УСТАНОВКА ДЛЯ СВЧ-ОБРАБОТКИ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ ИЛИ МАТЕРИАЛОВ
PLANT FOR MICROWAVE TREATMENT OF LOOSE PRODUCTS OR MATERIALS

Изобретение относится к СВЧ-технике, а именно к установкам, предназначенным для тепловой обработки различных сыпучих продуктов или материалов, и может найти применение для этих целей в любой области промышленности, в том числе пищевой, перерабатывающей, ветеринарно-санитарной и других, а также в производстве сельскохозяйственной продукции.
Проблема состоит в том, что по мере сушки любого продукта традиционными тепловыми способами в первую очередь просыхают наружные слои. На поверхности вскоре образуется подсохшая корка, которая препятствует проникновению тепла внутрь продукта и выходу испаренной влаги наружу. Чем ближе влажность продукта к требуемой равновесной (обычно это 10-15%), тем сложнее и продолжительнее становится процесс сушки.
При внешнем нагреве изделия градиент температуры между его внутренними слоями всегда направлен к центру изделия и термодиффузия тормозит сушку. Главное же отличие микроволнового обезвоживания от традиционных способов сушки заключается именно в «объемности» нагрева: тепло проникает в продукт не с поверхности, а образуется сразу во всем объеме. При этом влага как бы выдавливается на поверхность, откуда ее легко можно снять потоком воздуха. Микроволновая сушка обладает еще и тем преимуществом, что у нее отсутствует передача тепла от нагревателя или теплоносителя, источником тепла является сам продукт.
Известна «СВЧ-установка для сушки сыпучих продуктов», содержащая камеру нагрева, многоэлементный транспортер для обрабатываемого материала, средства ввода СВЧ-энергии, ввода воздуха, ввода и вывода продукта, отличающаяся тем, что камера нагрева содержит три поэтапно расположенные нагревательные секции, многоэлементный транспортер выполнен в виде трех ленточных транспортеров, расположенных каждый в соответствующей нагревательной секции, при этом ленточные транспортеры соседних нагревательных секций выполнены с возможностью встречного направления движения, средства ввода СВЧ-энергии выполнены в виде волноводно-щелевых облучателей, установленных поперек и над ленточными транспортерами, и присоединены поочередно к двум группам СВЧ-генераторов, установленных на наружных боковых стенках камеры нагрева, средства ввода воздуха представляет собой окна, выполненные в нагревательных секциях и присоединенные к ним выходными концами вентилируемые воздуховоды охлаждения группы СВЧ-генераторов соответствующей нагревательной секции, при этом в первой и третьей, считая по ходу движения материала, нагревательных секциях установлены волноводно-щелевые облучатели, а вторая нагревательная секция присоединена к СВЧ-генераторам посредством окон связи, выполненных с одной или двух торцевых стенок нагревательной секции.
Патент РФ на изобретение №2050704, МПК: H05B 6/64, дата публикации: 20.12.1995. Известно «Устройство для сверхвысокочастотной сушки сыпучего материала», содержащее СВЧ-генератор, соединенный с камерой нагрева, загрузочный и разгрузочный туннели, присоединенные к камере нагрева, конвейер, состоящий из секций, образованных транспортером и пластинами прямоугольной формы, размещенными поперек транспортера, причем в устройство дополнительно введены СВЧ-генераторы, каждый СВЧ-генератор подключен через отрезок волновода к облучателю, установленному в камере нагрева над конвейером, в шахматном порядке, камера нагрева снабжена четвертьволновыми дросселями с поглотителем, размещенными на входе и выходе камеры нагрева.
Патент РФ на изобретение №2073961; МКИ: H05B 6/64; публ. 10.01.99 г.
Известно «Устройство для электромагнитной обработки сыпучих диэлектрических материалов», содержащее основной волновод, соединенный с СВЧ-генератором через подводящий волновод, расположенный перпендикулярно основному волноводу и подсоединенный к нему на одинаковом расстоянии от концов основного волновода, равном не менее одной длины волны в основном волноводе, и выполненную виде тонкостенной трубы из прозрачного материала для СВЧ-энергии камеру нагрева, соосно установленную в полости основного материала волновода и соединенную на противоположных концах с узлами загрузки и выгрузки, при этом основной волновод выполнен в виде объединенных друг с другом круглого волновода с внутренним диаметром основного волновода d, в котором выполнены две диаметрально расположенные продольные щели шириной t и длиной, равной длине круглого волновода, и двух равных половин продольно рассеченного в Е-плоскости прямоугольного волновода с внутренними поперечными размерами а и б, где а≥б.
