RU2100943C1 - Drying apparatus - Google Patents
Drying apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2100943C1 RU2100943C1 RU95103465/13A RU95103465A RU2100943C1 RU 2100943 C1 RU2100943 C1 RU 2100943C1 RU 95103465/13 A RU95103465/13 A RU 95103465/13A RU 95103465 A RU95103465 A RU 95103465A RU 2100943 C1 RU2100943 C1 RU 2100943C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- solar
- drying
- drying chamber
- roof
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для сушки, и может быть использовано в установках для сушки различных продуктов, веществ, предметов и т.п. с использованием в качестве дополнительного источника энергии солнечного излучения. The invention relates to agriculture, namely, devices for drying, and can be used in installations for drying various products, substances, objects, etc. using solar radiation as an additional energy source.
Известны устройства для сушки, содержащие сушильную камеру, теплогенератор и систему вентиляции [1] авт. св. N 1447339, кл. A 24 B 3/04, 1988 и др. Known devices for drying, containing a drying chamber, a heat generator and a ventilation system [1] ed. St. N 1447339, cl. A 24 B 3/04, 1988 et al.
Недостатком таких устройств является повышенные энергозатраты на проведение процесса сушки. The disadvantage of such devices is the increased energy consumption for the drying process.
Известна экспериментальная камера для сушки табака с использованием солнечной энергии, включающая камеру, систему обогрева в виде электронагревателя, систему вентиляции, состоящую из вентилятора и соединительных воздуховодов, и солнечных воздушных нагревателей [2]
Недостатком приведенного устройства является низкая доля использования солнечной энергии относительно общего количества энергии, затрачиваемой для сушки.Known experimental chamber for drying tobacco using solar energy, including a chamber, a heating system in the form of an electric heater, a ventilation system consisting of a fan and connecting ducts, and solar air heaters [2]
The disadvantage of this device is the low share of solar energy relative to the total amount of energy spent for drying.
Целью изобретения является устранение указанного недостатка. The aim of the invention is to remedy this drawback.
Поставленная цель увеличение доли солнечной энергии в общем количестве используемой для сушки энергии и снижение энергозатрат на процесс сушки достигается тем, что солнечные панели установлены на наружной поверхности сушильной камеры, обеспечивая передачу тепла непосредственно через конструкцию сушильной камеры, при этом теплоприемник каждой солнечной панели установлен от светопрозрачной перегородки на расстоянии δ1 которое определено из соотношения 
где F площадь поверхности солнечной панели, м2;
П периметр солнечной панели, м;
а относительно наружной поверхности сушильной камеры теплоприемник установлен на расстоянии δ2 не более 8 мм.The goal is to increase the proportion of solar energy in the total amount of energy used for drying and reduce energy costs for the drying process is achieved by the fact that the solar panels are installed on the outer surface of the drying chamber, providing heat transfer directly through the design of the drying chamber, while the heat receiver of each solar panel is installed from translucent partitions at a distance of δ 1 which is determined from the relation
where F is the surface area of the solar panel, m 2 ;
P perimeter of the solar panel, m;
and relative to the outer surface of the drying chamber, the heat sink is installed at a distance of δ 2 not more than 8 mm.
Установка солнечных панелей на наружную поверхность сушильной камеры одновременно увеличивает термическое сопротивление камеры, т.к. воздушные зазоры между элементами солнечной панели являются отличными теплоизоляторами и значительно снижают потери тепла в окружающую среду при отсутствии солнечного излучения. Поэтому в отличие от ближайшего аналога солнечные панели в предложенном техническом решении эффективно работают не только при освещении Солнцем, но и в темное время суток, т.е. круглосуточно. The installation of solar panels on the outer surface of the drying chamber simultaneously increases the thermal resistance of the chamber, as the air gaps between the elements of the solar panel are excellent heat insulators and significantly reduce heat loss to the environment in the absence of solar radiation. Therefore, unlike the closest analogue, solar panels in the proposed technical solution work effectively not only when illuminated by the Sun, but also in the dark, i.e. around the clock.
