Рециркуляционная сушильная установка

 

Использование: при сушке материалов с использованием воздуха в качестве сушильного агента, в сельском хозяйстве для сушки зерна, в деревообрабатывающей промышленности для сушки пиломатериалов. Сущность изобретения: рециркуляционная сушильная установка содержит камеру сушки, имеющую воздухопроницаемое дно, заполняемую высушиваемым материалом. Камера сушки подсоединена посредством подводящего воздуховода и отводящего воздуховода к рециркуляционному каналу с образованием замкнутого контура циркуляции агента сушки. В рециркуляционном канале, который, как и камера сушки, предпочтительно выполнен теплоизолированным снаружи, размещены вентилятор и теплонасосный агрегат (ТНА), выполненный каскадным, т. е. из двух последовательно соединенных тепловых насосов (ТН). 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для сушки материалов, в которых сушильным агентом служит воздух, и может быть использовано в сельском хозяйстве для сушки зерна и в деревообрабатывающей промышленности для сушки пиломатериалов.

Известна рециркуляционная сушильная установка, содержащая камеру сушки с замкнутым циркуляционным контуром для агента сушки, в котором последовательно с камерой сушки, по ходу агента, размещен осушитель, калорифер и вентилятор (см. в кн. Г.С.Окуня, С.Д.Птицына и А.Г.Чижикова. Установки для сушки зерна за рубежом. М.Сельхозиздат,1963 г. с. 167-168 [1]).

Недостатком известной сушильной установки [1] является ее невысокая экономичность вследствие необходимости охлаждения воздуха, выходящего из камеры сушки, для его осушения с последующими некомпенсируемыми затратами на разогрев воздуха в калорифере. Кроме того, необходимы дополнительные трудо- и энергозатраты на регенерацию осушительных блоков.

Указанные недостатки в определенной степени устраняются в рециркуляционной сушилке, описанной в той же кн. Г.С.Окуня и др. с.170-171, рис.114 [2] в которой для обезвоживания выходящего из камеры сушки агента и его нагреве до необходимой температуры используют теплонасосный агрегат (далее ТНА).

Известная установка [2] являющаяся наиболее близким аналогом заявленного изобретения, содержит камеру сушки с высушиваемым материалом (зерном), подсоединенную посредством подводящего и отводящего воздуховодов к рециркуляционному каналу, где размещены вентилятор и ТНА со сборником влаги, сконденсированной на внешней поверхности испарителя ТНА.

Недостатком сушильной установки прототипа [2] является ограничение по производительности, обусловленное использованием ТНА, имеющего один тепловой насос (далее ТН), а также ограничение по температуре нагрева агента сушки с его помощью, вследствие чего, а также вследствие выполнения камеры сушки в виде отсеков для размещения насыпного слоя высушиваемого зерна отсутствует возможность для эффективного высушивания в этой установке других материалов, например, пиломатериалов, которая может возникнуть, в частности, при временном отсутствии поставок зерна для сушки.

Кроме того, в известной сушилке [2] не достигается высокий коэффициент преобразования теплонасосного цикла, определяющий своей величиной экономичность установки, из-за необходимости реализации значительной разности между температурой рабочего тела в конденсаторе и в испарителе ТН, соответствующей разности температур агента сушки на входе в сушильную камеру и при его осушении. При этом затраты в ТНА возрастают с повышением температуры агента.

Техническим результатом, достигаемым при реализации настоящего изобретения, является повышение производительности и экономичности сушилки, достигаемое за счет повышения производительности и экономичности ТНА.

Достигается это тем, что в заявленном изобретении, в отличие от известной сушильной установки прототипа, ТНА выполнен каскадным из двух последовательно соединенных ТН с различными рабочими телами, сборник влаги установлен под испарителем первого по ходу агента сушки ТН, внешняя поверхность этого испарителя покрыта слоем гидрофобного материала, а рециркуляционный канал снабжен байпасной линией с регулируемой заслонкой для байпасирования испарителя первого ТН.

Дополнительным техническим результатом является расширение ассортимента высушиваемого материала, что достигается размещением в камере сушки сборно-разборного воздухопроницаемого контейнера для высушиваемого материала из комплекта контейнеров, которыми оснащают установку. При этом, в случае сушки пиломатериалов, для повышения качества их сушки за счет увлажнения торцов пиломатериала во время сушки и экономичности технологического процесса, две противоположные боковые стенки контейнера оборудованы влагоприемниками и покрыты изнутри влагопроницаемым и термостойким материалом, подсоединенным своей верхней торцевой частью к указанным влагоприемникам, причем сборник влаги, установленный под испарителем первого ТН, имеет отводящий трубопровод с регулируемым вентилем, подключенный к распределителю влаги (конденсата), снабженному выходными насадками, размещенными над влагоприемниками контейнера.

