СПОСОБ СУШКИ ВЛАГОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H05B11/00 

Изобретение относится к средствам тепловой обработки влагосодержащих продуктов, преимущественно пищевых, и может быть использовано как в пищевой промышленности, так и в отдельных сельских хозяйствах для сушки овощей, фруктов, грибов, лекарственных трав и других продуктов.

Известны несколько основных способов тепловой обработки влагосодержащих продуктов, имеющих своей целью их высушивание или выпаривание. Наиболее распространенными из этих способов являются конвекционно-воздушный и инфракрасно-лучевой. Согласно первому из указанных способов высушиваемый продукт подвергают обдуву потоком сухого теплового воздуха. При этом нагрев воздуха производят с использованием разного вида нагревательных элементов, а формирование воздушного потока осуществляют, используя естественную тепловую конвекцию или создавая искусственное направленное движение воздуха с помощью вентилятора [1, 2] Согласно второму из указанных способов высушиваемый продукт подвергают инфракрасному (ИК) облучению, в качестве источников которого используют разного вида нагревательные элементы излучающего типа [3]
В последние годы большое распространение получил способ сушки, использующий энергию СВЧ-излучения и получивший название СВЧ-сушки или микроволновой. Электромагнитные волны СВЧ-диапазона проникают внутрь высушиваемого материала глубже, чем волны ИК-диапазона, так как частота последних на три порядка выше. Это обеспечивает более равномерный по объему прогрев, а также совпадение градиентов температуры и влажности внутри высушиваемого продукта. Указанные особенности существенно ускоряют процесс сушки. В среднем процесс микроволновой сушки имеет примерно в четыре раза более высокую производительность, чем конвекционно-воздушная сушка [4]
Известны так называемые комбинированные способы сушки, представляющие собой одновременное или последовательное в разных сочетаниях совместное применение процедур конвекционно-воздушного, инфракрасно-лучевого и микроволнового способов сушки [5, 6]
Известны устройства, реализующие каждый из описанных выше способов как в их раздельном, так и в комбинированном применении.

Изобретательский замысел, реализованный в изобретении, касается комбинированного конвекционно-микроволнового способа сушки, в связи с чем из всех известных устройств наибольший интерес представляет конвекционно-микроволновая печь [7]
Известный комбинированный способ сушки [6] заключается в том, что порцию высушиваемого продукта размещают в рабочей камере и подвергают ее микроволновому облучению, создаваемому СВЧ-генератором, с одновременным продувом через рабочую камеру потока горячего воздуха. Продуваемый воздух предварительно нагревают с использованием нагревательного элемента, в качестве которого могут быть использованы горелки, электрические нагреватели и т.п.

Известная конвекционно-микроволновая печь [7] включает в себя теплоизолированную металлическую рабочую камеру, связанный с ней посредством волновода СВЧ-генератор и электронагревательный элемент, связанный с рабочей камерой посредством воздуховода с установленным в нем вентилятором.

Обрабатываемый продукт размещается в рабочей камере печи на нескольких горизонтально установленных полках. От СВЧ-генератора по волноводу через имеющиеся в задней стенке щелевые отверстия в камеру поступает энергия высокочастотного излучения, обеспечивающая нагрев обрабатываемого продукта. Одновременно размещенным под нижней металлической стенкой камеры электронагревательным элементом производится нагрев этой стенки и прилегающего к ней воздушного слоя. Поскольку естественная тепловая конвекция в объеме камеры затруднена горизонтально расположенными полками с обрабатываемым продуктом, прилегающий к нижней стенке рабочей камеры слой нагретого воздуха с помощью вентилятора подается в рабочую камеру несколькими направляемыми вдоль горизонтальных полок потоками. В результате обеспечивается одновременное воздействие на продукт СВЧ-излучения и горячего воздуха.

Недостатком известного способа [6] и реализующего его устройства [7] является сравнительно высокая энергоемкость процесса сушки, что связано главным образом с неизбежными энергетическими потерями из-за ограниченности КПД СВЧ-генератора, а также энергозатратами на нагрев воздуха, используемого для обдува высушиваемого продукта.

