DE202021002854U1

DE202021002854U1 - Drying device and device for contactless measurement of quality features of individual samples of agricultural products in a drying device

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Publication number: DE202021002854U1
Application number: DE202021002854.4U
Authority: DE
Original assignee: Innotech Ingenieurs GmbH
Current assignee: Innotech Ingenieurs GmbH
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: DE102022003128A1

Abstract

Trocknungsvorrichtung zur Trocknung eines landwirtschaftlichen Produktes (2), mit einem Gehäuse (3), das einen Trockenraum (4) mit darin angeordnetem Trocknungsgut (2) umschließt, mit zumindest einem Gebläse (G) zur Förderung von Trocknungsluft (T) zu zumindest einer Seite des Trocknungsgutes (2), und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (5) zur Steuerung von Prozess-Parametern der Trocknungsluft (T), wie Temperatur und/oder relative Luftfeuchte und/oder Taupunkttemperatur und/oder der Luftgeschwindigkeit der Trocknungsluft (T), dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknungsgut (2) in diskrete Einzelproben (6) in der Trocknungsvorrichtung (1) angeordnet ist und eine Einrichtung (7) zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen der Einzelproben (6) fortlaufender Reihenfolge in diskreten Zeitintervallen unter Trocknungsbedingungen vorgesehen ist.Drying device for drying an agricultural product (2), with a housing (3) which encloses a drying chamber (4) with items to be dried (2) arranged therein, with at least one blower (G) for conveying drying air (T) to at least one side of the material to be dried (2), and with at least one control and/or regulating device (5) for controlling process parameters of the drying air (T), such as temperature and/or relative humidity and/or dew point temperature and/or the air speed of the drying air ( T), characterized in that the material to be dried (2) is arranged in discrete individual samples (6) in the drying device (1) and a device (7) for contactless measurement of quality characteristics of the individual samples (6) in a continuous sequence at discrete time intervals under drying conditions is provided is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung zur Trocknung eines landwirtschaftlichen Produktes, mit einem Gehäuse, das einen Trockenraum mit darin angeordnetem Trocknungsgut umschließt, mit zumindest einem Gebläse zur Förderung von Trocknungsluft zu zumindest einer Seite des Trocknungsgutes, und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung von Prozess-Parametern der Trocknungsluft, wie Temperatur und/oder relativer Luftfeuchte und/oder Taupunkttemperatur und/oder der Luftgeschwindigkeit der Trocknungsluft, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen von Einzelproben landwirtschaftlicher Produkte in einer Trocknungsvorrichtung.The invention relates to a drying device for drying an agricultural product, with a housing that encloses a drying room with the drying material arranged therein, with at least one fan for conveying drying air to at least one side of the drying material, and with at least one control and / or regulating device for Control of process parameters of the drying air, such as temperature and / or relative humidity and / or dew point temperature and / or the air speed of the drying air, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a device for contactless measurement of quality features of individual samples of agricultural products in a drying device.

Die Trocknung landwirtschaftlicher Produkte oder Ernteprodukte, wie Körnerfürchte oder Gartenbau- Ernteprodukte, wie Gemüse, Obst oder auch von Arznei-, Drogen- und Gewürzpflanzen oder Pflanzenteilen, aber auch Produkte tierischen Ursprungs, ermöglicht eine Lagerstabilität des Trocknungsgutes bei gleichzeitiger Bewahrung der Produktqualität über einen ausreichend langen Zeitraum. Solche landwirtschaftlichen Produkte haben oft eine natürliche Anfangsfeuchte nach der Ernte von etwa 35% ihres Gewichtes oder mehr. Während für eine stabile Lagerfähigkeit die Feuchte zwischen 14% und 15% liegen sollte.The drying of agricultural products or harvest products such as grain crops or horticultural harvest products such as vegetables, fruit or medicinal, drug and aromatic plants or parts of plants, but also products of animal origin, enables storage stability of the goods to be dried while at the same time maintaining the product quality over sufficient long period. Such agricultural products often have an initial natural moisture content after harvest of about 35% of their weight or more. While the humidity should be between 14% and 15% for a stable shelf life.

Bei Konvektionstrocknung mit Trocknungsvorrichtungen der genannten Art, wird Luft aus der Umgebung der Trocknungsvorrichtung mit Hilfe eines Gebläses angesaugt und über einen Wärmetauscher, der elektrisch, solar oder mittels eines Gas-Ölbrenners betrieben wird, geleitet und erwärmt. Meist wird dabei eine Prozesstemperatur vorgegeben. Dazu wird die Lufttemperatur der Trocknungsluft geregelt und über den Trocknungsprozess konstant gehalten.In the case of convection drying with drying devices of the type mentioned, air is sucked in from the surroundings of the drying device with the help of a fan and passed and heated via a heat exchanger that is operated electrically, solar or by means of a gas-oil burner. Usually a process temperature is specified. For this purpose, the air temperature of the drying air is regulated and kept constant through the drying process.

