OA21288A - Hybrid and automated indirect type solar dryer for drying fruits and the like. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un séchoir solaire de type indirect hybride et automatisé de grande capacité pour le séchage des fruits ou analogues, comprenant une chambre de séchage (1), un capteur solaire thermique (2) assurant le chauffage de l'air pour le séchage des fruits, caractérisé en ce que ladite chambre de séchage (1) et ledit capteur (2) sont reliés par un entonnoir (3) permettant une bonne répartition du flux d'air entrant au niveau des produits à sécher, ladite chambre de séchage (1), ledit capteur (2) et ledit entonnoir (3) étant thermiquement isolés afin de limiter les déperditions thermiques. Le dispositif objet de la présente invention permet d'isoler les éléments à sécher des contaminations extérieures telles que la poussière, les animaux ou les intempéries. Il est isolé thermiquement offrant ainsi une plus grande inertie thermique, ce qui réduit sa dépendance aux aléas climatiques. Le dispositif est aussi doté d'un algorithme innovant de régulation qui permet de choisir en fonction des contraintes en présence, les meilleures combinaisons de sources énergétiques avec pour finalité de réduire le coût de revient du séchage. Le dispositif est également muni d'un dispositif de monitoring qui permet de suivre la cinétique du séchage en temps réel et alerte l'utilisateur de la fin du séchage.
The present invention relates to a large capacity hybrid and automated indirect type solar dryer for drying fruits or the like, comprising a drying chamber (1), a solar thermal collector (2) ensuring heating of the air for drying fruits, characterized in that said drying chamber (1) and said sensor (2) are connected by a funnel (3) allowing good distribution of the air flow entering at the level of the products to be dried, said drying chamber ( 1), said sensor (2) and said funnel (3) being thermally insulated in order to limit heat losses. The device which is the subject of the present invention makes it possible to isolate the elements to be dried from external contamination such as dust, animals or bad weather. It is thermally insulated, thus offering greater thermal inertia, which reduces its dependence on climatic hazards. The device is also equipped with an innovative regulation algorithm which makes it possible to choose, depending on the constraints present, the best combinations of energy sources with the aim of reducing the cost price of drying. The device is also equipped with a monitoring device which makes it possible to follow the kinetics of drying in real time and alerts the user of the end of drying.
Description
Séchoir solaire de type indirect hybride et automatisé pour le séchage des fruits et analoguesHybrid and automated indirect type solar dryer for drying fruits and the like
La présente invention concerne un séchoir solaire de type indirect hybride et automatisé de ' grande capacité pour le séchage des fruits ou analogues, comprenant une chambre de séchage (1), un capteur solaire thermique (2) assurant le chauffage de l’air pour le séchage des fruits; caractérisé en ce que ladite chambre de séchage (1) et ledit capteur (2) sont reliés par un entonnoir (3) permettant une bonne répartition du flux d’air entrant au niveau des produits à sécher, ladite chambre de séchage (1), ledit capteur (2) et ledit entonnoir (3) étant thermiquement isolés afin de limiter les déperditions thermiques.The present invention relates to a large capacity hybrid and automated indirect type solar dryer for drying fruits or the like, comprising a drying chamber (1), a solar thermal collector (2) ensuring the heating of the air for the fruit drying; characterized in that said drying chamber (1) and said sensor (2) are connected by a funnel (3) allowing good distribution of the air flow entering at the level of the products to be dried, said drying chamber (1), said sensor (2) and said funnel (3) being thermally insulated in order to limit heat losses.
Le développement des procédés de déshydratation comprend les méthodes traditionnelles, dans lesquelles les fruits à sécher sont étalés (sous le soleil) sur (des mailles en plastiques ou des claies) une surface de support et exposés directement aux radiations solaires pendant plusieurs jours période durant laquelle ils sont exposés à la poussière, à la présence d’animaux et peuvent subir des dommages liés aux intempéries.The development of dehydration processes includes traditional methods, in which the fruits to be dried are spread (under the sun) on (plastic mesh or racks) a support surface and exposed directly to solar radiation for several days, during which time they are exposed to dust, the presence of animals and can suffer damage from bad weather.
