камера и способ сушки и хранения зерновой массы

Формула изобретения

1. Камера для сушки и хранения зерновой массы, содержащая охлаждающую или холодильную установку и расположенные внутри корпуса камеры каналы для циркуляции хладагента, отличающаяся тем, что каналы выполнены с возможностью контакта хладагента с атмосферой камеры при отсутствии непосредственного контакта хладагента с охлаждаемой продукцией, а в качестве хладагента использован раствор электролита для поглощения водяных паров и/или углекислого газа.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что каналы расположены вдоль ограждений камеры и/или проходят сквозь объем, заполненный продукцией.

3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что канал имеет форму горизонтального или наклонного желоба, укрытого перфорированным или сетчатым ограждением, поперечные размеры отверстий которого хотя бы в одном из измерений меньше минимальных размеров хранящейся продукции.

4. Камера по п.1, отличающаяся тем, что канал имеет вид вертикально расположенного перфорированного или сетчатого ограждения, по одну сторону которого находится хранящаяся продукция, а по другую расположены устройства или материалы, по поверхности которых стекает хладагент, при этом поперечные размеры отверстий ограждения меньше минимальных размеров хранящейся продукции хотя бы в одном из измерений.

5. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для удаления избыточной влаги из хладагента.

6. Камера по п.5, отличающаяся тем, что в качестве устройства для удаления избыточной влаги применена выпарная установка.

7. Камера по п.5, отличающаяся тем, что в качестве устройства для удаления избыточной влаги применен испарительный пруд.

8. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для удаления углекислого газа из хладагента.

9. Камера по п.8, отличающаяся тем, что в качестве устройства для удаления углекислого газа применена десорбционная установка.

10. Камера по п.1, отличающаяся тем, что в состав хладагента входят соли угольной кислоты.

11. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена газодувным устройством для подачи воздуха в каналы.

12. Камера по п.11, отличающаяся тем, что между газодувным устройством и каналами расположен абсорбер, выполненный с возможностью подачи в него хладагента.

13. Камера по п.11, отличающаяся тем, что всасывающий патрубок газодувного устройства соединен с атмосферой либо подсоединен к внутреннему объему камеры.

14. Способ сушки и хранения зерновой массы в камере, включающий помещение в корпус камеры охлаждаемой продукции и подачу хладагента в каналы, отличающийся тем, что хладагент в виде раствора электролита для поглощения водяных паров и/или углекислого газа подают в каналы, позволяющие хладагенту контактировать с атмосферой камеры и препятствующие непосредственному контакту хладагента с хранящейся продукцией.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что после выхода из каналов хладагент охлаждают и вновь возвращают в каналы корпуса камеры.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что охлаждение хладагента осуществляют при помощи холодильной установки.

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что весь или часть хладагента пропускают через устройство для удаления поглощенной в корпусе камеры влаги.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что в качестве устройства для удаления поглощенной влаги применяют установку криоконцентрирования, выпарную установку или испарительный пруд.

19. Способ по п.14, отличающийся тем, что в состав хладагента включают соли угольной кислоты.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что из хладагента перед подачей его в камеру удаляют углекислый газ.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что углекислый газ из хладагента отдувают в десорбционной установке наружным воздухом или осуществляют тепловую десорбцию углекислого газа из хладагента.

22. Способ по п.14, отличающийся тем, что в каналы осуществляют подачу воздуха при помощи газодувного устройства.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что воздух предварительно охлаждают и осушают в абсорбере с циркулирующим хладагентом.

24. Способ по п.22, отличающийся тем, что подачу воздуха осуществляют из внутреннего объема корпуса камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам сушки и хранения зерна любой влажности и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известна камера для низкотемпературного хранения зерна, содержащая теплоизолированный корпус, внутри которого расположен охлаждающий рассольный контур в виде системы трубопроводов, по которым циркулирует хладагент (охлаждающий агент), представляющий собой охлажденный концентрированный раствор электролита (соли) с низкой температурой замерзания. Охлаждение циркулирующего хладагента осуществляется при помощи холодильной установки.

Недостатком данной камеры является чувствительность работы системы к исходной влажности зерна. При низкотемпературном хранении зерна наблюдается влагоперенос из более теплых зон хранилища в более холодные, особенно ощутимый при высокой исходной влажности зерна. Недостатком данной камеры также является образование в глубине хранимой продукции зон с повышенной концентрацией углекислого газа, выделяющегося при дыхании зерна. Превышение предельно допустимой концентрации углекислого газа может привести к гибели и порче зерна, поэтому для данной камеры требуется периодическое активное вентилирование.

