Сверхвысокочастотная хмелесушилка с поярусно расположенными резонаторами
MICROWAVE HOP DRYER WITH TIERED RESONATORS

Предлагаемое изобретение может быть использовано в хмелеводческих хозяйствах для сушки свежеубранного хмеля с сохранением потребительских свойств.
Хмель возделывают в 25 странах. Валовый сбор хмеля в последние годы, например, в Чувашской Республике составляет 170-175 тонн, урожайность достигает 16-17 ц/га. Поэтому выпуск хмелесушилок включен в льготный перечень «Росагролизинг».
Задача сушки хмеля сводится к сохранению хорошего товарного вида, цвета и аромата, сохранению максимального количества компонентов горьких веществ (12-22%), дубильных веществ (2-5%) и эфирных масел (0,2-0,8%) для применения в пивоварении.
Для сушки используют калориферные сушилки и установки активного вентилирования. Хмелесушилки различных систем и конструкций различаются числом сушильных камер и числом ярусов сушильных сит, способом загрузки и выгрузки хмеля и вентилирования, типом топки. Применение циркуляции теплоносителя с помощью нагнетательной или вытяжной вентиляции увеличивает производительность хмелесушилок, но скорость теплоносителя должна быть не более 0,6 м/с. Обычно теплый воздух от калорифера поступает под нижний слой сушильной камеры.
Имеется хмелесушилка ПХБ-750, предназначенная для сушки и увлажнения до кондиционной влажности шишек хмеля. Для сушки используют нагретый воздух, а для отлежки часть отработавшего и дополнительного увлажненного воздуха [1].
Известно хмелесушилка ХС-400, предназначенная для сушки шишек хмеля конвективным способом, используя нагретый воздух [2]. Прототипом этой сушилки является ПХБ-750, но в хмелесушилке ХС-400 улучшена система вентиляции. Суммарное потребление энергии 20 ГДж на сушку 1 тонны хмеля, влажностью 75-82%. Температура сушильного воздуха не более 65°С, конечная влажность высушенного хмеля 6%, влажность кондиционированного хмеля 11%.
Недостатки. Конвективный способ сушки не обеспечивает сохранение потребительских свойств шишек хмеля в полной мере из-за неравномерного нагрева по сечению шишек. Градиент температуры направленный с поверхности к центру шишек противодействует градиенту влажности, направленный с центра шишек к периферии. Из-за этого шишки высушенного хмеля не везде имеют золотисто-зеленую окраску, смятые и раздробленные шишки хмеля превышают 15% массы.
Имеется авторское свидетельство №1220605 [3], где описаны технология и установка для сушку свежеубранного хмеля в электромагнитном поле высокой частоты (13,56 МГц, 27,12 МГц, 40,68 МГц). Установка обеспечивает поэтапное снятие влаги из шишек хмеля, находящихся в трех поярусно расположенных рабочих конденсаторах. Первый этап сушки происходит при напряженности электрического поля 0,05-0,07 кВ/см и температуре агента сушки 31-34°С.
Второй этап сушки происходит при напряженности электрического поля 0,1-0,2 кВ/см и температуре агента сушки 37-46°С, третий этап сушки - при напряженности электрического поля 0,2-0,3 кВ/см и температуре агента сушки 65-75°С.
Недостатки. Такая технология для обеспечения равномерной сушки хмеля с начальной влажностью 75-82% требует согласование высокой точностью толщины слоя, плотности сырья, скорости передвижения транспортеров и температуру нагрева сырья по ярусам. Высокочастотная установка с конденсаторной рабочей камерой работает в непрерывном режиме только при использовании шлюзового затвора.
Из анализа известных аналогичных технических решений выявлено, что технической проблемой в данной области является необходимость разработки сверхвысокочастотной (2450 МГц, 12,24 см) хмелесушилки непрерывно-поточного действия с магнетронами воздушного охлаждения для поэтапного съема влаги из шишек хмеля в поярусно расположенных объемных резонаторах.
Техничекий результат изобретения - сохранение потребительских характеристик высушенного хмеля при улучшении его микробиологических показателей и сокращении продолжительности процесса сушки.
