Устройство для сушки влагосодержащего сырья

Предлагаемое техническое решение относится к области сушки и может быть использовано для сушки влагосодержащего растительного сырья с меньшими затратами электрической энергии.
Известно устройство для сушки влагосодержащего растительного сырья, см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2451258, который выбран в качестве ближайшего аналога, прототипа, и который содержит:
теплоизолирующий металлический каркас прямоугольной формы с перфорированными металлическими листами прямоугольной формы, установленными с зазорами относительно внутренних боковых поверхностей теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы;
двустворчатые двери, герметично установленные на соответствующей (правой) торцевой поверхности теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы;
поддон для размещения в нем влагосодержащего растительного сырья, устанавливаемый внутри теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы;
воздухонагреватель, выполненный в виде калорифера, установленный внутри теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы и подсоединенный своим выходом к его внутренней полости зазора;
первый вентилятор, установленный внутри теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы, и подсоединенный своим выходом к входу калорифера и своим входом к внутренней полости зазора теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы;
второй вытяжной вентилятор, установленный в отверстии, выполненном в торцевой стенке теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы, и подсоединенный своим входом к внутренней полости теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы, а своим выходом к атмосфере;
датчик температуры, установленный внутри теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы;
датчик влажности, установленный внутри теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы и взаимодействующий своим входом с внутренней полостью теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы;
контроллер, установленный внутри теплоизолирующего металлического каркаса прямоугольной формы и подсоединенный своим первым входом к выходу источника сигналов задания, своим вторым входом к выходу датчика температуры, своим третьим входом к выходу датчика влажности, своими первым выходом к управляющему входу первого управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов калорифера, своим вторым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов первого вентилятора, своим третьим входом к управляющему входу третьего управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов второго вытяжного вентилятора, своим четвертым выходом к управляющему входу четвертого управляемого ключа, подсоединенного одним своим выходом к одному из входов привода, обеспечивающего открывание отверстия для выхода нагретого воздуха с выхода второго вытяжного вентилятора в атмосферу;
выключатель, подсоединенный своими соответствующими входами к выходам сети переменного напряжения и своими соответствующими выходами к соответствующим входам первого, второго, третьего, четвертого управляемых ключей и соответствующим входам калорифера, первого и второго вентиляторов и привода.
Общими признаками предлагаемого к патентованию технического решения и прототипа являются:
теплоизолирующий каркас;
двустворчатые двери, герметично установленные на соответствующей торцевой поверхности теплоизолирующего каркаса;
поддон для размещения в нем влагосодержащего растительного сырья;
воздухонагреватель, выполненный в виде калорифера,
первый вентилятор, подсоединенный своим выходом к входу калорифера;
второй вентилятор;
датчик температуры, взаимодействующий своим входом с нагреваемым воздушным потоком;
датчик влажности;
контроллер, подсоединенный своим первым входом к выходу источника сигналов задания, своим вторым входом к выходу датчика температуры, своим третьим входом к выходу датчика влажности, своим первым выходом к управляющему входу первого управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов калорифера, своим вторым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов первого вентилятора, своим третьим выходом к управляющему входу третьего управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов второго вентилятора и своим четвертым выходом к управляющему входу четвертого управляемого ключа;
выключатель, подсоединенный своими соответствующими входами к выходам сети переменного напряжения и своими соответствующими выходами к соответствующим входам первого, второго, третьего, четвертого управляемых ключей и к соответствующим входам калорифера, первого и второго вентиляторов.
Технический результат заключается в создании оптимальных, необходимых и достаточных режимов сушки влагосодержащего растительного сырья и в снижении затрат электрической энергии на создание заданного теплового режима в теплоизолирующем каркасе.
Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что на нагревание циркулирующего воздушного потока используется только часть поступающей электрической энергии, а значительная часть этой поступающей электрической энергии в известном решении расходуется на нагревание находящихся внутри теплоизолирующего металлического каркаса вентилятора, калорифера, контроллера, датчиков, и т.п.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство для сушки влагосодержащего растительного сырья, содержит теплоизолирующий каркас, воздухонагреватель, первый вентилятор, подсоединенный своим выходом к входу воздухонагревателя, второй вентилятор, датчик температуры, взаимодействующий своим входом с нагреваемым воздушным потоком, датчик влажности, контроллер, при этом внутри теплоизолирующего каркаса расположена герметичная камера с внутренними боковыми перфорированными листами, установленными с зазорами относительно внутренних боковых стен герметичной камеры, датчик влажности установлен внутри герметичной камеры, дополнительно устройство снабжено вспомогательным отсеком, внутри которого установлены контроллер, датчик температуры, воздухонагреватель, первый вентилятор, второй вентилятор, подсоединенный своим входом к внутренней волости герметичной камеры и соединенный своим выходом с воздухоохладителем, при этом контроллер подсоединен своими соответствующими входами к соответствующим выходам датчика температуры, датчика влажности и источника сигналов задания, а своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого управляемых ключей, обеспечивающих подачу переменного напряжения на входы воздухонагревателя, вентиляторов и воздухоохладителя.
Контроллер подсоединен своим первым входом к выходу источника сигналов задания, своим вторым входом к выходу датчика температуры, своим третьим входом к выходу датчика влажности, своим первым выходом к управляющему входу первого управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов воздухонагревателя, своим вторым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов первого вентилятора, своим третьим выходом к управляющему входу третьего управляемого ключа, подсоединенного своим выходом к одному из входов второго вентилятора, своим четвертым выходом к управляющему входу четвертого управляемого ключа, и выключатель, подсоединенный своими соответствующими входами к выходам сети переменного напряжения и своими соответствующими выходами к соответствующим входам первого, второго, третьего, четвертого управляемых ключей и к соответствующим входам воздухонагревателя, первого и второго вентиляторов. Вспомогательный отсек закреплен на внешней торцевой поверхности теплоизолирующего металлического каркаса.
Введение вспомогательного отсека, его закрепление на соответствующей внешней поверхности теплоизолирующего каркаса, введение воздухоохладителя и размещение его, воздухонагревателя, вентиляторов, датчика температуры и контроллера с источником сигналов задания внутри вспомогательного отсека позволяют, при подаче переменного напряжения сети 220 В через управляемые ключи на одни из входов и с выхода выключателя сетевого переменного напряжения 220 В на другие из входов воздухонагревателя, вентиляторов, воздухоохладителя и в соответствии с необходимыми сигналами задания, осуществить нагревание воздуха, поступающего из внутренней полости герметичной камеры через первый вентилятор на вход воздухонагревателя, и обеспечить подачу нагретого воздуха во внутреннюю полость герметичной камеры, который через перфорированные отверстия, выполненные в боковых стенках, воздействует на влагосодержащее растительное сырье и в соответствии с заданными параметрами сушки поддерживает внутри теплоизолирующего каркаса строго заданное значение температуры и осуществляет получение пара из влагосодержащего растительного сырья, который через второй вентилятор поступает из внутренней полости герметичной камеры на вход воздухоохладителя, который осуществляет его «утилизацию», обеспечивая, таким образом, снижение влажности внутри герметичной камеры до заранее заданной величины, свидетельствующей об окончании процесса сушки влагосодержащего растительного сырья и обеспечивающего при этом создание оптимальных, необходимых и достаточных режимов сушки влагосодержащего растительного сырья, а следовательно обеспечивает и высококачественную сушку влагосодержащего растительного сырья с меньшими затратами электрической энергии, так как вся электрическая энергия практически полностью расходуется только на нагревание воздушного циркулирующего потока и не расходуется на нагревание ранее находившихся внутри теплоизолирующего металлического каркаса контроллера, вентилятора, датчиков температуры и влажности и т.п. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Предлагаемое устройство для сушки влагосодержащего растительного сырья поясняется нижеследующим описанием примера выполнения конструкции и чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция устройства для сушки влагосодержащего растительного сырья, а на фиг. 2 представлена функциональная схема управления процессом сушки влагосодержащего растительного сырья.