Un autre type de système de séchage consiste en un four à circulation continue ayant un brûleur à gaz naturel ou un système à bois muni d’un échangeur de chaleur, qui souffle un mélange d’air chaud à environ 65-80°C, mélange composé d’air recyclé à partir de la sortie dudit four et d’air d’appoint provenant de l’extérieur, l’air chaud résultant, mélange de vapeur d’eau et d’air sec, est aspiré par un ventilateur et soufflé dans le four de séchage sur les fruits à sécher. Ce type de séchage est rapide et dure en général moins de 24 heures. Les inconvénients d’un tel système sont entre autres le coût énergétique et en capital, l’altération dès cellules des fruits due à la température élevée empêchant une bonne réhydratation de ces derniers et la contamination des fruits par les particules provenant de la combustion du gaz. ...Another type of drying system consists of a continuous circulation oven having a natural gas burner or a wood system fitted with a heat exchanger, which blows a mixture of hot air at approximately 65-80°C, mixing composed of air recycled from the outlet of said oven and make-up air coming from the outside, the resulting hot air, a mixture of water vapor and dry air, is sucked in by a fan and blown in the drying oven on the fruit to be dried. This type of drying is quick and generally lasts less than 24 hours. The disadvantages of such a system are, among others, the energy and capital cost, the alteration of fruit cells due to the high temperature preventing good rehydration of the latter and the contamination of the fruits by particles coming from the combustion of the gas. . ...
L’état de la technique fait ressortir également divers types de séchoirs aussi bien solaires, hybrides qu’électriques. Une des limites actuelles des séchoirs solaires réside dans le fait que l’augmentation de la température en leur sein est dépendante des conditioris météorologiques. En ce qui concerne les séchoirs électriques ou hybrides, la température de séchage dépasse parfois les valeurs maximales admissibles et les coûts de revient des produits finis les rendent inaccessibles aux populations. . . ; : . .The state of the art also highlights various types of dryers, including solar, hybrid and electric. One of the current limitations of solar dryers lies in the fact that the increase in temperature within them is dependent on weather conditions. With regard to electric or hybrid dryers, the drying temperature sometimes exceeds the maximum admissible values and the cost price of the finished products makes them inaccessible to populations. . . ; : . .
Le. but de la présente invention est de développer un système amélioré de séchage solaire d’un type hybride modifié de celui connu dans l’état de l’art actuel qui permet de sécher des fruits ou analogues grâce à l’énergie solaire de type indirect hybride et automatisé permettant d’isoler lesdits fruits des contaminations extérieures telles que la poussière, les animaux ou les intempéries. Le système est isolé thermiquement offrant ainsi une plus grande inertie thermique, Ce qui réduit sa dépendance aux aléas climatiques.THE. aim of the present invention is to develop an improved solar drying system of a hybrid type modified from that known in the current state of the art which makes it possible to dry fruits or the like using solar energy of indirect hybrid type and automated allowing said fruits to be isolated from external contamination such as dust, animals or bad weather. The system is thermally insulated, thus offering greater thermal inertia, which reduces its dependence on climatic hazards.
Le système est aussi doté d’un algorithme innovant de régulation qui permet de choisir en fonction dès contraintes en présence, les meilleures combinaisons de sources énergétiques avec pour finalité de réduire le coût de revient du séchage. Le système est également muni d’un dispositif de monitoring qui permet de suivre la. cinétique du séchage en temps réel et alerte, l’utilisateur de la fin du séchage. .The system is also equipped with an innovative regulation algorithm which makes it possible to choose, depending on the constraints present, the best combinations of energy sources with the aim of reducing the cost price of drying. The system is also equipped with a monitoring device which makes it possible to follow the. drying kinetics in real time and alerts the user of the end of drying. .
ii
A 'cette fin, l’invention a pour objet un séchoir de type indirect hybride comprenant une chambre de séchage (1), un capteur solaire thermique (2) assurant le chauffage de l’air pour lé . séchage dés fruits, ladite chambre froide (1) et ledit capteur (2) étant reliés par un entonnoir ; (3) qui assure la bonne répartition du flux d’air entrant au niveau des produits à sécher. La chambre de séchage (1), le capteur (2) et l’entonnoir (3) sont thermiquement isolés afin dé limiter lés déperditions thermiques.To this end, the invention relates to a hybrid indirect type dryer comprising a drying chamber (1), a solar thermal collector (2) ensuring the heating of the air for the dryer. drying of fruits, said cold room (1) and said sensor (2) being connected by a funnel; (3) which ensures the good distribution of the incoming air flow at the level of the products to be dried. The drying chamber (1), the sensor (2) and the funnel (3) are thermally insulated to limit heat loss.
