Устройство для сушки сельскохозяйственной продукции

Полезная модель относится к сушильному оборудованию с применением инфракрасного (ИК) излучения и может использоваться для сушения (обезвоживания) сельскохозяйственной продукции растительного и животного происхождения, а также продуктов питания.
Наиболее близким по технической и технологической сущности аналогом, и принятое как прототип, является устройство для сушки пищевых продуктов (патент RU №2123252 A01F 25/12, A23L 3/40), включающее шкаф с отверстием в основании для прохода воздуха, перфорированную крышку, сетчатые лотки, установленные в корпусе горизонтально друг над другом с зазорами между стенками шкафа, и блоки электронагревателей, установленные в горизонтальной плоскости под каждым лотком, при этом каждый блок электронагревателей выполнен в виде рамки с закрепленными на ней электросопротивлениями, заключенные в корпусе из мулитокремнеземистой трубки и являющиеся инфракрасными излучателями, установлены параллельно друг другу на неподвижной рамке, а расстояние между электронагревателями в блоке составляет 0,15…0,16 ширины лотка. Так же шкаф содержит связанное с блоками электронагревателей устройство контроля и поддержания температуры, состоящее из датчика температуры, размещенного в центральной части шкафа. Датчик электрически связан с пультом управления устройства.
Устройство для сушки - прототип имеет следующие недостатки. Неподвижность электронагревателей относительно лотков с высушиваемым продуктом из-за значительной неравномерности теплового потока излучения на поверхность с продуктом, что характерно для трубчатого (линейного) источника потока инфракрасного излучения на плоскую поверхность, создает локальный деструктивный перегрев продукта и вызывает потерю его ценных для организма человека веществ как питательных, так и биологически активных, в частности витаминов, ухудшение органолептических качеств. Для вентилирования полости шкафа в процессе сушки в устройстве предусмотрено отверстие в основании шкафа и перфорация в крышке. Отсутствие в сушильном устройстве вытяжного вентилятора не позволяет управлять режимом конвекции в шкафу и соответственно не обеспечивает технологически достаточный для сушки тепло- и массообмен в высушиваемом продукте. Очевидно, что перечисленные недостатки прототипа характеризуют его как сушильное устройство низкотехнологичное, с низким качеством сушки продукта.
Задачей полезной модели является совершенствование устройства инфракрасной сушки сельскохозяйственной продукции растительного и животного происхождения, продуктов питания, с целью повышения качества сушки.
Указанная задача решается тем, что устройство для сушки сельскохозяйственной продукции, включающее шкаф с отверстием в основании для прохода воздуха и крышку, сетчатые лотки, установленные в шкафу горизонтально друг над другом, и трубчатые инфракрасные электронагреватели, размещенные между лотками, связанное с электронагревателями устройство контроля и поддержания температуры, согласно полезной модели дополнительно содержит инфракрасные излучатели трубчатой формы, установленные на подвижной каретке, снабженной управляемым приводом, и расположены так, что каждый лоток имеет над собой и под собой инфракрасный излучатель, при этом инфракрасные излучатели могут возвратно-поступательно перемещаться кареткой вдоль лотков, кроме того, на крышке шкафа установлен вытяжной вентилятор.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками полезной модели, являются наличие в устройстве для сушки шкафа с отверстием в основании для прохода воздуха и крышки, сетчатых лотков, установленных в шкафу горизонтально друг над другом, и трубчатых инфракрасных электронагревателей, размещенных между лотками, связанное с электронагревателями устройство контроля и поддержания температуры.
Отличительными признаками устройства для сушки сельскохозяйственной продукции от прототипа является то, что инфракрасные излучатели трубчатой формы установлены на подвижной каретке, снабженной управляемым приводом, и расположены так, что каждый лоток имеет над собой и под собой инфракрасный излучатель, при этом инфракрасные излучатели могут возвратно-поступательно перемещаться кареткой вдоль лотков, кроме того, на крышке шкафа установлен вытяжной вентилятор.
Совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает устранение недостатков прототипа и является необходимым и достаточным условием для достижения технического результата - повышения качества сушки сельскохозяйственных продуктов растительного и животного происхождения, а также продуктов питания инфракрасными лучами в закрытой камере (шкафу).
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где на Фиг. 1 показана схема поперечного разреза устройства для сушки сельскохозяйственной продукции растительного и животного происхождения, а также продуктов питания, на Фиг. 2 показан схематичный вид сверху устройства для сушки.
Устройство для сушки сельскохозяйственной продукции содержит шкаф 1 в основании 2, для прохода воздуха которого имеются отверстия 3, на крышке 4 шкафа 1 установлен вытяжной вентилятор 5, а также дверцы (на схеме не показаны). В шкафу 1 горизонтально друг над другом устанавливаются сетчатые лотки 6, на которые раскладывается продукт для сушки (например, ягоды, нарезанные ломтиками фрукты, овощи или мясо, траву, соцветия). Каждый лоток 6 имеет над собой и под собой трубчатые инфракрасные излучатели 7, например выполненный из фехралевой спиральной проволоки, помещенной в кварцевую трубку диаметром 12 мм и длиной 1000 мм. Инфракрасные излучатели 7 установлены на подвижной каретке 8, снабженной управляемым приводом 9 (на схеме показан условно) в виде реверсивного мотора-редуктора, например модель РД-09. Подвижная каретка 8 опирается на ходовые ролики 10 и перемещается по направляющим 11. Для ограничения пути движения каретки 8 на направляющих 11 установлены концевые переключатели 12. В срединной части лотка 6 среднего по высоте шкафа 1 размещена контактная проволочная термопара 13, например хромель-алюмель с открытым спаем диаметром 0,4 мм. Термопара соединена электрической связью 14 с электронным блоком управления 15 температуры нагрева продукта.