Die Trocknungsluft nimmt Feuchte auf und kühlt ab, um anschließend über ein oder mehrere Abluftkanäle aus dem Trockenraum zu entweichen oder wieder von dem Gebläse in dem Strömungskanal und zu dem landwirtschaftlichen Produkt und Trocknungsgut gefördert zu werden.The drying air absorbs moisture and cools down, in order to then escape from the drying room via one or more exhaust air ducts or to be conveyed again by the fan in the flow duct and to the agricultural product and drying goods.

Die wesentlichen Mechanismen des Wärme- und Stoffüberganges bei der Trocknung sind bekannt. Dabei kann der Transport von Feuchte im Trocknungsgut ein oder mehrere der folgenden Formen annehmen: Wenn die Trocknungstemperatur niedriger ist, wie die Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit findet Flüssigkeitsdiffusion statt. Dampfdiffusion findet statt, wenn die Flüssigkeit im Gut verdampft. Wenn die innere Verdampfungsrate höher ist wie die Dampftransportrate durch den Feststoff an der Oberfläche, liegt eine hygrostatische Druckdifferenz vor und wenn die Guttemperatur und der Umgebungsluftdruck sehr niedrig sind, findet die Knutsen'sche Diffusion statt.The main mechanisms of heat and mass transfer during drying are known. The transport of moisture in the material to be dried can take one or more of the following forms: If the drying temperature is lower than the evaporation temperature of the liquid, liquid diffusion takes place. Vapor diffusion takes place when the liquid in the material evaporates. If the internal evaporation rate is higher than the vapor transport rate through the solid on the surface, there is a hygrostatic pressure difference and if the product temperature and the ambient air pressure are very low, Knutsen's diffusion takes place.

Die DE 20 2019 000 739 U1 beschreibt eine Trocknungsvorrichtung, wobei eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung einen Trocknungsprozess mit vordefinierten Prozess- und Regeleinstellungen, betreffend die Temperatur und die Geschwindigkeit der Trocknungsluft am Trocknungsgut steuert.the DE 20 2019 000 739 U1 describes a drying device, wherein a control and / or regulating device controls a drying process with predefined process and regulating settings relating to the temperature and the speed of the drying air on the material to be dried.

Das mit den bekannten Trocknungsvorrichtungen durchführbare Trocknungsverfahren läßt in Bezug auf die erzielbaren Qualitätsmerkmale und Stoffeigenschaften, wie die Farbe des Trocknungsgutes und dessen interessierenden Inhaltsstoffe noch Wünsche offen, da trotz jahrzehntelanger Forschung die Zusammenhänge zwischen den während des Ablaufes des Trocknungsverfahrens herrschenden Prozessparametern und den Qualitätsmerkmalen oder qualitätsbestimmenden Parametern insgesamt nur unzureichend erforscht sind. Die Kenntnis dieser Zusammenhänge ist aber erforderlich, um eine Automatisierung der Verarbeitung landwirtschaftlicher Produkte vorantreiben zu können.The drying process that can be carried out with the known drying devices leaves something to be desired with regard to the quality features and material properties that can be achieved, such as the color of the goods to be dried and the ingredients of interest, because despite decades of research, the relationships between the process parameters prevailing during the course of the drying process and the quality features or quality-determining factors Overall, the parameters have not been adequately researched. However, knowledge of these relationships is necessary in order to be able to promote the automation of the processing of agricultural products.

Der Erfindung liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine Trocknungsvorrichtung zu schaffen, die die Gewinnung einer sehr großen Zahl an Daten während eines Trocknungsverfahrens, die einen signifikanten Zusammenhang von einer Mehrzahl an Qualitätsmerkmalen des landwirtschaftlichen Produktes mit einer Mehrzahl an Prozessparametern aufzuzeigen ermöglicht, um möglichst verlustlos Produkte herstellen zu können, deren Qualitätsmerkmale im Vorhinein von einem Kunden spezifizierbar sind.On the basis of this prior art, the invention is based on the object of creating a drying device which enables the acquisition of a very large number of data during a drying process, which has a significant relationship between a plurality of quality features of the agricultural product and a plurality of process parameters to show, in order to be able to manufacture products with as little loss as possible, the quality features of which can be specified by a customer in advance.

Die Aufgabe wird mit einer Trocknungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und mit einer Einrichtung gemäß des nebengeordneten Anspruchs 19 gelöst.The object is achieved with a drying device with the features of claim 1 and with a device according to the independent claim 19.

Dadurch, daß das Trocknungsgut in diskrete Einzelproben in der Trocknungsvorrichtung angeordnet ist und eine Einrichtung zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen der Einzelproben in fortlaufender Reihenfolge und in diskreten Zeitintervallen unter Trocknungsbedingungen vorgesehen ist, ist eine Trocknungsvorrichtung geschaffen, die zum Einen eine viel größere Zahl an Meßwerten ermitteln kann und die Meßwerte reproduzierbar und für einen üblichen Trocknungsvorgang in einer Trocknungsvorrichtung repräsentativ bereitstellen kann.The fact that the material to be dried is arranged in discrete individual samples in the drying device and a device for contactless measurement of quality features of the individual samples is provided in consecutive order and in discrete time intervals under drying conditions, a drying device is created which, on the one hand, determines a much larger number of measured values can and can provide the measured values in a reproducible and representative manner for a conventional drying process in a drying device.