Для решения технической проблемы и получения заявленного результата сверхвысокочастотная хмелесушилка с поярусно, расположенными резонаторами, содержит соосно и поярусно расположенные резонаторы в вертикально расположенном цилиндрическом экранирующем корпусе, выполненном из неферромагнитного материала, причем верхний и нижний резонаторы имеют полусферическую перфорированную форму, основаниями которых служат соответственно перфорированные неферромагнитные диски, являющиеся одновременно основаниями перфорированного резонатора, выполненного в виде тюбинга, внутри которого по горизонтальной оси расположен диэлектрический перфорированный диск, причем диски установлены на валу с возможностью регулирования по высоте, образуя между соответствующими резонаторами кольцевые щели, ширина которых обеспечивает прохождение шишек хмеля в продольном положении, при этом к верхнему полусферическому резонатору по центру прикреплен запредельный волновод с приемной емкостью, а к нижнему полусферическому резонатору прикреплен запредельный волновод с выгрузной емкостью, а на боковой поверхности экранирующего корпуса со сдвигом на 120° установлены магнетроны излучатели которых, направлены в резонатор в виде тюбинга, диаметром равным диаметру экранирующего корпуса, а излучатели от магнетронов, расположенных на основаниях экранирующего корпуса, направлены в соответствующие полусферические резонаторы.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено:
- фиг. 1 - пространственное изображение сверхвысокочастотной хмелесушилки, общий вид в разрезе;
- фиг. 2 - верхний полусферический перфорированный резонатор с приемной емкостью;
- фиг. 3 - перфорированный неферромагнитный диск;
- фиг. 4 - перфорированный резонатор в виде тюбинга;
- фиг. 5 - перфорированный диэлектрический диск;
- фиг. 6 - нижний полусферический перфорированный резонатор с выгрузным патрубком;
- фиг. 7 - цилиндрический экранирующий корпус с патрубками для ввода теплого воздуха и вывода для влажного воздуха.
Сверхвысокочастотная хмелесушилка с поярусно расположенными резонаторами содержит:
- цилиндрический экранирующий корпус из неферромагнитного материала 1;
- запредельный волновод 2 с приемной емкостью с заслонкой;
- магнетрон на верхнем полусферическом перфорированном резонаторе 3;
- верхний полусферический перфорированный резонатор 4;
- запредельный волновод-воздухоотвод 5;
- неферромагнитный перфорированный диск 6 (основание верхнего перфорированного полусферического резонатора);
- перфорированный резонатор из неферромагнитного материала в виде тюбинга 7;
- магнетроны на поверхности тюбинга 8;
- диэлектрический перфорированный диск 9;
- неферромагнитный перфорированный диск 10 (основание нижнего полусферического перфорированного резонатора);
- нижний полусферический перфорированный резонатор 11;
- электропривод дисков 12;
- запредельный волновод- выгрузной патрубок с заслонкой 13;
- магнетроны на поверхности нижнего полусферического перфорированного резонатора 14;
- запредельный волновод-воздуховод 15;
Сверхвысокочастотная хмелесушилка с поярусно расположенными резонаторами (фиг. 1-6) содержит соосно и поярусно расположенные резонаторы 4, 7, 11 в вертикально расположенном цилиндрическом экранирующем корпусе 1 из неферромагнитного материала. Основаниями верхнего 4 и нижнего 11 полусферических перфорированных резонаторов служат соответственно перфорированные неферромагнитные диски 6 и 10, являющиеся основаниями перфорированного резонатора 7 в виде тюбинга, внутри которого по горизонтальной оси расположен диэлектрический перфорированный диск 9, диаметром меньше диаметра тюбинга, а диаметры неферромагнитных дисков 6, 10 меньше диаметров полусферических резонаторов 4, 11. Ширина кольцевых щелей между соответствующими резонаторами и дисками больше продольного размера шишек хмеля и обеспечивает прохождение шишек хмеля в продольном положении. Диски 6, 9, 10 установлены с возможностью регулирования по высоте на вал, вращающийся от электродвигателя 12, расположенного на нижнем основании цилиндрического экранирующего корпуса 1. К верхнему полусферическому резонатору 4 по центру прикреплен запредельный волновод 2 с приемной емкостью, а к нижнему полусферическому резонатору 11 прикреплен запредельный волновод 13 с выгрузной емкостью и заслонкой. Излучатели от магнетронов 3, 14, расположенных на основаниях экранирующего корпуса 1, направлены в соответствующие полусферические резонаторы 4, 11. На боковой поверхности экранирующего корпуса 1 со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны 8, так, что излучатели направлены в резонатор 7 в виде тюбинга, диаметром равным диаметру экранирующего корпуса 1.
