1Ph.D hallgató, NymE-FMK Gépészeti és Mechatronikai Intézet 9400 Sopron, Bajcsy-Zs. u. 4.; e-mail: cscsaba@fmk.nyme.hu
2Konzulens, egyetemi docens, NymE-FMK Gépészeti és Mechatronikai Intézet
9400 Sopron, Bajcsy-Zs. u. 4.; e-mail: ngabor@fmk.nyme.hu Kulcsszavak: Szárítás, hőenergia, napenergia, parabolikus napkollektor, hatásfok.
KIVONAT
A tanulmányban először ismertettük azokat a hőigényes faipari technológiákat, amelyeknél lehetőség van koncentrált napenergia termelésből származó hőenergia bevitelére. Ezek a faipari technológiák a következők voltak: hőpréselés, fa hajlítása és a szárítás. Igyekeztük minden technológiának a hő- és technológia idő igényét bemutatni. Részletesen foglalkoztunk a faanyag szárításával. A felhasznált irodalmak alapján bemutattuk és rendszereztük a szárítási folyamat tényezőit. A harmadik részben a napenergia jelentőségéről írtunk. Külön alfejezetben mutattuk be a globális és az országunkra jellemző napsugárzási adatokat. A Magyarországra jellemző napsütéses órák számát, beeső energia mennyiségét, stb. táblázatos formában összegeztük. Ezek szolgáltatták a későbbi elméleti részek alapjait. A negyedik részben a fókuszáló napkollektorok történeti kialakulásával foglalkoztunk majd a működési elvük szerint csoportosítottuk és jellemeztük a mai (modern) berendezéseket.
A következő fejezetben a napkollektorunk hatásfok és teljesítmény mérését mutattuk be. A következő két fejezetben a szakirodalmi adatok alapján meghatároztuk 1m3 tölgy szárításához szükséges hőenergia mennyiségét.
Majd egy tesztkörnyezet adatait elemezve az elméleti értékeket alátámasztottuk gyakorlati mérésekkel is. Itt először kijelöltünk egy mérés idő intervallumot, majd kiértékeltük az adatokat.
---
*A kutatás a Talentum – Hallgatói tehetséggondozás feltételrendszerének fejlesztése a Nyugat-magyarországi Egyetemen c. TÁMOP 4.2.2. B-10/1-2010-0018 számú projekt keretében, az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.
44
Ezt követően a parabolikus napkollektor alkalmazhatóságát vizsgáltuk és megállapításokat tettünk egy fókuszáló napkollektoros rendszer által termelt hőenergia beintegrálásáról a konvekciós szárítási folyamatba.
BEVEZETÉS
A mai világban minden iparágnak egyik fontos kérdése az energia ellátás.
Az energia árak folyamatos növekedése miatt lassan, de biztosan rá lesznek szorulva a megújuló energiára az ipar szereplői. A faipar a többi iparághoz képest kisebb volumenű, emiatt az iparág nem tudja olyan hatékonysággal beépíteni az energia árnövekedést a termékek árába, mint a többiek. Ezért fontos a megújuló energiák bevezetése a faipari technológiákban. Számtalan lehetőség van a megújuló energiák felhasználására. Az egyik ilyen energiaforrás már el is terjedt, sőt régóta jelen van. Ez a biomassza. A faipari üzemek régóta használják a hulladékukat/mellékterméküket energiatermelésre. Sajnos, egy üzem teljes hő energia ellátását nehezen lehet csak fahulladékból fedezni, szükség van további energiaforrásra. Ezt többnyire földgázból, illetve speciális technológiáknál villamos energiából lehet fedezni. Ez a tanulmány azt vizsgálja, hogy milyen módon lehetne beintegrálni egy technológiai folyamatba napenergiát.
HŐIGÉNYES FAIPARI TECHNOLÓGIÁK BEMUTATÁSA A faipari gyártásfolyamatokban számos olyan technológia van, amihez nélkülözhetetlen a hőenergia használata. Azt a három technológiát vizsgáljuk, ahol a technológiai hőt termo-hidraulikus rendszerrel is lehet biztosítani és nincs szükség villamos melegítő berendezésekre.
