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Procédé de séchage diéleatrique et installation de séchage
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¯¯¯¯¯¯¯¯¯..¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯.¯¯¯¯¯¯¯¯¯, pour la mise en pratique de ce procédé.
L'invention concerne un procédé de séchage diélectrique combiné avec un séchage à air chaud ainsi que l'installation pour la mise en pratique de ce procédé, dans lequel on em- ploie l'air de refroidissement des tubes oscillateurs élec- troniques pour le chauffage du voisinage du condensateur de séchage.
Pendant le séchage diélectrique, l'air enveloppant l'ob- jet à sécher ne sert pas au transfert de la chaleur vers l'in- térieur de ce dernier, mais à l'évacuation de l'eau de sa surface. Le séchage diélectrique peut donc s'effectuer dans les conditions atmosphériques normales. Pendant le séchage de l'objet avec une teneur en humidité dépassant 10 à 15%, l'air à la température normale n'est toutefois pas capable,
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la plupart du temps, d'enlever toute l'eau qui se présente à la surface de l'objet séché, de sorte qu'il se produit une accumulation d'eau dans les couches superficielles de celui-ci et que le point de rosée de l'air est atteint.
La condensation de vapeur à la surface de l'objet et éven- tuellement sur.l'installation de séchage, non seulement di- minue le rendement et la qualité de celui-ci, mais peut éga- lement être la cause de perturbations dans le fonctionnement.
Ces phénomènes limitent donc souvent l'application du chauf- fage diélectrique en général.
En pratique, on utilise donc de plus en plus le procédé 'de séchage diélectrique en combinaison avec le séchage par l'air chaud. Afin que l'air puisse évacuer l'importante quan- tité horaire de vapeur qui apparaît pendant le séchage dié- lectrique, il est nécessaire d'employer une quantité d'éner- @ gie suffisante. Environ 30 à 40% de l'énergie nécessaire pour l'échauffement proprement dit de l'eau et sa transforma- tion en vapeur sont indispensables. Quand on emploie l'éner- gie électrique pour l'échauffement supplémentaire de l'air, les dépenses en énergie sont donc augmentées et cette combi- naison ne peut être économique que pour une gamme limitée de @ matières premières.
Quand on emploie une source de chaleur rédiduelle, par exemple de la vapeur d'eau résiduelle, on obtient une installation de chauffage dépendant de deux sour- ces énergétiques différentes. On perd ainsi les avantages importants du chauffage diélectrique, comme par exemple la préparation instantanée, réchauffement sans inertie et la dépendance directe entre l'énergie absorbée et la quantité de matière séchée. Dans les cas où il est nécessaire de choi- sir cette combinaison, 1'échauffement se fait d'habitude en deux sections séparées où s'effectuent un échauffement dié- lectrique indépendant et un échauffement à la vapeur indépen-
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dant. A cet effet, une surface de travail à peu près dou- ble est nécessaire.
En admettant une excitation correcte des tubes électro- niques, le mode de fonctionnement de ceux-ci dans l'installa- tion de séchage diélectrique est réglé en principe par deux paramètres différents : la résistance de charge et la tension anodique. La résistance de charge s'utilise comme paramètre variable dans les opérations de séchage périodiques, tandis que la matière reste au repos pendant l'opération. La ten- sion anodique variable s'utilise dans les procédés de sécha- ge continu où, pendant le séchage, la matière passe par plus d'une section.
La résistance de charge des matières séchées par voie diélectrique se modifie pendar. le séchage de manière typi- que. Son allure se rapproche de la forme en V, avec un mini- mum émoussé qui correspond plus ou moins à la quantité d'eau contenue dans la matière séchée. Une chute de la résistance de charge dans la première phase du chauffage est provoquée par un facteur de résistance thermique négatif de l'eau et un accroissement dans la seconde phase, par une diminution de l'eau sortant de l'objet séché sous forme de vapeur. La grandeur de la résistance doit être adaptée à une valeur con- venant pour le tube électronique. On applique donc les me- sures connues, indiquées par la théorie du transfert de lté- nergie à haute fréquence.
