RU2111631C1 - Universal microwave drier - Google Patents
Universal microwave drier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2111631C1 RU2111631C1 RU95114165A RU95114165A RU2111631C1 RU 2111631 C1 RU2111631 C1 RU 2111631C1 RU 95114165 A RU95114165 A RU 95114165A RU 95114165 A RU95114165 A RU 95114165A RU 2111631 C1 RU2111631 C1 RU 2111631C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave energy
- drying
- microwave
- working chamber
- control
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам сверхвысокочастотной сушки диэлектрических материалов, обладающих потерями, и может быть использовано в сельском хозяйстве, на деревообрабатывающих предприятиях и в мебельном производстве. The invention relates to devices for microwave drying of dielectric materials with losses, and can be used in agriculture, woodworking enterprises and furniture production.
Известна СВЧ-установка для сушки несыпучих материалов, в частности древесины [1], содержащая рабочую камеру, перемещающуюся по рельсам загрузочную тележку и источник СВЧ-энергии. Рабочая камера образует резонатор, к которому подключены два магнетронных генератора. Недостатками этой установки являются неоднородность сушки, обусловленная использованием для нагрева поля стоячих волн, возбуждаемого в объемном резонаторе [2], и малая производительность из-за небольшого объема камеры. Кроме того, в этой установке не контролируется и не регулируется согласование СВЧ-генераторов и нагрузки в процессе сушки древесины, что снижает КПД генератора и его надежность. Known microwave installation for drying bulk materials, in particular wood [1], containing a working chamber, a loading trolley moving along rails and a microwave energy source. The working chamber forms a resonator to which two magnetron generators are connected. The disadvantages of this setup are the inhomogeneity of drying, due to the use of standing field waves excited in the cavity resonator for heating [2], and low productivity due to the small volume of the chamber. In addition, in this installation, the coordination of microwave generators and the load during the drying of wood is not controlled or regulated, which reduces the efficiency of the generator and its reliability.
Способ СВЧ-сушки древесины [3] с использованием СВЧ-генераторов, работающих на разных частотах, несколько улучшает качество сушки по сравнению с устройством [1]. Однако неоднородность сушки остается, она принципиально не устранима при способе сушки в резонаторе в поле стоячих волн. The method of microwave drying of wood [3] using microwave generators operating at different frequencies slightly improves the quality of drying compared to the device [1]. However, the inhomogeneity of the drying remains, it is fundamentally not removable with the method of drying in the cavity in the field of standing waves.
В известном устройстве для СВЧ-сушки диэлектрических материалов [4] предложен смешанный режим нагрева материала как в поле бегущей волны, излучаемой находящейся на потолке камеры волноводно-щелевой антенной, так и в возникающем в силу граничных условий поле стоячих волн. Равномерность сушки по высоте материала в таком устройстве выше, чем в резонаторных камерах [1,3], поскольку большая часть энергии сушки вносится бегущей через диэлектрический материал волной, и характерные для стоячих волн узлы и пучности отсутствуют. Недостатками этого известного устройства являются: неравномерность сушки в горизонтальной плоскости, обусловленная недостаточной шириной диаграммы направленности антенны; низкая производительность из-за малого объема камеры, отсутствие контроля и регулировки согласования нагрузки с СВЧ-генератором в процессе сушки. In the known device for microwave drying of dielectric materials [4], a mixed mode of heating the material is proposed both in the field of a traveling wave emitted from a waveguide-slot antenna located on the ceiling of the chamber and in the field of standing waves arising due to boundary conditions. The drying uniformity in height of the material in such a device is higher than in resonator chambers [1,3], since most of the drying energy is introduced by the wave traveling through the dielectric material, and there are no nodes and antinodes characteristic of standing waves. The disadvantages of this known device are: uneven drying in the horizontal plane, due to the insufficient width of the antenna pattern; low productivity due to the small volume of the chamber, lack of control and adjustment of load matching with the microwave generator during the drying process.
Для первого варианта решения в качестве прототипа выбрана установка для СВЧ-нагрева несыпучих материалов [6], состоящая из рабочей камеры, источника СВЧ-энергии, системы давления и излучения СВЧ-энергии, двух (нескольких) волноводно-щелевых антенн, независимо, через фидерные линии, подключенных к генератору; и устройства согласования, состоящего из поворотных узлов. В установке для однородности сушки по высоте материала используется режим бегущей волны как и в [4]. В горизонтальной плоскости большая по ширине площадь однородного нагрева, чем в [4] достигается за счет использования двух (и более) параллельных антенн. Предусмотрена возможность улучшения согласования генератора с нагрузкой перед началом сушки путем поворота антенн вокруг продольной оси при помощи поворотных узлов. Однако эта известная установка обладает следующими существенными недостатками. Малый объем рабочей камеры прототипа не позволяет достичь большой производительности сушки. Увеличить же объем высушиваемого продукта простым изменением размеров устройства с применением технических решений, предложенных в прототипе, нельзя. Это обусловлено тем, что система деления СВЧ-энергии выполнена в прототипе на фидерных линиях, что приемлемо для генераторов малой мощности. Для больших объемов промышленной сушки требуются генераторы большой мощности, которые имеют волноводные выходы, поэтому необходимы иные технические решения вопроса деления энергии, а также способа согласования, чем предложенные в прототипе. Кроме того, для эффективного использования энергии СВЧ-генератора необходимо контролировать и регулировать согласование не только перед сушкой, как предлагается в прототипе, но и в процессе сушки. К недостаткам обсуждаемой установки следует также отнести отсутствие системы контроля и коррекции режима сушки в зависимости от типа высушиваемого материала и его состояния. For the first solution, the installation for microwave heating of non-bulk materials [6] was selected as a prototype, consisting of a working chamber, a microwave energy source, a microwave pressure and radiation system, two (several) waveguide-slot antennas, independently, through feeder lines connected to the generator; and matching devices consisting of rotary nodes. In the apparatus for drying uniformity in height of the material, the traveling wave mode is used as in [4]. In the horizontal plane, a wider area of uniform heating than in [4] is achieved through the use of two (or more) parallel antennas. It is possible to improve the matching of the generator with the load before drying by rotating the antennas around the longitudinal axis with the help of rotary nodes. However, this known installation has the following significant disadvantages. The small volume of the working chamber of the prototype does not allow to achieve high drying performance. It is impossible to increase the volume of the dried product by simply changing the dimensions of the device using the technical solutions proposed in the prototype. This is due to the fact that the microwave energy division system is made in the prototype on feeder lines, which is acceptable for low power generators. For large volumes of industrial drying, high-power generators that have waveguide outputs are required, therefore, other technical solutions to the issue of energy division, as well as a matching method than proposed in the prototype, are required. In addition, for the efficient use of the energy of the microwave generator, it is necessary to control and adjust the coordination not only before drying, as proposed in the prototype, but also in the drying process. The disadvantages of the discussed installation should also include the lack of a control system and correction of the drying mode, depending on the type of material being dried and its condition.
Известна установка для СВЧ-сушки сыпучих материалов - моркови [5], содержащая рабочую камеру, транспортер с подвижной лентой, систему деления и излучения СВЧ-энергии, состоящую из трех независимых блоков, подключенных к трем генераторам средней мощности (5 кВт), и три отсека обдува продукта для удаления влаги. Конвейерная обработка обеспечивает однородность сушки вдоль направления движения. Однако этой установке присущи следующие недостатки - это ограничение области применения для сыпучих материалов с большими углами естественного откоса, не допускающими интенсивного ворошения. Кроме того, система деления и излучения СВЧ-энергии не позволяет создать оптимальное энергораспределение вдоль конвейера (спадающее по его ходу) без уменьшения КПД источника СВЧ-энергии, поскольку для этого необходимо будет уменьшать излучаемую мощность части генераторов при неизменности потребляемой. A known installation for microwave drying of bulk materials - carrots [5], containing a working chamber, a conveyor with a moving tape, a system of division and radiation of microwave energy, consisting of three independent units connected to three medium power generators (5 kW), and three product compartment to remove moisture. Conveyor processing ensures drying uniformity along the direction of travel. However, the following disadvantages are inherent in this installation - it is the limitation of the field of application for bulk materials with large angles of repose, not allowing intensive tedding. In addition, the system of dividing and emitting microwave energy does not allow creating an optimal energy distribution along the conveyor (decreasing along its path) without decreasing the efficiency of the microwave energy source, since for this it will be necessary to reduce the radiated power of part of the generators while the power consumption is unchanged.
