CN105180616A - 一种连续式高效谷物微波干燥机及其结构优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连续式高效谷物微波干燥机及其结构优化方法，所述微波干燥机至少包括机架、进料装置、至少一节干燥腔体、微波发生器、传送装置、排湿装置等。所述进料装置控制谷物进料速度，经传送装置进入干燥腔体，水分在微波作用下与谷物分离后，随排湿装置排出。本发明对符合产能需求的微波干燥腔体进行了建模与模拟，获得干燥腔体顶部磁控管的布设方式，干燥腔体底部设置可移动底板，用来调节干燥腔体的相对高度，同时利用温度与水分的变化控制磁控管发射功率，以实现谷物快速高效的干燥过程。本发明腔体设计合理，微波利用率高，操作方便，安全可靠，大大提高了谷物干燥品质。

Description

一种连续式高效谷物微波干燥机及其结构优化方法

技术领域

本发明属于微波干燥领域，具体涉及一种连续式高效谷物微波干燥机及其结构优化方法。

背景技术

在谷物收获过程中，干燥具有十分重要的意义。干燥能够使谷物提前收获储存，减少作物在田间受风、雨与虫等造成的损失，能够缩小谷物的体积，减轻重量，以便于运输，同时也能够使谷物水分降低到不易引起霉变、霉化和虫化的状态，从而保证谷物品质。

我国谷物烘干机械发展虽有近30多年的探索历史，已经有50多家生产企业，但产量都不大，技术含量低，成熟机型不多，产品种类少，而且耗能高，自动化水平低，缺乏适合农机专业户、种粮大户及村组使用的中小型多功能烘干机械。

谷物干燥机按其受热脱水方式分为以空气为介质的干燥机、远红外干燥机、高频干燥机与微波干燥机等。综合比较几种干燥方式，热能利用率、加热均匀性与产品率等最好的是微波加热干燥，其次是高频加热干燥，最差的是电炉加热干燥和空气加热干燥。但从固定投资和生产费用来看，则以电炉加热干燥和热空气干燥最低，微波加热干燥和高频加热干燥最高。目前普遍采用的热空气干燥是一种传统的干燥方法，以一定温度的低湿度热风为干燥介质，在干燥房内湿物料吸收热风介质的热量后，物料中内外部水分和湿介质就会通过热风介质持续向外部环境中蒸发，适合干燥诸如片状、块状等固体物料。物料在干燥过程中会发生很多的化学变化，如酚类的氧化反应，维生素类也易损失。我国的热风干燥主要以烟煤为热源，热效率低下，同时不可避免的会产生严重的污染。因此，研究与开发效率高、能耗低与环保的谷物干燥机械是我国粮食储存的关键。

目前连续式微波干燥机主要采用加热腔体相同的隧道式结构，主要用于化工、冶金原料、木材、印染织品等物料的干燥，而用于谷物干燥的专有机器较为少见，主要原因在于谷物储存需要达到色泽、水分、脂肪酸含量等相关指标的要求，而干燥温度、抽湿风速、升温速率、停留时间、微波密度以及温度分布梯度都会影响到谷物的干燥过程。CN2365616Y报道了一种连续式微波粮食干燥机，仅对设备结构与传送过程进行了描述，未涉及温度测量与水分控制；CN2337491Y报道了一种粮食干燥机，主要侧重于蒸发式的多孔平板结构，未涉及干燥腔体的设计与模拟；CN1808030A报道了一种利用微波能对粮食进行加工处理的装置，主要集中在设备组成与运行过程。现有报道的关于粮食与谷物干燥专利主要集中在干燥过程与通用的设备结构上，未深入探索腔体结构以及波导排布方式对谷物干燥过程的影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种连续式高效谷物微波干燥机及其结构优化方法，用于解决现有技术中干燥设备存在腔体结构不合理、能耗大、微波利用率低等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种连续式高效谷物微波干燥机，所述微波干燥机至少包括：所述微波干燥机至少包括：机架、进料装置、至少一节干燥腔体、微波发生器及传送装置；