Технической задачей, решаемой изобретение, является повышение экономичности процесса сушки.

На фиг.1 представлен принцип сушки продуктов по первому варианту способа; на фиг. 2 по второму варианту; на фиг.3 показана конструкция сушильной печи, реализующей оба варианта.

Сущность способа по первому варианту заключается в том, что по способу сушки, предусматривающему СВЧ-облучение обрабатываемого продукта 1 и его обдув горячим воздухом, нагрев этого воздуха осуществляют, продувая его через элементы 2 охлаждения СВЧ-генератора 3.

Сущность способа по второму варианту заключается в том, что по способу сушки, предусматривающему СВЧ-облучение обрабатываемого продукта 1 и его обдув горячим воздухом, выделяющийся из продукта горячий водяной пар конденсируют, а нагрев используемого для обдува воздуха осуществляют, продувая его через элементы охлаждения конденсатора (теплообменника) 4 водяного пара.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в конвекционно-микроволновую печь, содержащую рабочую камеру 5, связанную волноводом с СВЧ-генератором, и воздуховод с установленным в нем вентилятором, введены вторая рабочая камера, второй воздуховод с вентилятором, паропровод и теплообменник, при этом СВЧ-генератор дополнительно связан первым воздуховодом с второй рабочей камерой, первая рабочая камера дополнительно связана паропроводом с теплообменником, а теплообменник связан вторым воздуховодом с второй рабочей камерой.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретений, является повышение экономичности.

При реализации первого варианта способа результат достигается за счет того, что ранее бесполезно терявшаяся тепловая энергия, выделяющаяся СВЧ-генератором, утилизируется и используется для нагрева обдувающего высушиваемый продукт воздуха.

При реализации второго варианта способа результат достигается за счет того, что тепловая энергия, ранее уносимая из рабочей камеры с выделяющимся из продукта горячим водяным паром, задерживается, возвращается в камеру и вновь прикладывается к обрабатываемому продукту уже в форме энергии обдувающего его горячего воздуха.

Заявляемая печь реализует оба варианта. Поэтому при реализации изобретения результат достигается за счет совокупного использования эффектов повышения экономичности сушки, обеспечиваемых первым и вторым заявляемыми способами.

Кроме того, благодаря предложенной форме выполнения печи сушке в ней подвергаются одновременно две порции продукта, одна из которых нагревается микроволновым излучением, а другая обдувается горячим воздухом. Это позволяет разделить процесс сушки на две стадии: предварительную сушку (от исходной влажности продукта до некоторого ее промежуточного значения) и досушивания. Поскольку эффективность тепловыделения при СВЧ-облучении связана с содержанием влаги в облучаемом продукте, такое разделение процесса сушки на две стадии также способствует снижению энергозатрат.

Дополнительно для предотвращения образования конденсата на внутренней поверхности микроволновой рабочей камеры последняя снабжена внешней оболочкой рубашкой, образующей с внешней поверхностью камеры полость, которая соединена с первым воздуховодом. При этом часть нагретого от СВЧ-генератора воздуха поступает в рубашку и нагревает стенки рабочей камеры, предотвращая образование конденсата.

Заявляемая печь (фиг.3) содержит теплоизолированную металлическую камеру 5, два СВЧ-генератора 3, связанные через волноводы 6 с камерой 5, воздуховод 7 с вентилятором 8, при этом СВЧ-генератор имеет элементы 9 охлаждения, также печь содержит вторую металлическую камеру 9. Камера 5 связана паропроводом 10 с теплообменником 4, который, в свою очередь, связан воздуховодом 11 с камерой 9. Камеры 5 и 9 имеют пластмассовые перфорированные контейнеры 12 и 13 для размещения высушиваемого продукта. Камеры и контейнеры выполнены цилиндрическими. Такая форма их выполнения обеспечивает возможность перемешивания обрабатываемого продукта 1 за счет вращения контейнера, чем достигается равномерность просушиваемой всей массы продукта.

Устройство работает следующим образом.

