RU2084084C1 - Установка для свч-обработки диэлектрических материалов - Google Patents

Установка для свч-обработки диэлектрических материалов Download PDF

Info

Publication number
RU2084084C1
RU2084084C1 RU95108191A RU95108191A RU2084084C1 RU 2084084 C1 RU2084084 C1 RU 2084084C1 RU 95108191 A RU95108191 A RU 95108191A RU 95108191 A RU95108191 A RU 95108191A RU 2084084 C1 RU2084084 C1 RU 2084084C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
heating
microwave
heating chambers
microwave energy
Prior art date
Application number
RU95108191A
Other languages
English (en)
Other versions
RU95108191A (ru
Inventor
В.А. Малярчук
В.И. Миркин
С.Г. Сучков
В.Я. Явчуновский
Original Assignee
Товарищество с ограниченной ответственностью "Диполь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Товарищество с ограниченной ответственностью "Диполь" filed Critical Товарищество с ограниченной ответственностью "Диполь"
Priority to RU95108191A priority Critical patent/RU2084084C1/ru
Publication of RU95108191A publication Critical patent/RU95108191A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2084084C1 publication Critical patent/RU2084084C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к установкам для нагрева с использованием СВЧ-энергии и может быть использовано в пищевой, перерабатывающей и других отраслях промышленности, где осуществляется тепловая обработка диэлектрических материалов. Установка состоит из камер нагрева 1, выполненных в виде отрезков желобковых волноводов с окнами для подачи материала, источников СВЧ-энергии 2 и 3, расположенных напротив друг друга, конвейера 4 для транспортировки материала, системы продольной продувки горячим воздухом 5 и системы поперечной продувки горячим воздухом 6. Камеры нагрева 1 соединены между собой в плоскости, параллельной продольным осям желобковых волноводов и перпендикулярной плоскости движения конвейера 4, который выполнен с возможностью перемещения через окна желобковых волноводов, причем длина и ширина камеры поперечной продувки 6 зависят от количества камер нагрева 1 и мощности источников СВЧ-энергии 2 и 3. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к установкам для нагрева с использованием СВЧ-энергии и может быть использовано в пищевой, перерабатывающей и других отраслях промышленности, где осуществляется тепловая обработка диэлектрических материалов.
Известно устройство для СВЧ-обработки пищевых материалов (см. а.с СССР 1044260 по кл. МКИ A 23 L 3/32, H 05 B 6/64, опуб. 30.09.83), содержащее генератор, узел согласования, питающий прямоугольник волновод с рупором пирамидальной формы, шлюзы и конвейер для транспортировки продуктов. При этом для повышения эффективности использования СВЧ-энергии конец волновода расположен в рупоре на 1/3-1/2 его высоты и выполнен со скосом по его широкой стенке относительно плоскости движения конвейера в направлении его перемещения. В данной конструкции элемент связи генератора с прилегающими к нему отрезками регулярно волновода с окном по широкой стенке является многоволновой резонаторной камерой. Данное устройство позволило сохранить режим бегущей волны в динамике транспортировки продукта на конвейере, повысить тем самым эффективность использования СВЧ-энергии.