Устройство для сушки влагосодержащего растительного сырья содержит:
внешний теплоизолирующий каркас, состоящий, например, из металлических листов, внутренняя поверхность которых покрыта теплоизолирующими слоями - 4, 5, 6, выполненными, например, из минеральной ваты, закрепленными на соответствующих поверхностях металлических листов (на чертеже не обозначены),
внутри теплоизолирующего каркаса расположена герметичная камера, выполненная, например, в виде боковых металлических листов - 1, 2, заднего торцевого металлического листа - 3, нижнего и верхнего металлических листов (на чертеже не показанных и не обозначенных) и соединенных между собой своими боковыми краями, например, посредством сварки и состоящая из двух перфорированных металлических листов - 7, 8 прямоугольной формы, установленных с зазорами - 9, 10 относительно внутренних поверхностей металлических боковых листов - 1, 2;
двустворчатые двери - 11 с ручкой - 12, герметично установленные на правой торцевой поверхности внешнего каркаса;
перфорированный поддон - 13 для размещения в нем влагосодержащего растительного сырья, устанавливаемый во внутренней полости герметичной камеры между внутренними поверхностями двух перфорированных металлических листов - 7, 8 на подставках - 14, (15);
вспомогательный металлический отсек - 16 с дверью - 17 и ручкой - 18, закрепленный одной из своих торцевых поверхностей внешней торцевой поверхности теплоизолирующего каркаса;
воздухонагреватель, выполненный, например, в виде калорифера - 19, установленного внутри вспомогательного металлического отсека - 16 и взаимодействующего своим выходом с внутренней полостью одного из зазоров - 10;
первый вентилятор - 20, установленный внутри вспомогательного металлического отсека - 16 и взаимодействующий своим входом с внутренней полостью другого из зазоров - 9, и подсоединенный своим выходом к входу калорифера - 19, через патрубок - 21 с заслонкой - 22, регулирующей подачу воздуха с выхода вентилятора - 20;
патрубок - 23 для удаления нагретого воздуха из внутренней полости герметичной камеры в окружающее пространство через заслонку - 24 и подсоединенный своим входом к внутренней полости патрубка - 21;
датчик - 25 температуры воздушного потока во внутренней полости герметичной камеры, установленный на соответствующем участке внешней поверхности корпуса входного патрубка - 21;
датчик - 26 влажности воздушного потока, находящегося во внутренней полости герметичной камеры и взаимодействующий своим входом с его внутренней полостью;
воздухоохладитель, выполненный, например, в виде металлического теплообменника - 27 и второго вентилятора - 28, подсоединенного своим входом к внутренней волости герметичной камеры и взаимодействующий своим выходом с соответствующим участком внешней поверхности теплообменника - 27, и расположенный внутри вспомогательного отсека - 16;
контроллер - 29, обеспечивающий управление процессом сушки влагосодержащего растительного сырья, установленный на соответствующем участке соответствующей внутренней поверхности вспомогательного отсека - 16 (см. фиг. 2) и подсоединенный своим первым входом к выходу источника-30 сигналов задания, своим вторым входом к выходу датчика - 25 температуры, своим третьим входом к выходу датчика - 26 влажности, своим первым выходом к управляющему входу первого управляемого ключа - 31, подсоединенного своим выходом к одному из входов калорифера - 19, своим вторым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа - 32, подсоединенного своим выходом к одному из входов первого вентилятора - 20, своим третьим выходом к управляющему входу третьего управляемого ключа - 33, подсоединенного своим выходом к одному из входов второго вентилятора, своим четвертым выходом к управляющему входу четвертого управляемого ключа - 34, подсоединенного своим выходом к одному из входов воздухоохладителя (теплообменника-27);
выключатель - 35, подсоединенный своими входами к сети переменного напряжения и своими выходами к соответствующим входам управляемых ключей - 31, 32, 33, 34 и к входам воздухонагревателя - 19, первого вентилятора - 20, второго вентилятора - 28, и воздухоохладителя (теплообменника - 27).
