Размораживатель молозива с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор Российский патент 2024 года по МПК A47J39/00 A23L3/365 H05B6/62 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермах, где содержится крупный рогатый скот, лошади, верблюды, козы и т.д., для дефростации и разогрева молозива животных.

На фермах КРС молозиво замораживают в пластиковых бутылках, с последующей реализацией в размороженном виде. При этом возникают сложности, связанные с сохранением его кормовой ценности после дефростации в традиционных размораживателях с использованием пароводяной смеси. Из-за длительности процесса снижается кормовая ценность молозива животных до 10-30%, в том числе содержание иммуноглобулинов - в среднем на 8,3%. Поэтому разработка размораживателя молозива с СВЧ энергоподводом, заменяющих традиционный способ дефростации и разогрева молозива в пластиковых бутылках в пароводяной смеси на микроволновую технологию для ускорения процесса, актуальна.

Известен СВЧ-размораживатель со сдвоенными коаксиальными резонаторами для размораживания и разогрева измельченного замороженного молозива (патент №2777113) [1]. Он представлен двумя состыкованными коаксиальными резонаторами с общим основанием. В кольцевом пространстве расположен молокопровод, свернутый в кольцо и фиксированный к перегородке. Продолжение молокопровода проложено через перегородку на последующие ярусы. Недостатки. Сложно уложить толстостенный молокопровод в кольцевых объемах.

Некоторые конструкционные элементы предполагаемого изобретения схожи с узлами тарельчатого фильтра для очистки яичной массы-меланжа. Он содержит фильтр первой ступени в виде трех тарелок. Каждая тарелка собрана из двух элементов. Тарелки установлены на трубе коллекторе. Коллектор соединен с патрубком загрузки. Фильтр второй ступени выполнен в виде цилиндра. Корпус закрыт крышкой [2, стр. 359, Ивашов В.И.].

Научная инновационная идея реализации способа размораживания и разогрева сырья с использованием СВЧ энергии заключается в том, что в экранирующем цилиндрическом корпусе соосно установлен перфорированный коаксиальный (квазикоаксиальный) резонатор, внутренний цилиндр которого заменен неферромагнитным стационарным винтовым шнеком, корпус которого из радиопрозрачного материала вращается вместе с наружным перфорированным цилиндром. Это обеспечивает интенсификацию процесса размораживания и разогрева молозива животных в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, 2450 МГц, 12,24 см) при нахождении замороженных частиц сырья во взвешенном состоянии за счет центробежной силы.

Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса дефростации и разогрева путем применения сверхвысокочастотной энергии сантиметрового диапазона в квазикоаксиальном резонаторе, представленном в виде вращающегося неферромагнитного перфорированного цилиндра с соосно расположенным неферромагнитным винтовым неподвижным шнеком, обеспечивающем непрерывный режим работы.

Для решения заявленного технического результата размораживатель молозива с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор вертикально расположенный неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус с неферромагнитными емкостями приемными и загрузочной, содержащей неферромагнитный измельчающий механизм,

причем внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса соосно расположен коаксиальный резонатор, представленный как соосно расположенные неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр без верхнего основания и неферромагнитные наклонные винты, стационарно установленные в радиопрозрачном перфорированном цилиндре, вращающимся вместе с неферромагнитным перфорированным наружным цилиндром за счет сцепления электроприводной шестерни с зубчатым венцом на его боковой поверхности,

при этом неферромагнитные наклонные винты выполнены с шагом не более двух глубин проникновения волны в сырье и диаметром менее, чем диаметр внутренней поверхности перфорированного радиопрозрачного цилиндра,

причем к наклонному нижнему основанию неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса прикреплена неферромагнитная приемная емкость для разогретого молозива с шаровым краном, а неферромагнитная приемная емкость для отходов расположена под последним неферромагнитным наклонным винтом,

на верхнем основании неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса по периметру со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны воздушного охлаждения, излучатели от которых через волноводы направлены в неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр, где расположены жестко прикрепленные к нему поярусно установленные радиопрозрачные перфорированные эллипсоиды, по центру которых жестко размещен радиопрозрачный перфорированный цилиндр.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг. 1 - технологическая схема размораживателя молозива с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор;

