СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с барабанами-резонаторами Российский патент 2023 года по МПК F26B11/06 F26B3/347 

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.

Научная проблема – низкая энергоэффективность хмелесушилок с конвективным подводом тепла и отсутствие малогабаритных хмелесушилок непрерывно-поточного действия для хмелеводческих хозяйств, обеспечивающих сохранение потребительских свойств хмеля при сниженных эксплуатационных затратах.

Наиболее близкой по технической сущности является барабанная стационарная сушилка непрерывного действия, где направление движение агента сушки прямоточное [Баум А. Е., Резчиков В. А. Сушка зерна. – М.: Колос, 1983. – стр. 61]. Сушилка содержит вращающийся барабан, оборудованный специальными лопастями с полочками для перемешивания сырья и механизм привода барабана. Барабан снаружи имеет бандажи, которые опираются на роликах, приводящих барабан в движение. Недостаток. Под воздействием конвективного агента сушки происходит высушивание сырья при высоком расходе топлива. Применение такого оборудования для сушки хмеля, имеющего особую структуру, не позволяет сохранить его потребительские свойства.

1. Прототип. Некоторые узлы разрабатываемой СВЧ-конвективной хмелесушилки и принцип обеспечения непрерывного режима сушки схожи с барабанным сепаратором А1-БЗО, предназначенным для предварительной очистки зерна от крупных примесей в непрерывном режиме. Он содержит электроприводное цилиндрическое сито, размещенное в стационарном корпусе, содержащем патрубки для входа и выхода сырья и подключения аспирации. Внутри сита неподвижно закреплена спиральная лента для транспортировки сырья к выходу. Входной патрубок соединен с наклонным лотком для подачи сырья на сито [Кошевой Е. П. Технологическое оборудование предприятий производства растительных масел. – СПб: ГИОРД, 2001. – 368 с. ISBN 5-901065-44-1].

Недостатки. В данном оборудовании без существенных изменений конструкционного исполнения невозможно реализовать трехэтапную сушку хмеля.

Аналогом можно считать хмелесушилку с СВЧ энергоподводом (заявка № 2022125158, решение о выдаче патента от 01.03.2023 г.), содержащую в полуцилиндрических резонаторах фторопластовые гребенчатые направляющие. Где за счет неферромагнитных емкостей, облицовок торцов фторопластовых гребенчатых направляющих обеспечивается равномерная сушка шишек хмеля при соблюдении электромагнитной безопасности. Недостатки. Имеет технологические сложности в изготовлении фторопластовых гребенчатых направляющих и их монтажа.

Техническим результатом изобретения является − сохранение потребительских свойств хмеля, равномерно высушенного при трехэтапном воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (2450 МГц, длина волны 12,24 см) в разных режимах, в барабанах-резонаторах, обеспечивающих электромагнитную безопасность при непрерывном режиме работы.

Для решения технической проблемы и достижения заявленного технического результата СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с барабанами-резонаторами содержит рабочие органы в виде состыкованных между собой в горизонтальной плоскости перфорированных неферромагнитных цилиндрических причем внутри, вдоль всех цилиндрических барабанов-резонаторов установлен общий перфорированный винтовой шнек, с шагом витка не более двух глубин проникновения волны, а витки на уровне стыков барабанов-резонаторов, выполненные из неферромагнитного материала, являются основаниями смежных перфорированных барабанов-резонаторов, остальные витки шнека выполнены из радиопрозрачного материала, зафиксированных с помощью бандажей, размещенных соосно в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе, содержащем загрузочную и приемную неферромагнитные емкости с задвижками,

при этом к неферромагнитной загрузочной емкости пристыкован керамический перфорированный желоб, расположенный внутри барабана резонатора под наклоном,

при этом магнетроны первого и последнего барабанов-резонаторов расположены со сдвигом на 120 градусов по периметру соответствующих оснований экранирующего корпуса,

а в средний барабан-резонатор излучатели направлены через волноводы от магнетронов, расположенных со сдвигом на 120 градусов по периметру экранирующего корпуса в сторону диэлектрической кольцевой вставки в обечайке барабана- резонатора,