Кроме того, заявленное изобретение направлено на решение задачи интенсификации и повышения качества сушки, для чего камера сушки может быть оборудована съемными ворошителями или рыхлителями, используемыми при сушке зерна, и дополнительным вентилятором, используемым в случае сушки пиломатериалов.

На фиг.1 схематически изображена сушильная установка согласно заявленному изобретению.

Фиг.2 иллюстрирует вариант выполнения предложенной сушильной установки с использованием контейнера (в случае пиломатериалов).

Заявленная рециркуляционная сушильная установка содержит камеру сушки 1, имеющую воздухопроницаемое дно 2, заполняемую высушиваемым материалом А. Средства загрузки и выгрузки материала, например, зерна, на фиг.1 не показаны, т.к. они традиционны и не входят в объем притязаний (например, верхний бункер для загрузки и откидной люк для выгрузки в придонной части боковой стенки камеры). Камера сушки 1 подсоединена посредством подводящего воздуховода 3 и отводящего воздуховода 4 к рециркуляционному каналу 5 с образованием замкнутого контура циркуляции агента сушки (воздуха или инертного газа).

В рециркуляционном канале 5, который, как и камера сушки, предпочтительно выполнен теплоизолированным снаружи (теплоизоляция на фиг.1 и фиг.2 не показана для упрощения), размещены вентилятор 6 и ТНА 7, выполненный каскадным, т.е. из двух последовательно соединенных ТН. Испаритель 8 первого по ходу агента сушки ТН является охладителем и осушителем агента сушки и размещен непосредственно за отводящим воздуховодом 4. Внешняя поверхность испарителя-осушителя 8 покрыта тонким слоем гидрофобного материала, например, тефлона или же из числа металлов, не смачиваемых водой. Под испарителем 8 установлен сборник 9 влаги, конденсирующейся на поверхности испарителя в процессе осушения агента.

Первый ТН содержит также компрессор 10, конденсатор, теплообменные элементы которого размещены в промежуточном рекуперативном теплообменнике 11, и дроссельный клапан 12.

В промежуточном теплообменнике 11, который может быть теплоизолирован снаружи, смонтированы и теплообменные элементы испарителя второго ТН, передающие его испаряющемуся рабочему телу теплоту, выделяющуюся при конденсации одновременно рабочего тела первого ТН, т.е. теплообменник 11 является, по существу, испарителем-конденсатором.

Второй ТН содержит, кроме того, компрессор 13, конденсатор 14 (является нагревателем агента сушки) и дроссельный клапан 15.

В качестве рабочего тела ТНА могут быть использованы известные хладоагенты (аммиак, R12, R22 и т.п.), обеспечивающие высокий коэффициент преобразования теплонасосного цикла в заданном рабочем диапазоне температур ТНА (например, от -5 до +60 градусов Цельсия), выбранные в соответствии с требованиями, предъявляемыми к рабочим телам ТН (см. например, в кн. А.В.Быкова, И. М.Калныня. Холодильные машины и тепловые насосы. М. Агропромиздат,1988 г. с. 190-192). Согласно изобретению, первый и второй ТН могут иметь как одинаковые, так и различные рабочие тела, каждое из которых в последнем случае выбирают наиболее подходящим для эффективного использования в интервале температур, реализуемом данным ТН.

За конденсатором 14 по ходу агента может быть установлено дополнительное средство для нагрева агента сушки, выполненное в виде калорифера 16 (электрического или с паровым обогревом).

Предпочтительное местоположение вентилятора 6 на участке канала 5 между испарителем первого ТН 8 и конденсатором второго ТН 14 обеспечивает более благоприятные, чем в прототипе [2] температурно-влажностные условия с точки зрения надежности и ресурса работы вентилятора 6.

Рециркуляционный канал 5 имеет байпасную линию 17,образованную, например, с помощью разделительной перегородки 18, параллельной стенкам канала 5. Возможно формирование байпасной линии 17 и посредством использования отдельного обводящего трубопровода. Байпасная линия 17 может быть как внешней по отношению к каналу 5 (см. фиг.1 и фиг.2), так и внутренней, образованной перегородкой 18 и внутренней стенкой рециркуляционного канала. Эта байпасная линия позволяет подавать часть агента сушки с выхода камеры сушки 1 к конденсатору 14 второго ТН (нагревателю агента) в обход, по крайней мере, испарителя 8 первого ТН или же, как показано на фиг.1, минуя и вентилятор 6 и весь ТНА, за исключением конденсатора 14 второго ТН. Однако, возможно байпасирование и лишь части ТНА в соответствии с фиг.2.

На участках резкого изменения направления потока в байпасной линии целесообразно размещение направляющих лопаток 19. Для регулирования расхода агента сушки через байпасную линию 17 она оснащена регулировочной заслонкой 20.

