тепловые лучи горячего воздуха, поступающего из генераторов горячего воздуха 5 на объекты сушки. Кроме того, солнечные лучи, проникающие через четырехугольную пирамидальную крышу 4 и конфузор-диффузор 3, которые выполнены из прозрачного монолитного поликарбоната, также отражаются от светоотражающей пленки 18, что ускоряют процесс сушки, а естественное освещение объектов сушки обладает эффектом санации. Расстояние между сетчатым лотком 2 и стенкой вытяжной башни-сушилки 1 должно составлять не менее 0,25 длины сетчатого лотка 2, что обеспечивает свободное прохождение вихревого потока воздуха. Дополнительный подогрев мелкой алюминиевой стружки 13 осуществляется светоотражающей алюминиевой фольгой 16, которой покрыта задняя и боковые стенки 14, а гидроизоляция 17 не допускает ее увлажнения, что повышает эффективность работы МФАС. Надежность сушки контролируется датчиком температуры 23, установленным в районе входа полуконфузоров 7 в вытяжную башню-сушилку. Если температура в районе входа полуконфузоров 7 в вытяжную башню-сушилку 1 будет менее 45°С, тогда по сигналу датчика температуры 23 электронный пульт управления 21 через реле-регулятор 22 зарядки аккумуляторных батарей 20 включает электроподогреватели воздуха 11, которые питаются электроэнергией от аккумуляторных батарей 20. Аккумуляторные батареи 20 постоянно в светлое время суток заряжаются от тандемных фотоэлектрических модулей 10, расположенных на внешней поверхности вытяжной башни-сушилки 1 со стороны генераторов горячего воздуха 5, которые ориентированы по сторонам света - Юг, Восток, Запад (фиг.2). Уровень зарядки аккумуляторных батарей 20 контролируется реле-регулятором зарядки 22. Электроподогреватели воздуха 11 при температуре более 55°С отключаются с помощью реле-регулятора 22 зарядки аккумуляторных батарей 20.
При атмосферных осадках и в ночное время работы МФАС овальные крышки 8 закрыты, наружный воздух в генераторы горячего воздуха 5 поступает через прорези в верхней части овальных крышек 8. В этом случае нагрев воздуха происходит от тепла, накопленного в контейнерах - аккумуляторах тепла 12, заполненных мелкой алюминиевой стружкой 13, и электороподогревателями воздуха 11. Подача электроэнергии МФАС потребителям осуществляется в отсутствие процесса сушки. Важным фактором повышения качества сушки различных объектов является санация и обогрев внутреннего объема вытяжной башни-сушилки 1 с помощью ультрафиолетовых светодиодных ламп 19. Кнопки ВКЛ/ВЫКЛ 24, служащие для включения или выключения электроподогревателей воздуха 11 вручную и используются во время солнечной погода при температуре окружающей среды от 20°С и более, в этом случае электроэнергия, вырабатываемая тандемными фотоэлектрическими модулями 10, запасается в аккумуляторных батареях 18 или используется потребителями. Утепленная дверь 25 служит для размещения электронного пульта управления 21, кнопки ВКЛ/ВЫКЛ 24, организации загрузки и выгрузки объектов сушки и герметизации внутреннего объема четырехугольной вытяжной башни-сушилки 1.
Источники информации
1. Патент на изобретение RU №2198360, F26B 3/28 от 10.02.2003.
2. Патент на изобретение RU №2026518 от 08.01.1995.
3. Патент на изобретение RU №2341165, A23L 3/30 от 20.12.2008.
4. Патент на изобретение RU №2089800, F26B 3/29 от 10.09.1997.
5. Патент на изобретение RU №2459116, F26B 17/12, F2637/347 от 02.08.2010.
6. Патент на изобретение RU №2440543, F26B 17/10, F26B 3/28, F24J 2/42 от 20.01.2012.