СВЧ установка с нетрадиционными резонаторами для размораживания разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме Российский патент 2020 года по МПК A47J39/00 H05B6/64 H05B6/80 A01K29/00 

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано на фермах для крупного рогатого скота при размораживании и разогреве коровье молозива для выпойки новорожденных телят.

Аналогом служит СВЧ устройство, где применяются не отдельные резонаторы, а цепочка резонаторов, связанных друг с другом, например резонаторный блок магнетрона [1, стр. 77]. Он представляет собой свернутую в кольцо цепочку резонаторов типа «щель-отверстие». Связь между резонаторами осуществляется через открытые торцы и щели. Если возбудить первый резонатор, то СВЧ энергия не останется в нем, а через соседнее отверстие попадает сначала во второй резонатор, затем в третий и т.п. Это магнетронный резонатор [2, стр. 371], в нем емкости выполняют зазоры у каждой ячейки, а цилиндрические объемы являются индуктивностью и в них концентрируется магнитное поле.

Нами проанализированы диэлектрические характеристики замороженного коровьего молозива жирностью 4,5%, в том числе фактор диэлектрических потерь (фиг. 1.) [3]. Фактор потерь замороженного коровьего молозива растет с 4 до 27 в диапазоне температур от -10°С до 0°С, а с 0°С до + 40°С падает с +27°С до +11,9°С, что следует учесть при определении мощности диэлектрических потерь. Это означает, что мощность диэлектрических потерь при размораживании коровьего молозива (от - 10 до 0°С) растет, а при разогреве от 0 до +38°С, мощность диэлектрических потерь уменьшается, следовательно, эти процессы следует провести в разных объемных резонаторах и при разных дозах воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). При размораживании молозива приращение температуры составит 10°С, а при разогреве - 38°С. Исходя из этого, предлагается использовать СВЧ установку поярусно расположенными цепочками нетрадиционных резонаторов, обеспечивающих размораживание и разогрев коровьего молозива при разных дозах воздействия ЭМПСВЧ в непрерывном режиме.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность равномерного размораживания и разогрева сырья за счет регулирования мощности отдельных генераторов, возбуждающих ЭМПСВЧ в нетрадиционных резонаторах, расположенных поярусно в установке непрерывного действия с соблюдением электромагнитной безопасности.

Задачей изобретения является разработка сверхвысокочастотной установки непрерывного действия с поярусно расположенными цепочками нетрадиционных резонаторов, позволяющих управлять процессами размораживания и разогрева коровьего молозива отдельно.

Технический результат достигается тем, что СВЧ установка с нетрадиционными резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме состоит из внутреннего и наружного экранирующего цилиндров, расположенных коаксиально в вертикальной плоскости,

где в межкольцевом пространстве, расстоянием кратным половине длины волны, равномерно по периметру вертикально установлены неферромагнитные полуцилиндры со щелями в боковых поверхностях по всей высоте, открытой частью до экранирующего цилиндра, разделенные по высоте на верхние и нижние ярусы с помощью перфорированных неферромагнитных оснований,

причем вдоль боковой поверхности внутреннего неферромагнитного цилиндра равномерно по периметру вставлены диэлектрические пластины, закрывающие щели на боковых поверхностях неферромагнитных полуцилиндров, размером от четверти до половины длины волны, при этом щель на боковой поверхности каждого полуцилиндра образована на месте соприкосновения с поверхностью диэлектрических пластин,

при этом в разделенных, с помощью неферромагнитного перфорированного диска, половинках неферромагнитного внутреннего цилиндра расположены излучатели с магнетронами от СВЧ генераторов,

причем объемы, заключенные между боковыми поверхностями неферромагнитных полуцилиндров, диэлектрическими пластинами на внутреннем неферромагнитном цилиндре, перфорированными неферромагнитными основаниями, боковой поверхностью наружного экранирующего цилиндра и его нижним и верхним основаниями образуют поярусно расположенные цепочки резонаторов,

