RU203367U1

RU203367U1 - SOLID MATERIAL DRYING PLANT

Info

Publication number: RU203367U1
Application number: RU2020122304U
Authority: RU
Inventors: Евгений Владимирович Левин; Александр Юрьевич Окунев
Original assignee: Евгений Владимирович Левин; Александр Юрьевич Окунев
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2021-04-01

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для осушки различных твердых материалов и может быть использована в химической, строительной, фармацевтической, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности, связанных с переработкой и/или подготовкой материалов. Задачей, которую решает полезная модель, является повышение технологичности и надежности установки осушки твердых материалов. Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении энергетической эффективности за счет снижения тепловых потерь. Установка включает теплоизолированную сушильную камеру, размещенные внутри камеры и соединенные воздушной коммуникацией компрессор и теплообменник, выход которого соединен с устройством удаления конденсата проточного типа. Устройство удаления конденсата может быть также размещено внутри камеры. Выход устройства удаления конденсата соединен газовой коммуникацией со штуцерами для обдува компрессора и теплообменника. Устройство удаления конденсата может быть снабжено тепловым насосом и иметь тепловой контакт с испарителем теплового насоса, конденсатор которого также размещен в сушильной камере. Газовые коммуникации, идущие на штуцеры и соединяющие компрессор и теплообменник, могут быть снабжены регулируемыми дросселирующими устройствами для охлаждения протекающего воздуха. Для поддержания теплового баланса и интенсификации процесса осушки установка может быть снабжена тепловыделяющими элементами и устройством возбуждения конвективных потоков, установленными внутри сушильной камеры. Установка может быть снабжена автоматической системой управления, содержащей датчики температуры и влажности воздуха и осушаемого материала. При использовании установки тепловая энергия, выделяемая компрессором, скрытая теплота, выделяемая при конденсации водяного пара в теплообменнике, а также тепловая энергия, получаемая при охлаждении воды в устройстве удаления конденсата, возвращаются в объем сушильной камеры. В пределе единственным источником тепловых потерь может быть теплоизоляция оболочки сушильной камеры, которая может быть установлена на требуемом уровне. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to devices for drying various solid materials and can be used in the chemical, construction, pharmaceutical, food, woodworking and other industries related to the processing and / or preparation of materials. The task that the utility model solves is to improve the manufacturability and reliability of the solid materials drying plant. The technical result from the use of the utility model is to increase energy efficiency by reducing heat losses. The installation includes a heat-insulated drying chamber, located inside the chamber and connected by air communication, a compressor and a heat exchanger, the outlet of which is connected to a flow-type condensate removal device. The condensate removal device can also be placed inside the chamber. The outlet of the condensate removal device is connected by gas communication with the nozzles for blowing the compressor and the heat exchanger. The condensate removal device can be equipped with a heat pump and have thermal contact with the heat pump evaporator, the condenser of which is also located in the drying chamber. Gas communications going to the fittings and connecting the compressor and the heat exchanger can be equipped with adjustable throttling devices to cool the flowing air. To maintain the heat balance and intensify the drying process, the installation can be equipped with heat-generating elements and a device for exciting convective flows installed inside the drying chamber. The installation can be equipped with an automatic control system containing temperature and humidity sensors for air and material to be dried. When using the installation, the thermal energy released by the compressor, the latent heat released during the condensation of water vapor in the heat exchanger, as well as the thermal energy obtained during the cooling of water in the condensate removal device are returned to the volume of the drying chamber. In the limit, the only source of heat loss can be the insulation of the drying chamber shell, which can be set at the required level. 7 p.p. f-ly, 1 dwg.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для осушки различных твердых материалов и может быть использована в химической, строительной, фармацевтической, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности, связанных с переработкой и/или подготовкой материалов.The proposed utility model relates to devices for drying various solid materials and can be used in the chemical, construction, pharmaceutical, food, woodworking and other industries related to the processing and / or preparation of materials.

В настоящее время на практике применяются различные способы и использующие их устройства для осушки материалов, в основу которых положены физико-химические принципы удаления воды.At present, in practice, various methods and devices using them are used for drying materials, which are based on the physicochemical principles of water removal.

Для осушки газов и жидкостей наиболее распространены конденсационные (охлаждение и вымораживание), мембранные и сорбционные методы. Данные методы основаны на поглощении воды и ее паров или на переводе ее паров в жидкую или твердую фазу, которые легко удаляются механически.For drying gases and liquids, the most common are condensation (cooling and freezing), membrane and sorption methods. These methods are based on the absorption of water and its vapors or on the transfer of its vapors into a liquid or solid phase, which are easily removed mechanically.

Для осушки твердых материалов в основном используется способ, при котором производят испарение жидкой воды из материала в газовый рабочий объем сушильной камеры. Далее проводят удаление пара из рабочего объема, например, с помощью его конденсации или просто проветриванием. Перевод жидкости в пар проводят с помощью прямого нагрева самого осушаемого материала и/или рабочего газового объема сушильной камеры. Одним из вариантов удаления жидкости из материала является подача и отвод из объема сушильной камеры перегретого водяного пара, который поглощает влагу за счет его низкой относительной влажности при высокой температуре. Простейшим примером осушки твердых материалов является выдержка древесины на открытом воздухе, защищая ее только от прямых осадков. Такой способ не требует энергетических затрат, но обладает существенными недостатками, среди которых длительное время осушки, высокая влажность осушенного материала (как правило, не менее 20%) и неконтролируемые деформации. Важно также, что в течение длительного времени осушки в древесине с большой вероятностью развиваются биологические поражения.For drying solid materials, a method is mainly used in which liquid water is evaporated from the material into the gas working volume of the drying chamber. Further, steam is removed from the working volume, for example, by means of its condensation or simply by airing. The transfer of liquid into steam is carried out by means of direct heating of the material to be dried itself and / or the working gas volume of the drying chamber. One of the options for removing liquid from the material is the supply and removal of superheated water vapor from the volume of the drying chamber, which absorbs moisture due to its low relative humidity at high temperatures. The simplest example of dehumidification of solid materials is the curing of wood outdoors, protecting it only from direct precipitation. This method does not require energy consumption, but has significant disadvantages, including a long drying time, high moisture content of the dried material (usually at least 20%) and uncontrolled deformations. It is also important that biological damage is likely to develop in wood over a long period of drying.

