СВЧ - установка непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива Российский патент 2021 года по МПК A47J39/00 

Предлагаемое изобретение может быть использовано для размораживания и разогрева коровьего молозива в условиях фермы крупного рогатого скота.

Известные размораживатели коровьего молозива «Эконом БМА-50», «Прималакт», РМ-3, «Иглус 2» работают по принципу водяной бани за счет нагрева воды с помощью электронагревателя. В емкость с водой устанавливают полиэтиленовые бутылки (1,5-2 л) с замороженным сырьем. Продолжительность размораживания и разогрева молозива до 40 градусов достигает до 1,5-2 часа при мощности ТЭН 6 кВт. При такой продолжительности процесса кормовая ценность сырья резко снижается.

Известна микроволновая установка для размораживания коровьего молозива (патент № 2694944), содержащая квазитороидальный резонатор, работающая в периодическом режиме [1]. Недостатки: разделения процессов размораживания и разогрева не возможно; процесс происходит в периодическом режиме.

Известна многомодульная сверхвысокочастотная (СВЧ) установка с цилиндрическими резонаторами для размораживания коровьего молозива (патент № 2730060), работающая в периодическом режиме [2].

Известна СВЧ установка с биконическим резонатором для размораживания коровьего молозива в непрерывном режиме (патент № 2721484) [3]. Установка содержит в вертикально расположенной цилиндрической емкости соосно расположенный биконический резонатор. По горизонтальной оси резонатора установлен диэлектрический перфорированный диск в зубчатом венце. На образующей конуса по периметру основания со сдвигом на 120 градусов расположены магнетроны так, что излучатели направлены внутрь биконического резонатора. Недостатки: в установке процессы размораживания и разогрева происходит в одном биконическом резонаторе, и эти процессы проводить при разных дозах воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) не возможно; содержание цилиндрического экранирующего корпуса и трубчатого электронагревателя повышает балансовую стоимость установки.

Но биконический резонатор обладает характерной особенностью, а именно наличием в резонансном объеме областей с резко выраженным экспоненциальным законом изменения электромагнитного поля. Это позволяет отсечь вершины конусов и обеспечить непрерывный режим работы. В резонаторе отсутствует вырождение между типами колебаний Н₀₁₁ и Е₁₁₁, это позволяет достичь высоких значений собственной добротности. Соответствующим выбором угла при вершине конусов можно сформировать электромагнитное поле, сконцентрированное в центральной области резонатора, что способствует повышению добротности. Так как в центральной части резонатора радиус сечения существенно больше, чем в периферийной области, поэтому и омические потери меньше. При этом критические сечения располагаются на значительном расстоянии от вершин конусов, что позволяет создавать отверстия для подачи сырья, не нарушая структуры поля в резонаторе [4, 5].

Учитывая эти особенности, предложен резонатор в виде двух усеченных конусов с общим перфорированным неферромагнитным основанием для разделения процессов размораживания и разогрева коровьего молозива при разных дозах воздействия ЭМПСВЧ.

Результаты исследования показывают, что для сохранения кормовой ценности сырья (иммуноглобулинов), процессы размораживания и разогрева коровьего молозива следуют реализовать в разных резонаторах при разных дозах воздействия ЭМПСВЧ. Это связано, тем, что фактор диэлектрических потерь при размораживании коровьего молозива (от - 10 до 0°С) растет от 4 до 27, а при разогреве от 0 до +38°С падает от 27 до 9 [6].

Научную новизну представляют конструкционное исполнение объемного резонатора СВЧ установки непрерывно-поточного действия, позволяющей реализовать микроволновую технологию размораживания и разогрева коровьего молозива в соответствии с характером изменения диэлектрической потерь сырья в диапазоне отрицательной и положительной температур для ускорения процесса, что позволяет сохранить кормовую ценность коровьего молозива.

Задачей изобретения является разработка СВЧ установки непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами с общим перфорированным неферромагнитным основанием, позволяющими разделить и ускорить процессы размораживания и разогрева коровьего молозива с соблюдением электромагнитной безопасности без экранирующего корпуса.

