Солнечные сушилки
Солнечные сушилки
Выбор метода сушки определяется масштабом производства, климатическими особенностями местности, видом высушиваемого материала и стоимостью дополнительной энергии. Подвод теплоты к материалу от сушильного агента может осуществляться конвективным путем или путем излучения, соответственно различают конвективные и радиационные сушилки. В первых продукт контактирует с воздухом, нагретым солнечной энергией, во вторых продукт непосредственно облучается Солнцем, температура в сушилках этого типа достигает 60... 75°С. Могут также применяться комбинированные сушилки, в которых участвуют оба вида теплообмена, но преобладает конвекция, а установка состоит из воздухонагревателя и сушильной камеры с прозрачными стенками.
Естественная сушка сельскохозяйственных продуктов используется повсеместно и с давних пор, при этом продукты расстилают на земле, подвешивают под навесом или размещают на поддонах. При сушке на воздухе незащищенных сельхозпродуктов имеют место большие потери вследствие неполного высушивания, загрязнения, заплесневения, склевывания птицами, повреждения насекомыми, действия осадков.
Применение солнечных установок типа «горячий ящик» повышает эффективность сушки и уменьшает потери продукта. Существенно сокращается время сушки и улучшается качество продукта, в том числе сохранность витаминов. Однако коэффициент использования гелиосушилок для сельского хозяйства, как правило, низкий. В некоторых случаях за год они могут использоваться всего несколько недель. И это, естественно, не способствует достижению высоких экономических показателей солнечных сушилок. В настоящее время экономически целесообразно применять гелиосушилки для сушки сена. Ситуация достаточно благоприятная при сушке древесины, рыбы, при применении солнечных сушилок в прачечных.
Рис. 1. Солнечная сушилка с непосредственным облучением влажного материала:
1 - светопрозрачная изоляция; 2 - платформа для материала; 3 - стенка; 4 - теплоизоляция; 5, 7 - отверстия; 6 - фундамент.
Различают солнечные сушилки с прямым и косвенным действием солнечной энергии. В установках первого типа солнечная энергия поглощается непосредственно самим продуктом и окрашенными в черный цвет внутренними стенками камеры, в которой находится высушиваемый материал. Гелиосушилка этого типа показана на рис. 1. Она имеет верхнюю светопрозрачную изоляцию, перфорированную платформу для размещения высушиваемого материала, боковые стенки (южная стенка — из светопрозрачного материала), теплоизоляцию с отверстиями для поступления воздуха и основание. Для удаления влажного воздуха из гелиосушилки в верхней части северной стенки предусмотрены отверстия. Сушильные установки второго типа содержат солнечный воздухонагреватель и камерную или туннельную сушилку. В камерной солнечной сушилке воздух движется через слой высушиваемого материала, размещенного на сетчатых поддонах, снизу вверх, в то время как в туннельной сушилке материал движется на конвейерной ленте в одну сторону, а воздух движется противотоком в обратном направлении.
Рис. 2. Камерная солнечная сушилка с пленочным воздухонагревателем:
1 - пленочный воздухонагреватель; 2 - воздуховод; 3 - сушильная камера; 4 - решетка; 5 - козырек; СВ и ВВ - свежий и влажный воздух.
Рассмотрим примеры конструктивного выполнения камерных гелиосушилок. Простая сушилка с использованием полимерной пленки может быть изготовлена в соответствии с рис. 2. Она работает на естественной тяге. Воздух нагревается в пленочном солнечном воздухонагревателе и по воздуховоду поступает в нижнюю часть сушильной камеры, где на перфорированных поддонах (сетках, решетках) размещается влажный материал. Нагретый воздух движется в сушильной камере снизу вверх через слой материала и удаляется из камеры через зазор между верхней кромкой и козырьком. Стенки сушильной камеры могут быть теплоизолированы или выполнены из светопрозрачного материала. Пленочный воздухонагреватель изготовляется из полимерной пленки, натянутой на проволочный каркас. Верхняя поверхность нагревателя изготовляется из прозрачной пленки, а нижняя — из черной (рис. 3, а). Его можно также выполнить в виде двух цилиндрических поверхностей - наружной прозрачной и внутренней черной (рис. 3, б).
Рис. 3. Пленочный воздухонагреватель из прозрачной (1) и черной (2) полимерной пленки.
Солнечная камерная сушилка с принудительным дутьем показана на рис. 4. Она включает:
Рис. 4. Камерная солнечная сушилка с вентилятором и гофрированным абсорбером воздухонагревателя:
1 - воздухонагреватель; 2 - сушильная камера; 3 - вентилятор; 4 - теплоизолированный корпус; 5 - светопрозрачная изоляция; 6 - абсорбер; 7 - воздуховод; 8 - опора; 9 - козырек.
В теплоизолированном корпусе воздухонагревателя со светопрозрачной изоляцией находится зачерненная лучепоглощающая поверхность из гофрированного металла. Горячий воздух по теплоизолированному воздуховоду поступает в сушильную камеру с перфорированными поддонами для высушиваемого материала, которая установлена на опорах и сверху накрыта козырьком.