В качестве прототипа для второго варианта решения задачи выбрана конвейерная установка для СВЧ-сушки сыпучих материалов, которая состоит из рабочей камеры, транспортера, системы деления и излучения СВЧ-энергии, размещенных вдоль конвейера нескольких десятков независимых генераторов небольшой мощности, нагруженных каждый на свою излучающую систему. As a prototype for the second solution to the problem, a conveyor installation for microwave drying of bulk materials was selected, which consists of a working chamber, a conveyor, a system for dividing and emitting microwave energy, several tens of independent generators of small power placed along the conveyor, each loaded on its own emitting system .
Этой известной установке присущи следующие недостатки. Система деления и излучения СВЧ-энергии, использованная в прототипе, не позволяет получить оптимальное энергораспределение вдоль транспортера (уменьшение по ходу), исключающее перегрев зерна на конечной стадии сушки, без снижения КПД источника СВЧ-энергии по той же причине, что в установке [5] - часть генераторов должна будет работать при пониженной выходной мощности, их КПД уменьшится, соответственно упадает КПД источника СВЧ-энергии в целом. Кроме того, использование в качестве излучателей направленных антенн, создающих неравномерное поле излучения поперек конвейера, не позволяет реализовать равномерную сушку в этом направлении и приводит к усложнению транспортера - зерно должно перемешиваться как в вертикальной плоскости (верхние и нижние слои), так и в горизонтальной (центральные и периферийные области). Отсутствует в этой известной установке контроль и регулирование согласования генераторов с нагрузками в ходе сушки. This known installation has the following disadvantages. The system of division and emission of microwave energy used in the prototype does not allow to obtain the optimal energy distribution along the conveyor (decrease along the way), eliminating overheating of the grain at the final stage of drying, without reducing the efficiency of the microwave energy source for the same reason as in the installation [5 ] - part of the generators will have to work at a reduced output power, their efficiency will decrease, respectively, the efficiency of the microwave energy source as a whole decreases. In addition, the use of directional antennas as emitters that create an uneven radiation field across the conveyor does not allow uniform drying in this direction and complicates the conveyor - the grain must mix both in the vertical plane (upper and lower layers) and in the horizontal ( central and peripheral areas). There is no control and regulation of matching the generators with the loads during drying in this known installation.
Сущность изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача достижения равномерности сушки больших объемов материалов, оптимизация энергозатрат и универсализация применения установки для СВЧ-сушки.SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention is based on the task of achieving uniform drying of large volumes of materials, optimization of energy consumption and universalization of the use of the installation for microwave drying.
1. Поставленная задача в первом варианте установки решается тем, что в установке для камерной СВЧ-сушки несыпучих материалов, содержащей рабочую камеру, систему деления и излучения СВЧ-энергии и источник СВЧ-энергии, предусмотрены следующие конструктивные отличия:
система деления и излучения СВЧ-энергии, излучающие антенны которой находятся внутри рабочей камеры и создают равномерное поле излучения на поверхности штабеля высушиваемого материала и режим бегущей волны по его высоте, выполнена из последовательно соединенных волноводно-щелевых направленных ответвителей (НО). Коэффициент переходного ослабления этих НО изменяется за счет выбора длины щели так, что каждый ответвляет равную часть энергии СВЧ-источника. К направленным ответвителям подключены волноводно-щелевые антенны, выбором расположения щелей антенны, их размеров и расстояния между ними обеспечивается необходимая равномерность поля излучения вдоль антенны.1. The task in the first version of the installation is solved by the fact that in the installation for chamber microwave drying of bulk materials containing a working chamber, a system for dividing and emitting microwave energy and a microwave energy source, the following design differences are provided:
a system for dividing and emitting microwave energy, the emitting antennas of which are located inside the working chamber and create a uniform radiation field on the surface of the stack of the dried material and the traveling wave mode along its height, is made of series-connected waveguide-slot directional couplers (BUT). The transitional attenuation coefficient of these nonlinear elements is changed by choosing the length of the slit so that each branch equal part of the energy of the microwave source. Waveguide-slot antennas are connected to the directional couplers, by choosing the location of the antenna slots, their sizes and the distance between them, the necessary uniformity of the radiation field along the antenna is provided.
Достижение технического результата - снижения энергозатрат на сушку - достигается также включением в волноводный тракт системы контроля и регулирования согласования в ходе сушки источника СВЧ-энергии и нагрузки, что также повышает надежность источника СВЧ-энергии. The achievement of the technical result - reducing energy consumption for drying - is also achieved by the inclusion in the waveguide path of a control and adjustment regulation system during the drying of the microwave energy source and load, which also increases the reliability of the microwave energy source.
Целесообразно, чтобы установка была снабжена рекуперативным теплообменником, повышающим КПД системы влагосъема, а в систему управления процессом сушки включена система обратной связи, состоящая из измерителей параметров воздуха в рабочей камере и на ее выходе, измерителя уровня отраженной волны и управляющего компьютера; это оптимизирует энергозатраты в ходе сушки. It is advisable that the installation be equipped with a recuperative heat exchanger that increases the efficiency of the moisture removal system, and a feedback system is included in the drying process control system, consisting of meters of air parameters in the working chamber and at its output, a reflected wave level meter and a control computer; this optimizes energy consumption during drying.
2. Поставленная задача во втором варианте установки решается тем, что в установке для конвейерной СВЧ-сушки сыпучих материалов, содержащей рабочую камеру, внутри которой расположен транспортер и излучающие антенны системы деления и излучения СВЧ-энергии, подключенные к СВЧ-источнику, согласно изобретению:
система деления и излучения СВЧ-энергии выполнена в виде одной или нескольких, расположенных параллельно транспортеру, нерезонансных волноводно-щелевых антенн, коротко-замкнутых на конце. Причем выбором расположения щелей, их длины и расстояния между ними достигается равномерность поля излучения поперек потока высушиваемого материала (поперек транспортера), уменьшение излучаемой мощности вдоль потока, и создание поля излучения с несколькими максимумами в вертикальной плоскости вдоль потока. Максимумы излучения сгруппированы около направления, определяемого углом Брюстера;
высота диэлектрических скребков hс и расстояние между ними L у скребкового транспортера должны удовлетворять соотношениям
hc< hD(2+j)/3, L < 4hD(1-j)/3tgβe; ;
где
hD - оптимальная толщина слоя при активной сушке данного материала подогретым воздухом;
j= hм/hD, hм - минимально допустимая толщина слоя материала, при которой доля поглощенной СВЧ-энергии не менее заданной;
βe - угол естественного откоса высушиваемого материала.2. The task in the second embodiment of the installation is solved by the fact that in the installation for conveyor microwave drying of bulk materials containing a working chamber, inside which there is a conveyor and radiating antennas of the microwave division and radiation system connected to a microwave source, according to the invention:
the system of division and emission of microwave energy is made in the form of one or several non-resonant waveguide-slot antennas located parallel to the conveyor, short-circuited at the end. Moreover, by choosing the location of the slots, their length and the distance between them, uniformity of the radiation field is achieved across the flow of the dried material (across the conveyor), a decrease in the radiated power along the stream, and the creation of a radiation field with several maxima in the vertical plane along the stream. The radiation maxima are grouped around the direction determined by the Brewster angle;
the height of the dielectric scrapers h c and the distance between them L at the scraper conveyor must satisfy the relations
h c <h D (2 + j) / 3, L <4h D (1-j) / 3tgβ e ; ;
Where
h D is the optimal layer thickness during active drying of this material with heated air;
j = h m / h D , h m - the minimum allowable thickness of the material layer at which the fraction of absorbed microwave energy is not less than a given;
β e is the angle of repose of the dried material.