Процесс сушки свежеубранного хмеля происходит следующим образом. Закрыть заслонку в приемной емкости 2 и загрузить шишки хмеля. Включить электродвигатель 12, после чего все диски 6, 9, 10 начинают вращаться. Включить калорифер с вентилятором для подачи теплого воздуха (температура воздуха 65-75°С) через воздуховод 15 в цилиндрический экранирующий корпус 1. Закрыть заслонку выгрузного патрубка (в запредельном волноводе 13). Открыть заслонку в приемной емкости 2 для подачи сырья через запредельный волновод в верхний полусферический перфорированный резонатор 4. Включить сверхвысокочастотные генераторы (магнетроны 3, 8, 10). В процессе вращения дисков 6, 9, 10 шишки хмеля перемешиваются в щадящем режиме, подвергаются воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты, эндогенно нагреваются. Градиенты температуры, давления и влажности при диэлектрическом нагреве направлены с центра шишек к периферии, при этом выделенная влага с поверхности шишек испаряется за счет конвективного нагрева теплым воздухом. Отработанный влажный воздух через перфорированные резонаторы 4, 7, 11 и воздухоотвод 5 удаляется. Так как воздуховод 15 и воздухоотвод 5 расположены по диагонали на основаниях цилиндрического экранирующего корпуса 1, нагретый воздух проникает в слои шишек через поярусно расположенные перфорированные резонаторы. Происходит сушка свежеубранных шишек хмеля за счет диэлектрического и конвективного нагрева. Скорость нагрева шишек хмеля в верхнем полусферическом перфорированном резонаторе 4 ниже, чем в среднем резонаторе в виде тюбинга 7.
Частично нагретые шишки хмеля высыпаются через кольцевые отверстия между диском 6 и полусферическим резонатором 4 в перфорированный резонатор в виде тюбинга 7 и распределяются на поверхности перфорированного диэлектрического диска 9. Здесь в процессе вращения диска 9 шишки хмеля перемешиваются, подвергаются конвективному нагреву и воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) другой дозы, чем в верхнем полусферическом резонаторе 4, так как расположены три магнетрона со сдвигом на 120 градусов по периметру резонатора-тюбинга 7. Поверхностная влага испаряется за счет конвективного нагрева, влажный воздух удаляется через перфорированные резонаторы и воздухоотвод 5. Окончательное высушивание шишек хмеля происходит в нижнем полусферическом перфорированном резонаторе 11, куда с резонатора-тюбинга 7 сырье высыпается через кольцевое отверстие между неферромагнитным перфорированным диском 10 и поверхностью резонатора 11. Доза воздействия ЭМПСВЧ в этом резонаторе ниже, чем в резонаторе-тюбинге 7. Поярусное изменение скорости нагрева сырья в зависимости от влажности обеспечивает равномерный эндогенный нагрев шишек хмеля по сечению и сушку, тем самым сохранение его потребительских свойств.
Высушенные шишки хмеля удаляются через запредельный волновод 13, при открытии заслонки на определенную пропускную способность. Ведется контроль температуры и влажности в каждом резонаторе.
Использование микроволновой технологии сушки с применением конвективного способа испарения и удаления влаги из сушильной камеры позволяет сократить продолжительность процесса, сберечь ценные компоненты шишек.
Источники информации
1. Хмелесушилка ПХБ-750К. [Электронный ресурс]. Режим допуска: agro.ag>hmelesushilka konveernaya phb750k.html.
2. Хмелесушилка ХС-400. [Электронный ресурс]. Режим допуска: profibeer.ru>Пиво>…-vklyuchena-v-lgotnyj…
3. А.с. №1220605 (СССР). Установка для сушки сельскохозяйственных продуктов / Г.В. Зайцев, К.П. Майоров. П.В. Зайцев //Бюл. изобретений №12, 1986.