фиг. 2 - пространственное изображение размораживателя молозива с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор (общий вид в разрезе с позициями);

фиг. 3 - пространственное изображение неферромагнитного экранирующего цилиндрического корпуса с перфорированным наружным цилиндром и с радиопрозрачными эллипсоидами, (перфорации не указаны);

фиг.4 - пространственное изображение неферромагнитного экранирующего цилиндрического корпуса без верхнего основания;

фиг. 5 - пространственное изображение неферромагнитного перфорированного наружного цилиндра с радиопрозрачным перфорированным цилиндром, (перфорации не указаны);

фиг. 6 - пространственное изображение радиопрозрачного эллипсоида без перфорации;

фиг. 7 - пространственное изображение неферромагнитного шнека с наклонными винтами;

фиг. 8 - пространственное изображение неферромагнитного экранирующего цилиндрического корпуса с неферромагнитным наружным цилиндром и с радиопрозрачными эллипсоидами без перфорации, в разрезе.

Размораживатель молозива с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор содержит:

- неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус 1;

- неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр 2;

- радиопрозрачные перфорированные эллипсоиды 3;

- радиопрозрачный перфорированный цилиндр 4 (корпус шнека);

- шнек с неферромагнитными наклонными винтами 5;

- зубчатый венец 6;

- шестерню 7 на валу электропривода;

- неферромагнитную приемную емкость 8 для разогретого молозиво с шаровым краном 9;

неферромагнитное нижнее основание 10 неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 1;

- неферромагнитную приемную емкость 11 для отходов с задвижкой;

- магнетроны 12 с волноводами и вентиляторами для охлаждения;

- неферромагнитную загрузочную емкость 13 для замороженного молозива без тары;

- неферромагнитный измельчающий механизм 14.

Размораживатель молозива с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор содержит (фиг. 1-8) в вертикальной плоскости неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус 1 с неферромагнитными емкостями приемными 8, 11 и загрузочной 13, содержащей неферромагнитный измельчающий механизм 14. Внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 1 соосно расположен неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр 2, у которого отсутствует верхнее основание.

Внутри неферромагнитного перфорированного наружного цилиндра 2 соосно расположен неферромагнитный шнек 5 с наклонными винтами, образуя коаксиальный резонатор. Верхним основанием коаксиального резонатора служит верхнее основание неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 1. Известно, что при генерации моды Н0п в цилиндрическом резонаторе не требуется наличие контакта между боковой стенкой и основанием [3]. В стенках резонатора возбуждаются только токи, текущие по окружности цилиндра. Благодаря этому свойству между верхним основанием и неферромагнитным перфорированным наружным цилиндром 2 может существовать зазор. Поэтому в таком конструктивном исполнении коаксиального резонатора (неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр 2, верхнее основание неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 1, неферромагнитные наклонные винты 5 шнека) возбуждается бегущая волна.

Функцию внутреннего цилиндра коаксиального резонатора выполняют неферромагнитные винты 5 шнека, которые стационарно установлены в радиопрозрачном перфорированном цилиндре 4, вращающимся вместе с неферромагнитным перфорированным наружным цилиндром 2 за счет сцепления электроприводной шестерни 7 с зубчатым венцом 6 на боковой его поверхности. К наклонному нижнему основанию 10 неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 1 прикреплена неферромагнитная приемная емкость 8 для разогретого молозива, а неферромагнитная приемная емкость 11 для отходов (сгустки молозива) расположена под нижним основанием 10 неферромагнитного перфорированного наружного цилиндра 2 так, что наклонные винты неферромагнитного шнека 5 направлены в нее.

На верхнем основании неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 1 по периметру, со сдвигом на 120 градусов, установлены магнетроны 12 воздушного охлаждения. Их излучатели через волноводы направлены в неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр 2 коаксиального резонатора, где поярусно, жестко прикрепленные к неферромагнитному перфорированному наружному цилиндру, расположены радиопрозрачные перфорированные эллипсоиды 3, по центру которых жестко размещен радиопрозрачный перфорированный цилиндр 4. - шнек с неферромагнитными наклонными винтами 5 Неферромагнитные наклонные винты 5 шнека выполнены с шагом не более двух глубин проникновения волны в сырье и диаметром менее, чем диаметр внутренней поверхности радиопрозрачного перфорированного цилиндра 4. Неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр 2 и неферромагнитные наклонные винты 5 шнека образуют коаксиальный резонатор.