Die Vielzahl an Meßergebnissen und die KI-Methoden erst ermöglichen statistische Auswertemöglichkeiten und die Ermittlung von Korrelationen zwischen vielen Qualitätsmerkmalen und allen Prozessparametern eines Trocknungsverfahrens in einer Trocknungsvorrichtung.The multitude of measurement results and the AI methods enable statistical evaluation options and the determination of correlations between many quality features and all process parameters of a drying process in a drying device.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments emerge from the subclaims.

Die erfindungsgemäße Trocknungsvorrichtung zur Gewinnung eines repräsentativen großen Stichprobenumfangs an Daten betreffend die Korrelation von Prozessparametern und den Qualitätsmerkmalen des landwirtschaftlichen Produktes ist fest oder lösbar an der Trocknungsvorrichtung angeordnet und die Einzelproben werden über die Trocknungsdauer mehrfach und iterativ in den Meßbereich der Einrichtung zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen gebracht.The drying device according to the invention for obtaining a representative large sample size of data relating to the correlation of process parameters and the quality features of the agricultural product is fixed or detachable on the drying device and the individual samples are repeatedly and iteratively in the measuring range of the device for contactless measurement of quality features over the drying time brought.

Es sind nicht nur Einzelproben in der Trocknungsvorrichtung zur ständigen Analyse durch die Einrichtung angeordnet, sondern, um eine repräsentative Situation in einer Trocknungsvorrichtung während des Trocknungsvorganges zu schaffen, mithin repäsentative Luftfeuchtegehalte und Temperaturen in der Trocknungsvorrichtung während einer Trocknung zu erreichen, ist eine wesentlich größere Menge an Trocknungsgutes in der Trocknungsvorrichtung angeordnet, die mit den Einzelproben gleichzeitig getrocknet wird. Die Trocknungsvorrichtung entspricht somit einem Standard nach dem Stand der Technik.Not only are individual samples arranged in the drying device for constant analysis by the device, but in order to create a representative situation in a drying device during the drying process, i.e. to achieve representative humidity levels and temperatures in the drying device during drying, a significantly larger amount is required arranged on items to be dried in the drying device, which is dried at the same time as the individual samples. The drying device thus corresponds to a standard according to the prior art.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Trocknungsvorrichtung können die Einzelproben auch stationär angeordnet sein und es kann die Einrichtung zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen jeweils zu jeder Einzelprobe innerhalb eines Meßintervalles bewegt werden.In a further advantageous embodiment of the drying device, the individual samples can also be arranged in a stationary manner and the device for contactless measurement of quality features can be moved for each individual sample within a measuring interval.

Zum einfacheren Aufbau der Trocknungsvorrichtung ist es besonders vorteilhaft, die Einzelproben auf einer im Trockenraum der Trocknungsvorrichtung horizontal angeordneten, rotierenden Scheibe abzulegen. Jede Probe mit definiertem Abstand zur nächsten. Jede Einzelprobe wird dabei durch eine Drehung der Scheibe um ein diskretes Bogenmaß in den Meßbereich der Einrichtung gedreht und verweilt in diesem eine definierte Zeit über die jeweilige Meßdauer.To simplify the construction of the drying device, it is particularly advantageous to place the individual samples on a rotating disk arranged horizontally in the drying chamber of the drying device. Each sample with a defined distance to the next. Each individual sample is rotated by rotating the disk by a discrete radian measure in the measuring area of the device and remains in this for a defined time over the respective measuring period.

Es können auch mehrere Scheiben übereinander angeordnet sein.Several panes can also be arranged one above the other.

Unter oder über der jeweiligen Scheibe mit den Einzelproben lassen sich weitere Ablagen oder Hordenbleche für landwirtschaftliche Produkte anordnen, sodaß eine Trocknungsvorrichtung gemäß des Standes der Technik gebildet ist, die geeignet ist, zum Einen landwirtschaftliche Produkte zu trocknen und zum Anderen deren Qualitätsmerkmale in fortlaufender Weise über die Trocknungsdauer zu analysieren.Under or above the respective disc with the individual samples, further shelves or tray plates for agricultural products can be arranged, so that a drying device is formed according to the prior art, which is suitable on the one hand to dry agricultural products and on the other hand to continuously transfer their quality features analyze the drying time.

Bevorzugt ist die Einrichtung zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen der Einzelproben an einer Außenwand der Trocknungsvorrichtung angeordnet, beispielsweise lösbar festgelegt und durch eine Öffnung in der Außenwand der Trocknungsvorrichtung werden die Messungen an den Einzelproben in dem Trockenraum der Trocknungsvorrichtung durchgeführt.The device for contactless measurement of quality features of the individual samples is preferably arranged on an outer wall of the drying device, for example detachably fixed, and the measurements are carried out on the individual samples in the drying room of the drying device through an opening in the outer wall of the drying device.

