СВЧ-УСТАНОВКА С ПРИЗМАТИЧЕСКИМИ РЕЗОНАТОРАМИ ДЛЯ РАЗМОРАЖИВАНИЯ КОРОВЬЕГО МОЛОЗИВА Российский патент 2021 года по МПК A47J39/00 H05B6/64 H05B6/80 A01K29/00 

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для размораживания коровьего молозива в фермерских хозяйствах без применения водонагревателя.

Коровье молозиво собирают и хранят в замороженном виде до 8 месяцев. Молозиво размораживают до температуры 35-38°С для выпойки новорожденных телят [1].

Известны размораживатели молозива РМ-3, Иглус-2, БМ-40 и др., работающие в периодическом режиме по принципу водяной бани за счет нагрева воды с помощью трубчатого электронагревателя [igloos.ru›razmorazhivatel-moloziva; http://vestnikapk.ru/articles/importozameshchenie/redkie-zlaki-i-peredovye-mashiny, 2015 г; патент РФ № 116037, МПК A47J 39/00, опубл. 10.11.2016].

Недостатками известных размораживателей коровьего молозива являются: работа в периодическом режиме с малой производительностью и неравномерный нагрев сырья в таре.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является микроволновая установка с квазистационарным тороидальным резонатором [Патент РФ №2694944], обеспечивающим размораживание коровьего молозива при критической напряженности электрического поля, позволяющей снизить бактериальную обсемененность в сырье.

Недостатком такого размораживателя является порционная загрузка замороженных блоков сырья, осуществляемая вручную, что затрудняет достижение равномерного нагрева сырья.

Основной проблемой, возникающей в резонаторах сверхвысокочастотных установок, является неравномерность нагрева сырья. Причина этого заключается в возбуждении стоячих волн в резонаторе. Особенностью которых является наличие пространственных максимумов и минимумов электрического поля. Так как вдоль каждой из координат обычно укладывается несколько полупериодов, то в резонаторе имеются точки, в которых электрическое поле равно нулю. Поэтому при работе на одном виде колебаний мощность в камере распределена неравномерно, изменяется от нуля до максимального значения. Из-за этого сырье в некоторых местах перегревается, а в других - остается холодным. Несмотря на то, что резонаторы СВЧ-диапазона работают на высших типах колебаний волн, все же это явление наблюдается. [elremont.ru›svch/bt_rem21.php].

Для равномерного нагрева сырья необходимо обеспечить в резонаторе как можно больше видов колебаний вблизи рабочей частоты. Поэтому предлагается достичь этого при частоте излучения 2450 МГц путем изменения конструкционного исполнения резонаторов и расположения вращающихся диссекторов вблизи каждого излучателя.

Известно, что диссектор во время вращения своими лопастями возмущает электромагнитное поле в том месте, где СВЧ-энергия поступает в резонаторную камеру. В результате условия возбуждения для различных видов волн меняются. Диссектор обеспечит изменение общей структуры электрического поля и соотношения амплитуд различных видов колебаний. Участки с разной амплитудой колебания волн смещаются в пространстве резонатора, в результате чего сырье подвергается воздействию электрических полей различной конфигурации и интенсивности, и нагревается достаточно равномерно.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность равномерного размораживания коровьего молозива путем воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на замороженное сырье в шестигранных призматических резонаторах, содержащих диссекторы вблизи излучателей, обеспечивающих постоянное видоизменение структуры электромагнитного поля.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности размораживания коровьего молозива путем разработки установки, содержащей шестигранные призматические резонаторы с диссекторами, обеспечивающими равномерное воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) на замороженное сырье в непрерывном режиме.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемая СВЧ-установка с призматическими резонаторами для размораживания коровьего молозива содержит вертикально поярусно расположенные шестигранные призматические резонаторы с вращающимися от электропривода диссекторами вблизи направленных внутрь излучателей от соответствующих магнетронов СВЧ-генераторов, расположенных с наружной стороны граней соответствующих шестигранных призматических резонаторов,

при этом нижние грани шестигранного призматического резонатора первого яруса перфорированы, и являются верхними гранями резонаторов второго яруса, причем емкость для приема сырья без основания, содержащая вальцы оребренные, установлена на призматический резонатор первого яруса над прорезью, имеющейся между стыками его верхних граней, размером менее четверти длины волны, при этом на стыках нижних граней призматических резонаторов второго яруса имеются шаровые краны.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлена общая схема (фиг. 1) и пространственное изображение (фиг.2) СВЧ-установки с призматическими резонаторами для размораживания коровьего молозива.

