RU2118770C1

RU2118770C1 - Solar drying unit

Info

Publication number: RU2118770C1
Application number: RU96116362/06A
Authority: RU
Inventors: Г.А.(RU) Ефремов; Г.А. Ефремов; Д.А.(RU) Минасбеков; Д.А. Минасбеков; С.А.(RU) Дацко; С.А. Дацко; Б.И.(RU) Кушнер; Б.И. Кушнер; И.А.(RU) Кочнев; И.А. Кочнев; А.С.(RU) Смирнов; А.С. Смирнов; Кумар С.Правин (IN); Кумар С.Правин
Original assignee: Научно-производственное объединение машиностроения
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: dryers using solar energy only. SUBSTANCE: solar drying unit has chamber with ventilation system, heat storage, heat power transfer line running from heat storage to drying chamber and built up of heat pipes. Drying chamber is also equipped with light-transparent or light-absorbing solar panels mounted on its walls and roof and has ports in bottom part of walls and in top part of roof for natural ventilation. Solar heater mounted above heat storage is assembled of light-transparent solar panels built up of two screens of which second one has selective coating with low emissivity factor; heat storage is filled with heat-accumulating liquid. Heat pipes are finned within their location region in chamber. EFFECT: enlarged surface receiving solar energy; no electric power requirement. 1 dwg

Description

Техническое решение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для сушки, например табака, с использованием только солнечной энергии. The technical solution relates to agriculture, and in particular to devices for drying, for example tobacco, using only solar energy.

Известно устройство для сушки табака с использованием солнечной энергии, содержащее сушильную камеру, систему обогрева в виде электронагревателя, систему вентиляции, состоящую из вентилятора, соединительных воздуховодов и солнечных воздушных нагревателей ("Возможности использования солнечной энергии при камерной сушке" /ВЦП. - N Л-17048 - 10с ил.; ГПНТБ, пер. 85/25313/ Перевод статьи: Дамянов Г. и др. из журнала "Български тютюн". 1983. т. 28, N 5. с. 16-22). A device for drying tobacco using solar energy, containing a drying chamber, a heating system in the form of an electric heater, a ventilation system consisting of a fan, connecting ducts and solar air heaters ("Possibilities of using solar energy in chamber drying" / VCP. - N L- 17048 - 10s ill .; GPNTB, lane 85/25313 / Translation of the article: Damyanov G. et al. From the journal "Bulgarian Tutiun". 1983. Vol. 28, No. 5. S. 16-22).

Недостатком приведенного устройства является низкая доля использования солнечной энергии относительно общего количества энергии, затрачиваемой для сушки. The disadvantage of this device is the low share of solar energy relative to the total amount of energy spent for drying.

Известно также устройство для сушки гигроскопических материалов, использующее солнечную энергию, содержащее сушильную камеру, гелиовоздухонагреватель, расположенный под ним тепловой аккумулятор с твердым наполнителем, магистрали передачи тепловой энергии, переносимой массой воздуха, и вентилятор (ближайший аналог, Солнечная сушильная установка, а.с. 1332121, публикация 1987 г, МКИ F 26 B 3/28). It is also known a device for drying hygroscopic materials using solar energy, containing a drying chamber, a solar air heater, a heat accumulator with a solid filler located under it, a transmission line of thermal energy transferred by a mass of air, and a fan (the closest analogue, Solar drying plant, a.s. 1332121, 1987 publication, MKI F 26 B 3/28).

Недостатками данного устройства являются:
ограниченные возможности по обеспечению необходимой технологии сушки из-за отсутствия регулирования температуры воздуха в сушильной камере по времени сушки;
недостаточное использование поверхности установки для приема солнечной энергии;
потребление электроэнергии;
наличие подвижного агрегата - вентилятора, снижающего надежность устройства.The disadvantages of this device are:
limited ability to provide the necessary drying technology due to the lack of regulation of air temperature in the drying chamber by drying time;
insufficient use of the surface of the installation for receiving solar energy;
electricity consumption;
the presence of a mobile unit - a fan, which reduces the reliability of the device.

Целью предложенного технического решения является устранение указанных недостатков. The purpose of the proposed technical solution is to eliminate these disadvantages.

