Двухрезонаторная СВЧ установка непрерывно-поточного действия для дефростации и разогрева молозива животных Российский патент 2021 года по МПК A47J39/00 

Предлагаемое изобретение может быть использовано в фермах, где содержатся крупный рогатый скот, лошади, верблюды, козы и т.д., для дефростации и разогрева молозива животных.

Известны двухрезонаторные СВЧ установки непрерывно-поточного действия, такие как:

1. СВЧ установка для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме, патент № 2732722 РФ, МПК А47J.39/00 [1]. Она выполнена с поярусно расположенными цепочками нетрадиционных резонаторов, позволяющих отдельно управлять процессами размораживания и разогрева коровьего молозива за счет регулирования мощности отдельных генераторов.

2. СВЧ установка непрерывно-поточного действия с соосно расположенными сферическим и цилиндрическим перфорированным резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива. Патент № 2734593 РФ, МПК А47J.39/00 [2]. Цилиндрический перфорированный резонатор вращается.

3. СВЧ установка непрерывно-поточного действия с кольцевым резонатором для размораживания и разогрева коровьего молозива, патент № 2734618 РФ, МПК А47J.39/00 [3]. В ней кольцевой резонатор, который разделен на верхний резонатор для размораживания и нижний − для разогрева молозива отсеки.

4. СВЧ установка непрерывно-поточного действия с коническими резонаторами с общим перфорированным неферромагнитным основанием для размораживания и разогрева коровьего молозива, патент № 2744423 РФ, МПК А47J.39/00. [4].

Недостатки. Во всех этих установках объем жидкой фракции, накапливаемый во втором резонаторе, не согласован с глубиной проникновения волны. Это значит, добиться высокой скорости нагрева сырья сложно. При длине волны 12,24 см, глубина проникновения в жидкое молозиво составляет в пределах 1,2-1,5 см, в зависимости от жирности и температуры нагрева. Следовательно, во втором резонаторе необходимо предусмотреть условие нагрева тонкого слоя жидкости и перемешивание. Даже при сферическом исполнении первого резонатора [2] общая собственная добротность остается низкой.

Известны металлодиэлектрические резонаторы [5, 6 стр. 21], где отражение от плавно изогнутой границы диэлектрика может быть близким к единице. Потери при отражении от границы с радиусом кривизны несколько длин волн могут быть на много порядков ниже, чем при отражении неферромагнитного материала. Следовательно, собственная добротность таких резонаторов несколько раз выше, чем у резонаторов из неферромагнитного материала.

Задачей изобретения является разработка СВЧ установки непрерывно-поточного действия с двумя резонаторами, позволяющими разделить процессы дефростации и разогрева молозива животных, повысить скорость нагрева и обеззараживать, обеспечить электромагнитную безопасность и иметь высокую собственную добротность.

Технический результат достигается тем, что двухрезонаторная СВЧ установка непрерывно-поточного действия для дефростации и разогрева молозива животных содержит вертикально расположенные соосно установленные цилиндрический неферромагнитный корпус, радиопрозрачный цилиндр и диэлектрический сплошной цилиндр, боковая сторона которого представлена вогнутыми полуцилиндрами, радиусом кратным половине длины волны,

при этом боковая сторона цилиндрического неферромагнитного корпуса образована выпуклыми полуцилиндрами, диаметром равным диаметру вогнутого полуцилиндра,

причем радиопрозрачный цилиндр и сплошной диэлектрический цилиндр жестко установлены на перфорированный неферромагнитный диск, вращающийся от электродвигателя, который размещен на верхнем неферромагнитном основании корпуса, где предусмотрен запредельный волновод для приема сырья, диаметром равным диаметру выпуклого полуцилиндра,

причем к перфорированному неферромагнитному диску над областью кольцевого пространства, между радиопрозрачным и диэлектрическим цилиндрами, с нижней стороны жестко прикреплены соосно расположенные радиопрозрачные усеченные конические тарелки, с межтарелочным пространством не более две глубины проникновения волны,

при этом к нижнему основанию неферромагнитного корпуса, выполненного в виде кольцевой плоскости, пристыкован конический неферромагнитный резонатор, к вершине которого прикреплен запредельный волновод с шаровым краном.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено:

- пространственное изображение двухрезонаторной СВЧ установки непрерывно-поточного действия для дефростации и разогрева молозива животных, общий вид (фиг. 1);

- пространственное изображение двухрезонаторной СВЧ установки непрерывно-поточного действия для дефростации и разогрева молозива животных (вид спереди в разрезе) (фиг. 2);

- экранирующий неферромагнитный цилиндрический корпус с запредельным волноводом для приема сырья (фиг.3);

- радиопрозрачный пустой цилиндр (фиг. 4);

- диэлектрический сплошной цилиндр (фиг. 5);

- диск неферромагнитный перфорированный (фиг. 6);

- конический неферромагнитный резонатор с радиопрозрачными усеченными коническими тарелками (фиг. 7).