Целесообразно, чтобы установка была снабжена системой контроля и регулирования в ходе сушки согласования источника СВЧ-энергии с нагрузкой (состоящей из антенно-волноводной системы и высушиваемого материала), что позволит повысить КПД сушки и надежность источнике СВЧ-энергии. It is advisable that the installation be equipped with a control and regulation system during drying matching the microwave energy source with the load (consisting of an antenna-waveguide system and the material to be dried), which will increase the drying efficiency and reliability of the microwave energy source.
Кроме того, использование в установке системы рекуперативного теплообмена в системе влагосъема также повышает КПД сушки за счет снижения энергозатрат на нагрев воздуха. In addition, the use of a recuperative heat transfer system in the installation of the moisture removal system also increases the drying efficiency by reducing energy consumption for heating the air.
Достижение технического результата - снижения энергозатрат на сушку - обеспечивается также системой обратной связи, входящей в систему управления процессом сушки, и состоящей из измерителей параметров воздуха в рабочей камере и на ее выходе, измерителя уровня отраженной волны и управляющего компьютера. The achievement of the technical result — reducing energy consumption for drying — is also provided by a feedback system included in the drying process control system, which consists of measuring air parameters in the working chamber and at its output, a reflected wave level meter, and a control computer.
Введение в установку участка предварительного нагрева материала перед участком СВЧ-сушки также повышает производительность сушилки [11]. Introduction to the installation of the pre-heating section of the material in front of the microwave drying section also increases the productivity of the dryer [11].
Перечень чертежей
На фиг. 1 изображен внешний вид универсальной СВЧ-сушилки в первом варианте - камерной сушилки, схематично обозначены рельсовый путь для загрузочной тележки (не показана) и радиогерметичные ворота; на фиг.2 - система деления и излучения СВЧ-энергии для камерной сушилки; на фиг.3 - вид спереди универсальной СВЧ-сушилки во втором варианте - тире конвейерной сушилки; на фиг. 4 - вид конвейерной сушилки в плоскости поперечного сечения; на фиг. 5 - иллюстрация модели, используемой для расчета расстояния между скребками и их высоты; на фиг. 6 - волноводно-щелевая антенна для конвейерной сушилки; на фиг. 7 - блок-схема поста системы светозвуковой сигнализации превышения безопасного уровня СВЧ-излучения.List of drawings
In FIG. 1 shows the appearance of a universal microwave dryer in the first embodiment — a chamber dryer, a rail track for a loading trolley (not shown) and radio-sealed doors are schematically indicated; figure 2 - system of division and radiation of microwave energy for a chamber dryer; figure 3 is a front view of a universal microwave dryer in the second embodiment - dash conveyor dryer; in FIG. 4 is a view of a conveyor dryer in a plane of a cross section; in FIG. 5 is an illustration of a model used to calculate the distance between the scrapers and their heights; in FIG. 6 - slotted waveguide antenna for a conveyor dryer; in FIG. 7 is a block diagram of a post of a light and sound alarm system exceeding a safe level of microwave radiation.
Предложенное устройство "Универсальная сверхвысокочастотная установка" может применяться в двух основных вариантах - камерной и конвейерной сушилок и в объединенном варианте. The proposed device "Universal microwave installation" can be used in two main versions - chamber and conveyor dryers and in a combined version.
Вариант 1. Камерная СВЧ-сушильная установка большого внутреннего объема, (в рассматриваемом примере порядка Vк≈60 м3, при объеме штабеля материала Vшт≈15. . .16 м3, показана на фиг.1, и состоит из следующих деталей: рабочей камеры 1, собранной из двухслойных панелей, внутренняя поверхность которых выполнена из немагнитного материала (алюминия) для исключения потерь СВЧ-энергии, внешняя - из профилированной (декоративной) стали. Между металлическими стенками находится теплоизолятор. Панели крепятся к металлическому каркасу, причем внутренние поверхности соединяются механически, а внешние - свариваются, так что рабочая камера радиогерметична. Панельная конструкция позволяет при необходимости изменять объем камеры, удобна для транспортировки и монтажа. В рабочей камере проложен рельсовый путь для загрузочной тележки, перемещаемой лебедкой (не показана). На боковых стенках рабочей камеры имеются радиогерметичные отверстия 6 для вытяжной вентиляции, на задней стене - входы 7 системы тепловентиляции и волноводный ввод 8, подключаемый к источнику СВЧ. Электрокалориферы (не показаны), подсоединяются к камере через входы 7 и имеют ступенчатую регулировку температуры выходящего воздуха, определяемой этапом процесса сушки. Производительность вытяжных вентиляторов берется несколько большей, чем производительность электрокалориферов, что позволяет интенсифицировать воздушный поток в камере.
Волноводный ввод 8 состоит из отдельных элементов (отрезков, плавных поворотов), соединенных фланцами (не показаны). В рабочей камере крепятся излучающие антенны системы деления и излучения СВЧ-энергии 9 (для упрощения не показаны), состоящей из деталей, показанных на фиг.2. Волноводные щелевые направленные ответвители - ВЩ НО 10 предназначены для отвода энергии источника СВЧ так, чтобы в каждую волноводно-щелевую антенну ВЩА 12 поступала равная часть энергии источника, что обеспечивает, при соответствующем выборе LВЩА, равномерность сушки штабеля в продольном направлении (ось x).The waveguide input 8 consists of individual elements (segments, smooth turns) connected by flanges (not shown). In the working chamber, the emitting antennas of the system for dividing and emitting microwave energy 9 (not shown for simplicity), consisting of the parts shown in Fig. 2, are attached. Waveguide slotted directional couplers -
Излучающие волноводно-щелевые антенны 12 - резонансные, с продольными щелями, причем выбором расположения щелей можно получить, как показало экспериментальное исследование, равномерное вдоль оси z поле излучения. The emitting waveguide-
По периметру камерной сушилки размещены посты системы контроля уровня СВЧ-излучения (фиг.7), состоящие из антенны 29, диодной головки 30, усилителя - порогового устройства 32, усилителя 33 и светозвуковой сигнализации 34, которые смонтированы на треноге 31. Along the perimeter of the chamber dryer there are posts of the microwave radiation level monitoring system (Fig. 7), consisting of an
Порог срабатывания сигнализации выставляется с помощью стандартного прибора типа ПЗ-9 (измеритель плотности потока СВЧ-энергии) по установленной ГОСТом предельно допустимой величине потока СВЧ-энергии и периодически контролируется. The alarm threshold is set using a standard device of the type PZ-9 (microwave energy flux density meter) according to the maximum permissible microwave energy flux established by GOST and is periodically monitored.
Кроме того, для повышения КПД в состав установки может быть введена система контроля и регулирования согласования источника СВЧ с нагрузкой в ходе сушки (3), (4), включенная в волноводный тракт на входе системы деления и излучения и состоящая из измерителя уровня отраженной волны 4, выполненного на направленном ответвителе Бете, и из согласующего устройства 3, например, трехшлейфного трансформатора [9], или двойного Т-моста с двумя короткозамыкающими поршнями. In addition, in order to increase the efficiency, a control and adjustment system for matching the microwave source with the load during drying (3), (4) can be introduced into the setup, which is included in the waveguide path at the input of the division and radiation system and consists of a reflected wave level meter 4 made on a Beta directional coupler and from matching device 3, for example, a three-loop transformer [9], or a double T-bridge with two short-circuit pistons.
Достижению технического результата - повышению КПД - способствует введение в установку рекуперативного теплообмена в системе влагосъема. The achievement of the technical result — an increase in efficiency — is facilitated by the introduction of regenerative heat transfer into the installation of the moisture removal system.