Однако производительность установки ограничена предельной толщиной слоя сушимого продукта. Кроме того, использование только источника СВЧ-излучения требует значительных затрат электроэнергии.
Известна также установка для СВЧ-обработки продуктов (см. а.с. СССР 981785 по кл. F 26 B 3/34, опуб. 15.12.82), содержащая сушильную камеру в виде горизонтального участка и прямоугольной шахты, генератор СВЧ-энергии и волноводы. Шахта выполнена с двумя противолежащими сетчатыми стенками, волноводы укреплены в верхней части стенок с возможностью вертикального перемещения, а перед шахтой установлен подсушиватель виброкипящего слоя.
Использование в данной конструкции подсушивателя позволило снизить расход теплоносителя, что в свою очередь позволило решить задачу снижения энергозатрат.
Однако конструкция подобного типа не предусматривает обработку высоковлажных материалов (до 700% влагосодержания), а выполнение прямоугольной шахты в виде обычной резонаторной камеры приводит к неэффективному использованию СВЧ-энергии, поскольку нагрузка при входе в камеру и выходе из нее неидентичны в связи с изменением диэлектрических характеристик обрабатываемого продукта.
Наиболее близкой к заявляемой конструкции является установка для СВЧ-обработки диэлектрических материалов (см. заявку Франции N 2390025 по кл. Н 01 P 7/00, опуб. 05.01.79), содержащая камеру нагрева в виде отрезка желобкового волновода, в боковых стенках которого выполнены окна для подачи обрабатываемого материала, источник СВЧ-энергии, подключенный к камере нагрева.
Данная установка не позволяет решить задачу однородности обработки крупноразмерных диэлектрических материалов. Кроме того, установка обладает малой производительностью из-за наличия только одной камеры нагрева.
Изобретение предназначено для решения задачи повышения производительности установки и улучшения качества диэлектрических материалов за счет обеспечения однородности обработки по длине, высоте и ширине. Кроме того, изобретение позволяет решить задачу снижения затрат электроэнергии.
Для этого установка для СВЧ-обработки диэлектрических материалов, содержащая камеру нагрева в виде отрезка желобкового волновода, в боковых стенках которого выполнены окна для подачи обрабатываемого материала, источник СВЧ энергии, подключенный к камере нагрева, дополнительно содержит по крайней мере еще одну камеру нагрева, идентичную первой, соединенную с ней и снабженную источником СВЧ-энергии, систему продольной продувки горячим воздухом, каждая из камер нагрева снабжена дополнительным вторым источником СВЧ-энергии, расположенным напротив первого, а соединение камер нагрева выполнено с возможностью перемещения через них обрабатываемого материала, при этом плоскость соединения камер нагрева перпендикулярна направлению перемещения обрабатываемого материала, а система продольной продувки горячим воздухом ориентирована параллельно направлению перемещения материала, причем число камер нагрева выбирают из условия:
Figure 00000002

