СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F26B9/06 F26B3/30 

Изобретение относится к установкам для сушки сельскохозяйственной продукции, в частности овощей, фруктов, зелени и предназначено для применения в государственных, фермерских и личных хозяйствах и др.

Установка может применяться и в других отраслях, например, в фармацевтической, для сушки лекарственных трав в пищевой для низкотемпературной сушки различных продуктов, и в других областях.

Известен ряд устройств, основанных на применении инфракрасного излучения (ИК-излучения), используемых, например, для получения сухофруктов.

Устройство для сушки высоковлажных материалов (грибов, ягод, овощей) применяется для реализации изобретения "Способы сушки высоковлажных материалов". Это устройство представляет собой вертикальную шахтную сушилку, разделенную по высоте на камеру сушки (нижняя часть) и камеру досушки (верхняя часть). В камерах размещены лотки для продукта, над которыми находятся лопасти мешалки. В верхней и нижней частях камеры сушки установлены светлые ИК-излучатели, в качестве которых используются лампы накаливания 127 В, в камеру досушки подается сушильный агент (подогретый воздух), который удаляют в атмосферу через окно в потолочной части камеры досушки. Устройство предназначено для промышленного производства и неприменимо в личном хозяйстве, что сужает область его применения.

Существенным недостатком является и то, что в устройстве применяется высокотемпературный нагрев, приводящий к разрушению витаминов и снижению качества продуктов. Кроме того, устройство требует применения специальных теплогенераторов для подготовки горячего воздуха, используемого во второй ступени (камера досушки).

Сушильные установки "Флора-1", "Флора-2", выпускаемые Невьянским механическим заводом, содержат сушильный шкаф, блок излучателей, отражающие пластины, блок управления, лоток для продукта.

Обработка продукта в этих установках осуществляется с помощью ИК-излучения в диапазоне волн 0,8-1,4 мкм при плотности падающего потока 11,0-12,9 кВт/м².

Недостатком этих установок является неполное использование ИК-излучения, вследствие несовершенной системы отражателей, что существенно снижает КПД устройства.

Задачей изобретения является разработка достаточно простого по конструкции сушильного устройства на основе использования ИК-излучателей с широким диапазоном применения, как в промышленном производстве, так и в индивидуальном хозяйстве. При этом основным направлением является повышение коэффициента использования энергии ИК-излучения и, за счет этого, повышение эффективности устройства по производительности, так как можно сократить время обработки продукта. Кроме того, цель изобретения обеспечение наиболее желательного мягкого режима сушки в пределах рабочих температур, не превышающих 50^оС.

В качестве прототипа была использована сушильная установка типа "Урал", в частности двухполочный вариант "Урал-2".

Установка содержит сушильный шкаф, внутри которого поярусно расположены ИК-излучатели и алюминиевые боковые отражатели. Между ними (по высоте) установлены два лотка для продуктов (овощей, фруктов, зелени и т.д.). В поддоне шкафа установлен вентилятор, а потолочной части в боковых стенках выполнены вентиляционные отверстия. Установка снабжена блоком автоматического управления режимом работы. ИК-излучатели представляют собой трубчатые ТЭНы, содержащие нагревательные элементы в керамическом корпусе, который в свою очередь, имеет специальное покрытие на основе функциональной керамики. ТЭНы имеют специальную схему соединения, обеспечивающую заданную тепловую нагрузку на объем камеры по высоте и расположены поярусно.

Известная установка универсальна по области применения. Несколько установок набранных в батарею, могут быть использованы в промышленных линиях сушки. В единичном экземпляре установка применяется в индивидуальном хозяйстве. Наряду с достоинствами устройства (универсальность по применению, сохранению органолептических свойств продукта, витаминов и т.д.) остается проблема повышения степени использования энергии излучения.

Цель достигается тем, что сушильная установка, содержащая корпус, в полости которого поярусно расположены ИК-излучатели и боковые отражатели, а также лотки для высушиваемого продукта, снабжена дополнительно верхними и нижними отражателями желобообразной формы, расположенными над верхними и нижними ИК-излучателями. При этом в этих отражателях напротив соответствующих им излучателей выполнены продольные сквозные щели, т.е. расположенные по образующим отражателей. Все отражатели, исключая верхние и нижние боковые, имеют криволинейную отражающую поверхность. Причем направляющая поверхности дополнительных (верхних и нижних) отражателей имеют форму участка гиперболы, а направляющая средних боковых отражателей форму дуги с радиусом в пределах 120-130 мм, при этом отражатели выпуклостью обращены друг к другу. Нижние отражатели совмещены с поддоном и являются его частью, таким образом пространство между этими отражателями не является открытым, а перекрыто частью поддона.