Камера сушки 1 может быть оборудована съемными ворошителями 21 или съемными рыхлителями (не показаны) сыпучего материала (в частности, зерна), приводимыми во вращение или в движение "вверх-вниз" с помощью электродвигателя.

В варианте выполнения заявленной сушильной установки, иллюстрируемом фиг.2, в камере сушки 1 размещен воздухопроницаемый сборно-разборный контейнер 22 из комплекта сменных контейнеров, которым оснащена заявленная сушильная установка. Загрузка контейнера с высушиваемым материалом в камеру 1 осуществляется через проем в боковой стенке камеры. После загрузки камера сушки герметизируется с помощью дверцы 23 (см. фиг.2), снабженной уплотнением (не показано).

Выполнение, по крайней мере, одного контейнера 22 из указанного комплекта, предназначенного для размещения пиломатериалов, характеризуется тем, что для увлажнения их торцов в процессе сушки две противоположные боковые стенки этого контейнера покрыты изнутри влагопроницаемым и термостойким материалом 24, например, стеклотканью, и снабжены влагоприемниками 25, подсоединенными к верхней торцевой части слоя материала 24 и выполненными, например, в виде сужающихся книзу коротких щелевых каналов.

Для подачи влаги (воды) к влагоприемникам 25 в сборнике 9 влаги имеется отводящий трубопровод 26 с регулируемым вентилем 27, соединенный со съемным распределителем 28 влаги, выходные насадки 29 которого размещены над указанными влагоприемниками 25. Слив избытка конденсата из сборника 9 за пределы установки осуществляют через сливной трубопровод 30, снабженный запорным вентилем 31.

При работе сушильной установки агент сушки циркулирует под действием вентилятора 6 по замкнутому контуру, последовательно проходя камеру сушки 2, испаритель 8 первого ТН, конденсатор 14 второго ТН и калорифер, после чего вновь нагнетается в камеру сушки. Часть агента из камеры сушки поступает в байпасную линию 17 в обход, по крайней мере, испарителя 8, а из нее - непосредственно к конденсатору 14 второго ТН, смешиваясь с агентом, прошедшим через испаритель 8.

В камере 1 осуществляется конвективная сушка влажного материала нагретым агентом (воздухом), который, контактируя с материалом, увлажняется, поглощая влагу, содержащуюся в высушиваемом материале, и частично охлаждается. Затем "отработанный" агент поступает по воздуховоду 4 на испаритель 8, где, охлаждаясь ниже точки росы, отдает тепло (включая и теплоту конденсации паров воды) испаряющемуся хладагенту, циркулирующему по замкнутому контуру ТН.

Поверхность испарителя 8 первого ТН покрыта слоем гидрофобного материала, что позволяет реализовать режимы капельной конденсации влаги на этой поверхности, которому присуща наиболее высокая величина коэффициента теплоотдачи (до 20 раз выше, чем при пленочной конденсации, имеющей место на смачиваемой поверхности). Этим в заявленном изобретении достигается интенсификация осушения агента, способствующая повышению производительности ТНА и всей установки в целом, при уменьшении габаритов и массы испарителя ТН.

Кроме того, в случае непредвиденного вымораживания на испарителе льда из сконденсированной влаги гидрофобное покрытие позволяет облегчить удаление образовавшегося льда с его поверхности.

Сконденсированная на поверхности испарителя 8 влага стекает в сборник 9, а ее избыток сливается через трубопровод 30 при открытом вентиле 31.

При прохождении через конденсатор 14 второго ТН агент сушки нагревается до необходимой температуры. При этом вследствие байпасирования часть агента поступает на конденсатор 14 неохлажденным, с более высокой температурой, чем осушенный агент. Это позволяет снизить энергозатраты на нагрев агента, т.е. повысить экономичность установки.

Расход агента сушки через байпасную линию 17 при необходимости регулируют заслонкой 20, что позволяет регулировать расход осушаемого испарителем агента в зависимости от его влажности и температуру агента на входе в камеру 1, например, повышая ее в процессе сушки зерна по мере снижения его влажности.

Дополнительно температуру агента сушки можно повысить включением калорифера 16.

В отличие от прототипа [2] ТНА в заявленном изобретении выполнен каскадным и поэтому каждый из двух его последовательно соединенных ТН реализует лишь часть (например, половину) общего перепада температур, соответствующего разности между температурой агента сушки на выходе из ТНА и на входе в ТНА (реализуемой в прототипе [2] посредством ТНА с одним ТН).

Уменьшение разности между температурой конденсации и испарения рабочего тела в теплонасосном цикле обуславливает повышение коэффициента преобразования ТН, величина которого, как известно из технической литературы (см. уч. В.А.Кириллин, В.В.Сычев. Техническая термодинамика. М. Энергоатомиздат, 1983 г. с. 366-367), является показателем экономичности ТН и обратно пропорциональна указанной выше разности температур рабочего тела.