Um in möglichst kurzer Zeit einen sehr große Stichprobenumfang zu erhalten, kann es vorteilhaft sein, an der Außenwand der Trocknungsvorrichtung eine Vielzahl an Einrichtungen zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen der Einzelproben vorzusehen.In order to obtain a very large sample size in the shortest possible time, it can be advantageous to provide a large number of devices for the contactless measurement of quality features of the individual samples on the outer wall of the drying device.

Durch jede einer solchen Einrichtung kann eine Meßmethode angewandt werden, und ein Qualitätsmerkmal bestimmt werden, die von einer jeden weiteren Einrichtung verschieden sind.A measuring method can be applied by each of such a device and a quality characteristic can be determined which is different from each further device.

Es kann auch vorteilhaft sein, jeweils zwei Einrichtungen zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen an der Trocknungsvorrichtung vorzusehen, die eine gleiche Meßmethode anwenden, um so die Meßergebnisse plausibilisieren und verifizieren zu können.It can also be advantageous to provide two devices for the contactless measurement of quality features on the drying device, which devices use the same measurement method in order to be able to check and verify the plausibility of the measurement results.

Nachdem der Zusammenhang der sich durch die jeweiligen Versuchsparameter bzw. Prozessparameter einstellenden Qualitätsmerkmale in Form der ermittelten Daten vorliegt, muss deren Zusammenhang ermittelt werden.After the connection between the quality features established by the respective test parameters or process parameters is available in the form of the determined data, their connection must be determined.

Um den Zusammenhang der Prozessparameter mit den Qualitätsmerkmalen eruieren zu können, werden innovative Methoden der künstlichen Intelligenz (KI-Methoden) unter u.a. Einsatz von Machine-learning-Methoden angewandt. Dies kann durch eine zu der Einrichtung zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen gehörigen Recheneinheit oder auch durch ein oder mehrere Recheneinheiten, die separat von der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung betrieben sind, erfolgen.In order to be able to determine the connection between the process parameters and the quality characteristics, innovative methods of artificial intelligence (AI methods) are used, including the use of machine learning methods. This can be done by a computing unit belonging to the device for the contactless measurement of quality features or by one or more computing units that are operated separately from the drying device according to the invention.

Es kann auch eine Vielzahl an Einrichtungen oder Recheneinheiten und der erhobenen Daten herangezogen werden um, diese Korrelationsanalysen unter Anwendung von KI-Methoden durchzuführen.A large number of devices or computing units and the collected data can also be used to carry out these correlation analyzes using AI methods.

Insgesamt resultiert aus der Versuchsarbeit mit der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung ein oder mehrere, auf ein jeweils landwirtschaftliches Produkt abgestimmte Regelkonzepte zur optimalen Regelung der Prozessparameter bei einem jeweiligen Trocknungsverfahren, dessen Resultat in Form getrockneter landwirtschaftlicher Produkte auch von einem jeweiligen Kunden spezifisch im Rahmen des Möglichen vorgebbar ist.Overall, the experimental work with the drying device according to the invention results in one or more control concepts tailored to a respective agricultural product for optimal control of the process parameters in a respective drying process, the result of which in the form of dried agricultural products can also be specifically specified by a respective customer within the scope of what is possible.

Es ist dann auch denkbar und vorteilhaft, die gewonnenen Daten und Regelkonzepte zur Prozessführung von einer Vielzahl von Trocknungsvorrichtungen heranzuziehen.It is then also conceivable and advantageous to use the data and control concepts obtained for the process control of a large number of drying devices.

Beispielsweise durch die Messung der Farbe des landwirtschaftlichen Produktes kann somit auf viele der oben erwähnten Qualitätsmerkmale qualitativ und quantitativ sehr exakt geschlossen werden.For example, by measuring the color of the agricultural product, conclusions can be drawn very precisely, both qualitatively and quantitatively, about many of the quality features mentioned above.

Möglichkeiten der zerstörungsfreien Überwachung von interessierenden Produkteigenschaften, die mit der Veränderung der Farbe des landwirtschaftlichen Produktes eng korrelieren, bieten optische Methoden, wobei mit Kamerasystemen unterschiedlicher Bauart Produkteigenschaften erfaßt werden können. Mit diesen Kamerasystemen lassen sich optisch meßbare Änderungen von Farbspektren während des Trocknungsverlaufes untersuchen.Optical methods offer the possibility of non-destructive monitoring of product properties of interest, which correlate closely with the change in the color of the agricultural product, whereby product properties can be recorded with camera systems of different types. With these camera systems, optically measurable changes in color spectra can be examined during the drying process.

