Хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером Российский патент 2025 года по МПК C12C3/02 A23N12/08 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.

Известно, что применение СВЧ нагрева движущего сырья существенно увеличит производительность хмелесушилки. Но при этом возникает неравномерность поперечного сечения сырья, т.е. неравномерность нагрева сырья по толщине. Чтобы не перегреть сырье в области с высокой напряженностью электрического поля, необходимо снижать мощность генератора и увеличить продолжительность сушки хмеля. Тогда преимущество СВЧ нагрева перед базовым методом сушки теряется.

Техническая проблема низкой эффективности хмелесушилок решается путем разработки хмелесушилки непрерывного действия с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером.

По технической сущности аналогичной является известная СВЧ-конвективная хмелесушилка с полусферическим резонатором [1, патент №2770628]. Полусферический резонатор разделен на зоны с помощью керамических перфорированных двояковыпуклых перегородок. Наверху резонатора установлены воздухоотводы от каждой зоны и бункер загрузки. Под бункером установлен диэлектрический распределитель. Недостатком является сложность поэтапного регулирования скорости нагрева и сушки свежеубранного хмеля.

Прототипом является СВЧ-конвективная хмелесушилка с полуцилиндрическими резонаторами и фторопластовыми гребенчатыми направляющими [2, патент №2792675]. Хмелесушилка собрана из полуцилиндрических резонаторов, где расположены перфорированные фторопластовые гребенчатые направляющие, диэлектрические сеточные электроприводные транспортеры и керамические вогнутые зеркала. Такая хмелесушилка обеспечивает поэтапное равномерное удаление влаги из шишек хмеля в непрерывном режиме. Недостатком является сложная конструкция гребенчатой направляющей.

Поэтому разработка более простой конструкции сушилки, обеспечивающей равномерную поэтапную сушку свежеубранного хмеля в непрерывном режиме СВЧ-конвективным способом, актуальна. К такой конструкции можно отнести хмелесушилку с тросошайбовым транспортером и СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы.

Основными критериями при разработке хмелесушилки непрерывно-поточного действия с СВЧ энергоподводом в резонаторные камеры и электронагревателями воздуха являются:

- регулирование режимов поэтапной равномерной сушки свежеубранного хмеля;

- обеспечение оптимального температурного режима и высокой напряженности электрического поля в резонаторах;

- соблюдение радиогерметичности (без применения дополнительного экранирующего корпуса) при использовании магнетронов воздушного охлаждения;

- снижение энергетических затрат на производство высушенного хмеля при сохранении его качества;

- упрощение конструкции с использованием стандартных узлов.

Техническим результатом изобретения является - сохранение потребительских свойств высушенного и обеззараженного хмеля при сниженных эксплуатационных затратах.

Для решения технической проблемы и достижения заявленного технического результата хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером содержит в горизонтальной плоскости соединенные секции равных по размерам неферромагнитных цилиндрических резонаторов, вдоль которых внутри расположен электроприводной диэлектрический тросошайбовый транспортер так, что его цилиндрический перфорированный фторопластовый корпус проложен через отверстия на состыкованных основаниях цилиндрических неферромагнитных резонаторов, с соприкосновением к внутренней поверхности резонаторов, причем керамические двояковогнутые шайбы соединены с диэлектрическим тросом,

при этом диаметр и шаг между центрами керамических двояковогнутых шайб равны двум глубинам проникновения волны в сырье,

а поворотные колеса, между рабочей и холостой ветвями тросошайбового транспортера, расположены с торцов хмелесушилки так, что поворотное колесо впереди первого цилиндрического неферромагнитного резонатора расположено внутри поворотной неферромагнитной гофрированной трубы,

а второе поворотное колесо установлено после поворотной неферромагнитной гофрированной трубы на выходе из хмелесушилки, при этом холостая ветвь тросошайбового транспортера расположена снаружи хмелесушилки,

при этом на поверхности первого цилиндрического неферромагнитного резонатора установлена неферромагнитная загрузочная емкость, соединенная с диэлектрическим перфорированным патрубком, расположенным внутри резонатора, над открытой частью перфорированного фторопластового корпуса тросошайбового транспортера,