при этом под нижним основанием наружного экранирующего цилиндра, центральная часть которого перфорирована, и по периферии под каждым резонатором нижнего яруса расположены шаровые краны, установлена накопительная емкость с общим шаровым краном, внутри которой по центру расположен дополнительный неферромагнитный цилиндр, содержащий вентилятор с воздуховодом направленным в сторону внутреннего неферромагнитного цилиндра,

а над верхним основанием, радиус которого на четверть длины волны меньше, чем радиус экранирующего цилиндра, установлена промежуточная неферромагнитная цилиндрическая емкость с вращающимися в ней от электродвигателя скребками,

причем над неферромагнитной промежуточной цилиндрической емкостью установлена приемная неферромагнитная емкость в виде усеченного конуса без оснований, где на уровне его малого диаметра расположен с зазором от скребков, неферромагнитный шаровой сегмент с электродвигателем внутри, при этом диаметр основания шарового сегмента больше диаметра внутреннего неферромагнитного цилиндра.

Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен график изменения фактора потерь коровьего молозива, жирностью 4,5 % от температуры нагрева;

на фиг. 2 приведено схематическое изображение СВЧ установки с нетрадиционными резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме (вид спереди);

на фиг. 3 приведено схематическое изображение СВЧ установки с нетрадиционными резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме (вид сверху);

на фиг. 4 приведено пространственное изображение СВЧ установки с нетрадиционными резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме (в разрезе).

на фиг. 5 приведено пространственное изображение коаксиально расположенных неферромагнитных цилиндров, где в кольцевом пространстве установлены полуцилиндры с диэлектрическими пластинами.

на фиг. 6 приведено пространственное изображение коаксиально расположенных неферромагнитных цилиндров (вид сверху).

на фиг. 7 приведено пространственное изображение приемной емкости с шаровым сегментом, расположенным по центру.

СВЧ установка с нетрадиционными резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме сдержит:

полуцилиндры неферромагнитные 1;

неферромагнитный внутренний цилиндр 2 с боковыми диэлектрическими пластинками 3;

излучатели с магнетронами 4 от СВЧ генераторов;

верхние и нижние ярусы цепочек резонаторов 5;

неферромагнитный перфорированный диск 6;

неферромагнитные перфорированные основания 7 резонаторов;

нижнее основание 8 экранирующего цилиндра;

шаровые краны 9; накопительная емкость 10; общий шаровой кран 11;

вентилятор с электродвигателем 12; перфорированная часть нижнего основания экранирующего цилиндра 13; экранирующий наружный цилиндр 14;

верхнее основание 15 экранирующего цилиндра;

промежуточная емкость 16; шаровой сегмент 17;

скребок 18 с электродвигателем; приемная емкость 19.

СВЧ установка с нетрадиционными резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме состоит из внутреннего 2 и наружного экранирующего 14 цилиндров, расположенных коаксиально в вертикальной плоскости.

В межкольцевом пространстве, расстоянием кратным половине длины волны, равномерно по периметру вертикально установлены неферромагнитные полуцилиндры 1 со щелями в боковых поверхностях по всей высоте, открытой частью до экранирующего наружного цилиндра 14, разделенные по высоте на верхние и нижние ярусы 5 с помощью перфорированных неферромагнитных оснований 7.

Вдоль боковой поверхности внутреннего неферромагнитного цилиндра 2 равномерно по периметру вставлены диэлектрические пластины 3, закрывающие щели на боковых поверхностях неферромагнитных полуцилиндров 1, размером более четверти и до половины длины волны. Щель на боковой поверхности каждого полуцилиндра образована на месте соприкосновения с поверхностью диэлектрических пластин 3.

В разделенных, с помощью неферромагнитного перфорированного диска 6, половинках неферромагнитного внутреннего цилиндра 2 расположены излучатели с магнетронами 4 от СВЧ генераторов.

Объемы, заключенные между боковыми поверхностями неферромагнитных полуцилиндров 1, диэлектрическими пластинами 3 на внутреннем неферромагнитном цилиндре 2, перфорированными неферромагнитными основаниями 7, боковой поверхностью экранирующего наружного цилиндра 14 и его нижним 8 и верхним 15 основаниями образуют поярусно расположенные цепочки нетрадиционных резонаторов 5.

