RU2504928C2

RU2504928C2 - Domestic drying microwave oven

Info

Publication number: RU2504928C2
Application number: RU2011154449/07A
Authority: RU
Inventors: Руслан Викторович Антонов; Федор Алексеевич Новожилов
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2014-01-20
Also published as: RU2011154449A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: domestic drying microwave oven includes a magnetron with an electric power supply and control system, a housing with a waveguide, a working chamber with raw material flanges, at least one of the walls of which has air passage perforation, an exhaust fan with a diffuser and an individual circuit breaker. Larger base of the diffuser is connected to the perforated wall of the working chamber, and surface area of perforated wall surface, which is enveloped with the diffuser, is 0.5-1.0 of the cross sectional area of the working chamber; according to the invention, at least two electrodes from non-magnetic metal are installed into the working chamber and attached by means of dielectric insulators to the working chamber. One electrode is a cathode, made from a metal mesh with small cells and located parallel to upper wall of the working chamber under a dissector, and the second electrode being an anode is made from a metal perforated plate and parallel to the working chamber lower wall.

EFFECT: intensifying a drying method of capillary-porous raw material of plant origin in microwave ovens due to electrokinetic phenomena occurring at superimposition of a DC electric field onto the drying object.

2 dwg

Description

Изобретение относится к установкам для сушки сельскохозяйственного сырья, в частности к бытовым сушилкам с использованием СВЧ-энергии и энергии электрического поля постоянного тока. Изобретение применимо для сушки сырья растительного происхождения с капиллярно-пористым строением: ягод, сочных трав и плодов, корнеплодов, лекарственного сырья, грибов, может использоваться в личных и фермерских хозяйствах, при консервировании выращенного в огородах, садах урожая, а также собранных дикорастущих трав, их корней.The invention relates to installations for drying agricultural raw materials, in particular to household dryers using microwave energy and the energy of an electric field of direct current. The invention is applicable for drying raw materials of plant origin with a capillary-porous structure: berries, juicy herbs and fruits, root crops, medicinal raw materials, mushrooms, can be used in personal and farm enterprises, when preserving crops grown in vegetable gardens, orchards, as well as harvested wild herbs, their roots.

Известна сушильная бытовая СВЧ-печь, включающая магнетрон с системой электропитания и управления, корпус с волноводом, рабочую камеру, по крайней мере одна из стенок которой выполнена с перфорацией для прохода воздуха, и вытяжной вентилятор, присоединенный к части поверхности перфорированной стенки; вентилятор выполнен с индивидуальным выключателем и диффузором, причем большим основанием диффузор присоединен к перфорированной стенке, а охватываемая диффузором площадь перфорированной стенки составляет 0,5-1,0 площади поперечного сечения рабочей камеры. Одна из стенок рабочей камеры может быть выполнена с дополнительной перфорацией для прохода воздуха, перекрываемой регулируемой заслонкой, внутри рабочей камеры могут быть установлены с воздушными прослойками перфорированные полки или поддоны для размещения обрабатываемого продукта [1 - Пат. RU 2088050].Known drying household microwave oven, including a magnetron with a power supply and control system, a housing with a waveguide, a working chamber, at least one of the walls of which is made with perforation for air passage, and an exhaust fan attached to a part of the surface of the perforated wall; the fan is made with an individual switch and a diffuser, the diffuser being attached to the perforated wall with a large base, and the area of the perforated wall covered by the diffuser is 0.5-1.0 of the cross-sectional area of the working chamber. One of the walls of the working chamber can be made with additional perforation for the passage of air, overlapped by an adjustable damper; inside the working chamber, perforated shelves or pallets for placement of the processed product can be installed with air gaps [1 - Pat. RU 2088050].

Недостатком такой бытовой СВЧ-печи является то, что только малая часть от подведенной СВЧ-энергии к объекту сушки расходуется на положительный температурный перепад, ускоряющий продвижение влаги к поверхности, а оставшаяся энергия идет на нагрев материала и влаги в нем, испарение влаги, покрытие всех теплопотерь. Это является причиной удлинения процесса сушки в таких печах и снижает их производительность.The disadvantage of such a household microwave oven is that only a small part of the supplied microwave energy to the drying object is spent on a positive temperature difference that accelerates the movement of moisture to the surface, and the remaining energy is used to heat the material and moisture in it, evaporate moisture, cover all heat loss. This is the reason for the lengthening of the drying process in such furnaces and reduces their productivity.