В настоящее время известно несколько различных типов устройств, применяемых для осушки твердых материалов.Several different types of devices are currently known for drying solid materials.

В устройстве и способе по патенту [1] производят осушку теплоизоляционных строительных материалов в сушильной камере. Загруженные в камеру теплоизоляционные материалы подвергаются обдувке горячим воздухом (теплоносителем), подаваемым с одного конца камеры и удаляемым с другого. Камера устроена таким образом, что она является удлиненной (состоит из нескольких секций) и эксплуатируется так, что осушаемые материалы постепенно перемещают по ее длине. В зависимости от выбранного режима степень осушки (остаточная влажность материала) может варьироваться в широких пределах. Достоинством данного устройства и способа перед аналогичными является то, что за счет обдувки происходит не только осушка теплоизоляционного материала, но и удаление из него вредных летучих примесей, например, формальдегида. Главным недостатком является низкая энергетическая эффективность, связанная с тем, что в потоке удаляемого из камеры воздуха уносится тепло, затраченное на нагрев воздуха, а также с потоком водяного пара уносится тепло, ушедшее на испарение воды. Рекуперацию тепла способ и устройство не предусматривают.In the device and method according to the patent [1], heat-insulating building materials are dried in a drying chamber. The heat-insulating materials loaded into the chamber are blown with hot air (coolant) supplied from one end of the chamber and removed from the other. The chamber is designed in such a way that it is elongated (consists of several sections) and is operated so that the materials to be dried are gradually moved along its length. Depending on the selected mode, the degree of drying (residual moisture of the material) can vary within wide limits. The advantage of this device and method over similar ones is that due to the blowing, not only the drying of the heat-insulating material occurs, but also the removal of harmful volatile impurities, for example, formaldehyde, from it. The main disadvantage is the low energy efficiency associated with the fact that in the flow of air removed from the chamber, the heat spent on heating the air is carried away, as well as the heat spent on the evaporation of water is carried away with the flow of water vapor. The method and device do not provide for heat recovery.

В устройстве и способе по патенту [2] для испарения воды из осушаемого материала предложен индуктивно-кондуктивный нагрев, при котором материал нагревают металлическими пластинами, через которые пропускают электрический ток. Электрический ток создают переменным напряжением, за счет чего в объеме материала происходит также и объемный диэлектрический прогрев и испарение влаги. Преимущество данного устройства и способа состоит в том, что он является более энергетически эффективным, поскольку не требуется нагрев большого потока теплоносителя, идущего на нагрев материала. Удаление водяного пара из сушильной камеры может быть проведено сравнительно малым вентиляционным потоком воздуха с температурой не ниже точки росы в сушильной камере. Недостатками при использовании данного устройства является то, что оно является гораздо более сложным, для его работы требуется источник высокого переменного напряжения и в нем также имеют место тепловые потери за счет уноса тепла в удаляемом из камеры влажном воздухе.In the device and method according to the patent [2] for the evaporation of water from the material to be dried, inductive-conductive heating is proposed, in which the material is heated by metal plates through which an electric current is passed. Electric current is created with alternating voltage, due to which volumetric dielectric heating and evaporation of moisture also occur in the volume of the material. The advantage of this device and method is that it is more energy efficient, since it does not require heating a large flow of heat carrier going to heat the material. Removal of water vapor from the drying chamber can be carried out with a relatively small ventilation air flow with a temperature not lower than the dew point in the drying chamber. The disadvantages of using this device are that it is much more complex, requires a high alternating voltage source to operate, and it also has heat losses due to heat entrainment in the humid air removed from the chamber.

В патенте [3] предложена осушка, основанная на использовании радиационного прогрева инфракрасным излучением, получаемым от электрических нагревательных элементов. Принципиальные отличия от [2] состоят в том, что нагрев и осушка материала производятся в приповерхностном слое. При этом недостатками также являются сложность технической реализации и тепловые потери за счет уноса тепла в вентиляционном воздухе.The patent [3] proposes drying based on the use of radiation heating by infrared radiation received from electric heating elements. The fundamental differences from [2] are that the heating and drying of the material is carried out in the near-surface layer. At the same time, the disadvantages are also the complexity of technical implementation and heat losses due to heat transfer in the ventilation air.

В последнее время все большее распространение получила вакуумная осушка твердых материалов. Устройства для вакуумной осушки работают либо по принципу поддержания в сушильной камере постоянного пониженного давления воздуха [4], либо по принципу периодического импульсного сброса давления и удаления влаги из камеры [5]. В обоих случаях используется прогрев сушильной камеры или материала для перевода жидкой влаги в пар. Эффект вакуумирования обеспечивает увеличение скорости осушки за счет объемного выделения пара из материала и может несколько снизить требования к расходу тепловой энергии на подогрев материала. При импульсной вакуумной осушке существует дополнительный эффект осушки, называемый импульсным отжимом и выражаемый в выталкивании свободной влаги из капилляров, а также дополнительный эффект энергосбережения за счет того, что часть воды уносится в виде капель (затраты энергии на их испарения не производятся). Устройства для вакуумной осушки являются более сложными и менее надежными при эксплуатации, требуют дополнительных энергетических затрат на работу вакуумного насоса и, как для всех других устройств, имеют энергетические потери, связанные с уносом тепла в удаляемом воздухе (в т.ч. скрытого тепла, затраченного на испарение воды). Кроме того, при вакуумной осушке имеется повышенная опасность разрушения материала за счет ускоренного выхода пара и барометрических воздействий.Recently, vacuum drying of solid materials has become more and more widespread. Devices for vacuum drying operate either on the principle of maintaining a constant low air pressure in the drying chamber [4], or on the principle of periodic impulse depressurization and removal of moisture from the chamber [5]. In both cases, heating of the drying chamber or material is used to convert liquid moisture into steam. The effect of evacuation provides an increase in the drying rate due to the volumetric release of steam from the material and can somewhat reduce the requirements for the consumption of thermal energy for heating the material. With impulse vacuum drying, there is an additional drying effect, called impulse squeezing and expressed in pushing free moisture out of the capillaries, as well as an additional energy saving effect due to the fact that part of the water is carried away in the form of droplets (energy consumption for their evaporation is not produced). Devices for vacuum drying are more complicated and less reliable in operation, require additional energy consumption for the operation of a vacuum pump and, like all other devices, have energy losses associated with heat entrainment in the removed air (including latent heat spent for water evaporation). In addition, during vacuum drying, there is an increased risk of material destruction due to accelerated steam release and barometric effects.