(См. Кудашев С.Н., Петруня Б.Н. и др. «Перспективы применения искусственного холода для хранения зерна в странах СНГ». Журнал «Холодильная Техника» №12, 2005, с.42-45).

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности сушки зерна в период его низкотемпературного хранения, обеспечение возможности снижения концентрации углекислого газа в рабочем объеме хранилища без применения активного вентилирования.

Поставленный технический результат достигается тем, что каналы, по которым циркулирует хладагент внутри объема камеры хранилища, выполнены с возможностью контакта хладагента с атмосферой камеры при отсутствии непосредственного контакта хладагента с охлаждаемой продукцией, а в качестве хладагента применен раствор электролита (соль, щелочь, кислота и т.п.) с высокими депрессионными характеристиками. Высокие депрессионные характеристики раствора обозначают, что равновесное парциальное давление водяных паров над поверхностью раствора существенно ниже, чем равновесное парциальное давление водяных паров над чистой водой при той же температуре. Высокие депрессионные характеристики раствора достигаются высокими концентрациями раствора, возможными при данной рабочей температуре холодильного контура. В качестве электролита могут быть применены поваренная соль, кальцинированная сода, поташ, бромистый литий и т.п., а также их смеси.

В качестве устройства, обеспечивающего рабочую температуру циркулирующего хладагента, применяют охлаждающую установку, которая поддерживает температуру хладагента на уровне температуры окружающей среды или холодильную установку, которая поддерживает температуру хладагента ниже температуры окружающей среды.

Каналы предпочтительно выполнены в виде горизонтальных или наклонных желобов, укрытых сверху перфорированным или сетчатым ограждением, размеры отверстий которого препятствуют попаданию зерен из объема хранилища внутрь каналов, то есть поперечные размеры отверстий ограждения хотя бы в одном из измерений меньше минимальных размеров хранящейся продукции. Каналы расположены вдоль ограждений камеры и/или проходят сквозь объем, заполненный продукцией.

Каналы могут иметь вид вертикально или наклонно расположенных перфорированных или сетчатых ограждений, по одну сторону которых находится хранящаяся продукция, а по другую расположены устройства или материалы, по поверхности которых стекает хладагент.

Камера снабжена внешним устройством для удаления поглощенной влаги из циркулирующего хладагента с целью поддержания его депрессионных характеристик на высоком уровне. Через данное устройство пропускают весь циркулирующий хладагент либо его часть, которую после концентрирования возвращают в циркуляционный контур. В качестве устройства для удаления поглощенной влаги может быть применена установка криоконцентрирования, выпарная установка или испарительный пруд, в котором повышение концентрации раствора осуществляется за счет использования солнечной энергии.

При хранении «живой», дышащей растительной продукции в состав хладагента предпочтительно входят соли угольной кислоты, а камера в этом случае снабжена внешним устройством для удаления углекислого газа из циркулирующего хладагента. В качестве устройства может быть применена десорбционная установка, работающая по принципу тепловой десорбции углекислого газа, либо по принципу отдувки углекислого газа из раствора при помощи наружного воздуха. Устройство для удаления избыточной влаги и устройство для удаления углекислого газа из циркулирующего раствора могут быть функционально совмещены в одном устройстве.

При высокой влажности и температуре зерновой массы в камере организуют ее принудительное кондиционирование путем подачи в каналы, по которым циркулирует хладагент, воздуха из атмосферы или газовой среды из камеры при помощи газодувного устройства. Предпочтительно воздушный или газовый поток, подаваемый в каналы, предварительно охлаждают и осушают в абсорбере, в котором в качестве абсорбента применяют циркулирующий хладагент. Всасывающий патрубок газодувного устройства соединяют с атмосферой или с внутренним объемом камеры, а абсорбер располагают между газодувным устройством и каналами.

Использование заявленного изобретения позволит обеспечить низкотемпературную сушку хранящегося зерна любой исходной влажности. Скорость сушки и предельная степень сушки зависят от депрессионных характеристик применяемого раствора и от частоты размещения каналов осушающего (охлаждающего) контура по внутреннему объему камеры хранилища.

Использование принудительного кондиционирования позволит повысить скорость охлаждения зерновой массы до требуемой температуры и при необходимости позволит увеличить скорость сушки хранящейся продукции.

