ЗЕРНОСУШИЛКА

Полезная модель относятся к технике сушки и может использоваться в сельском хозяйстве для обработки зерна, семян подсолнечника и т.п.
Сушка зерна необходима для повышения стойкости при хранении, улучшения условий послеуборочного созревания семенного зерна, повышения энергии прорастания и всхожести, а также в качестве борьбы с зараженностью зерна вредителями.
Основные требования, предъявляемые к зерносушилкам - производительность и удельное потребление мощности. Наряду с этими показателями для фермерских хозяйств особое значение приобретают стоимость, надежность и простота обслуживания.
Из описания к патенту Российской Федерации №2146032, МПК 7 F 26 B 17/14, публ. 2000 г. известен зерносушильный агрегат, содержащий вертикально расположенные загрузочные и разгрузочное устройства, над- и подсушильные бункера, сушильную и охладительные шахты, разделенные секцией для отлежки зерна и соединенные с тепловентиляционной системой. В этом агрегате надсушильный бункер выполнен в виде размещенных один под другим коробов, каждый из которых разделен установленными под прямым углом друг к другу вертикальными перегородками, образующими квадратные ячейки, причем верхний короб снабжен рассекателем, установленным в его центральной части, а в сушильной и охлажденных шахтах, подсоединенных к тепловентиляционной системе, установлены короба, внутри которых установлены воронки, под отверстиями которых также размещены рассекатели, повернутые на 45° относительно рассекателя надсушильного бункера. Охладительная шахта-секция для отлежки зерна выполнена в виде вертикальных квадратных ячеек, размер которых в два раза меньше размера ячеек в надсушильном бункере, а охлаждающая шахта - в виде коробов, установленных один над другим и подсоединенных к тепловентиляционной системе. Подсушильный бункер состоит из коробов, образующих воронку, верхний из которых снабжен рассекателем, установленным в его центральной части, рассекатели, размещенные в над- и подсушильном бункере сушильной и охладительной шахт выполнены в виде правильной четырехгранной пирамиды, установленной вершиной вверх, навстречу зерновому потоку, а воронки в сушильной и охладительной шахтах, верхнем и нижнем коробах подсушильного бункера выполнены в виде правильной усеченной четырехгранной пирамиды, расположенной большим основанием вверх. В сравнении с известными шахтными прямоточными зерносушилками описанная конструкция зерносушильного агрегата позволяет снизить энергозатраты при сушке зерна. Недостатки такого зерносушильного агрегата - сравнительно невысокая скорость сушки, большие габариты и металлоемкость.
Более высокой скоростью сушки зерна обладают зерносушилки с использованием СВЧ-излучения, которые к тому же более эффективны при обеззараживании (дезинфекции) зерна.
Из описания к авторскому свидетельству СССР №491809, МПК F 26 B 3/00, публ. 1975 г. известна установка для сушки сыпучих материалов, содержащая вертикальный технологический канал, волновод Н-образного профиля, загрузочный бункер, источник СВЧ, вентиляцию, транспортерные ленты для подачи обрабатываемой среды в загрузочный бункер и удаления ее после обработки из устройства. Недостатком этого устройства является малая площадь испарения обрабатываемой среды, которая равна площади поперечного сечения волновода, значительно меньшей площади продольного сечения.
В описании к патенту Российской Федерации №2061351, МПК 6 А 01 С 1/00, публ. 1996 г. описана конструкция установки для СВЧ-обработки зерна, содержащая транспортер-дозатор, металлическая емкость с выходными патрубками, источник электромагнитной СВЧ-энергии. Патрубки выполнены парными и снабжены заслонками, источник электромагнитной СВЧ-энергии с помощью волновода подсоединен к днищу емкости, днище емкости снабжено диэлектрической прокладкой, а емкость выполнена овальной формы.
Эта конструкция отличается простотой, высокой скоростью нагрева зерна, эффективна для обеззараживания зерна перед длительным хранением, но имеет существенный недостаток - ощутимую неравномерность нагрева по потоку зерна.
