УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЧ-КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1999 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в сельском хозяйстве, химической, строительной, пищевой и др. отраслях промышленности для нагрева и сушки дисперсных диэлектрических материалов: зерно, изделия из овощей и фруктов, макаронные изделия, каучук, порошки и т. д.

Известно устройство для СВЧ-сушки диэлектрических материалов, содержащее СВЧ-генератор, волновод, резонаторную камеру (РК), транспортерную ленту и конструктивные элементы, гасящие энергию электромагнитных волн утечки (Авторское свидетельство СССР N 1748294, кл. H 05 B 6/64, 1990).

Однако в упомянутом устройстве при использовании для процесса сушки только СВЧ-энергии не удается высушить материал до требуемой по технологии влажности w = w_т, где w, w_т - соответственно текущая и технологическая влажности сушимого материала. Например, при сушке синтетического каучука авторы предлагаемого изобретения добивались снижения влажности от начального значения w_нач = 5 до w_кр = 1,2% против требуемой по технологии w_Т = 0,5%. Сушимый материал по достижении критической влажности, в приведенном примере w_кр = 1,2%, становится радиопрозрачный и не подвергается дальнейшей сушке. При этом, несмотря на то, что большая часть влаги Δw = w_нач-w_кр удаляется, материал не может быть принят в качестве готового продукта.

Известна также сушилка /СВЧ-энергетика. Т. 2. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности. Под, ред. Э. Окресса, М.: Изд. Мир, 1971 с. 86-97/, в РК которой через слой сушимого материала, транспортируемого на перфорированной ленте, продувается горячий воздух. Принцип комбинированной сушки, где, наряду с СВЧ-нагревом и сушкой, осуществляется принудительная конвективная сушка горячим воздухом, позволяет довести влажность материала до требуемой величины (w_т).

Однако в этой сушилке материал по мере его высушивания становится все более радиопрозрачным, а при достижении влажности критического значения w = w_кр - полностью радиопрозрачным. При этом взаимодействие электромагнитных волн с сушимым материалом все более ослабевает, а затем полностью прекращается. Вследствие чего поглощение СВЧ-энергии сушимым материалом по длине камеры постепенно убывает, а в части камеры, достаточно большой по протяженности, где влажность материала находится на уровне w_т ≤ w ≤ w_кр, энергия электромагнитных волн бесполезно тратится на нагрев защитного поглощающего устройства (водяной рубашки). С другой стороны, в известном устройстве для генерирования горячего воздуха, используемого для конвективной сушки материала, требуется внешний источник теплоты (обычно технологический пар от промышленных ТЭЦ или котельных), что приводит к повышению себестоимости готовой продукции.

Задача изобретения заключается в создании устройства для СВЧ-конвективной сушки диэлектрических материалов, позволяющего обеспечить полное использование СВЧ-энергии по всей длине РК независимо от влажности материала и исключить из технологического процесса внешний источник теплоты для получения горячего воздуха.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для СВЧ-конвективной сушки диэлектрических материалов, содержащем теплоизолированную прямоугольную резонаторную камеру, прямоугольный волновод с щелевым вводом, бесконечную перфорированную радиопрозрачную транспортерную ленту, средства для продувки слоя сушимого материала горячим воздухом, входной и выходной прямоугольные каналы-гасители, согласно изобретению, под транспортерной лентой установлена многорядная система с шахматной компоновкой наполненных СВЧ-поглощающей жидкостью металлических труб (МСЖТ) с продольными срезами, плоскости которых перекрыты радиопрозрачными пластинами и направлены навстречу потоку электромагнитных волн прямоугольного волновода, щелевой ввод которого также перекрыт радиопрозрачной пластиной, при этом торцы труб объединены верхним и нижним по ходу движения транспортерной ленты коллекторами, один из которых соединен с устройством, регулирующим давление, а РК разделена верхней радиопрозрачной и нижней перегородками на отдельные секции с входными и выходными окнами, последние из которых и нижний ряд системы труб перекрыты металлическими сетками. Размещение под транспортерной лентой МСЖТ дает возможность полностью использовать СВЧ-энергию по всей длине РК независимо от нарастающей радиопрозрачности материала по мере его сушки и, с другой стороны, обеспечить нагрев воздуха, не применяя внешний источник теплоты.

