Апарат для термовакуумного сушіння

1. Апарат для термовакуумного сушіння, що містить щонайменше два піддони, кожний з яких має основу для розміщення висушуваного матеріалу і жорстко зв'язану з цією основою рамку, що складається з протилежних опорних бортів і щонайменше однієї перемички між ними, опору для послідовної установки піддонів один на одний та їх фіксації в робочому положенні, газонепроникний кожух для відділення заповненого піддонами об'єму від атмосфери, джерело енергії для нагрівання висушуваного матеріалу, щонайменше один водокільцевий вакуум-насос з ежектором для відсмоктування з газонепроникного кожуха водяної пари, що виділяється при нагріванні висушуваного матеріалу, і щонайменше один патрубок для підключення зазначеного насоса до порожнини газонепроникного кожуха, який відрізняється тим, що у кожному піддоні основа виконана з такого листа струмопровідного матеріалу, у якого одна сторона щонайменше частково відігнута з утворенням опорного борта, що служить частиною рамки, а практично плоска частина основи щонайменше частково перфорована, при цьому інші частини рамки виготовлені з діелектричного матеріалу, опорні борти рамки мають практично однакову висоту, а щонайменше одна з перемичок щонайменше частково нижче протилежних опорних бортів, джерелом енергії для нагрівання висушуваного матеріалу служить довільне придатне джерело електричного струму, піддони встановлені на опорі з щільним почерговим контактом між струмопровідними опорними бортами і плоскими частинами основ і послідовно включені в загальний ланцюг живлення від вибраного джерела електричного струму, а газонепроникний кожух виконаний із гнучкого полімерного матеріалу й охоплює піддони з щонайменше однобічним зазором щодо периметра їх рамок. 2. Апарат за п. 1, який відрізняється тим, що опора для послідовної установки піддонів має основу і каркас, висота якого відповідає сумарній висоті вибраної кількості піддонів. 3. Апарат за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що рамка піддона має дві основні перемички, які з'єднують кінці протилежних опорних бортів, а між цими перемичками встановлена щонайменше одна проміжна перемичка з діелектричного матеріалу, висота якої практично дорівнює висоті основних перемичок. 4. Апарат за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що опорні борти рамки кожного піддона оснащені фіксаторами для механічного зчеплення з рамкою щонайменше одного суміжного піддона. 5. Апарат за п. 4, який відрізняється тим, що зазначені фіксатори піддонів виконані у вигляді пар елементів, вибраних із групи, що складається з засобів "штифт-отвір", "шпунт-гребінь", "пружний упор-защіпка". 6. Апарат за п. 1, який відрізняється тим, що перфораційні отвори в струмопровідних основах піддонів вибрані з групи, що складається з круглих отворів, прямих щілин, криволінійних щілин та їх комбінацій. Корисна модель відноситься до конструкції оснащених електронагрівними піддонами апаратів для термовакуумного сушіння дисперсних переважно рослинних матеріалів типу здрібнених фруктів і овочів і насінь довільних рослин. Тут і далі стосовно до корисної моделі позначені: терміном "термовакуумне сушіння" - така об робка вологої сировини, під час якої її нагрівання супроводжується відсмоктуванням водяної пари з робочої порожнини апарата до досягнення заданої величини залишкової вологості продукту; терміном «апарат для термовакуумного сушіння» - пристрій з замкнутою в газонепроникному кожусі робочою порожниною, усередині якої встановлений штабель із щільно укладених один на О) ю 4590 іншій щонайменше двох піддонів і яка підключена до вакуум-насоса, придатного для відкачки водяної пари; терміном "піддон" - така частина апарата для термовакуумного сушіння, що має струмопровідну перфоровану основу для розміщення вологої сировини і засіб підключення до джерела електроенергії для нагрівання цієї