СУШИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к оборудованию для переработки сельскохозяйственного сырья, а именно к устройствам конвективной и инфракрасной сушки при атмосферном давлении.
Устройство может использоваться в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и других смежных отраслях для сушки сельскохозяйственных продуктов, лекарственных трав, эфиромасличных растений с целью обеспечения высокого качества, сохранности продукции. Под качеством продукта сушки понимают сохранение в продукте максимального количества биологически активных веществ, витаминов и аминокислот исходного сырья, а под сохранностью - стабильность его физико-механических и биологических свойств при условии отсутствия порчи, поражения микроорганизмами и грибком.
Известно сушильное устройство, включающее сушильную камеру, в которой установлены сетчатый поддон с высушиваемым материалом, вентилятор и инфракрасные излучатели, размещенные вблизи верхней стенки камеры. В корпусе камеры предусмотрены входное и выходное отверстия для сушильного агента. Над сетчатым поддоном установлен датчик температуры, соединенный с блоком автоматического регулирования, к которому подключен задатчик критической температуры нагрева. Внутренние стенки сушильной камеры и противень для просыпей выполнены из материала, имеющего зеркальную поверхность (патент РФ №2163992 С2, F26B 3/30, F26B 3/28, опубл. 10.03.2001, бюл. №7). Высушиваемый материал сначала подвергается облучению прямыми и отраженными инфракрасными лучами пока температура в камере не достигнет критической для конкретного материала (ориентировочно 100°С), после чего ИК-излучатели отключаются и переводятся в режим досушивания материала с пониженной до 50°С температурой нагрева при импульсном их включении. Устройство позволяет осуществлять автоматическое регулирование процесса сушки различных материалов растительного происхождения, а за счет использования отражения инфракрасных лучей снизить энергоемкость процесса сушки и повысить качество высушиваемого материала.
Существенным недостатком устройства является то, что в нем применяется высокотемпературный нагрев, приводящий к разрушению витаминов и снижению качества готовой продукции. Кроме того, при одностороннем подводе теплоты высушиваемое сырье нагревается неравномерно, а имеющий зеркальную поверхность противень для сбора просыпей, предназначенный в том числе и для отражения инфракрасных лучей, не может в полной мере выполнять указанную функцию после оседания на нем просыпающихся частиц высушиваемого материала, что также приводит к снижению качества готовой продукции.
Известна сушильная установка, которая содержит размещенные в полости ее корпуса в несколько ярусов лотки для продукта, расположенные между верхними, средними и нижними инфракрасными излучателями, а также между верхними, боковыми, и нижними отражателями ИК-излучения. Форма и расположение отражателей подобраны таким образом, чтобы создать равномерно насыщенное тепловое и инфракрасное поле по всему сечению полости установки. Установка позволяет сократить время обработки продукта, повысить эффективность и качество сушки (патент РФ №2049295 C1, F26B 9/06, F26B 3/30, опубл. 27.11.1995).
Недостатком известной установки является то, что удаление влажного воздуха из ее корпуса осуществляется через вентиляционные отверстия без применения вытяжного вентилятора, вследствие чего при интенсивном испарении влаги из продукта скорость ее удаления из установки будет недостаточной, что приведет к возрастанию времени сушки и затрат энергии, а также к снижению качества продукта. Кроме того, в установке отсутствуют средства контроля и регулирования температуры сушки.
Наиболее близким по технической сущности является сушильное устройство, включающее сушильную камеру, установленные в ней ярусами лотки для продукта, инфракрасные излучатели, расположенные за пределами зоны размещения лотков и снабженные вогнутыми рефлекторами, а также вытяжные вентиляторы. Устройство дополнительно снабжено выпуклыми рефлекторами, обращенными отражающими поверхностями к отражающим поверхностям вогнутых рефлекторов, и установленными таким образом, что главные оптические оси пары вогнутого и выпуклого рефлекторов совпадают (Патент РФ №157342 U1, F26B 9/06, F26B 3/30, опубл. 27.11.2015, бюл. №33).
Признаками устройства-прототипа, совпадающими с существенными признаками полезной модели, является наличие в сушильном устройстве сушильной камеры, установленных в ней ярусами лотков для продукта, инфракрасных излучателей, которые расположены за пределами зоны размещения лотков и снабжены вогнутыми рефлекторами, вытяжного вентилятора, а также выпуклых рефлекторов, обращенных отражающими поверхностями к отражающим поверхностям вогнутых рефлекторов, и установленных таким образом, что главные оптические оси пары вогнутого и выпуклого рефлекторов совпадают.
Техническим результатом полезной модели является снижение энергопотребления камеры, увеличение интенсивности сушки, уменьшение удельных затрат энергии при сохранении требований к качеству продукта сушки.
Сушильное устройство-прототип имеет следующие недостатки, приводящие к повышенным затратам энергии на процесс сушки. В устройстве значительная часть теплового излучения каждого ИК излучателя расходуется не на процесс влагоудаления, а на нагрев поступающего в сушильную камеру холодного воздуха, что приводит к увеличению времени сушки и, соответственно, к дополнительным затратам электроэнергии. Увеличение продолжительности сушки приводит к потере продуктом биологически активных веществ, витаминов и аминокислот, так как сушка при более низких температурах менее эффективна, чем сушка при высоких температурах.
Недостатком устройства является также то, что в нем отсутствует средство для контроля температуры продукта в процессе сушки, что приводит к перегреву или недостаточному нагреву сушащегося продукта и снижает качество сушки.