СВЧ-установка с призматическими резонаторами для размораживания коровьего молозива содержит емкость для приема замороженного сырья 1, вальцы оребренные 2, верхний шестигранный призматический резонатор 3, магнетроны от СВЧ-генераторов 4, перфорированные грани резонатора 5, диссекторы 6, нижние шестигранные призматические резонаторы 7, 10; шаровые краны 8 в призмах второго яруса, электропривод 9.

СВЧ-установка с призматическими резонаторами для размораживания коровьего молозива собрана из трех шестигранных призматических резонаторов. Они расположены поярусно. На стыке верхних граней призматического шестигранного резонатора первого яруса имеется прорезь, над которой установлена емкость 1 без основания для приема замороженного сырья, внутри которой расположены вращающиеся от электропривода оребренные вальцы 2. При этом размер прорези между гранями менее, чем четверти длины волны.

Регулируя частоту вращения оребренных вальцов 2 и открытие заслонки на прорези можно управлять объемом загрузки в резонаторные камеры и размером измельченных частиц. Преимущественные размеры измельченных частиц замороженного сырья после вальцов не превышают двух глубин проникновения электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

Причем нижние грани 5 шестигранного призматического резонатора 3 первого яруса перфорированы и являются гранями соответствующих шестигранных призматических резонаторов 7, 10 нижнего яруса, имеющих общую грань. Эти резонаторы 7, 10 образуют второй ярус. Внутрь каждого шестигранного призматического резонатора (3, 7, 10) направлены излучатели от соответствующих магнетронов 4 СВЧ-генераторов. Вблизи каждого излучателя расположены вращающиеся от электропривода 9 диссекторы 6. На стыках нижних граней шестигранных призматических резонаторов второго яруса имеются шаровые краны 8 для слива размороженного коровьего молозива. Для охлаждения магнетронов во время работы предусмотрен вентилятор (на фиг. не показан).

Для обеспечения равномерного нагрева сырья в непрерывном режиме предусмотрены следующие изменения в конструкции резонаторных камер.

Во-первых, увеличили размеры резонаторов, что позволяет смещать в область низких частот основной вид и все последующие виды колебаний, а на рабочей частоте окажутся более плотно расположенные виды колебаний.

Во-вторых, в установке предусмотрена возможность управления загрузкой резонаторных камер сырьем, а следовательно, удельной мощностью генератора. Коровье молозиво на 87,3% состоит из воды и имеет большую диэлектрическую проницаемость. При заполнении резонатора с сырьем с большой диэлектрической проницаемостью, его резонансные частоты смещаются в область более низких значений [С. 10-15, Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / И.А. Рогов и др.].

Известно, что нагруженная добротность резонатора уменьшается пропорционально загрузке, что приводит к расширению полосы рабочих частот, следовательно, к увеличению количества рабочих видов колебаний. Но наличие большого количества видов колебаний еще не обеспечивает равномерного нагрева сырья. Только суммарное электрическое поле, образованное суперпозицией всех видов колебаний, способствует некоторому выравниванию температуры нагрева сырья в различных частях резонаторной камеры. [elremont.ru›svch/bt_rem21.php]. В случае нагрева измельченного замороженного блока коровьего молозива выравнивание температуры в сырье происходит еще и за счет теплопроводности.

