Мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полуцилиндрическими резонаторами Российский патент 2023 года по МПК C12C3/02 F26B3/347 F26B15/04 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в хмелеводческих хозяйствах для поэтапной сушки свежеубранного хмеля в непрерывном режиме с сохранением потребительских свойств.

Известны СВЧ-конвективные хмелесушилки с криволинейными поверхностями резонаторов, содержащих керамические зеркала [1, патент № 2772987], [2, патент № 2772992]. Недостатки: сложность согласования толщины слоя хмеля с глубиной проникновения электромагнитной волны (2,5−3 см) сантиметрового диапазона, что приводит к неравномерному диэлектрическому нагреву хмеля.

Наиболее близкой по технической сущности является известная СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полусферическим резонатором [3, патент № 2770628]. Полусферический неферромагнитный резонатор состыкован с цилиндрической частью хмелесушилки соосно, к ее боковой поверхности пристыкованы воздуховоды с электрокалорифером. Полусферический резонатор разделен на зоны с помощью керамических перфорированных двояковыпуклых перегородок. Недостатками являются сложности в поэтапном регулировании скорости нагрева и сушки свежеубранного хмеля.

Существует мобильная хмелесушилка для хмелеводческих хозяйств (патент № 2766709), работающая на конвективном способе подвода тепла. Повышение термического КПД процесса сушки они достигают за счет предварительного кондиционирования атмосферного воздуха и частичной рекуперацией агента сушки, а снижение эксплуатационных затрат − за счет уменьшение трудозатрат из-за исключения транспортных операций (погрузки, перевозки и разгрузки) хмеля от места сбора до стационарной хмелесушилки.

Для повышения эффективности хмелесушилки применение только конвективного подвода тепла к сырью не достаточно. Конвективный способ сушки не обеспечивает полного сохранения потребительских свойств шишек хмеля, а именно биохимических и органолептических показателей. Самое главное – окисляются альфа-, и бета-кислоты из-за высокой температуры сушки.

В России наблюдается тенденция перехода к научно обоснованным технологиям сушки с учетом сортового разнообразия. Анализ известных технических решений показал, что технической проблемой в данной области является отсутствие малогабаритных мобильных хмелесушилок, позволяющих сушить хмель с учетом сортовых особенностей в условиях хмелеводческих хозяйств. Поэтому разработка мобильной СВЧ-конвективной хмелесушилки, позволяющей с учетом сортового разнообразия сушить шишки хмеля в условиях хмелеводческих плантаций с сохранением его потребительских свойств, при сниженных эксплуатационных затратах, актуальна.

Техническим результатом изобретения является − сохранение потребительских свойств высушенного и обеззараженного хмеля в процессе многоэтапной сушки в разных режимах в рабочей камере, образованной несколькими металлодиэлектрическими резонаторами, выполненными из стыкованных образующими неферромагнитных полуцилиндров и соответствующих неферромагнитных сеточных транспортеров.

Для решения технической проблемы и достижения заявленного технического результата мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка с полуцилиндрическими резонаторами непрерывно-поточного действия содержит резонаторы, расположенные в горизонтальной плоскости, образованные неферромагнитными полуцилиндрами, равными по размерам, длиной и диаметром кратным половине длины волны, состыкованными с боковыми поверхностями, и расположенными под ними через зазор рабочими ветвями соответствующих неферромагнитных сеточных транспортеров разной длины,

при этом внутри каждого полуцилиндра к фасадным основаниям прикреплены керамические плосковыпуклые полудиски, а под холостые ветви неферромагнитных сеточных транспортеров подведены воздуховоды от тепловых пушек,

причем неферромагнитные воздухоотводы с неферромагнитными вытяжными вентиляторами пристыкованы к тыльным основаниям полуцилиндров, а магнетроны установлены со сдвигом на 90 градусов вдоль образующей каждого резонатора,

причем холостые ветви неферромагнитных сеточных транспортеров размещены в неферромагнитном поддоне с патрубком для пылесоса,