при этом на обечайке цилиндрического корпуса сверху над каждым барабаном-резонатором расположены воздухоотводы - запредельные волноводы, а снизу против движения сырья, под каждым барабаном- резонатором расположены воздуховоды от тепловой пушки, а по периметру обечайки барабанов-резонаторов закреплены зубчатые венцы, входящие в сцепление с соответствующими ведущими шестернями, установленными на валы электроприводов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с барабанами-резонаторами, общий вид в разрезе (фиг. 1);

- СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с барабанами-резонаторами, общий вид в разрезе с позициями (фиг. 2);

- цилиндрический экранирующий корпус (фиг. 3).

- перфорированный неферромагнитный цилиндрический барабан с зубчатым венцом (фиг. 4);

перфорированный неферромагнитный средний барабан с зубчатым венцом и диэлектрической кольцевой вставкой (фиг. 5);

- винтовой шнек с радиопрозрачными и неферромагнитными витками (фиг. 6) (по цветам не выделены);

- фрагмент винтового шнека с радиопрозрачными (зеленый цвет) и неферромагнитный (серый цвет) витками (фиг. 7);

- керамический перфорированный желоб (фиг. 8);

- зубчатый венец (фиг. 9);

- ведущая шестерня (фиг. 10);

СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с барабанами-резонаторами содержит (фиг. 1−10):

– загрузочную неферромагнитную емкость 1 с задвижкой;

– цилиндрический экранирующий корпус 2 из неферромагнитного материала;

– неферромагнитные воздухоотводы-запредельные волноводы 3, 9, 15;

– перфорированные цилиндрические неферромагнитные барабаны-резонаторы 4, 10, 16;

– керамический перфорированный желоб 5;

– перфорированный стационарный винтовой шнек 6 с радиопрозрачными и неферромагнитными витками 8, 14;

– зубчатые венцы 7, 11, 17 для привода барабанов -резонаторов;

– магнетроны 12 воздушного охлаждения с волноводами по периметру обечайки цилиндрического корпуса 2, излучатели которых направлены через волновод в сторону диэлектрической кольцевой вставки 13 в обечайке среднего перфорированного барабана-резонатора 10;

- магнетроны 18 воздушного охлаждения с волноводами по периметру неферромагнитного основания 19 цилиндрического корпуса 2, излучатели которых направлены через волновод в третий барабан-резонатор16;

– выгрузной открытый сегмент 20 на основании 19 цилиндрического экранирующего корпуса 2;

– неферромагнитную приемную емкость 21 с задвижкой;

– неферромагнитные воздуховоды 22, 25, 28 от тепловых пушек;

– зубчатые ведущие шестерни 23, 26, 29 на валу электроприводов;

– бандажи 24, 27, 30 для фиксации соответствующих перфорированных барабанов-резонаторов 16, 10, 4;

– магнетроны воздушного охлаждения 31 с волноводами по периметру переднего основания цилиндрического корпуса 2, излучатели которых через волноводы направлены в первый перфорированный барабан-резонатор 4.

Основными рабочими органами СВЧ-конвективной хмелесушилки непрерывно-поточного действия с барабанами-резонаторами являются перфорированные неферромагнитные цилиндрические электроприводные барабаны- резонаторы 4, 10, 16, состыкованные между собой в горизонтальной плоскости и зафиксированные с помощью бандажей 30, 27, 24. Барабаны размещены соосно в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе 2. К переднему основанию цилиндра 2 прикреплена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с задвижкой, а над открытым сегментом 20 тыльного основания 19 цилиндра 2 установлена неферромагнитная приемная емкость 21 с задвижкой. На обечайке цилиндрического корпуса 2 сверху над каждым барабаном-резонатором 4, 10, 16 расположены воздухоотводы - запредельные волноводы 3, 9, 15, а снизу против движения сырья, под каждым перфорированным барабаном- резонатором расположены воздуховоды 28, 25, 22 от тепловой пушки. Внутри, вдоль всех цилиндрических перфорированных барабанов-резонаторов установлен общий перфорированный винтовой шнек 6 , с шагом витка не более двух глубин проникновения волны (5-7 см). На уровне стыков барабанов витки шнека 8, 14 выполнены из неферромагнитного материала, а остальные витки шнека 6 выполнены из радиопрозрачного материала (фторопласта). Соответствующие объемные резонаторы (барабаны-резонаторы) образованы между обечайками барабанов-резонаторов 4, 10, 16, неферромагнитными витками 8, 14 шнека 6 и основаниями цилиндрического корпуса 2. Из-за того, что основаниями смежных перфорированных цилиндров являются неферромагнитные витки 8, 14 неподвижного шнека 6 и обечайки вращаются, т.е. между ними имеется зазор, поэтому барабаны-резонаторы можно отнести к квазицилиндрическим резонаторам.

