PL223222B1 - Urządzenie do suszenia warzyw i owoców za pomocą energii mikrofalowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do suszenia warzyw i owoców za pomocą energii mikrofalowej w obniżonym ciśnieniu.

Znane są różnorodne rozwiązania konstrukcji suszarek wykorzystujących energię mikrofalową w procesie dehydratyzacji. Typowym rozwiązaniem jest zastosowanie suszarki taśmowej, w której suszony materiał transportowany jest na taśmie wykonanej z materiału dielektrycznego i w trakcie transportu materiał jest nagrzewany mikrofalami. Proces ten prowadzony jest w ciśnieniu atmosferycznym. Zastosowanie mikrofal do nagrzewania suszonego materiału przyspiesza proces suszenia, bowiem energia mikrofalowa może nagrzewać materiał w całej jego objętości. Konieczność nagrzewania materiału do stosunkowo wysokich temperatur i długi czas procesu suszenia powodują jednak utratę wartości materiału poprzez zniszczenie niektórych substancji aktywn ych biologicznie oraz pogorszenie walorów smakowych. Mimo, że proces przebiega zwykle szybciej w porównaniu z taśm owymi suszarkami konwencjonalnymi z nagrzewaniem strumieniem gorącego powietrza i jakość suszu może być nieco wyższa w porównaniu z suszeniem konwencjonalnym, to wciąż produkt suszenia charakteryzuje się niewysokimi walorami smakowymi i znaczna część składników aktywnych biologicznie ulega zniszczeniu.

Znane są także konstrukcje bębnowe, w których materiał przesypywany jest wewnątrz bębna i nagrzewany jest mikrofalami. Konstrukcje te zbudowane są z dielektrycznego bębna umieszczonego wewnątrz cylindrycznej komory metalowej na której osadzone są promienniki mikrofalowe połączone z generatorami mikrofal. Proces suszenia jest szybszy w porównaniu z konwencjonalnymi suszarkami bębnowymi z gorącym powietrzem nagrzewającym materiał, lecz stosunkowo wysoka temperatura materiału w trakcie suszenia i długi czas procesu powodują znaczne pomniejszenie jakości suszu. Znana jest także mikrofalowa suszarka próżniowa, w której wewnątrz metalowej komory obracany jest bęben dielektryczny i mikrofale emitowane są do materiału przemieszczającego się wewnątrz bębna z promienników osadzonych na ścianach komory. W rozwiązaniu tym znacznie skrócony został czas suszenia i jakość uzyskiwanego suszu maże być bardzo wysoka. Niedogodnością techniczną wynik ającą z zastosowania tego rozwiązania jest mała wydajność suszarki, bowiem mikrofalowe nagrzewanie prowadzone jest bardzo krótko, zwykle około 1,5 do 2,5 minuty, a następnie prowadzony jest długi proces stabilizacji produktu oraz proces zapowietrzania bębna, wyładowania materiału, załadunku następnej porcji materiału oraz wypompowanie powietrza z bębna. W trakcie tych dodatkowych czynności w czasie wielokrotnie dłuższym od czasu nagrzewania mikrofalami generatory mikrofalowe są wyłączone. Taka procedura realizowana w znanej konstrukcji próżniowej suszarki mikrofalowej powoduje bardzo znaczne ograniczenie wydajności urządzenia.

Sposób i urządzenie do suszenia materiałów biologicznych, a zwłaszcza warzyw, owoców i mięsa znane są z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.338303. W sposobie suszony materiał umieszcza się w bębnie dielektrycznym znajdującym się wewnątrz metalowej komory stanowiącej jedno lub wielomodowy rezonator mikrofalowy, a następnie z bębna wypompowuje się powietrze celem obniżenia ciśnienia do zakresu od 10 mbar do 400 mbar i wprowadza się do komory metalowej energię mikrofalową z jednego lub kilku generatorów mikrofalowych o częstotliwościach od 400 MHz do 6000 MHz przez czas od kilku minut do kilku godzin. W trakcie nagrzewania mikrofalami bęben dielektryczny z suszonym materiałem jest obracany lub przemieszczany wewnątrz komory metalowej tak, aby suszony materiał przesypywał się w jej wnętrzu. W urządzeniu wewnątrz metalowej komory stanowiącej jedno lub wielomodowy rezonator mikrofalowy umieszczony jest bęben dielektryczny osadzony na obrotowej tulei połączonej z układem napędowym umożliwiającym obracanie bębna wewnątrz metalowej komory oraz połączony z pompą próżniową. Komora metalowa połączona jest z jednym lub kilkoma generatorami mikrofalowymi o częstotliwości od 400 MHz do 6000 MHz za p ośrednictwem odcinków falowodu, odcinków linii współosiowej lub bezpośrednio połączonymi z komorą metalową, przy czym anteny generatorów na powierzchni komory metalowej, do której emitują promieniowanie mikrofalowe.

