Сушарка для сипучих діелектричних матеріалів

1. Сушарка для сипучих діелектричних матеріалів, що містить камеру багатомодового резонатора, закріплену на стійках з можливістю обертання і виконану із двох зрізаних конусів різної висоти та циліндричної частини, що з'єднує їх між собою більшими основами, обертове вакуум-щільне зчленування з хвилеводним вводом мікрохвильової енергії, пристрій для продуву камери з повітропроводом, пристрій для відкачки об'єму камери з діелектричним патрубком, встановленим через обертове вакуумне ущільнення з боку днища камери по її осі поблизу площини днища та зігнутим C2 2 UA 1 3 можливістю обертання на двох підшипниках, закріплених на кришках у бічних отворах барабана, нагрівальні елементи, що виконані у вигляді системи хвилевідно-щілинних резонансних випромінювачів та підключені до мікрохвильового генератора, пристрій подачі нагрітого повітря у внутрішню порожнину камери і вологовідводний пристрій. При цьому хвилевід введений у внутрішню порожнину металевого барабана через отвір у нерухомій кришці одного з бічних отворів барабана, а через отвори в нерухомій кришці іншого бічного отвору барабана введені канал підведення нагрітого повітря, оснащений перфорованим екраном, і канал відводу вологого повітря. Система хвилевідно-щілинних резонансних випромінювачів розгорнута на кут 40-45° до підстави сушарки в напрямку обертання барабана і оснащена чвертьхвильовими відбивачами. Конструкція даної сушарки забезпечує сушіння сипучого матеріалу вагою лише до 50кг. При збільшенні ступеня завантаження продукту виникає нерівномірність розподілу мікрохвильової енергії в об'ємі продукту, зокрема за рахунок поглинання поверхневим шаром. Відома сушарка для сипучих матеріалів [пат. РФ №2230270, F 26 В11/06, 3/347], конструкція якої для забезпечення рівномірності розподілу мікрохвильової енергії в об'ємі продукту при великому завантаженні барабану включає барабан, жорстко закріплений у металевому циліндричному корпусі, установленому з можливістю обертання на двох підшипниках ковзання, що закріплені на нерухомих кришках у бічних отворах корпуса, при цьому в корпусі є лінія передачі поверхневої хвилі, виконана у вигляді ребристої структури на внутрішній циліндричній поверхні, що уявляє собою концентричні канавки, які чергуються, шириною (0,04 -0,05)l і ребра товщиною (0,02-0,03)l, а циліндричні стінки барабана перфоровані й виконані з радіопрозорого матеріалу, при цьому підведення мікрохвильової енергії до лінії передачі здійснюється від окремого мікрохвильового генератора із частотою відмінною від частоти мікрохвильового генератора, з'єднаного із системою хвилевідно-щілинних випромінювачів. Недоліком цієї конструкції є конструктивна та експлуатаційна складність, зокрема зумовлена використанням двох мікрохвильових генераторів, і відповідно необхідністю узгоджених дій з управління генераторами. Досить складно забезпечити стабільну роботу двох магнетронів, які підключені до спільного навантаження. Взаємний вплив магнетронів призводить до зниження ККД магнетронів і можливий зрив генерації. До того ж до недоліків цих сушарок слід віднести низький ККД використання мікрохвильової енергії, внаслідок того, що подібна конструкція забезпечує падіння мікрохвильової енергії перпендикулярно шарові сировини, а таке призводить до встановлення в системі мікрохвильовий генератор - хвилевідна лінія - багатомодовий резонатор стоячої хвилі з коефіцієнтом більш 2. Крім того процес сушіння матеріалу здійснюється при атмосферному тиску і для видалення вологи з матеріалу, що 86702 4 висушується, необхідно нагрівати його до високих температур. У цьому випадку може відбуватися розкладання деяких елементів та утворення небажаних сполучень, що призводить до зниження якості готової продукції, або взагалі до неможливості сушіння окремих матеріалів. Також відома сушарка для сипучих діелектричних матеріалів [пат. України №76014, кл. F26B 17/30], що містить камеру багатомодового резонатора, виконану із двох зрізаних конусів різної висоти та циліндричної частини, яка з'єднує їх між собою більшими основами, при цьому співвідношення висот більшого по висоті зрізаного конуса, циліндричної частини і меншого по висоті конуса резонатора складає 2:1:0,5. Більший по висоті зрізаний конус фланцем горловини з'єднаний через вакуумщільний фланець з хвилевідним вводом мікрохвильової енергії. Камера встановлена з можливістю