СВЧ установка с соосно состыкованными цилиндрическим и ко-аксиальным резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных Российский патент 2022 года по МПК A47J39/00 

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

Во всех известных СВЧ установках [1-4] транспортирование замороженного сырья через объемный резонатор осуществляется либо с помощью контейнеров, если в пластиковых бутылках, либо в измельченном виде с использованием перемешивающего механизма.

В установках реализовывается научная инновационная идея − использование сдвоенных резонаторов, рассчитанных на разные агрегатные состояния молозива животных, имеющих существенные отличия по электрофизическим и теплофизическим параметрам при его дефростации и разогреве.

Целью работы является сохранение кормовой ценности молозива животных за счет сокращения длительности технологического процесса дефростации и разогрева путем разработки СВЧ установки непрерывно-поточного действия с резонаторами, обеспечивающими воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты в процессе раздробления замороженных брикетов сырья и разделения, при изменении агрегатного состояния молозива животных, на дефростацию и разогрев.

Один резонатор предназначен дефростации от минус 15 ^оС до 0, другой резонатор − для разогрева до 38-40 ^оС. Сдвоенные резонаторы должны разделять сырье при температуре, равной температуре фазового превращения.

Известна дробильно-просеивающая установка [5, стр. 490], где дробление шквары осуществляют молотками, шарнирно закрепленными на дисках вертикального вала. Вал установлен в двух подшипниковых опорах и муфтой соединен с валом электродвигателя.

Технический результат достигается тем, СВЧ установка для дефростации и разогрева молозива животных, содержащая коаксиальный неферромагнитный резонатор, соосно состыкованный с ним в вертикальной плоскости перфорированный неферромагнитный цилиндрический резонатор, расположенный в коаксиальном неферромагнитном резонаторе с молотковой дробилкой, включающей поярусно расположенные на диэлектрическом валу двояковыпуклые керамические диски и шарнирно закрепленные диэлектрические молотки, при этом коаксиальный неферромагнитный резонатор имеет перфорированное нижнее кольцевое основание, под которым установлена неферромагнитная коническая приемная емкость с шаровым краном, причем неферромагнитная загрузочная емкость имеет заслонку и пристыкована к верхнему основанию перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора, а к боковым поверхностям обоих резонаторов со сдвигом на 120 градусов через волноводы прикреплены магнетроны воздушного охлаждения, диаметр перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора и средний периметр коаксиального неферромагнитного резонатора кратны половине длины волны.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:

фиг. 1 − пространственное изображение СВЧ установки с соосно состыкованными цилиндрическим и коаксиальным резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных (общий вид);

фиг. 2 − схематическое изображение СВЧ установки с соосно состыкованными цилиндрическим и коаксиальным резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных;

фиг. 3 – пространственное изображение СВЧ установки с соосно состыкованными цилиндрическим и коаксиальным резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных (в разрезе с позициями);

фиг. 4 – пространственное изображение молотковой дробилки.

СВЧ установки с соосно состыкованными цилиндрическим и коаксиальным резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных (фиг. 3) содержит:

- магнетроны 1 на поверхности перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора;

- электропривод 2 молотковой дробилки;

- перфорированный неферромагнитный цилиндрический резонатор 3;

- двояковыпуклые керамические диски 4;

- диэлектрические молотки 5;

- коаксиальный неферромагнитный резонатор 6;

- перфорированное неферромагнитное кольцевое основание 7 коаксиального резонатора;

- сплошное неферромагнитное основание 8 перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора 3;

- диэлектрический вал на подшипниках 9;

- коническую приемную емкость 10 из неферромагнитного материала;

- шаровой кран 11;

- магнетроны 12 воздушного охлаждения на поверхности коаксиального резонатора;

- загрузочную емкость 13 из неферромагнитного материала с заслонкой.

СВЧ установка (фиг. 1-4) с соосно состыкованными цилиндрическим и коаксиальным резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных в вертикальной плоскости содержит соосно расположенные в коаксиальном неферромагнитном резонаторе 6 перфорированный неферромагнитный цилиндрический резонатор 3 и молотковую дробилку 4, 5, 9. Молотковая дробилка представлена из поярусно расположенных двояковыпуклых керамических дисков 4 на диэлектрическом валу 9, и диэлектрическими молотками 5, закрепленными шарнирно. Нижнее кольцевое основание 7 коаксиального неферромагнитного резонатора 6 перфорировано, а под ним установлена неферромагнитная коническая приемная емкость 10 с шаровым краном 11, а неферромагнитная загрузочная емкость 13 с заслонкой пристыкована к верхнему основанию перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора 3. Магнетроны 1, 12 воздушного охлаждения прикреплены через волноводы к боковым поверхностям обоих резонаторов 3, 6 со сдвигом на 120 градусов. Перфорированный цилиндр 3 служит одновременно внутренним цилиндром для коаксиального неферромагнитного резонатора. Средний периметр коаксиального неферромагнитного резонатора 6 и диаметр перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора 3 кратны половине длины волны (длина волны 12,24 см).