а в зазорах между стыками образующих полуцилиндров и рабочими ветвями сеточных транспортеров по их ширине, установлены неферромагнитные ячеистые ворошители глубиной ячеек, не более двух глубин проникновения волны в шишки хмеля,

при этом вдоль боковой поверхности первого неферромагнитного резонатора установлена неферромагнитная загрузочная емкость, а под последний транспортер установлена приемная емкость, причем вся хмелесушилка, вместе с тепловыми пушками и шкафом управления, размещена на тележке.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка с фасадной стороны на тележке (полуцилиндрические резонаторы без фасадных оснований) (фиг. 1);

- мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка с тыльной стороны на тележке (фиг. 2);

- общий вид СВЧ-конвективной хмелесушилки, в разрезе с позициями, (без фасадных оснований полуцилиндрических резонаторов и без тележки) (фиг. 3);

- технологическая схема процесса сушки шишек хмеля в хмелесушилке (фиг. 4);

- СВЧ-конвективная хмелесушилка с фасадной стороны, (без фасадных оснований полуцилиндрических резонаторов, без тележки) (фиг. 5);

- СВЧ-конвективная хмелесушилка с тыльной стороны, без тележки (фиг. 6);

- СВЧ-конвективная хмелесушилка в разрезе (без фасадных оснований полуцилиндрических резонаторов) (фиг. 7);

- неферромагнитный сеточный транспортер (фиг. 8);

- керамический плосковыпуклый полудиск (фиг. 9);

- неферромагнитный вентилятор воздухоотводе (фиг. 10);

- неферромагнитный ячеистый ворошитель (фиг. 11).

- загрузочная неферромагнитная емкость (фиг. 12).

Мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полуцилиндрическими резонаторами, содержит (фиг. 1−12):

полуцилиндрические неферромагнитные резонаторы 1, 4, 7;

- магнетроны с воздушным охлаждением 2, 5, 8;

- неферромагнитные воздухоотводы с вытяжными вентиляторами из неферромагнитных лопастей 3, 6, 9;

- неферромагнитную загрузочную емкость 10;

- сеточные неферромагнитные транспортеры 11, 23, 28;

- патрубок для пылесоса 12;

- холостую ветвь 13 сеточного неферромагнитного транспортера 11;

- неферромагнитный поддон 14;

- электроприводы неферромагнитных сеточных транспортеров 15, 20, 25;

- неферромагнитные ячеистые ворошители 16, 19, 24;

- неферромагнитные воздуховоды 17, 21, 26 с тепловыми пушками;

- радиопрозрачные плосковыпуклые керамические полудиски 18, 22, 27;

- неферромагнитную приемную емкость 29.

Мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полуцилиндрическими резонаторами (фиг. 1-12) содержит в горизонтальной плоскости, состыкованные с боковыми поверхностями, равные по размерам неферромагнитные полуцилиндры, длиной и диаметром, кратным половине длины волны. Под ними через зазор расположены рабочие ветви (11, 23, 28) соответствующих неферромагнитных сеточных транспортеров разной длины, образуя полуцилиндрические резонаторы 1, 4, 7. Причем к фасадным основаниям, внутри каждого резонатора, прикреплены плосковыпуклые керамические полудиски 18, 22, 27. Под холостые ветви 13 сеточных транспортеров подведены воздуховоды 17, 21, 26 от тепловых пушек. Воздухоотводы, с неферромагнитными вытяжными вентиляторами 3, 6, 9 пристыкованы к тыльным основаниям резонаторов. Магнетроны 2, 5, 8 установлены вдоль образующей каждого резонатора со сдвигом на 90 градусов. Холостые ветви неферромагнитных сеточных транспортеров размещены в неферромагнитный поддон 14 с патрубком 12 для пылесоса.

В зазорах между стыками образующих полуцилиндров и рабочими ветвями сеточных транспортеров по их ширине, установлены неферромагнитные ячеистые ворошители 16, 19, 24. Вдоль боковой поверхности первого неферромагнитного резонатора 7 установлена загрузочная емкость 10 с заслонкой. Под концом последнего 28 неферромагнитного сеточного транспортера установлена приемная емкость 30. Вся хмелесушилка вместе тепловыми пушками и шкафом управления размещена на тракторном прицепе.