On emploie souvent, par exemple, dans les installations de séchage, un réglage par écartement des électrodes du condensateur de séchage. Afin de réduire à un minimum les variations de la résistance de charge, le condensateur de chauffage doit être inséré dans un circuit spécial associé à un circuit oscillateur, la plupart du temps inductivement, avec un couplage variable. La résistance de charge est, au début du processus de séchage, réglée de telle
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façon qu'elle ne sorte pas des limites désirées pendant l'o- pération afin d'obtenir en moyenne le rendement maximum de la transformation et du transfert de l'énergie,
La vitesse d'échauffement est réglée au moyen de la ten- sion anodique. Sa valeur est réglée suivant les exigences du séchage.
On l'emploie comme paramètre variable dépendant ' dans le séchage continu, quand les diverses sections fonc- tionnent avec des vitesses d'échauffement différentes. Si l'un des paramètres variables, soit la résistance de charge, soit la.résistance anodique, se modifie, le rapport de l'é- nergie à haute fréquence cédée à l'objet séché et de l'éner- gie perdue dans le tube électronique se modifie en conséquen- ce.
Pour le refroidissement des tubes électroniques dans les installations de séchage diélectri que, on emploie des systèmes de refroidissement fournissant une quantité conatan- te de fluide refroidisseur, suffisante pour le refroidisse- ment de l'anode des tubes électroniques, même dans les cas ' les plus défavorables. Les difficultés de l'emploi de cette énergie résiduelle proviennent du fait que la température du ' fluide fluctue et se modifie en fonction de la puissance à haute fréquence de la source de courant.
Si la perte à l'a- node est faible et si le fluide de refroidissement est l'air, par exemple, il ne suffit pas, au moment où la vaporisation maximum se produit, que l'énergie de récupération porte l' air à une température telle qu'il absorbe la vapeur sortant de la surface de l'objet séché.
Suivant l'invention, ces inconvénients sont éliminés du fait qu'on emploie pour le séchage proprement dit l'air de refroidissement des tubes oscillateurs électroniques, tandis qu'on choisit le régime de fonctionnement des tubes oscillateurs de manière qu'au début du processus de séchage,
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la proportion d'énergie destinée au chauffage de l'air de refroidissement employé pour le séchage augmente avec la diminution de la résistance de charge des tubes.
Le condensateur de chauffage est inséré directement dans le circuit oscillant et on choisit les conditions de fonc- tionnement de telle façon que l'énergie qui peut être em- ployée pour la vaporisation de la surface de l'objet séché corresponde à l'énergie à haute fréquence employée pour ré- gulariser la quantité de vapeur d'eau se présentant sur la surface de l'objet, c'est-à-dire que l'énergie pouvant s'em- ployer à l'échauffement de l'air soit maximum dans la phase d'échauffement où se produit la vaporisation maximum.
La partie électronique de l'installation de chauffage diélectrique avec utilisation de l'air de refroidissement des tubes oscillateurs pendant le processus de séchage pro- prement dit a la forme d'un caisson sous pression 11 et fait corps directement avec l'installation de séchage 12 propre- ment dite. L'alimentation électrique 19 des électrodes prend en même temps la forme d'une conduite d'air pour l'éva- cuation de l'air humide de l'installation de séchage propre- ment dite..
Le montage du condensateur de chauffage dans le circuit oscillant, c'est-à-dire de la résistance de charge directe- ment vers l'anode des tubes oscillateurs, est important , du fait que, d'une part, les variations de la perte à l'ano- de pendant le séchage sont suffisamment grandes pour fournir également l'énergie de pointe nécessaire à réchauffement de l'air et que, d'autre part, elles puissent être appliquées nettement en fonction directe de la puissance à haute fré- quence.
Le principe du procédé de l'invention et de l'installa- tion est visible aux figures 1 à 6. La figure 1 représente
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les relations entre l'énergie à haute fréquence fournie à L'objet séché et l'énergie perdue dans le tube électronique.
