СВЧ-УСТАНОВКА С ТОРОИДАЛЬНЫМ РЕЗОНАТОРОМ ДЛЯ ДЕФРОСТАЦИИ МОЛОЗИВА ЖИВОТНЫХ В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ Российский патент 2023 года по МПК H05B6/64 A47J39/00 

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

Перед кормлением молодняка животных молозиво размораживают и разогревают до 38-40°С. Это требует длительного времени. После медленного процесса размораживания кормовая ценность молозива заметно снижается. Чтобы сократить продолжительность процесса при использовании сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии для размораживания, можно привести следующие данные по традиционным способам размораживания молозива. Продолжительность размораживания - 2 часа в традиционных размораживателях с пароводяной системой, где размещается 6 пластиковых бутылок по 1,5 л молозива. С помощью установки с источником энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (2450 МГц, длина волны 12,24 см) разморозить можно за 7-10 мин., т.е. происходит существенное снижение продолжительности процесса, и следовательно, сохранение кормовой ценности молозива животных. Глубина проникновения сантиметровых волн в замороженное сырье в процессе размораживания уменьшается. Например, при температуре минус 10°С она составляет 3-4 см, а при температуре минус 1°С - 1,1-1,5 см.

При рациональной конфигурации двух состыкованных объемных резонаторов и компоновке рабочих органов СВЧ установки, и обеспечении высокой напряженности электрического поля и необходимой дозы воздействия на сырье разного агрегатного состояния, ожидается уменьшение продолжительности дефростации и разогрева молозива с сохранением кормовой ценности.

Известна СВЧ установка состыкованными резонаторами, такими как конический и тороидальный резонаторы (патент №2752938). Она содержит резонаторы с общим перфорированным основанием [1]. Тороидальный резонатор представлен конденсаторной частью, отделенной перфорированным диэлектрическим кольцевым основанием от кольцевой части резонатора.

Преимущества. Возможность обеспечения высокой напряженности электрического поля (ЭП) в обоих резонаторах, электромагнитной безопасности при непрерывном режиме работы.

Недостатки. Термообработку сырья возможно осуществлять только в измельченном виде. В коническом резонаторе равномерного распределения электромагнитного поля без диссекторов весьма затруднительно.

Инновационная идея состоит в том, что конструкционное исполнение тороидального резонатора прямоугольного сечения обеспечивает перемещение в торе на уровне конденсаторной части (емкостного зазора) замороженного сырья в пластиковых бутылках, наклоненных горлышкой к центру, по диэлектрической круглой платформе толщиной, уменьшающейся к центру. А жидкое сырье разогревается и стерилизуется при высокой напряженности ЭП в керамическом цилиндре, расположенном в конденсаторной части, позволяющем сконцентрировать энергию электромагнитных излучений в сырье.

Технический результат достигается тем, что содержит тороидальный резонатор, состоящий из тора прямоугольного сечения и конденсаторной части, внутри которой соосно установлена диэлектрическая круглая платформа, диаметром, равным диаметра резонатора и толщиной, уменьшающейся к центру, на уровне емкостного зазора,

причем над диэлектрической платформой расположен ротор с диэлектрическими лопастями и электроприводом,

при этом в конденсаторной части на нижнюю пластину соосно установлен керамический цилиндр, куда пристыкован запредельный волновод с шаровым краном,

причем на кольцевых основаниях резонатора, средний периметр которых кратен половине длины волны, имеются отверстия для тары, состыкованные с соответствующими шлюзовыми затворами.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:

фиг. 1 - пространственное изображение СВЧ установки с тороидальным резонатором для дефростации молозива животных в непрерывном режиме (общий вид, наклоненный);

фиг. 2 - пространственное изображение СВЧ установки с тороидальным резонатором для дефростации молозива животных в непрерывном режиме (общий вид спереди);

фиг. 3 - пространственное изображение СВЧ установка с тороидальным резонатором для дефростации молозива животных в непрерывном режиме в разрезе с позициями;

фиг. 4 - пространственное изображение СВЧ установка с тороидальным резонатором для дефростации молозива животных в непрерывном режиме (в разрезе, вид спереди);

фиг. 5 - пространственное изображение СВЧ установки с тороидальным резонатором для дефростации молозива животных в непрерывном режиме (в разрезе);

фиг. 6 - схематическое изображение процесса движения сырья в пластиковых бутылках в СВЧ установке;

фиг. 7 - тороидальный резонатор с керамическим цилиндром в конденсаторной части.