сировини. Загальновідомо, що масова потреба в сушінні зазначених дисперсних рослинних матеріалів виникає періодично в сезони масового дозрівання овочів і фруктів або збирання зернових культур, що істотна частина їх загального врожаю приходиться на дрібні підсобні господарства і ферми і що навіть під час перевезення зерна, не кажучи вже про сирі овочі і фрукти, до місць їх централізованої переробки неминучі тим більші втрати, чим довше плече підвозу і чим більше період часу між збором врожаю і його переробкою. Тому апарати для сушіння таких матеріалів повинні одночасно задовольняти кільком важко сумісним вимогам, а саме: бути якомога простішими за конструкцією і, відповідно, більш надійними, простими і зручними у виготовленні й обслуговуванні; забезпечувати якомога вищу продуктивність при мінімальній питомій витраті енергії, бути придатними для перевезення і швидкого розгортання в робоче положення і забезпечувати якомога стабільніші, не залежні від уміння обслуговуючого персоналу режими сушіння для одержання стандартних за якістю продуктів на відокремлених одна від одної точках переробки врожаю. Роздільне виконання цих умов або їх деяких комбінацій не є істотно важким. Так, загальновідомі (Большой энциклопедический словарь «ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ», М.: «Большая Российская Энциклопедия», 1998, с.514, статья «Сушилка») проточні пристрої для конвекційного газового сушіння дисперсних матеріалів, які мають: жорсткий, як правило, металевий корпусоболонку з отворами для підключення до джерела свіжого газоподібного теплоносія і до атмосфери для викиду відпрацьованого теплоносія, або до системи його регенерації та рециркуляції, опори, що виконані, наприклад, у вигляді піддонів для укладання висушуваного матеріалу і жорстко закріплені до стінок корпусу (у сушарках періодичної дії) або встановлені на придатних транспортерах усередині корпусу (у сушарках безупинної дії), щонайменше один придатний генератор (наприклад, газовий пальник) чи (звичайно електричний) нагрівач газоподібного теплоносія, придатний засіб (наприклад, вентилятор) для подачі свіжого газоподібного теплоносія в порожнину жорсткого корпуса, засіб розподілу потоку зазначеного свіжого теплоносія щодо шарів висушуваного матеріалу і щонайменше систему контролю температурного поля в порожнині корпуса і засобу ручного керування тепловими потоками (а частіше - автоматичну систему керування пристроєм для сушіння в цілому). Фахівцям зрозуміло, що пристрої описаного типу нині можна спроектувати в інтерактивному режимі за допомогою САПР, тобто систем автоматизованого проектування, і виготовити в розрахунку на довільну продуктивність. За допомогою тих же САПР неважко вибрати оптимальні схеми циркуляції теплоносія щодо висушуваного матеріалу і засоби утилізації залишкового тепла, що дозволить досягти прийнятних питомих витрат енергії. Однак через застосування суцільнометалевих оснащених міцною зовнішньою термоізоляцією корпусів такі пристрої громіздкі навіть при незначній продуктивності, а їхня питома матеріалоємність тим вища, чим менше об'єм сушильної камери. Крім того, конвекційне нагрівання сировини сполучене з тим більшими втратами тепла, чим нижче коефіцієнт тепловіддачі від газоподібного теплоносія до висушуваного матеріалу, і практично не може забезпечити однорідне температурне поле в масі такого матеріалу навіть при його тонкошаровій розкладці. Відомі з того ж джерела сушильні апарати з індукційними (мікрохвильовими) нагрівачами здатні забезпечити практично однорідне температурне поле в масі висушуваного матеріалу. Однак складність їх конструкції й обслуговування і висока ціна істотно знижують їх доступність на ринку не тільки для власників підсобних господарств і фермерів, але і для агрофірм. Тому давно увага творців сушарок звернена до термовакуумних процесів (див. Горяев А.