所述进料装置安装在所述机架的一端；

所述干燥腔体放置在机架上，所述干燥腔体具有可移动底板，通过所述可移动底板改变所述干燥腔体的尺寸；

所述微波发生器设置在所述干燥腔体的顶部；

所述传送装置安装在机架上，利用所述传送装置，将从所述进料装置进入的待干燥物传送至所述干燥腔体中，干燥后再将干燥物传送至所述干燥腔体外。

作为本发明连续式高效谷物微波干燥机的一种优化的方案，所述微波干燥机还包括设置在所述干燥腔体顶部的排湿装置、测温仪以及散热装置。

作为本发明连续式高效谷物微波干燥机的一种优化的方案，所述微波干燥机还包括设置在所述干燥腔体两侧的微波抑制器。

作为本发明连续式高效谷物微波干燥机的一种优化的方案，所述微波干燥机还包括设置在所述干燥腔体出口处且用于测定干燥后干燥物水分含量的水分测定仪。

作为本发明连续式高效谷物微波干燥机的一种优化的方案，所述微波干燥机还包括集成显示干燥过程中微波实时功率和电耗的触摸屏控制面板。

作为本发明连续式高效谷物微波干燥机的一种优化的方案，每一节所述干燥腔体顶部的微波发生器包括多组磁控管和与所述磁控管连接的变压器。

作为本发明连续式高效谷物微波干燥机的一种优化的方案，每一节所述干燥腔体顶部的微波发生器包括三组磁控管和与所述磁控管连接的变压器，所述三组磁控管呈“品”字形排布。

作为本发明连续式高效谷物微波干燥机的一种优化的方案，所述干燥腔体的底部两侧设置若干对卡槽，卡槽的上下间距为15～25mm，通过将所述可移动底板放置在不同高度的所述卡槽中来改变所述干燥腔体的尺寸。

作为本发明连续式高效谷物微波干燥机的一种优化的方案，所述传送装置上设置有网孔。

本发明还提供一种微波干燥机的结构优化方法，所述优化方法包括：

1)根据待干燥物的产能和微波密度耐受值确定干燥腔体的大致尺寸；

2)采用建模的方法模拟获得所述干燥腔体的最佳尺寸以及微波发生器的最佳排布；

3)根据步骤2)获得的所述最佳尺寸和最佳排布，调节所述干燥腔体底部的可移动底板，并调整所述微波发生器的相对位置，实现高效的干燥过程。

作为本发明微波干燥机的结构优化方法的一种优化的方案，所述待干燥物为小麦、稻谷、大豆或者玉米，所述待干燥物的初始水分重量百分含量为15％～35％。

作为本发明微波干燥机的结构优化方法的一种优化的方案，采用COMSOL多物理场建模与仿真或CST三维电磁场仿真软件进行建模，来获得所述干燥腔体的最佳尺寸以及微波发生器的最佳排布。

作为本发明微波干燥机的结构优化方法的一种优化的方案，利用测温仪和水分测定仪来测量干燥后干燥物的温度和水分含量，通过温度和水分含量变化的信号控制所述微波发生器的发射功率。

作为本发明微波干燥机的结构优化方法的一种优化的方案，所述测温仪的测温范围为0～150℃，水分测定仪的量程为0～60％。

如上所述，本发明的续式高效谷物微波干燥机及其结构优化方法，具有以下有益效果：

(1)根据腔体模拟与波导布设组合能够获得更为优化的腔体结构，以得到不同物料干燥所需的微波能量密度，同时确保电磁场的均匀分布，提高微波利用效率。

(2)活动式微波干燥腔体底板能够根据物料需求更改腔体中微波能量密度分布，防止局部过热，实现微波的优化利用。

(3)温度与水分的双重监控能够更好的保证谷物的干燥过程，有效避免爆腰与重复干燥，从而提高干燥品质。

附图说明

图1为本发明的连续式高效谷物微波干燥机的结构示意图。

图2是本发明的连续式高效谷物干燥机单节腔体的微波发生器排布方式示意图。

图3为本发明的连续式高效谷物干燥机单节腔体的微波发生器的其中一种排布示意图。

图4为图3的微波发生器距离底部5cm处电场强度分布模拟图。

图5为图3的微波发生器距离底部10cm处电场强度分布模拟图。

图6为本发明的连续式高效谷物干燥机单节腔体的微波发生器的另一种排布示意图。

图7为图6的微波发生器距离底部5cm处电场强度分布模拟图。

图8为图6的微波发生器距离底部10cm处电场强度分布模拟图。

元件标号说明

1机架

2进料装置

3干燥腔体

4微波发生器

41磁控管

42变压器

5传送装置

6可移动底板

7排湿装置

8测温仪

9散热装置

10微波抑制器

11水分测定仪

12触摸屏控制面板

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种连续式高效谷物微波干燥机，如图1～图2所示，所述微波干燥机的结构至少包括：机架1、进料装置2、至少一节干燥腔体3、微波发生器4及传送装置5。

所述进料装置2设置在所述机架1的一端，利用所述进料装置2，待干燥物可以进入干燥腔体3，并且所述进料装置2可以控制待干燥物的进料速率。

所述干燥腔体3放置在机架1上，所述干燥腔体3具有可移动底板6，通过所述可移动底板6改变所述干燥腔体3的尺寸。优选地，所述干燥腔体3的底部两侧设置若干对卡槽(未予以图示)，每一对卡槽与卡槽的上下间距为15～25mm，通过将所述可移动底板6放置在不同高度的所述卡槽中来改变所述干燥腔体3的尺寸。本实施例中，所述干燥腔体3的底部两侧设置5对卡槽，卡槽的上下间距为20mm，根据待干燥物的干燥需求上、下移动底板，以更改干燥腔体3的相对高度，从而调整待干燥物在干燥腔体3中的相对位置。另外，所述可移动底板6可以是不锈钢材质，当然，也可以选择其他适合的材质，在此不限。