Наиболее близким по техническим решениям и взятым за прототип заявленной полезной модели является установка по патенту РФ [6]. Данная установка предназначена для импульсной вакуумной осушки, но в этой установке содержатся узлы, позволяющие проводить удаление влаги из рабочего объема сушильной камеры и проводить осушку постоянно, даже без использования вакуумирования.The closest in technical solutions and taken as a prototype of the declared utility model is the installation under the RF patent [6]. This installation is intended for impulse vacuum drying, but this installation contains units that allow removing moisture from the working volume of the drying chamber and carrying out drying constantly, even without using vacuum.

Установка содержит сушильную камеру, внешнюю систему рециркуляционной прокачки воздуха в сушильной камере, включающую соединительные трубопроводы и компрессор, систему кондиционирования прокачиваемого воздуха, обеспечивающую конденсацию водяного пара, его отвод в устройстве удаления конденсата и подогрев воздуха, возвращаемого в камеру. Установка также содержит трубопроводы и клапаны, соединяющие сушильную камеру с ресивером для обеспечения вакуумной осушки, вакуумный насос, обслуживающий ресивер, и систему управления, снабженную датчиками температуры и влажности воздуха и осушаемого материала.The installation contains a drying chamber, an external system for recirculating air circulation in the drying chamber, including connecting pipelines and a compressor, an air conditioning system for the pumped air, providing condensation of water vapor, its removal in a condensate removal device and heating of the air returned to the chamber. The installation also contains pipelines and valves connecting the drying chamber with the receiver to ensure vacuum drying, a vacuum pump serving the receiver, and a control system equipped with temperature and humidity sensors for air and material to be dried.

Установка-прототип работает следующим образом. В периоды между импульсами вакуумирования из сушильной камеры через трубопровод компрессором постоянно отбирается воздух для его рециркуляционной прокачки и кондиционирования, при котором из воздуха удаляют воздух. В процессе его сжатия на выходе из компрессора повышается относительная влажность воздуха и даже возможно образование жидкой влаги. Далее воздух по трубопроводу поступает на устройство кондиционирования, в котором последовательно происходит его охлаждение, конденсация жидкой влаги, удаление конденсата и нагрев воздуха. После прохождения устройства кондиционирования воздух по трубопроводу рециклом возвращают в сушильную камеру. В устройстве кондиционирования для охлаждения и нагрева воздуха используется тепловой насос, а для финишного нагрева -дополнительный нагреватель. Рециркуляционная прокачка воздуха проводится до тех пор, пока в камере не установится расчетный температурно-влажностный режим. После этого или заранее включают вакуумный насос, понижающий давление воздуха в ресивере до давления порядка 1 кПа. Затем из камеры с помощью открытия быстродействующих клапанов в ресивер удаляется часть воздуха вместе с накопленными в нем парами воды. При быстром поступлении влажного воздуха из камеры в ресивер за счет адиабатического расширения происходит охлаждение воздуха и образование жидкой воды. Затем закрывают клапаны между камерой и ресивером, а в камере восстанавливают рабочее давление воздуха путем открытия соответствующих клапанов, например, атмосферное. Далее весь цикл повторяют. В камере может образовываться жидкий конденсат, который за счет наклонного днища стекает к устройству его удаления и удаляется перед началом следующего цикла прогрева осушаемого материала.The prototype installation works as follows. In the periods between vacuuming pulses, air is constantly drawn from the drying chamber through the pipeline by the compressor for its recirculation pumping and conditioning, in which air is removed from the air. In the process of its compression, the relative humidity of the air rises at the outlet of the compressor, and even the formation of liquid moisture is possible. Further, the air through the pipeline enters the air conditioning device, in which it is sequentially cooled, liquid moisture condensation, condensate removal and air heating. After passing through the conditioning device, the air is recycled through the pipeline to the drying chamber. The air conditioning unit uses a heat pump for cooling and heating the air and an auxiliary heater for finishing heating. Recirculating air circulation is carried out until the calculated temperature and humidity conditions are established in the chamber. After that or in advance, a vacuum pump is turned on, which lowers the air pressure in the receiver to a pressure of about 1 kPa. Then, by opening the quick-acting valves, part of the air is removed from the chamber together with the water vapor accumulated in it. With the rapid flow of humid air from the chamber into the receiver due to adiabatic expansion, the air is cooled and liquid water is formed. Then the valves between the chamber and the receiver are closed, and the working air pressure in the chamber is restored by opening the corresponding valves, for example, atmospheric. Then the whole cycle is repeated. Liquid condensate may form in the chamber, which, due to the inclined bottom, flows down to the device for its removal and is removed before the start of the next heating cycle of the material to be dried.