В-третьих, в шестигранных призматических резонаторах для создания определенного типа СВЧ-волн предусмотрены диссекторы, формирующие равномерный нагрев измельченного замороженного сырья. Используемые нами диссекторы выполнены из неферромагнитного материала в виде вентиляторных лопастей, установленных на диэлектрические валы электропривода. Во время вращения диссекторов, они своими лопастями возмущают электрическое поле, условия возбуждения для различных видов колебаний изменяются. Следовательно, спектр колебаний, структура электромагнитного поля в резонаторе постоянно видоизменяется. Каждый из них расположен в соответствующем резонаторе около излучателя СВЧ-энергии на расстоянии не менее 3-5 см для исключения искрового разряда. Если диссектор находится на большом расстоянии от ввода СВЧ-энергии, то указанного эффекта достичь практически невозможно.

В-четвертых, предусмотрен процесс измельчения замороженного сырья, до размеров соизмеримого с глубиной проникновения волн.

Работает СВЧ-установка с призматическими резонаторами для размораживания коровьего молозива следующим образом.

Замороженное коровье молозиво по мере потребности освободить от силиконовых контейнеров и загрузить в приемную емкость 1. Закрыть шаровые краны в резонаторах второго яруса. Включить электроприводы оребренных вальцов 2 и диссекторов 6. Тогда замороженное сырье между оребренными вальцами 2 измельчается и попадает через прорезь в шестигранный призматический резонатор 3 первого яруса. После этого следует включить СВЧ-генераторы, излучатели от магнетронов 4 возбуждают электромагнитное поле сверхвысокой частоты в соответствующих призматических резонаторах (3, 7, 10). Измельченное сырье размораживается, стекает через перфорированные грани 5 призматического резонатора первого яруса. Далее, разделяясь на два потока, частично размороженное сырье подвергается воздействию ЭМПСВЧ в шестигранных призматических резонаторах второго яруса, где теперь удельная мощность (мощность генератора на массу загрузки сырья) в два раза больше. Следовательно, скорость нагрева сырья в два раза выше. Таким образом, управляя размерами измельченных гранул и скоростью их подачи в шестигранные призматические резонаторы, можно разморозить сырье с исходной температурой минус 18°С и до температуры плюс 35-38°С при разных удельных мощностях генераторов. Далее открыть шаровой кран 8 для слива размороженного коровьего молозива. При этом диаметр шарового крана должен быть не более четверти длины волны, что обеспечивает электромагнитную безопасность.

Итак, такие шестигранные призматические резонаторы с диссекторами обеспечивают непрерывность технологического процесса размораживания измельченного коровьего молозива при равномерном нагреве с регулированием дозы воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты с обеспечением электромагнитной безопасности.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для размораживания коровьего молозива в фермерских хозяйствах без применения водонагревателей. СВЧ-установка собрана из трех шестигранных призматических резонаторов, которые расположены поярусно. Над прорезью резонатора первого яруса установлена емкость без основания для приема замороженного сырья, внутри которой расположены вращающиеся от электропривода оребренные вальцы для измельчения замороженного сырья. Вблизи излучателей от соответствующих магнетронов СВЧ-генераторов расположены вращающиеся от электропривода диссекторы, обеспечивающие равномерное воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты на замороженное сырье в непрерывном режиме. Шестигранные призматические резонаторы с диссекторами обеспечивают непрерывность технологического процесса размораживания измельченного коровьего молозива при равномерном нагреве с регулированием дозы воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты. 2 ил.

СВЧ-установка с призматическими резонаторами для размораживания коровьего молозива, характеризующаяся тем, что содержит поярусно вертикально расположенные шестигранные призматические резонаторы с вращающимися от электропривода диссекторами вблизи направленных внутрь излучателей от соответствующих магнетронов СВЧ-генераторов, расположенных с наружной стороны граней соответствующих шестигранных призматических резонаторов,

при этом нижние грани шестигранного призматического резонатора первого яруса перфорированы и являются верхними гранями резонаторов второго яруса,

причем емкость для приема сырья без основания, содержащая вальцы оребренные, установлена на призматический резонатор первого яруса над прорезью, имеющейся между стыками его верхних граней, размером менее четверти длины волны,

при этом на стыках нижних граней призматических резонаторов второго яруса имеются шаровые краны.