Оптимальные размеры установки элементов солнечной панели относительно друг друга и наружной поверхности сушильной камеры обеспечивают максимальный тепловой поток к наружной поверхности сушильной камеры и минимальные потери тепла в окружающую среду. The optimal installation dimensions of the elements of the solar panel relative to each other and the outer surface of the drying chamber provide maximum heat flow to the outer surface of the drying chamber and minimal heat loss to the environment.
Так, расстояние между светопрозрачной перегородкой (стеклом) и теплоприемником δ1 определяется исходя из условия обеспечения минимальных потерь тепла в окружающую среду.So, the distance between the translucent partition (glass) and the heat sink δ 1 is determined on the basis of the conditions for ensuring minimal heat loss to the environment.
Основные потери поглощенного теплоприемником теплового потока солнечной излучения в окружающую среду определяются теплопроводимостью и конвекцией воздуха между теплоприемником и светопрозрачной перегородкой с одной стороны и теплоприемником и боковыми стенками солнечной панели с другой стороны. Следует отметить, что наличие у солнечной панели боковых стенок и наличие зазоров между боковыми стенками соседних панелей вызвано технологическими причинами для возможности и удобства монтажа и эксплуатации солнечных панелей. The main losses of the heat flux of solar radiation absorbed into the environment by the heat receiver are determined by the heat conductivity and air convection between the heat receiver and the translucent partition on one side and the heat receiver and the side walls of the solar panel on the other hand. It should be noted that the presence of side walls in the solar panel and the presence of gaps between the side walls of adjacent panels are caused by technological reasons for the possibility and convenience of installing and operating solar panels.
Коэффициент теплопередачи в зазоре между теплоприемником и светопрозрачной перегородкой пропорционален 1/δ
С ростом зазора потери тепла между теплоприемником и светопрозрачной перегородкой уменьшаются, а между теплоприемником и боковой стенкой растут за счет увеличения площади поверхности боковой стенки.The heat transfer coefficient in the gap between the heat receiver and the translucent partition is proportional to 1 / δ
With an increase in the gap, heat loss between the heat receiver and the translucent partition decreases, and between the heat receiver and the side wall they increase due to an increase in the surface area of the side wall.
Принимая температуру светопрозрачной перегородки и боковой стенки одинаковыми, потери тепла теплопроводимостью и конвекцией в зазоре δ1 можно записать в виде
где Q потери тепла от теплоприемника в окружающую среду теплопроводимостью и конвекцией, ВТ;
A коэффициент пропорциональности, Вт/м1,9;
F площадь поверхности панели теплоприемника, м2;
П периметр панели теплоприемника, м.Assuming the temperature of the translucent partition and the side wall to be the same, heat loss by heat conduction and convection in the gap δ 1 can be written as
where Q is the heat loss from the heat sink to the environment by thermal conductivity and convection, W;
A coefficient of proportionality, W / m 1.9 ;
F the surface area of the panel of the heat sink, m 2 ;
P perimeter of the heat receiver panel, m.
После дифференцирования выражения (1) по δ1 и приравнивания его нулю получаем формулу для нахождения оптимального значения зазора δ1 (в данном случае оптимум минимум функции):
Изобретение поясняется фиг.1,2 и 3.After differentiating expression (1) with respect to δ 1 and equating it to zero, we obtain a formula for finding the optimal value of the gap δ 1 (in this case, the optimum minimum of the function):
The invention is illustrated in figures 1,2 and 3.
График изменения функции Q от δ1 приведен на фиг.1.The graph of the change in the function Q from δ 1 is shown in Fig. 1.
Другой зазор δ2 между теплоприемником и наружной поверхностью сушильной камеры определен с учетом возможного состояния наружной поверхности камеры и превалирующего направления теплового потока через этот зазор к сушильной камере.Another gap δ 2 between the heat sink and the outer surface of the drying chamber is determined taking into account the possible state of the outer surface of the chamber and the prevailing direction of the heat flux through this gap to the drying chamber.