Под нижним основанием 8 экранирующего наружного цилиндра 14, установлена накопительная емкость 10 с общим шаровым краном 11. Центральная часть 13 нижнего основания экранирующего цилиндра 14 перфорирована, и по периферии под каждым резонатором 5 нижнего яруса расположены шаровые краны 9. Внутри накопительной емкости 10 по центру расположен дополнительный неферромагнитный цилиндр, содержащий вентилятор 12 с электродвигателем и воздуховодом, направленным в сторону неферромагнитного внутреннего цилиндра 2.

Над верхним основанием 15 экранирующего наружного цилиндра 14 установлена промежуточная неферромагнитная цилиндрическая емкость 16 с вращающимися в ней от электродвигателя скребками 18. Радиус верхнего основания 15 на четверть длины волны меньше, чем радиус экранирующего наружного цилиндра 14.

Над неферромагнитной промежуточной цилиндрической емкостью 16 установлена приемная неферромагнитная емкость 19 в виде усеченного конуса без оснований, где на уровне его малого диаметра расположен с зазором от скребков 18, неферромагнитный шаровой сегмент 17 с электродвигателем внутри. Диаметр основания шарового сегмента 17 больше диаметра внутреннего неферромагнитного цилиндра 2.

Технологический процесс размораживания и разогрева коровьего молозива в СВЧ установке непрерывного действия с нетрадиционными резонаторами происходит следующим образом. Заморозить коровье молозиво в формах с крышками (например, в формах для замораживания льда). При этом размеры ячеек формы не должны превышать две глубины проникновения волны сантиметрового диапазона (примерно 3 см) (длина волны 12,24 см или частота 2450 МГц). Включить электродвигатель вентилятора 12, после чего магнетроны 4 СВЧ генераторов охлаждаются воздухом, проходящим через перфорированную часть 13 нижнего основания 8 экранирующего наружного цилиндра 14 и через перфорированный неферромагнитный диск 6. Закрыть все шаровые краны 9, 11. Далее включить электродвигатель скребка 18 и высыпать замороженное сырье из форм в приемную емкость 19. Замороженное молозиво в кубики через кольцевой зазор между шаровым сегментом 17 и приемной неферромагнитной емкостью 19 с помощью вращающегося скребка 18 попадает равномерно в нетрадиционные резонаторы верхнего яруса 5. После чего следует включить СВЧ генераторы. Каждый излучатель 4 от магнетрона возбуждает электромагнитное поле в нетрадиционных резонаторах, соответствующего яруса 5. Это происходит из-за того что вдоль каждой боковой поверхности неферромагнитного полуцилиндра 1 имеется щель, закрытая диэлектрической пластиной 3 (например, фторопластовой пластиной). Диэлектрическая пластина 3 расположена вдоль внутреннего цилиндра 2. В нетрадиционных резонаторах куски замороженного коровьего молозива подвергаются воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты определенной удельной мощностью СВЧ генератора, размораживаются, и жидкость через перфорированные основания 7 резонаторов стекает в нетрадиционные резонаторы второго яруса 5. Если в резонаторах второго яруса коровье молозиво разогрелось до температуры 38°С, но при другой удельной мощности СВЧ генератора, открыть шаровые краны 9 и 11. Такой режим следует соблюдать из-за того что фактор диэлектрических потерь замороженного сырья увеличивается с увеличением температуры, а у молозива в жидком состоянии, наоборот падает в процессе разогрева. Да и приращение температуры для размораживания сырья составляет 10°С, а для разогрева 38°С. После окончания сырья в приемной емкости 19 остановить электродвигатель скребка 18, выключить СВЧ генератор первого яруса, далее второго яруса. Остановить электродвигатель вентилятора 12. После окончательного слива разогретого молозиво залить моющую жидкость в нетрадиционные резонаторы для проведения санитарной обработки.