Sposób suszenia materiałów dielektrycznych i urządzenie do suszenia materiałów dielektrycznych znane są z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.354373. Sposób polega na tym, że proces suszenia prowadzi się, w co najmniej w dwóch etapach, przy czym w pierwszym etapie rozdrobniony materiał dielektryczny suszy się w procesie suszenia wstępnego od wilgotności początkowej materiału dielektrycznego w zakresie od 80% do 90% do wilgotności w zakresie od 20% do 45%, po czym w drugim etapie podsuszony materiał dielektryczny suszy się z użyciem energii mikrofalowej, który

PL 223 222 B1 prowadzi się w obracającej się cylindrycznej komorze, przy ciśnieniu w zakresie od 1 kPa do 6 kPa, przy częstotliwości energii mikrofalowej w zakresie od 600 MHz do 6 GHz i przy dostarczonej mocy mikrofalowej w ilości od 2 W do 40 W na gram suszonego materiału, aż do uzyskania wilgotności materiału dielektrycznego w zakresie od 8% do 30%. W etapie tym suszony materiał podgrzewa się do temperatury nie większej niż 80°C. Następnie prowadzi się proces suszenia końcowego do wilgotności w zakresie od 6 do 10%. Urządzenie do suszenia materiałów dielektrycznych wyposażone jest w segment przygotowania produktu, segment suszenia wstępnego, komorę mikrofalową i segment dosuszania. Komora mikrofalowa ma wewnątrz wnęki metalowej osadzoną obrotowo-cylindryczną komorę w postaci bębna dielektrycznego. Wnęka metalowa jest połączona z pompą próżniową oraz jest wyposażona w generatory mikrofalowe, które charakteryzują się małym tętnieniem mocy mikr ofalowej.

Mikrofalowe urządzenie do sterylizacji ziół, przypraw, tytoniu i suszonych warzyw oraz owoców znane jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.388955. Sterylizowany materiał nagrzewany jest energią mikrofalową o częstotliwości od 900 MHz do 3000 MHz w metalowej komorze z umieszczonym wewnątrz dielektrycznym transporterem taśmowym lub z dielektrycznym bębnem i po nagrzaniu do temperatury w zakresie od 70°C do 130°C wprowadzany jest do komory schładzania. W komorze schładzania materiał schładzany jest do temperatury poniżej 15°C w czasie nie dłuższym, niż 3 minuty w strumieniu zimnego powietrza. Komora schładzania wykonana może być w postaci transportera wibracyjnego z wymuszonym przepływem zimnego powietrza, w postaci sita z wymuszonym przepływem zimnego powietrza od spodu sita lub też w postaci układu transportera pneumatycznego, w którym materiał jest transportowany w strumieniu zimnego powietrza tłoczonego z wentylatora poprzez układ schładzający powietrze.

Istota urządzenia, według wynalazku polega na tym, że cylindryczna metalowa obudowa kom ory zamknięta jest po obu stronach metalowymi pokrywami z otworami, ułożyskowanymi w obudowie. Wewnątrz obudowy osadzone są co najmniej trzy cylindryczne komory wykonane z materiału dielektrycznego niepochłaniającego mikrofal, w postaci rur, przy czym rury pierwszym końcem osadzone są w pierwszych tulejach ułożyskowanych w otworach pierwszej pokrywy, na których to tulejach osadzone są uchylne drzwiczki z uszczelnieniem, zamykające rury, natomiast drugie końce rur osadzone są w drugich tulejach z króćcami przyłączeniowymi do układu próżniowego. Na drugich tulejach zamocowany jest układ napędowy. Drugie tuleje osadzone są w otworach wykonanych w drugich pokrywach. Ponadto na obudowie metalowej zamocowane są co najmniej dwa promienniki mikrofalowe połączone z generatorami mikrofal, a co najmniej jedna pokrywa metalowa połączona jest z mechanizmem obrotowym.

Korzystnie, promienniki mikrofalowe zamocowane są wzdłuż tworzącej walca cylindrycznej obudowy metalowej, przy czym tylko jedna z rur usytuowana jest w minimalnej odległości od promie nników mikrofalowych.