Технологический процесс сушки свежеубранного хмеля происходит следующим образом. Закрыть заслонку в загрузочной емкости 10 и загрузить шишки хмеля. Включить все электрические тепловые пушки для подачи теплового воздуха определенной производительности через воздуховоды 17, 21, 26. Включить электроприводы (15, 20, 25) неферромагнитных сетчатых транспортеров в следующей последовательности: 28, 23. 11. Включить электроприводы ячеистых ворошителей 16, 19, 24. Открыть заслонку в загрузочной емкости 10 и как только хмель с помощью ворошителя 16 попадает на сеточный транспортер 11, включить сверхвысокочастотные генераторы 8 на определенную мощность. Доза воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, 2450 МГц, 12, 24 см) в каждом полуцилиндрическом резонаторе регулируется в зависимости от влажности свежеубранного хмеля и их сорта для обеспечения равномерного СВЧ-конвективного нагрева и равномерной сушки по всей структуре шишки хмеля. Хмель на поверхности неферромагнитного ситового транспортера 11 под напором теплого воздуха и под воздействием ЭМПСВЧ при передвижении нагревается, пар уносится через воздухоотвод 9. Далее, как только хмель с помощью ворошителя 19 перемещается в щадящем режиме на последующий транспортер, включить соответствующий генератор 5, где процесс сушки происходит в другом режиме. Далее хмель перемещается с помощью ворошителя 24 в последующий резонатор, где доза воздействия ЭМПСВЧ отличается от доз предыдущих этапов сушки.

Качество высушенного хмеля зависит от температуры и напора воздуха, дозы воздействия ЭМПСВЧ, напряженности электрического поля на каждом этапе сушки, поэтому следует придерживаться как минимум трехэтапного процесса сушки. Равномерность распределения сырья на транспортере и нагрева его обеспечивается за счет того, что глубина ячеек неферромагнитного ворошителя, не более двух глубин проникновения волны в шишки хмеля (3-4 см).

Радиопрозрачные плосковыпуклые керамические полудиски позволяют не только концентрировать энергию электромагнитного поля в сырье, но и уменьшать потери на излучение через щели [4].

Для реализации эффективного режима сушки предусмотрены возможности регулирования:

- частоты вращения соответствующих электродвигателей транспортеров (11, 23, 28);

- производительности вентиляторов и мощности нагревательных элементов (ТЭН) соответствующих тепловых пушек (17, 21, 26);

- объемов загрузки сырья в резонаторы с изменением частоты вращения электродвигателя ворошителя 16;

- мощности СВЧ генераторов (2, 5, 8).

Высокая напряженность электрического поля, достаточная для обеззараживания хмеля (1,2-1,8 кВ/см) в каждом неферромагнитном резонаторе обеспечивается за счет интерференции концентрированных когерентных волн от плосковыпуклых керамических полудисков (18, 22, 27), обладающих малым значением тангенса угла диэлектрических потерь.

Источники информации:

1. Патент № 2772987 РФ, МПК С12С3/02; F26B3. Многорезонаторная хмелесушилка с энергоподводом в электромагнитном поле / Просвирякова М.В., Сторчевой В.Ф., Горячева Н.Г., Михайлова О.В., Новикова Г.В. / заявитель и патентообладатель РГАУ–МСХА имени К.А. Тимирязева (RU). № 2021132821 от 11.11.2021. Бюл. № 16 от 30 05.2022.

2. Патент № 2772992 РФ, С12С3/02; F26B3. Хмелесушилка с тороидальными и астроидальными резонаторами с энергоподводом в электромагнитном поле / Просвирякова М.В., Сторчевой В. Ф., Горячева Н.Г., Новикова Г.В., Михайлова О.В., Зиганшин Б.Г. / заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). № 2021135280 от 01.12.2021. Бюл. № 16 от 30.05.2022.