La résistance de charge variable Rz ou la tension anodique variable U20 est portée en abscisse et la puissance P en or- donnée. La courbe 1 concerne la puissance fournie au tube électronique, la courbe 2 la puissance à haute fréquence cé- dée à l'objet séché ; la surface hachurée représente la puis- sance perdue à l'anode du tube électronique. Cette puissan- ce est également désignée sous le nom de perte anodique.
La figure 2 montre le montage de la bobine oscillante 3 et du condensateur oscillant 4. Ce dipôle est raccordé par une extrémité à l'anode du tube électronique et par la seconde extrémité, à la cathode de celui-ci. Suivant l'in- vention, le condensateur oscillant 4 est en même temps un condensateur de chauffage.
La figure 3 montre la disposition du montage où 5 est ;le circuit anodique oscillant, 6 la bobine oscillan- te, 7 le condensateur de chauffage, 9 le tube électronique, 9 l'anode du tube électronique et 10, la cathode de celui-ci.
La figure 4 représente les caractéristiques des opéra- tions de séchage périodiques.
La figure 5 montre les caractéristiqueb du séchage con- tinu, où la matière passe dans deux ou plusieurs sections de chauffage disposées en série et alimentées par des sour- ces d'énergie indépen dantes.
La figure 6 montre la disposition du montage d'un cir- cuit à résonance, qui représente en même temps l'installa- tion de séchage avec le condensateur de chauffage. 11 dési- gne la partie électronique sous la forme d'un caisson sous pression, dont l'air échauffé est transféré par les condui- tes 5 dans la partie de séchage 12, située à côté. La par- tie de séchage 12 représente en même temps le circuit anodi-
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que,à résonance formé comme cavité résonante avec capacité variable 17 servant comme condensateur de chauffage propre- ment dit. 16 désigne, à la figure 6, l'installation de transport appropriée sur laquelle la matière séchée 18 est introduite dans la section de chauffage.
Le mouvement de l'air dans la partie électronique et dans la partie de sé- chage est indiqué. par des flèches. L'air est amené par le culot du tube électronique 14, de forme appropriée, et chauf- fe le tube électronique 13, puis arrive dans la partie de séchage où il balaie dans le sens de l'écoulement et en sens inverse le produit séché et s'évacue par la canalisa- tion qui constitue en même temps l'alimentation électrique des électrodes.
Le point de départ du fonctionnement A, qui correspond à la résistance de charge Rzl (qui peut être réglée par exemple par la course de l'électrode du condensateur de chauffage), est choisi 'au voisinage du maximum, sur le flanc gauche de la courbe 2, de manière que l'énergie à haute fré- quence cédée à la matière séchée soit importante et que l'é- nergie d'échauffement de l'eau soit faible. Dans la premiè- re phase du séchage, quand l'eau s'échauffe dans l'objet à sécher, la résistance de charge tombe par exemple à la va- leur Rz2. Le point de fonctionnement se déplace par paliers jusqu'au point B. La proportion de l'énergie transformée en chaleur augmente à l'anode du tube électronique. Elle est maximale au moment où se produit la vaporisation la plus forte.
Progressivement, à mesure que l'eau disparaît de l'ob- jet séché, la résistance de charge recommence à augmenter.
Le point de fonctionnement revient vers le point A, de sor- te que la proportion d'énergie à haute fréquence augmente et que l'énergie cédée à l'anode du tube électronique dimi- nue. Cette phase correspond au séchage final de l'objet et
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la vaporisation est déjà réduite.
Si à l'entrée dans la section de chauffage, la régie- tance de charge atteint la valeur Rzl et si elle atteint à la sortie la valeur Rz2, on choisit la tension de fonctionne- ' ment U de manière que pour la valeur moyenne RzI = (Rz1+Rz2)1/2 la perte à l'anode corresponde aux exigences de l'état de l'air chaud. Les figures 5a à 5c représentent les pointa de fonctionnement de trois sources d'énergie en service dans la même section de séchage.