Dans un autre aspect de l’invention, l’entonnoir contient un ventilateur: (6) de type DC/AC, assurant l’évacuation de l’air par la cheminée (9) en cas de conditions défavorables dans la chambre de séchage (1) et asservi pour contrôler la vitesse de l’air au cours du séchage. Ce ventilateur peut être alimenté avec du courant DC (12V) provenant d’un secteur solaire PV ou avec une alimentation AC monophasée 230V.In another aspect of the invention, the funnel contains a fan: (6) of DC/AC type, ensuring the evacuation of air through the chimney (9) in the event of unfavorable conditions in the drying chamber ( 1) and slaved to control the air speed during drying. This fan can be powered with DC current (12V) from a solar PV sector or with a single-phase 230V AC power supply.
Dans un autre aspect de l’invention, le séchoir dispose d’un système de régulation thermique de sorte que l’utilisateur entre la plage de température souhaitée dans la chambre de séchage, en fonction.des paramètres optimaux de séchage du produit en présence et lance le séchage.In another aspect of the invention, the dryer has a thermal regulation system so that the user enters the desired temperature range in the drying chamber, depending on the optimal drying parameters of the product in the presence and starts drying.
Dans un autre aspect de l’invention, le séchoir peut déclencher dé façon automatique l’allumage des brûleurs à gaz (5) et des résistances chauffantes (8) en fonction des paramètres de séchage définis par l’utilisateur et des paramètres mesurés durant l’évolution du processusIn another aspect of the invention, the dryer can automatically trigger the ignition of the gas burners (5) and the heating resistors (8) depending on the drying parameters defined by the user and the parameters measured during the drying process. evolution of the process
Dans un autre aspect de l’invention, les brûleurs à gaz (5) sont disposés dans le capteur solaire (2), en dessous de l’absorbeur (4), les résistances chauffantes (8) étant disposées sur les claies (7) dans la chambre de séchage (1). ‘ ?.In another aspect of the invention, the gas burners (5) are arranged in the solar collector (2), below the absorber (4), the heating resistors (8) being arranged on the racks (7) in the drying chamber (1). ‘?.
Dans: ûn autre aspect de l’invention, l’air de séchage peut être admis, en mode convection forcée, par un ventilateur axial (2) disposé dans l’entonnoir (3). L’air peut être également admis par convection naturelle.In: another aspect of the invention, the drying air can be admitted, in forced convection mode, by an axial fan (2) arranged in the funnel (3). Air can also be admitted by natural convection.
Dans un autre aspect de l’invention, la sélection de la source d’appoint est effectuée par un algorithme de régulation. Ledit algorithme de régulation gère la mise en marche et l’extinction du Ventilateur, des résistances chauffantes et des brûleurs à gaz. Le ventilateur permet l’homogénéisation de l’air dans la chambre de séchage et son évacuation hors de la chambre de séchage (1) grâce à la cheminée (9). L’utilisation des résistances chauffantes (8) ou-des brûleurs à gaz (5) assure à tout moment, la disponibilité de la chaleur àT intérieur de la chambre de séchage (1) afin de pouvoir asservir la température de la chambre de séchage dans la plage de température recommandée pour le séchage des produits en présence.In another aspect of the invention, the selection of the auxiliary source is carried out by a regulation algorithm. Said regulation algorithm manages the switching on and off of the Fan, the heating resistors and the gas burners. The fan allows the homogenization of the air in the drying chamber and its evacuation out of the drying chamber (1) thanks to the chimney (9). The use of heating resistors (8) or gas burners (5) ensures at all times the availability of heat inside the drying chamber (1) in order to be able to control the temperature of the drying chamber in the recommended temperature range for drying the products present.