Es lassen sich so mit Versuchen und den daraus gewonnenen Meßdaten, die ohne die Trocknung unterbrechen zu müssen, kontinuierlich und kontaktlos gewonnen werden können, für das jeweilige zu trocknende landwirtschaftliche Produkt optimale Prozessparameter und deren Führung über den Trocknungszeitraum ermitteln. Die Messung des Farbabstandes kann als Indikator für den Vitamin-C-Gehalt, für den Gehalt an verschiedenen Zuckern und an gesamtlöslichen Feststoffen herangezogen werden. Zudem kann der pH-Wert, als Indikator für das Vorhandensein von Säuren in dem landwirtschaftlichen Produkt bestimmt werden.With experiments and the measurement data obtained therefrom, which can be obtained continuously and without contact without having to interrupt the drying, optimal process parameters and their management over the drying period can be determined for the respective agricultural product to be dried. The measurement of the color difference can be used as an indicator for the vitamin C content, for the content of various sugars and total soluble solids. In addition, the pH value can be determined as an indicator of the presence of acids in the agricultural product.

Mit der Trocknungsvorrichtung besteht die Möglichkeit in einem relativ kurzen Versuchszeitraum aufgrund der kontinuierlichen Messung der Farbe und der Farbabstände den Einfluß der Prozessparameter Temperatur der Trocknungsluft, Luftfeuchte und Luftgeschwindigkeit der Trocknungsluft, sowie die Produktfeuchte zu Beginn des Trocknungsverlaufes auf die Qualität des Trockenproduktes einzeln und gut reproduzierbar zu schließen.With the drying device there is the possibility in a relatively short test period due to the continuous measurement of the color and the color differences the influence of the process parameters temperature of the drying air, humidity and air speed of the drying air, as well as the product moisture at the beginning of the drying process on the quality of the dry product individually and easily reproducible close.

Mit Hilfe eines Infrarot-Thermometers läßt sich dabei stetig die Oberflächentemperatur des landwirtschaftlichen Produktes kontaktlos überwachen. Es kann dabei ein repräsentativer Stichprobenumfang von beispielsweise 10 Proben des landwirtschaftlichen Produktes je Versuch realisiert werden. Die Proben sind nummeriert und daher in Bezug auf die von ihnen gewonnenen Meßwerte fehlerfrei, reproduzierbar indentifizierbar.With the help of an infrared thermometer, the surface temperature of the agricultural product can be continuously monitored without contact. A representative sample size of, for example, 10 samples of the agricultural product per experiment can be realized. The samples are numbered and can therefore be identified in a reproducible and error-free manner with regard to the measured values obtained from them.

Die in der Trocknungsvorrichtung verwendeten Prozessparameter können vorzugsweise eine Luftfeuchte von 10 % bis 80 %, eine Lufttemperatur von 50° C bis 70° C und eine Luftgeschwindigkeit von 0,5 m/s bis 1,5 m/s sein.The process parameters used in the drying device can preferably be an air humidity of 10% to 80%, an air temperature of 50 ° C. to 70 ° C. and an air speed of 0.5 m / s to 1.5 m / s.

Die ermittelten Versuchsdaten können mit geeigneten Programmen, wie Tabellenkalkulationsprogrammen mit Statistikfunktionen oder mit dem erwähnten MATLAB-Programm zusammengefaßt und graphisch dargestellt werden.The test data determined can be summarized and graphically displayed with suitable programs such as spreadsheet programs with statistical functions or with the aforementioned MATLAB program.

Mit Hilfe von Regressionsanalysen und dergleichen lassen sich dann bis zu drei Prozessparameter auf den Trocknungsverlauf und die Qualität des Endproduktes darstellen.With the help of regression analyzes and the like, up to three process parameters can then be represented on the drying process and the quality of the end product.

Es können anhand der Meßwerte dann auch Trocknungsmodelle errechnet und verifiziert werden. So können Qualitätseigenschaften von Trocknungsprodukten errechnet und vorhergesagt werden.Drying models can then also be calculated and verified on the basis of the measured values. In this way, quality properties of drying products can be calculated and predicted.

Dies betrifft insbesondere die aus der jeweiligen Lufttemperatur, der relativen Luftfeuchte, der Trocknungsdauer, der Oberflächentemperatur des landwirtschaftlichen Produktes und der gemessenen Farbabstände errechenbaren Produktfeuchten zu jedem Zeitpunkt des in der Trocknungsvorrichtung verwendeten Verfahrens.This applies in particular to the product moisture levels that can be calculated from the respective air temperature, the relative humidity, the drying time, the surface temperature of the agricultural product and the measured color differences at each point in time of the method used in the drying device.

Durch die Trocknungsvorrichtung lassen sich bei einer vergleichbaren Zeitdauer des Trocknungsverfahren ein wesentlich größerer Stichprobenumfang und Meßwerteumfang erreichen, wie dies bei den bisherigen, zum Teil sehr aufwändigen und nicht immer repräsentativen Trocknungsvorrichtungen gemäß des Standes der Technik der Fall ist.With the drying device, a significantly larger sample size and measurement range can be achieved with a comparable duration of the drying process, as is the case with the previous, sometimes very complex and not always representative drying devices according to the prior art.