Двухрезонаторная СВЧ установка непрерывно-поточного действия для дефростации и разогрева молозива животных содержит:

- экранирующий неферромагнитный цилиндрический корпус – 1;

- верхнее неферромагнитное основание 2 экранирующего неферромагнитного цилиндрического корпуса 1;

- электродвигатель – 3;

- вал неферромагнитный – 4;

- радиопрозрачный (например, фторопластовый) пустой цилиндр – 5;

- диэлектрический сплошной цилиндр (например, керамический или из сапфира) – 6;

- диск неферромагнитный перфорированный – 7;

- магнетроны на поверхности экранирующего цилиндрического корпуса – 8;

- кольцевое неферромагнитное нижнее основание 9 экранирующего цилиндрического корпуса 1;

- конический неферромагнитный резонатор – 10;

- магнетроны на поверхности конического резонатора – 11;

- радиопрозрачные (например, фторопласт) усеченные конические тарелки – 12.

- запредельный волновод с шаровым краном 13 для слива продукта;

- запредельный волновод для приема сырья – 14.

Двухрезонаторная СВЧ установка непрерывно-поточного действия для дефростации и разогрева молозива животных (фиг. 1, 2) собрана из трех соосно, вертикально расположенных цилиндров. Это наружный экранирующий неферромагнитный цилиндрический корпус 1, радиопрозрачный пустой цилиндр 5 (фиг. 4) и диэлектрический сплошной цилиндр 6. Боковая поверхность наружного экранирующего неферромагнитного цилиндрического корпуса 1 представлена в виде выпуклых полуцилиндров (фиг. 3), радиусом кратным половине длины волны, и на ней со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны 8. А боковая поверхность диэлектрического сплошного цилиндра 6 представлена в виде вогнутых полуцилиндров (фиг. 5), радиусом кратным половине длины волны. Такие конфигурации экранирующего неферромагнитного цилиндра 1 и сплошного диэлектрического резонатора 6 обоснованы особенностями диэлектрических резонаторов, где возбуждаются колебания с вариациями поля в направлении криволинейной координаты вокруг оси резонатора. Электромагнитные поля формируются волнами, распространяющимися внутри диэлектрика и падающими на боковую криволинейную поверхность под очень пологими углами. При этом их коэффициент отражения близок к единице [6, стр. 20-21].

На верхнем неферромагнитном круглом основании 2 установлен электродвигатель 3 и запредельный волновод 14 для приема сырья, он установлен над кольцевым пространством между радиопрозрачным пустым цилиндром 5 и диэлектрическим сплошным цилиндром 6. Нижним основанием неферромагнитного цилиндрического корпуса 1 служит кольцевое неферромагнитное основание 9 и установленный внутри него вращающийся неферромагнитный перфорированный диск 7 (фиг. 6). К наружному краю кольцевого неферромагнитного основания 9 прикреплен конический неферромагнитный резонатор 10 вершиной вниз, а к боковой поверхности резонатора 10 установлены магнетроны 11 со сдвигом на 120 градусов по периметру основания. Внутри конического неферромагнитного резонатора 10 соосно установлены радиопрозрачные усеченные конические тарелки 12 (фиг. 7). Межтарелочное пространство не более две глубины проникновения волны в жидкое молозиво. Длина волны составляет 12,24 см (частота 2450 МГц). К вершине конического резонатора 10 прикреплен запредельный волновод 13 с шаровым краном для слива продукта.

Технологический процесс дефростации и разогрева молозива животных в двухрезонаторной СВЧ установке непрерывно-поточного действия происходит следующим образом.

Молозиво, замороженное в силиконовых контейнерах, достать из морозильной камеры и освободить от силиконовых контейнеров. Причем, в замороженном виде контейнер с молозивом имеет цилиндрическую форму.

Включить электропривод 3 для вращения перфорированного неферромагнитного диска 7 вместе со сплошным диэлектрическим цилиндром 6 и радиопрозрачными усеченными коническими тарелками 12.