Une fois cette plage saisie au clavier par l’utilisateur, le système choisit en priorité, la chaleur eh provenance du capteur solaire thermique. Si au bout d’un temps Δί spécifié, la température de l’enceinte ne se retrouve pas dans la plage recommandée, le système active les résistances chauffantes alimentées par le solaire PV ou une source électrique ÀC disponible.Once this range is entered on the keyboard by the user, the system chooses as a priority the heat coming from the solar thermal collector. If after a specified time Δί, the enclosure temperature is not within the recommended range, the system activates the heating resistors powered by solar PV or an available AC electrical source.
Si cette source ne permet pas. de rentrer et de rester dans la plage, optimale de température, les brûleurs à gaz sont activés. Il est possible aussi à l’utilisateur de spécifier Ja masse des produits à sécher, leur nature et la durée souhaitée pour le séchage, le système de régulation en fonction de sa base de données, sollicite les sources énergétiques appropriées pour satisfaire aux exigences du séchage. .If this source does not allow. To enter and remain within the optimal temperature range, the gas burners are activated. It is also possible for the user to specify the mass of the products to be dried, their nature and the desired duration for drying; the control system, based on its database, requests the appropriate energy sources to meet the drying requirements. . .
Dans un-autre aspect de l’invention, le dispositif est démontable, ce qui permet son déplacement d’un endroit à l’autre sans grande difficulté. · ;In another aspect of the invention, the device can be dismantled, which allows it to be moved from one place to another without great difficulty. · ;
[/invention va être exposée de manière plus détaillée à l’aide d’un exemple de réalisation représenté dans les dessins suivants :[/invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the following drawings:
: La figure 1 représente une vue latérale du dispositif ; : Figure 1 shows a side view of the device;
La figure 2 représente une coupe frontale du capteur solaire et de ses constituants ;Figure 2 represents a front section of the solar collector and its constituents;
: La figure 3 représente une vue éclatée du séchoir solaire. .: Figure 3 shows an exploded view of the solar dryer. .
Conformément à la numérotation utilisée dans les figures, comme le montrent les figures, le dispositif objet de l’invention comprend une chambre de séchage (1) dont la partie extérieure est en âcîèr et la partie intérieure en acier inoxydable. Les dimensions du système dépendent de l’utilisation à en faire. Les plus petites dimensions possibles sont approximativement (de 0,8m de long, 0,6m de large et 0,8m de haut). Pour ces dimensions, les deux parties (extérieure et intérieure) sont séparées par un isolant thermique d’au moins 2,5 cm d’épaisseur. A l’intérieur de la chambre de séchage sont disposées au moins trois claies (7) distantes d’au moins 15cm chacune. Ces claies sont destinées à recevoir les produits à sécher introduits par l’utilisateur. · . . :In accordance with the numbering used in the figures, as shown in the figures, the device which is the subject of the invention comprises a drying chamber (1) the outer part of which is made of steel and the inner part of stainless steel. The dimensions of the system depend on the use to be made of it. The smallest possible dimensions are approximately (0.8m long, 0.6m wide and 0.8m high). For these dimensions, the two parts (exterior and interior) are separated by thermal insulation at least 2.5 cm thick. Inside the drying chamber, at least three racks (7) are placed at least 15cm apart each. These racks are intended to receive the products to be dried introduced by the user. · . . :
La'chambre de séchage (1) est munie d’une porte sur laquelle est vissé le boîtier du système de régulation thermique (13). La porte est dotée d’un gong de blocage pour assurer l’étanchéité de la chambre (1) lors du processus de séchage. Le conduit en forme d’entonnoir . (3) assure l’admission dans la chambre de séchage (1) de l’air provenant du capteur solaire (4). L’air de séchage peut être admis, en mode convection .forcée, par un ventilateur axial (2) disposé dans l’entonnoir (3). L’air peut être également admis par convection naturelle. Ledit capteur solaire (2) est fait d’une double paroi d’acier isolée thermiquement du milieu extérieur par de la laine de verre.The drying chamber (1) is equipped with a door onto which the housing of the thermal regulation system (13) is screwed. The door is equipped with a locking gong to ensure the sealing of the chamber (1) during the drying process. The funnel-shaped conduit. (3) ensures the admission into the drying chamber (1) of air coming from the solar collector (4). The drying air can be admitted, in forced convection mode, by an axial fan (2) placed in the funnel (3). Air can also be admitted by natural convection. Said solar collector (2) is made of a double wall of steel thermally insulated from the external environment by glass wool.