На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства для СВЧ-конвективной сушки материалов; на фиг. 2 - пространственное изображение МСЖТ в виде двухрядной системы с шахматной компоновкой жидкостнонаполненных труб и транспортерной ленты с сушимым материалом (слой теплоизоляции не показан).

Устройство содержит следующие элементы: прямоугольную РК, состоящую из секции интенсивного нагрева и сушки 1 и секции досушки 2, разделенных между собой верхней радиопрозрачной 3 и нижней 4 перегородками; прямоугольный волновод 5 с щелевым вводом 6, перекрытым радиопрозрачной пластиной 7; бесконечную перфорированную радиопрозрачную транспортерную ленту 8. Под транспортерной лентой расположена МСЖТ 9, состоящая из многорядной системы (на фиг. 2 изображена двухрядная система) с шахматной компоновкой металлических труб 10, имеющих продольные срезы, плоскости которых перекрыты радиопрозрачными пластинами 11 и направлены навстречу потоку электромагнитных волн, поступающих из волновода 5. Трубы 10 наполнены СВЧ-поглощающей жидкостью 12, например водой, и ориентированы параллельно направлению движения транспортерной ленты 8. Верхний и нижний (по ходу движения ленты) торцы труб объединены коллекторами 13. Один из коллекторов соединен с устройством с регулирующим давление в МСЖТ, например напорным баком 14. В секциях 1 и 2 устроены входные 15, 16 и выходные 17, 18 вентиляционные окна. Выходное окно 17 секции 2 соединено с входным окном 16 секции 1 с помощью воздуховода 19 (на фиг. 1 - пунктирные линии), расположенного с внешней стороны РК. Выходные окна и нижний ряд труб 10 МСЖТ перекрыты металлическими сетками 20, отражающими электромагнитные волны. Во входном и выходном сечениях РК установлены каналы-гасители 21 и 22. С наружной стороны стенки РК и воздуховод покрыты слоем теплоизоляции 23.

Устройство для СВЧ-конвективной сушки работает следующим образом.

Сушимый материал подается на транспортерную ленту 8 и, минуя входной канал 21, попадает в секцию интенсивного нагрева и сушки 1. В этой секции под действием СВЧ-энергии и конвективной сушки горячим воздухом материал высушивается от w_нач до w_кр. Горячий воздух поступает в секцию 1 из секции досушки 2 через выходное окно 17 по воздуховоду 19 и входному окну 16, попутно проходя ту часть МСЖТ 9, которая расположена в секции 1 и в которой он дополнительно нагревается. Для обеспечения указанной циркуляции горячего воздуха служат разделительные перегородки 3, 4 и пластина 7. Далее материал на транспортерной ленте 8 перемещается в секцию досушки 2, где электромагнитные волны, поступающие через правую часть щелевого ввода 6 и радиопрозрачную перегородку 3 из секции 1, свободно проникают через радиопрозрачные досушиваемый материал и транспортерную ленту 8 и попадают на поверхности радиопрозрачных пластин 11 жидкостнонаполненных труб 10. Жидкость 12, поглощая СВЧ-энергию, нагревается и за счет теплопередачи отдает теплоту воздуху, продуваемому вентилятором (не показан) через межтрубное пространство (сплошные стрелки) МСЖТ 9. Горячий воздух затем продувается через слой материала, высушивая его до влажности w_т, и пройдя по воздушному тракту, поступает в секцию интенсивного нагрева и сушки 1, о чем говорилось выше.