Поставленная цель - обеспечение необходимой технологии сушки при максимальном использовании поверхностей установки для приема солнечной энергии и отсутствии потребления электроэнергии и подвижных элементов достигается тем, что сушильная камера оснащена установленными на ее стенах и крыше солнечными светопрозрачными или светопоглощающими панелями и имеет в нижней части стен и в верхней части крыши люки для естественной вентиляции, солнечный нагреватель, установленный над тепловым аккумулятором, собран из светопрозрачных солнечных панелей, состоящих из двух экранов, второй из которых имеет селективное покрытие с малой степенью черноты, тепловой аккумулятор заполнен теплоаккумулирующей жидкостью, а магистрали передачи тепловой энергии от теплового аккумулятора к сушильной камере выполнены в виде регулируемых гравитационных тепловых труб, оребренных в месте их расположения в сушильной камере. The goal is to provide the necessary drying technology with the maximum use of the installation surfaces for receiving solar energy and the absence of electricity and moving elements is achieved by the fact that the drying chamber is equipped with solar translucent or light-absorbing panels mounted on its walls and roof and has in the lower part of the walls and in the upper part of the roof hatches for natural ventilation, a solar heater mounted above the heat accumulator, assembled from translucent solar panels consisting of two screens, the second of which has a selective coating with a low degree of blackness, the heat accumulator is filled with heat-accumulating liquid, and the heat transfer lines from the heat accumulator to the drying chamber are made in the form of adjustable gravitational heat pipes, finned at their location in the drying room the camera.

Установка солнечных панелей на стенах и крыше сушильной камеры обеспечивает не только приток солнечной энергии в камеру, но и сокращает тепловые потери из камеры в сумеречное и ночное время, когда солнечные панели работают в качестве хорошей теплоизоляции. The installation of solar panels on the walls and roof of the drying chamber provides not only the influx of solar energy into the chamber, but also reduces heat loss from the chamber at dusk and night, when the solar panels work as good thermal insulation.

В настоящее время на предприятии-заявителе изготовлены и успешно прошли испытания солнечные панели двух типов:
светопоглощающая - с теплоприемником-поглотителем солнечной энергии;
светопропускающая - со светопропускающей пленкой, имеющей селективное покрытие с малой степенью черноты.Currently, two types of solar panels are manufactured and successfully tested at the applicant plant:
light-absorbing - with a heat receiver-absorber of solar energy;
light transmitting - with a light transmitting film having a selective coating with a small degree of blackness.

Конструкция обоих типов панелей достаточно близка. Панели содержат два плоских экрана, закрепленных в одной обечайке. The design of both types of panels is quite close. The panels contain two flat screens fixed in one shell.

Первый внешний экран в обоих типах панелей светопрозрачный. Он может быть выполнен из стекла или пленки. The first external screen in both types of panels is translucent. It can be made of glass or film.

Второй экран, определяющий принцип работы панели, в первом типе панели непрозрачный с покрытием, максимально поглощающим солнечную энергию и минимально отдающим ее во внешнюю среду излучением. The second screen, which determines the principle of operation of the panel, in the first type of panel is opaque with a coating that absorbs solar energy as much as possible and minimizes radiation to the external environment.

Во втором типе панелей второй экран светопрозрачный с селективным покрытием на поверхности, обращенной к солнечному потоку. Особенностью указанного покрытия является малая степень черноты, определяющая минимум потерь излучением в окружающую среду. In the second type of panels, the second screen is translucent with a selective coating on the surface facing the solar flux. A feature of this coating is a low degree of blackness, which determines the minimum loss by radiation into the environment.

Таким образом, в первом типе панелей солнечная энергия поглощается панелью и передается термостатируемому объекту теплопроводностью и излучением. Во втором типе солнечная энергия непосредственно через панель поступает к объекту термостатирования. Thus, in the first type of panels, solar energy is absorbed by the panel and transmitted to the thermostatically controlled object by heat conduction and radiation. In the second type, solar energy directly through the panel enters the thermostating object.

Но в обоих случаях потери солнечной энергии во внешнюю среду ограничены малой степенью черноты поверхности второго экрана, определяющей минимальные потери излучением, и оптимальным зазором между экранами, определяющим минимальные потери теплопроводностью и конвекцией. But in both cases, the loss of solar energy into the environment is limited by the small degree of blackness of the surface of the second screen, which determines the minimum radiation loss, and the optimal gap between the screens, which determines the minimum loss of thermal conductivity and convection.

У первого типа панелей коэффициент поглощения солнечного излучения порядка 0,9, а степень черноты - 0,1. The first type of panels has a solar absorption coefficient of about 0.9, and a degree of blackness of 0.1.

У второго типа панелей коэффициент пропускания солнечного излучения экрана с селективным покрытием порядка 0,7, а степень черноты - 0,1. The second type of panels has a transmission coefficient of solar radiation from a screen with a selective coating of about 0.7, and a degree of blackness of 0.1.

На сушильной камере могут устанавливаться панели обоих типов, хотя установка светопропускающих солнечных панелей предпочтительней. Both types of panels can be installed on the drying chamber, although the installation of light-transmitting solar panels is preferable.

Вентиляция сушилки через расположенные в нижней части стен и верхней части крыши люки не связана напрямую с подачей тепловой энергии, что создает более благоприятные условия проведения технологического процесса сушки. The ventilation of the dryer through the hatches located in the lower part of the walls and the upper part of the roof is not directly related to the supply of thermal energy, which creates more favorable conditions for the drying process.