Предлагаемое изобретение направлено на интенсификацию процесса сушки капиллярно-пористого сырья растительного происхождения в СВЧ-печах за счет электрокинетических явлений, возникающих при наложении электрического поля постоянного тока на объект сушки.The present invention is aimed at intensifying the drying process of capillary-porous raw materials of plant origin in microwave ovens due to electrokinetic phenomena that occur when a direct current electric field is applied to the drying object.

Поставленная задача решается тем, что сушильная бытовая СВЧ-печь, включающая магнетрон с системой электропитания и управления, корпус с волноводом, рабочую камеру с полками для сырья, по крайней мере одна из стенок которой выполнена с перфорацией для прохода воздуха, вытяжной вентилятор с диффузором и индивидуальным выключателем, причем большим основанием диффузор присоединен к перфорированной стенке рабочей камеры, а площадь перфорированной поверхности стенки, охватываемая диффузором, составляет 0,5-1,0 площади поперечного сечения рабочей камеры, согласно изобретению, в рабочую камеру монтируются как минимум два электрода из немагнитного металла, они крепятся посредством диэлектрических изоляторов к рабочей камере. Один электрод является катодом, изготовлен из металлической сетки с мелкой ячейкой и расположен параллельно верхней стенке рабочей камеры под диссектором, а второй электрод, являющийся анодом, сделан из металлической перфорированной пластины и параллелен нижней стенке рабочей камеры. Площадь электродов соизмерима с площадью полок и поддонов для сырья, но меньше площади стенок рабочей камеры для обеспечения воздушного зазора. В корпус СВЧ-печи устанавливается источник постоянного тока для создания разности потенциалов между анодом и катодом рабочей камеры, вследствие чего образуется электрическое поле постоянного тока, также он оборудуется индивидуальным выключателем, установленным на панели управления, а в рассечку цепи питания источника постоянного тока последовательно включается контакт замкового выключателя дверки СВЧ-печи, обеспечивающий ее безопасное использование. Анод и катод источника постоянного тока электрически соединены с анодом и катодом рабочей камеры посредством проводников из немагнитных металлов, которые проходят через отверстия в диэлектрических изоляторах.The problem is solved in that a domestic drying microwave oven, including a magnetron with a power supply and control system, a housing with a waveguide, a working chamber with shelves for raw materials, at least one of the walls of which is perforated for air passage, an exhaust fan with a diffuser and individual switch, with a large base, the diffuser is attached to the perforated wall of the working chamber, and the area of the perforated wall surface covered by the diffuser is 0.5-1.0 cross-sectional area of the work of which chamber, according to the invention, at least two non-magnetic metal electrodes are mounted in the working chamber, they are fastened by dielectric insulators to the working chamber. One electrode is a cathode made of a metal mesh with a small cell and is parallel to the upper wall of the working chamber under the dissector, and the second electrode, which is the anode, is made of a metal perforated plate and parallel to the lower wall of the working chamber. The area of the electrodes is comparable with the area of shelves and pallets for raw materials, but less than the area of the walls of the working chamber to provide air gap. A direct current source is installed in the microwave oven housing to create a potential difference between the anode and cathode of the working chamber, as a result of which a direct current electric field is generated, it is also equipped with an individual switch installed on the control panel, and a contact is connected to the cut of the DC power supply circuit microwave oven door switch, ensuring its safe use. The anode and cathode of the direct current source are electrically connected to the anode and cathode of the working chamber by means of conductors of non-magnetic metals that pass through holes in dielectric insulators.

На фигуре 1 изображена сушильная бытовая СВЧ-печь вид спереди (дверца открыта); на фигуре 2 - сушильная бытовая СВЧ-печь вид сбоку (с разрезом по середине рабочей камеры).The figure 1 shows a household drying microwave oven front view (door open); figure 2 is a household drying microwave oven side view (with a cut in the middle of the working chamber).

