СПОСОБ В.Г. ВОХМЯНИНА СУШКИ ВЛАГОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО В.Г. ВОХМЯНИНА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD BY V.G.VOKHMYANIN FOR DRYING MOISTURE-CONTAINING PRODUCTS AND DEVICE BY V.G.VOKHMYANIN FOR SUCH METHOD IMPLEMENTATION

Изобретение относится к средствам тепловой обработки влагосодержащих продуктов, преимущественно пищевых, и может быть использовано как в пищевой промышленности, так и в отдельных сельских хозяйствах для сушки овощей, фруктов, грибов, лекарственных трав и других продуктов.
Известны несколько основных способов тепловой обработки влагосодержащих продуктов, имеющих своей целью их высушивание или выпаривание. Наиболее распространенными из этих способов являются конвекционно-воздушный и инфракрасно-лучевой. Согласно первому из указанных способов высушиваемый продукт подвергают обдуву потоком сухого теплового воздуха. При этом нагрев воздуха производят с использованием разного вида нагревательных элементов, а формирование воздушного потока осуществляют, используя естественную тепловую конвекцию или создавая искусственное направленное движение воздуха с помощью вентилятора [Марчук Г.С. Многоступенчатая сушка косточек плодовых // Садоводство и виноградарство, 1986, № 11; Drying if sugar beet biber with hot air or superheated steam (Orving Technol). 1990, v.8, ; 4, p.767-779] Согласно второму из указанных способов высушиваемый продукт подвергают инфракрасному (ИК) облучению, в качестве источников которого используют разного вида нагревательные элементы излучающего типа [Конвейерная сушилка с кассетными электронагревателями // Достижения науки и техники АПК. 1988, № 3, с.44, 45].
В последние годы большое распространение получил способ сушки, использующий энергию СВЧ-излучения и получивший название СВЧ-сушки или микроволновой. Электромагнитные волны СВЧ-диапазона проникают внутрь высушиваемого материала глубже, чем волны ИК-диапазона, так как частота последних на три порядка выше. Это обеспечивает более равномерный по объему прогрев, а также совпадение градиентов температуры и влажности внутри высушиваемого продукта. Указанные особенности существенно ускоряют процесс сушки. В среднем процесс микроволновой сушки имеет примерно в четыре раза более высокую производительность, чем конвекционно-воздушная сушка [Использование микроволновой энергии в пищевой промышленности // Food Mauuf News. 1989, 16, № 3, p.28-29].
Известны так называемые комбинированные способы сушки, представляющие собой одновременное или последовательное в разных сочетаниях совместное применение процедур конвекционно-воздушного, инфракрасно-лучевого и микроволнового способов сушки [Патент США № 4622757, кл. F26B 3/347, 1986; Jolli P.G. Temperature controlled combined microwaveconvection drying / J. of Microwave Power. 1986, 21 (1), p.65-75].
Известны устройства, реализующие каждый из описанных выше способов как в их раздельном, так и в комбинированном применении.
Особый интерес представляет конвекционно-микроволновая печь [Патент США № 4940869, кл. H05B 6/72, 1991].
Известный комбинированный способ сушки [Jolli P.G. Temperature controlled combined microwaveconvection drying / J. of Microwave Power. 1986, 21 (1), p.65-75] заключается в том, что порцию высушиваемого продукта размещают в рабочей камере и подвергают ее микроволновому облучению, создаваемому СВЧ-генератором, с одновременным продувом через рабочую камеру потока горячего воздуха. Продуваемый воздух предварительно нагревают с использованием нагревательного элемента, в качестве которого могут быть использованы горелки, электрические нагреватели и т.п.
Известная конвекционно-микроволновая печь [Патент США № 4940869, кл. H05B 6/72, 1991] включает в себя теплоизолированную металлическую рабочую камеру, связанный с ней посредством волновода СВЧ-генератор и электронагревательный элемент, связанный с рабочей камерой посредством воздуховода с установленным в нем вентилятором.
Обрабатываемый продукт размещается в рабочей камере печи на нескольких горизонтально установленных полках. От СВЧ-генератора по волноводу через имеющиеся в задней стенке щелевые отверстия в камеру поступает энергия высокочастотного излучения, обеспечивающая нагрев обрабатываемого продукта. Одновременно размещенным под нижней металлической стенкой камеры электронагревательным элементом производится нагрев этой стенки и прилегающего к ней воздушного слоя. Поскольку естественная тепловая конвекция в объеме камеры затруднена горизонтально расположенными полками с обрабатываемым продуктом, прилегающий к нижней стенке рабочей камеры слой нагретого воздуха с помощью вентилятора подается в рабочую камеру несколькими направляемыми вдоль горизонтальных полок потоками. В результате обеспечивается одновременное воздействие на продукт СВЧ-излучения и горячего воздуха.