При значении зазора δ2 от 0 до 8 мм между наружной поверхностью сушильной камеры и теплоприемником теплообмен в зазоре осуществляется только теплопроводимостью, а конвекция отсутствует. Это следует из известной критериальной формулы
Gr•Pr ≤ 1000, (3)
где Pr критерий Прандтля;
Gr критерий Грасгофа,
где b температурный коэффициент объемного расширения, 1/oC;
g ускорение свободного падения, м/с2;
Dt перепад температур между теплоприемником и наружной поверхностью сушильной камеры, oC;
ν кинематический коэффициент вязкости, м2/с.When the gap value δ 2 is from 0 to 8 mm between the outer surface of the drying chamber and the heat sink, heat transfer in the gap is carried out only by heat conduction, and there is no convection. This follows from the well-known criterion formula
Gr • Pr ≤ 1000, (3)
where Pr is the Prandtl criterion;
Gr Grashof test,
where b is the temperature coefficient of volume expansion, 1 / o C;
g acceleration of gravity, m / s 2 ;
Dt temperature difference between the heat receiver and the outer surface of the drying chamber, o C;
ν kinematic viscosity coefficient, m 2 / s.
Для минимальной температуры сушки с обогревом (≈30oC) и максимальной среднесуточной адиабатической температуры теплоприемника (≈60oC) зазор d2 по формуле (3) равен 8 мм.For the minimum drying temperature with heating (≈30 o C) and the maximum daily average adiabatic temperature of the heat receiver (≈60 o C), the gap d 2 by the formula (3) is 8 mm.
При 0<δ2 <8 мм величина зазора не влияет на значение тепловых потерь, т. к. с увеличением зазора в указанном диапазоне пропорционально увеличивается площадь поверхности боковой стенки и одновременно также увеличивается расстояние теплопередачи от теплоприемника к боковой стенке
где Q потери тепла через боковую стенку солнечной панели, Вт;
B коэффициент поверхности боковой стенки, Вт/м;
F площадь поверхности боковой стенки, м2;
П периметр панели теплоприеника, м.At 0 <δ 2 <8 mm, the gap does not affect the value of heat loss, because with an increase in the gap in the specified range, the surface area of the side wall increases proportionally and at the same time the distance of the heat transfer from the heat receiver to the side wall also increases
where Q is the heat loss through the side wall of the solar panel, W;
B coefficient of the surface of the side wall, W / m;
F the surface area of the side wall, m 2 ;
P perimeter of the heat-receiving panel, m.
При значении зазора δ2 свыше 8 мм между наружной поверхностью сушильной камеры и теплоприемником теплообмен осуществляется не только теплопроводимостью, но и конвекцией. При этом тепловые потери через боковые стенки солнечной панели с увеличением зазора δ2 начинают расти и их можно определить по формуле
где Q потери тепла через боковую стенку солнечной панели, Вт;
C коэффициент пропорциональности, Вт/м1,9;
П периметр панели теплоприемника, м.When the value of the gap δ 2 is greater than 8 mm between the outer surface of the drying chamber and the heat sink, heat exchange is carried out not only by thermal conductivity, but also by convection. In this case, heat losses through the side walls of the solar panel with an increase in the gap δ 2 begin to grow and can be determined by the formula
where Q is the heat loss through the side wall of the solar panel, W;
C coefficient of proportionality, W / m 1.9 ;
P perimeter of the heat receiver panel, m.
При δ20 потери тепла через боковую стенку отсутствуют.At δ 2 0, there is no heat loss through the side wall.
График изменения функции Q от δ2 приведен на фиг.2.The graph of the function Q from δ 2 is shown in Fig.2.
Таким образом, из представленных материалов следует, что при установке солнечных панелей (безрасходных воздушных солнечных нагревателей) на наружной поверхности сушильной камеры с оптимальными зазорами 
При заполнении высушиваемым материалом сушильной камеры не только в ограниченном стенами объеме, но и под крышей (для полного использования объема сушильной камеры), на которой установлены предложенные солнечные панели, возникает значительный тепловой поток сверху. Поэтому в верхней части сушильной камеры (под крышей) может произойти ограничение конвекции, следствием чего будет перегрев расположенного в этом месте высушиваемого материала. When the drying chamber is filled with dried material not only in a volume limited by the walls, but also under the roof (for full use of the volume of the drying chamber), on which the proposed solar panels are installed, a significant heat flow occurs from above. Therefore, in the upper part of the drying chamber (under the roof), restriction of convection can occur, which will result in overheating of the dried material located in this place.