Таким образом, удалось излучаемую энергию возвратить к продукту не только боковыми отражателями, но также верхними и нижними дополнительными. При этом, за счет формы отражателей сочетания этих форм и расположения самих отражателей создается равномерно насыщенное тепловое и инфракрасное поле по всему сечению полости установки. Наличие щелей в дополнительных отражателях предотвращает перегрев поверхности излучателей непосредственно под отражателями.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображена двухъярусная сушильная установка. Пунктирными линиями показаны инфракрасные лучи, при этом, наиболее полная картина излучения и отражения дана от нижних излучателей. В средней части устройства показана схема отражения лучей от средних (вогнутых) боковых отражателей, в верхней части устройства показано направление пучка лучистой энергии, отраженных от верхних отражателей.

П р и м е р. Двухлотковая сушильная установка содержит металлический корпус 1 прямоугольного сечения, имеющий внутреннюю полость с габаритами 350 х 450 х х500 мм. В полости корпуса 1 поярусно расположены лотки 2, излучатели верхние 3, излучатели средние 4, излучатели нижние 5, отражатели верхние 6, отражатели нижние 7, отражатели боковые верхние 8, отражатели боковые средние 9, отражатели боковые нижние 10. В нижней части корпуса установлен поддон 11 с зазором в 15 мм относительно боковых стенок корпуса. Корпус 1 сверху ограничен крышкой 12, шарнирно скрепленный с его задней стенкой.

В крышке 12 и в верхней части боковых стенок имеются вентиляционные отверстия 13.

Установка снабжена блоком управления излучателями 14, содержащими тумблер включения и предохранитель, связанный посредством электрического шнура с вилкой для подключения в электрическую сеть напряжением 220 В. Установка имеет опорные ролики и ручки для переноски (не показано).

Все излучатели 3, 4, 5 содержат нагревательный элемент, заключенный в керамический трубчатый корпус с внешним функциональным керамическим покрытием. В каждом ярусе установлено по три излучателя, соединенные последовательно, все излучатели ориентированы по глубине полости установки параллельно боковым стенкам и установлены между собой с шагом 70 мм. При этом излучатели удалены на 40 мм от лотков 2, ярусы излучателей соединены между собой параллельно. Такая схема электрического соединения излучателей в блок позволяет создать мощность не превышающую 600 Вт.

Лотки 2 имеют наружные габариты 300 х 400 мм и содержат вертикальную каркасную рамку с высотой бортика 40 мм и сетчатое днище с ячейкой 1,5 х 1,5 мм из некорродирующего матеpиала. Лотки 2 опираются на боковые направляющие полозья 15 из алюминиевого уголка, закрепленные на боковых стенках корпуса 1. Внутрь полости корпуса 1 лотки 2 вводят через окна 16 в передней панели устройства. Верхние 8 и нижние 10 боковые отражатели расположены соответственно над верхним и нижним лотками 2 и имеют вид прямоугольной пластины толщиной 1 мм из алюминия с размерами 50 х 420 мм. Средние боковые отражатели 9 имеют криволинейную поверхность отражения, направляющая которой является дугой окружности с радиусом примерно 100 мм и длиной хорды 50 мм, эти отражатели выполнены также из алюминия и обращены своей выпуклостью вовнутрь полости установки, т.е. навстречу друг другу. Крайние из излучателей 3, 4, 5 расположены от соответствующих отражателей 8, 9, 10 на расстоянии 55 мм. Верхние 6 и нижние 7 отражатели установлены соответственно над каждым верхним 3 и над каждым нижним 5 излучателями. Отражатели 6 и 7 имеют (желобообразную) отражательную поверхность. Но в отличие от последних, направляющая отражателей 6 и 7 имеет форму участка гиперболы. Ее параметры определяются выражением
x= где Х координата гиперболы, спроектированная на ось, проходящую через фокусы F1 и F2 гиперболы. Это выражение получено после преобразования исходного выражения x²/a y²/b 1, где a расстояние от мнимой оси до вершины гиперболы и равно 20 мм; b параметр гиперболы, определяемый из выражения b и равный 28,7 мм при F 35 мм.

Параметры гиперболы указаны для устройства с излучателями, имеющими диаметр 18 мм.

При этом нижние отражатели совмещены с поддоном 11, т.е. выштампованы непосредственно в нем. В отражателях 6 и 7 имеется по одной продольной щели 17 шириной 5 мм (равной половине диаметра излучателя). На лотки 2 загружают высушиваемый продукт по 1,5-2,0 кг на один лоток. При необходимости крупные овощи (морковь, свеклу и др.) измельчают в стружку или кубики толщиной до 5-6 мм. Вводят лотки 2 в полость устройства через кона 16 и включают в работу все излучатели.