Korzystnie, w komorze pomiędzy rurami wstawione są metalowe ekrany, oddzielające każdą z rur od pozostałej przestrzeni komory.

Układ napędowy korzystnie, wyposażony jest w co najmniej cztery koła zębate, z których co najmniej trzy zamocowane są na króćcach przyłączeniowych, a jedno koło zębate połączone jest przekładnią z silnikiem, przy czym na kołach zębatych rozpięty jest łańcuch.

Korzystnie, króciec przyłączeniowy każdej rury podłączony jest poprzez rozdzielacz próżniowy i zawór trójdrożny z odrębną pompą próżniową.

Korzystnym jest, gdy każda rura wyposażona jest we wkładkę z materiału dielektrycznego niepochłaniającego mikrofal, która ma dwa pierścienie połączone listwami ustawionymi prostopadle do ścianek rur, ponadto na pierścieniu znajdującym się od strony tulei z króćcem przyłączeniowym, ma zamontowany filtr drobnych frakcji suszonego materiału.

Korzystnie, w obudowie metalowej osadzone są trzy rury, których jedna jest rurą nagrzewania mikrofalami, druga rurą stabilizacji produktu, a trzecia rurą załadowczo-wyładowczą, przy czym podczas pracy urządzenia każda rura jest cyklicznie i kolejno rurą nagrzewania mikrofalami, rurą stabilizacji produktu i rurą załadowczo-wyładowczą, ponadto rura nagrzewania mikrofalami jest usytuowana najbliżej promienników mikrofal.

Korzystne jest również to, że układ próżniowy, układ napędowy, generatory mikrofal i mechanizm obrotowy podłączone są do układu sterowania.

Dzięki zastosowaniu trzech lub więcej dielektrycznych cylindrycznych komór wykonane z materiału dielektrycznego niepochłaniającego mikrofale w postaci rur, obracających się wewnątrz komory

PL 223 222 B1 metalowej proces nagrzewania mikrofalami w jednej rurze ustawionej na wprost promienników mikrofalowych, prowadzony jest praktycznie w sposób ciągły. Równocześnie w pozostałych rurach trwa proces stabilizacji produktu oraz w jednej rurze równocześnie wykonywane są czynności związane z wyładunkiem wysuszonego materiału oraz załadunkiem kolejnej porcji. Dzięki temu przy zastosowaniu tej samej ilości generatorów mikrofalowych uzyskać można trzykrotne, a nawet pięciokrotne zwiększenie wydajności procesu. Suszenie warzyw i owoców za pomocą energii mikrofalowej prow adzone jest w obniżonym ciśnieniu co przyspiesza proces i poprawia jakość suszu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój osiowy urządzenia do suszenia warzyw, owoców i ziół z wykorzystaniem mikrofal w ujęciu schematycznym, fig. 2 - układ napędowy, fig. 3 - rozdzielacz próżniowy, a fig. 4 - wkładkę mieszającą.