Из описания к патенту Российской Федерации 2094716, МПК 6 F 26 В 3/347, 17/12 публ. 1997 г. известна сушилка для сыпучих материалов, содержащая вертикальный корпус с размещенной в нем камерой, устройства загрузки и выгрузки материала, расположенные соответственно в верхней и нижней частях камеры, источник СВЧ, волноводы, патрубки подвода и отвода теплоносителя. Устройство загрузки, представляющее собой, например, транспортерную ленту или другое транспортное устройство, непрерывно или периодически подающее сырье в загрузочный бункер, который соединен с вертикальным корпусом запредельными волноводами, что предотвращает утечку СВЧ-излучения за пределы сушилки. Камера с пластинами из радиопрозрачного материала расположена в корпусе. На корпусе установлены вводы энергии от источников СВЧ через волноводы. Подвод и отвод теплоносителя осуществляется через запредельные волноводы, причем отводящий теплоноситель насыщен парами воды. Устройство выгрузки расположено в нижней части корпуса и окончательно готовый продукт через запредельные волноводы выходит из сушилки. В сравнении с ранее описанными такая установка за счет комбинации двух видов сушки имеет более высокую производительность. Недостаток - невысокая точность выдержки
температурных режимов, что затрудняет соблюдение технологии сушки, а, следовательно, и достижение необходимого качества зерна.
Известна установка для сушки сыпучих материалов (см. патент Российской Федерации №2201566, МПК 7 F 26 B 3/347, публ. 2003 г.), содержащая вертикальную сушильную камеру, снабженную загрузочным и расположенным в ее нижней части разгрузочным устройствами с бункерами, подключенные к камере СВЧ-генератор с устройством связи и нагнетательный вентилятор. Дополнительно в состав сушильной камеры введены полости поддува и отсоса, кожух над СВЧ-генераторами с входным и выходным патрубками, инжектор с двумя входами и одним выходом, циклон, разветвитель воздуха с одним входом и двумя выходами. Сушильная камера имеет прямоугольную форму и сужающуюся нижнюю часть с перфорированными стенками с разгрузочным устройством в виде шнека с приводом, заключенную в кожух, образующий камеру поддува, Загрузочное устройство выполнено в виде труб с клапанами, опущенными внутрь сушильной камеры на 0,1-0,15 высоты камеры, и образующими полость отсоса над материалом. СВЧ-генератор выполнен из множества (более двух) маломощных магнетронов с индивидуальными источниками питания и устройством связи, расположенным под кожухом равномерно на боковых поверхностях сушильной камеры, при этом выходной патрубок кожуха над СВЧ-генератором соединен с входом вентилятора, выход которого соединен с входом разветвителя воздуха, один выход которого соединен с камерой поддува; а второй - с первым входом инжектора, второй вход которого соединен с воздушной полостью над материалом, а выход инжектора соединен с входом циклона. Эта установка, за счет того, что в качестве теплоносителя используется воздух, отводящий тепло от магнетронов СВЧ-генератора, имеет более высокий коэффициент полезного действия. Недостатки - сложность конструкции и неравномерность нагрева зерна от периферии к центру, что приводит к неравномерности сушки, а так же невысокая надежность из-за возможности перегрева магнетронов.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, заявитель считает зерносушилку, защищенную патентом Российской Федерации №40448, МПК 7 F 26 B 3/347, публ. 2004 г. Эта зерносушилка содержит сушильную камеру, бункер загрузки зерна в зерносушилку, установленный над сушильной камерой, дозатор, соединенный входом с выходом бункера загрузки зерна, а выходом - со входом ввода зерна в сушильную камеру, бункер выгрузки зерна из зерносушилки, соединенный входом с выходом вывода зерна из сушильной камеры, нагнетатель сушильного агента, соединенный входом с открытой атмосферой, теплообменник подогрева сушильного агента, соединенный входом с выходом нагнетателя сушильного агента, канал подачи сушильного агента в сушильную камеру, соединенный входом с выходом теплообменника, а выходами - со входами ввода сушильного агента в сушильную камеру,
объем сушильной камеры сушилки разделен на зоны: зону обработки зерна ультрафиолетовыми излучениями, зону отвода сушильного агента, зоны сверхвысокочастотной обработки зерна, каждая из которых имеет автономный источник сверхвысокочастотной энергии, соединенный выходом со входом ввода сверхвысокочастотной энергии в сушильную камеру, и зоны ввода сушильного агента в сушильную камеру, каждая из которых соединена с выходами канала нагнетания (подачи) сушильного агента в сушильную камеру, причем входы ввода сушильного агента в сушильную камеру ориентированы перпендикулярно к направлению перемещения зерна и в противоположных в зоне и от зоны к зоне направлениях, близких к касательным к образующей внутреннюю поверхность сушильной камеры. Недостаток такой зерносушилки - неравномерность температурного градиента в зоне сверхвысокочастотной обработки зерна, что снижает качество сушки.
