RU2035844C1

RU2035844C1 - Process of drying of moisture-carrying products and for its realization

Info

Publication number: RU2035844C1
Application number: RU93019297/07A
Authority: RU
Inventors: А.С. Иванов; В.А. Иванов; В.Б. Янкевич; Г.С. Сапунов
Original assignee: Малое научно-исследовательское и внедренческое предприятие "Микроволновые системы"
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: food industry. SUBSTANCE: in compliance with first version heat losses are utalized for heating air blowing over product to be dried by direcing it through cooling elements of SHF generator. Second version utalizes energy of water steam extracted from dried product which enables efficiency of process to be enhanced. Device for realization of process includes two working chambers one is used for preliminary SHF drying, the other one is used for after-drying of product with hot air. EFFECT: enhanced efficiency of drying process. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам тепловой обработки влагосодержащих продуктов, преимущественно пищевых, и может быть использовано как в пищевой промышленности, так и в отдельных сельских хозяйствах для сушки овощей, фруктов, грибов, лекарственных трав и других продуктов. The invention relates to heat treatment of moisture-containing products, mainly food, and can be used both in the food industry and in individual farms for drying vegetables, fruits, mushrooms, medicinal herbs and other products.

Известны несколько основных способов тепловой обработки влагосодержащих продуктов, имеющих своей целью их высушивание или выпаривание. Наиболее распространенными из этих способов являются конвекционно-воздушный и инфракрасно-лучевой. Согласно первому из указанных способов высушиваемый продукт подвергают обдуву потоком сухого теплового воздуха. При этом нагрев воздуха производят с использованием разного вида нагревательных элементов, а формирование воздушного потока осуществляют, используя естественную тепловую конвекцию или создавая искусственное направленное движение воздуха с помощью вентилятора [1, 2] Согласно второму из указанных способов высушиваемый продукт подвергают инфракрасному (ИК) облучению, в качестве источников которого используют разного вида нагревательные элементы излучающего типа [3]
В последние годы большое распространение получил способ сушки, использующий энергию СВЧ-излучения и получивший название СВЧ-сушки или микроволновой. Электромагнитные волны СВЧ-диапазона проникают внутрь высушиваемого материала глубже, чем волны ИК-диапазона, так как частота последних на три порядка выше. Это обеспечивает более равномерный по объему прогрев, а также совпадение градиентов температуры и влажности внутри высушиваемого продукта. Указанные особенности существенно ускоряют процесс сушки. В среднем процесс микроволновой сушки имеет примерно в четыре раза более высокую производительность, чем конвекционно-воздушная сушка [4]
Известны так называемые комбинированные способы сушки, представляющие собой одновременное или последовательное в разных сочетаниях совместное применение процедур конвекционно-воздушного, инфракрасно-лучевого и микроволнового способов сушки [5, 6]
Известны устройства, реализующие каждый из описанных выше способов как в их раздельном, так и в комбинированном применении.There are several basic methods for heat treatment of moisture-containing products, with the aim of drying or evaporating them. The most common of these methods are convection-air and infrared radiation. According to the first of these methods, the dried product is subjected to blowing with a stream of dry thermal air. In this case, the air is heated using different types of heating elements, and the formation of the air flow is carried out using natural heat convection or creating an artificial directional movement of air using a fan [1, 2] According to the second of these methods, the dried product is subjected to infrared (IR) radiation, as sources of which different types of heating elements of the radiating type are used [3]
In recent years, a drying method has been widely used that uses the energy of microwave radiation and is called microwave drying or microwave. The electromagnetic waves of the microwave range penetrate deeper into the material being dried than the waves of the infrared range, since the frequency of the latter is three orders of magnitude higher. This provides a more uniform heating volume, as well as the coincidence of temperature and humidity gradients inside the dried product. These features significantly accelerate the drying process. On average, the microwave drying process has about four times higher productivity than convection-air drying [4]
The so-called combined drying methods are known, which are simultaneous or sequential in different combinations, the combined use of convection-air, infrared beam and microwave drying methods [5, 6]
Known devices that implement each of the above methods both in their separate and in combined use.