Urządzenie do suszenia warzyw, owoców i ziół z wykorzystaniem mikrofal ma cylindryczną m etalową obudowę OB komory KO, zamkniętą po obu stronach metalowymi pokrywami pierwszą PO! i drugą PO₂ ułożyskowanymi w obudowie OB. W pokrywach PO!, PO₂ wykonane są otwory. Wewnątrz obudowy OB osadzone są trzy cylindryczne komory wykonane z materiału dielektrycznego niepochłaniającego mikrofal w postaci rur RN, RS, RZ. Rury RN, RS, RZ pierwszym końcem osadzone są w pierwszych tulejach TUi ułożyskowanych w otworach pierwszej pokrywy POi, a na pierwszych tulejach TUi osadzone są uchylne drzwiczki UD z uszczelnieniem, zamykające rury RN, RS, RZ. Drugie końce rur RN, RS, RZ osadzone są w drugich tulejach TU₂ z króćcami przyłączeniowymi KP do układu próżniowego, przy czym drugie tuleje TU₂ osadzone są w otworach wykonanych w drugich pokrywach PO₂. W komorze KO pomiędzy rurami RN, RS, RZ wstawione są trzy metalowe ekrany EK, oddzielające każdą z rur RN, RS, RZ od pozostałej przestrzeni komory KO. Trzy rury RN, RS, RZ, osadzone są w obudowie metalowej OB tak, że jedna z nich jest rurą nagrzewania mikrofalami RN, druga rurą stabilizacji produktu RS, a trzecia rurą załadowczo-wyładowczą RZ, przy czym podczas pracy urządzenia pokrywy PO₁, PO₂ z osadzonymi w nich rurami RN, RS, RZ są obracane mechanizmem obrotowym MO, 1/3 obrotu koła co powoduje, że każda rura RN, RS, RZ jest cyklicznie i kolejno rurą nagrzewania mikrofalami RN, rurą stabilizacji produktu RS i rurą załadowczo-wyładowczą RZ, ponadto rura nagrzewania mikrofalami RN jest zawsze usytuowana najbliżej promienników mikrofal PM. Na króćcach przyłączeniowych KP zamocowany jest układ napędowy. Krócice przyłączeniowe KP każdej rury RN, RS, RZ podłączone są poprzez rozdzielacz próżniowy RP i zawory trójdrożne ZA z odrębną pompą próżniową PP, które obniżają ciśnienie w rurach nagrzewania mikrofalami RN i stabilizacji produktu RS podczas suszenia produktu. Układ napędowy wyposażony jest w cztery koła zębate KZ, z których trzy zamocowane są na króćcach przyłączeniowych KP, a jedno koło zębate KZ połączone jest przekładnią z silnikiem, przy czym na kołach zębatych KZ rozpięty jest łańcuch LA. Ponadto na obudowie OB zamocowanych jest osiem promienników mikrofalowych PM połączone z ośmioma generatorami mikrofal. Promienniki mikrofalowe PM zamocowane są wzdłuż tworzącej walca cylindryc znej obudowy metalowej OB, przy czym tylko rura nagrzewania produktu RN usytuowana jest w minimalnej odległości od promienników mikrofalowych PM. Wewnątrz rur RN, RS, RZ umieszczone są wkładki wykonane z materiału dielektrycznego niepochłaniającego mikrofal. Każda wkładka ma dwa pierścienie PR połączone listwami LI ustawionymi prostopadle do ścianek rur RN, RS, RZ, przy czym na pierścieniu PR znajdującym się od strony drugiej tulei TU₂ z króćcami przyłączeniowymi KP, zamontowany jest filtr drobnych frakcji FI suszonego materiału. Podczas pracy urządzenia układ napędowy obraca powoli rurą nagrzewania mikrofalami RN i rurą stabilizacji produktu RS, a umieszczone w nich wkładki zwiększają intensywność suszenia i stabilizacji produktu poprzez jego przesypywanie, natomiast rura załadowczo-wyładowcza RZ jest odłączona od napędu, co pozwala na jej opróżni enie z wysuszonego produktu i załadowanie nowej porcji. Usuwanie suszu z rury załadowczowyładowczej RZ ułatwia umieszczona w niej wkładka, której pierścień PR wysuwa susz z rury RZ. Nad prawidłowym działaniem urządzenia czuwa układ sterowania, do którego podłączone są układ próżniowy, układ napędowy, generatory mikrofal i mechanizm obrotowy MO. Ponadto rury RN, RS, RZ i wkładki wykonane są z polipropylenu, który jest materiałem dielektrycznym niepochłaniającym mikrofal.