А. Вакуумно-диэлектрическая сушка древесины (обзор). - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1977). їхня перевага є в тому, що волога випаровується з висушуваного матеріалу при температурі, що істотно нижче температури паротворення під атмосферним тиском. Це практично виключає перегрів сировини і псування продукту (наприклад, внаслідок деструкції вітамінів в овочах і фруктах або термічної денатурації білків у насіннях рослин). Однак при розробці засобів реалізації таких процесів приходиться вирішувати два ключових питання: по-перше, попередження блокування вакуумнасосів рідким конденсатом і, по-друге, вирівнювання температурного поля в масі висушуваного матеріалу, щоб уникнути локальних недогрівів сировини. Вже в RU 346 U1 (1993 р.) було запропоновано в апаратах для термовакуумного сушіння обводнених матеріалів застосовувати водокільцеві вакуум-насоси, які здатні абсорбувати не тільки конденсат, але й водяну пару. Це удосконалення виявилося ефективним при сушінні практично будь-яких вологих матеріалів. Однак питання про вирівнювання температурного поля в масі висушуваного матеріалу доводиться вирішувати з урахуванням розмірів, форми і фізико-хімічних властивостей висушуваних об'єктів. Прикладом такого вузько спеціалізованого технічного рішення служить апарат для термовакуумного сушіння згідно RU 2047 U1, що є основою вакуумно-просочувальної установки для виготовлення кабельної продукції і найближчий за конструкцією до пропонованого далі апарату. 4590 Відомий апарат для термовакуумного сушіння включає: щонайменше два піддони, кожний з яких має зазначені вище основу для розміщення висушуваного матеріалу і жорстко зв'язану з цією основою рамку, що складається з протилежних опорних бортів і щонайменше однієї перемички між ними, опору для послідовної установки піддонів один на іншому і їх фіксації в робочому положенні з зазором по висоті, газонепроникний кожух у вигляді металевого вакуумного котла, що відокремлює заповнений піддонами об'єм від атмосфери, зовнішнє стосовно газонепроникного кожуха джерело теплової енергії для нагрівання висушуваного матеріалу (зокрема, у вигляді парової чи водяної сорочки вакуумного котла), щонайменше один водокільцевий вакуумнасос з ежектором для відсмоктування з зазначеного кожуха водяної пари, що виділяється при нагріванні висушуваного матеріалу, і щонайменше один патрубок для підключення вакуум-насоса до робочої порожнини зазначеного кожуха. На жаль, при підведенні тепла від зовнішнього джерела до вологої сировини типу дисперсних рослинних матеріалів завжди є небезпека нерівномірного нагрівання окремих скупчень дисперсних частинок. Зокрема, дуже помітний локальний недогрів дисперсної сировини в центральних частинах піддонів. Тому для вирівнювання вологості у всій масі продукту сировину приходиться довго витримувати усередині газонепроникного кожуха з відповідним зниженням продуктивності апарата і збільшенням питомих витрат енергії. В основу корисної моделі покладена задача зміною матеріалу й удосконаленням геометричної форми і взаємозв'язку частин піддона і взаєморозташування піддонів всередині газонепроникного кожуху створити такий апарат для термовакуумного сушіння, що забезпечував би вирівнювання температурного поля при сушінні дисперсних рослинних матеріалів і знижував би імовірність локальних недогрівів висушуваного матеріалу і потребу в тривалій витримці сировини в апараті для вирівнювання вологості продукту. Ця задача вирішена тим, що в апараті для термовакуумного сушіння, який включає: щонайменше два піддони, кожний з яких має основу для розміщення висушуваного матеріалу і жорстко зв'язану з цією основою рамку, що складається з протилежних опорних бортів і щонайменше однієї перемички між ними, опору для послідовної установки піддонів один на іншому та їх фіксації в робочому положенні, газонепроникний кожух для відділення заповненого піддонами