Устройство для сушки сельскохозяйственной продукции работает следующим образом. На сетчатые лотки 6 слоем размещают высушиваемый материал, например ягоды, нарезанные ломтиками фрукты, овощи или мясо, или траву, соцветия. Лотки 6 устанавливают в шкафу 1 устройства. Для контроля температуры процесса сушки в продукт помещают термопару 13 (рабочий спай термопары погружают в поверхностный слой высушиваемого продукта на глубину 2-3 мм). Термопара 13 соединена с контроллером блока управления 15, отключающим электропитание излучателей 7 при достижении температуры заданного значения температуры, например 65°С, и включающим электропитание излучателей при снижении температуры на заданную величину, например на 1°С. Включают вытяжной вентилятор 5, излучатели 7 и привод 9 каретки 8. Каретка 8 с излучателями 7 перемещается возвратно-поступательно по направляющим 11 вдоль лотков 6. Возвратно-поступательное движение каретке 8 выполняется реверсивным мотором-редуктором (на схеме не показан) привода 9 и концевыми переключателями 12. При этом осуществляется периодическое воздействие потоком сосредоточенного тепла на слои высушиваемого продукта сверху и снизу, что обеспечивает высокую степень равномерности его нагрева на всех лотках. Нагреваясь, высушиваемый продукт испаряет из себя влагу, которая выносится за пределы камеры 1 вытяжным вентилятором 5 вместе с проходящим сквозь лотки 6 воздухом, поступающим в камеру 1 через отверстия 3 в основании 2 шкафа 1. Равномерность нагрева продукта на всех лотках 6 обеспечивает корректную оценку теплового состояния высушиваемого продукта, размещенного на поверхностях всех лотков и во всех частях этих поверхностей, контролем температуры в одной точке внутреннего пространства шкафа - в срединной части лотка 6 среднего по высоте шкафа 1. Готовность продукта сушки оценивают по остаточной влажности части высушиваемого продукта, взятого со среднего по высоте шкафа 1 лотка 6.
Частота и продолжительность периодов воздействие потоком сосредоточенного тепла на слои высушиваемого продукта задается скоростью движения каретки вдоль лотков устройства.
Технико-экономические преимущества устройства, которое заявляется, по сравнению с ближайшим аналогом состоит в том, что выполненное усовершенствование устройства инфракрасной сушки обеспечивает контролируемое высокое качество сушки сельскохозяйственной продукции растительного и животного происхождения, продуктов питания за счет получения высокой степени равномерности нагрева высушиваемого продукта во внутреннем пространстве сушильного шкафа путем периодического воздействия потоком сосредоточенного тепла на слои высушиваемого продукта сверху и снизу.
Пример. В экспериментальном сушильном устройстве с периодическим подводом сосредоточенного тепла к материалу выполнена сушка закрытых шишек сосны крымской для получения высококачественного посевного материала - семян сосны крымской. Изготовленное экспериментальное сушильное устройство содержало 2 сетчатых лотка размерами 1000×1000 мм каждый. Высота рамки лотка составляет 20 мм. Лотки расположены на высоте 100 мм друг от друга. Над и под лотками были размещены инфракрасные излучатели, выполненный из фехралевой спиральной проволоки, установленной в кварцевую трубку диаметром 12 мм и длиной 1000 мм. Тепловая мощность излучателя составляет 1000 Вт. Инфракрасные излучатели были установлены на подвижной каретке, возвратно-поступательно перемещающейся вдоль лотков по направляющим. Привод каретки - электрический мотор-редуктор РД-09 мощностью 200 Вт с частотным регулятором, обеспечивающим скорость движения каретки 0,75 м/с.
На лоток выкладывали (5…6) кг закрытых шишек, распределяя их по поверхности лотка в 1,5-2 слоя. Время сушки, позволяющее достичь полного раскрытия всех шишек и получить до 95% имеющихся в шишках семян, составило (5,5…6) часов, что определило затраты электроэнергии на процесс сушки 7,2 кВт⋅ч. Во время эксперимента температура поверхностей шишек не превышала 36°С. Это обеспечило сохранность репродуктивных способностей семян. При этом наблюдали бактерицидный эффект воздействия инфракрасного излучения: полученные семена были очищены от микрофлоры (на помещенных в питательную среду семенах не наблюдали роста колоний бактерий). Высаженные в почву семена дали 100% всхожесть.
На Фиг. 3 приведена термограмма поверхности слоя шишек в процессе сушки, полученная тепловизором Testo 882 с матрицей размером 320×240 пикселей. На Фиг. 4 приведено фотографическое изображения термометрируемых шишек.