Les valeurs moyennes des résistances de fonctionnement dans les diverses sections sont; désignées par RZI, RzII et RzIII Le point UacI correspond à la première section de chauffage dans laquelle l'énergie à haute fréquence fournie se transforme pour réchauffement de l'eau dans la matière séchée et où la vaporisation reste encore limitée, le point UaoII correspond à la deuxième sec- tion de chauffage, où se produit la vaporisation maximum et où l'on doit recevoir une quantité d'énergie importante pour l'échauffement de l'air, et le point UaoIII correspond à la troisième section de chauffage, où le séchage de la matière arrive à sa fin et où doit s'évacuer une quantité de vapeur relativement faible.
Le mode de fonctionnement indiqué ci-dessus et la dis- position du montage ne peuvent se réaliser que si les tubes oscillateurs électroniques sont refroidis par l'air. Afin d'empêcher l'irruption de la vapeur d'eau sortant de l'ins- tallation de séchage dans la partie électronique, il est né- cessaire d'installer les tubes électroniques dans une chambre où la pression est supérieure à celle régnant dans la partie de séchage proprement dite. Ceci est obtenu en enfermant les tubes électroniques dans un caisson spécial, étanche à l'air, de manière à assurer, d'une part, dans la partie électroni que, une surpression déterminée et, d'autre part, une venti-
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lation complète de la partie de séchage proprement dite.
Il est avantageux d'employer, pour l'évacuation de l'air, la partie centrale de la conduite creuse, parce que l'air est amené au voisinage immédiat de l'objet séché, qu'une section suffisamment grande est disponible, que la ventilation eet assistée par le tirage naturel et que le débouché de l'air à l'extérieur ne présente aucune difficulté du, point de vue électrique. Il est nécessaire de raccorder le caisson élec- tronique directement à l'installation de séchage proprement dite, afin d'empêcher un refroidissement'de l'air échauffé qui est utilisé pour le séchage supplémentaire.
REVENDICATIONS
1. Procédé de séchage diélectrique avec utilisation de l'air de refroidissement d'un tube oscillateur pour le pro- cessus de séchage proprement dit, caractérisé en ce que le régime de fonctionnement des tubes oscillateurs est choisi de telle façon qu'au début du processus de séchage, la pro- portion d'énergie @tilisée au chauffage de l'air frais em- ployé pour le séchage augmente avec la diminution de la ré- sistance de charge du tube électronique.
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Dielectric drying process and drying installation
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¯¯¯¯¯¯¯¯¯..¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯, for the practice of this process.
The invention relates to a dielectric drying process combined with hot air drying as well as to the installation for the practice of this process, in which the cooling air of the electronic oscillator tubes is used for heating. in the vicinity of the drying condenser.
During dielectric drying, the air enveloping the object to be dried does not serve to transfer heat to the interior of the latter, but to evacuate water from its surface. Dielectric drying can therefore be carried out under normal atmospheric conditions. During the drying of the object with a moisture content exceeding 10-15%, air at normal temperature, however, is not capable,
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most of the time, to remove all the water that is present on the surface of the dried object, so that there is an accumulation of water in the surface layers of this one and that the dew point air is reached.
The condensation of steam on the surface of the object and possibly on the drying installation, not only reduces the efficiency and the quality of the latter, but can also be the cause of disturbances in the drying system. operation.
These phenomena therefore often limit the application of dielectric heating in general.
In practice, therefore, the dielectric drying process is increasingly used in combination with hot air drying. In order for the air to be able to evacuate the large hourly quantity of steam which occurs during dielectric drying, it is necessary to use a sufficient quantity of energy. About 30 to 40% of the energy required for the actual heating of the water and its transformation into steam is essential. When electric power is used for additional heating of the air, the energy expenditure is therefore increased and this combination can only be economical for a limited range of raw materials.
When a residual heat source is used, for example residual water vapor, a heating system is obtained which depends on two different energy sources. The important advantages of dielectric heating are thus lost, such as, for example, instantaneous preparation, heating without inertia and the direct dependence between the energy absorbed and the quantity of dried material. In cases where it is necessary to choose this combination, the heating is usually done in two separate sections where independent dielectric heating and independent steam heating take place.
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before. A roughly double working surface is required for this.