根据待干燥物产能不同，可以装配多节干燥腔体3，以形成连续的谷物干燥通道。如图2所示为单节干燥腔体的顶部俯视图。所述干燥腔体3一般为长方体结构，其顶部的矩形盖板上可以排布有不同数目的微波发生器4。每一个微波发生器4包括一个磁控管41和与所述磁控管41连接的变压器42。如图3和图6所示，以单节腔体排布三个微波发生器4为例进行说明，即，每一节所述干燥腔体3顶部的微波发生器4包括三组磁控管41和与所述磁控管41连接的三个变压器42，所述三组磁控管41呈“品”字形排布，包括波导纵横排列的各种组合。作为示例，三组磁控管41两种不同排布方式所对应的电场强度如下如图4、图5、图7和图8所示。

可以看出，两种不同的排布方式在距离底部相同距离平面处的电场强度有着明显的差异，电场强度与色块深浅一一对应，不同颜色的色块表示与背景底色场强不同的微波区域，其中黑色代表电场值较大的区域，而灰白色代表电场值偏低的区域，对于谷物而言，其干燥过程受微波密度分布影响较大，局部过大的电场会导致谷物爆腰，而电场强度的不均匀分布又会导致谷物干燥的不均匀，即同一平面较为均匀与合适大小的电场强度能够保证谷物干燥的品质。

所述传送装置5安装在机架1上，利用所述传送装置5，将从所述进料装置2进入的待干燥物传送至所述干燥腔体3中，干燥后再将干燥物传送至所述干燥腔体3外。

为了防止传送带底部物料由于堆积造成的局部过热，所述传送装置5优选网孔式传送带，以增加对流散热，从而保证干燥过程的均匀性。

所述干燥腔体3的顶部除了设置有微波发生器4外，还设置有排湿装置7、测温仪8以及散热装置9。所述排湿装置7为排湿管道，水分吸收微波与待干燥物分离后，从所述排湿管道排出。由于谷物在传送过程中温度逐渐升高，所述测温仪8则安装在靠近出口处的顶部，这样能够有效测量待干燥物在干燥过程中可能出现的最高温度，以避免爆腰，从而提高干燥品质。优选采用红外测温仪作为温度测定仪。同时，在所述干燥腔体3出口处设置有水分测定仪11，且用于测定干燥后干燥物水分含量，监控出口干燥物的水分是否达标，直观显示干燥效果。所述水分测定仪11优选采用红外水分仪。所述红外测温仪与红外水分仪的反馈信号还参与磁控管输出功率控制，因此，所述红外测温仪与红外水分仪的搭配使用，从过程与结果两个方面保证谷物的干燥品质，同时也提高了微波的使用效率。

另外，在所述干燥腔体3两侧设置有微波抑制器10，可以防止微波泄露，使微波干燥机达到国标安全水平。在所述机架1上还安装有触摸屏控制面板12，所述触摸屏控制面板12上集成显示干燥过程中微波的实时功率与电耗，能够有效判断谷物所处的干燥阶段以及设备能耗的计算。

本发明提供的连续式高效谷物微波干燥机的工作过程为：待干燥物以一定的速率与铺料厚度由进料装置2进入传送装置5，在传送装置5的输送下进入干燥腔体3，待干燥物中水分吸收微波后与谷物分离后，从排湿装置7排出，同时在红外测温仪8与水分测定仪11的监控下，谷物水分逐渐降低至设定值，从微波干燥机右侧排出。

本发明还提供一种结构优化方法，用于优化上述微波干燥机的结构，提高微波利用率，使谷物达到最佳的干燥效果。

所述微波干燥机的结构优化方法包括如下步骤：首先根据待干燥物的产能和微波密度耐受值确定干燥腔体3的大致尺寸；然后将干燥腔体3的大致尺寸作为初始数据进行建模，获得所述干燥腔体3的最佳尺寸以及微波发生器4中磁控管41的最佳排布；最后利用模拟获得的腔体尺寸和磁控管41的排布方式调节所述干燥腔体3底部的可移动底板6，并调整所述微波发生器磁控管41的相对位置，随着磁控管41相对位置的改变，相同高度平面的电场强度也随着改变，可以获得特定物料最佳的干燥条件，从而实现高效安全的干燥过程。