Es kann auch vorteilhaft sein, die Einrichtung zur kontaktlosen Messung von Qualitätsmerkmalen von Einzelproben landwirtschaftlicher Produkte als separat handhabbare Einheit zum Nachrüsten bestehender Trocknungsvorrichtungen zu produzieren, wobei diese dann eine entsprechende Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung von Prozessparametern der Trocknungsluft zugeordnet sein kann oder Teil der Einrichtung sein kann.It can also be advantageous to produce the device for the contactless measurement of quality features of individual samples of agricultural products as a separately manageable unit for retrofitting existing drying devices, which can then be assigned or part of a corresponding control and / or regulating device for controlling process parameters of the drying air the facility can be.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der Zeichnung erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment and explained using the drawing.

Es zeigt:

1 eine schematische, nicht maßstäbliche perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung unter Weglassung von einzelnen Seitenwänden ihres Gehäuses,
2 eine schematische, nicht maßstäbliche, perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Trocknungsvorrichtung.

It shows:

1 a schematic perspective view, not to scale, of a drying device according to the invention with the omission of individual side walls of its housing,
2 a schematic, not to scale, perspective view of a further exemplary embodiment of a drying device.

In 1 ist in einer schematischen, nicht maßstäblichen, perspektivischen Ansicht eine Trocknungsvorrichtung 1 zur Trocknung landwirtschaftlicher Produkte, wie Ernteprodukte, Fleisch oder Heilpflanzen gezeigt. Das landwirtschaftliche Produkt 2 sei hier in der Art von Apfelscheiben angenommen. Die Trocknungsvorrichtung 1 dient zur Erforschung der möglichen Korrelation ihrer Prozessparameter, wie die Temperatur der Trocknungsluft T oder der relativen Luftfeuchte und/oder der Taupunkttemperatur oder der Luftgeschwindigkeit der Trocknungsluft mit Qualitätsparametern des landwirtschaftlichen Produktes 2, wie beispielsweise dessen Farbe oder bestimmter Inhaltsstoffe.In 1 is a schematic, not to scale, perspective view of a drying device 1 for drying agricultural products such as harvest products, meat or Medicinal plants shown. The agricultural product 2 is assumed here in the manner of apple slices. The drying device 1 serves to research the possible correlation of your process parameters, such as the temperature of the drying air T or the relative humidity and / or the dew point temperature or the air speed of the drying air with quality parameters of the agricultural product 2 such as its color or certain ingredients.

Die Trocknungsvorrichtung 1 weist ein kubusförmiges Gehäuse 3 auf, welches typischerweise aus mit einem Isolierschaum kaschierten Blechwänden gebildet ist. Das Gehäuse 3 definiert einen einzigen Trockenraum 4. In Blickrichtung auf 1 und 2 im rechten unteren Gehäuseteil ist ein Gebläse G in der Art eines Tangentialgebläses angeordnet, das über die gesamte Breite des Gehäuses 3 Trocknungsluft T in den Trockenraum 4 von unten nach oben fördert.The drying device 1 has a cube-shaped housing 3 on, which is typically formed from sheet metal walls laminated with an insulating foam. The case 3 defines a single drying room 4th . Looking towards 1 and 2 In the right lower housing part, a fan G is arranged in the manner of a tangential fan, which extends over the entire width of the housing 3 Drying air T in the drying room 4th promotes from bottom to top.

Das landwirtschaftliche Produkt 2 in Form von Trocknungsgut 2 ist auf fünf Gitterflächen 9 in der Art von Horden abgelegt. Die Gitter 9 sind mit Abstand b zueinander angeordnet. Die Trocknungsluft T überströmt die Gitter 9 mit dem Trocknungsgut 2 von links nach rechts in Blickrichtung auf 1.The agricultural product 2 in the form of items to be dried 2 is on five grid surfaces 9 filed in the manner of hordes. The grids 9 are arranged at a distance b from one another. The drying air T overflows the grilles 9 with the material to be dried 2 from left to right looking towards 1 .

Eine nicht gezeigte Heizeinrichtung sorgt für eine definierte Erwärmung und eine definierte relative Luftfeuchtigkeit der Trocknungsluft T, die hier als Prozessparameter bezeichnet sein soll. Die Trocknungsluft T überströmt alle Gitter 9 und die darauf angeordneten landwirtschaftlichen Produkte 2 A heating device (not shown) ensures a defined heating and a defined relative humidity of the drying air T , which should be referred to here as process parameter. The drying air T overflows all grids 9 and the agricultural products arranged thereon 2