Изобретательский замысел, реализованный в изобретении, касается комбинированного конвекционно-микроволнового способа сушки, в связи с чем из всех известных устройств наибольший интерес представляет конвекционно-микроволновая печь [7]
Известный комбинированный способ сушки [6] заключается в том, что порцию высушиваемого продукта размещают в рабочей камере и подвергают ее микроволновому облучению, создаваемому СВЧ-генератором, с одновременным продувом через рабочую камеру потока горячего воздуха. Продуваемый воздух предварительно нагревают с использованием нагревательного элемента, в качестве которого могут быть использованы горелки, электрические нагреватели и т.п.The inventive concept implemented in the invention relates to a combined convection-microwave drying method, and therefore, of all known devices, the most interesting is the convection-microwave oven [7]
The known combined drying method [6] is that a portion of the product to be dried is placed in the working chamber and subjected to microwave irradiation generated by the microwave generator, while the hot air stream is blown through the working chamber. The purged air is preheated using a heating element, which can be used burners, electric heaters, etc.

Известная конвекционно-микроволновая печь [7] включает в себя теплоизолированную металлическую рабочую камеру, связанный с ней посредством волновода СВЧ-генератор и электронагревательный элемент, связанный с рабочей камерой посредством воздуховода с установленным в нем вентилятором. Known convection microwave oven [7] includes a thermally insulated metal working chamber, connected to it through a waveguide, a microwave generator and an electric heating element connected to the working chamber through an air duct with a fan installed in it.

Обрабатываемый продукт размещается в рабочей камере печи на нескольких горизонтально установленных полках. От СВЧ-генератора по волноводу через имеющиеся в задней стенке щелевые отверстия в камеру поступает энергия высокочастотного излучения, обеспечивающая нагрев обрабатываемого продукта. Одновременно размещенным под нижней металлической стенкой камеры электронагревательным элементом производится нагрев этой стенки и прилегающего к ней воздушного слоя. Поскольку естественная тепловая конвекция в объеме камеры затруднена горизонтально расположенными полками с обрабатываемым продуктом, прилегающий к нижней стенке рабочей камеры слой нагретого воздуха с помощью вентилятора подается в рабочую камеру несколькими направляемыми вдоль горизонтальных полок потоками. В результате обеспечивается одновременное воздействие на продукт СВЧ-излучения и горячего воздуха. The processed product is placed in the working chamber of the furnace on several horizontally mounted shelves. From the microwave generator through the waveguide through the slit openings in the back wall, high-frequency radiation energy is supplied to the chamber, which provides heating of the processed product. At the same time, an electric heating element is placed under the lower metal wall of the chamber to heat this wall and the adjacent air layer. Since natural thermal convection in the chamber is hindered by horizontally located shelves with the processed product, the layer of heated air adjacent to the lower wall of the working chamber is supplied by a fan to the working chamber by several flows directed along horizontal shelves. The result is a simultaneous effect on the product of microwave radiation and hot air.

Недостатком известного способа [6] и реализующего его устройства [7] является сравнительно высокая энергоемкость процесса сушки, что связано главным образом с неизбежными энергетическими потерями из-за ограниченности КПД СВЧ-генератора, а также энергозатратами на нагрев воздуха, используемого для обдува высушиваемого продукта. The disadvantage of this method [6] and its implementing device [7] is the relatively high energy intensity of the drying process, which is mainly associated with inevitable energy losses due to the limited efficiency of the microwave generator, as well as energy consumption for heating the air used to blow off the dried product.

Технической задачей, решаемой изобретение, является повышение экономичности процесса сушки. The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of the drying process.

На фиг.1 представлен принцип сушки продуктов по первому варианту способа; на фиг. 2 по второму варианту; на фиг.3 показана конструкция сушильной печи, реализующей оба варианта. Figure 1 shows the principle of drying products according to the first variant of the method; in FIG. 2 according to the second embodiment; figure 3 shows the design of a drying oven that implements both options.

Сущность способа по первому варианту заключается в том, что по способу сушки, предусматривающему СВЧ-облучение обрабатываемого продукта 1 и его обдув горячим воздухом, нагрев этого воздуха осуществляют, продувая его через элементы 2 охлаждения СВЧ-генератора 3. The essence of the method according to the first embodiment is that according to the drying method, which involves microwave irradiation of the processed product 1 and blowing it with hot air, this air is heated by blowing it through the cooling elements 2 of the microwave generator 3.

Сущность способа по второму варианту заключается в том, что по способу сушки, предусматривающему СВЧ-облучение обрабатываемого продукта 1 и его обдув горячим воздухом, выделяющийся из продукта горячий водяной пар конденсируют, а нагрев используемого для обдува воздуха осуществляют, продувая его через элементы охлаждения конденсатора (теплообменника) 4 водяного пара. The essence of the method according to the second embodiment is that according to the drying method, which involves microwave irradiation of the treated product 1 and blowing it with hot air, the hot water vapor released from the product is condensed, and the air used for blowing is heated by blowing it through the cooling elements of the condenser ( heat exchanger) 4 water vapor.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в конвекционно-микроволновую печь, содержащую рабочую камеру 5, связанную волноводом с СВЧ-генератором, и воздуховод с установленным в нем вентилятором, введены вторая рабочая камера, второй воздуховод с вентилятором, паропровод и теплообменник, при этом СВЧ-генератор дополнительно связан первым воздуховодом с второй рабочей камерой, первая рабочая камера дополнительно связана паропроводом с теплообменником, а теплообменник связан вторым воздуховодом с второй рабочей камерой. The essence of the claimed device lies in the fact that in the convection microwave oven containing a working chamber 5, connected by a waveguide to a microwave generator, and an air duct with a fan installed in it, a second working chamber, a second air duct with a fan, a steam duct and a heat exchanger are introduced, while The microwave generator is additionally connected by the first duct to the second working chamber, the first working chamber is additionally connected by a steam line to the heat exchanger, and the heat exchanger is connected by the second duct to the second working chamber.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретений, является повышение экономичности. The technical result achieved by the implementation of the invention is to increase profitability.

При реализации первого варианта способа результат достигается за счет того, что ранее бесполезно терявшаяся тепловая энергия, выделяющаяся СВЧ-генератором, утилизируется и используется для нагрева обдувающего высушиваемый продукт воздуха. When implementing the first variant of the method, the result is achieved due to the fact that previously uselessly lost thermal energy released by the microwave generator is utilized and used to heat the air blowing through the dried product.

При реализации второго варианта способа результат достигается за счет того, что тепловая энергия, ранее уносимая из рабочей камеры с выделяющимся из продукта горячим водяным паром, задерживается, возвращается в камеру и вновь прикладывается к обрабатываемому продукту уже в форме энергии обдувающего его горячего воздуха. When implementing the second variant of the method, the result is achieved due to the fact that the thermal energy previously taken away from the working chamber with hot water vapor released from the product is delayed, returned to the chamber and is again applied to the processed product in the form of energy blowing hot air.

Заявляемая печь реализует оба варианта. Поэтому при реализации изобретения результат достигается за счет совокупного использования эффектов повышения экономичности сушки, обеспечиваемых первым и вторым заявляемыми способами. The inventive furnace implements both options. Therefore, when implementing the invention, the result is achieved due to the combined use of the effects of increasing the drying efficiency provided by the first and second claimed methods.

Кроме того, благодаря предложенной форме выполнения печи сушке в ней подвергаются одновременно две порции продукта, одна из которых нагревается микроволновым излучением, а другая обдувается горячим воздухом. Это позволяет разделить процесс сушки на две стадии: предварительную сушку (от исходной влажности продукта до некоторого ее промежуточного значения) и досушивания. Поскольку эффективность тепловыделения при СВЧ-облучении связана с содержанием влаги в облучаемом продукте, такое разделение процесса сушки на две стадии также способствует снижению энергозатрат. In addition, due to the proposed embodiment of the furnace, two portions of the product are simultaneously dried in it, one of which is heated by microwave radiation, and the other is blown with hot air. This allows you to divide the drying process into two stages: pre-drying (from the initial moisture content of the product to some intermediate value) and drying. Since the efficiency of heat release during microwave irradiation is associated with the moisture content in the irradiated product, this separation of the drying process into two stages also helps to reduce energy consumption.

Дополнительно для предотвращения образования конденсата на внутренней поверхности микроволновой рабочей камеры последняя снабжена внешней оболочкой рубашкой, образующей с внешней поверхностью камеры полость, которая соединена с первым воздуховодом. При этом часть нагретого от СВЧ-генератора воздуха поступает в рубашку и нагревает стенки рабочей камеры, предотвращая образование конденсата. Additionally, to prevent the formation of condensation on the inner surface of the microwave working chamber, the latter is provided with an outer jacket, forming a cavity with the outer surface of the chamber, which is connected to the first duct. At the same time, part of the air heated from the microwave generator enters the jacket and heats the walls of the working chamber, preventing the formation of condensate.

Заявляемая печь (фиг.3) содержит теплоизолированную металлическую камеру 5, два СВЧ-генератора 3, связанные через волноводы 6 с камерой 5, воздуховод 7 с вентилятором 8, при этом СВЧ-генератор имеет элементы 9 охлаждения, также печь содержит вторую металлическую камеру 9. Камера 5 связана паропроводом 10 с теплообменником 4, который, в свою очередь, связан воздуховодом 11 с камерой 9. Камеры 5 и 9 имеют пластмассовые перфорированные контейнеры 12 и 13 для размещения высушиваемого продукта. Камеры и контейнеры выполнены цилиндрическими. Такая форма их выполнения обеспечивает возможность перемешивания обрабатываемого продукта 1 за счет вращения контейнера, чем достигается равномерность просушиваемой всей массы продукта. The inventive furnace (Fig. 3) contains a thermally insulated metal chamber 5, two microwave generators 3 connected through waveguides 6 with a chamber 5, an air duct 7 with a fan 8, while the microwave generator has cooling elements 9, and the furnace also contains a second metal chamber 9 The chamber 5 is connected by a steam line 10 to a heat exchanger 4, which, in turn, is connected by an air duct 11 to the chamber 9. The chambers 5 and 9 have perforated plastic containers 12 and 13 for accommodating the product to be dried. The cameras and containers are cylindrical. This form of their implementation provides the possibility of mixing the processed product 1 due to the rotation of the container, thereby achieving uniformity of the dried entire mass of the product.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Первая порция подлежащего сушке продукта, например, в виде не превышающих установленные габариты плодов (при необходимости перед сушкой плоды нарезают кусочками и бланшируют), загружается в контейнер 12 камеры 5, после чего включают СВЧ-генераторы, общее количество которых не является принципиальным. После некоторого времени такой сушки, определяемого индивидуально для различных видов продукта, печь выключают и производят ее перезагрузку: контейнер 12 из первой камеры 5 переставляют в камеру 9, а в контейнер 13 помещают вторую порцию продукта, после чего снова включают печь. The first portion of the product to be dried, for example, in the form of fruits not exceeding the established dimensions (if necessary, the fruits are cut into slices and blanched before drying) is loaded into container 12 of chamber 5, after which microwave generators are switched on, the total number of which is not critical. After some time of such drying, which is determined individually for different types of product, the furnace is turned off and it is reloaded: container 12 from the first chamber 5 is moved to chamber 9, and a second portion of the product is placed in container 13, after which the oven is turned back on.

После повторного включения устройство работает уже в полном рабочем режиме, а именно в режиме одновременной тепловой обработки двух порций продукта, одна из которых проходит первую стадию интенсивной предварительной СВЧ-сушки, а другая подвергается конвекционному досушиванию. При этом горячий воздух для досушивания поступает в камеру 9 по воздуховоду 7, нагреваясь от элементов 2 охлаждения СВЧ-генераторов. На примере, приведенном на фиг.3, воздуховод 7 совмещен с полостью рубашки, при этом нагретый воздух одновременно подогревает внешнюю стенку камеры 5, предотвращая образование конденсата, и поступает в камеру 9. After reconnecting, the device is already operating in full operating mode, namely in the simultaneous heat treatment of two portions of the product, one of which goes through the first stage of intensive preliminary microwave drying, and the other is subjected to convection drying. When this hot air for drying comes into the chamber 9 through the duct 7, heating from the cooling elements 2 of the microwave generators. In the example shown in figure 3, the duct 7 is aligned with the cavity of the shirt, while the heated air simultaneously heats the outer wall of the chamber 5, preventing the formation of condensate, and enters the chamber 9.

В процессе микроволновой сушки из нагреваемого продукта выделяется горячий пар, поступающий по паропроводу 10 в теплообменник 4. В теплообменнике 4 пар конденсируется, нагревая его радиатор. Вентилятор 8 продувает воздух через радиатор теплообменника 4 и нагнетает его по воздуховоду 11 в камеру 9. Таким образом в камеру 9 по воздуховодам 7 и 11 непрерывно поступают потоки нагретого воздуха, обеспечивающие досушивание находящейся в контейнере этой камеры порции продукта. In the process of microwave drying, hot steam is released from the heated product, which flows through the steam line 10 to the heat exchanger 4. In the heat exchanger 4, the steam condenses, heating its radiator. The fan 8 blows air through the radiator of the heat exchanger 4 and pumps it through the duct 11 into the chamber 9. Thus, the flow of heated air continuously enters the chamber 9 through the ducts 7 and 11, ensuring the drying of the portion of the product in the container of this chamber.

Таким образом, изобретение позволяет использовать для сушки продукта энергию микроволнового излучения, тепловых потерь при работе СВЧ-генератора, конденсации пара, образующегося при высоко- частотном нагреве высушиваемого продукта. Как результат вышеизложенного, обеспечивается снижение энергозатрат. Thus, the invention allows the use of microwave radiation energy, heat loss during operation of the microwave generator, condensation of steam generated by high-frequency heating of the dried product for drying the product. As a result of the foregoing, a reduction in energy consumption is provided.

Claims

1. Способ сушки влагосодержащих продуктов, заключающийся в том, что продукт подвергают СВЧ-облучению и обдуву горячим воздухом, отличающийся тем, что нагрев используемого для обдува воздуха осуществляют, продувая его через элементы охлаждения СВЧ-генератора. 1. The method of drying moisture-containing products, which consists in the fact that the product is subjected to microwave irradiation and blowing with hot air, characterized in that the heating used for blowing air is carried out by blowing it through the cooling elements of the microwave generator.

2. Способ сушки влагосодержащих продуктов, заключающийся в том, что продукт подвергают СВЧ-облучению и обдуву горячим воздухом, отличающийся тем, что выделяющийся из продукта при СВЧ-облучении горячий водяной пар конденсируют, а нагрев используемого для обдува воздуха осуществляют, продувая его через элементы охлаждения конденсатора водяного пара. 2. The method of drying moisture-containing products, which consists in the fact that the product is subjected to microwave irradiation and hot air blowing, characterized in that the hot water vapor released from the product during microwave irradiation is condensed, and the air used for blowing is heated by blowing it through the elements cooling the steam condenser.

3. Конвекционно-микроволновая печь, содержащая первую рабочую камеру, связанную волноводом с СВЧ-генератором, и первый воздуховод с установленным в нем вентилятором, отличающаяся тем, что в состав печи дополнительно введены вторая рабочая камера, второй воздуховод с вентилятором, паропровод и теплообменник, при этом СВЧ-генератор дополнительно связан первым воздуховодом со второй рабочей камерой, первая рабочая камера дополнительно связана паропроводом с теплообменником, а теплообменник связан вторым воздуховодом с второй рабочей камерой. 3. A convection microwave oven containing a first working chamber connected by a waveguide to a microwave generator, and a first duct with a fan installed therein, characterized in that the second working chamber, a second duct with a fan, a steam duct and a heat exchanger are additionally introduced into the furnace; the microwave generator is additionally connected by the first duct to the second working chamber, the first working chamber is additionally connected by a steam line to the heat exchanger, and the heat exchanger is connected by the second duct to the second working chamber Swarm.

4. Печь по п.3, отличающаяся тем, что ее первая рабочая камера дополнительно содержит внешнюю рубашку, связанную с первым воздуховодом. 4. The furnace according to claim 3, characterized in that its first working chamber further comprises an external jacket connected to the first duct.

5. Печь по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что каждая камера выполнена цилиндрической и содержит цилиндрический контейнер, установленный с возможностью вращения. 5. The furnace according to claims 3 and 4, characterized in that each chamber is cylindrical and comprises a cylindrical container mounted for rotation.