Технический результат достигается тем, что СВЧ установка непрерывно-поточного действия для размораживания и разогрева коровьего молозива содержит вертикально расположенные усеченные конические резонаторы, имеющие общее перфорированное неферромагнитное основание,

с наружной стороны по периметру, со сдвигом на 60 градусов, установлены магнетроны с воздушным охлаждением так, что излучатели с чередованием направлены в соответствующие усеченные конические резонаторы, над основанием расположен диэлектрический перемешивающий механизм,

причем вершина нижнего конического резонатора усечена на уровне сечения, диаметром не более четверти длины волны, куда установлен шаровой кран, а вершина верхнего конического резонатора усечена на уровне критического сечения, зависящего от его высоты и угла наклона образующей, и диаметром не более две глубины проникновения волны в сырье.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено: схематическое изображение СВЧ установки непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива (фиг. 1); пространственное изображение СВЧ установки непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива (вид спереди в разрезе) (фиг. 2).

СВЧ установка непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива содержит: приемную емкость 1 с заслонкой 2; верхний усеченный конический резонатор 3; диэлектрический перемешивающий механизм 4; магнетроны 5 с воздушным охлаждением, излучатели которых направлены в нижний усеченный конический резонатор 6; шаровой кран 7; перфорированное неферромагнитное основание 8 усеченных конических резонаторов (3, 6); магнетроны 9 с воздушным охлаждением, излучатели которых направлены в верхний усеченный конический резонатор 3.

СВЧ установка непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами с общим основанием (фиг. 1, 2) позволяет размораживать молозиво в верхнем резонаторе 3 процессе перемешивания, жидкая фракция протекает через перфорированное неферромагнитное основание 8, и в нижнем резонаторе 6 происходит разогрев коровьего молозива до 38-40 градусов. Частота электромагнитного поля 2450 МГц, длина волны 12,24 см, глубина проникновения волны 1,5-1,75 см.

СВЧ установка непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами содержит вертикально расположенные усеченные конические резонаторы 3, 6, имеющие общее перфорированное неферромагнитное основание 8. По периметру основания 8 с наружной стороны установлены магнетроны 5, 9 со сдвигом на 60 градусов. Отверстия для связи резонатора с излучателем расположены в области перфорированного неферромагнитного основания 8, так, что излучатели с чередованием направлены в верхний 3 и нижний 6 резонаторы. Т.е. излучатели от магнетронов 5, 9 с воздушным охлаждением направлены в соответствующие усеченные конические резонаторы 6, 3 с чередованием. Излучатели от трех магнетронов со сдвигом на 120 градусов направлены в верхний усеченный конический резонатор 3, а остальные три излучателя направлены в нижний усеченный конический резонатор 6. Магнетроны 5, 9 охлаждаются от вентиляторов. Вершина нижнего конического резонатора 6 усечена на уровне сечения, диаметром не более четверти длины волны, куда установлен шаровой кран 7, а вершина верхнего конического резонатора 3 усечена на уровне критического сечения, зависящего от его высоты и угла наклона образующей, и диаметром не более две глубины проникновения волны в сырье.

Технологический процесс размораживания и разогрева коровьего молозива происходит следующим образом. Закрыть заслонку 2 и шаровой кран 7, далее загрузить замороженное в виде брикетов (с максимальным размером две глубины проникновения волны в замороженное сырье, это в пределах 3-3,5 см) коровье молозива в приемную емкость 1. (Заморозить коровьего молозива можно в ледогенераторе или в специальных формах). Включить электропривод перемешивающего механизма 4 из диэлектрического материала, например, в виде диэлектрического игольчатого барабана. Он равномерно распределяет сырье по перфорированному основанию 8. Открыть заслонку 2, включить вентиляторы и магнетроны 9 на определенную мощность, излучатели которых направлены в верхний усеченный конический резонатор 3. Тогда замороженные брикеты сырья в усеченном коническом резонаторе 3 подвергаются воздействию ЭМПСВЧ и начинают размораживаться до 0-2 градусов. Жидкое молозиво начинает протекать через перфорированное неферромагнитное основание 8 в нижний усеченный конический резонатор 6. Как только жидкое сырье окажется в резонаторе следует включить соответствующие магнетроны 5, излучатели которых направлены в нижний резонатор 6. Жидкое молозиво разогревается до 38-40 градусов, после чего можно открыть шаровой кран 7 на определенную пропускную способность. Термопара установлена рядом с шаровым краном, где отсутствует электромагнитные волны из-за экспоненциального закона изменения электромагнитного поля в конических резонаторах. В каждом резонаторе доза воздействия регулируется путем изменения мощности генераторов и объемов загрузки с учетом изменения фактора диэлектрических потерь в процессе размораживания и разогрева коровьего молозива. Такое разделение процессов позволяет резко сократить продолжительность всего процесса, а следовательно, сохранить кормовую ценность разогретого молозива. Причем, без специального экранирующего корпуса электромагнитная безопасность обеспечивается при работе установки непрерывно-поточного действия.