где
Figure 00000003
средняя энергоемкость процесса СВЧ сушки (кВт•ч/кг);
Mc заданная производительность установки по сухому продукту (кг/ч);
χo начальное влагосодержание материала (%);
χкон заданное конечное влагосодержание материала (кВт);
Po мощность источника СВЧ энергии (кВт).
Для снижения затрат электроэнергии установка дополнительно содержит камеру поперечной продувки горячим воздухом, подключенную со стороны первой по направлению движения материала камере нагрева в плоскости, параллельной плоскости соединения камер нагрева, причем длина и ширина камеры поперечной продувки связаны с количеством камер нагрева и мощностью источника СВЧ - энергии соотношением:
Figure 00000004

где
Figure 00000005
, Rk средние энергоемкости, соответственно, процессов СВЧ сушки и сушки поперечной продувки горячим воздухом (кВт•ч/кг);
N число камер нагрева;
Po мощность источника СВЧ энергии (кВт);
l длина камеры нагрева (м);
Cв, ρв теплоемкость и плотность воздуха (кВт•ч/кг•град, кг/м3);
ΔT заданное повышение температуры воздуха в камере поперечной продувки над температурой окружающей среды (oC);
Vвозд заданная скорость воздушного потока через продукт (м/ч).
Lk длина камеры поперечной продувки (м);
b ширина камеры поперечной продувки (м);
В известных источниках патентной и научно-технической информации не описано установок СВЧ обработки диэлектрических материалов, преимущественно пищевых продуктов высокой влажности (до 700% влагосодержания), позволяющих осуществить однородную по объему обработку с высокой производительностью. При этом однородность обработки обеспечивается равномерностью распределения высокочастотного поля в системе камер нагрева. Кроме того, неизвестно решение поставленной задачи путем комбинированной обработки материалов: на начальном этапе поперечной продувки горячим воздухом, а на конечном этапе СВЧ
излучение в сочетании с продольной продувкой горячим воздухом. Известно, что на начальном этапе обработки горячим воздухом требуются небольшие затраты электроэнергии, которые резко возрастают при влагосодержании продукта около 200% и ниже. При обработке продуктов СВЧ излучением энергозатраты при влагосодержании продукта более 200% выше, чем при сушке горячим воздухом, а при влагосодержании, меньшим 200% ниже.
Таким образом, сочетание обработки на начальном этапе горячим воздухом, позволяющим снизить содержание свободной влаги, и на заключительном - СВЧ-излучением, позволяющим исключить связанную влагу, является энергетически наиболее эффективным.
Кроме того, использование СВЧ излучения на конечном этапе обработки позволяет с высокой степенью эффективности произвести обеззараживание продукта при 95% -ной сохранности сахаров, витамина С, каротина. Обработанный таким способом продукт соответствует высшему сорту качества.
Сказанное позволяет сделать вывод о наличии в заявляемом устройстве изобретательского уровня.
На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемой установки, на фиг.2 - общий вид камер нагрева, на фиг.3 вид сбоку установки с системами продольной и поперечной продувки горячим воздухом.
Установка состоит из камер нагрева 1, источников СВЧ энергии 2,3, расположенных напротив друг друга и подключенных к камерам нагрева 1, контейнера 4, для транспортировки обрабатываемого материала, системы продольной продувки горячим воздухом 5 и системы поперечной продувки горячим воздухом 6 (см. фиг.1).
Камеры нагрева 1 выполнены в виде отрезков желобковых волноводов 7 с окнами 8 для подачи материала (см. фиг.2). Камеры нагрева 1 соединены между собой в плоскости, параллельной продольным осям желобковых волноводов 7 и перпендикулярной плоскости движения конвейера 4, который выполнен в возможностью перемещения через окна 8 желобковых волноводов 7. Система продольной продувки горячим воздухом 5, выполненная, например, в виде калорифера, ориентирована параллельно плоскости движения конвейера 4 (см. фиг.3). К первой по направлению движения конвейера 4 камеры нагрева 1 может быть подключена система поперечной продувки горячим воздухом 6 (см. фиг.3).
Устройство работает следующим образом.
Продукт загружают на поддоны и устанавливают на конвейер 4. По мере продвижения поддонов с продуктами последовательно включают источники 2 и 3 соответствующих камер нагрева, в результате чего энергия высокочастотного излучения поступает в камеру нагрева 1, где происходит воздействие СВЧ - излучения на продукт. Согласованные с камерой нагрева 1 источники 2 и 3 в промежутки времени между генерацией выполняют роль согласованной нагрузки и обеспечивают в камере нагрева 1 режим бегущей волны, при котором плотность СВЧ энергии равномерна по длине камеры 1. Кроме того, использование двух СВЧ
источников 2 и 3, расположенных напротив друг друга и подключенных к камере 1 противофазно, обеспечивает равномерный нагрев образцов по их ширине. Система продольной продувки 5, включенная одновременно с первой по направлению движения конвейера камерой нагрева 1, увеличивается скорость сушки продукта, нагреваемого с помощью СВЧ излучения.
Для снижения затрат электроэнергии установка может содержать систему поперечной продувки 6, которая осуществляет предварительную обработку высоковлажного продукта. В этом случае поддон с продуктами устанавливают на конвейер 4 и воздействую на продукт поперечным потоком горячего воздуха. По достижении в системе поперечной продувки 6 рабочей температуры 90-95oC включают конвейер 4 и осуществляют продвижение продукта к камере нагрева 1. При этом обработку горячим воздухом в системе 6 осуществляют до удаления 70-80% влаги.
Количество N камер нагрева выбирают из следующих соображений.
Известно, что для испарения массы воды
Figure 00000006
необходима энергия E при средней энергоемкости процесса
Figure 00000007
, т.е.
Figure 00000008