СВЧ установка с тороидальным резонатором для дефростации молозива животных в непрерывном режиме содержит:

- шлюзовой затвор 1;

- отсеки роторного питателя 2;

- тороидальный резонатор 3;

- молозиво в пластиковой бутылке 4;

- диэлектрическую наклонную платформу 5;

- волновод, магнетрон и вентилятор 6;

- ротор с диэлектрическими лопастями 7 с электроприводом;

- керамический цилиндр 8 в конденсаторной части резонатора;

- тороидальную часть резонатора 9;

- шлюзовой затвор 10;

- шаровой кран в запредельном волноводе 11.

Тороидальный резонатор 3 состоит из тора 9 прямоугольного сечения и конденсаторной части, внутри которой соосно установлена диэлектрическая круглая платформа 5, диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, уменьшающейся к центру. Над диэлектрической наклоненной платформой 5 расположен ротор 7 с диэлектрическими лопастями и электроприводом.

В конденсаторной части на нижнюю пластину соосно установлен керамический цилиндр 8, куда пристыкован запредельный волновод 11 с шаровым краном. На кольцевых верхних и нижних основаниях резонатора 3, средний периметр которых кратен половине длины волны, имеются отверстия для тары, состыкованные с соответствующими шлюзовыми затворами 1, 10. Они представлены как роторные питатели, где размеры отсеков 2 соответствуют размерам пластиковых бутылок.

Итак, СВЧ установка с тороидальным резонатором выполнена с содержанием диэлектрической круглой платформы 5 с уменьшающейся к центру толщиной в тороидальной части. Платформа предназначена для перемещения замороженного в пластиковых бутылках молозива. В конденсаторную часть направлена открытая часть бутылки. По мере послойного размораживания сырья в тороидальной части, т.е. при фазовом переходе с замороженного состояния в жидкое состояние. Размороженное сырье стекает в керамический цилиндр 8. Он позволяет сконцентрировать энергию электромагнитного поля в (ЭМП) жидком сырье. В конденсаторной части резонатора возбуждается электрическое поле высокой напряженности, позволяющее резко увеличить скорость диэлектрического нагрева, снизить бактериальную обсемененность, сохраняя кормовую ценность сырья.

В тороидальном резонаторе происходит явление резонанса, в котором вследствие граничных условий возможно существование на определенных длинах волн колебаний в виде бегущей и стоячей волны.

Для фокусировки электромагнитных полей используют линзы, в данной конструкции предложена керамическая емкость, позволяющая концентрировать электромагнитное поле и осуществлять функцию накопительной емкости для размороженного сырья. Керамика обладает малыми потерями, тангенс угла диэлектрических потерь составляет всего 10^-3. В тороидальном резонаторе роль сосредоточенной емкости играет плоский зазор в центре резонатора, куда размещена керамическая емкость, а роль сосредоточенной индуктивности - тороидальная поверхность. Для инженерной практики наибольший интерес представляет колебание основного типа, когда электрическое поле в основном сосредотачивается в центральной части резонатора (конденсаторной части), а магнитное поле в тороидальной части. В случае расположения пластиковых бутылок с замороженным сырьем на уровне конденсаторной части диэлектрический нагрев происходит при дозе, отличающей от дозы воздействия ЭМПСВЧ в конденсаторной части. Сырье размораживается и стекает в керамическую емкость, расположенную в конденсаторной части резонатора, где напряженность электрического поля намного выше и зависит от емкостного зазора. Керамическая емкость способствует концентрации ЭМП в сырье.

Технологический процесс дефростации и разогрева молозива животных происходит следующим образом.