Целесообразно, кроме того, введение в систему управления установкой системы обратной связи, состоящей из блока измерителей параметров воздуха в камере и на ее выходе 5, измерителя уровня отраженной волны 2 и управляющего компьютера (не показан). It is also advisable to introduce into the control system the installation of a feedback system consisting of a block of meters of air parameters in the chamber and at its
Вариант 2. Конвейерная СВЧ-сушильная установка, рассчитанная в рассматриваемом примере на производительность 10...20 т высушиваемого зерна в час, показана на фиг. 3,4 и состоит из следующих деталей: рабочей камеры 1, выполненной из таких же панелей, что и вышеописанный первый вариант сушилки; протяженность камеры порядка 12 м, ширина 3 м, высота 2м 20см на крыше камеры расположены вход 19 системы загрузки зерна в блок 5 измерителей параметров воздуха; на боковых стенках имеются вводы 20 калориферов, разогревающих подаваемый под транспортерную ленту воздух, выходы 21 вытяжных вентиляторов, производительность которых несколько больше, чем у калориферов, и выход шнекового транспортера 26, выгружающего высушенное зерно; на задней стенке имеется волноводный ввод СВЧ-энергии 23, к которому подключается источник СВЧ-энергии; внутри рабочей камеры 1 расположен скребковый транспортер 16 с неподвижной лентой из перфорированного материала 17 и с диэлектрическими скребками 18, перемещаемыми цепным приводом 25, и закрытый немагнитным металлическим экраном 28 с воздуховодом 27 (фрагмент сварного крепления цепи к скребку 25 показан на фиг.4); цепь перемещается вдоль транспортера по направляющим - уголку, прикрепленному к боковой стенке транспортера (см. фрагмент на фиг.4). Option 2. A microwave conveyor-drying installation, designed in the example under consideration for a productivity of 10 ... 20 tons of dried grain per hour, is shown in FIG. 3.4 and consists of the following parts: a working chamber 1 made of the same panels as the above-described first embodiment of the dryer; the length of the chamber is about 12 m, width 3 m, height 2 m 20 cm on the roof of the chamber there is an entrance 19 of the grain loading system to block 5 of air parameter meters; on the side walls there are inlets of 20 heaters, heating the air supplied under the conveyor belt, exits of 21 exhaust fans, the performance of which is slightly higher than that of the heaters, and the output of the screw conveyor 26, unloading the dried grain; on the back wall there is a waveguide input of microwave energy 23, to which a source of microwave energy is connected; inside the working chamber 1 there is a scraper conveyor 16 with a fixed belt of perforated material 17 and with dielectric scrapers 18 moved by a chain drive 25 and closed by a non-magnetic metal screen 28 with an air duct 27 (a fragment of the welded fastening of the chain to the scraper 25 is shown in Fig. 4); the chain moves along the conveyor along the guides - the corner attached to the side wall of the conveyor (see the fragment in figure 4).
Внутри камеры над транспортером (вдоль него) расположена одна (или несколько) излучающих волноводно-щелевых антенн системы деления и излучения СВЧ-энергии 22, подключенных через волноводный ввод 23 к источнику СВЧ-энергии. Inside the chamber above the conveyor (along it) there is one (or several) emitting waveguide-slot antennas of the microwave energy division and
Целесообразно, кроме того, включение в состав установки системы контроля и регулирования согласования источника СВЧ-энергии с нагрузкой в ходе сушки, подключаемой к входу 23 системы деления и излучения СВЧ-энергии, и состоящей из тех же элементов, что и в первом варианте: 3, 4 на (фиг.1)
Повышению эффективности работы установки способствует, кроме того, введение в систему управления сушильной системы обратной связи, состоящей так же как и в первом варианте установки из измерителя параметров воздуха в камере и на ее выходе 5 (фиг. 3,4), измерителя уровня отраженной волны, аналогичного 2 на фиг.1, и управляющего компьютера (не показан).In addition, it is advisable to include in the installation of a control and regulation system for matching the microwave energy source with the load during drying, which is connected to the
In addition, the introduction of a feedback system into the control system of the drying system, which, as in the first version of the installation from the air parameter meter in the chamber and at its output 5 (Fig. 3.4), reflects the wave level , similar to 2 in figure 1, and a control computer (not shown).
Достижению технического результата - снижению энергозатрат на сушку - способствует введение в состав установки - в систему влагосъема - рекуперативного теплообменника и участка предварительного нагрева, расположенного на транспортере 16 перед участком СВЧ-сушки. По периметру конвейерной сушилки устанавливаются посты системы контроля уровня СВЧ-излучения, описанные выше (см фиг.7). The achievement of the technical result — the reduction of energy consumption for drying — is facilitated by the introduction of a recuperative heat exchanger and a preheating section located on the
В объединенном варианте установка состоит из первого и второго варианта сушилок и общего источника СВЧ-энергии, размещенного на транспортируемом крытом прицепе с автономной системой охлаждения, а при необходимости и энергоснабжения. In a combined version, the installation consists of the first and second versions of dryers and a common source of microwave energy, placed on a transported covered trailer with an autonomous cooling system, and, if necessary, power supply.
На прицепе, автомобильном или тракторном, грузоподъемностью не менее 3-х т, крепятся блоки источника СВЧ-энергии, щит распределительный и система охлаждения, состоящая из гидронасоса, бака с водой и электроподогревателем, на случай заморозков, и радиатора. Производительность гидронасоса определяется паспортным расходом воды для охлаждения генератора и зависит от его мощности. После монтажа оборудования прицеп закрывается влагонепроницаемыми щитами. На задней стенке имеется волноводный выход с фланцем для подключения к используемой сушилке. Для стыковки этого выхода с волноводными входами сушилок используются столбики, на которые "сажается" прицеп перед стыковкой, и перемещаемая по вертикали и горизонтали рама для генераторного блока. On a trailer, automobile or tractor, with a carrying capacity of at least 3 tons, microwave power source blocks, a distribution board and a cooling system consisting of a hydraulic pump, a water tank and an electric heater, in case of frost, and a radiator are mounted. The performance of the hydraulic pump is determined by the certified flow rate of water for cooling the generator and depends on its power. After the equipment is installed, the trailer is closed with moisture-proof shields. On the back wall there is a waveguide output with a flange for connection to the dryer used. To dock this output with the waveguide inputs of the dryers, columns are used on which the trailer "sits" before the dock, and the frame for the generator block is moved vertically and horizontally.
Предложенным устройством пользуются следующим образом. The proposed device is used as follows.
В первом варианте установка используется как камерная сушилка несыпучих материалов - дерева, травы и т.п., см. подробнее [7]. Высушиваемый материал на загрузочной тележке, перемещаемой по рельсовому пути лебедкой, загружается в рабочую камеру 1 (фиг.1). Электромагнитная СВЧ-энергия для сушки вводится в камеру излучающими антеннами системы деления и излучения СВЧ-энергии 9, к волноводному входу 8 которой подсоединен источник СВЧ-энергии. In the first version, the installation is used as a chamber dryer of non-bulk materials - wood, grass, etc., see details [7]. The dried material on the loading trolley, which is moved along the rail by the winch, is loaded into the working chamber 1 (Fig. 1). Electromagnetic microwave energy for drying is introduced into the chamber by radiating antennas of the microwave division and
Система деления и излучения СВЧ-энергии создает поле излучения, равномерное на поверхности штабеля, высушиваемого материала и режим бегущей волны по высоте штабеля, что обеспечивает однородность сушки. Для достижения этой цели система деления и излучения СВЧ-энергии выполнена из последовательно соединенных волноводно-щелевых направленных ответвителей (ВЩ НО 10) (фиг.2). ВЩ НО предназначены для отвода равной части энергии СВЧ-источника: 1/N, где N - количество ВЩ НО. При этом каждая антенна 12 (фиг.2) излучает равную часть СВЧ-энергии, что при соответствующем выборе LВЩА (фиг. 2,а), обеспечивает равномерность поля излучения вдоль оси x.The system of division and emission of microwave energy creates a radiation field that is uniform on the surface of the stack, the material to be dried, and the traveling wave mode along the height of the stack, which ensures drying uniformity. To achieve this goal, the system of division and emission of microwave energy is made of series-connected waveguide-slotted directional couplers (VCH BUT 10) (figure 2). VSC BUT designed to divert an equal part of the energy of the microwave source: 1 / N, where N is the number of BSC BUT. In addition, each antenna 12 (Fig. 2) emits an equal part of microwave energy, which, with the appropriate choice of L ВЩА (Fig. 2, a), ensures uniformity of the radiation field along the x axis.