Сушильная бытовая СВЧ-печь состоит из следующих основных частей: корпуса 1, магнетрона (не показан) с волноводной системой 2, рабочей камеры 3 с диссектором 4, вентилятора охлаждения магнетрона (не показан), дверки 5 с замковым выключателем 6, панели управления 7, источника постоянного тока (не показан), анода 8, катода 9, диэлектрических изоляторов 10, направляющих планок 11, перфорированных полок 12 и поддонов 13 для загрузки продукта сушки, перфорированной задней стенки 14 рабочей камеры, диффузора 15, вытяжного вентилятора 16, воздухоподающих окон 17 и 18 с перфорацией. Источник постоянного тока (не показан) смонтирован в корпусе 1, включающийся индивидуальным выключателем с панели управления 7. Анод 8 и катод 9 крепятся к рабочей камере посредством диэлектрических изоляторов 11, через отверстия которых анод 8 и катод 9 рабочей камеры 3 посредством немагнитных проводников электрически соединяются с анодом и катодом источника постоянного тока. На направляющие планки 11 устанавливаются перфорированные полки 12 и поддоны 13 для загрузки продукта сушки. Также они позволяют регулировать расстояние по высоте между полками 12 и поддонами 13 и создавать воздушные промежутки (проходы) между слоями продукта сушки. К перфорированной задней стенке 14 рабочей камеры СВЧ-печи через диффузор 15, охватывающий от 0,5 до 1,0 площади поперечного сечения рабочей камеры, закреплен вытяжной вентилятор 16, включающийся с панели 7 индивидуальным выключателем. В боковых стенках рабочей камеры имеются воздухоподающие окна 17 и 18 с перфорацией. Через перфорацию окна 17 в рабочую камеру поступает нагретый воздух после охлаждения магнетрона. Через перфорацию окна 18 засасывается дополнительный поток воздуха, имеющий температуру окружающей среды. Окно 18 имеет подвижную заслонку, которая регулирует поток, входящий в рабочую камеру.A household microwave drying oven consists of the following main parts: a housing 1, a magnetron (not shown) with a waveguide system 2, a working chamber 3 with a dissector 4, a magnetron cooling fan (not shown), a door 5 with a key switch 6, a control panel 7, DC source (not shown), anode 8, cathode 9, dielectric insulators 10, guide strips 11, perforated shelves 12 and pallets 13 for loading the drying product, perforated rear wall 14 of the working chamber, diffuser 15, exhaust fan 16, air supply windows 17 and 18 with perforation. A direct current source (not shown) is mounted in the housing 1, turned on by an individual switch from the control panel 7. The anode 8 and the cathode 9 are attached to the working chamber by means of dielectric insulators 11, through the openings of which the anode 8 and the cathode 9 of the working chamber 3 are electrically connected via non-magnetic conductors with the anode and cathode of a direct current source. Perforated shelves 12 and pallets 13 for loading the drying product are installed on the guide rails 11. They also allow you to adjust the height distance between the shelves 12 and pallets 13 and create air gaps (passages) between the layers of the drying product. An exhaust fan 16 is mounted to the perforated rear wall 14 of the working chamber of the microwave oven through a diffuser 15, covering 0.5 to 1.0 cross-sectional areas of the working chamber, which is switched on from the panel 7 by an individual switch. In the side walls of the working chamber there are air supply windows 17 and 18 with perforation. Through the perforation of the window 17, heated air enters the working chamber after cooling the magnetron. An additional air stream having an ambient temperature is sucked in through the perforation of the window 18. The window 18 has a movable shutter that controls the flow entering the working chamber.

Сушильная бытовая СВЧ-печь работает следующим образом.Drying household microwave oven operates as follows.

Перед началом работы сушильная СВЧ-печь устанавливается на ровное устойчивое основание и подключается к электрической сети. Подготовленный для сушки продукт, прошедший предварительную обработку (отсортированный, при необходимости вымытый и обсушенный), раскладывается на перфорированные полки 12 или на поддоны 13. На полки 12 раскладываются травянистые растения (листья мать-и-мачехи, трава чистотела, мята перечная и другие) слоем 2,0-4,0 см. В поддоны кладутся ягоды, плоды, корневища. Разовая загрузка сушильной СВЧ-печи в зависимости от продукта сушки и принятой технологии составляет минимум 2 поддона или полки (слоев обработки). Загруженные полки или поддоны с продуктами сушки устанавливаются в рабочей камере сушильной СВЧ-печи на продольных направляющих планках 11. После загрузки продукта сушки в рабочую камеру нажимается кнопка на панели управления 7, при этом включается лампа освещения рабочей камеры и вентилятор магнетрона. Убедившись, что продукт сушки располагается в рабочей камере согласно принятой технологии, включают вытяжной вентилятор 16 и открывают регулировочную заслонку окна 18. После этого закрывают дверку 5 и, набрав на панели управления СВЧ-печи режим и время работы, включают магнетрон и выключатель источника постоянного тока.Before starting work, the microwave drying oven is installed on an even, stable base and connected to the electric network. The product that has been pretreated for drying (sorted, washed and dried if necessary) is laid out on perforated shelves 12 or on pallets 13. Grassy plants (coltsfoot leaves, celandine grass, peppermint and others) are laid out on shelves 12 a layer of 2.0-4.0 cm. Berries, fruits, rhizomes are placed in pallets. A one-time loading of a microwave drying oven, depending on the drying product and the technology adopted, is at least 2 pallets or shelves (processing layers). Loaded shelves or pallets with drying products are installed in the working chamber of the microwave drying oven on the longitudinal guide rails 11. After loading the drying product into the working chamber, the button on the control panel 7 is pressed, and the lamp for lighting the working chamber and the magnetron fan are turned on. After making sure that the drying product is located in the working chamber according to the adopted technology, turn on the exhaust fan 16 and open the adjustment flap of the window 18. After that, close the door 5 and, having typed the operating mode and time on the microwave oven control panel, turn on the magnetron and the DC power switch .