3. Патент № 2770628 РФ, С12С3/02; F26B3. СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полусферическим резонатором / Просвирякова М.В., Сторчевой В. Ф., Горячева Н.Г., Новикова Г.В., Михайлова О.В., Зиганшин Б.Г. / заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). № 2021136688 от 13.12.2021. Бюл. № 11 от 19.04.2022.

4. Диэлектрические резонаторы. Под редакцией М.Е. Ильченко. М.: Радио связь, 1989. 328 с.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в хмелеводческих хозяйствах для поэтапной сушки свежеубранного хмеля в непрерывном режиме с сохранением потребительских свойств. Мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полуцилиндрическими резонаторами содержит резонаторы 1, 4, 7, образованные неферромагнитными полуцилиндрами, равными по размерам, длиной и диаметром кратным половине длины волны, состыкованными с боковыми поверхностями, и расположенными под ними через зазор рабочими ветвями соответствующих неферромагнитных сеточных транспортеров 11, 23, 28 разной длины. Внутри каждого полуцилиндра к фасадным основаниям прикреплены керамические плосковыпуклые полудиски 18, 22, 27, а под холостые ветви неферромагнитных сеточных транспортеров подведены воздуховоды 17, 21, 26 от тепловых пушек. Неферромагнитные воздухоотводы 3, 6, 9 с неферромагнитными вытяжными вентиляторами пристыкованы к тыльным основаниям полуцилиндров, а магнетроны 2, 5, 8 установлены со сдвигом на 90 градусов вдоль образующей каждого резонатора. Холостые ветви неферромагнитных сеточных транспортеров размещены в неферромагнитном поддоне 14 с патрубком 12 для пылесоса. В зазорах между стыками образующих полуцилиндров и рабочими ветвями сеточных транспортеров по их ширине установлены неферромагнитные ячеистые ворошители 16, 19, 24 глубиной ячеек не более двух глубин проникновения волны в шишки хмеля. Вдоль боковой поверхности первого неферромагнитного резонатора установлена неферромагнитная загрузочная емкость 10, а под последний транспортер установлена приемная емкость 29. Вся хмелесушилка, вместе с тепловыми пушками и шкафом управления, размещена на тележке. Хмелесушилка обеспечивает сохранение потребительских свойств высушенного и обеззараженного хмеля в процессе многоэтапной сушки. 12 ил.

Мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полуцилиндрическими резонаторами, содержащая магнетроны воздушного охлаждения, неферромагнитные объемные резонаторы и транспортирующие механизмы, отличающаяся тем, что резонаторы, расположенные в горизонтальной плоскости, образованы неферромагнитными полуцилиндрами, равными по размерам, длиной и диаметром кратным половине длины волны, состыкованными с боковыми поверхностями, и расположенными под ними через зазор рабочими ветвями соответствующих неферромагнитных сеточных транспортеров разной длины, при этом внутри каждого полуцилиндра к фасадным основаниям прикреплены керамические плосковыпуклые полудиски, а под холостые ветви неферромагнитных сеточных транспортеров подведены воздуховоды от тепловых пушек, причем неферромагнитные воздухоотводы с неферромагнитными вытяжными вентиляторами пристыкованы к тыльным основаниям полуцилиндров, а магнетроны установлены со сдвигом на 90 градусов вдоль образующей каждого резонатора, причем холостые ветви неферромагнитных сеточных транспортеров размещены в неферромагнитном поддоне с патрубком для пылесоса, а в зазорах между стыками образующих полуцилиндров и рабочими ветвями сеточных транспортеров по их ширине установлены неферромагнитные ячеистые ворошители глубиной ячеек не более двух глубин проникновения волны в шишки хмеля, при этом вдоль боковой поверхности первого неферромагнитного резонатора установлена неферромагнитная загрузочная емкость, а под последний транспортер установлена приемная емкость, причем вся хмелесушилка, вместе с тепловыми пушками и шкафом управления, размещена на тележке.