Результаты проведенных расчетов и экспериментов показывают, что при применении солнечных панелей с указанными признаками для условий прямого солнечного облучения температура теплоприемника достигает 200oC.The results of the calculations and experiments show that when using solar panels with the indicated features for direct solar exposure, the temperature of the heat sink reaches 200 o C.
В связи с тем, что крыша располагается под некоторым углом к горизонту и поэтому лучше освещается солнцем, а конструкция крыши обладает большей теплопроводностью и значительно меньшей теплоинерционностью по сравнению со стенами камерамы, установка солнечных панелей на крышах сушильных камер приводит к существенному росту температур теплоприемника и соответственно конструкции крыши. Due to the fact that the roof is located at a certain angle to the horizon and therefore is better illuminated by the sun, and the roof structure has greater thermal conductivity and significantly lower thermal inertia compared to the chamber walls, the installation of solar panels on the roofs of the drying chambers leads to a significant increase in the temperature of the heat sink and, accordingly, roof structures.
Поэтому для сушильной камеры, в которой сырье необходимо сушить с температурой ниже получаемой температуры крыши, во избежание перегрева верхних слоев сырья солнечные панели на крыше установлены выше верхнего уровня высушиваемого сырья. Therefore, for the drying chamber, in which the raw materials must be dried with a temperature below the obtained roof temperature, in order to avoid overheating of the upper layers of the raw materials, solar panels on the roof are installed above the upper level of the dried raw materials.
Необорудованная солнечными панелями часть поверхности крыши теплоизолирована с целью уменьшения потерь тепла в окружающую среду и избежания конденсации влаги, образующейся при сушке сырья. В качестве теплоизоляции, установленной на крыше, как правило, применяется теплоизоляция, соответствующая данным условиям эксплуатации. A portion of the roof surface not equipped with solar panels is thermally insulated in order to reduce heat loss to the environment and to prevent condensation of moisture generated during drying of raw materials. As a thermal insulation installed on the roof, as a rule, thermal insulation corresponding to these operating conditions is used.
Сущность предложенного технического решения поясняется фиг.3, на которой показана схема устройства для сушки. The essence of the proposed technical solution is illustrated in figure 3, which shows a diagram of a device for drying.
Предложенное устройство для сушки содержит сушильную камеру, состоящую из стен 1 и крышки 2, систему трубоогневого обогрева 3, включающую печь и трубопроводы топочных газов, систему естественной вентиляции 4, состоящую из вентиляционных отверстий, расположенных в нижней части стен и на крыше. Типовая солнечная панель, установленная на наружной поверхности стен и крыши, состоит из светопрозрачной перегородки 5, установленной с зазором δ1 относительно теплоприемника 6, который в свою очередь установлен с зазором δ2 относительно наружной поверхности стен и крыши и боковых стенок 7. На части поверхности крыши ниже верхнего уровня высушиваемого сырья 8 установлена теплоизоляция 9.The proposed device for drying contains a drying chamber, consisting of
Работает предложенное устройство следующим образом. The proposed device works as follows.
Под воздействием солнечного излучения теплоприемники солнечных панелей нагреваются и тепло от них передается излучением и теплопроводностью стенам и крыше сушильной камеры, внутри которой при работе системы трубоогневого обогрева и системы вентиляции сырье подвергается процессу сушки. При снижении и отсутствии (ночью) теплового потока от Солнца солнечные панели работают как теплоизоляторы и благодаря предложенным воздушным зазорам δ1 и δ2 обеспечивают минимальные потери тепла в окружающую среду.Under the influence of solar radiation, the heat sinks of the solar panels heat up and the heat from them is transmitted by radiation and heat conduction to the walls and the roof of the drying chamber, inside of which the raw material is subjected to a drying process during the operation of the pipe heating system and ventilation system. With a decrease and absence (at night) of the heat flux from the Sun, solar panels work as heat insulators and, thanks to the proposed air gaps δ 1 and δ 2, provide minimal heat loss to the environment.