Загрузить через приемный запредельный волновод 14 замороженные бруски молозива в проемы диэлектрического сплошного цилиндра 6, в процессе его передвижения. Включить сверхвысокочастотные генераторы, магнетроны 8 которых расположены на боковой поверхности экранирующего неферромагнитного цилиндрического корпуса 1. После чего в пространстве неферромагнитного корпуса 1 возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Под воздействием ЭМПСВЧ замороженное сырье размораживается (происходит дефростация) в процессе передвижения внутри объема экранирующего неферромагнитного корпуса 1, жидкая фракция через перфорированный неферромагнитный диск 7 стекает в пространство между радиопрозрачными тарелками 12, расположенными в коническом неферромагнитном резонаторе 10. Такое послойное разделение жидкости с помощью радиопрозрачных тарелок 12 повышает скорость нагрева сырья, так как толщина сырья не превышает две глубины проникновения волны. Далее следует включить СВЧ генераторы (магнетроны 11), излучатели которых направлены в конический резонатор 10, после чего возбуждается ЭМПСВЧ, жидкое сырье разогревается до температуры 36-38 ^оС и сливается через запредельный волновод 13, пропускная способность которого регулируется с помощью шарового крана. В коническом неферромагнитном резонаторе 10 возбуждается электрическое поле высокой напряженности (выше 1,0-1,5 кВ/см), поэтому происходит низкотемпературное обеззараживание молозива. Использование запредельных волноводов, размеры которых согласованы с длиной волны, и конического неферромагнитного резонатора обеспечивают электромагнитную безопасность. При этом мощность потока излучений должна быть не более 10 мкВт/см² в течение рабочего дня.

Рядом с шаровым краном в запредельном волноводе установлен датчик температуры.

Пространство внутри неферромагнитного цилиндрического корпуса 1 выполняет функцию металлодиэлектрического резонатора. Микроволны удерживаются внутри поляризуемого диэлектрика, например, керамики, сапфира и т.п., за счет резкого изменения диэлектрической проницаемости на поверхности, и отражаются между сторонами диэлектрического сплошного цилиндра 6 и экранирующим неферромагнитным цилиндром [5]. Микроволны образуют стоячие волны. Керамика или сапфир имеют большую диэлектрическую проницаемость и низкий коэффициент рассеивания. Резонансная частота определяется конструкционными размерами резонатора и диэлектрической проницаемостью материала (керамики или сапфира). Металлодиэлектрический резонатор работает также, что и неферромагнитные объемные резонаторы, но радиоволны отражаются большим изменением диэлектрической проницаемости, а не проводимостью неферромагнитного материала резонатора, где поверхность становится отражателями, но с потерями (скин - слой). Отражающей поверхностью является граница раздела сырья с диэлектрической проницаемостью больше единицы и воздуха.

Из-за малого значения тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрика (см. табл. 1) металлодиэлектрические резонаторы обладают высокой собственной добротностью, чем объемные резонаторы из неферромагнитного материала. К тому же малое значение тангенса угла диэлектрических потерь позволяет снизить потери. Эти диэлектрики выдерживают высокие механические нагрузки.

Таблица – Электрические свойства диэлектриков

Параметры Сапфир Керамика Удельное электрическое сопротивление, Ом⋅/см² 10¹¹-10¹⁶ 10¹¹-10¹⁵ Диэлектрическая проницаемость 10-11,5 6-12 Диэлектрическая прочность, кВ/см 400 250 Тангенс угла диэлектрических потерь 10^-4 3⋅10^-4 – 3,2⋅10^-2

Источники информации

1. Патент № 2732722 РФ, МПК А47J.39/00. СВЧ установка с нетрадиционными резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме / А.А. Тихонов, А.В. Казаков, Г.В. Новикова, М.В. Белова, О.В. Михайлова, Д.А. Тараканов, заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2020107761; заявл. 26.11.2019. Бюл. № 27 от 22.09.2020. – 14 с.

2. Патент № 2734593 РФ, МПК А47J.39/00. СВЧ установка для размораживания и разогрева коровьего молозива с соосно расположенными резонаторами / Г.В. Новикова, М.В. Белова, О.В. Михайлова, Д.В. Тараканов, И.А. Сорокин,

А.А. Тихонов, А.В. Казаков, заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2020104252; заявл. 30.01.2020. Бюл. № 29 от 20.10.2020. – 14 с.