По периметру обечайки барабанов-резонаторов закреплены зубчатые венцы 7, 11, 17, входящие для сцепления с соответствующими ведущими шестернями 29, 26, 23, установленными на валы электроприводов. Бандажи 24, 27, 30, расположенные на стыке барабанов-резонаторов обеспечивают фиксацию в процессе их вращения. В средний барабан-резонатор 10 излучатели направлены через волноводы от магнетронов 12 воздушного охлаждения, расположенных со сдвигом на 120 градусов по периметру экранирующего корпуса в сторону диэлектрической кольцевой вставки, имеющей в обечайке барабана 10. Через диэлектрическую кольцевую вставку электромагнитное излучение направлено в средний барабан-резонатор 10, где возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты.

Технологический процесс сушки хмеля происходит следующим образом. Закрыть заслонки в загрузочной 1 и приемной 20 неферромагнитных емкостях. Загрузить шишки хмеля в загрузочную емкость 1. Включить электроприводы (указаны ведущие шестерни 23, 26, 29) барабанов-резонаторов в последовательности 16, 10, 4. Включить все тепловые пушки с вентиляторами для подачи конвективного тепла в барабаны-резонаторы 4, 10, 16 через соответствующие неферромагнитные воздуховоды 28, 25, 22. Открыть заслонку в загрузочной емкости 1, после чего свежеубранный хмель по перфорированному керамическому желобу 5 попадает между витками шнека 6 в первый перфорированный электроприводной барабан-резонатор 4. Тогда, следует включить вентиляторы с магнетронами 31 воздушного охлаждения. Как только сырье окажется за счет вращения барабана 4 вокруг стационарного винтового шнека 6 во втором барабане-резонаторе 10, включить вентиляторы с магнетронами 12, далее в третьем резонаторе 16 включить магнетроны 18 с вентиляторами на необходимую мощность генераторов. Винтовой шнек 6 содержит неферромагнитные витки 8, 14, которые являются основаниями смежных барабанов 4, 10 и 10, 16. Неферромагнитные витки шнека разделяют рабочую камеру на три зоны, где предусмотрены разные технологические режимы трехэтапной сушки хмеля. После чего во всех барабанах-резонаторах 4, 10, 16 возбуждаются электромагнитные поля сверхвысокой частоты определенной напряженности электрического поля (ЭМПСВЧ, стоячие волны в каждом резонаторе). Шишки хмеля за счет токов поляризации начинают эндогенно нагреваться с разной скоростью, и испаренная влага удаляется через перфорацию барабанов-резонаторов и соответствующие воздухоотводы-запредельные волноводы 3, 9, 15. Запредельные волноводы, диаметром менее четверти длины волы (3,08 см), и экранирующий цилиндрический корпус обеспечивают электромагнитную безопасность.

Известно, что мода Н₀₁₁ в цилиндрическом резонаторе обладает особым свойством, не требуется наличие контакта между боковой стенкой и основанием [Стрекалов А. В., Стрекалов Ю. А. Электромагнитные поля и волны. – М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. – 375 с.]. В стенках резонатора возбуждаются только токи, текущие по окружности цилиндра. Благодаря этому свойству, между неферромагнитными витками 8, 14 шнека 6 и обечайками цилиндрических барабанов-резонаторов 4, 10, 16 могут существовать зазоры. Поэтому такое конструктивное исполнение всех барабанов-резонаторов 4, 10, 16 можно отнести к квазицилиндрическим резонаторам. В них можно обеспечить разную дозу воздействия ЭМПСВЧ, регулируя мощностью генераторов и частотой вращения барабанов-резонаторов. Барабаны- резонаторы вращаются за счет сцепления ведущих шестерней с соответствующими венцами 29, 26, 23.