Установка-прототип представляет собой установку комбинированной осушки, включающую осушку в камере за счет постоянного испарения из материала жидкой воды, удаление из воздуха пара в системе кондиционирования, и финишную осушку с использованием импульсного вакуумирования. При этом основными недостатками установки-прототипа являются: низкая надежность и сложность при эксплуатации, дополнительные энергозатраты на вакуумирование, энергетические потери при вакуумировании, связанные с уносом тепла в удаляемом воздухе (в т.ч. тепла, затраченного на испарение воды), а также возможная деструкция осушаемых материалов, связанная с импульсными барометрическими воздействиями.The prototype installation is a combined drying installation, including drying in a chamber due to constant evaporation of liquid water from the material, removal of steam from the air in an air conditioning system, and final drying using impulse evacuation. At the same time, the main disadvantages of the prototype installation are: low reliability and complexity during operation, additional energy consumption for evacuation, energy losses during evacuation associated with heat entrainment in the removed air (including heat spent on water evaporation), as well as possible destruction of materials to be dried, associated with impulse barometric effects.

Данная установка может быть использована как эффективное средство осушки твердых материалов, даже если исключить из нее узлы, связанные с вакуумной осушкой. Вакуумная осушка в принципе дает только более высокую скорость осушки, но зато значительно усложняет конструкцию и снижает ее надежность и требует больших энергетических затрат. После исключения узлов вакуумной осушки тепловые потери, связанные с уносом тепла, затраченного на испарение воды в осушаемом материале, значительно снижаются.This unit can be used as an effective means of drying solid materials, even if the nodes associated with vacuum drying are excluded from it. Vacuum drying, in principle, gives only a higher drying rate, but it significantly complicates the design and reduces its reliability and requires high energy costs. After excluding the units of vacuum drying, the heat losses associated with the carryover of heat spent on the evaporation of water in the dried material are significantly reduced.

Заявленная полезная модель является общей с установкой-прототипом только в части, не связанной с вакуумной осушкой. В этом случае прототип имеет следующие недостатки, на устранение которых направлена разработка заявляемой полезной модели.The declared utility model is common with the prototype installation only in the part not related to vacuum drying. In this case, the prototype has the following disadvantages, the elimination of which is aimed at the development of the claimed utility model.

Первым недостатком является то, что система кондиционирования воздуха представляет собой сложную по конструкции и сложную в эксплуатации систему, включающую тепловой насос и, как минимум, три теплообменные камеры высокого давления (камера с испарителем теплового насоса, камера с его конденсатором и камера дополнительного подогрева), а также несколько соединительных трубопроводов высокого давления.The first drawback is that the air conditioning system is a complex in design and difficult to operate system, which includes a heat pump and at least three high-pressure heat exchange chambers (a chamber with an evaporator of a heat pump, a chamber with its condenser and an additional heating chamber), as well as several high pressure connecting lines.

Вторым недостатком является то, что, несмотря на то, что в прототипе снижаются потери тепла, затраченного на испарение воды (это тепло возвращается с помощью теплового насоса используемого в системе кондиционирования), возникают дополнительные энергетические потери - это потери, связанные с к.п.д. компрессора и теплового насоса. Оба эти устройства нагреваются и рассеивают тепло в атмосферный воздух или в другие внешние системы охлаждения. Т.е. часть электрической энергии, потребляемой установкой, просто теряется.The second drawback is that, despite the fact that the prototype reduces the loss of heat spent on water evaporation (this heat is returned using a heat pump used in the air conditioning system), additional energy losses occur - these are losses associated with efficiency. etc. compressor and heat pump. Both of these devices heat up and dissipate heat into the ambient air or other external cooling systems. Those. some of the electrical energy consumed by the installation is simply lost.

Задачей заявленной полезной модели является повышение технологичности и надежности установки осушки твердых материалов за счет упрощения системы кондиционирования рециркуляционного воздуха (системы, служащей для удаления из него воды).The objective of the claimed utility model is to improve the manufacturability and reliability of the installation for drying solid materials by simplifying the recirculated air conditioning system (a system serving to remove water from it).

Технический результат от использования заявляемой полезной модели заключается в повышении ее энергетической эффективности за счет снижения тепловых потерь при кондиционировании рециркуляционного воздуха.The technical result from the use of the claimed utility model is to increase its energy efficiency by reducing heat losses during the conditioning of recirculated air.

Поставленные задача и технический результат достигаются за счет того, что все оборудование, необходимое для осушки и обеспечения технологических процессов, включая устройства для рекуперации тепла, размещается внутри объема рабочей камеры, что минимизирует тепловые потери. Вся тепловая и электрическая энергия, потребляемая установкой, идет на процесс осушки. Единственным источником тепловых потерь остаются трансмиссионные потери тепла через оболочку камеры. Эти тепловые потери существуют и во всех других устройствах осушки, использующих тепловые эффекты, и их величина может быть минимизирована с использованием тепловой защиты (теплоизоляция оболочки). В заявленной установке для обеспечения теплообменных процессов используются устройства, основанные на конвективном теплообмене с воздушной средой внутри объема рабочей камеры, что обеспечивает простоту и надежность работы установки.The task and the technical result are achieved due to the fact that all equipment necessary for drying and ensuring technological processes, including devices for heat recovery, is placed inside the volume of the working chamber, which minimizes heat losses. All heat and electrical energy consumed by the installation goes to the drying process. The only source of heat loss is transmission heat loss through the chamber envelope. This heat loss also exists in all other thermal effects drying devices and can be minimized by using thermal protection (shell insulation). In the declared installation, devices based on convective heat exchange with air inside the volume of the working chamber are used to ensure heat exchange processes, which ensures the simplicity and reliability of the installation.

Принципиальная схема установки для осушки твердых материалов приведена на рисунке (см. фигуру). Установка включает рабочую камеру 1, внутри которой установлены компрессор 2 и соединенный с компрессором трубопроводом высокого давления 3 теплообменник 4, устройство удаления конденсата 5, соединенное с теплообменником трубопроводом высокого давления 6. Устройство удаления конденсата 5 может быть снабжено тепловым насосом, включающим компрессор 7, испаритель 8 и конденсатор 9. Испаритель 8 имеет тепловой контакт с устройством удаления конденсата, а конденсатор 9 размещен внутри рабочей камеры.A schematic diagram of a plant for drying solid materials is shown in the figure (see figure). The installation includes a working chamber 1, inside which a compressor 2 is installed and a heat exchanger 4 connected to the compressor by a high pressure pipeline 3, a condensate removal device 5 connected to a heat exchanger by a high pressure pipeline 6. The condensate removal device 5 can be equipped with a heat pump including compressor 7, an evaporator 8 and condenser 9. The evaporator 8 has thermal contact with the condensate removal device, and the condenser 9 is located inside the working chamber.