Патент РФ на изобретение №2382529, МКИ: H05B 6/78 1/14; д. публ. 2010.02.20.
«СВЧ-печь конвейерного типа», содержащая по крайней мере один СВЧ-генератор, одну камеру нагрева, один ленточный транспортер и два шлюза, установленные на входе и выходе ленты транспортера из камеры нагрева, последняя выполнена многомодовой, корпуса шлюзов выполнены из металла и на внутренней поверхности выполнены пазы, отделенные друг от друга перегородками, имеющими вид зубчатых гребенок, при этом каждый шлюз содержит диэлектрическую трубу, установленную в корпусе шлюза неподвижно, отраженные шторки, установленные в полости диэлектрической трубы с возможностью поворота на своей оси, на расстоянии одна от другой, кратном ½ длины волны СВЧ-генератора.
Патент РФ на изобретение №2060600, МПК: H05B 6/64; д. публ. 1996.05.20.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения является «Установка для термической обработки сыпучих диэлектрических материалов», содержащая рабочую камеру, подключенную к СВЧ-генератору, загрузочное и разгрузочные устройства, размещенные диаметрально противоположно на стенках рабочей камеры, и транспортирующее устройство, при этом последнее установлено горизонтально и выполнено из радиопрозрачного материала, на поверхности которого по винтовой линии с разрывом установлены металлические лопатки из немагнитного материала с возможностью изменения угла наклона.
Патент РФ на изобретение №2311002, МПК: H05B 6/78; д. публ. 2007.11.20.
К недостаткам вышеописанных изобретений относятся сложность конструкций их устройств и трудности, возникающие при обслуживании подобных установок.
К техническому результату относится упрощение конструкции установки и обеспечение ее легкого обслуживания с сохранением надежности эксплуатации устройства за счет использования конструкции устройства с возможностью качания рамы с рабочей камерой относительно их горизонтальной оси и обеспечения транспортирующего устройства рабочей камеры лотками, установленными под разными углами наклона к горизонтальной плоскости и возможностью изменения этих углов в результате качания рамы с рабочей камерой установки.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что «Установка для СВЧ обработки сыпучих продуктов или материалов» содержит рабочую камеру, подключенную к СВЧ-генератору, загрузочное и разгрузочные устройства, размещенные диаметрально противоположно на верхней и нижней стенках рабочей камеры. Кроме того установка имеет транспортирующее устройство, выполненное из радиопрозрачного материала и установленное горизонтально с возможностью изменения угла наклона. Рабочая камера снабжена еще одним СВЧ-генератором и жестко закреплена на раме. На раме размещены с двух противоположных сторон в горизонтальной плоскости узлы соединения ее с неподвижным основанием. При этом узлы соединения выполнены подвижными для обеспечения возможности качания рамы вместе с рабочей камерой относительно их горизонтальной оси. Качание осуществляется с помощью системы привода, связанного в свою очередь с рамой. При этом транспортирующее устройство рабочей камеры выполнено в виде лотков, которые жестко закреплены на передней и задней стенках рабочей камеры в трех ярусах относительно друг друга по вертикальной оси. Верхний и нижний лотки установлены с наклоном под углом, который отличен от угла наклона среднего лотка относительно горизонтальной оси вращения. Ширина каждого лотка в горизонтальной плоскости поперек оси вращения равна ширине рабочей камеры. Длина каждого лотка в горизонтальной плоскости вдоль оси вращения выполнена по длине рабочей камеры относительно ее боковых стенок с зазором, который обеспечивает ссыпание обработанного продукта при качании устройства с одного яруса лотков на другой. Боковые стенки камеры снабжены дверцами для обеспечения доступа и вентиляции. Установка обеспечена пусковыми и приводными механизмами, контрольными и регулирующими приборами, а также пультом управления
Установка СВЧ-обработки продуктов или материалов поясняется чертежами.
Фиг.1 - установка СВЧ-обработки продуктов или материалов (схема вида спереди).
Фиг.2 - установка СВЧ-обработки продуктов или материалов (схема вида сбоку).
Фиг.3 - установка СВЧ-обработки продуктов или материалов (сечение рабочей камеры).
Фиг.4 - установка СВЧ-обработки продуктов или материалов (общий вид).