которые в свою очередь определяются как
Figure 00000009

где
Mc масса абсолютно сухого материала,
χo влагосодержание продукта до сушки,
χкон влагосодержание продукта после сушки. Тогда

Так как в предлагаемой установке процесс сушки является непрерывным, то вместо величины массы удобнее пользоваться отношением массы ко времени, т.е. величиной производительности.
Figure 00000011

где
Figure 00000012
производительность установки по испаренной влаге;
Figure 00000013
производительность установки по сухому продукту.
Известно, что энергия E -есть мощность установки P, умноженная на время процесса t, т.е.
E=P•t,
Мощность установки P определяется формулой:
P=2NP0,
где
N количество камер нагрева,
P0 мощность одного источника СВЧ.
Тогда
E=2NP0t,
Из соотношения (11) с учетом (3),(6),(8) получим:
Figure 00000014

Если величины χo, χкон измеряются в процентах, то выражение (12) примет вид:
Figure 00000015

Геометрические размеры камеры поперечной продувки выбирают из следующих соображений. В зависимости от отрабатываемого материала и конфигурации установки отношение массы воды, испаренной в камере продувки горячим воздухом Mk, к массе воды, испаренной в камере СВЧ нагрева Mсвч, лежит в пределах от 3 до 8:
Figure 00000016

Масса испаренной воды есть энергия, затраченная на испарение, отнесенная к энергоемкости процесса:
Figure 00000017

Энергия есть произведение мощности источника на длительность процесса:
Figure 00000018

где
Pн.э. мощность нагревательных элементов;
Lk длина конвективного участка;
Vo скорость конвейера
Figure 00000019

где
N скорость камер СВЧ нагрева;
l длина камеры СВЧ нагрева;
Po мощность источника СВЧ энергии
Мощность нагревательных элементов Pн.э. можно определить как отношение теплоты Q, переданной нагреваемому воздуху ко времени процесса t:
Figure 00000020

где
cb теплоемкость воздуха;
mb масса воздуха;
ΔT превышение температуры воздуха в камере поперечной продувки над температурой окружающей среды.
Figure 00000021

где
ρb плотность воздуха;
V объем воздуха;
b ширина камеры поперечной продувки;
Vb скорость нагретого воздуха через продукт;
Lk длина камеры поперечной продувки.
Учитывая вышесказанное, можно записать
Figure 00000022

Значит, выражение (13) можно записать в виде:
Figure 00000023

и, выделив геометрические размеры камеры поперечной продувки, переписать как
Figure 00000024