В процессе работы СВЧ-печи на продукт сушки через волноводную систему 2 поступает СВЧ-излучение, которое диссектором 3 распределяется по рабочей камере, при этом осуществляется интенсивный внутренний прогрев и стерилизация материала сушки под действием СВЧ-излучения. Одновременно с СВЧ-излучением между анодом 8 и катодом 9 создается электрическое поле постоянного тока, которое, как показала практическая проверка, интенсифицирует выгонку внутренней влаги на поверхность объекта сушки. Также через перфорированное окно 17 в рабочую камеру печи поступает нагретый воздух с температурой порядка 50°C. Проходя через слои продукта сушки, этот воздух прогревает материал сушки снаружи и, обдувая его, захватывает пары влаги по всему сечению рабочей камеры. После чего через перфорацию задней стенки и широкозахватный диффузор 15 пары влаги принудительно удаляются из рабочей камеры СВЧ-печи напором, создаваемым вентилятором 16. Перфорированное воздушное окно 18, регулируемое по площади, служит для дополнительного забора воздуха из окружающей среды для ускорения выноса пара и регулирования температуры продукта сушки путем обдува его обычным ненагретым воздухом.In the process of operation of the microwave oven, the drying product receives microwave radiation through the waveguide system 2, which is distributed by the dissector 3 through the working chamber, and the internal heating and sterilization of the drying material under the influence of microwave radiation is intensive. Simultaneously with the microwave radiation between the anode 8 and the cathode 9, a direct current electric field is created, which, as shown by practical testing, intensifies the expulsion of internal moisture to the surface of the drying object. Also, through the perforated window 17, heated air with a temperature of about 50 ° C enters the working chamber of the furnace. Passing through the layers of the drying product, this air warms up the drying material from the outside and, blowing it, captures moisture vapor over the entire cross section of the working chamber. Then, through the perforation of the rear wall and the wide-diffuser 15, moisture vapor is forcibly removed from the working chamber of the microwave oven by the pressure created by the fan 16. The perforated air window 18, which is adjustable in area, serves for additional air intake from the environment to accelerate the removal of steam and temperature control drying product by blowing it with ordinary unheated air.

После окончания заданного времени (цикла) СВЧ-сушки (обычно 10-15 минут) магнетрон отключается и начинается завершающая стадия процесса сушки, в течение которой электрическое поле продолжает воздействовать на сырье и через рабочую камеру при помощи широкозахватного диффузора 15 и вытяжного вентилятора 16 прогоняется воздух, унося с поверхности объекта и из рабочей камеры остаточные пары влаги, при этом производится остаточное подсушивание и охлаждение материала сушки. Эта стадия продолжается в течение 5-7 минут, после чего дверца 5 открывается и, достав продукт сушки, проверяется его качество. При необходимости возможно продолжить сушку, при этом перфорированные полки переставляются местами, поворачиваются, продукт сушки на них переворачивается и цикл повторяется в той же последовательности. После завершения СВЧ-сушки, состоящей в среднем из 2 циклов, продукт рассыпается в герметичные пакеты и направляется на хранение.After the end of the set time (cycle) of microwave drying (usually 10-15 minutes), the magnetron is turned off and the final stage of the drying process begins, during which the electric field continues to act on the raw materials and air is driven through the working chamber using the wide-diffuser 15 and exhaust fan 16 , taking away from the surface of the object and from the working chamber the residual moisture vapor, while the residual drying and cooling of the drying material is performed. This stage lasts for 5-7 minutes, after which the door 5 opens and, having delivered the drying product, its quality is checked. If necessary, it is possible to continue drying, while the perforated shelves are rearranged, rotated, the drying product is turned on them and the cycle is repeated in the same sequence. After microwave drying, consisting of an average of 2 cycles, the product is scattered in sealed bags and sent for storage.