Eine Scheibe 8 ist über den Stapel von Gittern 9 angeordnet und rotierbar an einer Außenwand 10 des Gehäuses 3 gelagert. Ihre Rotation kann ein nicht gezeigter Schrittmotor übernehmen. Auf der Scheibe 8 sind Einzelproben 6, hier in Form von Apfelscheiben mit diskreter Dicke und gleicher Herkunft mit etwa gleichen chemischen und physikalischen Ausgangs-Stoffeigenschaften angeordnet. Die sich im Laufe der Trocknung ändernden Qualitätsmerkmale der Einzelproben 6, wie etwa deren Farbe, Gewicht, Oberflächengröße und - Beschaffenheit, sowie deren Feuchtegehalt sollen ermittelt werden.A disk 8th is over the stack of bars 9 arranged and rotatable on an outer wall 10 of the housing 3 stored. A stepper motor (not shown) can take over their rotation. On the disk 8th are individual samples 6th , here in the form of apple slices with a discrete thickness and the same origin with roughly the same chemical and physical initial material properties. The quality characteristics of the individual samples that change in the course of the drying process 6th such as their color, weight, surface size and texture, as well as their moisture content should be determined.

Hierzu sind sechs Einrichtungen 7 vorgesehen, die zur kontaktlosen, zerstörungsfreien Messung von Qualitätsmerkmalen der Einzelproben 6 dienen.There are six facilities for this 7th intended for the non-contact, non-destructive measurement of quality features of the individual samples 6th serve.

Diese Einrichtungen 6 messen in fortlaufender, iterativer Weise und in diskreten Zeitintervallen die interessierenden Qualitätsparameter, in direkter Weise oder indirekt, indem eine Kenngröße der Einzelproben 6, wie etwa deren Farbe, in ihrer Korrelation mit den sich verändernden chemischen oder physikalischen Eigenschaften durch nachfolgende, zerstörende Meßverfahren insgesamt gesetzt werden. Dazu werden immer an jeder Einzelprobe alle Prozessparameter ermittelt.These bodies 6th measure the quality parameters of interest in a continuous, iterative manner and in discrete time intervals, directly or indirectly by adding a parameter to the individual samples 6th such as their color, their correlation with the changing chemical or physical properties can be set by subsequent, destructive measuring processes. For this purpose, all process parameters are always determined on each individual sample.

Bei jeder Rotationsbewegung der Scheibe 8 gelangt eine einzelne Probe 6 in den jeweiligen Meßbereich A einer Einrichtung 7.With every rotational movement of the disc 8th a single sample arrives 6th in the respective measuring range A of a device 7th .

Jede der gezeigten sechs Einrichtungen 7 wendet eine Meßmethodik an, die von der jeweiligen anderen Einrichtung 7 verschieden ist. So kann eine Einrichtung 7 einen Feuchtesensor zur Bestimmung der Trocknungsgut-Feuchte aufweisen, eine weitere Einrichtung 7 einen Temperatursensor zur Messung der aktuellen Produkttemperatur oder einen bildgebenden Sensor, mit Hilfe dessen beispielsweise Farbwerte der Einzelprobe 6 oder deren Schrumpfung während des Trocknungsprozesses gemessen werden können, aufweisen. Eine weitere Einrichtung 7 kann ein Spektroskop zur Bestimmung von qualitätsbestimmenden Inhaltsstoffen aufweisen.Each of the six facilities shown 7th applies a measurement methodology adopted by the respective other institution 7th is different. So can a facility 7th have a moisture sensor for determining the moisture content to be dried, a further device 7th a temperature sensor for measuring the current product temperature or an imaging sensor, with the help of which, for example, color values of the individual sample 6th or whose shrinkage can be measured during the drying process. Another facility 7th can have a spectroscope for determining quality-determining ingredients.

Mit den durch die Einrichtungen 7 gemessenen Daten und auch mit Daten aus nach der Trocknung durchgeführten zerstörenden Analysemethoden und den während der Trocknung aufgezeichneten Verläufen der Prozessparameter lassen sich unter Zuhilfenahme von Machine-learning-Techniken Algorithmen entwickeln, die geeignet sind, Trocknungsvorrichtungen ohne diese Meßmethoden und ohne die Einrichtungen 7 in ihrem Verlauf der Prozessparameter zu steuern. Dies mit Datensätzen, die aus den errechneten Algorithmen alleine stammen.With the through the facilities 7th Measured data and also with data from destructive analysis methods carried out after drying and the course of the process parameters recorded during the drying process, algorithms can be developed with the aid of machine learning techniques that are suitable for drying devices without these measuring methods and without the facilities 7th to control the process parameters in their course. This with data sets that come from the calculated algorithms alone.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trocknungsvorrichtung 1 in schematischer, perspektivischer Ansicht, wobei die Einrichtungen 7 relativ zu dem Gehäuse 3 rotierbar auf einer Plattform angeordnet sind, während die Einzelproben 6 in dem Trockenraum 4 der Trocknungsvorrichtung fix angeordnet sind. Die Einrichtungen 7 Messen durch Öffnungen in der Außenwand 10 des Gehäuses 3. Im Übrigen gelten für dieselben Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in 1 2 shows a further embodiment of a drying device 1 in a schematic, perspective view, the facilities 7th relative to the housing 3 rotatably arranged on a platform while the individual samples 6th in the drying room 4th the drying device are fixed. The facilities 7th Measure through openings in the outer wall 10 of the housing 3 . Otherwise, the same reference numerals apply to the same components as in 1