об'єму від атмосфери, джерело енергії для нагрівання висушуваного матеріалу, щонайменше один водокільцевий вакуумнасос з ежектором для відсмоктування з газонепроникного кожуха водяної пари, що виділяється при нагріванні висушуваного матеріалу, і щонайменше один патрубок для підключення зазначеного насоса до порожнини газонепроникного кожуха, згідно з винахідницьким задумом у кожному піддоні основа виконана з такого листа струмопровідного матеріалу, у якого одна сторона щонайменше частково відігнута з утворенням опорного борта, що служить частиною рамки, а практично плоска частина основи щонайменше частково перфорована, при цьому інші частини рамки виготовлені з діелектричного матеріалу, опорні борти рамки мають практично однакову висоту, а щонайменше одна з перемичок щонайменше частково нижче протилежних опорних бортів, джерелом енергії для нагрівання висушуваного матеріалу служить довільне придатне джерело електричного струму, піддони встановлені на опорі з щільним почерговим контактом між струмопровідними опорними бортами і плоскими частинами основ і послідовно включені в загальний ланцюг живлення від обраного джерела електричного струму, а газонепроникний кожух виконаний із гнучкого полімерного матеріалу й охоплює піддони з щонайменше однобічним зазором щодо периметра їх рамок. Кожен такий апарат здатний забезпечити достатнє вирівнювання температурного поля в межах рамок піддонів і, відповідно, практично рівномірне сушіння довільних дисперсних матеріалів, частинки яких безпосередньо спираються на джерела тепла, якими служать плоски частини струмопровідних основ піддонів. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що опора для послідовної установки піддонів має основу і каркас, висота якого відповідає сумарній висоті обраної кількості піддонів. Це полегшує відсмоктування водяної пари з простору між суміжними піддонами і дозволяє застосовувати піддони без додаткових фіксаторів. Друга додаткова відмінність полягає в тому, що рамка піддону має дві основні перемички, які з'єднують кінці протилежних опорних бортів, а між цими перемичками встановлена щонайменше одна проміжна перемичка з діелектричного матеріалу, висота якої практично дорівнює висоті основних перемичок. Це дозволяє підвищити жорсткість піддонів та їх стійкість до термомеханічних деформацій навіть при дуже високій частці сумарної площі перфораційних отворів у загальній площі струмопровідних основ піддонів. Третя додаткова відмінність полягає в тому, що опорні борти рамки кожного піддону оснащені фіксаторами для механічного зчеплення з рамкою щонайменше одного суміжного піддона. Це підвищує жорсткість і стійкість штабелів, що складені з піддонів, за мінімальною жорсткістю зовнішнього каркаса і навіть за його повної відсутності. Четверта додаткова відмінність полягає в тому, що зазначені фіксатори піддонів виконані у вигляді пар елементів, обраних із групи, що складається з засобів «штифт-отвір», «шпунт-гребінь», «пружний упор-защіпка». З них з урахуванням конкретних значень маси і жорсткості окремих піддонів і вимог до стійкості штабеля легко вибрати найпридатніші фіксатори. П'ята додаткова відмінність полягає в тому, що перфораційні отвори в струмопровідних осно 4590 вах ПІДДОНІВ обрані з групи, що складається з круглих отворів, прямих щілин, криволінійних щілин та їх довільних комбінацій Це дозволяє вибирати найефективнішу перфорацію з одночасним урахуванням мінімальних розмірів частинок висушеного дисперсного матеріалу (що легко визначити експериментальне сушінням зразків обраної сировини до постійної маси) і вимог до рівномірності температурного поля усередині рамок ПІДДОНІВ Природно, що при виборі конкретних варіантів практичного здійснення корисної моделі можливі ДОВІЛЬНІ комбінації зазначених додаткових відмінностей з основним винахідницьким задумом, який у межах, визначених формулою корисної моделі, може