Недостатком известного способа [Jolli P.G. Temperature controlled combined microwaveconvection drying / J. of Microwave Power. 1986, 21 (1), p.65-75] и реализующего его устройства [Патент США N 4940869, кл. H05B 6/72, 1991] является сравнительно высокая энергоемкость процесса сушки, что связано главным образом с неизбежными энергетическими потерями из-за ограниченности КПД СВЧ-генератора, а также энергозатратами на нагрев воздуха, используемого для обдува высушиваемого продукта.
Известен способ сушки продукта за счет его продувки горячим воздухом и устройства реализующие его [Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М. «Химия». 1970 с.153-158; Мальтри в и др. Сушильные установки сельскохозяйственного назначения. М. «Машиностроение, 1979, с.473-476].
Указанные установки сложны в изготовлении и предназначены для сушки больших объемов продуктов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сушилка Суховей 5 поддонов, содержащая корпус с установленными в нем с промежутками друг от друга поддонами, на которые подается от теплогенератора горячий воздух [http://www.planetsad.ru/сушкаовощей_.]
В основе процесса сушки лежит принудительный обдув теплым воздухом, подаваемым мощным вентилятором в основании. Подаваемый воздух предварительно нагревается при помощи электрического теплонагревателя.
Недостатком указанного технического решения является неравномерность высушивания продуктов в поддонах, установленных на разной высоте. Например, при сушке разрезанных яблок, яблоки, расположенные в нижнем поддоне высыхают за 2 часа, а яблоки, расположенные в верхнем поддоне не высыхают и за 8 часов. Это связано с тем, что чем выше расположен поддон, в него поступает менее теплый, но более влажный воздушный поток.
Кроме этого, известное техническое решение имеет ограниченную область применения, так как требует для работы наличие электрической сети.
Техническим результатом, решаемым изобретением, является расширение области применения и обеспечение равномерности сушки по времени продуктов в различных поддонах.
Поставленный технический результат при сушке влагосодержащих продуктов, заключается в принудительном обдуве нагретым воздухом поддонов с продуктами, расположенных в корпусе устройства для сушки, обдув каждого поддона производят независимо от других поддонов с исключением попадания обдуваемого воздуха данного поддона в смежно расположенные поддоны.
Устройство для осуществления способа, содержащее корпус с расположенными в нем поддонами, теплогенератор, обеспечивающий обдув поддонов нагретым теплогенератором воздухом, при этом теплогенератор расположен под корпусом с поддонами, имеет поддоны изолированными друг от друга с исключением попадания нагретого обдуваемого воздуха данного поддона в смежно расположенные поддоны, дополнительно содержит входные патрубки по количеству, равному количеству поддонов для подачи нагретого воздуха на поддоны, а также выходные патрубки по количеству, равному количеству поддонов для вывода отработанного воздуха от поддонов, при этом каждый входной патрубок соединен отдельным воздуховодом с теплогенератором, при этом в качестве теплогенератора использована печь на твердом топливе, при этом каждый из воздуховодов выполнен в виде двух параллельных вертикальных участков, расположенных на разной высоте и соединенных друг с другом третьим участком, расположенным в верхней части топки печи горизонтально или под углом к вертикальным участкам большим 90°, при этом вертикальные части нижних воздуховодов расположены или вдоль вертикальной боковой наружной стенки печи, или вдоль вертикальной боковой наружной стенки топки, при этом при расположении воздуховода вдоль вертикальной внутренней боковой стенки топки нижняя часть воздуховода снабжена дополнительным горизонтально расположенным патрубком, соединяющим входное отверстие воздуховода с воздушной средой вне топки, при этом патрубки могут быть выполнены за одно целое с воздуховодами, при этом каждый входной патрубок в корпус с расположенными в нем поддонами установлен под поддоном, а каждый выходной патрубок из корпуса с поддонами установлен выше поддона, при этом на каждом воздуховоде может быть установлен регулятор проходного отверстия воздуховода, при этом на воздуховоды на участке перехода от теплогенератора к корпусу с расположенными в нем поддонами могут быть установлены быстроразъемные соединения, при этом каждое быстроразъемное соединение может быть выполнено в виде муфты, верхний конец которой жестко соединен с нижним концом соответствующего воздуховода, отходящего от корпуса с поддонами, а внутренняя часть муфты выполнена с возможностью свободного вхождения-выхода верхнего конца соответствующего воздуховода, идущего от теплогенератора, при этом в качестве воздуховодов могут быть использованы трубы, при этом в качестве выходного патрубка использованы щелевые вырезы, при этом в зоне расположения каждого поддона может быть расположен измеритель температуры, при этом третий участок каждого воздуховода может быть расположен под углом к его вертикальным участкам, равным 93-105°, при этом у смежно расположенных поддонов воздуховоды подведены с разных сторон.