Выбранный шаг витков шнека 6 не более двух глубин проникновения волны исключает неравномерность нагрева шишек хмеля. Керамический перфорированный желоб обеспечивает концентрацию энергии электромагнитного поля в объеме сырья и уменьшение потерь на излучение благодаря высокой диэлектрической проницаемости (до 30) и малым диэлектрическим потерям (0,05-0,1) [Стрекалов А. В., Стрекалов Ю. А. Электромагнитные поля и волны. – М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. – 375 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. СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с барабанами-резонаторами содержит перфорированные неферромагнитные цилиндрические электроприводные барабаны-резонаторы 4, 10, 16, зафиксированные с помощью бандажей 30, 27, 24, размещенных соосно в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе 2. Внутри вдоль всех цилиндрических барабанов-резонаторов установлен общий перфорированный винтовой шнек 6, а витки 8, 14 на уровне стыков барабанов-резонаторов, выполненные из неферромагнитного материала, образуют барабаны-резонаторы при направлении в них излучателей от магнетронов воздушного охлаждения 31, 12, 18. Магнетроны 31, 18 первого 4 и последнего 16 барабанов-резонаторов расположены со сдвигом на 120 градусов по периметру соответствующих оснований экранирующего корпуса 2. В средний барабан-резонатор 10 излучатели направлены через волноводы от магнетронов 12, расположенных со сдвигом на 120 градусов по периметру экранирующего корпуса 2 в сторону диэлектрической кольцевой вставки 13 в обечайке барабана-резонатора 10. На обечайке цилиндрического корпуса 2 сверху над каждым барабаном-резонатором расположены воздухоотводы - запредельные волноводы 3, 9, 15. По периметру обечайки барабанов-резонаторов закреплены зубчатые венцы 7, 11, 17, входящие в сцепление с соответствующими ведущими шестернями 29, 26, 23, установленными на валы электроприводов. Технический результат - сохранение потребительских свойств хмеля. 10 ил.

СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с барабанами-резонаторами, характеризующаяся тем, что содержит рабочие органы в виде состыкованных между собой в горизонтальной плоскости перфорированных неферромагнитных цилиндрических электроприводных барабанов-резонаторов, зафиксированных с помощью бандажей, размещенных соосно в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе, содержащем загрузочную и приемную неферромагнитные емкости с задвижками,

при этом к неферромагнитной загрузочной емкости пристыкован керамический перфорированный желоб, расположенный внутри барабана-резонатора под наклоном,

причем внутри вдоль всех цилиндрических барабанов-резонаторов установлен общий перфорированный винтовой шнек с шагом витка не более двух глубин проникновения волны, а витки на уровне стыков барабанов-резонаторов, выполненные из неферромагнитного материала, являются основаниями смежных перфорированных барабанов-резонаторов, остальные витки шнека выполнены из радиопрозрачного материала

при этом магнетроны первого и последнего барабанов-резонаторов расположены со сдвигом на 120 градусов по периметру соответствующих оснований экранирующего корпуса,

а в средний барабан-резонатор излучатели направлены через волноводы от магнетронов, расположенных со сдвигом на 120 градусов по периметру экранирующего корпуса в сторону диэлектрической кольцевой вставки в обечайке барабана-резонатора,

при этом на обечайке цилиндрического корпуса сверху над каждым барабаном-резонатором расположены воздухоотводы - запредельные волноводы, а снизу против движения сырья под каждым барабаном-резонатором расположены воздуховоды от тепловой пушки, а по периметру обечайки барабанов-резонаторов закреплены зубчатые венцы, входящие в сцепление с соответствующими ведущими шестернями, установленными на валы электроприводов.