Использование керамических двояковыпуклых дисков 4 (диэлектрической проницаемость 5,2) как части перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора позволяет поддерживать свободные электромагнитные колебания разных видов, удовлетворяющие условиям полного внутреннего отражения (малые радиационные потери). Керамика обладает малыми тепловыми потерями, так как тангенс угла диэлектрических потерь всего 3∙10^-3, следовательно, собственная добротность цилиндрического перфорированного резонатора с керамическими дисками выше, чем без керамических дисков. Падающие и отраженные волны фокусируются в определенных местах, в зависимости от расположения излучателей, выпуклости диска. Концентрация энергии ЭМПСВЧ в объеме резонатора и уменьшение потерь на излучение достигается благодаря применению двояковыпуклых керамических дисков [6].

Принцип действия диэлектрической молотковой дробилки 4, 5 заключается в разрушении замороженных брикетов ударом быстровращающихся рабочих органов-молотков, ударом отбрасываемого молотками 5 куски брикетов о перфорированную поверхность цилиндрического резонатора 3 и истиранием сырья о поверхность [7, стр. 374]. Поступающие замороженные брикеты молозива в зону вращения молотков разрушаются посредством их удара. При этом основное значение имеют скорость молотков и структурно-механические свойства замороженного сырья, угол встречи рабочей поверхности молотка с замороженным сырьем. Окружная скорость молотков − в пределах 50-100 м/с, в зависимости от размеров брикетов замороженного сырья. Сырье подвергается многократному удару, затем в результате вращения молотков и воздушного потока, создаваемого керамическими дисками, частицы сырья вовлекаются во вращательное движение, что приводит к истиранию на поверхности перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора. Степень измельчения брикетов и скорость изменения агрегатного состояния молозива зависит от дозы воздействия ЭМПСВЧ, от окружной скорости молотков, их числа. Молотковые дробилки имеют небольшие габариты и высокую производительность.

Технологический процесс дефростации и разогрева молозива животных в СВЧ установке происходит следующим образом. Замороженные брикеты размером менее четверти длины (3 см) волны загружают в загрузочную емкость 13, на дне которой имеется закрытое заслонкой отверстие, диаметр которого не более четверти длины волны (3,08 см). Закрыть шаровой кран 11 и включить электропривод 2 молотковой дробилки 4, 5. Открыть заслонку в загрузочной емкости 13 и включить сверхвысокочастотные генераторы (магнетроны 1). В перфорированном неферромагнитном цилиндрическом резонаторе возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, 2450 МГц, длина волны 12,24 см). При открытии заслонки замороженные брикеты попадают в перфорированный неферромагнитный цилиндрический резонатор 3, так как при высоких оборотах молотковой дробилки происходит вибрация установки. Сырье эндогенно нагревается в процессе прохождения через зону дробления и размороженное сырье центробежными силами выбрасывается через перфорированную боковую поверхность цилиндрического резонатора 3 в коаксиальный резонатор 6, где уже возбуждено ЭМПСВЧ с помощью генераторов 12. Жидкое сырье в распыленном состоянии в коаксиальном резонаторе разогревается до температуры 38-40 ^оС намного быстрее, чем в жидком состоянии. Вязкость разогретого сырья жирностью 6,4-7 % уменьшается, и жидкость протекает через перфорацию кольцевого основания 7 коаксиального неферромагнитного резонатора 6 и накапливается в приемной емкости 10. Открывая шаровой кран 11 можно слить разогретый продукт в емкость для поения телят.

СВЧ установка работает в непрерывном режиме с обеспечением электромагнитной безопасности, так как отверстие в загрузочной емкости менее четверти длины волны, в приемной емкости установлен шаровой кран 11. Доза воздействия в каждом резонаторе разная, она регулируется изменением мощности генератора и массой загрузки сырья. При фазовом переходе из замороженного состояния в жидкое состояние молозиво окажется в коаксиальном неферромагнитном резонаторе 6.