Комбинированная сушка продукта в бытовой СВЧ-печи, состоящая из СВЧ-нагрева с активной принудительной вытяжной вентиляцией горячим и холодным воздухом, отсасываемым через широкозахватный диффузор практически по всему поперечному сечению рабочей камеры, при размещении продукта сушки в несколько слоев с воздушными промежутками и наложением электрического поля постоянного тока, позволяет сократить время сушки продукта в рабочей камере СВЧ-печи. Качество продукта вследствие высокой скорости сушки практически по всему поперечному сечению рабочей камеры получается очень высоким, при этом сохраняется зеленая окраска растений, пряные запахи, биологические активные вещества. Общее время сушки партии продукта составляет в среднем 20-30 минут.Combined product drying in a household microwave oven, consisting of microwave heating with active forced exhaust ventilation with hot and cold air, sucked out through a wide diffuser along almost the entire cross section of the working chamber, when the drying product is placed in several layers with air gaps and an electric field direct current, reduces the drying time of the product in the working chamber of the microwave oven. The quality of the product due to the high drying speed over almost the entire cross section of the working chamber is very high, while maintaining the green color of plants, spicy odors, biological active substances. The total drying time of a batch of product is an average of 20-30 minutes.

При выключении выключателей вытяжного вентилятора 16, источника постоянного тока и закрытии воздушного окна 18 бытовая сушильная СВЧ-печь работает в режиме обычной бытовой СВЧ-печи и используется для приготовления или разогрева пищи, размораживания продуктов.When turning off the switches of the exhaust fan 16, direct current source and closing the air window 18, the household microwave drying oven operates in the mode of a conventional household microwave oven and is used to prepare or heat food, defrost food.

Техническое выполнение сушильной бытовой СВЧ-печи может быть осуществлено в условиях специализированных ремонтных мастерских путем монтажа электродов в рабочей камере и источника постоянного тока в корпус СВЧ-печи, установки на задней стенке рабочей камеры вытяжного вентилятора и широкозахватного диффузора, охватывающего от 0,5 до 1,0 площади поперечного сечения рабочей камеры с перфорацией стенки по площади диффузора, что расширяет область применения бытовой СВЧ-печи и позволяет перерабатывать сельхозсырье в домашних условиях, сокращая время сушки в 4-6 раз при значительной экономии электроэнергии и высоком качестве получаемого конечного продукта.The technical implementation of the drying household microwave oven can be carried out in the conditions of specialized repair shops by mounting the electrodes in the working chamber and a direct current source in the microwave oven housing, installing an exhaust fan and a wide-spread diffuser covering from 0.5 to 1 on the rear wall of the working chamber 0 cross-sectional area of the working chamber with perforation of the wall over the area of the diffuser, which expands the scope of application of a household microwave oven and allows you to process agricultural raw materials at home, Single drying time is 4-6 times with considerable energy saving and high quality of the resulting final product.

Предлагаемая конструкция сушильной бытовой СВЧ-печи может пользоваться устойчивым спросом у садоводов, огородников, заготовителей лекарственных растений.The proposed design of a household drying microwave oven can be in steady demand among gardeners, gardeners, and procurers of medicinal plants.

Claims

A household microwave drying oven including a magnetron with a power supply and control system, a housing with a waveguide, a working chamber with trays and pallets, at least one of the walls of which is perforated for air passage, and an exhaust fan with an individual switch and diffuser, moreover, a large the base of the diffuser is attached to the perforated wall of the working chamber, and the area of the perforated wall surface covered by the diffuser is 0.5-1.0 cross-sectional area of the working chamber, characterized in that the working chamber is mounted anode and cathode, and the anode is made in the form of a perforated plate, and the cathode is in the form of a grid, while the material of their manufacture is non-magnetic metal, while the anode and cathode are parallel to the trays and pallets with air gaps from both trays and pallets with raw materials, and from the walls of the working chamber, and a constant current source is mounted in the housing with the waveguide, the anode and cathode of which is electrically connected to the anode and cathode of the working chamber through conductors of non-magnetic metals that pass h holes in dielectric insulators.