Для обычно используемой длины штабеля высушиваемых пиломатериалов Lшт≈6. ..6,5 м количество антенн, как показывает опыт, должно быть равно шести (при LВЩА ≈ 1 м), а ВЩ НО-пяти (см.фиг.(2a).For the commonly used stack length of the dried lumber, L pcs ≈6. ..6.5 m the number of antennas, as experience shows, should be equal to six (with L ВЩА ≈ 1 m), and ВСО НО-five (see Fig. (2a).
Решение задачи равного отвода энергии источника СВЧ ВЩ НО достигается выбором величины переходного затухания αn [9]:
где
n= 1,2... N-номер излучающей антенны и ВЩ НО, отсчитываемый от источника СВЧ (см. фиг.2a);
Pn - мощность, отводимая в n-й ВЩ НО (n-ю антенну);
Pпад - мощность, подводимая к n-му ВЩ НО;
Ln - ширина щели ВЩ НО (см.фиг.2,б);
λ - длина волны генератора, λ - c/f, f - частота генератора;
a - ширина широкой стенки волновода.The solution to the problem of equal energy removal of the microwave source VHF BUT is achieved by the choice of the transition attenuation α n [9]:
Where
n = 1,2 ... N is the number of the emitting antenna and the HF BUT, counted from the microwave source (see figa);
P n is the power allocated to the n-th HF BUT (n-th antenna);
P pad - power supplied to the n-th VSC BUT;
L n is the width of the slit VSC BUT (see figure 2, b);
λ is the wavelength of the generator, λ is c / f, f is the frequency of the generator;
a is the width of the wide wall of the waveguide.
В примере с шестью излучающими антеннами, как следует из (1), каждый ВЩ НО отводит 1/6 мощности генератора. Последняя - шестая антенна излучает всю дошедшую до нее мощность, поэтому подключена через плавный поворот, а не ВЩ НО. In the example with six radiating antennas, as follows from (1), each HF BUT allocates 1/6 of the generator power. The last - the sixth antenna emits all the power that has reached it, therefore it is connected through a smooth turn, and not VSC BUT.
Как следует из (1) необходимый выбор λn достигается выбором размера щели Ln ВЩ НО (см. 14 фиг.2,б). Для повышения эффективности работы ВЩ НО в его состав входит согласующий винт 14, диаметром dc ≈ 0,1 λ, металлический вкладыш 13, "гасящий" волну H30, и нагрузка 15, предназначенная для поглощения волны, ответвляемой в плечо, противоположное основному [9].As follows from (1), the necessary choice of λ n is achieved by choosing the size of the slit L n VSC BUT (see 14 figure 2, b). To increase the efficiency of the VHF BUT operation, it includes a matching
К основному плечу ВЩ НО подключены излучающие резонансные волноводно-щелевые антенны (ВЩА) с продольными щелями. Количество щелей М определяется, исходя из ширины высушиваемого штабеля aшт и расстояния между щелями Lщ (см. фиг.2,а):
M ~ 1+aшт/Lщ, (2)
а расстояние между щелями Lщ равно половине длины основной волны в волноводе. После определения типа ВЩА и количества щелей М остальные параметры антенны (длину щели Lщ, ее ширину dщ и смещение от оси волновода x (см. фиг. 2,а) можно рассчитать по известной методике (см., например, [9]).Radiating resonant waveguide-slot antennas (VSCA) with longitudinal slots are connected to the main arm of the VHF HO. The number of slots M is determined based on the width of the dried stack a pc and the distance between the slots L Щ (see figure 2, a):
M ~ 1 + a pcs / L u , (2)
and the distance between the slits L u is equal to half the length of the main wave in the waveguide. After determining the type of VSHA and the number of slots M, the remaining antenna parameters (slot length L Щ , its width d Щ and the offset from the axis of the waveguide x (see Fig. 2, a) can be calculated by a known method (see, for example, [9] )
Как показали эксперименты, выбранные ВЩА обеспечивают равномерное поле излучения по ширине штабеля - оси z (фиг.2^а). As experiments showed, the selected VSHA provide a uniform radiation field along the width of the stack - the z axis (Fig.2 ^ a).
Режим бегущей волны по высоте штабеля создается благодаря тому, что высота штабеля без прокладок выбирается так, что обеспечивает до 70% поглощения СВЧ-энергии и, т. о. , малость отраженной волны. Причем, по мере высыхания верхних слоев, вследствие эффекта саморегулирования СВЧ-поглощения [2], доля энергии, поступившей в нижние слои растет, что в итоге обеспечивает равномерное высушивание штабеля по высоте. The traveling wave mode along the height of the stack is created due to the fact that the height of the stack without gaskets is chosen so that it provides up to 70% absorption of microwave energy, and so on. , smallness of the reflected wave. Moreover, as the upper layers dry out, due to the effect of self-regulation of microwave absorption [2], the proportion of energy supplied to the lower layers increases, which ultimately ensures uniform drying of the stack in height.
Выделившаяся на поверхности высушиваемого материала влага удаляется системой влагосъема, состоящей из подключенных через входы 7 (фиг.1) калориферов и вытяжных вентиляторов 6. Температура воздуха на выходе калориферов регулируется ступенчато и повышается по мере разогрева материала. Moisture released on the surface of the material to be dried is removed by a moisture removal system consisting of heaters and exhaust fans 6 connected through inputs 7 (Fig. 1). The air temperature at the outlet of the heaters is stepwise regulated and increases as the material heats up.
Контроль за ходом сушки и управление режимом осуществляется системой обратной связи, состоящей из измерителей параметров воздуха (температуры, влажности) в камере, и на ее выходе 5 (фиг.1) измерителя уровня отраженной волны 2 и управляющего компьютера, работающего по программам, учитывающим тип и начальное состояние высушиваемого материала. Повышению эффективности применения источника СВЧ-энергии способствует включению между системой деления и излучения СВЧ-энергии и источником системы контроля и регулирования согласования источника СВЧ с нагрузкой в ходе сушки (3), (4). Monitoring the drying process and controlling the mode is carried out by a feedback system consisting of meters of air parameters (temperature, humidity) in the chamber, and at its output 5 (Fig. 1) a reflected wave level meter 2 and a control computer operating according to programs taking into account the type and the initial state of the material to be dried. The inclusion of a microwave energy source and a system of control and regulation of matching a microwave source with a load during drying (3), (4) helps to increase the efficiency of application of a microwave energy source.
Подключение рекуперативного теплообменника повышает КПД системы влагосъема [11]. Connecting a regenerative heat exchanger increases the efficiency of the moisture removal system [11].
Контроль безопасности уровня СВЧ-излучения около сушилки осуществляется постами системы светозвуковой сигнализации (фиг.7). Safety monitoring of the level of microwave radiation near the dryer is carried out by posts of the light-sound alarm system (Fig. 7).
Второй вариант установки - конвейерная сушилка для сыпучих материалов, используется следующим образом. The second installation option is a conveyor dryer for bulk materials, used as follows.
