СВЧ-УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ Российский патент 1995 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к СВЧ-технике электрической обработки продуктов и диэлектрических материалов и может применяться в промышленности и сельском хозяйстве страны.

Известно устройство для термообработки сыпучих продуктов в СВЧ-полях, содержащее камеру нагрева, выполненную в виде отрезка трубы, средств загрузки и выгрузки материала, СВЧ-генератор, короткозамыкающие поршни, установленные на торцах камеры нагрева, элемент ввода СВЧ-энергии, выполненный в виде патрубка с установленным в нем передающим волноводом с демпфером, ниже которого расположен дроссель с глубиной канавки λ_o/4 (который, по-видимому, с зазором относительно волновода должен образовать дроссель с общей глубиной λ_o/2), транспортер, выполненный в виде диэлектрических полок, установленных ступенчато друг над другом, а линии их сопряжения кратны λ_o/4. Ступенчатый транспортер работает под действием вибрационного механизма.

Однако это сложное, но малоэффективное устройство. Поршневая настройка камеры нагрева допустима лишь в миниатюрных лабораторных образцах при работе на самых малых мощностях. В противном случае они либо прогорают, либо очень дорогие. Нужен расчет камеры. Демпфирование ввода энергии целесообразно лишь при использовании очень высоких частот, когда сечение волновода имеет малые размеры, а генератор достаточно громоздок и тяжел, а применение дросселя в неразъемном соединении вообще теряет смысл. Вибрационный транспортер не может обеспечить равномерного перемещения материала и очень зависит от размеров и свойств их частиц. Линии сопряжения полок, кратные λ_o/4 не имеют никакого смысла, поскольку кратность 1,3,5 создает отражение СВЧ-энергии, а кратность 2,4,6 обеспечивает согласование между элементами, когда они расположены последовательно, а не внакладку. Вызывает сомнение не только качественная термообработка, но и работоспособность вообще.

Предложенная установка обеспечивает высокое качество термообработки преимущественно пищевых продуктов, например нарезанные овощи и фрукты, а также нарезанный табак, при высокой производительности.

Для этого камера нагрева СВЧ-установки содержит три и более поэтажно расположенные нагревательные секции с ленточными транспортерами, имеющими встречное движение, а над верхним и нижним либо над первым и вторым (считая сверху) транспортерами в поперечных направлениях от боковых стенок установлены по две группы чередующихся между собой волноводно-щелевых облучателей, присоединенных к двум группам СВЧ-генераторов, установленных на наружных стенках камеры нагрева. При этом каждая группа СВЧ-генератора снабжена отдельным вентилируемым воздуховодом охлаждения с выходным концом, присоединенным к окну той же секции. В средней секции меньшая группа СВЧ-генераторов присоединена к одному из торцов камеры нагрева.

Волноводно-щелевые облучатели выполнены в виде отрезков волновода длиной не менее 1/2 ширины камеры нагрева и имеют незакороченные заглушками концы, а щели, выполненные на одной из широких стенок каждого, рассчитаны на излучение 80 ± 5% мощности, а остальное через открытый конец. Расстояние между осевыми линиями встречных волноводно-щелевых облучателей установлено в пределах λ_o+(-1/4λ_o-+1/2λ_o).

На фиг. 1 схематически изображена СВЧ-установка для сушки сыпучих продуктов, разрез; на фиг. 2 расположение волноводно-щелевых облучателей, вид сверху; на фиг. 3 пример выполнения волноводно-щелевого облучателя.

СВЧ-установка для сушки сыпучих продуктов, например нарезанных овощей и фруктов, состоит из металлического корпуса 1, разделенного на три расположенные горизонтально одна под другой нагревательные секции 2, 3 и 4, снабженные ленточными транспортерами 5,6 и 7. Над верхним (первым) и нижним транспортерами установлены в поперечных направлениях от боковых стенок волноводно-щелевые облучатели 8 и 9, получающие СВЧ-энергию от двух групп генераторов 10 и 11 (см.фиг. 2), укрепленных на наружных противоположных стенках камеры нагрева. Каждая группа СВЧ-генераторов снабжена воздуховодом охлаждения 12 и 13, по которым прогоняется атмосферный воздух вентиляторами 14.

Средняя нагревательная секция 3 снабжена несколькими СВЧ-генераторами, закрытыми кожухом-воздуховодом 15 с выводами СВЧ-энергии 16, укрепленными на торцевой стенке.

Все три транспортера, имеющие встречное движение, приводятся в движение от единого регулируемого по скорости электропривода 17. Загрузка продукта в камеру нагрева осуществляется при помощи устройства 18, а выгрузка через устройство 19.

СВЧ-установка работает следующим образом.

После включения электропривода 17 транспортеры 5,6,7 начинают движение, как показано стрелками на фиг. 1. Затем включаются вентиляторы 14. Через загрузочное устройство 18 на транспортер 5 подают подлежащий сушке продукт. После этого при помощи программатора поочередно включаются СВЧ-генераторы. Программа рассчитана так, что ко времени заполнения первого транспортера завершается включение всех генераторов первой нагревательной секции. Затем продукт с транспортера 5 начинает пересыпаться на транспортер 6 и продвигается вдоль второй секции в противоположном направлении. При этом продукт переворачивается и перемешивается, одновременно включается торцевая группа генераторов. Пройдя вторую нагревательную секцию, продукт пересыпается на транспортер 7 третьей нагревательной секции, где последовательно включаются две боковые группы СВЧ-генераторов. Охлаждающий генератор воздуха, проходящий по воздуховодам 12 и 13 каждой нагревательной секции, в подогретом виде поступает через окна 20 и 21 в камеру нагрева, что улучшает отбор влаги и выброс ее с отработанным воздухом в цеховую систему вентиляции, а также позволяет экономить электроэнергию. Высушенный продукт поступает в устройство выгрузки 19, после чего он, если не требуется охлаждения, затаривается в мешки или коробки.