Технический результат, на достижение которого направлено создание полезной модели, состоит в повышении качества сушки за счет обеспечения равномерности температурного градиента в зоне нагрева.
Указанный технический результат достигается тем, что в зерносушилке, содержащей вертикальную сушильную камеру, которая по ходу движения высушиваемого материала разделена на зоны отвода сушильного агента, зоны СВЧ-нагрева, зоны ввода сушильного агента, отвода сушильного агента и удаления влаги с Λ-образными коробам подвода и отвода сушильного агента, загрузочное устройство с бункером, установленное над сушильной камерой, разгрузочное устройство с бункером, соединенное входом с выходом зерна из сушильной камеры, нагнетатель сушильного агента, соединенный входом с открытой атмосферой, теплообменник подогрева сушильного агента, соединенный входом с выходом нагнетателя сушильного агента, канал подачи сушильного агента в сушильную камеру, соединенный входом с выходом теплообменника, а выходами - со входами ввода сушильного агента в сушильную камеру, СВЧ-генераторы, каждый из которых помещен в кожух с входным и выходным патрубками и выполнен из нескольких, два и более, маломощных магнетронов, установленных на широких стенках сушильной камеры с противоположных сторон зон СВЧ-нагрева, сушильная камера дополнительно содержит в центре каждой зоны СВЧ-нагрева Λ-образный рассекатель-отражатель, размещенный по всей ее высоте от стенки к стенке симметрично центральной оси сушильной камеры и перпендикулярно направлению излучению, при этом входы ввода сушильного агента в сушильную камеру ориентированы перпендикулярно к направлению перемещения зерна, а зона ввода сушильного агента расположена внутри Λ-образного рассекателя-отражателя, и ширина подошвы Λ-образного рассекателя-отражателя равна 0,1...0,2 длины зоны СВЧ-нагрева.
max
min
Λ-образный рассекатель-отражатель выполнен с возможностью изменения ширины подошвы от  до , где λ - длина волны СВЧ-генератора, ε - максимальная эффективная диэлектрическая постоянная среды в зоне СВЧ-нагрева, ε - минимальная эффективная диэлектрическая постоянная среды в зоне СВЧ-нагрева.
2
В Λ-образном рассекателе-отражателе отражаемая поверхность в сечении представляет параболу вида у=kx - где k=1,5...2,0, а у - координата от подошвы к вершине Λ-образного рассекателя-отражателя.
Объем бункера разгрузочного устройства превышает объем бункера загрузочного устройства более, чем в 20 раз, и бункер разгрузочного устройства снабжен ворошителем и устройством воздушного поддува.
Заявляемая зерносушилка соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость», так как техническое решение относится сельскому хозяйству, реализуется с помощью известных средств и отсутствует источник информации, в котором была бы описана заявленная совокупность существенных признаков.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображена конструкция заявляемой зерносушилки, на фиг.2 - разрез по А-А. На фиг.3 схематично показано расположение Λ-образного рассекателя-отражателя в зоне СВЧ-нагрева. На фиг.4 схематично показано распределение температурного градиента по ширине зоны СВЧ нагрева с Λ-образным рассекателем отражателем и без него. На фиг.1...4 цифрами и буквами обозначены:
1 - сушильная камера,
2 - Λ-образные короба отвода сушильного агента,
3 - Λ-образные короба подвода сушильного агента,
4 - загрузочное устройства с бункером,
5 - разгрузочное устройство,
6 - СВЧ-генераторы,
7 - Λ-образный рассекатель-отражатель,
8 - бункер разгрузочного устройства,
9 - вытяжной вентилятор,
10 - канал ввода сушильного агента,
11 - патрубок подвода сушильного агента,
12 - вентилятор охлаждения СВЧ-генераторов,
13 - вентилятор поддува бункера разгрузочного устройства,
14 - устройство поддува бункера разгрузочного устройства,
15 - ворошитель зерна бункера разгрузочного устройства,
16 - нагнетатель сушильного агента,
17 - теплообменник подогрева сушильного объекта,
18 - экранированные окна Λ-образных коробов отвода сушильного агента,
19 - радиопрозрачные заглушки СВЧ-излучающих рупоров магнетронов СВЧ-генераторов,
20 - канал подачи сушильного агента
21 - СВЧ-излучающие рупоры магнетронов СВЧ-генераторов,
«I» - зона отвода сушильного агента и удаления влаги,
«II» - зона СВЧ-нагрева,
В - ширина зоны СВЧ-нагрева,
b - ширина подошвы Λ-образного рассекателя отражателя,
Х1...Х4 - координаты горизонтальных сечений зоны СВЧ-нагрева,
Δ°С - температурный градиент.