Устройство удаления конденсата является проточным для подаваемого в него воздуха и эксплуатируется при повышенном давлении, создаваемым компрессором. В качестве такого устройства может быть использовано устройство, например, с каплеотбойниками или коалесцентный фильтр. Слив жидкой воды из устройства может быть ручным или автоматическим поплавкового типа. Устройство удаления конденсата может быть размещено как снаружи, так и внутри рабочей камеры. На фиуре показано наружное размещение. Наружное размещение более удобно в эксплуатации, а внутреннее может обеспечить дополнительный теплосберегающий эффект. В случае внутреннего размещения устройство удаления конденсата должно быть снабжено дренажным трубопроводом для отвода конденсата из камеры.The condensate removal device is flow-through for the air supplied to it and is operated at an increased pressure generated by the compressor. As such a device, a device, for example, with droplet separators or a coalescent filter, can be used. Drainage of liquid water from the device can be manual or automatic float type. The condensate removal device can be placed both outside and inside the working chamber. The fiure shows outdoor placement. Outdoor placement is more convenient to use, while indoor placement can provide an additional heat-saving effect. In the case of an internal installation, the condensate removal device must be equipped with a drain line to drain the condensate from the chamber.

Выход устройства удаления конденсата соединен трубопроводами высокого давления 10 и 11 с установленными внутри камеры штуцерами 12 и 13 для подачи струй воздуха на теплообменник и компрессор, соответственно. Трубопровод 10 может быть снабжен регулируемым дросселирующим устройством 14, а на трубопроводе, входящем в теплообменник 4, может быть установлено дополнительное регулируемое дросселирующее устройство 15. Внутри рабочей камеры могут быть установлены тепловыделяющие элементы 16, питаемые либо горячим теплоносителем, либо от источника тока. Внутри рабочей камеры могут быть установлены побудители конвективных потоков воздуха 17, например, вентиляторного типа. Установка может включать систему управления 18, снабженную датчиками температуры и влажности воздуха и осушаемого материала 19.The outlet of the condensate removal device is connected by high-pressure pipelines 10 and 11 with fittings 12 and 13 installed inside the chamber for supplying air jets to the heat exchanger and compressor, respectively. The pipeline 10 can be equipped with an adjustable throttling device 14, and an additional adjustable throttling device 15 can be installed on the pipeline entering the heat exchanger 4. Fuel elements 16 can be installed inside the working chamber, fed either by a hot coolant or from a power source. Inside the working chamber, inducers of convective air flows 17, for example, of a fan type, can be installed. The installation can include a control system 18 equipped with temperature and humidity sensors for air and material to be dried 19.

Установка для осушки твердых материалов работает следующим образом. Осушаемый материал 20 размещают в рабочей камере 1 таким образом, чтобы его поверхность имела максимально большую площадь контакта с воздухом, например, на стеллажах и пр. Шлюз камеры (на фигуре не показан) закрывают. Стены камеры и шлюз должны быть теплоизолированными, а сама камера должна иметь достаточную степень герметичности. Включают компрессор 2, который сжимает поступающий в него воздух из объема камеры. При сжатии происходит нагрев воздуха. При этом относительная влажность воздуха поднимается и в пределе может достигнуть 100%. Сжатый воздух с повышенной относительной влажностью по трубопроводу высокого давления 3 поступает в теплообменник 4. Туда же в потоке воздуха переносится и сконденсированная влага, которая может образовываться в процессе сжатия. Теплообменник должен иметь высокоразвитую поверхность контакта с окружающим воздухом и в нем происходит охлаждение сжатого воздуха и выпадение конденсата. После теплообменника сжатый воздух вместе с жидким конденсатом по коммуникации высокого давления 6 поступает в устройство удаления конденсата 5, выходя из которого по коммуникациям высокого давления 10 и 11 он поступает на размещенные внутри камеры штуцеры 12 и 13. Струи воздуха, выходящие из штуцеров, расширяются, и происходит их охлаждение. Струи охлажденного воздуха направлены таким образом, что они обдувают радиатор теплообменника 4 и компрессор 2, снимая с них тепловую энергию и передавая ее окружающему воздуху, а через него на осушаемый материал, тем самым способствуя испарению влаги с поверхности и из толщи материала. Одновременно охлаждение теплообменника 4 за счет его обдува приводит к тому, что в нем происходит конденсация паров воды и образование капельной влаги. Сжатый воздух с капельной влагой по трубопроводу 6 поступает на вход устройства удаления конденсата 5, где происходит отделение влаги от воздуха и удаление влаги.Installation for drying solid materials works as follows. The material to be dried 20 is placed in the working chamber 1 so that its surface has the largest possible area of contact with air, for example, on racks, etc. The chamber gateway (not shown in the figure) is closed. The walls of the chamber and the airlock must be thermally insulated, and the chamber itself must have a sufficient degree of tightness. Compressor 2 is turned on, which compresses the air entering it from the volume of the chamber. When compressed, the air heats up. At the same time, the relative humidity of the air rises and in the limit can reach 100%. Compressed air with increased relative humidity through the high-pressure pipeline 3 enters the heat exchanger 4. Condensed moisture, which can be formed during the compression process, is also transferred there in the air flow. The heat exchanger must have a highly developed surface of contact with the ambient air, and the compressed air cools and condensate falls out. After the heat exchanger, compressed air, together with liquid condensate through high pressure communication 6, enters the condensate removal device 5, leaving it through high pressure communications 10 and 11, it enters the fittings 12 and 13 located inside the chamber. The air jets leaving the fittings expand, and they are cooled. The jets of cooled air are directed in such a way that they blow over the radiator of the heat exchanger 4 and the compressor 2, removing thermal energy from them and transferring it to the surrounding air, and through it to the material to be dried, thereby facilitating the evaporation of moisture from the surface and from the thickness of the material. At the same time, the cooling of the heat exchanger 4 due to its blowing leads to the fact that condensation of water vapor and the formation of droplet moisture occurs in it. Compressed air with droplet moisture through the pipeline 6 enters the inlet of the condensate removal device 5, where moisture is separated from the air and moisture is removed.