Высушиваемый материал (зерно) загружается через вход 19 (фиг.3,4) системы загрузки на транспортер, выполненный по схеме с неподвижной лентой 17 из перфорированного материала (для возможности обдува снизу через ленту) и перемещаемых цепным приводом 25 диэлектрических скребков 18. Высота hс скребков и расстояние L между ними не могут быть выбраны произвольно. Действительно, если высота скребка hc мала, то массы зерна между скребками недостаточно для эффективного поглощения СВЧ-энергии, и генератор работает с недогрузкой - низкими КПД и надежностью. При слишком большой высоте hc масса зерна плохо продувается горячим воздухом, снимающим влагу с поверхности зерна, и верхний слой зерна непросушивается. Что касается расстояния L между скребками, то при малом L количество скребков слишком велико и необходимо использовать мощные электродвигатели, ухудшая экономические показатели. При большом L, превышающем Le (см. фиг.5),определяемом углом естественного откоса зерна βe , за скребком зерна нет и антенна будет излучать в зависимости от используемого материала ленты либо на хорошо отражающую металлическую поверхность транспортера, либо на радиопрозрачную диэлектрическую поверхность. Это ухудшит согласование генератора с нагрузкой, или приведет к бесполезной трате энергии, уменьшая КПД. Для выбора hc и L предлагается использовать упрощенную модель перемещения зерна скребками, иллюстрируемую фиг.5. Перед скребком образуется зерновой бугор, угол у основания которого равен углу естественного откоса зерна βe , а за скребком образуется впадина. Бугор и впадина моделируются в сечении равнобедренным и прямоугольным треугольником, соответственно с равными L/2 основаниями.The dried material (grain) is loaded through the inlet 19 (Fig.3,4) of the loading system onto the conveyor, made according to the scheme with a fixed
Высота скребков hc и расстояние между ними L (фиг.5) должны удовлетворять двум требованиям. Первое - максимальная высота слоя hмакс не должна превышать величину hD, рекомендуемую при активной сушке неподвижного зерна подогретым воздухом [11]:
hмакс≤hD≈20...25 см,
или, учитывая обозначения на фиг.5:
hмакс= hc+Δh1= hc+L•tgβe/4 ≤ hD, (3)
где βe - угол естественного откоса высушиваемого зерна.The height of the scrapers h c and the distance between them L (figure 5) must satisfy two requirements. First, the maximum layer height h max should not exceed the value of h D recommended for active drying of stationary grain with heated air [11]:
h max ≤h D ≈20 ... 25 cm,
or, given the notation in FIG. 5:
h max = h c + Δh 1 = h c + L • tgβ e / 4 ≤ h D , (3)
where β e is the angle of repose of the dried grain.
Второе требование - минимальная толщина слоя hм должна быть достаточной для эффективного поглощения СВЧ-энергии, т.е. для достижения оптимального КПД. Как следует из фиг.5, это условие приводит к неравенству:
hм= hc-Δh2= hc-L•tgβe/2 ≥ hмин (4) .The second requirement is that the minimum layer thickness h m should be sufficient for efficient absorption of microwave energy, i.e. to achieve optimal efficiency. As follows from figure 5, this condition leads to the inequality:
h m = h c -Δh 2 = h c -L • tgβ e / 2 ≥ h min (4).
Как показывает опыт, величина hмин≈ 8...10 см для основных сортов зерна. Решая совместно (3) и (4), требования к hc и L можно сформулировать следующим образом:
Для увеличения эффективности сушки (на 15... 20%, [11]) вначале транспортера расположен участок предварительного подсушивания зерна, находящийся вне зоны СВЧ-облучения. В рабочей камере конвейерной сушилки размещена одна или несколько волноводно-щелевых антенн (ВЩА) 22, системы деления и излучения СВЧ-энергии (см. фиг.3,4) на подвеске 24. ВЩА нерезонансная и имеет следующие отличия от известных антенн, описанных, например, в [9]. To increase the drying efficiency (by 15 ... 20%, [11]), at the beginning of the conveyor there is a section of preliminary drying of grain located outside the microwave irradiation zone. In the working chamber of the conveyor dryer there is one or more waveguide-slot antennas (VSHA) 22, a system for dividing and emitting microwave energy (see Fig. 3.4) on the
С целью получения неравномерного распределения мощности вдоль конвейера (уменьшение по ходу для исключения перегрева зерна и неоптимальных энергозатрат по мере высыхания зерна), за счет перераспределения мощности между щелями, смещение щелей от оси волновода xn изменяется (см. фиг.6 и [9]). Закон изменения мощности, излучаемой n-ой щелью
где n - нумерация щелей с конца конвейера - начала антенны, Pо - мощность источника СВЧ. Т.е. мощности, излучаемые соседними щелями отличаются на постоянную величину
Для улучшения согласования, антенна формирует поле излучения, имеющее в вертикальной плоскости вдоль транспортера несколько максимумов, сгруппированных около направления, определяемого углом Брюстера для основного вида высушиваемого зерна, что существенно уменьшает отраженную энергию и, соответственно, улучшает согласование. Поскольку эффект угла Брюстера имеет место только для вертикально поляризованной волны, то щели в антенне располагаются поперек оси волновода. Для получения диаграммы с многими максимумами, отклоненными на большие углы от нормали, расстояние между поперечными щелями Lщ (см. фиг.6) не равно λв (длине волны в волноводе):
Lщ= λв(1+Δ), Δ ≠ 1,2,... (7) .In order to obtain an uneven distribution of power along the conveyor (decrease along the way to avoid overheating of the grain and non-optimal energy consumption as the grain dries), due to the redistribution of power between the slots, the shift of the slots from the waveguide axis x n changes (see Fig. 6 and [9] ) The law of variation of power radiated by the nth slot
where n is the numbering of slots from the end of the conveyor - the beginning of the antenna, P about - the power of the microwave source. Those. powers emitted by adjacent slots differ by a constant value
To improve matching, the antenna forms a radiation field having in the vertical plane along the conveyor several peaks grouped near the direction determined by the Brewster angle for the main type of grain being dried, which significantly reduces the reflected energy and, accordingly, improves the matching. Since the effect of the Brewster angle occurs only for a vertically polarized wave, the gaps in the antenna are located across the axis of the waveguide. To obtain a diagram with many maxima deviated by large angles from the normal, the distance between the transverse slits L Щ (see Fig.6) is not equal to λ in (wavelength in the waveguide):
L u = λ in (1 + Δ), Δ ≠ 1,2, ... (7).
Антенна нерезонансная, что обеспечивает достаточно широкополостное согласование (вне частот, при которых Lщ= λв ). Для увеличения КПД антенны, на ее конце, в отличие от известной конструкции [9], расположен короткозамыкающий поршень, а не согласованная нагрузка. Наличие короткозамыкающего поршня, кроме того, приводит к появлению дополнительных максимумов в поле излучения за счет "зеркальных" максимумов, созданных отраженной от поршня волной, что, как отмечалось, улучшает согласование. В плоскости поперек транспортера однородность сушки обеспечивается за счет широкой диаграммы направленности щели и подбора ширины транспортера и высоты поднятия антенны. Порядок расчета ВЩА с согласованной нагрузкой на конце антенны изложен в [9], и, учитывая большое количество щелей (N ≥ 12) и протяженность антенны, приближенно может быть применен к предлагаемой антенне с короткозамыкающим поршнем. Для выбранного в обсуждаемом примере количества щелей (N=12) определяется закон распределения излучаемой мощности (6). Расстояние между щелями Lщ(Δ) определяется из условия расположения максимума низшего порядка (m=1 для выбранных поперечных щелей) под углом Брюстера θБ
где εз, εo - диэлектрические постоянные зерна и, воздуха, при этом для увеличения числа максимумов в секторе излучения (-90o ≤ θ ≤ 90o) выбираем
2 > Δ > 1 (9)
(т. е. 3λв> Lщ> 2λв , при этом количество максимумов в падающей волне порядка 5...7).The antenna is non-resonant, which provides a fairly wide-band matching (outside the frequencies at which L Щ = λ в ). To increase the efficiency of the antenna, at its end, in contrast to the known design [9], there is a short-circuit piston, rather than a matched load. The presence of a short-circuit piston, in addition, leads to the appearance of additional maxima in the radiation field due to "mirror" maxima created by the wave reflected from the piston, which, as noted, improves the matching. In the plane across the conveyor, uniformity of drying is ensured due to the wide radiation pattern of the slit and the selection of the width of the conveyor and the height of the antenna. The procedure for calculating the VSHA with the agreed load at the end of the antenna is described in [9], and, given the large number of slots (N ≥ 12) and the length of the antenna, it can be approximately applied to the proposed antenna with a short-circuit piston. For the number of slots selected in the discussed example (N = 12), the law of distribution of radiated power is determined (6). The distance between the slots L Щ (Δ) is determined from the condition of the location of the lowest order maximum (m = 1 for the selected transverse cracks) at the Brewster angle θ B
where ε s , ε o are the dielectric constants of the grains and air, and in order to increase the number of maxima in the radiation sector (-90 o ≤ θ ≤ 90 o ), we choose
2>Δ> 1 (9)
(i.e., 3λ in > L u > 2λ in , and the number of maxima in the incident wave is of the order of 5 ... 7).