Источники информации:

1. Микроволновая установка для размораживания коровьего молозива / Г.В. Новикова, Д.В. Поручиков, А.Н. Васильев, И.Г. Ершова, М.В. Белова // Патент № 2694944 РФ, МПК А47J.39/00; заявитель и патентообладатель ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ» (RU). – № 2018143727; заявл. 11.12. 2018. Бюл. № 20 –от 18.07.2019. 10 с.

2. Многомодульная СВЧ установка для размораживания коровьего молозива в периодическом режиме / Г.В. Новикова, А.А. Тихонов, Каланча-Рабинчук М.И., О.В. Михайлова, М.В. Белова, Д.А. Тараканов // Патент 2730060 № РФ, МПК А47J.39/00/ заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2019137292; заявл. 7.11.2019. Бюл. № 23 от 17.08.2020. – 10 с.

3. СВЧ установка с биконическим резонатором для размораживания коровьего молозива в непрерывном режиме / Г.В. Новикова, Д.А. Тараканов, М.В. Белова, О.В. Михайлова, А.А. Коннов // Патент № 2721484 РФ, МПК А47J.39/00. заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2019131642; заявл. 09.09.2019. Бюл. № 14 от.19.05.2020. – 10 с.

4. Дробахин, О.О. Техника и полупроводниковая электроника СВЧ: Учебное пособие [Электронное издание] / О.О. Дробахин, С.В. Плаксин, В.Д. Рябчий, Д.Ю. Салтыков. − Севастополь: Вебер, 2013. − 322 с.

5. studfile.net›preview/8100708/ .

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

Предлагаемое изобретение может быть использовано для размораживания и разогрева коровьего молозива в условиях фермы крупного рогатого скота. СВЧ-установка непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива содержит вертикально расположенные усеченные конические резонаторы 3, 6, имеющие общее перфорированное неферромагнитное основание 8. С наружной стороны по периметру основания 8, со сдвигом на 60 градусов, установлены магнетроны 5, 9 с воздушным охлаждением так, что излучатели с чередованием направлены в соответствующие усеченные конические резонаторы 6, 3. Над основанием 8 расположен диэлектрический перемешивающий механизм 4. Вершина нижнего конического резонатора 6 усечена на уровне сечения, диаметром не более четверти длины волны, куда установлен шаровой кран 7, а вершина верхнего конического резонатора 3 усечена на уровне критического сечения, зависящего от его высоты и угла наклона образующей, и диаметром не более две глубины проникновения волны в сырье. 2 ил.

СВЧ-установка непрерывно-поточного действия с усеченными коническими резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива содержит вертикально расположенные усеченные конические резонаторы, имеющие общее перфорированное неферромагнитное основание,

с наружной стороны по периметру, со сдвигом на 60 градусов, установлены магнетроны с воздушным охлаждением так, что излучатели с чередованием направлены в соответствующие усеченные конические резонаторы, над основанием расположен диэлектрический перемешивающий механизм,

причем вершина нижнего конического резонатора усечена на уровне сечения, диаметром не более четверти длины волны, куда установлен шаровой кран, а вершина верхнего конического резонатора усечена на уровне критического сечения, зависящего от его высоты и угла наклона образующей, и диаметром не более две глубины проникновения волны в сырье.