Авторами выпущена конструкторская документация на модернизацию в части использования солнечной энергии типовой сушильной камеры для южных районов, включающая все существенные признаки предложенного технического решения. The authors issued design documentation for modernization regarding the use of solar energy of a typical drying chamber for the southern regions, which includes all the essential features of the proposed technical solution.
Солнечные панели в количестве 120 шт установлены на наружной поверхности сушильной камеры и имеют каждая размеры в плане 1000 х 1000 мм. Зазор между светопрозрачной перегородкой и теплоприемником, определенный по формуле (2), равен 25 мм, а зазор между теплоприемником и наружной поверхностью стен и крыши равен 7 мм. 120 pieces of solar panels are installed on the outer surface of the drying chamber and each has a size of 1000 x 1000 mm. The gap between the translucent partition and the heat receiver, determined by the formula (2), is 25 mm, and the gap between the heat receiver and the outer surface of the walls and roof is 7 mm.
Солнечные панели на крыше сушильной камеры расположены выше верхнего уровня, размещенного для сушки листового табака, а на остальной части поверхности крыши установлена теплоизоляция. Solar panels on the roof of the drying chamber are located above the upper level, which is used to dry leaf tobacco, and thermal insulation is installed on the rest of the roof surface.
Положительный эффект предложенного устройства заключается в большей доле использования солнечной энергии для сушки по сравнению с ближайшим аналогом и экономией энергозатрат на процесс сушки, полученной путем сокращения потерь тепла через конструкцию сушильной камеры. The positive effect of the proposed device is a greater share of the use of solar energy for drying compared to the closest analogue and saving energy costs for the drying process obtained by reducing heat loss through the design of the drying chamber.
Дополнительные преимущества предложенного технического решения по сравнению с ближайшим аналогом заключаются в том, что
не требуется дополнительная энергия на прокачку воздуха через солнечные нагреватели, т.к. солнечные панели выполнены безрасходными;
сокращаются потери тепла в окружающую среду через светопрозрачную перегородку в связи с резким уменьшением конвекции к светопрозрачной перегородке;
отсутствуют потери тепла через тыльную сторону солнечных нагревателей, т. к. тепло от теплоприемников непосредственно передается наружной поверхности сушильной камеры;
отсутствуют потери тепла в воздуховодах (т.к. их нет).Additional advantages of the proposed technical solution in comparison with the closest analogue are that
no additional energy is required for pumping air through solar heaters, as the solar panels are non-expendable;
heat losses to the environment through the translucent partition are reduced due to a sharp decrease in convection to the translucent partition;
there is no heat loss through the back of the solar heaters, because the heat from the heat sinks is directly transferred to the outer surface of the drying chamber;
there is no heat loss in the ducts (because they are not).
Результаты проведенных расчетов показывают, что
для ближайшего аналога доля солнечной энергии относительно общего количества энергии, использованного для сушки, составляет около 5% при сушке 1200 кг зеленого табака с использованием солнечных воздушных нагревателей полезной площадью 30 м2;
для предложенного технического решения доля солнечной энергии составляет 37% при сушке 3800 кг зеленого табака с использованием солнечных панелей общей полезной площадью 120 м2.The results of the calculations show that
for the closest analogue, the proportion of solar energy relative to the total amount of energy used for drying is about 5% when drying 1200 kg of green tobacco using solar air heaters with a useful area of 30 m 2 ;
for the proposed technical solution, the proportion of solar energy is 37% when drying 3800 kg of green tobacco using solar panels with a total usable area of 120 m 2 .