Технологический процесс размораживания и разогрева молозива происходит следующим образом.

Закрыть задвижку в неферромагнитной приемной емкости 11 для отходов и шаровой кран 9 в неферромагнитной приемной емкости 8 для разогретого

молозива. Загрузить замороженное молозиво без тары в неферромагнитную загрузочную емкость 13. Включить электропривод неферромагнитного перфорированного наружного цилиндра 2 для вращения за счет сцепления шестерни 7 с зубчатым венцом 6 всех жестко закрепленных узлов: радиопрозрачных перфорированных эллипсоидов 3, радиопрозрачного перфорированного цилиндра 4. Включить электропривод неферромагнитного измельчающего механизма 14. После того как измельченное замороженное сырье попадает в радиопрозрачный перфорированный цилиндр 4 (в шнек с неферромагнитными наклонными винтами 5), включить магнетроны 12 и вентиляторы для воздушного охлаждения. Тогда в кольцевом пространстве коаксиального резонатора между неферромагнитным перфорированным наружным цилиндром 2 и неферромагнитными наклонными винтами 5 шнека возбуждается электромагнитное поле бегущей волны [3].

Это обеспечивает интенсификацию процесса размораживания и разогрева молозива животных в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) при нахождении замороженных частиц сырья во взвешенном состоянии за счет центробежной силы. В коаксиальном резонаторе происходит преобразование сверхвысокочастотной энергии в тепловую энергию, выделяемую в объеме сырья. Для обеспечения равномерного выделения тепла по объему сырья оптимизированы:

- размеры и конструкция коаксиального резонатора;

- количество и месторасположение магнетронов;

- скорость перемещения сырья в объеме коаксиального резонатора за счет наклона неферромагнитного винта 5 шнека и частоты вращения неферромагнитного перфорированного наружного цилиндра 2;

- диаметр и шаг наклонного неферромагнитного винта 5 шнека путем согласования с глубиной проникновения волны сантиметрового диапазона в сырье.

Размеры коаксиального резонатора выбраны кратным половины длины волны, и в нем возбуждаются только определенные виды колебаний, а интерференция электромагнитных волн от трех генераторов с фиксированной длиной волны приводит к равномерности воздействия ЭМПСВЧ по объему коаксиального резонатора. Кольцевой объем (резонатор) образован между неферромагнитным перфорированным наружным цилиндром 2 и неферромагнитными наклонными винтами 5 шнека. В связи с тем, что неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр 2 резонатора с радиопрозрачными перфорированными эллипсоидами 3 и радиопрозрачным цилиндром 4 вращаются, измельченное сырье начинает перемещаться между неферромагнитными наклонными винтами 5 шнека, выбрасывается через перфорации радиопрозрачного цилиндра 4, и распределяться в соответствующих радиопрозрачных перфорированных эллипсоидах 3. Так как шаг винтов не более двух глубин проникновения волны в сырье, поэтому замороженные частицы сырья равномерно распределяется внутри радиопрозрачных перфорированных эллипсоидов 3 и за счет центробежной силы окажется во взвешенном состоянии, нагревается равномерно в электромагнитном поле сверхвысокой частоты. При фазовом переходе, жидкая фаза сырья проходит через перфорацию радиопрозрачных эллипсоидов 3, разогревается до 38-39 градусов и сбрасывается через перфорацию неферромагнитного наружного цилиндра 2.

Далее сырье стекает через кольцевое пространство, образованное между неферромагнитным перфорированным наружным цилиндром 2 и неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом 1, в неферромагнитную приемную емкость 8, и через шаровой кран 9 готовый продукт можно слить для выпойки телят.