Assuming correct excitation of the electronic tubes, the mode of operation of these in the dielectric drying plant is in principle regulated by two different parameters: the load resistance and the anode voltage. The load resistance is used as a variable parameter in periodic drying operations, while the material remains at rest during the operation. The variable anode voltage is used in continuous drying processes where during drying the material passes through more than one section.
The resistance of load of the materials dried by dielectric way changes during. drying typically. Its appearance is similar to the V-shape, with a blunt minimum which corresponds more or less to the quantity of water contained in the dried material. A drop in load resistance in the first phase of heating is caused by a negative thermal resistance factor of water and an increase in the second phase by a decrease in the water leaving the dried object as steam. The size of the resistance must be adapted to a value suitable for the electron tube. We therefore apply the known measures indicated by the theory of high frequency energy transfer.
Often used, for example, in drying plants, adjustment by spacing the electrodes of the drying condenser. In order to minimize variations in load resistance, the heating capacitor should be inserted into a special circuit associated with an oscillator circuit, most of the time inductively, with variable coupling. At the start of the drying process, the load resistance is adjusted so
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so that it does not go beyond the desired limits during the operation in order to obtain on average the maximum efficiency of the transformation and transfer of energy,
The heating rate is regulated by means of the anode voltage. Its value is adjusted according to the drying requirements.
It is used as a dependent variable parameter in continuous drying, when the various sections operate with different heating rates. If any of the variable parameters, either the load resistance or the anodic resistance, change, the ratio of the high frequency energy given to the dried object and the energy lost in the electron tube changes accordingly.
For the cooling of the electronic tubes in dielectric drying installations, cooling systems are used which supply a sufficient quantity of coolant, sufficient for cooling the anode of the electronic tubes, even in the most severe cases. more unfavorable. The difficulties in employing this residual energy arise from the fact that the temperature of the fluid fluctuates and changes as a function of the high frequency power of the current source.
If the loss at the node is small and if the coolant is air, for example, it is not sufficient, at the time when the maximum vaporization occurs, for the recovery energy to carry the air to a temperature such that it absorbs the vapor exiting the surface of the dried object.
According to the invention, these drawbacks are eliminated by the fact that the cooling air of the electronic oscillator tubes is used for the actual drying, while the operating speed of the oscillator tubes is chosen so that at the start of the process drying,
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the proportion of energy intended for heating the cooling air used for drying increases with the decrease in the load resistance of the tubes.
The heating capacitor is inserted directly into the oscillating circuit and the operating conditions are chosen in such a way that the energy which can be used for the vaporization of the surface of the dried object corresponds to the energy at high frequency used to regulate the quantity of water vapor appearing on the surface of the object, i.e. the energy that can be used to heat the air is maximum in the heating phase where maximum vaporization occurs.
The electronic part of the dielectric heating system with use of the cooling air from the oscillator tubes during the drying process itself takes the form of a pressure box 11 and is directly integrated with the drying system. 12 itself. At the same time, the power supply 19 to the electrodes takes the form of an air duct for the evacuation of the humid air from the drying system proper.
The installation of the heating capacitor in the oscillating circuit, that is to say of the load resistance directly towards the anode of the oscillator tubes, is important because, on the one hand, the variations of the an- anode losses during drying are large enough to also provide the peak energy required for warming the air and that, on the other hand, they can be applied sharply in direct function of the power at high fre - frequency.
The principle of the process of the invention and of the installation is visible in Figures 1 to 6. Figure 1 shows
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the relationships between the high frequency energy supplied to the dried object and the energy lost in the electron tube.
The variable load resistance Rz or the variable anode voltage U20 is plotted on the abscissa and the power P on the ordinate. Curve 1 relates to the power supplied to the electron tube, curve 2 the high frequency power transferred to the dried object; the hatched area represents the power lost at the anode of the electron tube. This power is also referred to as the anode loss.
FIG. 2 shows the assembly of the oscillating coil 3 and of the oscillating capacitor 4. This dipole is connected by one end to the anode of the electron tube and by the second end to the cathode of the latter. According to the invention, the oscillating capacitor 4 is at the same time a heating capacitor.