В устройстве удаления конденсата содержится теплая вода, тепло которой может быть отобрано хладагентом в испарителе 8 теплового насоса. Далее хладагент поступает в компрессор 7 и после сжатия поступает в конденсатор 9, являющийся также теплообменником. Тепло, выделяемое конденсатором 9, снимается потоками воздуха от штуцеров 12, 13 и возвращается в воздух рабочего объема камеры.The condensate removal device contains warm water, the heat of which can be removed by the refrigerant in the evaporator 8 of the heat pump. Further, the refrigerant enters the compressor 7 and, after compression, enters the condenser 9, which is also a heat exchanger. The heat released by the condenser 9 is removed by air flows from the fittings 12, 13 and returns to the air of the working volume of the chamber.

Осушка материала происходит за счет его нагрева, испарения влаги, конденсации пара за счет сжатия воздуха и его охлаждения, и удаления сконденсированной влаги за пределы сушильной камеры. Т.е. в устройстве происходит постоянный сток воды без ее поступления из внешних источников, как это имеет место в других устройствах, где осушка осуществляется с помощью продувки нагретым внешним воздухом или вакуумированием. Подаваемый в такие устройства внешний воздух всегда содержит водяной пар, поступающий в систему в виде дополнительного источника влаги. В предложенном устройстве внутренний воздух камеры является рабочим телом для осушки и используется в замкнутых рецикловых режимах. В это рабочее тело поступает в виде пара вода из осушаемого материала и из него удаляется сконденсированная вода. Для интенсификации процесса осушки (удаления жидкой воды из камеры) могут быть использованы дросселирующие устройства 14 и 15. В этих устройствах имеет место эффект понижения температуры выходящего после дросселя воздуха за счет быстрого (близкого к адиабатическому) снижения давления. Охлаждение воздуха, идущего на обдув теплообменника 4, компрессора 2 и конденсатора 9, приводит к увеличению съема тепла с их поверхности и интенсификации процесса конденсации влаги в теплообменнике 4 и в устройстве удаления конденсата 5, если оно расположено внутри камеры. Отобранное из этих устройств тепло идет на нагрев воздуха в камере и включается в процесс осушки. Кроме того, использование дросселей 14 и 15 является одним из элементов управления процессом осушки.Drying of the material occurs due to its heating, moisture evaporation, steam condensation due to air compression and cooling, and removal of condensed moisture outside the drying chamber. Those. in the device there is a constant flow of water without it coming from external sources, as is the case in other devices, where drying is carried out by blowing with heated external air or by evacuation. The external air supplied to such devices always contains water vapor, which enters the system as an additional source of moisture. In the proposed device, the internal air of the chamber is a working fluid for drying and is used in closed recycle modes. Water from the material to be dried enters this working fluid in the form of steam and condensed water is removed from it. To intensify the drying process (remove liquid water from the chamber), throttling devices 14 and 15 can be used. These devices have the effect of lowering the temperature of the air leaving after the throttle due to a rapid (close to adiabatic) decrease in pressure. Cooling of the air going to blow through the heat exchanger 4, compressor 2 and condenser 9 leads to an increase in heat removal from their surface and intensification of the moisture condensation process in the heat exchanger 4 and in the condensate removal device 5, if it is located inside the chamber. The heat taken from these devices goes to heating the air in the chamber and is included in the drying process. In addition, the use of throttles 14 and 15 is one of the controls for the drying process.

В заявленном устройстве теплота, затрачиваемая на испарение воды из осушаемого материала, максимально сохраняется в камере за счет ее рекуперации при конденсации пара в теплообменнике 4 и возврата внутреннему воздуху. Энергозатраты на работу компрессора и побудителя конвективных потоков 17, связанные с их нагревом, также остаются в виде тепла в рабочей камере.In the claimed device, the heat spent on the evaporation of water from the material to be dried is maximally retained in the chamber due to its recuperation during the condensation of steam in the heat exchanger 4 and return to the internal air. The energy consumption for the operation of the compressor and the inducer of convective flows 17, associated with their heating, also remains in the form of heat in the working chamber.

В объеме рабочей камеры может образовываться капельная влага за счет охлаждения воздуха, выходящего из штуцеров 12 и 13. Эта капельная влага аналогична влаге, содержащейся в осушаемом материале, и подвергается испарению в процессе осушки. Неиспаренная влага осаждается на дне рабочей камеры и может быть удалена, например, если дно сделать наклонным и в нижней части установить устройство для слива (на фиг. не показано).Droplet moisture can form in the volume of the working chamber due to cooling of the air coming out of the fittings 12 and 13. This droplet moisture is similar to the moisture contained in the material to be dried and is subject to evaporation during the drying process. Non-evaporated moisture is deposited on the bottom of the working chamber and can be removed, for example, if the bottom is made inclined and a drain device is installed in the lower part (not shown in the figure).

Источниками прямых потерь энергии является теплая вода, забираемая из устройства удаления конденсата 5, теплопотери через оболочку камеры и различия теплоты испарения воды из осушаемого материала и тепловыделений при ее конденсации. Для компенсации этих тепловых потерь используется рекуперируемое тепло, выделяемое компрессором и теплообменником. Если этого тепла не достаточно, то используются тепловыделяющие элементы 16.The sources of direct energy losses are warm water taken from the condensate removal device 5, heat loss through the chamber shell and differences in the heat of evaporation of water from the material to be dried and heat release during its condensation. To compensate for these heat losses, the recovered heat generated by the compressor and heat exchanger is used. If this heat is not enough, then fuel elements 16 are used.