Предлагаемое устройство для сушки влагосодержащего растительного сырья работает следующим образом.
Во внутреннюю полость герметичной камеры размещают, например, перфорированный поддон - 13 с влагосодержащим растительным сырьем, и закрывают двустворчатые двери - 11.
Включают выключатель - 35 и обеспечивают подачу переменного напряжения через замкнутые контакты первого управляемого ключа - 31 на соответствующие входы воздухонагревателя - 19, через замкнутые контакты второго управляемого ключа - 32 на соответствующие входы вентилятора - 20, через замкнутые контакты третьего управляемого ключа - 33 на соответствующие входы второго вентилятора и через замкнутые контакты четвертого управляемого ключа - 34 на соответствующие входы воздухоохладителя (теплообменника-27).
В результате этого воздухонагреватель - 19 нагревается, а первый вентилятор - 20 направляет на вход воздухонагревателя - 19 поток воздуха из внутренней полости герметичной камеры, который также нагревается и с выхода воздухонагревателя - 19 поступает в зазор - 10, а затем через перфорированные отверстия, выполненные в металлическом листе - 8 во внутреннюю полость герметичной камеры и в зазор - 9. При этом нагретый поток воздуха воздействует на влагосодержащее растительное сырье и осуществляет постепенный процесс сушки.
При поступлении на второй вход контроллера - 29 с выхода датчика - 25 температуры сигнала о появлении критического значения температуры внутри теплоизолирующего каркаса, контроллер - 29 в соответствии с командами, поступающими с выхода источника - 30 сигналов задания и программой, записанной в блоке памяти контроллера - 29, на выходе - 1 и 2 формирует соответствующие сигналы, которые поступают на управляющие входы управляемых ключей - 31 и 32, и которые отключают напряжение питания воздухонагревателя - 19 и первого вентилятора - 20, и температура воздуха, внутри герметичной камеры, начинает снижаться, и при достижении заданного значения температуры на первом и втором выходах контроллера - 29 исчезают ранее сформированные сигналы. В результате этого управляемые ключи - 31 и 32 срабатывают и вновь обеспечивают подачу напряжения питания на входы воздухонагревателя - 19 и первого вентилятора - 20, и процесс сушки влагосодержащего растительного сырья продолжается до следующего момента повышения температуры воздуха, находящегося внутри герметичной камеры.
При этом при поступлении напряжения питания на входы воздухонагревателя - 19 и первого вентилятора - 20 происходит интенсивное выделение влаги из высушиваемого влагосодержащего растительного сырья и образование пара, который создает влажную среду внутри теплоизолирующего каркаса, поэтому с появлением пара, полученного из влагосодержащего растительного сырья, второй вентилятор - 28 осуществляет постоянную «перекачку» пара из внутренней полости герметичной камеры и обеспечивает подачу пара на вход воздухоохладителя (теплообменника - 27), который и осуществляет его утилизацию и обеспечивает таким образом и снижение влажности внутри теплоизолирующего каркаса, а при достижении заданного значения влажности, процесс сушки влагосодержащего растительного сырья прекращается, что свидетельствует об окончании процесса сушки влагосодержащего растительного сырья.
Выключателем - 35 производят отключение от сети переменного напряжения калорифера-19 и первого вентилятора - 20, открывают заслонку - 24, для выпуска остатков нагретого пара, находящегося внутри герметичной камеры, открывают двустворчатые двери - 11 и убирают высушенное влагосодержащее растительное сырье.
Таким образом, предлагаемое устройство для сушки влагосодержащего растительного сырья, за счет наличия вспомогательного отсека и воздухоохладителя, размещаемого внутри вспомогательного отсека и размещаемых внутри него калорифера, вентиляторов, датчика температуры и контроллера обеспечивают при минимально возможных затратах электрической энергии, создание внутри герметичной камеры необходимого оптимального теплового режима сушки влагосодержащего растительного сырья.