3. Патент № 2734618 РФ, МПК А47J.39/00. СВЧ установка с кольцевым резонатором для размораживания и разогрева коровьего молозива / Г.В. Новикова, А.А. Тихонов, А.В. Казаков, М.В. Белова, О.В. Михайлова, Д.А. Тараканов, заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2020105315; заявл. 04.02.2020. Бюл. № 3 от 21.10.2020. – 14 с.

4. Патент № 2744423 РФ, МПК А47J.39/00. СВЧ установка непрерывно-поточного действия с коническими резонаторами для размораживания и разогрева коровьего молозива / Г.В. Новикова, М.В. Просвирякова, О.В. Михайлова, И.М. Замятина, А.А. Тихонов, Д.В. Тараканов, заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2020131230; заявл. 10.09.2020. Бюл. № 7 от 09.03.2021.– 10 с.

5. Диэлектрический резонатор [электронный ресурс]. – Режим доступа:

ru.other.wiki›wiki/Dielectric_resonator (дата обращения 21.05.2021).

6. Диэлектрические резонаторы. Под редакцией М.Е. Ильченко. – М.: Радио связь, 1989. − 328 с.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в фермах, где содержатся крупный рогатый скот, лошади, верблюды, козы и т.д., для размораживания и разогрева молозива животных. Двухрезонаторная СВЧ установка непрерывно-поточного действия для дефростации и разогрева молозива животных содержит вертикально расположенные соосно установленные цилиндрический неферромагнитный корпус 1, радиопрозрачный цилиндр 5 и диэлектрический сплошной цилиндр 6, боковая сторона которого представлена вогнутыми полуцилиндрами, радиусом, кратным половине длины волны. Боковая сторона цилиндрического неферромагнитного корпуса 1 образована выпуклыми полуцилиндрами, диаметром, равным диаметру вогнутого полуцилиндра. Радиопрозрачный цилиндр 5 и сплошной диэлектрический цилиндр 6 жестко установлены на перфорированный неферромагнитный диск 7, вращающийся от электродвигателя 3, который размещен на верхнем неферромагнитном основании корпуса 1, где предусмотрен запредельный волновод 13 для приема сырья, диаметром, равным диаметру выпуклого полуцилиндра. К перфорированному неферромагнитному диску 7 над областью кольцевого пространства, между цилиндрами 5 и 6, с нижней стороны жестко прикреплены соосно расположенные радиопрозрачные усеченные конические тарелки 12, с межтарелочным пространством не более чем две глубины проникновения волны. К нижнему основанию 9 неферромагнитного корпуса, выполненного в виде кольцевой плоскости, пристыкован конический неферромагнитный резонатор 10, к вершине которого прикреплен запредельный волновод с шаровым краном. Техническим результатом заявленного изобретения является разработка СВЧ установки непрерывно-поточного действия с двумя резонаторами, позволяющими разделить процессы дефростации и разогрева молозива животных, повысить скорость нагрева и обеззараживать, обеспечить электромагнитную безопасность и иметь высокую собственную добротность. 1 табл., 7 ил.

Двухрезонаторная СВЧ установка непрерывно-поточного действия для дефростации и разогрева молозива животных содержит вертикально расположенные соосно установленные цилиндрический неферромагнитный корпус, радиопрозрачный цилиндр и диэлектрический сплошной цилиндр, боковая сторона которого представлена вогнутыми полуцилиндрами, радиусом, кратным половине длины волны,

при этом боковая сторона цилиндрического неферромагнитного корпуса образована выпуклыми полуцилиндрами, диаметром, равным диаметру вогнутого полуцилиндра,

причем радиопрозрачный цилиндр и сплошной диэлектрический цилиндр жестко установлены на перфорированный неферромагнитный диск, вращающийся от электродвигателя, который размещен на верхнем неферромагнитном основании корпуса, где предусмотрен запредельный волновод для приема сырья, диаметром, равным диаметру выпуклого полуцилиндра,

причем к перфорированному неферромагнитному диску над областью кольцевого пространства, между радиопрозрачным и диэлектрическим цилиндрами, с нижней стороны жестко прикреплены соосно расположенные радиопрозрачные усеченные конические тарелки, с межтарелочным пространством не более чем две глубины проникновения волны,

при этом к нижнему основанию неферромагнитного корпуса, выполненного в виде кольцевой плоскости, пристыкован конический неферромагнитный резонатор, к вершине которого прикреплен запредельный волновод с шаровым краном.