Первая порция подлежащего сушке продукта, например, в виде не превышающих установленные габариты плодов (при необходимости перед сушкой плоды нарезают кусочками и бланшируют), загружается в контейнер 12 камеры 5, после чего включают СВЧ-генераторы, общее количество которых не является принципиальным. После некоторого времени такой сушки, определяемого индивидуально для различных видов продукта, печь выключают и производят ее перезагрузку: контейнер 12 из первой камеры 5 переставляют в камеру 9, а в контейнер 13 помещают вторую порцию продукта, после чего снова включают печь.

После повторного включения устройство работает уже в полном рабочем режиме, а именно в режиме одновременной тепловой обработки двух порций продукта, одна из которых проходит первую стадию интенсивной предварительной СВЧ-сушки, а другая подвергается конвекционному досушиванию. При этом горячий воздух для досушивания поступает в камеру 9 по воздуховоду 7, нагреваясь от элементов 2 охлаждения СВЧ-генераторов. На примере, приведенном на фиг.3, воздуховод 7 совмещен с полостью рубашки, при этом нагретый воздух одновременно подогревает внешнюю стенку камеры 5, предотвращая образование конденсата, и поступает в камеру 9.

В процессе микроволновой сушки из нагреваемого продукта выделяется горячий пар, поступающий по паропроводу 10 в теплообменник 4. В теплообменнике 4 пар конденсируется, нагревая его радиатор. Вентилятор 8 продувает воздух через радиатор теплообменника 4 и нагнетает его по воздуховоду 11 в камеру 9. Таким образом в камеру 9 по воздуховодам 7 и 11 непрерывно поступают потоки нагретого воздуха, обеспечивающие досушивание находящейся в контейнере этой камеры порции продукта.

Таким образом, изобретение позволяет использовать для сушки продукта энергию микроволнового излучения, тепловых потерь при работе СВЧ-генератора, конденсации пара, образующегося при высоко- частотном нагреве высушиваемого продукта. Как результат вышеизложенного, обеспечивается снижение энергозатрат.

Использование: в пищевой промышленности и в отдельных сельских хозяйствах для сушки овощей, фруктов, грибов, лекарственных трав и других продуктов. Сущность изобретения: утилизация тепловых потерь для нагрева обдувающего высушиваемый продукт воздуха, в первом варианте путем продува его через элементы охлаждения СВЧ-генератора, а во втором варианте за счет энергии водяного пара, выделяющегося из высушиваемого продукта, что позволит повысить экономичность процесса. Устройство состоит из двух рабочих камер, в одной из которых осуществляется предварительная СВЧ-сушка, а в другой - досушивание продукта горячим воздухом. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ сушки влагосодержащих продуктов, заключающийся в том, что продукт подвергают СВЧ-облучению и обдуву горячим воздухом, отличающийся тем, что нагрев используемого для обдува воздуха осуществляют, продувая его через элементы охлаждения СВЧ-генератора. 2. Способ сушки влагосодержащих продуктов, заключающийся в том, что продукт подвергают СВЧ-облучению и обдуву горячим воздухом, отличающийся тем, что выделяющийся из продукта при СВЧ-облучении горячий водяной пар конденсируют, а нагрев используемого для обдува воздуха осуществляют, продувая его через элементы охлаждения конденсатора водяного пара. 3. Конвекционно-микроволновая печь, содержащая первую рабочую камеру, связанную волноводом с СВЧ-генератором, и первый воздуховод с установленным в нем вентилятором, отличающаяся тем, что в состав печи дополнительно введены вторая рабочая камера, второй воздуховод с вентилятором, паропровод и теплообменник, при этом СВЧ-генератор дополнительно связан первым воздуховодом со второй рабочей камерой, первая рабочая камера дополнительно связана паропроводом с теплообменником, а теплообменник связан вторым воздуховодом с второй рабочей камерой. 4. Печь по п.3, отличающаяся тем, что ее первая рабочая камера дополнительно содержит внешнюю рубашку, связанную с первым воздуховодом. 5. Печь по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что каждая камера выполнена цилиндрической и содержит цилиндрический контейнер, установленный с возможностью вращения.