Figure 3 shows the arrangement of the assembly where 5 is; the oscillating anode circuit, 6 the oscillating coil, 7 the heating capacitor, 9 the electron tube, 9 the anode of the electron tube and 10, the cathode of the latter. this.
Figure 4 shows the characteristics of the periodic drying operations.
Figure 5 shows the characteristics of continuous drying, where the material passes through two or more heating sections arranged in series and supplied by independent energy sources.
Figure 6 shows the arrangement of a resonance circuit assembly, which simultaneously shows the drying plant with the heating condenser. 11 denotes the electronic part in the form of a pressurized box, the heated air of which is transferred through the conduits 5 into the drying part 12, situated next to it. The drying part 12 represents at the same time the anodi-
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that, resonant formed as a resonant cavity with variable capacitance 17 serving as the actual heating capacitor. 16 denotes, in figure 6, the suitable transport installation on which the dried material 18 is introduced into the heating section.
The movement of air in the electronic part and in the drying part is indicated. by arrows. The air is brought through the base of the electron tube 14, of suitable shape, and heats the electron tube 13, then arrives in the drying part where it sweeps in the direction of flow and in the opposite direction the dried product. and is discharged through the pipe which at the same time constitutes the electrical supply to the electrodes.
The starting point of operation A, which corresponds to the load resistance Rzl (which can be adjusted, for example, by the stroke of the electrode of the heating capacitor), is chosen near the maximum, on the left side of the curve 2, so that the high-frequency energy transferred to the dried material is high and the heating energy of the water is low. In the first phase of drying, when the water heats up in the object to be dried, the load resistance drops, for example, to the value Rz2. The operating point moves in stages to point B. The proportion of energy transformed into heat increases at the anode of the electron tube. It is at its maximum when the strongest vaporization occurs.
Gradually, as the water disappears from the dried object, the load resistance begins to increase again.
The operating point returns to point A, so that the proportion of high frequency energy increases and the energy delivered to the anode of the electron tube decreases. This phase corresponds to the final drying of the object and
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vaporization is already reduced.
If at the input to the heating section, the charge control reaches the value Rzl and if it reaches the value Rz2 at the output, the operating voltage U is chosen so that for the average value RzI = (Rz1 + Rz2) 1/2 the loss at the anode corresponds to the requirements of the hot air condition. Figures 5a to 5c show the operating points of three energy sources in use in the same drying section.
The average values of the operating resistances in the various sections are; designated by RZI, RzII and RzIII The point UacI corresponds to the first heating section in which the high-frequency energy supplied is transformed to heat the water in the dried material and where the vaporization is still limited, the point UaoII corresponds to the second heating section, where maximum vaporization occurs and where a large amount of energy must be received for heating the air, and point UaoIII corresponds to the third heating section, where the drying of the material comes to an end and where a relatively small amount of steam must escape.
The mode of operation indicated above and the arrangement of the assembly can only be realized if the electronic oscillator tubes are cooled by air. In order to prevent the intrusion of the water vapor coming out of the drying installation into the electronic part, it is necessary to install the electronic tubes in a chamber where the pressure is greater than that prevailing in the electronic part. the drying part itself. This is obtained by enclosing the electronic tubes in a special airtight box, so as to ensure, on the one hand, in the electronic part, a determined overpressure and, on the other hand, a ventilation.
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complete lation of the actual drying part.
It is advantageous to use, for the evacuation of the air, the central part of the hollow duct, because the air is brought into the immediate vicinity of the dried object, a sufficiently large section is available, that ventilation eet assisted by the natural draft and that the outlet of the air to the outside presents no difficulty from the electrical point of view. It is necessary to connect the electronic box directly to the drying installation itself, in order to prevent cooling of the heated air which is used for additional drying.
CLAIMS
1. Dielectric drying process using the cooling air of an oscillator tube for the actual drying process, characterized in that the operating speed of the oscillator tubes is chosen such that at the start of the drying process. drying process, the proportion of energy @ used for heating the fresh air used for drying increases as the load resistance of the electron tube decreases.