Die auf diese Weise optimierten Prozessabläufe, deren Resultat auch von einem Kunden genau vorherbestimmt werden kann, lassen sich reproduzierbar wählen. Nur mit der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung 1 lassen sich dabei in einem vertretbaren Zeitaufwand so große Datenmengen schaffen.The processes optimized in this way, the results of which can also be precisely determined by a customer, can be selected in a reproducible manner. Only with the drying device according to the invention 1 large amounts of data can be created in a reasonable amount of time.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

(1)(1): TrocknungsvorrichtungDrying device
(2)(2): Produkt, landwirtschaftlichProduct, agricultural
(3)(3): Gehäusecasing
(4)(4): TrockenraumDrying room
(5)(5): Steuer- und/oder RegelungseinrichtungControl and / or regulating device
(6)(6): EinzelprobeIndividual sample
(7)(7): EinrichtungFacility
(8)(8th): Scheibedisc
(9)(9): GitterGrid
(10)(10): Außenwand Outer wall
(T)(T): TrocknungsluftDrying air
(A)(A): MeßbereichMeasuring range
(b)(b): Abstanddistance
(G)(G): Gebläsefan

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 202019000739 U1 [0006]

Claims

Drying device for drying an agricultural product (2), with a housing (3) which encloses a drying room (4) with items to be dried (2) arranged therein, with at least one fan (G) for conveying drying air (T) to at least one side of the items to be dried (2), and with at least one control and / or regulating device (5) for controlling process parameters of the drying air (T), such as temperature and / or relative humidity and / or dew point temperature and / or the air speed of the drying air ( T), characterized in that the material to be dried (2) is arranged in discrete individual samples (6) in the drying device (1) and a device (7) for contactless measurement of quality features of the individual samples (6) is provided in a continuous sequence at discrete time intervals under drying conditions is.

Drying device after Claim 1 , characterized in that the device (7) for contactless measurement of quality features of the individual samples (6) is arranged on the drying device (1) and the individual samples (6) are moved into the measuring area (A) of the device (7).

Drying device after Claim 1 , characterized in that the individual samples (6) are arranged in a stationary manner in the drying room (4) and the device (7) for contactless measurement of quality features is moved for each individual sample (6).

Drying device according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the individual samples (6) are placed on a disc (8) rotating in the respective measuring interval and are moved into the measuring area (A) of the device (7) at discrete time intervals and remain there for the duration of the individual sample measurement .

Drying device according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the individual samples (6) are deposited on disks (8) or grids (9) arranged one above the other and at a distance (b) from one another.

Drying device after Claim 5 , characterized in that a number of disks greater than five is provided in the drying space (4) of the drying device (1).

Drying device according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the device (7) for contactless measurement of quality features of the individual samples (6) is arranged on an outer wall (10) of the drying device (1) and the measurement of the individual samples (6) is carried out through an opening in the outer wall (10) ) are carried out in the drying room (4) of the drying device (1).

Drying device according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that a plurality of two or more devices (7) for contactless measurement of quality features of the individual samples (6) are provided on the drying device (1).

Drying device after Claim 8 , characterized in that each device (7) uses a measurement methodology which is different from each other device (7) used measurement methodology.

Drying device after Claim 8 , characterized in that the same measuring method is used at least by two or more devices (7).

Drying device according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the device (7) for contactless measurement of quality features of the individual samples (6) collects data which are used as the basis for AI methods that serve to determine the correlation of the quality features with the process parameters.

Drying device after Claim 11 , characterized in that the data are used as a basis for controlling process parameters of a large number of drying devices (1).

Drying device according to one of the Claims 1 until 12th , characterized in that the quality features and process parameters are continuously measured by the devices (7) and sensors of the control and / or regulating device (5).

Drying device according to one of the Claims 1 until 13th , characterized in that the device (7) for contactless measurement of quality features measures the color of the agricultural product (2).

Drying device after Claim 14 , characterized in that the color of the agricultural product (2) is measured by a three-range measurement (color valence) or by a hyperspectral camera system or by a point spectrometer or by a multispectral area camera.

Drying device according to one of the Claims 1 until 12th , characterized in that by means of the device (7) for contactless measurement of quality features, the vitamin C content of the agricultural product (2) or also fats, sugars and allergens is measured.

Drying device after Claim 16 , characterized in that the vitamin C content is measured on the surface of the agricultural product (2) and is calculated back by the device (7) to the total vitamin C content of the agricultural product (2).

Drying device according to one of the Claims 1 until 13th , characterized in that the device (7) measures the surface temperature of the agricultural product (2).

Device (7) for the contactless measurement of quality features of individual samples (6) of agricultural products (2) in a drying device (1) according to one of the Claims 1 until 18th .