Использование заявленного изобретения также позволит осуществлять уменьшение концентрации углекислого газа в газовой среде хранилища ниже опасных концентраций без необходимости активного вентилирования хранилища, что позволит поддерживать стабильную температуру и пониженную концентрацию кислорода в атмосфере хранилища, позволяющие снизить потери питательных веществ из зерновой продукции вследствие замедления дыхательных процессов в зернах.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана общая схема камеры.

Камера содержит теплоизолированный корпус 1, внутри которого расположены охлаждающие (сушильные) каналы 2, насос 3, холодильную установку 4, выпарную установку 5, регулирующие вентили 6 и 9, абсорбер 7 и газодувное устройство 8. В камере находится зерновая продукция 10. В процессе работы выпарной установки из нее удаляется смесь водяных паров с углекислым газом 11.

Работа камеры и реализация способа осуществлены следующим образом.

Продукцию 10 помещают в камеру, после чего в каналы 2, представляющие собой наклонные желоба из коррозионно-стойкого металла или пластика, укрытые сверху перфорированной или сетчатой перегородкой, подают хладагент - концентрированный раствор карбоната калия (поташа), охлажденный до необходимой температуры. Протекая по желобу, хладагент передает холод через стенки желоба зерну, постепенно охлаждая его до необходимой температуры. Одновременно хладагент поглощает из атмосферы камеры через отверстия перегородки водяные пары и углекислый газ, снижая их содержание в атмосфере камеры. Поглощение углекислого газа происходит по реакции

К₂СО₃+CO ₂+Н₂O=2КНСО₃

Раствор поглощает из атмосферы камеры углекислый газ, при этом в нем растет содержание бикарбонатных солей по отношению к карбонатным. В результате поглощения углекислого газа и паров воды температура хладагента существенно повышается.

В результате снижения содержания паров воды в атмосфере камеры начинается ее испарение из зерен, вследствие чего зерна охлаждаются и постепенно осушаются.

Нагретый хладагент из нижней части каналов 2 поступает в сборный коллектор, из которого его насосом 3 подают в холодильную установку 4, после которой охлажденный раствор через распределительный коллектор вновь возвращают в каналы 2.

Вследствие поглощения влаги концентрация циркулирующего раствора постепенно снижается, из-за чего ухудшаются его депрессионные характеристики. Вследствие увеличения содержания в растворе абсорбированного углекислого газа ухудшаются его абсорбционные характеристики. Поэтому часть циркулирующего хладагента через регулирующий вентиль 6 направляют в выпарную (десорбционную) установку 5, в которой из раствора удаляют поглощенные в камере углекислый газ и влагу в виде их газообразной смеси 11. Удаление углекислого газа осуществляется по реакции

2КНСО₃=К ₂СО₃+CO₂+Н ₂О

Раствор с пониженным содержанием воды и углекислого газа после выпарной установки 5 смешивают с основным потоком хладагента, восстанавливая его исходные характеристики. Вместо выпарной установки 5 для удаления воды и углекислого газа из раствора может быть применен испарительный пруд.

В начальный период охлаждения (или при нарушениях режима теплового хранения влажной зерновой массы) из-за низкой теплопроводности зерновой массы в зонах, удаленных от охлаждающих каналов, могут начаться процессы самосогревания зерна. Для интенсификации процессов охлаждения и сушки во всем объеме хранилища предусматривают принудительное кондиционирование зерна охлажденным и осушенным воздухом. Для этого воздух из атмосферы или из внутреннего объема камеры газодувным устройством 8 направляют в абсорбер 7, в который через регулирующий вентиль 9 подают хладагент из холодильного устройства 4. В абсорбере 7 воздух охлаждается и осушается вследствие контакта с охлажденным раствором, после чего его направляют в охлаждающие каналы 2, проходя по которым, воздух дополнительно осушается и охлаждается протекающим по каналам хладагентом. Из каналов воздух через их отверстия поступает во внутренний объем камеры. Проходя сквозь слой зерновой массы, поступающий воздух охлаждает и осушает ее, после чего нагретый и влажный воздух из камеры удаляется в атмосферу или вновь направляется газодувным устройством 8 в абсорбер 7. Циркулирующий раствор из нижней части абсорбера 7 поступает в сборный коллектор, откуда его насосом 3 вновь подают в холодильное устройство 4.