Поэтому использование каскадного ТНА в заявленном изобретении позволяет повысить экономичность сушильной установки с ТНА.

Дополнительно экономичность установки может быть повышена выполнением рециркуляционного канала и камеры сушки теплоизолированными, что снижает потери тепла в окружающую среду.

Сушка зерна в заявленной установке может производиться с его загрузкой непосредственно на дно камеры 1, в которой, как показано на фиг. 1, сформирован сушильный отсек (или отсеки).

Сушильный агент нагревают до температуры 50-70 градусов Цельсия. Конкретный режим сушки устанавливают в зависимости от начальной влажности, сорта зерна и предполагаемого его использования. В частности, для сохранения качества продукта более влажное зерно просушивается при меньших температурах указанного интервала. Для более быстрого и равномерного нагрева зерна, высушиваемого насыпным слоем, и для ускорения процесса испарения из него влаги в сушильной установке согласно изобретению используются съемные ворошители 21 (или же рыхлители), интенсивно перемешивающие зерно, улучшая условия контактирования каждого отдельного зерна с нагретым сушильным агентом.

Кроме того, в соответствии с предложенным изобретением для размещения и сушки зерна в камере 1 может быть использован и воздухопроницаемый контейнер.

В случае сушки пиломатериалов в заявленной установке предварительно из камеры 1 удаляют ворошители 21, герметизируют воздуховод в месте ввода ворошителей с помощью, например, люка, снабженного уплотнением, а к отводящему трубопроводу 26 подключают распределитель 28 влаги, под которым размещают в камере сушки контейнер 22 с пиломатериалами, снабженный вышеупомянутыми средствами для увлажнения их торцов, так, чтобы насадки 29 распределителя располагались над влагоприемниками 25, смонтированными на контейнере.

При работе установки пиломатериалы, уложенные в контейнере штабелем и контактирующие торцами с влагопроницаемым материалом 24, постепенно высушиваются агентом, имеющим температуру 70-80 градусов Цельсия на входе в камеру, проходящим через контейнер и зазоры в штабеле. Нагрев агента осуществляют в конденсаторе 14 второго ТН и, при необходимости, дополнительно в калорифере 16.

Сконденсированная влага из сборника 9 при открытом вентиле 27 поступает в процессе сушки через насадки 29 и влагоприемники 25 к влагопроницаемому материалу 24, прилегающему к боковым стенкам контейнера, и увлажняют торцевые поверхности штабеля.

В результате увлажнения торцов пиломатериалов (степень увлажнения можно регулировать вентилем 27) улучшается качество их сушки за счет устранения пересыхания торцевых поверхностей при экономном расходовании энергии вследствие утилизации конденсируемой влаги.

Для активизации циркуляции агента сушки и интенсификации сушки пиломатериалов может быть использован дополнительный вентилятор, размещенный в камере сушки или же в одном из воздуховодов (3 или 4).

Формула изобретения

1. Рециркуляционная сушильная установка, содержащая камеру сушки, подсоединенную с помощью подводящего и отводящего воздуховодов к рециркуляционному каналу, в котором размещены вентилятор и теплонасосный агрегат со сборником влаги, сконденсированной на внешней поверхности испарителя теплонасосного агрегата, отличающаяся тем, что теплонасосный агрегат выполнен из двух последовательно соединенных тепловых насосов, сборник влаги установлен под испарителем первого по ходу сушильного агрегата теплового насоса, внешняя поверхность испарителя первого теплового насоса покрыта слоем гидрофобного материала, а рециркуляционный канал снабжен байпасной линией с регулировочной заслонкой для байпасирования испарителя первого теплового насоса.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена калорифером, установленным за конденсатором второго теплового насоса по ходу сушильного агента.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в камере сушки размещен воздухопроницаемый контейнер для высушиваемого материала из комплекта сборно-разборных сменных контейнеров, которым оснащена сушильная установка.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что две противоположные боковые стенки воздухопроницаемого контейнера покрыты изнутри влагопроницаемым, термостойким материалом и снабжены влагоприемниками, подсоединенными к верхней торцевой части слоя этого материала, а сборник влаги имеет отводящий трубопровод с регулировочным вентилем и съемным распределителем влаги, выходные насадки которого размещены над влагоприемниками.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что камера сушки оборудована съемными ворошителями.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что камера сушки оборудована съемными рыхлителями.

7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что вентилятор размещен между испарителем первого теплового насоса и конденсатором второго теплового насоса.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что байпасная линия образована с помощью разделительной перегородки, установленной в рециркуляционном канале параллельно его стенкам.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рециркуляционный канал и камера сушки выполнены теплоизолированными снаружи.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что два последовательно соединенных тепловых насоса имеют различные по составу рабочие тела.

11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в камере сушки размещен дополнительный вентилятор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2