Тепловыделяющие элементы 16 используются также для ускорения цикла процесса осушки. Сама сушильная камера и осушаемый материал обладают сравнительно большой теплоемкостью. Для их нагрева до требуемой температуры после запуска процесса осушки может потребоваться большое время, для сокращения которого может быть использовано тепло, выделяемое тепловыделяющими элементами 16.The fuel elements 16 are also used to speed up the cycle of the drying process. The drying chamber itself and the material to be dried have a relatively high heat capacity. It may take a long time to heat them to the required temperature after starting the drying process, to reduce which the heat generated by the fuel elements 16 can be used.

Для ускорения процесса сушки также могут быть применены побудители конвективных потоков внутреннего воздуха 17, в качестве которых может быть использован вентилятор или воздуходувка. Эти побудители дополняют воздушные потоки, возбуждаемые штуцерами 12 и 13. Побудитель конвективных потоков устанавливают таким образом, чтобы обеспечить наиболее эффективный обдув осушаемого материала.To speed up the drying process, inducers of convective flows of internal air 17 can also be used, which can be a fan or blower. These boosters supplement the air flows generated by the nozzles 12 and 13. The convective flow booster is installed in such a way as to provide the most efficient blowing of the material to be dried.

В предложенном устройстве существует несколько узлов, которые могут быть использованы для регулирования скорости и глубины осушки, а также остановки процесса осушки. Это мощность компрессора 2, тепловая мощность, подаваемая на тепловыделяющие элементы 16, мощность побудителя конвективных потоков 17 и перепады давления воздуха на дросселях 14 и 15. Для управления этими элементами могут быть использованы датчики температуры воздуха в камере и температуры осушаемого материала, и также датчики относительной влажности воздуха и влажности материала 19. Сигналы от этих датчиков могут быть использованы в автоматической системе управления 18, которая в автоматическом режиме будет выдавать задания соответствующим исполнительным механизмам.In the proposed device, there are several units that can be used to control the speed and depth of drying, as well as to stop the drying process. This is the power of the compressor 2, the thermal power supplied to the fuel elements 16, the power of the inductor of convective flows 17 and the air pressure drops across the throttles 14 and 15. To control these elements, air temperature sensors in the chamber and the temperature of the dried material, as well as relative air humidity and material humidity 19. The signals from these sensors can be used in the automatic control system 18, which in automatic mode will issue tasks to the corresponding actuators.

Автоматическая система управления 18 и датчики 19 не отнесены к ограничительным признакам заявленной полезной модели, хотя они и присутствуют в признаках устройства-прототипа [6]. Причина в том, что заявляемая установка в общем случае может эксплуатироваться также и в ручном режиме или по заданной программе.The automatic control system 18 and sensors 19 are not classified as limiting features of the claimed utility model, although they are present in the features of the prototype device [6]. The reason is that the inventive installation in the general case can also be operated in manual mode or according to a given program.

В предлагаемом устройстве использование дросселирующих элементов 14 и 15, побудителя конвективных потоков 17, а также теплового насоса 7-9 является дополнительными опциями, позволяющими повысить энергетическую эффективность процесса осушки.In the proposed device, the use of throttling elements 14 and 15, a stimulator of convective flows 17, as well as a heat pump 7-9 are additional options to increase the energy efficiency of the drying process.

Основными функциональными признаками предлагаемого устройства, позволяющими решить поставленную задачу и достигнуть заявленный технический результат, являются следующие:The main functional features of the proposed device, allowing to solve the problem and achieve the claimed technical result, are as follows:

- Компрессор 2 и теплообменное устройство 4 установлены в рабочем объеме сушильной камеры, что позволяет максимально эффективно проводить рекуперацию выделяемого ими тепла без использования дополнительного теплонасосного оборудования. Тем самым решается задача упрощения устройства для осушки и повышения его технологичности. Установка указанных узлов внутри сушильной камеры позволяет максимально сохранить тепло в осушаемом объеме и повысить энергетическую эффективность процесса осушки. Если использовать дополнительную опцию и снимать тепло из устройства удаления конденсата 5, используя для этого тепловой насос 7-9, то тепло будет теряться только через стенки сушильной камеры. Данные тепловые потери могут быть минимизированы использованием требуемой ее теплоизоляции.- Compressor 2 and heat exchanger 4 are installed in the working volume of the drying chamber, which makes it possible to efficiently recuperate the heat generated by them without using additional heat pump equipment. This solves the problem of simplifying the drying device and increasing its manufacturability. Installation of these units inside the drying chamber allows you to maximize the preservation of heat in the dried volume and increase the energy efficiency of the drying process. If you use an additional option and remove heat from the condensate removal device 5 using heat pump 7-9, then heat will be lost only through the walls of the drying chamber. These heat losses can be minimized by using the required thermal insulation.

- Съем тепла, выделяемого на поверхности компрессора и теплообменного устройства, осуществляется потоками воздуха от штуцеров 12, 13, создаваемыми самим компрессором. Это значительно упрощает конструкцию и также повышает ее энергетическую эффективность.- Removal of heat generated on the surface of the compressor and heat exchanger is carried out by air flows from the nozzles 12, 13, created by the compressor itself. This greatly simplifies the design and also increases its energy efficiency.

Энергетическая эффективность заявленного устройства иллюстрируется следующим примером при его сравнении с сушильной камерой, в которой рекуперация тепла не производится, а осушка ведется горячим воздухом. В данном примере осушке подлежит 10 м³ пиломатериалов, имеющих исходную влажность 60% (300 кг воды на м³). Требуемая влажность составляет 10% (50 кг/м³ воды). Сухая плотность пиломатериалов составляет 500 кг/м³. В обоих примерах осушка проводится при температуре 90°С.The energy efficiency of the claimed device is illustrated by the following example when compared with a drying chamber in which heat recovery is not performed and drying is carried out with hot air. In this example, 10 m ^{3 of} sawn timber with an initial moisture content of 60% (300 kg of water per m ³ ) is to be dried. The required humidity is 10% (50 kg / m ³ water). The dry density of sawn timber is 500 kg / m ³ . In both examples, drying is carried out at a temperature of 90 ° C.