max
min
Заявленная зерносушилка (фиг.1) содержит вертикальную сушильную камеру 1, которая по ходу движения высушиваемого материала разделена на зоны «I» отвода сушильного агента и удаления влаги с Λ-образными коробами 2, 3 и зоны «II» СВЧ-нагрева, загрузочное устройство 4 с бункером, установленное над сушильной камерой 1, разгрузочное устройство 5 с бункером 8, соединенное входом с выходом зерна из сушильной камеры 1, нагнетатель 16 сушильного агента (фиг.2), соединенный входом с открытой атмосферой, теплообменник 17 подогрева сушильного агента, соединенный входом с выходом нагнетателя 16 сушильного агента, канал 20 подачи сушильного агента в сушильную камеру 1, соединенный входом с выходом теплообменника 17, а выходами - со входами 10 ввода сушильного агента в сушильную камеру 1, СВЧ-генераторы 6, каждый из которых помещен в кожух с входным и выходным патрубками (на чертежах не показаны) и выполнен из нескольких, два и более, маломощных магнетронов, установленных на широких стенках сушильной камеры с противоположных сторон зон «II» СВЧ-нагрева. Сушильная камера 1 дополнительно содержит в центре каждой зоны «II» СВЧ-нагрева Λ-образный рассекатель-отражатель 7, размещенный по всей ее высоте от стенки к стенке симметрично центральной оси сушильной камеры и перпендикулярно направлению излучения, при этом входы ввода 10 сушильного агента в сушильную камеру 1 ориентированы перпендикулярно к направлению перемещения зерна, а зона ввода сушильного агента расположена внутри Λ-образного рассекателя-отражателя 7, и ширина подошвы b Λ-образного рассекателя-отражателя равна 0,1...0,2 ширины В зоны «II» СВЧ-нагрева (фиг.3). Загрузочное устройство 4 может иметь дозатор (на чертежах не показан). При использовании зерносушилки для сушки широкой номенклатуры зерновых культур высокой влажностью Λ-образный рассекатель-отражатель может быть выполнен с возможностью изменения ширины подошвы от  до , где λ - длина волны СВЧ-генератора, ε - максимальная эффективная диэлектрическая постоянная среды (зерновая культура + влага) в зоне «II» « СВЧ-нагрева, ε - минимальная эффективная
2
диэлектрическая постоянная среды в зоне «II» СВЧ-нагрева. Это может быть реализовано, если плоскости Λ-образного рассекателя-отражателя в вершине соединены шарнирно, а подошва раздвигается винтовой парой. Для лучшего согласования со средой в Λ-образном рассекателе-отражателе отражаемая поверхность в сечении может представлять параболу вида у=kx, где k=1,5...2,0 безразмерный коэффициент, а у - координата по вертикали от подошвы к вершине Λ-образного рассекателя-отражателя (фиг.3).