Для организации непрерывного технологического процесса солнечной сушки нужен дешевый хорошо тепловоспринимающий и теплоотдающий тепловой аккумулятор большой теплоемкости, т.к. 2/3 времени суток процесс сушки проходит на аккумуляторе. To organize a continuous technological process of solar drying, you need a cheap, well heat-absorbing and heat-releasing heat accumulator of high heat capacity, because 2/3 of the time of the day, the drying process takes place on the battery.

Наиболее пригодны для этой цели емкости с теплоаккумулирующей жидкостью, например, водой. Most suitable for this purpose are tanks with heat storage liquid, for example, water.

Высокая удельная теплоемкость, конвективный теплоперенос и дешевизна делает такие теплоаккумуляторы наиболее пригодными для поставленной цели. High specific heat, convective heat transfer and low cost make such heat accumulators the most suitable for the intended purpose.

Применение светопропускающих панелей для нагрева жидкости в емкости наиболее целесообразно, т.к. жидкость при этом прогревается солнечными лучами во всем объеме. Прошедшее через слой жидкости солнечное излучение воспринимается дном и стенками емкости и обеспечивает нагрев жидкости снизу и с боков, что создает наилучшие условия конвективного теплопереноса. The use of light-transmitting panels for heating the liquid in the tank is most appropriate, because the liquid in this case is warmed up by the sun's rays in its entirety. Solar radiation passed through the liquid layer is perceived by the bottom and walls of the tank and provides heating of the liquid from below and from the sides, which creates the best conditions for convective heat transfer.

Для уменьшения тепловых потерь из аккумулятора и обеспечения более эффективной работы установки тепловой аккумулятор с солнечными панелями в сумеречное и ночное время целесообразно закрывать теплоизоляцией. To reduce heat loss from the battery and ensure more efficient operation of the installation, it is advisable to cover the heat battery with solar panels at dusk and at night with thermal insulation.

Тепловая энергия из теплового аккумулятора передается регулируемыми гравитационными тепловыми трубами в сушильную камеру, где воспринимается воздухом камеры, а от него - высушиваемым материалом. Thermal energy from the heat accumulator is transferred by adjustable gravitational heat pipes to the drying chamber, where it is perceived by the chamber air, and from it by the dried material.

Такой способ передачи тепловой энергии наиболее удобен. This method of transferring thermal energy is most convenient.

Тепловая труба отвакуумирована и заправлена жидкостью, например, водой, находящейся в трубе в состоянии насыщения. Жидкостью заполняется участок трубы, находящийся в тепловом аккумуляторе. Тепловая труба установлена под наклоном и тепломассоперенос в ней происходит под действием силы тяжести (гравитации). The heat pipe is evacuated and charged with liquid, for example, water in the pipe in a saturated state. The pipe section located in the heat accumulator is filled with liquid. The heat pipe is installed at an angle and heat and mass transfer in it occurs under the influence of gravity (gravity).

Жидкость в трубе, воспринимая тепловой поток от аккумулятора, кипит, ее пары поднимаются по трубе вверх в зону, размещенную в сушильной камере, где, конденсируясь, отдают свою энергию. Конденсат стекает по трубе вниз в зону теплового аккумулятора и процесс таким образом протекает непрерывно. Пар и вода движутся в тепловой трубе противотоком. The liquid in the pipe, perceiving the heat flux from the battery, boils, its vapor rises up the pipe into the zone located in the drying chamber, where, when condensed, it gives off its energy. Condensate flows down the pipe into the heat accumulator zone and the process thus proceeds continuously. Steam and water move countercurrently in the heat pipe.

Регулирование передачи тепловой энергии трубой осуществляется, например, заслонкой, которая при уменьшении проходного сечения трубы снижает расходы жидкости и пара и тем самым сокращает перенос массы и передаваемой с ней тепловой энергии. The regulation of the transfer of thermal energy by the pipe is carried out, for example, by a damper, which, when the pipe cross-section is reduced, reduces the flow of liquid and steam and thereby reduces the transfer of mass and thermal energy transferred with it.

Тепловая труба в силу того, что в ней происходят высокоэффективные процессы теплообмена (кипения и конденсации) передает значительные тепловые потоки с минимальными внутренними потерями температурного напора и при небольших наклонах к горизонту, что позволяет выполнить сушильную установку достаточно компактной. The heat pipe, due to the fact that highly efficient heat transfer processes occur (boiling and condensation), transfers significant heat fluxes with minimal internal temperature loss and at small inclinations to the horizon, which allows the dryer to be compact enough.