本发明中，所述待干燥物可以是小麦、稻谷、大豆或者玉米等等，所述待干燥物的初始水分重量百分含量为15％～35％。

作为示例，采用COMSOL多物理场建模与仿真或CST三维电磁场仿真软件进行建模，来获得所述干燥腔体的最佳尺寸以及微波发生器的最佳排布。

作为示例，利用测温仪8和水分测定仪11来测量干燥后干燥物的温度和水分含量，通过温度和水分含量变化的信号控制所述微波发生器4的发射功率。其中，所述测温仪8的测温范围为0～150℃，水分测定仪11的量程为0～60％。

综上所述，本发明提供一种连续式高效谷物微波干燥机及其结构优化方法，所述微波干燥机至少包括机架、进料装置、至少一节干燥腔体、微波发生器、传送装置、排湿装置等。所述进料装置控制谷物进料速度，经传送装置进入干燥腔体，水分在微波作用下与谷物分离后，随排湿装置排出。本发明对符合产能需求的微波干燥腔体进行了建模与模拟，获得干燥腔体顶部磁控管的布设方式，干燥腔体底部设置可移动底板，用来调节干燥腔体的相对高度，同时利用温度与水分的变化控制磁控管发射功率，以实现谷物快速高效的干燥过程。本发明腔体设计合理，微波利用率高，操作方便，安全可靠，大大提高了谷物干燥品质。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种连续式谷物高效微波干燥机，其特征在于，所述微波干燥机至少包括：机架、进料装置、至少一节干燥腔体、微波发生器及传送装置；

所述进料装置安装在所述机架的一端；

所述干燥腔体放置在机架上，所述干燥腔体具有可移动底板，通过所述可移动底板改变所述干燥腔体的尺寸；

所述微波发生器设置在所述干燥腔体的顶部；

所述传送装置安装在机架上，利用所述传送装置，将从所述进料装置进入的待干燥物传送至所述干燥腔体中，干燥后再将干燥物传送至所述干燥腔体外。

2.根据权利要求1所述的连续式高效谷物微波干燥机，其特征在于：所述微波干燥机还包括设置在所述干燥腔体顶部的排湿装置、测温仪以及散热装置。

3.根据权利要求1所述的连续式高效谷物微波干燥机，其特征在于：所述微波干燥机还包括设置在所述干燥腔体两侧的微波抑制器。

4.根据权利要求1所述的连续式高效谷物微波干燥机，其特征在于：所述微波干燥机还包括设置在所述干燥腔体出口处且用于测定干燥后干燥物水分含量的水分测定仪。

5.根据权利要求1所述的连续式高效谷物微波干燥机，其特征在于：所述微波干燥机还包括集成显示干燥过程中微波实时功率和电耗的触摸屏控制面板。

6.根据权利要求1所述的连续式高效谷物微波干燥机，其特征在于：每一节所述干燥腔体顶部的微波发生器包括多组磁控管和与所述磁控管连接的变压器。

7.根据权利要求6所述的连续式高效谷物微波干燥机，其特征在于：每一节所述干燥腔体顶部的微波发生器包括三组磁控管和与所述磁控管连接的变压器，所述三组磁控管呈“品”字形排布。

8.根据权利要求1所述的连续式高效谷物微波干燥机，其特征在于：所述干燥腔体的底部两侧设置若干对卡槽，卡槽的上下间距为15～25mm，通过将所述可移动底板放置在不同高度的所述卡槽中来改变所述干燥腔体的尺寸。

9.根据权利要求1所述的连续式高效谷物微波干燥机，其特征在于：所述传送装置上设置有网孔。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的微波干燥机的结构优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：

1)根据待干燥物的产能和微波密度耐受值确定干燥腔体的大致尺寸；

2)采用建模的方法模拟获得所述干燥腔体的最佳尺寸以及微波发生器的最佳排布；

3)根据步骤2)获得的所述最佳尺寸和最佳排布，调节所述干燥腔体底部的可移动底板，并调整所述微波发生器的相对位置，实现高效的干燥过程。

11.根据权利要求10所述的微波干燥机的结构优化方法，其特征在于：所述待干燥物为小麦、稻谷、大豆或者玉米，所述待干燥物的初始水分重量百分含量为15％～35％。

12.根据权利要求10所述的微波干燥机的结构优化方法，其特征在于：采用COMSOL多物理场建模与仿真或CST三维电磁场仿真软件进行建模，来获得所述干燥腔体的最佳尺寸以及微波发生器的最佳排布。

13.根据权利要求10所述的微波干燥机的结构优化方法，其特征在于：利用测温仪和水分测定仪来测量干燥后干燥物的温度和水分含量，通过温度和水分含量变化的信号控制所述微波发生器的发射功率。

14.根据权利要求13所述的微波干燥机的结构优化方法，其特征在于：所述测温仪的测温范围为0～150℃，水分测定仪的量程为0～60％。