Закрыть шаровой кран 11. Включить электропривод ротора с диэлектрическими лопастями 7. Включить электропривод шлюзового затвора 1. Загрузить бутылки с замороженным сырьем в отсеки 2 с открытой крышкой в сторону центра резонатора. Как только бутылка 4 окажется в резонаторе под наклоном и начнет перемещаться в тороидальной части резонатора на уровне емкостного зазора, включить генераторы (магнетроны 6) на определенную мощность. Доза воздействия ЭМПСВЧ такова, что за один оборот весь объем замороженного сырья размораживается и стекает в керамическую емкость. Здесь размороженное молозиво нагревается до 38-40°С, обеззараживается за счет высокой напряженности электрического поля. Керамическая боковая поверхность цилиндрической емкости 8 способствует концентрацию ЭМП, снижает потери, а, следовательно, увеличивает собственную добротность резонатора (КПД установки). Открыть шаровой кран 11 и слить готовую продукцию для выпойки телят. В связи с тем, что диэлектрическая платформа имеет отверстие над шлюзовым затвором 10, пустые бутылки падают через отверстия на диэлектрической платформе и на нижнем основании резонатора в отсеки шлюзового затвора 10.

Шлюзовые затворы 1, 10 обеспечивают электромагнитную безопасность при работе установки в непрерывном режиме. По окончании процесса подготовки молозива к выпойке выключить генераторы 6, остановить электроприводы лопастного ротора, шлюзовых затворов 1, 10 ротора, промыть керамическую емкость, для этого залить с помощью шланга моющее средство и слить через запредельный волновод при открытом шаровом кране 11.

Малая продолжительность перехода из замороженного агрегатного состояние в жидкое состояние обеспечивает высокое качество продукта с сохранением кормовой ценности. Скорость передвижения пластиковых бутылок 4 зависит от мощности генераторов и от объема сырья в резонаторе.

Источники информации

1. Патент №2752938 РФ, ΜПК A47J 39/00. Двухмодульная СВЧ установка непрерывно-поточного действия для размораживания и разогрева коровьего молозива / Г.В. Новикова, М.В. Просвирякова, О.В. Михайлова, И.Г. Ершова, Д.А. Тараканов, А.А. Тихонов; заявитель и патентообладатель НГИЭУ. №2020141711; заявл. 17.12.2020; опубл. 11.08.2021. Бюл. №23.

Изобретение относится к СВЧ установке для дефростации молозива животных, 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 тороидальным резонатором для дефростации молозива животных в непрерывном режиме содержит тороидальный резонатор 3, состоящий из тора 9 прямоугольного сечения и конденсаторной части. Внутри резонатора соосно установлена диэлектрическая круглая платформа 5 диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, уменьшающейся к центру, на уровне конденсаторной части. Над диэлектрической платформой 5 расположен ротор 7 с диэлектрическими лопастями, вращающийся от электропривода. В конденсаторной части на нижнюю пластину соосно установлен керамический цилиндр 8, куда пристыкован запредельный волновод с шаровым краном 11, через нижнее основание резонатора. На кольцевых основаниях резонатора, средний периметр которых кратен половине длины волны, имеются отверстия для тары, состыкованные с соответствующими шлюзовыми затворами 1, 10. Техническим результатом является повышение скорости диэлектрического нагрева, снижение количества бактерий, обеспечение высокого качества продукта с сохранением кормовой ценности. 7 ил.

СВЧ установка с тороидальным резонатором для дефростации молозива животных в непрерывном режиме, содержащая тороидальный резонатор, состоящий из тора прямоугольного сечения и конденсаторной части, внутри которой соосно установлена диэлектрическая круглая платформа диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, уменьшающейся к центру, на уровне емкостного зазора,

причем над диэлектрической платформой расположен ротор с диэлектрическими лопастями и электроприводом,

при этом в конденсаторной части на нижнюю пластину соосно установлен керамический цилиндр, куда пристыкован запредельный волновод с шаровым краном,

причем на кольцевых основаниях резонатора, средний периметр которых кратен половине длины волны, имеются отверстия для тары, состыкованные с соответствующими шлюзовыми затворами.