Для обеспечения хорошей теплопередачи от тепловой трубы к воздуху сушильной камеры часть трубы, находящаяся в сушильной камере, оребряется. To ensure good heat transfer from the heat pipe to the air of the drying chamber, a portion of the pipe located in the drying chamber is ribbed.

Применение регулируемых гравитационных тепловых труб в установке позволяет поддерживать необходимый (заданный) уровень температур воздуха для обеспечения технологического цикла сушки, что в сочетании с естественной и регулируемой открытием люков вентиляцией камеры дает возможность наиболее оптимально вести процесс сушки. The use of adjustable gravitational heat pipes in the installation allows you to maintain the required (set) level of air temperature to ensure the drying cycle, which, in combination with the natural and controlled opening of the hatches by the ventilation of the chamber, makes it possible to carry out the drying process most optimally.

Кроме того, применение регулируемых гравитационных тепловых труб позволяет избавиться от вентилятора и связанного с ним потребления электроэнергии. In addition, the use of adjustable gravity heat pipes allows you to get rid of the fan and the associated energy consumption.

Солнечная сушильная установка, показанная на чертеже, включает в свой состав: сушильная камера 1, солнечные светопрозрачные или светопоглощающие панели 2, вентиляционные люки 3, органы регулирования 4 (гравитационных тепловых труб), тепловой аккумулятор солнечной энергии 5, теплоаккумулирующая жидкость 6, светопрозрачные солнечные панели 7, светопрозрачный экран 8, светопрозрачный экран 9 с селективным покрытием с малой степенью черноты, нанесенным на поверхность, обращенную к Солнцу, гравитационные регулируемые тепловые трубы 10. The solar drying installation shown in the drawing includes: drying chamber 1, solar translucent or light-absorbing panels 2, ventilation hatches 3, regulators 4 (gravitational heat pipes), solar thermal energy accumulator 5, heat-accumulating liquid 6, translucent solar panels 7, a translucent screen 8, a translucent screen 9 with a selective coating with a small degree of blackness deposited on the surface facing the Sun, gravitational adjustable heat pipes 10.

Работа сушильной установки происходит следующим образом. Солнечный поток проходит через панели солнечного нагревателя 7 и поглощается теплоаккумулирующей жидкостью 6. The operation of the drying unit is as follows. The solar stream passes through the panels of the solar heater 7 and is absorbed by the heat storage liquid 6.

От теплоаккумулирующей жидкости тепловой поток отбирается регулируемыми тепловыми трубами 10 и передается воздуху сушильной камеры 1, а от него -высушиваемому материалу. From the heat-accumulating liquid, the heat flux is selected by adjustable heat pipes 10 and transferred to the air of the drying chamber 1, and from it to the material to be dried.

Заданный температурный режим в сушильной камере обеспечивается подачей необходимой тепловой энергии от теплового аккумулятора путем регулирования теплопередающей способности гравитационных тепловых труб. The specified temperature in the drying chamber is provided by supplying the necessary heat energy from the heat accumulator by regulating the heat transfer capacity of gravitational heat pipes.

Необходимая вентиляция сушильной камеры обеспечивается естественной системой вентиляции камеры, включающей расположенные в нижней части стен камеры и в верхней части крыши люки 3. The necessary ventilation of the drying chamber is provided by the natural ventilation system of the chamber, including hatches 3 located in the lower part of the chamber walls and in the upper part of the roof.

Солнечные панели 2, установленные на стенах и крыше сушильной камеры, обеспечивают дополнительный приток солнечной энергии для сушки в дневное время и выполняют роль теплоизоляции сушильной камеры в ночное и сумеречное время. Solar panels 2 mounted on the walls and roof of the drying chamber provide an additional influx of solar energy for drying during the day and act as thermal insulation of the drying chamber at night and twilight.

Положительный эффект от применения предложенного устройства заключается в том, что сушильная установка использует для сушки только солнечную энергию, обеспечивает необходимый технологический процесс сушки и обладает повышенной надежностью, т.к. не имеет в своем составе подвижных элементов. The positive effect of the application of the proposed device is that the drying unit uses only solar energy for drying, provides the necessary drying process and has increased reliability, because does not include moving elements.

Claims

A solar drying installation comprising a ventilated drying chamber, a solar heater, a heat accumulator located beneath it and heat transmission lines, characterized in that the drying chamber is equipped with solar translucent or light-absorbing panels mounted on its walls and roof and has in the lower part of the walls and in the upper part of the roof hatches for natural ventilation, the solar heater is assembled from translucent solar panels, consisting of two screens, the second of which has selectively It is covered with a low degree of blackness, the heat accumulator is filled with heat-accumulating liquid, and the heat transfer lines from the heat accumulator to the drying chamber are made in the form of adjustable gravitational heat pipes finned at their location in the drying chamber.