На рис. 5 показана еще одна конструкция гелиосушилки с естественным дутьем, отличающаяся типом воздухонагревателя. В корпусе из оцинкованного железа с теплоизоляцией расположены две секции воздушного коллектора матричного типа. В корпусе предусмотрены отверстие для поступления наружного воздуха и светопрозрачная изоляция. Солнечная энергия поглощается в матрице, представляющей собой 2 ряда покрашенных черной краской металлических сеток со стальной стружкой между ними. Ее можно также сделать из нескольких слоев черной сетки. Нагретый воздух поступает в сушильную камеру, которая имеет суживающуюся кверху форму и ряд сеток, на которые укладывается влажный материал. Для подачи воздуха под каждый слой материала в камере предусмотрены вертикальные перегородки, образующие необходимые щели для воздуха. Сверху камера накрыта козырьком.
Рис. 5. Солнечная сушилка с пористым абсорбером воздухонагревателя:
1 - корпус воздухонагревателя; 2 - остекление; 3 - пористая лучепроглощающая насадка; 4 - сушильная камера; 5 - решетка для материала; 6 - перегородка; 7 - козырек.
Описанная гелиосушилка имеет высокую эффективность. КПД коллектора достигает 75% благодаря большому расходу воздуха [0,5 м3/с или 0,13 кг/(с*м2)], а потери давления — до 250 Па. Срок окупаемости — до 5 лет.
Рис. 6. Пленочная солнечная сушилка:
1 - прозрачная полимерная пленка; 2 - черная пленка на настиле для размещения продукта; 3 - теплоизоляция; 4 - боковые стенки.
Простая и дешевая гелиосушилка может быть изготовлена из прозрачной и черной полимерной пленки, стабилизированной к действию ультрафиолетового излучения (рис. 6). На деревянный каркас натянута полиэтиленовая пленка толщиной 0,1 м, а днище представляет собой черную полиэтиленовую пленку (0,1 мм), уложенную на слой шелухи толщиной 75 мм, служащей тепловой изоляцией. Боковые стенки внизу присыпаны землей, длина и ширина коллектора соответственно равны 30 и 4,6 м. Нагретый воздух поступает в цилиндрическую камеру диаметром 1,5 и высотой 1,8 м, в которой размещается 1,75 т сельскохозяйственного продукта (зерна) в несколько слоев толщиной по 150 мм.
Еще одна конструкция высокоэффективной солнечной сушилки для различных сельхозпродуктов показана на рис. 7. Воздушный коллектор изготовляется из отдельных модулей площадью по 5 м2, которые в собранном виде образуют панели, устанавливаемые в наклонном положении на крыше сарая. Внутри сарая размещаются:
Рис. 7. Солнечная сушилка с воздухонагревателем модульного типа:
1 - модуль воздухонагревателя; 2 - сушильный желоб; 3 - вентилятор; 4 - воздухораспределитель; 5 - воздуховод.
Панели воздушного солнечного коллектора присоединяются к вентилятору с помощью воздуховода. Лучепоглощающая поверхность воздушного коллектора — пористая матрица, улавливающая солнечное излучение и имеющая чрезвычайно развитую поверхность контакта для нагрева воздуха. Боковые и задняя стенки корпуса из оцинкованного железа имеют тепловую изоляцию. Светопрозрачная изоляция — из специального прочного полимерного материала, устойчивого к ультрафиолетовому излучению, с высокой пропускательной способностью для солнечного излучения.
Обычно модули шириной 4,2 и длиной 2,5 м соединяются последовательно. Две панели длиной по 14,5 м присоединены к одному вентилятору, прогоняющему воздух через этот солнечный коллектор. Так, для гелиосушилки площадью поверхности солнечного коллектора 120 м2 достаточно одного вентилятора мощностью 3,5 кВт, производительность сушилки 800 кг сырого или 400 кг высушенного продукта в день при среднедневной плотности потока солнечного излучения 19 мДж/м2 в день. Зерно помещается в горизонтальном желобе, продуваемом нагретым воздухом. Аналогичные установки могут быть использованы для сушки кукурузы и других зерновых, листьев табака.
Для сушки зерна в вентилируемом горизонтальном желобе или вертикальном бункере может использоваться нагретый воздух, температура которого всего на 2...3°С (при высоте слоя до 4 м) или на 5...15°С (в слое высотой до 1,5 м) выше температуры окружающей среды. Ограничение высоты слоя обусловлено опасностью конденсации водяных паров в верхней части слоя, особенно в пасмурные дни с высокой влажностью воздуха.
Для сушки зеленых кормов и сена можно использовать следующие методы:
сушка горячим воздухом (300°С) или теплым (40...80°С);
проветривание слабо подогретым воздухом (0...10°С);
вентилирование неподогретым наружным воздухом и сушка сена на земле в естественных условиях.
Расход энергии при сушке сена с использованием солнечной энергии меньше, чем при работе сушилки на жидком топливе, и приблизительно равен расходу энергии при сушке неподогретым воздухом. В системе применяется воздушный коллектор солнечной энергии, в котором температура воздуха повышается на 20°С в яркий солнечный день и на 1°С в пасмурный облачный день. При этом влажность сена снижается на 5% в пасмурный день. В качестве коллектора солнечной энергии могут быть использованы обычной остекленный солнечный коллектор или сама крыша постройки, под которой смонтировано днище солнечного коллектора и вентилятором прогоняется воздух.
Древесину строевого леса можно сушить в теплоизолированной камере объемом 65 м3, в которой на тележке размещается до 10 м3 материала; с помощью вентиляторов осуществляется циркуляция воздуха по замкнутому контуру; воздух нагревается в коллекторе площадью 75 м2.
Интересно почитать