обертання за допомогою пристрою для обертання, а також з можливістю вертикального переміщення за рахунок її кріплення на стійках, що мають вигнуті частини, які утворюють кут 15-20°С з горизонтальною основою пристрою, також як і вісь хвилевідного вводу. З боку дна камери по її осі встановлений діелектричний патрубок для відкачки об'єму камери. Пристрій для продуву повітрям розташований коаксіально зазначеному патрубку зовні камери, з'єднаний з нею нероз'ємно та зв'язаний з пристроєм для обертання камери. До недоліків сушарки, що знижує якість сушіння та ефективність використання мікрохвильової енергії, слід віднести, зокрема конструкцію вузлів продуву та відкачки об'єму камери. Конструкція цих вузлів сприяє налипанню дрібних частинок матеріалу на обертове зчленування з хвилевідним вводом мікрохвильової енергії, появі корки запеченого продукту і, відповідно, погіршенню проходження мікрохвильового випромінювання до камери. За заявкою на патент України на винахід №200700677 від 22.01.2007. “Пристрій для сушіння сипучих діелектричних матеріалів”, заявники ЗАТ “Технологічний парк “Інститут монокристалів”, ДНУ “НТК “Інститут монокристалів” НАН України”, висока якість сушіння та зменшення енергоємності процесу забезпечує конструкція сушарки, що містить камеру багатомодового резонатора, закріплену на стійках з можливістю вертикального переміщення та обертання, виконану із двох зрізаних конусів різної висоти та циліндричної частини, що з'єднує їх між собою більшими основами. Форма камери задається співвідношенням висот більшого по висоті зрізаного конуса, циліндричної частини та меншого по висоті зрізаного конуса, що дорівнює 2,5:1:0,25, при цьому кут між висотою та твірною більшого по висоті конуса складає 20-21. Більший по висоті зрізаний конус фланцем горловини з'єднаний через обертове зчленування з хвилевідним вводом мікрохвильової енергії, при цьому вісь хвилевідного вводу мікрохвильової енергії і відповідно поздовжня вісь камери утворює кут 20-21° з горизонтальною основою пристрою. Діелектричний патрубок для відкачки об'єму камери встановлений з боку дна камери по її осі через 5 обертове вакуумне ущільнення поблизу площини днища, зігнутий уверх відносно горизонтальної основи пристрою та оснащений насадкою фільтром для виключення попадання в нього сировини, а пристрій для продуву камери, розташований коаксиально патрубку зовні камери, містить повітропровід, введений в камеру поблизу площини фланця горловини камери та оснащений на кінці розпилювачем. Ця конструкція забезпечує високі показники якості сушіння якщо об'єм камери резонатора не перевищує 50л. При необхідності збільшення об'єму продукту, що висушується одночасно, і відповідного збільшення об'єму камери багатомодового резонатора, заявлені форма та конструкція камери резонатора, конструкція вузла вводу мікрохвильової енергії, кут нахилу камери в робочому положенні до горизонтальної основи сушарки, конструкції пристроїв для відкачки та продуву об'єму камери, не забезпечують необхідної якості сушіння. Низькі експлуатаційні характеристики роблять таку конструкцію непридатною для використання з визначеною метою. За сукупністю суттєвих ознак в якості прототипу нами обраний останній з аналогів. В основу винаходу, що заявляється, поставлене завдання розробки конструкції високоефективної сушарки для одночасного якісного сушіння значного об'єму сипучого діелектричного матеріалу, тобто конструкції сушарки, яка характеризується одночасно високою продуктивністю та ефективністю використання мікрохвильової енергії. Рішення завдання забезпечується тим, що конструкція сушарки для сипучих діелектричних матеріалів, що містить камеру багатомодового резонатора, закріплену на стійках з можливістю обертання за допомогою пристрою для обертання, виконану із двох зрізаних конусів різної висоти та циліндричної частини, що з'єднує їх між собою більшими основами, обертове вакуумщільне зчленування з хвилевідним вводом мікрохвильової енергії, пристрій для продуву камери з повітропроводом та пристрій для відкачки об'єму камери з діелектричним патрубком, встановленим через обертове вакуумне ущільнення з боку днища камери по її осі поблизу площини днища та зігнутим уверх відносно горизонтальної основи сушарки, відповідно до винаходу включає рупорну антену, що встановлена між обертовим вакуумщільним зчленуванням та більшим за висотою зрізаним конусом, рупор якої на виході