Высушенный материал протягивается лентой 8 через выходной прямоугольный канал-гаситель 22, который снижает СВЧ-излучение в окружающую среду до безопасного уровня (толщина канала не превышает половину рабочей длины волны). Далее готовый продукт поступает в узел выгрузки.

Мощность СВЧ-генератора, температура (давление) жидкости в трубах, расход воздуха и его температура регулируются в зависимости от производительности сушилки.

Число секций, на которые разделяется РК, может быть больше двух в зависимости от производительности сушилки и свойств сушимого материала с сохранением поперечнопротивоточной схемы тока теплоносителей (сушимый материал и горячий воздух). При этом МСЖТ 9 также может быть разделена на отдельные секции. Подвод СВЧ-энергии в каждую из секций может быть индивидуальным со своими генератором, волноводом и щелевым вводом.

В целях дополнительного повышения экономичности сушилки теплота уходящего через окно 18 горячего воздуха может быть утилизирована либо путем его частичной рециркуляции, либо продувки его через стандартный теплообменник воздух-воздух для предварительного подогрева исходного воздуха перед подачей последнего в МСЖТ 9. Аналогично может быть использована теплота, отводимая от магнетронов СВЧ-генераторов.

Таким образом, МСЖТ 9 в предлагаемом устройстве, с одной стороны, преобразует СВЧ-энергию в теплоту нагретой жидкости 12 в трубах 10 и, с другой, выполняет функцию кожухотрубчатого теплообменника, в котором нагревается воздух для конвективной сушки дисперсного диэлектрического материала. Это соответственно позволяет использовать СВЧ-энергию по всей длине РК и исключить из технологического процесса сушки внешний источник теплоты, например, котельную или ТЭЦ, поставляющих предприятию перегретый водяной пар.

Устройство для СВЧ-конвективной сушки диэлектрических материалов содержит теплоизолированную прямоугольную резонаторную камеру, прямоугольный волновод с щелевым вводом, средства для продувки слоя сушимого материала горячим воздухом, входной и выходной прямоугольные каналы-гасители, бесконечную перфорированную радиопрозрачную транспортерную ленту, под которой установлена многорядная система с шахматной компоновкой наполненных СВЧ-поглощающей жидкостью металлических труб с продольными срезами, плоскости которых и щелевой ввод прямоугольного волновода перекрыты радиопрозрачными пластинами, торцы труб объединены верхним и нижним по ходу движения транспортерной ленты коллекторами, один из которых соединен с устройством, регулирующим давление, в контуре многорядной системы труб установлен циркуляционный насос, а резонаторная камера разделена верхней радиопрозрачной и нижней перегородками на отдельные секции с входными и выходными окнами. Технический результат заключается в обеспечении полного использования СВЧ-энергии без внешнего источника горячего воздуха. 2 ил.

Устройство для СВЧ-конвективной сушки диэлектрических материалов, содержащее теплоизолированную прямоугольную резонаторную камеру, прямоугольный волновод с щелевым вводом, бесконечную перфорированную радиопрозрачную транспортерную ленту, средства для продувки слоя сушимого материала горячим воздухом, входной и выходной прямоугольные каналы-гасители, отличающееся тем, что под транспортерной лентой установлена многорядная система с шахматной компоновкой наполненных СВЧ-поглощающей жидкостью металлических труб с продольными срезами, плоскости которых перекрыты радиопрозрачными пластинами и направлены навстречу потоку электромагнитных волн от прямоугольного волновода, щелевой ввод которого также перекрыт радиопрозрачной пластиной, при этом торцы труб объединены верхним и нижним по ходу движения транспортерной ленты коллекторами, один из которых соединен с устройством, регулирующим давление, в контуре многорядной системы труб установлен циркуляционный насос, а резонаторная камера разделена верхней радиопрозрачной и нижней перегородками на отдельные секции с входными и выходными окнами, последние из которых и нижний ряд системы труб перекрыты металлическими сетками.