Если ввести комплексный показатель эффективности K, характеризующий прототип и изобретение, в виде:
где mт масса загружаемого зеленого табака, кг;
η доля солнечной энергии относительно общего количества энергии на сушку;
F площадь солнечных нагревателей (панелей), м2, то получим для ближайшего аналога Kан=2, а для предложения Kпр=11,7.If you introduce a comprehensive performance indicator K, characterizing the prototype and the invention, in the form:
where m t the mass of loaded green tobacco, kg;
η fraction of solar energy relative to the total amount of energy for drying;
F is the area of solar heaters (panels), m 2 , then we get for the closest analogue K en = 2, and for the proposal K pr = 11.7.
Таким образом, положительный эффект предложенного технического решения по сравнению с ближайшим аналогом существенно выше. Thus, the positive effect of the proposed technical solution in comparison with the closest analogue is significantly higher.
Claims (2)
где F площадь поверхности солнечной панели, м2;
П периметр солнечной панели, м,
а относительно наружной поверхности сушильной камеры теплоприемник установлен на расстоянии δ2 не более 8 мм.1. A drying device comprising a drying chamber, a heating system, a ventilation system and solar air heaters, made in the form of solar panels, consisting of a translucent partition and a heat sink, characterized in that the solar panels are installed on the outer surface of the drying chamber, while each the solar panel is installed from the translucent partition at a distance of δ 1 , which is determined from the ratio
where F is the surface area of the solar panel, m 2 ;
The perimeter of the solar panel, m,
and relative to the outer surface of the drying chamber, the heat sink is installed at a distance of δ 2 not more than 8 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95103465/13A RU2100943C1 (en) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | Drying apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95103465/13A RU2100943C1 (en) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | Drying apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95103465A RU95103465A (en) | 1996-12-10 |
| RU2100943C1 true RU2100943C1 (en) | 1998-01-10 |
Family
ID=20165512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95103465/13A RU2100943C1 (en) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | Drying apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2100943C1 (en) |
-
1995
- 1995-03-10 RU RU95103465/13A patent/RU2100943C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Дамьянов Г. и др. Возможности использования солнечной энергии при камерной сушке. Журнал "Български Тютюн", 1983, т.28, N 5, с.16 - 22. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95103465A (en) | 1996-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Influence of a building’s integrated-photovoltaics on heating and cooling loads | |
| Bala et al. | Simulation of the indirect natural convection solar drying of rough rice | |
| US4059226A (en) | Heat collector and storage chamber | |
| Jha et al. | An experimental study of a photovoltaic thermal air collector (PVTAC): A comparison of a flat and the wavy collector | |
| Dong et al. | Experimental investigation on the heating performance of a novel designed trombe wall | |
| Hu et al. | An experimental and numerical analysis of a novel water blind-Trombe wall system | |
| US4143815A (en) | Heating apparatus | |
| Choi et al. | System performance of a residential building using the air-based solar heating system | |
| Rabani | Experimental comparison of energy and exergy analysis of a new designed and a Normal Trombe wall | |
| RU2100943C1 (en) | Drying apparatus | |
| FR2775765B1 (en) | DEVICE FOR TRANSFERRING HEAT BETWEEN A SOLAR RADIATION HEATED PANEL AND A WALL | |
| Nonthiworawong et al. | Energy and exergy analysis of low-cooling in building by using light-vent pipe | |
| Anderlind | Energy consumption due to air infiltration | |
| Saxena et al. | A review of recent patents on solar air heaters | |
| ES478489A1 (en) | Solar Energy Collector and System | |
| JPS5514453A (en) | Residential building | |
| CN114277946B (en) | Construction method and heat preservation method for heat preservation outer wall of high-rise building | |
| FR2317603A1 (en) | Solar energy collector for domestic heating - has series of inclined panels with intermediate reflectors and double glazed covers on south wall of building | |
| Norton et al. | Flat-plate and evacuated tube collectors | |
| JPS6347979B2 (en) | ||
| JP2003202130A (en) | Heating-cooling device | |
| Melikyan et al. | Developing of a ventilation system for residential houses with solar air heater | |
| Chantawong et al. | A new configuration of roof skylight combined with solar chimney | |
| SU1383060A1 (en) | Solar-heat installation for heating building | |
| Ramadan et al. | Numerical simulation of a building with one transparently insulated wall |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |