Карусельная хмелесушилка Российский патент 2023 года по МПК C12C3/02 F26B15/04 F26B3/347 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в хмелеводческих хозяйствах для сушки свежеубранного хмеля в непрерывно-поточном 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.

Аналогом являются карусельные сушилки зерновых культур серии СК с использованием конвективного тепла. Они содержат сушильную камеру, образованную внешним и внутренним ограждениями и перфорированной карусельной платформой, установленной на центральной опоре и через опорное кольцо и ролики на боковых опорах. Зерно сушится на вращающейся платформе, движущейся по кругу в горизонтальной плоскости [Патент №2654805 РФ, МПК F26B 15/04. 22.05.2018.]. Но для повышения эффективности хмелесушилки применение только конвективного подвода тепла к сырью не достаточно. Конвективный способ сушки не в полной мере обеспечивает сохранение потребительских свойств шишек хмеля, а именно биохимических и органолептических показателей. Самое главное - окисляются альфа-, и бета-кислоты из-за высокой температуры сушки. Компоненты горьких веществ легко окисляются кислородом воздуха, и особенно этот процесс увеличивается при повышении температуры. В течение 1 часа при температуре 110°С окисляется 67,5% альфа-кислоты, 59% бета-кислоты и 56,2% ксантогумолы. Наиболее интенсивно процесс окисления происходит в первый час нагрева шишек хмеля. Под действием ряда факторов (кислорода воздуха, температуры, продолжительности нагрева) компоненты хмеля трансформируются в менее ценные вещества, тем самым происходят потери качества хмеля. Чтобы сохранить максимум ценных веществ необходимо соблюдать специфические технологические режимы, которые должны быть реализованы в конструкционных особенностях хмелесушилки, работающей по принципу эндогенно-конвективного подвода тепла.

Применение комбинированного способа сушки, а именно СВЧ-конвективного способа сушки свежеубранного хмеля позволит сохранить его потребительские свойства.

Наиболее близкой по технической сущности является известная СВЧ-конвективная хмелесушилка с полусферическим неферромагнитным резонатором, [Патент №2770628 РФ, С12С 3/02;], работающая в непрерывном режиме. Резонатор состыкован с цилиндрической частью хмелесушилки соосно, к ее боковой поверхности пристыкованы воздуховоды от электрокалориферов. Резонатор разделен на зоны с помощью керамических перфорированных двояковыпуклых перегородок. Хмелесушилка с диэлектрическим распределителем хмеля обеспечивает поэтапную сушку свежеубранного хмеля и электромагнитную безопасность.

Недостатками являются сложности в поэтапном регулировании скорости сушки хмеля и обеспечения равномерной сушки шишек хмеля.

Поэтому разработка хмелесушилки с СВЧ энергоподводом в резонаторы нестандартных конструкций с возможностью равномерного нагрева и сушки шишек хмеля при в непрерывном режиме работы в условиях хмелеводческих хозяйств с сохранением его потребительских свойств, при сниженных эксплуатационных затратах, актуальна.

Технический результат изобретения - сохранение потребительских свойств хмеля при улучшении его микробиологических показателей за счет обеспечения равномерности сушки свежеубранного хмеля СВЧ-конвективным способом в непрерывном режиме.

Для этого обеспечивается скважность технологического процесса, равной 0,5, путем расположения карусельной диэлектрической перфорированной платформы с кольцевыми гребенками, параметры которых согласованы с глубиной проникновения волны в сырье, в рабочей камере в виде радиальных сегментов коаксиального цилиндра. К радиальным сегментам с чередованием установлены магнетроны, они являются объемными резонаторами.

Для решения технической проблемы и достижения заявленного технического результата карусельная хмелесушилка, характеризующаяся тем, что выполнена в виде неферромагнитных радиальных сегментов расположенного вертикально цилиндра, сегменты имеют равный объем, на боковых гранях сегментов выполнены окна для размещения карусельной диэлектрической перфорированной кольцевой платформы, установленной на диэлектрической раме, прикрепленной к диэлектрическому валу электродвигателя, на платформе на расстоянии 3-4 см друг от друга расположены кольцевые диэлектрические гребенки, в каждом сегменте в образованном их торцевыми сторонами внутреннем цилиндре, выполнены воздухоотводящие окна, диаметром не более 3,06 см, на верхнем основании внутреннего цилиндра расположен неферромагнитный вытяжной вентилятор, а через нижнее основание внутреннего цилиндра проходит вал от электродвигателя, излучатели через волноводы от магнетронов с трех наружных сторон направлены в сегменты, образующие объемные резонаторы, чередующиеся с сегментами без магнетронов, внутри наружных сторон резонаторов прикреплены выпуклые керамические отражатели, нижние основания резонаторов снабжены воздуховодами от тепловых пушек, при этом над первым по направлению движения сырья сегментом расположена неферромагнитная загрузочная емкость с заслонкой и спиральным неферромагнитным электроприводным шнеком, под загрузочной емкостью до кольцевых диэлектрических гребенок радиально установлен диэлектрический ограничитель, внутри последнего по направлению движения сырья сегмента по диагонали его основания расположен диэлектрический безосевой жесткий винтовой электроприводной шнек, для подачи высушенного сырья в приемную емкость.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- карусельная хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в сегменты коаксиального цилиндра, общий вид (фиг. 1);

- карусельная хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в сегменты коаксиального цилиндра, общий вид в разрезе с позициями (фиг. 2);

- технологическая схема процесса сушки хмеля в хмелесушилке (фиг. 3);

- хмелесушилка в разрезе на уровне безосевого винтового шнека 11 (фиг. 4);

- хмелесушилка в разрезе на уровне диэлектрического ограничителя 14 (фиг. 5);

- хмелесушилка в разрезе по горизонтальной плоскости с видом керамических отражателей 13, безосевого винтового шнека 11 (фиг. 6);

- радиальный сегмент коаксиального цилиндра (фиг. 7);

- диэлектрическая перфорированная карусельная платформа 9 (фиг. 8);

- керамический выпуклый отражатель 13 (фиг. 9);

- диэлектрический ограничитель 14 (фиг. 10).

Карусельная хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в сегменты коаксиального цилиндра, содержит (фиг. 1-10):

- неферромагнитные радиальные сегменты 1 коаксиального цилиндра;

- диэлектрическую перфорированную кольцевую платформу 2 на раме 3, прикрепленной к валу электропривода;

- неферромагнитные воздуховоды с тепловыми пушками 4;

- неферромагнитный воздухоотвод с вытяжным вентилятором 5 из неферромагнитных лопастей;

- волноводы с магнетронами 6 воздушного охлаждения;

- неферромагнитную загрузочную емкость 7;

- неферромагнитный спиральный электроприводной шнек 8;

- диэлектрическая перфорированная кольцевая платформа 9;

- диэлектрические кольцевые гребенки 10;

- диэлектрический безосевой жесткий винтовой электроприводной шнек 11;

- приемную емкость 12;

- выпуклые керамические отражатели 13;

- диэлектрический ограничитель 14.

Карусельная хмелесушилка (фиг. 1-10) состоит из радиальных сегментов 1 равного объема коаксиального цилиндра, расположенного в вертикальной плоскости, где чередующиеся сегменты представлены как объемные резонаторы.

На боковых гранях радиальных сегментов 1 предусмотрены окна для карусельной диэлектрической перфорированной кольцевой платформы 9 на диэлектрической раме с роликами, вращающейся от электропривода. На кольцевой платформе 9 расположены на расстоянии 3-4 см диэлектрические кольцевые гребенки 10. Во внутреннем цилиндре, образованном торцевыми сторонами сегментов, имеются воздухоотводящие окна от каждого сегмента, диаметром менее 3,06 см. На верхнем основании внутреннего цилиндра расположен неферромагнитный вытяжной вентилятор 5. Через нижнее основание внутреннего цилиндра проложен диэлектрический вал от электродвигателя для вращения диэлектрической кольцевой платформы 9. Излучатели через волноводы от магнетронов 6 направлены в сегменты коаксиального цилиндра с трех наружных сторон, с чередованием с сегментами без магнетронов. Они выполняют функции объемных резонаторов. Над первым сегментом расположена неферромагнитная загрузочная емкость 7 с заслонкой и неферромагнитным спиральным электроприводным шнеком 8, под которой радиально установлен диэлектрический ограничитель 14, высотой до диэлектрических гребенок 10. Внутри последнего сегмента по диагонали основания расположен диэлектрический безосевой жесткий винтовой электроприводной шнек 11. К наружной стороне внутри каждого резонатора прикреплены выпуклые керамические отражатели 13, а под нижние основания резонаторов направлены воздуховоды от тепловых пушек.

Технологический процесс сушки свежеубранного хмеля происходит следующим образом. Закрыть заслонку в загрузочной неферромагнитной емкости 7 и загрузить свежеубранную хмель. Включить все электрические тепловые пушки для подачи теплового воздуха определенной производительности через воздуховоды в резонаторы и включить вытяжной неферромагнитный вентилятор 5. Включить электроприводы неферромагнитного спирального шнека 8, диэлектрического винтового безосевого шнека 11 и кольцевой диэлектрической перфорированной платформы 9. При этом неферромагнитный спиральный шнек 8 выполняет функцию замедляющей системы, ограничивая излучение.

Открыть заслонку в загрузочной емкости 7, после чего шишки свежеубранного хмеля падают на диэлектрическую кольцевую перфорированную платформу 9 между кольцевыми гребенками 10, где расстояние не более четверти длины волны (длина волны 12,24 см, частота электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) 2450 МГц). Как только сырье попадает с первого сегмента во второй сегмент, который выполнят функцию объемного резонатора, включить СВЧ генераторы 6, где шишки хмеля нагреваются за счет токов поляризации в электромагнитном поле сверхвысокой частоты, в соответствии с диэлектрическими параметрами компонентов шишки избирательно, эндогенно. При этом поверхностная влага удаляется конвективным теплом. В связи с тем, что расстояние между кольцевыми гребенками 10 не более две глубины проникновения волны, хмель по всей толщине нагревается равномерно. В следующем сегменте происходит выравнивание температуры, давления и влажности шишек хмеля по сечению загруженного сырья между диэлектрическими кольцевыми гребенками. Если скважность технологического процесса 0,5 и менее, то в сырье происходит выравнивание влажности, температуры и давления по всему сечению. В данном случае скважность процесса равна 0,5, так как продолжительности СВЧ нагрева и паузы равны (скважность - это отношение продолжительности нагрева к продолжительности цикла). По мере загрузки сырьем в последующие объемные резонаторы с чередованием через паузу (сегмент без магнетронов), следует включить соответствующие СВЧ генераторы. Такое многократное воздействие ЭМПСВЧ с конвективным способом удаления выделенной влаги, способствует сушке в щадящем режиме и сохранению потребительских свойств хмеля. По окончании сушки хмеля с выравненными параметрами (температуры, влажности) попадает в последний сегмент, сырье выгружается с помощью диэлектрического безосевого жесткого винтового шнека 11, за пределами хмелесушилки в приемную емкость 12. Влажный воздух постоянно удаляется с каждого сегмента через отверстия на образующей внутреннего цилиндра и через вытяжной вентилятор 5.

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 (нагрев-пауза). Равномерность распределения сырья на диэлектрической перфорированной платформе и равномерность нагрева его обеспечивается с помощью диэлектрических кольцевых гребенок 10, так как расстояние между гребенками не более две глубины проникновения волны в хмель (3-4 см). Выпуклые керамические отражатели 13 позволяют не только концентрировать энергию электромагнитного поля сверхвысокой частоты в сырье, но и уменьшать потери на излучение через щели [3].