бути доповнений і/або уточнений з використанням звичайних знань фахівців, і що описані далі приклади втілення корисної моделі ніяким чином не обмежують обсяг прав на основі її формули Далі суть корисної моделі пояснюється докладним описом конструкції й особливостей роботи апаратів для термовакуумного сушіння з посиланнями на додані креслення, де зображені на Фіг 1 - піддон для апаратів термовакуумного сушіння, Фіг 2 - те Ж, ЩО на Фіг 1, із проміжними перемичками іншої орієнтації, Фіг 3 - струмопровідна частина піддона, Фіг 4 - схема фіксації ПІДДОНІВ у штабелі, Фіг 5 - апарат для термовакуумного сушіння дисперсних матеріалів як такий (варіант із внутрішньою фіксацією ПІДДОНІВ у штабелі) Основою запропонованого апарата служить піддон, який має (див Фіг 1) основу 1 для розміщення висушуваного матеріалу, яку виготовлено з листа струмопровідного матеріалу, наприклад нержавіючої стали, і в який одна сторона щонайменше частково відігнута з утворенням одного опорного борта 2, і жорстко зв'язану з основою 1 рамку, що включає зазначений перший струмопровідний опорний борт 2 і виготовлені з придатного діелектрика (зокрема, з повітряно-сухої деревини) протилежний першому другий опорний борт 3 і щонайменше одну перемичку 4 (а звичайно кілька таких перемичок) між бортами 2 і З Опорні борти 2 і 3 рамки мають практично однакову висоту Щонайменше одна з перемичок 4, а звичайно усі вони щонайменше частково мають висоту менше висоти опорних бортів 2 і 3 Звичайно рамка має дві основні перемички 4, які з'єднують КІНЦІ опорних бортів 2 і 3, а між цими перемичками встановлена щонайменше одна проміжна перемичка 4, що також виготовлена з діелектричного матеріалу і практично дорівнює по висоті основним перемичкам 4 Оскільки В апаратах для термовакуумного сушіння для розміщення висушуваного матеріалу використовують щонайменше два піддони, остільки в комплекті повинні бути піддони двох типів ВІДПОВІДНО, проміжні перемички 4 можуть служити додатковими скріпленнями або між опорними бортами 2 і 3, як показано на Фіг 1, або між основними перемичками 4, як показано на Фіг 2 Практично плоска частина струмопровідної основи 1 кожного піддона щонайменше частково 8 перфорована При цьому форма не позначених особливо перфораційних отворів у основах 1 може бути обрана з групи, що складається з круглих отворів (див фігури 1, 2 і 3), прямих щілин (див Фіг 3), не показаних особливо "ламаних" або криволінійних щілин і їх довільних комбінацій Зокрема, на Фіг 3 показана одна з можливих комбінацій круглих і розбіжних прямих щілинних перфораційних отворів Конкретні форми і варіанти взаєморозташування цих отворів фахівці з теплотехніки можуть вибрати шляхом розрахунків електричних ланцюгів і процесів теплообміну між основами 1 і висушуваним матеріалом по відомих алгоритмах Не виключений (як граничний випадок) і такий не показаний особливо на кресленнях варіант, коли щонайменше один, а переважно два щілинних перфораційних отвори розділяють основи 1 щонайменше деяких включених у комплект ПІДДОНІВ на всій відстані від одного (струмопровідного) опорного борта 2 до другого (діелектричного) опорного борта З У таких випадках усі частини такої основи 1 механічно утримуються на одному рівні тільки бортами 2 і 3 і перемичками 4 Опорні борти 2 і 3 рамок окремих ПІДДОНІВ можуть бути оснащені такими фіксаторами для механічного з'єднання з рамками суміжних (нижче або вище розташовуваних) ПІДДОНІВ, ЯКІ обрані з групи, що складається з добре відомих у механіці пар «штифт-отвір», «шпунт-гребінь», чи «пружний упор-защіпка» Приклад одного з таких фіксаторів типу «штифт 5 - отвір 6» явно показаний на Фіг 4 Запропонований апарат для термовакуумного сушіння, як мінімум, включає щонайменше два описаних вище і не позначених особливо піддони, які зібрані в щільний штабель таким чином, що їх струмопровідні опорні борти 2 і тонкі торці основ 1 по черзі