где
Figure 00000025
Rk средние энергоемкости, соответственно, процессов СВЧ - сушки и сушки поперечной продувкой горячим воздухом (кВт•ч/кг);
N число камер нагрева;
P0 мощность источника СВЧ энергии (кВт);
l длина камеры нагрева (м);
Cb, ρв теплоемкость и плотность воздуха (кВт•ч/кг•град,кг/м3);
ΔT заданное превышение температуры воздуха в камере поперечной продувки над температурой окружающей среды (oC);
Vвозд заданная скорость воздушного потока через продукт (м/ч).
Lk длина камеры поперечной продувки (м);
b ширина камеры поперечной продувки (м);
Пример 1 работы установки с 12-ю камерами нагрева. Предварительно очищенный и нарезанный продукт (морковь) с начальным влагосодержанием 750% выкладывают на поддоны с сетчатым дном размером 0,3•0,6 м по 1,5 кг на каждый. Включают привод конвейера 4 и устанавливают его скорость 6,4-6,6 см/мин. Устанавливают поддоны с продуктом на конвейер 4. По мере поступления поддонов с продуктом в камеры 1 СВЧ нагрева включают соответствующие источники СВЧ излучения 2 и 3. Мощность каждого источника 1,2 кВт. Частота излучения 2,45 Ггц. Одновременно продукт с помощью системы продольной продувки 5 обдувается теплым воздухом с температурой 55-60oC. На выходе из установки получают поддоны с готовым продуктом с влагосодержанием 14-16%
Пример 2 работы установки с 3-мя камерами нагрева и системой поперечной продувки горячим воздухом (длина системы 1,5 м). Предварительно нарезанный и очищенный продукт (морковь) с начальным влагосодержанием 750% выкладывают на поддоны с сетчатым дном размером 0,3•0,6 м по 2,5 кг на каждый. Включают привод конвейера 4, и устанавливают его скорость равной 3,5-3,6 см/мин. Включают систему поперечной продувки горячим воздухом и устанавливают поддоны с продуктом на конвейер 4. В системе продувки 6 продукт обрабатывается горячим воздухом c температурой 90-92oC со скоростью воздуха 1 м/с. По мере выхода поддонов с продуктом из системы поперечной продувки 6 и прохождения их через камеры СВЧ нагрева 1 включают источники СВЧ излучения 2 и 3. На выходе из установки получают поддоны с готовым продуктом с влагосодержанием 14-16%
Установка позволяет осуществить обработку древесины (пиломатериалов, паркета, фанеры и пр.), овощей, фруктов, зелени и лекарственных трав. Потребляемая мощность одной секции установки составляет 3,2 кВт. Производительность 12-секционной установки при сушке овощей составляет 20 кг/ч, зелени 60 кг/ч при конечной влажности 1-2% Обработанные сушеные продукты по показателям качества соответствуют высшему сорту. Так, сохранность сахара, крахмала, каротина в моркови, свекле, картофеле обеспечивается на уровне 96-98% Сохранность витамина C составляет 89-90%
Установка позволяет осуществить равномерную просушку лекарственных трав и зелени. При этом сохраняется их структура, цвет и запах. Сохранность каротина в укропе и петрушке 96-98% тогда как в известных на сегодняшний день установках она составляет 50-70%
Установка проста и легка в обслуживании, предусматривает возможность наращивания мощности, а тем самым увеличения производительности за счет увеличения до необходимого количества камер нагрева. При этом энергозатраты установки за счет применения маломощных серийно выпускаемых источников СВЧ - энергии магнетронов не столь значительны по сравнению с известными.

Claims (2)

1. Установка для СВЧ-обработки диэлектрических материалов, содержащая камеру нагрева в виде отрезка желобкового волновода, в боковых стенках которого выполнены окна для подачи обрабатываемого материала, источник СВЧ-энергии, подключенный к камере нагрева, отличающаяся тем, что дополнительно содержит по крайней мере еще одну камеру нагрева, идентичную первой, соединенную с ней и снабженную источником СВЧ-энергии, систему продольной продувки горячим воздухом, каждая из камер нагрева снабжена дополнительным вторым источником СВЧ-энергии, расположенным напротив первого, а соединение камер нагрева выполнено с возможностью перемещения через них обрабатываемого материала, при этом плоскость соединения камер нагрева перпендикулярна заданному направлению перемещения через них обрабатываемого материала, а система продольной продувки горячим воздухом ориентирована параллельно направлению перемещения материала, причем число камер нагрева выбирают из условия
Figure 00000026

где
Figure 00000027
средняя энергоемкость процесса СВЧ-сушки, кВт•ч/кг;
Mс заданная производительность установки по сухому продукту, кг/ч;
χo - начальное влагосодержание материала,
χкон - заданное конечное влагосодержание материала,
Pо потребляемая мощность источника СВЧ-энергии, кВт.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит камеру поперечной продувки горячим воздухом, подключенную со стороны первой по направлению движения материала камере нагрева в плоскости, параллельной плоскости соединения камер нагрева, причем длина и ширина камеры поперечной продувки связаны с количеством камер нагрева и мощностью источника СВЧ-энергии соотношением
Figure 00000028