По известным законам распределения мощности (6) и расстояниям между щелями 7, 9 рассчитываются приведенные сопротивления щелей и их необходимое смещение от оси x [9]. According to the well-known laws of power distribution (6) and the distances between the
Поскольку ВЩА нерезонансная и количество щелей достаточно велико, КСВН будет незначительно больше единицы [9], что, учитывая наличие в конвейерной сушилке системы контроля и регулирования согласования, позволит согласовать генератор с нагрузкой (и реализовать потенциальный КПД генератора). Since the VSHA is non-resonant and the number of slots is quite large, the VSWR will be slightly larger than unity [9], which, given the presence of a control and adjustment control system in the conveyor dryer, will allow the generator to be matched with the load (and realize the generator’s potential efficiency).
По необходимости изменения габаритов сушилки (длины), или уменьшения толщины слоя для повышения эффективности влагосъема подогретым воздухом, количество ВЩА может быть увеличено до двух и более. Причем две ВЩА включаются параллельно через согласованный Н-тройник, а более двух - через волноводно-щелевые направленные ответвители, описанные выше в первом варианте сушилки. Влагосъем выделившейся при СВЧ-обработке на поверхность зерна влаги осуществляется подогретым в калориферах 20 воздухом, продуваемым через перфорированную ленту транспортера. Ворошение зерна при перемешивании скребком 18 повышает равномерность влагосъема горячим воздухом. Потребная производительность калориферов определяется удельной массой высушиваемого зерна (тонн в час) по известной методике [11]. Влажный воздух удаляется вытяжными вентиляторами (21). Для того, чтобы избежать перегрева зерна (что особенно важно при сушке семенного зерна), антенна создает неравномерное (спадающее к концу транспортера) распределение мощности. Улучшение согласования с генератором СВЧ достигается созданием поля излучения с многими максимумами и ориентацией максимумов вблизи угла Брюстера. И, кроме того, для улучшения согласования до и в процесс сушки используется система контроля и регулирования согласования (2 ...4, фиг.1). Высушенное зерно ссыпается в желоб и удаляется из камеры шнековым транспортером 26. If necessary, change the dimensions of the dryer (length), or reduce the thickness of the layer to increase the efficiency of moisture removal with heated air, the amount of VSHA can be increased to two or more. Moreover, two VSHA are connected in parallel through a matched H-tee, and more than two through a waveguide-slot directional couplers described above in the first version of the dryer. Moisture removal of moisture released during microwave processing onto the grain surface is carried out by air preheated in
Контроль и управление процессом сушки осуществляется системой обратной связи, состоящей из измерителей параметров воздуха в рабочей камере и на ее выходе 5 (фиг.3, 4) измерителя уровня отраженной волны, включенного в волноводный тракт на входе системы деления и излучения СВЧ-энергии и управляющего режимами работы компьютера. Monitoring and control of the drying process is carried out by a feedback system consisting of meters of air parameters in the working chamber and at its output 5 (Figs. 3, 4) of the level meter of the reflected wave included in the waveguide path at the input of the microwave energy division and radiation system and controlling computer operating modes.
Для повышения экономичности сушки в систему влагосъема включен рекуперативнй теплообменник [10]. To increase the drying efficiency, a recuperative heat exchanger is included in the moisture removal system [10].
Контроль безопасности осуществляется системой светозвуковой сигнализации превышения безопасного уровня СВЧ-излучения (фиг.7). Security control is carried out by a system of light-sound signaling of exceeding a safe level of microwave radiation (Fig.7).
В варианте совместного использования камерной и конвейерной сушилок с общим источником СВЧ-энергии порядок пользования сушилками такой же, как описано выше. In the variant of joint use of chamber and conveyor dryers with a common source of microwave energy, the procedure for using dryers is the same as described above.
Вариант может быть реализован, например, на предприятиях агрокомплекса. Основное преимущество такого объединения - непрерывное, в течение года использование источника СВЧ-энергии, общего в этом варианте для двух типов сушилок. Поскольку конвейерная сушилка зерна используется 1, 5... 2 месяца в году, в уборочную, а остальное время простаивает, то целесообразно использовать источник СВЧ для работы с камерной сушкой в это время. The option can be implemented, for example, at the enterprises of the agricultural complex. The main advantage of such a combination is the continuous use of a microwave energy source throughout the year, common in this version for two types of dryers. Since the grain conveyor dryer is used 1, 5 ... 2 months a year, in the harvesting room, and the rest is idle, it is advisable to use a microwave source to work with chamber drying at this time.
Стоимость объединенного варианта существенно, на 25... 30%, меньше суммы стоимостей камерной и конвейерной сушилок, поскольку цена источника СВЧ-энергии высока и она, в основном, и определяет стоимость сушилки в целом. The cost of the combined option is significantly, by 25 ... 30%, less than the sum of the costs of the chamber and conveyor dryers, since the price of the microwave energy source is high and it mainly determines the cost of the dryer as a whole.
Предложенная универсальная СВЧ-сушильная установка выполнена в виде опытного образца, прошедшего натурные испытания, подтвердившие основные технические результаты. Конвейерный вариант сушилки введен в эксплуатацию в одном из агрохозяйств Красноярского края. Камерный вариант сушилки эксплуатируется на деревообрабатывающем заводе N 1 г. Красноярска. The proposed universal microwave drying unit is made in the form of a prototype that has passed field tests, which confirmed the main technical results. The conveyor version of the dryer was put into operation in one of the agricultural enterprises of the Krasnoyarsk Territory. The chamber version of the dryer is operated at the woodworking plant No. 1 of the city of Krasnoyarsk.
Источники информации
1. Патент Фр. 2231282, кл.F 26 B 15/16, 23/08; 1973.Sources of information
1. Patent Fr. 2231282, class F 26
2. СВЧ-энергетика. Том 2. Под ред.Э.Окресса. М.: Мир, 1971. 2. Microwave energy. Volume 2. Edited by E.Okress. M.: Mir, 1971.
3. Патент РСТ N 82/01411, кл. F 26 B 3/34, H 05 B 6/64, 1980. 3. Patent PCT N 82/01411, cl. F 26 B 3/34, H 05 B 6/64, 1980.
4. Авторское свидетельство СССР N 11692011, кл. H 05 B 6/64, заявл. 11.01.85, опублик. 23.07.85. 4. Copyright certificate of the USSR N 11692011, cl. H 05 B 6/64 claimed 01/11/85, published. 07/23/85.
5. Авторское свидетельство СССР N 1752331, кл. A 23 L 3/01, A 23 B 7/01, заявл. 15.01.90, опублик.07.08.92. 5. Copyright certificate of the USSR N 1752331, cl. A 23 L 3/01, A 23
6. Авторское свидетельство СССР N 1239899, кл. H 05 B 6/64, заявл. 25.06.84, опублик. 23.06.86. 6. Copyright certificate of the USSR N 1239899, cl. H 05 B 6/64 claimed 06/25/84, published. 06/23/86.
7. Бородин И.Ф., Шарков Г.А., Горин А.Д. Применение СВЧ в сельском хозяйстве. Обзорная информация. ВНИИ ТЭИ агропромышленного комплекса. М., 1987, с.55. 7. Borodin I.F., Sharkov G.A., Gorin A.D. The use of microwave in agriculture. Overview information. VNII TEI agro-industrial complex. M., 1987, p. 55.
8. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т.1. Высшая школа. М., 1970, с. 285. 8. Lebedev I.V. Microwave equipment and devices. T.1. High school. M., 1970, p. 285.
9. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование ФАР. Под ред. Воскресенского Д.И. М.: Радио и связь, М.: 1981, с.107. 9. Antennas and microwave devices. Headlight Design. Ed. Voskresensky D.I. M .: Radio and communications, M .: 1981, p.107.
10. Теплотехника. Под ред. В.И.Крутова. М.: Машиностроение, 1986, с.133. 10. Heat engineering. Ed. V.I. Krutova. M.: Engineering, 1986, p.133.
11. Анатазевич В.И. Сушка зерна М.: ВО Агропромиздат, 1989. 11. Anatasevich V.I. Grain drying M .: VO Agropromizdat, 1989.
Claims (8)
hc≲ hD(2+j)/3;
L ≲ 4hD(1-j)/(3tgβe),
где hD - оптимальная толщина слоя при активной сушке данного материала подогретым воздухом;
j = hм / hD, hм - минимально допустимая толщина слоя материала, при которой доля поглощенной СВЧ-энергии не менее заданной;
βe - угол естественного откоса высушиваемого материала,
входящая в состав устройства система влагосъема состоит из расположенных вне рабочей камеры электрокалориферов для подогрева воздуха, подводимого через входы в стенках камеры под перфорированную ленту скребкового транспортера, и вытяжных вентиляторов, подсоединенных к выходам в стенках рабочей камеры, в которой также находятся датчики измерителей температуры и влажности воздуха, входящие в систему обратной связи, предназначенную для контроля и управления режимами сушки.5. A universal microwave drying unit containing a working chamber with a conveyor located therein, radiating antennas of the microwave energy division and radiation system, connected to a microwave energy source located outside the working chamber, a moisture removal system and a grain preheating section, electric heaters of the moisture removal system, characterized in that the system of division and emission of microwave energy is made in the form of one or more non-resonant waveguide-slot antennas located parallel to the conveyor short-circuited at the end, and by choosing the location of the slots, their length and the distance between them, uniformity of the radiation field across the flow of the dried material is achieved, a decrease in the radiated power along the flow and the creation of a radiation field with several maxima in the vertical plane along the flow, grouped around the direction determined by the Brewster angle The system for monitoring and regulating the coordination of the microwave energy source with the load located outside the working chamber is made with the possibility of coordination during the course of drying and and includes matching element and measuring the level of the reflected wave, the system control and regulation of harmonization source of microwave energy to the load enabled at the input division and radiation of microwave energy system, and in that the used conveyor whose height dielectric scrapers h c and the distance between them L must satisfy the relations
h c ≲ h D (2 + j) / 3;
L ≲ 4h D (1-j) / (3tgβ e ),
where h D is the optimal layer thickness during active drying of this material with heated air;
j = h m / h D , h m - the minimum allowable thickness of the material layer at which the fraction of absorbed microwave energy is not less than a given;
β e is the angle of repose of the dried material,
the moisture removal system included in the device consists of electric heaters located outside the working chamber for heating air supplied through the inlets in the chamber walls under the perforated scraper conveyor belt, and exhaust fans connected to the outlets in the walls of the working chamber, in which there are also temperature and humidity sensors air included in the feedback system designed to control and control the drying modes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95114165A RU2111631C1 (en) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | Universal microwave drier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95114165A RU2111631C1 (en) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | Universal microwave drier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95114165A RU95114165A (en) | 1997-08-10 |
| RU2111631C1 true RU2111631C1 (en) | 1998-05-20 |
Family
ID=20171110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95114165A RU2111631C1 (en) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | Universal microwave drier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2111631C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1311791A4 (en) * | 2000-08-16 | 2004-08-11 | John F Novak | Method and apparatus for microwave utilization |
| RU2465527C1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия" | Grain drying device |
| RU2530983C1 (en) * | 2013-07-02 | 2014-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Method of drying wood in microwave wood drying kiln with resonance method |
| RU2558737C2 (en) * | 2013-11-19 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Костромская Государственная Сельскохозяйственная Академия | Method of controlling layer state in aerodynamic systems of machines for post-harvesting treatment of material and device for its implementation |
| RU2596082C2 (en) * | 2014-12-30 | 2016-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Plant for drying wood in microwave field |
| RU2597872C2 (en) * | 2014-11-13 | 2016-09-20 | Российская Федерация в лице Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for drying spent radioactive ion-exchange resins with ultrahigh frequencies |
| RU2630248C1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Красноярский государственный аграрный университет" | Device for berry juice and pomace treatment with energy-saving methods |
| RU2654641C1 (en) * | 2017-02-14 | 2018-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Костромская государственная сельскохозяйственная академия | Method of managing the supply of material and air to the pneumoseparation channel of the grain cleaning machine |
-
1995
- 1995-08-09 RU RU95114165A patent/RU2111631C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Бородин И.Ф. и др. Применение СВЧ в сельском хозяйстве. Обзорная информация. - М.: ВНИИТЭИ агропромышленного комплекса, 1987, с.55. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1311791A4 (en) * | 2000-08-16 | 2004-08-11 | John F Novak | Method and apparatus for microwave utilization |
| RU2465527C1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия" | Grain drying device |
| RU2530983C1 (en) * | 2013-07-02 | 2014-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Method of drying wood in microwave wood drying kiln with resonance method |
| RU2558737C2 (en) * | 2013-11-19 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Костромская Государственная Сельскохозяйственная Академия | Method of controlling layer state in aerodynamic systems of machines for post-harvesting treatment of material and device for its implementation |
| RU2597872C2 (en) * | 2014-11-13 | 2016-09-20 | Российская Федерация в лице Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for drying spent radioactive ion-exchange resins with ultrahigh frequencies |
| RU2596082C2 (en) * | 2014-12-30 | 2016-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Plant for drying wood in microwave field |
| RU2630248C1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Красноярский государственный аграрный университет" | Device for berry juice and pomace treatment with energy-saving methods |
| RU2654641C1 (en) * | 2017-02-14 | 2018-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Костромская государственная сельскохозяйственная академия | Method of managing the supply of material and air to the pneumoseparation channel of the grain cleaning machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10533799B2 (en) | System and method of removing moisture from fibrous or porous materials using microwave radiation and RF energy | |
| US4476363A (en) | Method and device for heating by microwave energy | |
| US5756975A (en) | Apparatus and method for microwave curing of resins in engineered wood products | |
| RU2111631C1 (en) | Universal microwave drier | |
| RU2493959C2 (en) | Method and device for preheating of compacted material mat in production of particle board | |
| RU2312470C2 (en) | Microwave resonator for thermal processing of materials, device for thermal processing of materials, method for operation of microwave resonator and thermally processed product | |
| US20100060391A1 (en) | Waveguide element | |
| JP2015505747A (en) | System and method for efficient microwave drying of extruded honeycomb structures | |
| US20060078383A1 (en) | Continuous method and apparatus for microwave-based dryer | |
| EP0786066A1 (en) | Paint drying oven with radiant energy floor | |
| US4908486A (en) | Resonant cavity of a microwave drier | |
| US5107602A (en) | Method and an apparatus for drying veneer and similar products | |
| JP2008230962A6 (en) | Equipment for drying ceramic bodies by microwave irradiation | |
| JP2008230962A (en) | Device for drying ceramic body by microwave irradiation | |
| WO2000008897A9 (en) | Adjustable microwave field stop | |
| RU95114165A (en) | UNIVERSAL SUPER HIGH FREQUENCY DRYING UNIT (OPTIONS) | |
| CN103650637B (en) | Microwave heating equipment | |
| CN107580540B (en) | Device for continuously heating material | |
| US20180099431A1 (en) | Tunnel furnace for continuously heating pressed mat | |
| RU2199064C2 (en) | Installation for drying of dielectric materials by microwave power | |
| RU19573U1 (en) | INSTALLATION FOR DRYING DIELECTRIC MATERIALS MICROWAVE ENERGY | |
| RU2157490C1 (en) | Wood-drying plant | |
| RU2105435C1 (en) | Plant for shf drying of lumber | |
| RU2189549C2 (en) | Wood-drying plant | |
| SU1752331A1 (en) | Plant for shf energy drying of carrot |