Отходы (сгустки молозива), которые не проходят через перфорацию радиопрозрачного цилиндра 4 (корпуса шнека) с последнего неферромагнитного наклонного винта 5 сбрасываются в неферромагнитную приемную емкость 11 для отходов. Управление эффективными режимами облегчается за счет возможности регулирования: мощности СВЧ генераторов, частоты вращения коаксиального резонатора, объема загрузки сырья в коаксиальный резонатор путем изменения частоты вращения неферромагнитного измельчающего механизма 14.

Особенностью шнека с неферромагнитными наклонными винтами 5, выполняющими одновременно функцию замедляющей системы (ограничение излучений через неферромагнитную загрузочную емкость 13 для подачи замороженного сырья и через неферромагнитную приемную емкость 11 для выгрузки отходов) является, то, что замедление электромагнитной волны в направлении продольной оси шнека не зависит от частоты электромагнитного поля, а зависит только от диаметра и шага винта.

Источники информации:

1. Патент №2777113 РФ, МПК A47J. 39/00. СВЧ установка со сдвоенными кольцевыми резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных / Новикова Г.В., Тараканов Д.А., Просвирякова М.В., Михайлова О.В., Зиганшин Б.Г.; патентообладатель НГИЭУ. №2021137695; заявл. 20.12.2021, опубл. 01.08.2022. Бюл. №22.

2. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. 4.1. Оборудование для убоя и первичной обработки. М.: Колос, 2001.552 с.

3. Стрекалов А.В., Стрекалов Ю.А. Электромагнитные поля и волны. М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. 375 с.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Размораживатель молозива с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор содержит вертикально расположенный неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус с неферромагнитными емкостями приемными и загрузочной, содержащей неферромагнитный измельчающий механизм, причем внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса соосно расположен коаксиальный резонатор, представленный как соосно расположенные неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр без верхнего основания и неферромагнитные наклонные винты, стационарно установленные в радиопрозрачном перфорированном цилиндре, вращающемся вместе с неферромагнитным перфорированным наружным цилиндром за счет сцепления электроприводной шестерни с зубчатым венцом на его боковой поверхности, при этом неферромагнитные наклонные винты выполнены с шагом не более двух глубин проникновения волны в сырье и диаметром менее, чем диаметр внутренней поверхности перфорированного радиопрозрачного цилиндра, причем к наклонному нижнему основанию неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса прикреплена неферромагнитная приемная емкость для разогретого молозива с шаровым краном, а неферромагнитная приемная емкость для отходов расположена под последним неферромагнитным наклонным винтом, на верхнем основании неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса по периметру со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны воздушного охлаждения, излучатели от которых через волноводы направлены в неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр, где расположены жестко прикрепленные к нему поярусно установленные радиопрозрачные перфорированные эллипсоиды, по центру которых жестко размещен радиопрозрачный и перфорированный цилиндр. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс дефростации и разогрева. 8 ил.

Размораживатель молозива с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор, содержащий вертикально расположенный неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус с неферромагнитными емкостями приемными и загрузочной, содержащей неферромагнитный измельчающий механизм, причем внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса соосно расположен коаксиальный резонатор, представленный как соосно расположенные неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр без верхнего основания и неферромагнитные наклонные винты, стационарно установленные в радиопрозрачном перфорированном цилиндре, вращающемся вместе с неферромагнитным перфорированным наружным цилиндром за счет сцепления электроприводной шестерни с зубчатым венцом на его боковой поверхности, при этом неферромагнитные наклонные винты выполнены с шагом не более двух глубин проникновения волны в сырье и диаметром менее, чем диаметр внутренней поверхности перфорированного радиопрозрачного цилиндра, причем к наклонному нижнему основанию неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса прикреплена неферромагнитная приемная емкость для разогретого молозива с шаровым краном, а неферромагнитная приемная емкость для отходов расположена под последним неферромагнитным наклонным винтом, на верхнем основании неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса по периметру со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны воздушного охлаждения, излучатели от которых через волноводы направлены в неферромагнитный перфорированный наружный цилиндр, где расположены жестко прикрепленные к нему поярусно установленные радиопрозрачные перфорированные эллипсоиды, по центру которых жестко размещен радиопрозрачный и перфорированный цилиндр.