где
Figure 00000029
средние энергоемкости соответственно процессов СВЧ-сушки и сушки поперечной продувкой горячим воздухом, кВт•ч/кг;
N число камер нагрева;
Pо мощность источника СВЧ-энергии, кВт;
L длина камеры нагрева, м;
Cв, ρв - теплоемкость и плотность воздуха, кВт•ч/кг•град, кг/м3;
ΔT - заданное превышение температуры воздуха в камере поперечной продувки над температурой окружающей среды, oС;
Vвозд заданная скорость воздушного потока через продукт, м/ч;
Lк длина камеры поперечной продувки, м;
b ширина камеры поперечной продувки, м.
RU95108191A 1995-05-19 1995-05-19 Установка для свч-обработки диэлектрических материалов RU2084084C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95108191A RU2084084C1 (ru) 1995-05-19 1995-05-19 Установка для свч-обработки диэлектрических материалов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95108191A RU2084084C1 (ru) 1995-05-19 1995-05-19 Установка для свч-обработки диэлектрических материалов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95108191A RU95108191A (ru) 1997-02-20
RU2084084C1 true RU2084084C1 (ru) 1997-07-10

Family

ID=20167966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95108191A RU2084084C1 (ru) 1995-05-19 1995-05-19 Установка для свч-обработки диэлектрических материалов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2084084C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU190613U1 (ru) * 2018-12-12 2019-07-04 Рустам Сагитович Аипов Установка для сушки древесины
RU201557U1 (ru) * 2019-05-27 2020-12-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» СВЧ установка для обработки диэлектрических материалов
RU217156U1 (ru) * 2023-01-27 2023-03-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" Установка для сушки древесины

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1044260, кл. H 05 B 6/64, 1983. Патент Франции N 2390025, кл. H 01 P 7/00, 1979. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU190613U1 (ru) * 2018-12-12 2019-07-04 Рустам Сагитович Аипов Установка для сушки древесины
RU201557U1 (ru) * 2019-05-27 2020-12-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» СВЧ установка для обработки диэлектрических материалов
RU217156U1 (ru) * 2023-01-27 2023-03-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" Установка для сушки древесины

Also Published As

Publication number Publication date
RU95108191A (ru) 1997-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6233841B1 (en) Dehydration plant
US3908029A (en) Method for drying pasta products with microwave heating
US5135122A (en) Method and apparatus for dehydrating fruit
US5020237A (en) Method and apparatus for dehydrating fruit
US2419876A (en) Dehydration apparatus having conveyors, agitators, radiant heaters, and gas circulating means
US4890394A (en) Method and apparatus for drying flat structural components
KR100755384B1 (ko) 연속식 농수축산물 건조 시스템
US7018201B1 (en) Dual-zone dehydration tunnel
US3775860A (en) Method for drying materials with microwave energy
US4908486A (en) Resonant cavity of a microwave drier
EP0064516B1 (en) A method of carrying out the drying of wooden objects
US4291472A (en) Drying apparatus for aqueous coated articles and method
US8826562B2 (en) Drying apparatus
AU621925B2 (en) A method and an apparatus for drying veneer and similar products
EP0808444B1 (en) Method and apparatus for drying a humid layer with the aid of microwaves
RU2084084C1 (ru) Установка для свч-обработки диэлектрических материалов
RU2546182C1 (ru) Способ и устройство для сушки топинамбура
WO2007119159A2 (en) Method and apparatus to treat footwear near the end of the production process
Boshkova et al. Assessment of efficiency of drying grain materials using microwave heating
RU198401U1 (ru) Устройство для сушки семян
RU2479954C1 (ru) Установка для свч-обработки сыпучих продуктов или материалов
JPS59118071A (ja) 食品の乾燥装置
RU2792675C1 (ru) СВЧ-конвективная хмелесушилка с полуцилиндрическими резонаторами и фторопластовыми гребенчатыми направляющими
RU2764168C1 (ru) Установка для сушки, обеззараживания зерна и предпосевной обработки семян
RU2799419C1 (ru) Мобильная СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полуцилиндрическими резонаторами