Итак, двухрезонаторная СВЧ установка позволяет реализовать способ дефростации и разогрева молозива в разных дозах, в зависимости от агрегатного его состояния сырья. При этом за счет дробления замороженного сырья процесс дефростации ускоряется при равномерном нагреве сырья, а значит, сохраняется кормовая ценность молозива.

Источники информации:

1. Патент № 2694944 РФ, МПК А47J39/00. Микроволновая установка для размораживания коровьего молозива / Поручиков Д. В., Васильев А. Н., Ершова И.Г., Новикова Г.В., Белова М.В.; заявитель и патентообладатель ВИМ. № 2018143727; заявл. 11.12.2018, опубл. 18.07.2019. Бюл. № 20.

2. Патент № 2752938 РФ, МПК А47J.39/00. Двухмодульная СВЧ установка непрерывно-поточного действия для размораживания и разогрева коровьего молозива / Новикова Г.В., Просвирякова М.В., Михайлова О.В., Ершова И.Г., Тараканов Д.А., Тихонов А.А.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). № 2020141711; заявл. 17.12.2020; опубл. 11.08.2021. Бюл. № 23.

3. Патент № 2752941 РФ, МПК А47J.39/00.Радиогерметичная многорезонаторная установка для размораживания молозива животных / Новикова Г. В., Просвирякова М.В., Михайлова О.В., Ершова И.Г., Зиганшин Б.Г., Тараканов Д.А.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2020141715; заявл. 10.09.2020; заявл. 17.12.2020; опубл. 11.08.2021. Бюл. № 23.

4. Патент № 753424РФ, МПК А47J.39/00. СВЧ установка непрерывно-поточного действия с квазистационарными тороидальными резонаторами для размораживания и разогрева молозива животных / Новикова Г.В., Сторчевой В. Ф., Просвирякова М.В., Михайлова О.В., Ершова И.Г., Тараканов Д.А.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). № 2021104198; заявл. 19.02.2021, опубл. 16.08.2021. Бюл. № 9.

5. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Ч. 1. Оборудование для убоя и первичной обработки. М.: Колос, 2001. 552 с.

6. Диденко А.Н. СВЧ-энергетика: Теория и практика. М.: Наука, 2003. 446 с.

7. Бутковский В.А., Мельников Е.М. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства. М.: Агропромиздат, 1989. 464 с.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в фермах, где содержится крупный рогатый скот, лошади, верблюды, козы и т.д., для дефростации и разогрева молозива животных. СВЧ установка с соосно состыкованными цилиндрическим и коаксиальным резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных в вертикальной плоскости содержит соосно расположенные в коаксиальном неферромагнитном резонаторе 6 перфорированный неферромагнитный цилиндрический резонатор 3 и молотковую дробилку 4, 5, 9. Молотковая дробилка представлена из поярусно расположенных двояковыпуклых керамических дисков 4 на диэлектрическом валу 9 и диэлектрических молотков 5, закрепленных шарнирно. Нижнее кольцевое основание 7 коаксиального резонатора 6 перфорировано, а под ним установлена неферромагнитная коническая приемная емкость 10 с шаровым краном 11, а неферромагнитная загрузочная емкость 13 с заслонкой пристыкована к верхнему основанию цилиндрического перфорированного резонатора 3. Магнетроны 1, 12 воздушного охлаждения прикреплены через волноводы к боковым поверхностям обоих резонаторов 3, 6 со сдвигом на 120 градусов. Диаметр перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора 3 и средний периметр коаксиального неферромагнитного резонатора 6 кратны половине длины волны. Изобретение обеспечивает сохранение кормовой ценности молозива животных за счет сокращения длительности технологического процесса дефростации и разогрева. 4 ил.

СВЧ установка для дефростации и разогрева молозива животных, содержащая коаксиальный неферромагнитный резонатор, соосно состыкованный с ним в вертикальной плоскости перфорированный неферромагнитный цилиндрический резонатор, расположенный в коаксиальном неферромагнитном резонаторе с молотковой дробилкой, включающей поярусно расположенные на диэлектрическом валу двояковыпуклые керамические диски и шарнирно закрепленные диэлектрические молотки, при этом коаксиальный неферромагнитный резонатор имеет перфорированное нижнее кольцевое основание, под которым установлена неферромагнитная коническая приемная емкость с шаровым краном, причем неферромагнитная загрузочная емкость имеет заслонку и пристыкована к верхнему основанию перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора, а к боковым поверхностям обоих резонаторов со сдвигом на 120 градусов через волноводы прикреплены магнетроны воздушного охлаждения, диаметр перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора и средний периметр коаксиального неферромагнитного резонатора кратны половине длины волны.