Источник информации:

1. Воскобойник, М.Ф. Техника и приборы СВЧ / М.Ф. Воскобойник, А.И. Черников: Учебник. - М.: Радио и связь, 1982. - 208 с.

2. Стрекалов, А.В. Электромагнитные поля и волны / А.В. Стрекалов, Ю.А. Стрекалов. - М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. - 375 с.

3. Рогов, И.А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / под ред. И.А. Рогова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при размораживании и разогреве коровьего молозива для выпойки новорожденных телят. СВЧ установка выполнена с поярусно расположенными цепочками нетрадиционных резонаторов, позволяющих отдельно управлять процессами размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме за счет регулирования мощности отдельных генераторов. СВЧ установка состоит из внутреннего 2 и наружного экранирующего 14 цилиндров, расположенных коаксиально в вертикальной плоскости. В межкольцевом пространстве вертикально установлены неферромагнитные полуцилиндры 1 со щелями в боковых поверхностях по всей высоте, разделенные на верхние и нижние ярусы 5 с помощью перфорированных неферромагнитных оснований 7. В разделенных с помощью неферромагнитного перфорированного диска 6 половинах неферромагнитного внутреннего цилиндра 2 расположены излучатели с магнетронами 4 от СВЧ генераторов. Замороженное сырье поступает в приемную емкость 19 и направляется в нетрадиционные резонаторы верхнего яруса 5, где происходит размораживание молозива. Затем жидкость через перфорированные основания 7 резонаторов стекает в нетрадиционные резонаторы второго яруса 5, в котором разогревается до температуры 38°С. Под нижним основанием 8 экранирующего наружного цилиндра 14 установлена накопительная емкость 10 для готового продукта. 7 ил.

СВЧ установка с нетрадиционными резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме, состоящая из внутреннего и наружного экранирующего цилиндров, расположенных коаксиально в вертикальной плоскости,

где в межкольцевом пространстве, расстоянием, кратным половине длины волны, равномерно по периметру вертикально установлены неферромагнитные полуцилиндры со щелями в боковых поверхностях по всей высоте, открытой частью до экранирующего цилиндра, разделенные по высоте на верхние и нижние ярусы с помощью перфорированных неферромагнитных оснований,

причем вдоль боковой поверхности внутреннего неферромагнитного цилиндра равномерно по периметру вставлены диэлектрические пластины, закрывающие щели на боковых поверхностях неферромагнитных полуцилиндров, размером более четверти и до половины длины волны, при этом щель на боковой поверхности каждого полуцилиндра образована на месте соприкосновения с поверхностью диэлектрических пластин,

при этом в разделенных, с помощью неферромагнитного перфорированного диска, половинках неферромагнитного внутреннего цилиндра расположены излучатели с магнетронами от СВЧ генераторов,

причем объемы, заключенные между боковыми поверхностями неферромагнитных полуцилиндров, диэлектрическими пластинами на внутреннем неферромагнитном цилиндре, перфорированными неферромагнитными основаниями, боковой поверхностью наружного экранирующего цилиндра и его нижним и верхним основаниями образуют поярусно расположенные цепочки резонаторов,

при этом под нижним основанием наружного экранирующего цилиндра, центральная часть которого перфорирована, и по периферии под каждым резонатором нижнего яруса расположены шаровые краны, установлена накопительная емкость с общим шаровым краном, внутри которой по центру расположен дополнительный неферромагнитный цилиндр, содержащий вентилятор с воздуховодом, направленным в сторону внутреннего неферромагнитного цилиндра,

а над верхним основанием, радиус которого на четверть длины волны меньше, чем радиус экранирующего цилиндра, установлена промежуточная неферромагнитная цилиндрическая емкость с вращающимися в ней от электродвигателя скребками,

причем над неферромагнитной промежуточной цилиндрической емкостью установлена приемная неферромагнитная емкость в виде усеченного конуса без оснований, где на уровне его малого диаметра расположен с зазором от скребков, неферромагнитный шаровой сегмент с электродвигателем внутри, при этом диаметр основания шарового сегмента больше диаметра внутреннего неферромагнитного цилиндра.