Установка согласно фиг.1, 2, 3 и 4 содержит: два СВЧ-генератора, каждый из которых снабжен магнетроном 1 и блоком его питания 2. Также рабочую камеру нагрева 3, подключенную к СВЧ-генератору, загрузочное 4 и разгрузочное 5 устройства, размещенные диаметрально противоположно на верхней и нижней стенках рабочей камеры 3. Рабочая камера 3 жестко закреплена на раме 6, соединенной с двух противоположных сторон с неподвижным основанием 7, при этом узлы соединения 8 выполнены с возможностью качания рамы 6 с рабочей камерой 3 относительно их горизонтальной оси. Транспортирующее устройство рабочей камеры 3 выполнено в виде лотков 9 из радиопрозрачного материала, которые жестко закреплены на передней и задней стенках рабочей камеры в трех ярусах относительно друг друга по вертикальной оси. Причем при необходимости лотки легко переустанавливаются в другое положение и может быть отрегулирован любой угол их наклона в зависимости от обрабатываемого продукта и необходимого интервала времени его нахождения на трех ярусах лотков и соответственно в зоне обработки. Установка проста в обслуживании и позволяет быстро заменить или изменить ее отдельные элементы. Верхний и нижний лотки 9 установлены с наклоном под углом, который отличен от угла наклона среднего лотка относительно горизонтальной оси вращения. Ширина каждого лотка 9 в горизонтальной плоскости поперек оси вращения равна ширине рабочей камеры 3. Длина каждого лотка 9 в горизонтальной плоскости вдоль оси вращения выполнена по длине рабочей камеры относительно ее боковых стенок с зазором, который обеспечивает ссыпание обработанного продукта при качании устройства с одного яруса лотков на другой. Боковые стенки камеры снабжены дверцами 10 для обеспечения доступа и вентиляции. На основании 7 выполнены элементы крепления 11. Установка обеспечена системой привода 12 для осуществления качания рамы 6 с рабочей камерой 3, пусковыми и приводными механизмами, контрольными и регулирующими приборами, а также пультом управления.
Принцип работы установки СВЧ-обработки продуктов или материалов заключается в следующем. После включения электропривода и вентиляции начинается движение рабочей камеры 3, как указано на фиг.2. Через верхнее загрузочное устройство 4 на лотки из радиопрозрачного материала 9 подается подлежащий обработке продукт. После этого с пульта управления включаются СВЧ-генераторы первый и второй. Под действием качания камеры 3 происходит перемещение обрабатываемого сыпучего материала, мелкие объекты которого скатываются и скользят по наклонной качающейся поверхности лотков 9 под действием силы гравитации и через нижний разгрузочный узел 5 попадают на расфасовку. В процессе прохождения обрабатываемый продукт, например макаронные изделия, досушивается до требуемого процентного содержания влаги 13-16%. В торце камеры сделаны дверцы для оперативного доступа внутрь 10. В качестве источников СВЧ-энергии для обработки сыпучих диэлектрических материалов использовался разработанный в институте микроволновый генератор, содержащий магнетрон, повышающий трансформатор, высоковольтный конденсатор и высоковольтный диод.
Установка может применяться для сушки сыпучих продуктов: зерно, крупа, макаронные изделия, сухофрукты, некоторые специи, сушеные грибы и т.п., а также для микроволнового воздействия на них с целью, например, дезинсекции и инактивации микроорганизмов. Очень эффективно воздействие на бобовые (фасоль, бобы, горох) для уничтожения зерновки или для профилактики заражения ею. Интересные результаты дает предпосевная микроволновая обработка семян зерновых и зернобобовых культур для повышения их всхожести и энергии прорастания.
Технические характеристики:
- Производительность (влажность 12-16%), кг/час: до 300;
- Установленная мощность, кВт/час: 4;
- Электропитание, В/Гц: 380/50;
2
- Минимальная занимаемая площадь, м, 3;
- Расход воды, л/мин: до 2;
- Габариты (ДШВ), мм: 1200×1000×1500.
Предложенная в качестве изобретения установка является конструктивно простой и легкой в обслуживании, а также надежной в эксплуатации, обеспечивающей при СВЧ-обработке сыпучих материалов или продуктов равномерный нагрев по всему объему обрабатываемого материала и высокую производительность процесса нагрева или сушки при относительно невысоком уровне потребляемой мощности и малых потерях СВЧ-энергии, то есть имеет возможность получения высокого качества нагрева или сушки обрабатываемого материала и высокий коэффициент полезного действия устройства.