закритий радіо прозорою перегородкою з наскрізним отвором по центру, безконтактні датчики положення, що встановлені на стійках поблизу рупорної антени, при цьому камера закріплена на стійках під кутом кут 8-10° відносно горизонтальної основи. До того ж на циліндричній частині камери виконаний вантажний люк, що має кришку та вакуумне і мікрохвильове ущільнення, співвідношення висот більшого по висоті зрізаного конуса, циліндричної частини та меншого по висоті зрізаного конуса складає 0,75:1:0,5, а кут між висотою та твірною більшого по висоті конуса складає 8-10°. Повітропровід пристрою для продуву каме 86702 6 ри введений в порожнину рупора антени поблизу площини радіо прозорої перегородки. Для покращення експлуатаційних характеристик пристрою, можливості контролю процесу сушіння на стійках встановлені тензодатчики, на внутрішній поверхні камери встановлені датчики температури, пристрій для відкачки об'єму камери включає вимірювач тиску, фільтр для очищення повітря та другий вимірювач тиску, встановлені в вакуумний трубопровід послідовно. Закріплення камери з можливістю обертання, встановлення на стійках безконтактних датчиків положення та виконання на циліндричній частині камери вантажного люка, що герметично закривається кришкою, забезпечує зручне завантаження сировини та повне вивантаження сухого продукту при встановленні камери в необхідному положенні. До того ж форма камери, що задана співвідношенням висот складових частин камери та значенням кута між висотою та твірною більшого по висоті конуса, також сприяє повному пересипанню продукту під час вивантаження. При цьому саме форма камери резонатора, що заявлена заданим співвідношенням параметрів, в поєднанні з заданим значенням нахилу камери під кутом 8-10° до горизонтальної основи сушарки спільно з виконанням конструкції вузла вводу мікрохвильової енергії, що включає рупорну антену, встановлену між обертовим вакуумщільним зчленуванням та більшим за висотою зрізаним конусом, забезпечують практично повне поглинання мікрохвильової енергії, однорідність температурного поля по всьому об'єму матеріалу, що висушується, і відповідно високу ефективність процесу сушіння та якість висушеного продукту. Обертання камери також сприяє встановленню однорідної температури по всьому об'єму матеріалу. До того ж заявлене конструктивне виконання пристрою для продуву камери з повітропроводом, що введений в порожнину рупора антени поблизу площини радіо прозорої перегородки, яка встановлена на виході рупора та має наскрізний отвір по центру, в поєднанні конструкцією пристрою для відкачки об'єму камери з діелектричним патрубком, встановленим через обертове вакуумне ущільнення з боку днища камери по її осі, поблизу площини днища, та зігнутим уверх відносно горизонтальної основи сушарки, забезпечує необхідний технологічній режим сушіння щодо заданих значень температури та тиску і виключає утворення конденсату та налипання дрібних частинок матеріалу на поверхні радіо прозорої перегородки, таким чином підвищуючи ефективність використання мікрохвильової енергії та якість висушеного матеріалу. Тензодатчики, що встановлені на стійках, датчики температури, що встановлені на внутрішній поверхні камери, створюють можливість оперативного контролю за процесом сушіння. Включення в пристрій для відкачки об'єму камери вимірювач тиску, фільтр для очищення повітря та другий вимірювач тиску, що встановлені в вакуумний трубопровід послідовно, також забезпечує контроль за параметрами технологічного процесу. Є очевидним, що у випад 7 ку одночасного сушіння значного об'єму матеріалу відхилення від параметрів технологічного процесу є неприпустимими. Вакуумне та мікрохвильове ущільнення, що має вантажний люк, забезпечує герметичність камери при закритій кришці вантажного люка. Винахід пояснюється кресленнями. На фіг. схематично зображена сушарка для сипучих діелектричних матеріалів. Сушарка містить камеру багатомодового резонатора, яка складається з більшого по висоті зрізаного конуса 1, меншого по висоті зрізаного конуса 2, що з'єднані між собою більшими основами циліндричною частиною 3. При цьому співвідношення висот зрізаного конуса 1, циліндричної частини 3 та зрізаного конуса 2 складає 0,75:1:0,5, а кут між висотою та твірною конуса 1 складає 8-10°. На циліндричній частині 3 камери виконаний вантажний люк 4 з кришкою 5 для завантаження та розвантаження матеріалу 6, що