Предлагаемый способ сушки влагосодержащих продуктов и устройство для его осуществления поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен теплогенератор в разрезе, в качестве которого использована печь на твердом топливе с расположением вертикальных части нижних воздуховодов вдоль вертикальной боковой наружной стенки печи; на фиг.2 - тот же теплогенаратор, что и на фиг.1, но с расположением вертикальной части нижних воздуховодов вдоль вертикальной боковой стенки топки печи; на фиг.3 - показана в разрезе камера с поддонами; на фиг.4 - камера с поддонами - вид сбоку; на фиг.5 - вид сверху на печь по фиг.1 и фиг.2 (без изображению трубы); на фиг.6 - один из вариантов выполнения быстроразъемного соединения воздуховодов, где позицией
1 показана печь на твердом топливе;
2 - поддувало печи;
3 - колосниковая решетка;
4 - топка;
5 - труба;
6 - камера с поддонами;
7 - поддоны;
8 - воздуховоды;
9 - быстроразъемное соединение;
10 - муфта;
11 - щелевые вырезы.
Устройство для сушки влагосодержащих продуктов состоит из теплогенератора, выполненного в виде печи, и корпуса 6 с расположенными в нем поддонами 7.
Теплогенератор, выполненный в виде печи 1 на твердом топливе, содержит поддувало 2, колосниковую решетку 3, топку 4, трубу 5.
Корпус 6 выполнен в виде секций, в которых с возможностью выемки через дверцы (на чертежах не показаны) установлены поддоны 7, дно которых выполнено, например, из металлической сетки. Секции теплоизолированны друг от друга.
Каждая секция корпуса 6 соединена соответствующим воздуховодом 8 (патрубкам воздуховодов на чертеже не присвоено обозначение) с теплогенератором, в качестве которого использована печь 1. Каждый из воздуховодов 8 выполнен в виде двух параллельных вертикальных участков, расположенных на разной высоте и соединенных друг с другом третьим участком, расположенным в верхней части топки печи горизонтально или под углом к вертикальным участкам, большим 90° (оптимальный угол 93-105°). Вертикальные части нижних воздуховодов 8 располагаются или вдоль вертикальной боковой наружной стенки печи, как это показано на фиг.1, или вдоль вертикальной боковой наружной стенки топки, как это показано на фиг.2.
Верхняя часть каждого воздуховода 8 соединена с соответствующей секцией корпуса 6 с пространством, расположенным под поддоном 7. Пространство же над каждым поддоном 7 через соответствующий щелевой вырез 11 соединено с атмосферой.
Для обеспечения заданной температуры в секциях корпуса 6 на каждом воздуховоде 8 установлен регулятор (на чертежах не показаны) проходного отверстия (вентиль или задвижка), а камеры корпуса 6 снабжены измерителями температуры (на чертежах не показаны).
На каждом воздуховоде 8 на участке перехода от теплогенератора 1 к корпусу 6 с расположенными в нем поддонами 7 установлено быстроразъемное соединение 9. Каждое быстроразъемное соединение 9 может быть выполнено в виде муфты 10, верхний конец которой жестко соединен с нижним концом соответствующего воздуховода 8, отходящего от корпуса 6 с поддонами 7. Внутренняя часть муфты 10 выполнена с возможностью свободного вхождения-выхода верхнего конца соответствующего воздуховода 8, идущего от теплогенератора 1. У смежно расположенных поддонов 7 воздуховоды 8 подведены с разных сторон. Все воздуховоды жестко закреплены к корпусу 6 и теплогенератору.
В качестве воздуховодов могут быть использованы трубы.
Отопительная печь 1 может быть изготовлена, в зависимости от назначения, или из кирпича (если она стационарная) или из металла (если она предназначена для работы в полевых условиях с постоянными перемещениями).
Корпус 6 камеры и воздуховоды 8 для исключения теплопотерь целесообразно изготовлять или из теплоизоляционного материала, или покрывать теплоизоляционным материалом.
В рабочее состояние устройство приводится путем установки корпуса 6 с поддонами 7 над печью с помощью быстроразъемных соединений 9 (в собранном виде устройство не показано).
Устройство работает следующим образом.
При работе теплогенератора 1, благодаря конвенционным потокам воздуха внутри воздуховодов 8, обеспечивается обдув поддонов 7 нагретым воздухом, который, проходя через поддоны 7, обеспечивает равномерную сушку влагосодержащих продуктов, находящихся в разных поддонах. Благодаря наличию регуляторов проходного отверстия воздуховодов, а также наличию в зоне расположения каждого поддона 7 измерителя температуры, обеспечивается возможность регулирования температуры воздуха, поступающего на обдув поддонов. Это дает возможность изменения температуры на разных этапах сушки.
Более широкая область применения и обеспечение равномерности сушки по времени влагосодержащих продуктов в различных поддонах является достоинством и преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.