L’inclinaison du capteur est réglable en fonction de la zone d’installation. De bas en haut, ce 30 capteur (2) est constitué d’un absorbeur. (4) en aluminium de type plaque à ailettes rectangulaires peinte de toute autre couleur mais de préférence en noir mat et d’une couverture transparente (10) qui assure l’effet de serre au sein du capteur solaire (2). La couverture transparente (10) laisse, passer le rayonnement solaire (11) et permet ainsi à l’absorbeur (4) dé capter la chaleur provenant dudit rayonnement solaire. L’air entrant par les 35 ouvertures (12) situées à l’avant du capteur solaire (2) est chauffé au contact de l’absorbeur (4) . Le capteur solaire (2) et l’ensemble chambre de séchage-entonnoir, reposent chacun sur un.support qui. peut être réalisé en fer cornière ou en barre métallique.The inclination of the sensor is adjustable depending on the installation area. From bottom to top, this sensor (2) consists of an absorber. (4) in aluminum plate type with rectangular fins painted in any other color but preferably in matt black and with a transparent cover (10) which ensures the greenhouse effect within the solar collector (2). The transparent cover (10) lets the solar radiation (11) pass and thus allows the absorber (4) to capture the heat coming from said solar radiation. The air entering through the 35 openings (12) located in front of the solar collector (2) is heated on contact with the absorber (4). The solar collector (2) and the drying chamber-funnel assembly each rest on a support which. can be made from angle iron or metal bar.
. La régulation thermique au sein du séchoir est effective dans un premier temps grâce aux capteurs de température et d’humidité disposés dans la chambre de séchage (ί) et liés au microcontrôleur contenu dans le boîtier (13). Dans un second temps, cette régulation est assurée grâce, au ventilateur axial (6) dont la vitesse de rotation est contrôlée, par un ' . ’ .' . I 3 I . . ; !'. . : ' Ί X miçroepntrôleur programmé pour la circonstance. La cheminée (9) disposée sur la chambre de séchage permet l’évacuation de l’air de séchage vers le milieu ambiant. :. Thermal regulation within the dryer is initially effective thanks to the temperature and humidity sensors placed in the drying chamber (ί) and linked to the microcontroller contained in the housing (13). Secondly, this regulation is ensured thanks to the axial fan (6) whose rotation speed is controlled by a '. ' .' . I 3 I . . ; !'. . : ' Ί X microcontroller programmed for the circumstance. The chimney (9) placed on the drying chamber allows the drying air to be evacuated to the ambient environment. :
;; Tous, les équipements électriques (système de régulation thermique, ventilateur; résistances j 5 chauffantes) peuvent être alimentés en énergie électrique soit par le réseau électrique conventionnel soit par un système solaire photo voltaïque. . . ; ; All electrical equipment (thermal regulation system, fan; heating resistors) can be supplied with electrical energy either by the conventional electricity network or by a photovoltaic solar system. . .
i Pour un fonctionnement en mode solaire, la température de la chambre de séchage peut atteindre 65°C en convection naturelle.i For operation in solar mode, the temperature of the drying chamber can reach 65°C in natural convection.
Le séchoir est prévu pour fonctionner en mode hybride. Le mode hybride peut consister en plus du mode solaire thermique, à l’utilisation de résistances chauffantes (8) alimentées avec une source électrique. Lesdites résistances sont disposées sur des claies (7), dont le fonctionnement est géré par le microcontrôleur du système de régulation thermique.The dryer is designed to operate in hybrid mode. The hybrid mode may consist of, in addition to solar thermal mode, the use of heating resistors (8) powered by an electrical source. Said resistors are arranged on racks (7), the operation of which is managed by the microcontroller of the thermal regulation system.