Для реализации эффективного режима сушки предусмотрены возможности регулирования:

- частоты вращения соответствующих электродвигателей;

- производительности вентиляторов и мощности нагревательных элементов соответствующих тепловых пушек;

- объемов загрузки сырья в резонаторы с изменением частоты вращения неферромагнитного спирального шнека 8;

- мощности СВЧ генераторов 6.

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

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение за счет обеспечения равномерности сушки свежеубранного хмеля СВЧ-конвективным способом в непрерывном режиме обеспечит сохранение потребительских свойств хмеля при улучшении его микробиологических показателей.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в хмелеводческих хозяйствах. Хмелесушилка выполнена в виде неферромагнитных радиальных сегментов расположенного вертикально цилиндра. Сегменты имеют равный объем. На боковых гранях сегментов выполнены окна для размещения карусельной диэлектрической перфорированной кольцевой платформы, установленной на диэлектрической раме, прикрепленной к диэлектрическому валу электродвигателя. На платформе на расстоянии 3-4 см друг от друга расположены кольцевые диэлектрические гребенки. В каждом сегменте в образованном их торцевыми сторонами внутреннем цилиндре выполнены воздухоотводящие окна, диаметром не более 3,06 см. На верхнем основании внутреннего цилиндра расположен неферромагнитный вытяжной вентилятор. Через нижнее основание внутреннего цилиндра проходит вал от электродвигателя. Излучатели через волноводы от магнетронов с трех наружных сторон направлены в сегменты, образующие объемные резонаторы, чередующиеся с сегментами без магнетронов. Внутри наружных сторон резонаторов прикреплены выпуклые керамические отражатели. Нижние основания резонаторов снабжены воздуховодами от тепловых пушек. Над первым по направлению движения сырья сегментом расположена неферромагнитная загрузочная емкость с заслонкой и спиральным неферромагнитным электроприводным шнеком. Под загрузочной емкостью до кольцевых диэлектрических гребенок радиально установлен диэлектрический ограничитель. Внутри последнего по направлению движения сырья сегмента по диагонали его основания расположен диэлектрический безосевой жесткий винтовой электроприводной шнек, для подачи высушенного сырья в приемную емкость. Изобретение обеспечивает сохранение потребительских свойств хмеля, при улучшении его микробиологических показателей. 10 ил.

Карусельная хмелесушилка, характеризующаяся тем, что выполнена в виде неферромагнитных радиальных сегментов расположенного вертикально цилиндра, сегменты имеют равный объем, на боковых гранях сегментов выполнены окна для размещения карусельной диэлектрической перфорированной кольцевой платформы, установленной на диэлектрической раме, прикрепленной к диэлектрическому валу электродвигателя, на платформе на расстоянии 3-4 см друг от друга расположены кольцевые диэлектрические гребенки, в каждом сегменте в образованном их торцевыми сторонами внутреннем цилиндре выполнены воздухоотводящие окна, диаметром не более 3,06 см, на верхнем основании внутреннего цилиндра расположен неферромагнитный вытяжной вентилятор, а через нижнее основание внутреннего цилиндра проходит вал от электродвигателя, излучатели через волноводы от магнетронов с трех наружных сторон направлены в сегменты, образующие объемные резонаторы, чередующиеся с сегментами без магнетронов, внутри наружных сторон резонаторов прикреплены выпуклые керамические отражатели, нижние основания резонаторов снабжены воздуховодами от тепловых пушек, при этом над первым по направлению движения сырья сегментом расположена неферромагнитная загрузочная емкость с заслонкой и спиральным неферромагнитным электроприводным шнеком, под загрузочной емкостью до кольцевых диэлектрических гребенок радиально установлен диэлектрический ограничитель, внутри последнего по направлению движения сырья сегмента по диагонали его основания расположен диэлектрический безосевой жесткий винтовой электроприводной шнек, для подачи высушенного сырья в приемную емкость.