висушується. Вантажний люк 4 має вакуумне та мікрохвильове ущільнення 7. Зрізаний конус 1 меншою основою з'єднаний з рупором циліндричної рупорної антени 8, рупор якої закритий прозорою перегородкою 9 з наскрізним отвором 10 по центру. Рупорна антена 8 через обертове мікрохвильове зчленування 11 з'єднана хвилевідним уведенням 12 з мікрохвильовим генератором (на фіг. не показаний). Камера кріпиться з можливістю реверсивного обертання на стійках 13 таким чином, що її поздовжня вісь утворює з горизонтальною основою 14 кут 8-10°. Мотор-редуктор обертання на фіг. не показаний. Зовні камери розташований пристрій для продуву камери з нагнітачем для подачі продувального газу (на фіг. не показаний) та повітропроводом 15, що введений в порожнину рупора антени 8 поблизу площини радіо прозорої перегородки 9. Для відкачки об'єму камери через обертове вакуумне зчленування 16 у днищі 17 по осі камери введений та розташований поблизу площини днища 17 нерухомий діелектричний патрубок 18. Діелектричний патрубок 18 з'єднаний гнучким вакуумним трубопроводом 19 з вакуумним насосом (на фіг. не показаний). В вакуумному трубопроводі 19 послідовно встановлені вимірювач тиску 20, фільтр для очищення повітря 21 та другий вимірювач тиску 22. На стійках 13 поблизу рупорної антени 8 встановлені безконтактні датчики положення 23. На стійках 13 також встановлені тензодатчики 24, на внутрішніх поверхнях зрізаного конуса 1, зрізаного конуса 3 та циліндричної частини 2 камери встановлені датчики температури 25. Сушарка працює таким чином. Камеру багатомодового резонатора, що закріплена на стійках 13 під кутом до горизонтальної основи сушарки 14, що дорівнює 810°, за допомогою датчиків положення 23, що 86702 8 встановлені на стійках 13, та мотор-редуктора обертання установлюють в положення, яке є зручним для завантаження матеріалу 6 через відкритий вантажний люк 4, що має вакуумне та мікрохвильове ущільнення 7. Завантажують матеріал 6, герметично закривають кришку 5. Включають вакуумний насос і через вакуумний трубопровід 19 та діелектричний патрубок 18 здійснюють відкачку до необхідного тиску. Одночасно включають мотор-редуктор обертання і камера починає обертання. При цьому вакуумне зчленування 16 у днищі 17 обертається разом з камерою, а діелектричний патрубок 18 залишається нерухомим. При досягненні тиску в камері £10мм.рт.ст., не припиняючи відкачки об'єму, включають нагнітач для подачі та регулювання продувального газу. Через повітропровід 15, що введений в порожнину рупора антени 8 поблизу площини радіо прозорої перегородки 9, та наскрізний отвір 10 по центру радіо прозорої перегородки 9 в камеру напускають продувальний газ до передпробійного тиску, здійснюючи продувку камери та забезпечуючи здування дрібних частинок сировини з площини радіо прозорої перегородки 9 рупорної антени 8. Потім включають мікрохвильовий генератор. Мікрохвильовий генератор випромінює енергію та через хвилевідне уведення 12, обертове мікрохвильове зчленування 11, рупорну антену 8 піддає матеріал 6 мікрохвильовому впливу. Відповідно до конструкції сушарки вісь обертання камери утворює з горизонтальною основою 14 кут 8-10°, в результаті чого при обертанні камери матеріал 6 перемішується, зберігаючи увесь час форму клина, вершиною зверненою убік мікрохвильового генератора, що сприяє рівномірності нагрівання матеріалу 6, а діелектричний патрубок 18 завжди буде знаходитись вище рівня матеріалу 6, забезпечуючи відкачку об'єму камери. В процесі роботи контролюють рівномірність нагрівання матеріалу температурними датчиками 25, вагу матеріалу тензодатчиками 24, що встановлені на стійках 13. Тиск в камері, а також ступінь забруднення фільтру для очищення повітря 21 контролюють вимірювачами тиску 20 та 22, що встановлені в вакуумному трубопроводі 19. Вивантаження висушеного матеріалу 6 здійснюється в наступній послідовності. Відключають мікрохвильовий генератор та вакуумний насос. За допомогою датчиків положення 23 та мотор-редуктора обертання установлюють камеру в положення, яке є зручним для вивантаження матеріалу 6 через вантажний люк 4. Через повітропровід 15 з нагнітача здійснюють напуск продувального газу до атмосферного тиску. Відкривають кришку 5 вантажного люка 4 для вивантаження сировини в спеціальні ємності. 9 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 86702 Підписне 10 Тираж 28 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 – 42, 01601