причем снизу, против движения сырья, к каждому цилиндрическому неферромагнитному резонатору подведен неферромагнитный воздуховод от тепловой пушки, а неферромагнитные воздухоотводы установлены сверху каждого резонатора, по диагонали от неферромагнитных воздуховодов,

при этом волноводы с магнетронами воздушного охлаждения расположены равномерным сдвигом по спирали на поверхности каждого цилиндрического неферромагнитного резонатора, а приемная емкость установлена под второе поворотное колесо.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено пространственное изображение:

- хмелесушилки с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером, общий вид (фиг. 1);

- хмелесушилки с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером, общий вид в разрезе с позициями (фиг. 2);

- цилиндрического неферромагнитного резонатора (фиг. 3);

- перфорированного фторопластового корпуса тросошайбового транспортера (фиг. 4);

- керамической двояковыпуклой шайбы (фиг. 5);

- поворотного колеса (фиг. 6);

- поворотной неферромагнитной гофрированной трубы (фиг. 7).

Хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером содержит (фиг. 1-7):

- неферромагнитную загрузочную емкость 1 с задвижкой и диэлектрическим перфорированным патрубком;

- неферромагнитные воздухоотводы 2, 21, 18 от соответствующих резонаторов;

- поворотные неферромагнитные гофрированные трубы 3, 15 (ограничители электромагнитных излучений);

- поворотные колеса 4, 14;

- керамические двояковогнутые шайбы 5;

- диэлектрический трос 6;

- волноводы с магнетронами воздушного охлаждения 7, 9, 12 на поверхности соответствующих резонаторов;

- неферромагнитные воздуховоды 8, 10, 13 в соответствующие резонаторы;

- холостую ветвь 11 диэлектрического тросошайбового транспортера;

- рабочую ветвь 16 диэлектрического тросошайбового транспортера;

- цилиндрические неферромагнитные резонаторы 17, 20, 22;

- перфорированный фторопластовый корпус 19 тросошайбового транспортера.

Хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером (фиг. 1-7) содержит в горизонтальной плоскости соединенные секции равных по размерам неферромагнитных цилиндрических резонаторов 22, 20, 17.

Внутри, вдоль резонаторов расположен электроприводной диэлектрический тросошайбовый транспортер так, что его цилиндрический перфорированный фторопластовый корпус 19 проложен через отверстия на состыкованных основаниях цилиндрических неферромагнитных резонаторов, с соприкосновением к внутренней поверхности резонаторов. Керамические двояковогнутые шайбы 5 соединены с диэлектрическим тросом 6 с шагом, равным двум глубинам проникновения волны в сырье. Поворотные колеса 4, 14 между рабочей ветвью 16 и холостой ветвью 11 диэлектрического тросошайбового транспортера расположены с торцов хмелесушилки так, что поворотное колесо 4 впереди первого цилиндрического неферромагнитного резонатора 22 расположено внутри поворотной неферромагнитной гофрированной трубы 3. Второе поворотное колесо 14 установлено после поворотной неферромагнитной гофрированной трубы 15 на выходе из хмелесушилки. Холостая ветвь тросошайбового транспортера 11 расположена снаружи хмелесушилки. На поверхности первого цилиндрического неферромагнитного резонатора 22 установлена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с задвижкой, соединенная с диэлектрическим перфорированным патрубком, расположенным внутри первого цилиндрического неферромагнитного резонатора, над открытой частью перфорированного фторопластового корпуса 19 тросошайбового транспортера. Снизу, против движения сырья, к каждому цилиндрическому неферромагнитному резонатору подведены неферромагнитные воздуховоды 8, 10, 13 от тепловых пушек. На поверхности цилиндрических неферромагнитных резонаторов имеются неферромагнитные воздухоотводы 2, 21, 18. Волноводы с магнетронами 7, 9, 12 воздушного охлаждения расположены равномерным сдвигом по спирали на поверхности каждого цилиндрического неферромагнитного резонатора. Приемная емкость (не показана) установлена под второе поворотное колесо.

Технологический процесс сушки свежеубранного хмеля происходит следующим образом. Включить все электрические тепловые пушки на соответствующие производительности вентиляторов и мощности нагревательных элементов. Загрузить свежеубранный хмель в неферромагнитную загрузочную емкость 1, при закрытой заслонке. Включить электропривод диэлектрического тросошайбового транспортера 11, 16. Диэлектрический тросошайбовый транспортер содержит приводной механизм, перфорированный фторопластовый корпус 19, керамические двояковогнутые шайбы 5 на диэлектрическом тросе 6 и поворотные колеса 4, 14. Открыть задвижку в неферромагнитной загрузочной емкости 1, после чего сырье через диэлектрический патрубок попадает между двояковогнутыми керамическими шайбами 5, через открытую поверхность в перфорированном фторопластовом цилиндрическом корпусе 19. Далее включить магнетроны воздушного охлаждения 7, 9, 12 на соответствующих цилиндрических неферромагнитных резонаторах 22, 20, 17. В цилиндрических неферромагнитных резонаторах 22, 20, 17, длина которых кратна половине длины волны (длина волны 12,24 см, частота электромагнитного поля 2450 МГц) и отношение длины резонатора к радиусу больше 2,03, основным становится колебание Е₀₁₀. В таких резонаторах резонансная частота не зависит от длины волны, это связано с продольной однородностью поля колебания E₀₁₀ [3, стр. 356]. В цилиндрических резонаторах возбуждаются электромагнитные поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Влажные шишки хмеля при перемещении керамическими двояковогнутыми шайбами 5 вдоль перфорированного фторопластового корпуса 19 тросошайбового транспортера нагреваются, выделенная влага с поверхности шишек через перфорацию фторопластового корпуса 19 и соответствующие неферромагнитные воздухоотводы 2, 21, 18 удаляется из хмелесушилки. Шишки хмеля равномерно сушатся, так как шаг между двояковогнутыми керамическими шайбами 5 не более две глубины проникновения волны в сырье (10-12 см). Двояковогнутые керамические шайбы 5 обеспечивают концентрирование волны в сырье и напряженность электрического поля в нем достаточна для обеззараживания при равномерном эндогенном нагреве. Это возможно, если первый этап сушки осуществляется в цилиндрическом неферромагнитном резонаторе при напряженности электрического поля 0,8-1,0 кВ/см и температуре агента сушки 31-35°С. Второй этап сушки происходит при напряженности электрического поля 1,0-1,5 кВ/см и температуре агента сушки 37-46°С, третий этап сушки - при напряженности электрического поля 1,5-2,2 кВ/см и температуре агента сушки 65-75°С. Для реализации таких щадящих режимов в хмелесушилке предусмотрено регулирование дозы воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). В каждом в цилиндрическом неферромагнитном резонаторе регулируется мощность соответствующих генераторов. Температура воздуха и производительность вентиляторов регулируются в соответствующих тепловых пушках.

Циркуляция теплого воздуха происходит через неферромагнитные воздуховоды 8, 10, 13 и неферромагнитные воздухоотводы 2, 21, 18. Высушенные шишки хмеля из перфорированного фторопластового корпуса 19 и поворотной неферромагнитной гофрированной трубы 15 выводятся с помощью керамических двояковогнутых шайб 5, и накапливаются в приемной емкости. Поворотные неферромагнитные гофрированные трубы 3 и 15 одновременно служат запредельным волноводом, так как их диаметр согласован с длиной гофрированной трубы. Предотвращение излучения через отверстия для передвижения керамических двояковогнутых шайб 5 осуществлено применением поворотных неферромагнитных гофрированных труб, которые за счет гофрирования не пропускают СВЧ энергию при определенном сочетании диаметра и длины. Тогда безопасный уровень излучения (10 мкВт/см²) можно получить при применении коротких гофрированных труб и при достаточно больших диаметрах.

Керамические двояковогнутые шайбы позволяют не только концентрировать энергию электромагнитного поля, но и уменьшать потери на излучение через открытое пространство [4], так как они обладают высоким значением диэлектрической проницаемости и малыми диэлектрическими потерями при тангенсе угла диэлектрических потерь менее 0,001 [3, стр. 360].

По сравнению с прототипом предложенное устройство обеспечит сохранение потребительских свойств высушенного и обеззараженного хмеля при сниженных эксплуатационных затратах.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером содержит в горизонтальной плоскости соединенные секции равных по размерам неферромагнитных цилиндрических резонаторов, вдоль которых внутри расположен электроприводной диэлектрический тросошайбовый транспортер так, что его цилиндрический перфорированный фторопластовый корпус проложен через отверстия на состыкованных основаниях цилиндрических неферромагнитных резонаторов, с соприкосновением к внутренней поверхности резонаторов, причем керамические двояковогнутые шайбы соединены с диэлектрическим тросом. При этом диаметр и шаг между центрами керамических двояковогнутых шайб равны двум глубинам проникновения волны в сырье, а поворотные колеса, между рабочей и холостой ветвями тросошайбового транспортера, расположены с торцов хмелесушилки так, что поворотное колесо впереди первого цилиндрического неферромагнитного резонатора расположено внутри поворотной неферромагнитной гофрированной трубы, а второе поворотное колесо установлено после поворотной неферромагнитной гофрированной трубы на выходе из хмелесушилки. Холостая ветвь тросошайбового транспортера расположена снаружи хмелесушилки, при этом на поверхности первого цилиндрического неферромагнитного резонатора установлена неферромагнитная загрузочная емкость, соединенная с диэлектрическим перфорированным патрубком, расположенным внутри резонатора, над открытой частью перфорированного фторопластового корпуса тросошайбового транспортера, причем снизу, против движения сырья, к каждому цилиндрическому неферромагнитному резонатору подведен неферромагнитный воздуховод от тепловой пушки, а неферромагнитные воздухоотводы установлены сверху каждого резонатора, по диагонали от неферромагнитных воздуховодов, при этом волноводы с магнетронами воздушного охлаждения расположены равномерным сдвигом по спирали на поверхности каждого цилиндрического неферромагнитного резонатора, а приемная емкость установлена под второе поворотное колесо. Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства, обеспечить радиогерметичность без применения дополнительного экранирующего корпуса. 7 ил.

Хмелесушилка с СВЧ энергоподводом в цилиндрические резонаторы и тросошайбовым транспортером содержит в горизонтальной плоскости соединенные секции равных по размерам неферромагнитных цилиндрических резонаторов, вдоль которых внутри расположен электроприводной диэлектрический тросошайбовый транспортер так, что его цилиндрический перфорированный фторопластовый корпус проложен через отверстия на состыкованных основаниях цилиндрических неферромагнитных резонаторов, с соприкосновением к внутренней поверхности резонаторов, причем керамические двояковогнутые шайбы соединены с диэлектрическим тросом, при этом диаметр и шаг между центрами керамических двояковогнутых шайб равны двум глубинам проникновения волны в сырье, а поворотные колеса, между рабочей и холостой ветвями тросошайбового транспортера, расположены с торцов хмелесушилки так, что поворотное колесо впереди первого цилиндрического неферромагнитного резонатора расположено внутри поворотной неферромагнитной гофрированной трубы, а второе поворотное колесо установлено после поворотной неферромагнитной гофрированной трубы на выходе из хмелесушилки, при этом холостая ветвь тросошайбового транспортера расположена снаружи хмелесушилки, при этом на поверхности первого цилиндрического неферромагнитного резонатора установлена неферромагнитная загрузочная емкость, соединенная с диэлектрическим перфорированным патрубком, расположенным внутри резонатора, над открытой частью перфорированного фторопластового корпуса тросошайбового транспортера, причем снизу, против движения сырья, к каждому цилиндрическому неферромагнитному резонатору подведен неферромагнитный воздуховод от тепловой пушки, а неферромагнитные воздухоотводы установлены сверху каждого резонатора, по диагонали от неферромагнитных воздуховодов, при этом волноводы с магнетронами воздушного охлаждения расположены равномерным сдвигом по спирали на поверхности каждого цилиндрического неферромагнитного резонатора, а приемная емкость установлена под второе поворотное колесо.