В основу полезной модели поставлена техническая задача осуществление контроля температуры поверхности продукта сушки.
Технический результат заключается в исключении перегрева продукта путем предварительного нагрева входящего в сушильную камеру воздушного потока, уменьшения времени на разогрев продукта и уменьшения энергозатрат за счет уменьшения времени работы ИК излучателей.
Поставленная задача решается тем, что в сушильном устройстве, включающем сушильную камеру, установленные в ней ярусами лотки для продукта, инфракрасные излучатели, расположенные за пределами зоны размещения лотков и снабженные вогнутыми рефлекторами, а также вытяжной вентилятор и дополнительные выпуклые рефлекторы, обращенные отражающими поверхностями к отражающим поверхностям вогнутых рефлекторов и установленные таким образом, что главные оптические оси пары вогнутого и выпуклого рефлекторов совпадают, согласно полезной модели, в сушильной камере установлен оптический инфракрасный датчик температуры поверхности продукта сушки, подключенный к регулятору температуры продукта, а также установлены нагревательный элемент в область входа в камеру потока холодного воздуха, а после нагревательного элемента, по потоку воздуха, размещен датчик температуры воздуха, подключенный к регулятору температуры воздуха.
Между совокупностью существенных признаков полезной модели и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Использование нагревательного элемента, например трубчатого электрического нагревателя (ТЭНа), позволяет осуществить предварительный нагрев входящего воздушного потока до заданной температуры, тем самым заместить часть энергии излучения, которая в устройстве-прототипе расходуется на нагрев воздуха. Энергия излучателей в этом случае будет расходоваться непосредственно на процесс влагоудаления из продукта. ТЭН необходимо размещать в сечении входа воздуха в устройство. Для контроля температуры воздуха после предварительного нагрева необходимо использовать датчик температуры воздуха, который размещают по потоку воздуха за ТЭНом и подключают к регулятору температуры воздуха, управляющему включением и отключением электропитания ТЭНа.
Предварительный нагрев воздуха, поступающего в сушильную камеру из окружающей среды, позволяет уменьшить энергозатраты на сушку сырья за счет уменьшения времени работы ИК излучателей. Предварительно нагретый воздух также уменьшает время сушки и улучшает ее равномерность за счет поддержания постоянной температуры сырья на всех ярусах, что благоприятно сказывается на содержании в сырье биологически активных веществ, витаминов и аминокислот, при этом сохраняется цвет, запах и структура продукта, то есть обеспечивается его качество.
Датчик температуры воздуха и регулятор, управляющий электропитанием нагревательного элемента, обеспечивают постоянство температуры воздуха, поступающего в устройство, что способствует уменьшению энергозатрат на процесс сушки и сокращает время сушки.
Для обеспечения заданного значения температуры поверхности продукта в ходе сушки используется инфракрасный оптический датчик температуры, направленный на поверхность продукта сушки, расположенного в центральной части лотка устройства. Поддержание заданного значения температуры способствует сокращению времени сушки при обеспечении высокого качества продукта. Инфракрасный оптический датчик температуры поверхности продукта сушки соединен с регулятором температуры поверхности продукта, управляющим включением и отключением электрического питания источников инфракрасного излучения.
Совокупность существенных признаков полезной модели является необходимым и достаточным условием для достижения технического результата.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен схематично разрез сушильной камеры. Сушильное устройство состоит из корпуса сушильной камеры 1, в которой установлены ярусами лотки 2 для сырья, инфракрасные излучатели 3, размещенные за пределами зоны размещения лотков и снабженные вогнутыми рефлекторами 4, а также выпуклые рефлекторы 5 и вытяжной вентилятор 6. В устройстве также установлен регулятор температуры продукта 7, к которому подключен оптический инфракрасный датчик температуры поверхности продукта сушки 8, расположенный таким образом, чтобы его излучатель, подающий сигнал на измерение температуры продукта, смотрел на центр среднего сетчатого лотка. В область потока всасываемого в камеру через входное отверстие 9 холодного воздуха установлен нагревательный элемент 10, после которого по потоку воздуха размещен контактный датчик температуры воздуха (термопара) 11, подключенный к регулятору температуры воздуха 12.
Устройство работает следующим образом. Тепловое излучение от ИК излучателей 3, отражаясь от вогнутых и выпуклых рефлекторов, распределяется по лоткам 2 равномерно. Регулятор температуры продукта 7 с подключенным к нему оптическим инфракрасным датчиком 8 следит за установленной температурой на поверхности продукта, не давая продукту перегреться, отключая ИК излучатели при достижении верхнего порога установленной температуры, при этом температура должна быть максимальной, но не превышающей значение, при котором происходит интенсивное разложение витаминов, аминокислот и биологически активных веществ высушиваемого сырья. Нагревательный элемент 10 осуществляет нагрев поступающего в камеру воздушного потока, за температурой нагрева следит регулятор температуры воздуха 12 с подключенным к нему контактным датчиком температуры 11. Вытяжной вентилятор 6 вытягивает воздух из камеры со скоростью 0,05 м/с, что позволяет полностью удалять испаренную из сырья влагу, не заветривая продукт.
Технико-экономические преимущества заявляемого устройства по сравнению с ближайшим аналогом состоят в снижении энергозатрат на сушку (за счет предварительного подогрева воздуха, поступающего извне), повышении качества сушки (за счет приборного контроля температурного режима сушки).