Из разгрузочного устройства 5 зерно шнеком или через шлюзовой заслон (на чертежах не показаны) поступает в бункер 8, где охлаждается до температуры близкой к окружающей среды и где в основном происходит удаление влаги с поверхности зерна. С этой целью объем бункера 8 превышает объем бункера загрузочного устройства 4 не менее, чем в 20 раз, и бункер 8 разгрузочного устройства 5 снабжен ворошителем 15 зерна и устройством 14 воздушного продува (фиг.2). СВЧ-генераторы 6 имеют систему воздушного охлаждения, включающую вентилятор 11 и воздуховоды 12. Для ускорения отвода сушильного агента насыщенного влагой от Λ-образных патрубков 2 может использоваться вытяжной вентилятор 9.
Заявленная зерносушилка работает следующим образом.
Вначале включается вентилятор 11 системы воздушного охлаждения магнетронов СВЧ-генераторов 6 и нагнетательный вентилятор 16 и теплогенератор 17. После такого включения в сушильную камеру 1 подается горячий воздух (на 10...20°С) и на магнетроны - холодный. Далее, при закрытом выходе из разгрузочного устройства 5, сушильная камера 1 через бункер загрузочного устройства 4 заполняется зерновой культурой (зерно пшеницы, кукурузы, семена подсолнечника и т.п.). Включается питание магнетронов СВЧ-генераторов 6. Магнетроны работают в импульсном режиме с временным разделением. Мощность СВЧ энергии регулируется длительностью импульса. Перед попаданием в зону «I» поток материала верхними кромками коробов 2 разделяется на несколько для более равномерного распределения материала в зоне «II» СВЧ-нагрева. В центре зоны «II» СВЧ-нагрева симметрично относительно центральной параллельной стенкам сушильной камеры 1 с СВЧ-генараторами 6 вертикальной плоскости размещен Λ-образный рассекатель-отражатель 7, во внутренний объем которого через входы 10 загоняется сушильный агент от теплогенератора 17. Насыщенный влагой горячий воздух в зоне «II» СВЧ-нагрева нивелирует колебания влажности, чем обеспечивается стабильность нагрузки магнетронов, а, следовательно, и надежность их работы. После заполнения сушильной камеры и включения питания магнетронов СВЧ-генераторов 6, открывается выход разгрузочного устройства 5 (например, шлюзовой затвор) настолько, чтобы бункер загрузочного устройства 2 заполнялся зерном не более чем на две трети. В сушильной камере 1 в зонах «II» СВЧ-нагрева материал нагревается СВЧ-энергией,
1
4
вырабатываемой СВЧ-генераторами 6, продувается горячим воздухом, поступаемым через подошву Λ-образного рассекателя-отражателя 7, от которого отраженная волна СВЧ-энергии способствует более равномерному распределению температурного градиента в зоне «II» СВЧ-нагрева, и под собственным весом опускается вниз через разгрузочное устройство 5 в бункер 8. С целью обеспечения равномерного нагрева по объему СВЧ-излучающие рупоры 21 ориентированы с боков по горизонтали (фиг.3). На фиг.4 схематично показано, как влияет наличие Λ-образного рассекателя-отражателя на равномерность температуры по ширине зоны «II» СВЧ-нагрева. Штриховая линия показывает распределения температурного градиента в горизонтальных плоскостях X...X при отсутствии Λ-образного рассекателя-отражателя, сплошная линия - при его наличии. Горизонтальные СВЧ-излучающие рупоры 21 вмонтированы в окна сушильной камеры 1 и закрыты радиопрозрачными заглушками 19 (фиг.2).
Заявленная зерносушилка, в сравнении с прототипом, имеет более высокое качество сушки, меньшие удельные энергозатраты и более высокую надежность. Это достигается за счет того, что:
- в зонах «II» СВЧ-нагрева размещены Λ-образные рассекатели-отражатели, в результате чего снижается температурная неравномерность и улучшаются условия СВЧ-нагрева за счет стабилизации параметров среды, зерно нагревается более равномерно;
- охлаждение СВЧ-генераторов осуществляется нагнетательной вентиляцией, в результате чего не только повышается отбор тепла от магнетронов и их источников питания, но и исключается возможность оседания пыли на теплоотводящие поверхности;
- отбор влаги с поверхности зерна осуществляется в бункере 8, емкость которого намного больше емкости бункера загрузочного устройства 4, что позволяет увеличить пропускную способность зерносушилки за счет разделения фаз нагрева и охлаждения и получить зерно с одинаковой влажностью.