Ezek a technológiák az alábbiak: hőpréselés; a fa hajlítása; a fa szárítása. A három technológia közül a legrészletesebben a szárítás kerül bemutatásra.
[1,2,3]
A NAPENERGIA
A Napból érkező energia a mozgatórugója majdnem minden földi fizikai és biológiai ciklusnak, beleértve az időjárási folyamatokat, a növényi és állati életet. A legtöbb megújuló energiaforrás is átalakított napenergia. A Nap energiája ultraibolya, látható és infravörös fény formájában érkezik a földre.
A Földre érkező sugárzás nagy része a természeti körforgásokra fordítódik, de kis részét felfoghatjuk és felhasználhatjuk villamos energia termelési vagy hőtermelési célra. A Napban végbemenő termonukleáris reakció hatására energia szabadul fel, amely a Nap felületéről sugárzás formájában távozik a világűrbe.
45
Az évente lesugárzott energia értéke 1,2x1034 J, amely kb. ± 1%-on belül állandó. Földünkre ebből a hatalmas energiából 2x1024 J jut évente. A Föld pályájának excentricitása miatt ez az energia éves viszonylatban kb. ± 3% -kal változik. [3]
PARABOLIKUS NAPKOLLEKTOROK BEMUTATÁSA Augustin Mouchot matematikai professzor 20 év fejlesztői és kutatói munka után vonal – fókuszú napkollektoros berendezést fejlesztett. Egy főző, desztilláló és szivattyút épített. Ezek viszonylag kis teljesítményűek voltak.
Célja az volt, hogy olyan berendezést fejlesszen, ami egy gőzgépet is meg tud hajtani. 1874-ben mutatta be a napkövető óraművel ellátott csonka kúp alakú napkollektorát. A kazánt kívülről üvegborítással látta el az üvegházhatás biztosítása céljából. A 2,5 m átmérőjű reflektortükör szegmensekből készült. Ez a berendezés működtetett egy 0,5 Le gőzgépet.
Algériában építette fel minden korábbinál nagyobb napkazánját, amelynek csonka kúp alakú reflektora 5 m átmérőjű volt. A kazánt az 1878. évi Párizsi Világkiállításon is bemutatták, ahol nagy feltűnést keltett (1. ábra). A berendezés gőzgépet működtetett, amely óránként több mint 2000 liter vizet szivattyúzott. Ugyanezzel a berendezéssel alkoholt desztilláltak, ételeket főztek, sőt egy hozzákapcsolt hűtőberendezés segítségével jégkockákat is előállítottak. [4]
1. ábra: Mouchot napenergiával fűtött kazánja az 1878. évi Párizsi Világkiállításon
46
EGYEDI TERVEZÉSŰ, KISÉRLETI FÓKUSZÁLÓ NAPKOLLEKTOR TERMO-HIDRAULIKUS RENDSZERÉNEK
BEMUTATÁSA
A tányér (2. ábra) egy 1460 mm átmérőjű, hagyományos parabola antenna 2 mm alumínium lemezből. Az antenna homorú oldala tükörfóliával lett beborítva. A hőcserélőt egyedi tervezésű, perforált állványszerkezetből készült konzolos váz pozícionálja a fókuszpontba. Továbbá biztosítja a tartóoszlophoz való stabil kapcsolódást és hordozza az antennát. A napból érkező visszavert sugárzást a kollektor nyeli el, ami a parabola fókusz pontjába van elhelyezve. A kollektor adja át a munkaközegnek (termo olaj) a hőenergiát. Ezt a felmelegített közeget egy szivattyú továbbítja hőálló PTFE tömlőkön keresztül a hőcserélő berendezéshez.
2. ábra: A parabola tányér és a kollektor kialakítása
FÓKUSZÁLÓ NAPKOLLEKTOR ÁLTAL HASZNOSÍTHATÓ HŐENERGIA MEGHATÁROZÁSA
A prototípusunknál két dolgot kellett meghatározni: a kollektor hatásfokát és a hasznosítható hőmennyiséget. Ezeket laboratóriumi körülmények között határoztuk meg, amire az alábbi eredményeket kaptuk: