Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ЗЕРНА (ВАРИАНТЫ)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ЗЕРНА (ВАРИАНТЫ)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ЗЕРНА (ВАРИАНТЫ)

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Устройство содержит бункер нагрева, установленный с возможностью перемещения в нем зерна. По крайней мере одна стенка бункера служит в качестве заземленного электрода рабочего конденсатора высококачественного генератора. Бункер нагрева выполнен из металла в виде полого прямоугольного параллелепипеда или в виде полого цилиндра. Высокопонтенциальный электрод рабочего конденсатора выполнен в виде металлической пластины или металлического стержня. Электрод, выполненный в виде металлической пластины, установлен вертикально в центре бункера параллельно двум его противоположным стенкам, служащим заземленным электродом рабочего конденсатора. Электрод, выполненный в виде металлического стержня, расположен по оси симметрии бункера, при этом цилиндрическая поверхность бункера служит заземленным электродом рабочего конденсатора. Обеспечивается быстрый и эффективный нагрев зерна до требуемой температуры и удобная настройка рабочего режима высокочастотного генератора. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2170616
Класс(ы) патента: B02B1/00, F26B3/34
Номер заявки: 98117726/13
Дата подачи заявки: 28.09.1998
Дата публикации: 20.07.2001
Заявитель(и): Коклев Валерий Васильевич; Костров Александр Владимирович; Кардовский Дмитрий Олегович; Кузнецов Алексей Аркадьевич
Автор(ы): Коклев В.В.; Костров А.В.; Кардовский Д.О.; Кузнецов А.А.
Патентообладатель(и): Коклев Валерий Васильевич; Костров Александр Владимирович; Кардовский Дмитрий Олегович; Кузнецов Алексей Аркадьевич
Описание изобретения: Изобретение относится к технике гидротермической обработки зерна перед сортовым помолом, в частности к устройствам для нагрева охлажденного зерна перед отволаживанием, и может быть использовано на мукомольных заводах малой мощности с производительностью порядка 1-6 т/ч, на которых применяется метод "холодного" кондиционирования зерна.
Существенной особенностью технологического процесса на мукомольных заводах малой мощности (мельницах) является то, что зерно, служащее для них исходным сырьем, как правило хранится в неотапливаемом помещении. Поэтому в зимнее время зерно, поступающее в подготовительное (зерноочистительное) отделение мельницы, имеет минусовую температуру, а осенью и весной - достаточно низкую плюсовую температуру. Другой особенностью технологического процесса на такой мельнице является усеченность технологического цикла (от поступления партии зерна до выхода муки) по сравнению с большими мельзаводами, в том числе и меньшее время, затрачиваемое на подготовку зерна к помолу. Это обстоятельство не позволяет зерну в зимне-весенний период успевать нагреться до плюсовых температур за счет естественного теплообмена с воздухом помещения при продвижении зерна по агрегатам технологической цепочки.
Задача быстрого и эффективного нагрева зерна до требуемой температуры в самом начале этапа кондиционирования (гидротермической обработки) актуальна для всех мукомольных заводов, но особенно она актуальна по указанным выше причинам для упомянутых мукомольных заводов малой мощности, поскольку у охлажденного зерна (с температурой ниже 0oC) внутренний влагоперенос затруднен, резко снижена интенсивность всех остальных процессов и возможно даже смерзание всей массы зерна в закромах при отволаживании.
Широко известно устройство для нагрева охлажденного зерна перед сортовым помолом, основанное на кондуктивной и конвективной передаче тепла от водяных или паровых радиаторов охлажденному зерну (см. , например, Г.А. Егоров. Влияние тепла и влаги на процессы переработки и хранения зерна. М.: Колос, 1973 г. , стр. 224 - 226; Г.А. Егоров, Е.М. Мельников, Б.М. Максимчук. Технология муки, крупы и комбикормов. М.: Колос, 1984 г., стр. 183 - 185, рис. XXV - 6; Г.А. Егоров. Гидротермическая обработка зерна. М.: Колос, 1968 г., стр. 21 - 22, 28 - 30). Данное устройство выполнено в виде нагревательной секции кондиционера, снабженной радиаторными батареями, установленными по высоте нагревательной секции, например, в шахматном порядке. Рабочим агентом (теплоносителем) в радиаторных батареях может служить вода, пар, либо какой-то газ. Перемещаясь под действием собственного веса сверху вниз между трубами радиаторов, зерно нагревается, но поскольку теплопроводность единичного зерна во много раз выше, чем зерновой массы, то соприкасающийся с нагретыми стенками радиаторов ряд (слой) зерен нагревается намного быстрее, чем остальные зерна и есть опасность перегрева этого слоя. По этой причине максимальная температура теплоносителя в радиаторах устанавливается ниже 80oC, что не позволяет с помощью данного устройства быстро и эффективно нагреть всю массу зерна. Кроме того, для работы данного устройства требуется наличие либо котельной для получения горячей воды или пара, либо печи для нагрева газа, а также установка теплопроводов для подачи теплоносителя и дополнительный обслуживающий персонал, что делает данное устройство экономически невыгодным для мельзавода малой мощности.
Известно также устройство для нагрева зерна перед сортовым помолом, содержащее вертикально установленный бункер нагрева, снабженный загрузочным и разгрузочным лотками, в котором нагрев зерна осуществляется горячим газом, проходящим через слой зерна, расположенный на дне бункера. При этом дно бункера выполнено в виде неподвижной плиты, имеющей форму кольца, над которой установлен с возможностью вращения спиральный ротор, служащий одновременно распределителем горячего газа, поступающего в бункер, и механизмом для перемещения зерна по спиральной траектории от центра к периферии. Горячий газ поступает в бункер нагрева снизу через патрубок, расположенный по оси дна бункера (а.с. СССР N 1210886, М. кл.4 B 02 B 1/02, публ. 1986 г.).
Недостатком данного устройства является недостаточно быстрый и эффективный нагрев зерна (особенно охлажденного) до требуемой для гидротермической обработки зерна температуры по причине использования в данном устройстве так же, как и в предыдущем устройстве аналоге, конвективного и кондуктивного приемов нагрева зерновой массы, имеющей в 5-6 раз меньшую теплопроводность по сравнению с теплопроводностью единичного зерна (см., например, Г.А. Егоров. Гидротермическая обработка зерна. М. : Колос, 1968 г., стр. 22). Кроме того, к недостаткам данного устройства следует отнести необходимость сооружения источников теплоносителя (котельных, печей) и трубопроводов для транспортировки теплоносителя. При транспортировке теплоносителя неизбежно возникают потери тепла, что снижает тепловой КПД устройства.
Более высоким тепловым КПД обладает устройство для высокочастотного нагрева зерна, содержащее вертикально установленный корпус с тремя поярусно расположенными в нем секциями предварительного нагрева, сушки и охлаждения, выполненными в виде горизонтальных решеток, установленных с чередующимся наклоном, и снабженное рабочим конденсатором ВЧ-генератора. При этом обе обкладки рабочего конденсатора выполнены в виде горизонтальных решеток секции сушки, нижняя из которых является заземленным электродом. Для непрерывного перемещения зерна по решеткам секций и дополнительной его сушки использована непрерывная продувка воздуха снизу вверх через все секции устройства (SU, 1182246, М. кл. F 26 B 3/34, публ. 10.05.89).
Недостатком данного известного устройства для ВЧ-нагрева зерна является его сложность, большие габариты и длительный цикл прохождения зерна от загрузки до разгрузки, что неприемлемо для современных компактных мельзаводов малой мощности, имеющих высокую скорость переработки зерна.
Более близким по конструкции и также обладающим высоким тепловым КПД является устройство для ВЧ-нагрева зерна, содержащее бункер нагрева (материалопровод), установленный с возможностью перемещения в нем зерна и снабженный загрузочным и разгрузочным устройствами, причем одна из боковых стенок бункера нагрева служит заземленным электродом рабочего конденсатора ВЧ-генератора. При этом высокопотенциальный электрод рабочего конденсатора выполнен составным из двух пластин и установлен снаружи бункера нагрева в сушильной камере, корпус которой служит экраном для высокочастотного поля. Высокопотенциальный электрод отделен от бункера нагрева посредством специального изолятора и воздушного зазора, что позволяет осуществлять ВЧ-нагрев материала с очень высокой влажностью (SU, 1601480, M. кл. F 26 B 3/34, опубл. 23.10.90). Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостатком устройства-прототипа является малоэффективный ВЧ-нагрев при перемещении в бункере нагрева сухого зерна по причине удаленности высокопотенциального электрода от нагреваемого материала и наличия большого дополнительного сопротивления (в виде изолятора и воздушного зазора) по ВЧ-сигналу по сравнению с сопротивлением самого нагреваемого материала (зерна). В силу этого обстоятельства затруднена также настройка данного устройства на автоматический режим работы по нагреву зерна.
Таким образом, задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка устройства для ВЧ-нагрева зерна перед сортовым помолом, позволяющего быстро и эффективно нагревать охлажденное зерно до требуемой для "холодного" кондиционирования температуры и обеспечивающего удобную настройку автоматического режима ВЧ-нагрева.
Технический результат, обеспечиваемый разработанным устройством, достигается тем, что разработанное устройство для ВЧ-нагрева зерна так же, как и устройство-прототип, содержит бункер нагрева, установленный с возможностью перемещения в нем зерна, причем по крайней мере одна стенка бункера служит в качестве заземленного электрода рабочего конденсатора ВЧ-генератора.
Новым в первом варианте разработанного устройства является то, что бункер нагрева выполнен из металла в виде полого прямоугольного параллелепипеда, а высокопотенциальный электрод рабочего конденсатора, выполненный в виде металлической пластины, установлен вертикально в центре бункера параллельно двум его противоположным стенкам, служащим заземленным электродом рабочего конденсатора.
Новым во втором варианте разработанного устройства является то, что бункер нагрева выполнен из металла в виде полого цилиндра, а высокопотенциальный электрод рабочего конденсатора, выполненный в виде металлического стержня, расположен по оси симметрии бункера, при этом цилиндрическая поверхность бункера нагрева служит заземленным электродом рабочего конденсатора.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена технологическая цепочка подготовительного (зерноочистительного) отделения мельзавода малой мощности, одним из звеньев которой является разработанное устройство.
На фиг. 2 представлена принципиальная электрическая схема разработанного устройства.
На фиг. 3 представлен первый вариант разработанного устройства для ВЧ-нагрева зерна перед сортовым помолом (бункер нагрева показан при снятой передней стенке).
На фиг. 4 представлен второй вариант разработанного устройства для ВЧ-нагрева зерна перед сортовым помолом (бункер нагрева показан при отсутствующей передней части стенки).
На технологической схеме подготовительного отделения мельзавода малой мощности (см. фиг. 1) представлены: бункер 1 для приема зерна из зернохранилища, агрегаты 2 для сухой очистки зерновой массы от примесей, бункер нагрева 3, снабженный электродами рабочего конденсатора 4, электрически соединенными с ВЧ-генератором 5, увлажнительный аппарат 6 и закрома 7 для отволаживания. Аппараты для окончательной очистки поверхности зерна после отволаживания не показаны.
Принципиальная электрическая схема разработанного устройства для нагрева зерна, представленная на фиг. 2, содержит ВЧ-генератор 5, электрически соединенный через разделительный конденсатор с электродами рабочего конденсатора 4. Одна из обкладок рабочего конденсатора 4 является высокопотенциальным электродом 8, соединенным с высоковольтным выходом ВЧ-генератора 5. Вторая (заземленная) обкладка рабочего конденсатора 4 служит заземленным электродом 9. Индуктивность 10 совместно с рабочим конденсатором 4 являются нагрузкой ВЧ-генератора 5.
Первый вариант устройства для высокочастотного нагрева зерна перед сортовым помолом представлен на фиг. 3. Он содержит бункер нагрева 3 из металла, выполненный в виде полого прямоугольного параллелепипеда. Бункер 3 установлен вертикально между агрегатом 2 для сухой очистки зерна и увлажнительным аппаратом 6 (см. фиг. 1) в технологической цепочке подготовительного отделения мельницы. Бункер нагрева 3 снабжен (см. фиг. 3) электродами 8 и 9 рабочего конденсатора 4. Высокопотенциальный электрод 8 рабочего конденсатора 4, выполненный в виде металлической пластины, установлен с помощью диэлектрических опор 11 вертикально по центру бункера нагрева 3 параллельно двум его противоположным стенкам, которые в данном варианте устройства служат заземленным электродом 9 конденсатора 4. Таким образом, рабочий конденсатор 4, с помощью которого в бункере нагрева 3 осуществляется нагрев зерна, в данном варианте устройства, представленном на фиг. 3, выполнен плоскопараллельным из двух секций, внутри которых под действием силы тяжести перемещается зерно. Соединение высокопотенциального электрода 8 и заземленного электрода 9 с ВЧ-генератором 5 осуществляется посредством фидера 12. Бункер 3 снабжен также загрузочным и разгрузочным устройствами (не показаны). Разгрузочное устройство снабжено затвором, который позволяет регулировать скорость перемещения зерна в бункере 3.
Второй вариант устройства для высокочастотного нагрева зерна перед сортовым помолом представлен на фиг. 4. Этот вариант устройства содержит бункер нагрева 3 из металла, выполненный в виде полого цилиндра. Бункер 3 так же, как и в первом варианте, установлен вертикально между агрегатом 2 для сухой очистки зерна и увлажнительным аппаратом 6 (см. фиг. 1) в технологической цепочке подготовительного отделения мельницы. Бункер нагрева 3 снабжен (см. фиг. 4) электродами 8 и 9 рабочего конденсатора 4. Высокопотенциальный электрод 8, выполненный в данном варианте в виде металлического стержня, установлен с помощью диэлектрических опор 11 вертикально по его оси симметрии. При этом вся боковая цилиндрическая поверхность бункера 3 служит заземленным электродом 9. Охлажденное зерно, которое необходимо нагреть, поступает в бункер 3 через загрузочное устройство (не показано) в верхней части полого цилиндра и под действием силы тяжести перемещается между электродами 8 и 9 рабочего конденсатора 4. Бункер нагрева 3 снабжен, как и в первом варианте, разгрузочным устройством (не показано), которое позволяет регулировать скорость перемещения зерна в бункере.
В качестве генератора 5 может быть использован любой ВЧ- генератор, выпускаемый отечественной промышленностью. Выбор типа ВЧ-генератора по мощности определяется производительностью конкретной мельницы, то есть той массой зерна, которую надо нагреть за единицу времени, и самой низкой возможной температурой зерна, которое будет перерабатываться на данной мельнице.
В примере конкретной реализации в качестве генератора 5 используется выпускаемый Таганрогским заводом "Кристалл" генератор высокочастотный ВЧГ6 - 10/27, который обеспечивает мощность высокочастотного поля в нагрузке (в рабочем конденсаторе 4) 10 кВт при рабочей частоте 27 МГц.
Разработанное устройство для высокочастотного нагрева зерна перед кондиционированием использовано в технологическом процессе на мельнице типа МВС, выпускаемой АО "Мельинвест" г. Нижнего Новгорода.
Оба варианта разработанного устройства работают следующим образом.
Зерно пшеницы из уличных хранилищ с температурой, определяемой условиями хранения, и с начальной влажностью от 12 до 14% в зависимости от партии зерна попадает в бункер 1 приема зерна, из которого затем дозированный поток зерна, определяемый производительностью мельницы, направляется на агрегаты 2 для сухой очистки зерновой массы от всевозможных примесей и грязи. После этого поток очищенного зерна поступает в бункер нагрева 3, в котором зерно перемещается с определенной скоростью между электродами 8 и 9 рабочего конденсатора 4, где создано с помощью ВЧ-генератора 5 однородное высокочастотное поле. За счет действия этого высокочастотного поля на зерно, являющееся диэлектрическим материалом, происходит диэлектрический нагрев последнего. Регулировка температуры зерна на выходе из бункера 3 легко может быть осуществлена автоматически за счет уменьшения или увеличения подаваемой мощности от ВЧ-генератора 5. Поскольку в разработанном устройстве в обоих его вариантах высокопотенциальный электрод 8 находится в отличие от прототипа в непосредственном контакте с нагреваемым материалом (зерном), то вся поступающая от ВЧ-генератора 5 энергия высокочастотного поля расходуется на нагрев именно зерна, а не дополнительного сопротивления, состоящего из изолятора и воздушного зазора, как в прототипе, что и обеспечивает в разработанном устройстве более удобную настройку рабочего режима ВЧ-генератора 5, в том числе и автоматическое поддержание температуры нагрева.
Кроме того, в обоих вариантах разработанного устройства исключается возможный в условиях мельничного производства высокочастотный пробой воздушного зазора, который вполне вероятен при условии использования устройства прототипа в мукомольном процессе.
Основным технологическим параметром при нагреве зерна разработанным способом является его температура при выходе из бункера 3, например перед разгрузочным затвором, которая в зимне-весенний период должна быть не ниже 10-15oC, и в любое время года не должна превышать 55oC.
Нижняя граница температуры в бункере 3 (10-15oC) выбрана из тех соображений, что она обеспечивает достаточную для эффективного проведения кондиционирования температуру (15 - 20oC) в бункере 7 для отволаживания (за счет небольшого повышения температуры зерна при увлажнении нагретой водой и самого процесса кондиционирования). А именно, начиная с температуры 15 - 20oC зерно пшеницы имеет наиболее высокий коэффициент диффузии влаги в зерне, что является необходимым условием для эффективного проведения кондиционирования, поскольку чем выше интенсивность переноса влаги в зерне, тем значительнее изменения в лучшую сторону мукомольных свойств зерна и хлебопекарских качеств муки, что очень существенно для сортового помола из-за повышения выхода муки высшего сорта.
Верхняя граница температуры (55oC) определяется температурой денатурации клейковины.
Таким образом, разработанная конструкция устройства для высокочастотного нагрева зерна перед сортовым помолом (на начальном этапе гидротермичсской обработки зерна) позволяет более быстро и эффективно нагревать зерно до требуемой температуры и обеспечивает более удобную настройку рабочего режима ВЧ-генератора, то есть позволяет решить поставленную задачу.
В таблице приведены сравнительные данные выхода и качества муки, полученной из зерна пшеницы на мельнице МВС общества с ограниченной ответственностью "Нива", с использованием разработанного устройства и без него.
Формула изобретения: 1. Устройство для высокочастотного нагрева зерна, содержащее бункер нагрева, установленный с возможностью перемещения в нем зерна, причем, по крайней мере, одна стенка бункера служит в качестве заземленного электрода рабочего конденсатора высокочастотного генератора, отличающееся тем, что бункер нагрева выполнен из металла в виде полого прямоугольного параллелепипеда, а высокопотенциальный электрод рабочего конденсатора, выполненный в виде металлической пластины, установлен вертикально в центре бункера параллельно двум его противоположным стенкам, служащим заземленным электродом рабочего конденсатора.
2. Устройство для высокочастотного нагрева зерна, содержащее бункер нагрева, установленный с возможностью перемещения в нем зерна, причем, по крайней мере, одна стенка бункера служит в качестве заземленного электрода рабочего конденсатора высокочастотного генератора, отличающееся тем, что бункер нагрева выполнен из металла в виде полого цилиндра, а высокопотенциальный электрод рабочего конденсатора, выполненный в виде металлического стержня, расположен по оси симметрии бункера, при этом цилиндрическая поверхность бункера служит заземленным электродом рабочего конденсатора.