Если для осушки использовать традиционный способ (поток горячего воздуха, подаваемый в камеру), то для осушки потребуется 7,5 суток и источник тепла с мощностью 10 кВт. Дополнительно потребуются теплоизбытки с мощностью 2,5 кВт, идущие на компенсацию тепловых потерь из камеры. Суммарные энергетические затраты для работы подобной установки требуют подводимой тепловой мощности, равной 12,5 кВт.If the traditional method is used for drying (a stream of hot air supplied to the chamber), then for drying it will take 7.5 days and a heat source with a power of 10 kW. Additionally, a heat surplus with a power of 2.5 kW will be required to compensate for heat losses from the chamber. The total energy consumption for the operation of such an installation requires a heat input equal to 12.5 kW.

Если осушку проводить в камере, соответствующей заявленной установке, то энергопотребление камеры составит 4,15 кВт, а время сушки составит 7 суток. Вся затрачиваемая энергия будет расходоваться на работу компрессора со степенью сжатия по воздуху, равной 3. Из 4,15 кВт затраченной мощности 1,62 кВт теряются с нагретой водой, отводимой из устройства удаления конденсата, а 2,53 кВт возвращаются в сушильную камеру и компенсируют тепловые потери через стенки камеры.If drying is carried out in a chamber corresponding to the declared installation, then the energy consumption of the chamber will be 4.15 kW, and the drying time will be 7 days. All the energy expended will be spent on the operation of the compressor with the air compression ratio equal to 3. Of the 4.15 kW of the consumed power, 1.62 kW are lost with the heated water removed from the condensate removal device, and 2.53 kW are returned to the drying chamber and compensated heat losses through the walls of the chamber.

В данном примере энергетические затраты на сушку древесины при использовании заявленного устройства обеспечиваются только тепловой энергией, выделяемой компрессором, и за счет возврата скрытого тепла, выделяемого при конденсации пара, содержащегося в воздухе внутри камеры. При этом тепловой баланс таков, что расход энергии, на нагрев тепловыделяющих элементов 16 не требуется. Суммарные энергозатраты оказываются в три раза меньше, чем при использовании традиционной сушки с помощью продувки горячим воздухом. Эти затраты будут еще ниже, если в сушильную камеру с помощью теплового насоса 7-9 возвращать тепло, уносимое вместе с водой, отводимой из устройства удаления конденсата 5. Если устройство удаления конденсата и компрессор 7 теплового насоса разместить внутри камеры, то достигается дополнительная экономия энергии.In this example, the energy costs for drying wood when using the claimed device are provided only by the thermal energy released by the compressor, and by returning the latent heat released during the condensation of steam contained in the air inside the chamber. In this case, the heat balance is such that the energy consumption for heating the fuel elements 16 is not required. The total energy consumption is three times less than when using traditional drying with hot air blowing. These costs will be even lower if the heat carried away with the water removed from the condensate removal device 5 is returned to the drying chamber using the heat pump 7-9. If the condensate removal device and the compressor 7 of the heat pump are placed inside the chamber, additional energy savings are achieved. ...

Источники информации:Information sources:

1. Патент РФ №2522723 «Способ сушки теплоизоляционного материала и сушильная камера для его осуществления»1. RF patent No. 2522723 "Method for drying heat-insulating material and drying chamber for its implementation"

2. Патент РФ №2667309 «Индуктивно-кондуктивный способ сушки пиломатериалов и устройство для его осуществления»2. RF patent No. 2667309 "Inductive-conductive method of drying sawn timber and a device for its implementation"

3. Патент РФ №2185579 «Способ сушки материалов в слое и нагреватель для его осуществления»3. RF patent №2185579 "Method for drying materials in a layer and a heater for its implementation"

4. Патент РФ №2096703 «Способ сушки древесины и установка для его осуществления»4. RF patent №2096703 "Method of drying wood and installation for its implementation"

5. Патент РФ на полезную модель №48218 «Установка для сушки древесины»5. RF patent for useful model No. 48218 "Installation for wood drying"

6. Патент РФ на полезную модель №166946 «Установка для термовакуумно-импульсной сушки пищевых материалов».6. RF patent for useful model No. 166946 "Installation for thermal vacuum-pulse drying of food materials."

Claims

1. Installation for drying solid materials, including a working chamber, connecting pipelines for the passage of air, a compressor, a heat exchanger connected to the compressor and a condensate removal device connected to the heat exchanger, characterized in that the condensate removal device is flow-through for air, the inlet of the condensate removal device is connected to the outlet of the heat exchanger, and the outlet of the condensate removal device is connected by pipelines with fittings located inside the chamber for supplying air jets to the heat exchanger and to the compressor, the compressor and the heat exchanger being installed inside the working chamber.

2. Installation for drying solid materials according to claim 1, characterized in that fuel elements are installed inside the working chamber.

3. Installation for drying solid materials according to claim 1, characterized in that inducers of convective air flows are installed in the working chamber.

4. Installation for drying solid materials according to claim 1, characterized in that the device for removing condensate is equipped with a heat pump and has thermal contact with its evaporator, and the heat pump condenser is installed inside the working chamber.

5. Installation for drying solid materials according to claim 1, characterized in that an adjustable throttling device is installed on the pipeline leaving the condensate removal device.

6. Installation for drying solid materials according to claim 1, characterized in that an additional adjustable throttling device is installed on the pipeline entering the heat exchanger.

7. Installation for drying solid materials according to claim 1 or 4, characterized in that the device for removing condensate is installed inside the working chamber and is equipped with a drain pipe for draining condensate outside of it.

8. Installation for drying solid materials according to claim 1, characterized in that it includes an automatic control system equipped with sensors for air temperature and humidity of the dried material.