розташовані по протилежних сторонах штабеля, введені в електричний контакт між собою і послідовно включені через не позначений особливо засіб рознімання в загальний ланцюг живлення від обраного зовнішнього джерела електричного струму, опору 7 для послідовної установки ПІДДОНІВ один на іншому та їх фіксації в робочому положенні, доповнену, за бажанням, не показаним особливо каркасом (звичайно у вигляді щонайменше двох напрямних стійок або не суцільних по висоті стінок, висота яких відповідає сумарній висоті обраної КІЛЬКОСТІ ПІДДОНІВ і між якими фіксують шта бель), газонепроникний кожух 8 звичайно у вигляді такого знімного чохла із гнучкого полімерного матеріалу для відділення заповненого піддонами об'єму від атмосфери, який охоплює штабель з щонайменше однобічним зазором щодо периметра рамок ПІДДОНІВ, щонайменше один водокільцевий вакуумнасос 9 з ежектором для відсмоктування з газонепроникного кожуха 8 водяної пари, що виділяється при нагріванні висушуваного матеріалу, і щонайменше один патрубок 10 для підключення вакуум-насоса 9 до порожнини газонепроникного кожуха 8 На практиці описаний апарат може бути додатково оснащений такими очевидними для фахівців 4590 частинами, як рама 11, що служить підставкою для апарата в зібраному для роботи положенні, кришка 12, розташовувана під верхньою частиною газонепроникного кожуха 8 і призначена для безпосереднього (або через прокладку 13) притискування штабеля ПІДДОНІВ своєю вагою після зборки апарата і додатково атмосферним тиском після включення вакуум-насоса 9, щонайменше один датчик 14 температури і не показаний особливо термометр, щонайменше один манометр-вакуумметр 15 для контролю залишкового тиску (розрідження) у процесі сушіння, щонайменше один запірно-регулюючий елемент (кран або вентиль) 16 на кожному з патрубків 10 між вакуум-насосом 9 і порожниною газонепроникного кожуха 8, не показаний і не позначений особливо регулятор напруги або струму в ланцюзі живлення струмопровідних частин ПІДДОНІВ Термовакуумне сушіння дисперсних матеріалів за допомогою описаних ПІДДОНІВ І апарата проводять у періодичному режимі в такий спосіб Під час підготовки до початку кожного чергового технологічного циклу на основи 1 ПІДДОНІВ тонкими шарами укладають вологу сировину Потім при відкритому і (звичайно опущеному до рівня опори 7) газонепроникному кожусі 8 збирають штабель з обраної КІЛЬКОСТІ ПІДДОНІВ І накривають його кришкою 12 Далі фіксують у робочому поло Фіг. 1 10 женні газонепроникний кожух 8, відкривають запірно-регулюючий елемент 16 на патрубку 10, включають водокільцевий вакуум-насос 9, підключають струмопровідні частини (основи 1 і опорні борти 2) ПІДДОНІВ до джерела електроенергії і встановлюють максимально припустиму температуру нагрівання сировини В міру висушування сировини контролюють температуру і залишковий тиск у газонепроникному кожусі 8, стабілізація яких протягом (звичайно експериментальне) визначеного періоду свідчить про завершення сушіння Після ЦЬОГО виключають електроживлення і вакуум-насос 9, доводять тиск усередині газонепроникного кожуха 8 до атмосферного, видаляють цей кожух 8, розбирають штабель, звільняють піддони від висушеного до заданої залишкової вологості цільового продукту і цикл повторюють, як описано вище Запропонований апарат для термовакуумного сушіння можна легко виготовити з загальнодоступних матеріалів на існуючих машинобудівних підприємствах і застосовувати для рівномірного сушіння різноманітних дисперсних переважно рослинних матеріалів, зокрема, розрізаних на придатні за формою і розмірами часточки фруктів і овочів або насінь, як правило, злакових рослин Цей апарат можна легко переводити з транспортного в робоче положення і назад і зручно перевозити до місць використання за призначенням 11 Фіг. 2 Фіг. З 14 13 Фіг. 5 Комп'ютерна верстка А Крулевский Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601