Некоторые виды продукта, например нарезанный табак, требуют иного размещения СВЧ-генераторов в нагревательных секциях. Поскольку процесс его сушки проходит достаточно быстро при высокой производительности установки, температуру табака перед выходом необходимо понизить. Для этого вторую и третью нагревательные секции необходимо поменять местами, т.е. две большие боковые группы СВЧ-генераторов из третьей (нижней) секции должны быть перенесены во вторую (среднюю). Малая группа генераторов, установленная на торцевой стенке второй секции, в одних случаях может быть перенесена в третью секцию, а в других случаях может быть исключена или не включаться.

Волноводно-щелевые облучатели (см.фиг.3) выполнены так, что излучаемая через щели СВЧ-энергия создает достаточно равномерное поле вдоль осевой линии. При этом через щели излучается 83-86% энергии, а остальная часть, т.е. 14-17% через открытые концы. При встречном расположении их, т.е. с двух сторон, и чередовании элементов слева и справа по длине камеры нагрева обеспечивается равномерный нагрев обрабатываемого продукта. Открытые концы волноводно-щелевых облучателей в меньшей степени работают на облучение, чем щели, но они совместно с частью непоглощенной СВЧ-энергии от щелей формируют многомодовое поле самой камеры нагрева. Известно, что чем больше количество вводов СВЧ-энергии, тем равномернее СВЧ-поле. Поэтому можно утверждать, что данная установка обладает практически идеальной картиной поля, а это обеспечивает высокое качество термообработки. Длина элементов волноводно-щелевых облучателей должна быть не менее 1/2 ширины камеры нагрева, а расстояние между двумя встречными (их осевыми линиями) должно быть в пределах λ_o-(-λ_o/4 N +λ_o/2), где λ_o длина волны в свободном пространстве.

СВЧ-термообработка, кроме экологической чистоты, близкой к абсолютной, позволяет сохранить в 2-3 раза больше витаминов и питательных веществ, чем традиционная тепловая.

Использование: в СВЧ-технике электрической обработки продуктов и диэлектрических материалов. Сущность изобретения: СВЧ-установка для сушки сыпучих продуктов, преимущественно овощей и фруктов, содержит камеру нагрева, многоэлементный транспортер, средства ввода СВЧ-энергии и воздуха, при этом камера нагрева содержит три нагревательные секции, расположенные поэтажно, снабженные ленточными транспортерами со встречным движением, а над верхним и нижним транспортерами в поперечных направлениях от боковых стенок камеры установлены чередующиеся между собой волноводно-щелевые облучатели, присоединенные к двум группам СВЧ-генераторов, снабженных вентилируемыми воздуховодами охлаждения. Также СВЧ-генераторы присоединены к окнам связи, расположенным на торцевой стенке средней нагревательной секции. Длина элементов волноводно-щелевых облучателей должна быть не менее 1/2 ширины камеры нагрева. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. СВЧ-УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ, содержащая камеру нагрева, многоэлементный транспортер для обрабатываемого материала, средства ввода СВЧ-энергии, ввода воздуха, ввода и вывода продукта, отличающаяся тем, что камера нагрева содержит три поэтажно расположенные нагревательные секции, многоэлементный транспортер выполнен в виде трех ленточных транспортеров, расположенных каждый в соответствующей нагревательной секции, при этом ленточные транспортеры соседних нагревательных секций выполнены с возможностью встречного направления движения, средства ввода СВЧ-энергии выполнены в виде волноводно-щелевых облучателей, установленных поперек и над ленточными транспортерами и присоединенны поочередно к двум группам СВЧ-генераторов, установленных на наружных боковых стенках камеры нагрева, средства ввода воздуха представляет собой окна, выполненные в нагревательных секциях, и присоединенные к ним выходными концами вентилируемые воздуховоды охлаждения группы СВЧ-генераторов соответствующей нагревательной секции, при этом в первой и третьей, считая по ходу движения материала, нагревательных секциях установлены волноводно-щелевые облучатели, а вторая нагревательная секция присоединена к СВЧ-генераторам посредством окон связи, выполненных с одной или двух торцевых стенок нагревательной секции. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что волноводы волноводно-щелевых облучателей выполнены длиной не менее 1/2 ширины камеры нагрева и имеют открытый конец, щели выполнены на одной из широких стенок волновода и имеют длину λ_o/2, при этом расстояние между осями соседних волноводно-щелевых облучателей равно λ_o+(-1/4λ_o+1/2λ_o), где λ_o длина волны в свободном пространстве. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что во второй нагревательной секции дополнительно расположены волноводно-щелевые облучатели, а к третьей нагревательной секции присоединены приточной и вытяжной вентиляторы, первая и вторая нагревательные секции присоединены к центральной вытяжной вентиляции.