Le mode hybride peut également consister à l’utilisation des brûleurs à gaz (5) et des , résistances chauffantes (8). Lesdits brûleurs à gaz sont disposés dans le capteur solaire (2), en . dessous dè l’absorbeur. L’allumage des brûleurs à gaz n’est pas effectué par l’utilisateur, il est effectué automatiquement par le microcontrôleur. Les brûleurs à gaz (5) chauffent l’absorbeur (4) qui à son tour chauffe l’air entrant dans le capteur solaire, comme dans le cas d’un 20 fonctionnement en mode solaire.The hybrid mode can also consist of the use of gas burners (5) and heating resistors (8). Said gas burners are arranged in the solar collector (2), in . below the absorber. The ignition of the gas burners is not carried out by the user, it is carried out automatically by the microcontroller. The gas burners (5) heat the absorber (4) which in turn heats the air entering the solar collector, as in the case of operation in solar mode.
. Le fonctionnement en mode hybride peut assurer un séchage en moins de 12h du produit (fruits,..légumes ou analogues) à sécher. Les produits séchés sont retirés par l’utilisateur de la chambre de séchage après que le système de régulation thermique l’ait informé par SMS de la 25 fin du séchage. .. Operation in hybrid mode can ensure drying in less than 12 hours of the product (fruits, vegetables or the like) to be dried. The dried products are removed by the user from the drying chamber after the thermal regulation system has informed them by SMS of the end of drying. .
. Le séchoir est conçu de sorte que le ventilateur ou les résistances chauffantes puissent être alimentés avec du courant DC (12V) grâce à des éléments thermoélectriques. Ces derniers ; peuvent être disposés sur la couverture transparente (10) pour profiter du gradient de 30 température entre le capteur solaire (2) et le milieu ambiant. .. The dryer is designed so that the fan or the heating elements can be powered with DC current (12V) using thermoelectric elements. These latter ; can be placed on the transparent cover (10) to take advantage of the temperature gradient between the solar collector (2) and the ambient environment. .
: De plus, pour améliorer la contribution du solaire thermique dans le bilan énergétique du séchage, il est prévu en fonction des besoins d’ajouter un ou deux capteurs solaires identiques . à celui présenté et disposés sur les deux faces latérales de l’entonnoir. La convection forcée à 35 l’intérieur du séchoir peut être également améliorée par l’utilisation de ventilateurs aussi bien . à l’entrée du capteur solaire (2) que dans la cheminée (9). ’ .: In addition, to improve the contribution of solar thermal to the energy balance of drying, it is planned to add one or two identical solar collectors depending on the needs. to that presented and arranged on the two side faces of the funnel. Forced convection inside the dryer can also be improved by the use of fans as well. at the entrance to the solar collector (2) and in the chimney (9). ’ .
En résumé, la présente invention revendique un système de séchage solaire pour les fruits ou , analogue qui permet un meilleur contrôle de la qualité de séchage des fruits, relativement bon 40 marché à produire, permet de protéger les fruits contre des dommages liés à l’humidité, la poussière .et les animaux durant toute la phase de séchage. Ce système est ainsi destiné à réduire le temps et le coût du séchage et permet de contribuer à, la préservation de ; l’environnement.In summary, the present invention claims a solar drying system for fruits or the like which allows better control of the quality of drying of fruits, relatively cheap to produce, allows to protect the fruits against damage linked to the humidity, dust and animals throughout the drying phase. This system is thus intended to reduce the time and cost of drying and helps to contribute to the preservation of; the environment.
Bien que le système de séchage soit utilisé de préférence pour les fruits, il faut comprendre que le système de la présente invention peut être adapté pour sécher de nombreux autres types de produits dans un certain stade ou phase de traitement. En conséquence, la description qui précède est. destinée à être exemplaire et ne doit pas être considérée comme limitative sur la 5 portée de T invention présentée avec les revendications suivantes. De même, les dimensions telles 'que présentées sont à titre d’illustration et ne doivent pas être considérées comme limitatives,,le système pouvant être adapté pour le séchage de fruits d’une grande quantité.Although the drying system is preferably used for fruit, it should be understood that the system of the present invention can be adapted to dry many other types of products in a certain stage or phase of processing. Accordingly, the foregoing description is. intended to be exemplary and should not be considered limiting on the scope of the invention presented with the following claims. Likewise, the dimensions as presented are for illustration purposes and should not be considered limiting, as the system can be adapted for drying large quantities of fruit.
Claims (10)
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