Urządzenie do suszenia warzyw, owoców i ziół z wykorzystaniem mikrofal jest suszarnią, w której proces suszenia prowadzony jest etapowo. W rurze nagrzewania mikrofalami RN umieszczony materiał nagrzewany jest mikrofalami w obniżonym ciśnieniu przez ustalony czas od jednej minuty do 10 minut, w rurze stabilizacji produktu RS materiał przesypywany wewnątrz obracającej się rury dielektrycznej utrzymywany jest cały czas w obniżonym ciśnieniu, natomiast rura załadowczo-wyłaPL 223 222 B1 dowcza RZ jest zapowietrzana i porcja materiału po wysuszeniu jest usuwana z tej rury RZ, a następnie wprowadzana jest porcja nowego wilgotnego materiału. Suszony materiał w trakcie przemieszczania się wewnątrz obracającej się rury nagrzewania mikrofalami RN jest intensywnie nagrzewany m ikrofalami. Na skutek obniżenia ciśnienia w rurze nagrzewania mikrofalami RN występuje zjawisko wrzenia i gwałtownego odparowania wody już przy temperaturach znacznie niższych od 100°C, ponieważ temperatura parowania wody zależy od ciśnienia i maleje przy obniżaniu ciśnienia. Zatem przez odpowiednie zredukowanie ciśnienia w rurze nagrzewania mikrofalami RN możliwe jest prowadzenie szybkiego procesu suszenia w warunkach nagrzania suszonego materiału do stosunkowo niskich temperatur, na przykład do 40-60°C, co pozwala uzyskiwać susze o bardzo dobrych parametrach jakościowych. W rurze stabilizacji produktu RS także utrzymywane jest obniżone ciśnienie i materiał jest przemieszczany w wyniku powolnych obrotów tej rury RS, jest to etap stabilizacji uprzednio wysuszonego materiału.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do suszenia warzyw, owoców i ziół z wykorzystaniem mikrofal, zawierające dielektryczną cylindryczną komorę umieszczoną wewnątrz komory obudowanej metalową obudową, na której zamocowane są promienniki mikrofalowe połączone z generatorami mikrofal, znamienne tym, że cylindryczna metalowa obudowa (OB) komory (KO) zamknięta jest po obu stronach metalowymi pokrywami (PO₁, PO₂) z otworami, ułożyskowanymi w obudowie (OB), a wewnątrz obudowy (OB) osadzone są co najmniej trzy dielektryczne cylindryczne komory wykonane z materiału dielektrycznego niepochłaniającego mikrofal w postaci rur (RN, RS, RZ), przy czym rury (RN, RS, RZ) pierwszym końcem osadzone są w pierwszych tulejach (TU₁) ułożyskowanych w otworach pierwszej pokrywy (PO₁), na których to tulejach (TU₁) osadzone są uchylne drzwiczki (UD) z uszczelnieniem, zamykające rury (RN, RS, RZ), natomiast drugie końce rur (RN, RS, RZ) osadzone są w drugich tulejach (TU₂) z króćcami przyłączeniowymi (KP) do układu próżniowego, na których zamocowany jest układ napędowy, przy czym drugie tuleje (TU₂) osadzone są w otworach wykonanych w drugich pokrywach (PO₂), ponadto na obudowie (OB) zamocowane są co najmniej dwa promienniki mikrofalowe (PM) połączone z generatorami mikrofal, a co najmniej jedna pokrywa (PO₁, PO₂) metalowa połączona jest z mechanizmem obrotowym (MO).
2. 2. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że promienniki mikrofalowe (PM) zamocowane są wzdłuż tworzącej walca cylindrycznej obudowy metalowej (OB), przy czym tylko jedna z rur (RN) usytuowana jest w minimalnej odległości od promienników mikrofalowych (PM).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w komorze (KO) pomiędzy rurami (RN, RS, RZ) wstawione są metalowe ekrany (EK), oddzielające każdą z rur (RN, RS, RZ) od pozostałej przestrzeni komory (KO).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ napędowy wyposażony jest w co najmniej cztery koła zębate (KZ), z których co najmniej trzy zamocowane są na króćcach przyłączeniowych (KP), a jedno koło zębate (KZ) połączone jest przekładnią z silnikiem, przy czym na kołach zębatych (KZ) rozpięty jest łańcuch (LA).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że króciec przyłączeniowy (KP) każdej rury (RN, RS, RZ) podłączony jest poprzez rozdzielacz próżniowy (RP) i zawór trójdrożny (ZA) z odrębną pompą próżniową (PP).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że każda rura (RN, RS, RZ) wyposażona jest we wkładkę z materiału dielektrycznego niepochłaniającego mikrofal, która ma dwa pierścienie (PR) połączone listwami (LI) ustawionymi prostopadle do ścianek rur (RN, RS, RZ), ponadto na pierścieniu (PR) znajdującym się od strony drugiej tulei (TU₂) z króćcami przyłączeniowymi (KP), ma zamontowany filtr drobnych frakcji (FI) suszonego materiału.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w obudowie metalowej (OB) osadzone są trzy rury (RN, RS, RZ), których jedna jest rurą nagrzewania mikrofalami (RN), druga rurą stabilizacji produktu (RS), a trzecia rurą załadowczo-wyładowczą (RZ), przy czym podczas pracy urządzenia każda rura (RN, RS, RZ) jest cyklicznie i kolejno rurą nagrzewania mikrofalami (RN), rurą stabilizacji produktu (RS) i rurą załadowczo-wyładowczą (RZ), ponadto rura nagrzewania mikrofalami (RN) jest usytuowana najbliżej promienników mikrofal (PM).
8. 8. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że układ próżniowy, układ napędowy, generatory mikrofal i mechanizm obrotowy (MO) podłączone są do układu sterowania.