Сушка производится методом активного обезвоживания при t 40-50^оС, свойственного всем устройствам, основанным на использовании ИК-излучения. Разрушение мембран растительных клеток и оплавление восковой кожицы сырья облегчает влагоотдачу. Во время облучения ароматические, красящие и вкусовые вещества из оболочки и прилегающих слоев перемещаются внутрь продукта и не окисляются.

Выполнение отражателей с гиперболической поверхностью с установкой излучающих элементов в фокусе гипербол позволяет рассеивать лучи инфракрасного излучения равномерно на весь продукт, сокращая время и повышая качество сушки. От гиперболической поверхности происходит отражение лучей расходящимся пучком под углом, зависящим от формы гиперболы и от размеров. Установка отражающих поверхностей 6 и 7 у каждого излучателя 3 и 5 соответственно с возможностью перекрытия их отраженных пучков лучей обеспечивается при малых габаритах отражателей и с большей эффективностью сушки продуктов.

Применение же, например, отражателей параболической формы потребовало бы существенно больших габаритов, так как в этом случае возникнет параллельный пучок отраженных лучей, при этом сложно обеспечивать перекрытие лучей от отражателей, установленных около каждого источника.

Применение плоских отражателей приведет к рассеиванию лучей в пространство беспорядочно и большим потерям энергии излучателя.

Использование системы криволинейных отражателей совместно с плоскими за счет многократного отражения друг от друга приводит к выравниванию температурного и инфракрасного поля внутри корпуса с расположенными в нем лотками с продуктом.

Экспериментами по замеру температурного поля внутри корпуса установки хромель-алюмелевыми термопарами с использованием полупроводникового датчика на основе диода КД521 подтверждено выравнивание температурного поля внутри и улучшение качества сушки, выразившееся в уменьшении времени высушивания, например, яблок до 30 мин. Сушка осуществляется, как правило, при постоянном контроле, в первую очередь визуально, и продолжается, как показали опыты, для свеклы примерно 50 мин, морковь 35 мин, капусты примерно 30 мин, грибов 30 мин и т.д.

Предлагаемая установка может изготавливаться в заводских условиях и в условиях кустарных мастерских, имеет широкий рынок сбыта. Потребителями продукции, выпущенной на основе изобретения, являются плодоовощные хозяйства, которые могут применять сушильные установки в линии сушки. Особенно большим спросом пользуются сушильные установки у садоводов-любителей, фермеров. Этот рынок постоянно расширяется. В условиях роста цен на энергоресурсы и электроэнергию привлекательность установок с повышенной экономичностью использования энергии возрастет.

Важным достоинством предлагаемого устройства является его высокая экологичность, так как отсутствует какое-либо загрязнение окружающей среды и нет вредного воздействия на человека.

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, для сушки овощей. Сущность изобретения: установка содержит размещенные в полости ее корпуса 1 в несколько ярусов лотки 2 для продукта, расположенные между верхними 3, средними 7 и нижними 5 инфракрасными излучателями, а также между верхними 6, боковыми 8, 9, 10 и нижними 7 отражателями ИК-излучения. Верхние 6, нижние 7 и средние боковые 9 отражатели имеют криволинейную поверхность отражения. Направляющая последних имеет форму дуги окружности, а направляющая первых двух форму участка ветви гиперболы. Образующие всех отражателей прямолинейны. Особенностью расположения средних боковых отражателей является то, что они своей выпуклостью обращены друг к другу, форма и расположение отражателей способствуют оптимальному использованию энергии ИК-излучения. Продольные щели в верхних и нижних отражателях предотвращают перегрев поверхности у соответстсующих им излучателей. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая корпус с поддоном в нижней его части, внутри которого поярусно установлены инфракрасные излучатели, и боковые отражатели на стенках корпуса и размещенные между ними лотки, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными желобообразными отражателями, установленными над верхними и под нижними излучателями и выполненными с образующей отражающих поверхностей в виде участка ветви гиперболы, причем в дополнительных отражателях напротив излучателя выполнены продольные щели, при этом расположенные в средней части камеры боковые отражатели выполнены криволинейными с образующей отражающей поверхности в виде дуги окружности с относительным радиусом 0,34 0,37 d, где d ширина корпуса. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что нижние отражатели совмещены с поддоном установки. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средние боковые отражатели обращены своей выпуклостью внутрь полости установки.