СВЧ установка со щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме Российский патент 2024 года по МПК C11B1/12 C11B13/00 H05B6/64 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермерских хозяйствах для вытопки жира из измельченного жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме.

Существует оборудование для тепловой обработки жирового сырья: это аппараты, работающие по способу непрямого контакта – котлы с рубашкой, а также шнековые аппараты с рубашкой.

Есть непрерывно-поточные линии для вытопки жира в короткие промежутки времени, различающиеся конструкциями отдельного оборудования, например, измельчитель-плавитель АВЖ-245. Основными рабочими органами которого являются перфорированный барабан, подвижный нож (для предварительного измельчения и отбрасывания его к внутренней поверхности барабана) и неподвижные ножи [1, стр. 260]. Под действием центробежной силы измельченное жиросодержащее сырье вдавливается в отверстие перфорации барабана, подрезается ножами и попадает в пространство между корпусом и барабаном, куда подается острый пар. Контакт пара с сырьем обеспечивает эффективное использование теплоты, но снижает потребительские показатели жира и шквары.

Прототипом является СВЧ установка для термообработки мясного сырья в процессе массирования в рассоле [2, патент № 2650540]. Сверхвысокочастотная установка циклического действия для термообработки мясного сырья состоит из цилиндрического экранирующего корпуса с крышкой и со сливным патрубком. Внутри корпуса имеется неферромагнитный цилиндрический электроприводной резонатор, выполненный в виде беличьей клетки. На крышке экранирующего корпуса расположен генераторный блок, так что излучатель направлен в открытый цилиндрический резонатор. Недостатком является то, что установка работает в циклическом режиме.

Научная проблема – низкая эффективность технических средств для термообработки мясных отходов при циклическом режиме работы СВЧ установки решается за счет вытопки жира из измельченного жиросодержащего мясного сырья в неферромагнитном цилиндрическом электроприводном щелевом резонаторе с сверхвысокочастотным энергоподводом.

Целью является разработка технологии и СВЧ установки с неферромагнитным электроприводным цилиндрическим щелевым резонатором для термообработки измельченных мясных отходов в непрерывном режиме с реализацией двух инновационных идей:

1) возможность рекуперации электромагнитной мощности в кольцевом объеме, излучаемой системой первичных источников в цилиндрическом щелевом резонаторе;

2) возможность возбуждения электромагнитного поля сверхвысокой частоты в неферромагнитном электроприводном цилиндрическом щелевом резонаторе без верхнего основания.

Техническая задача – разработать конструктивное исполнение установки с сверхвысокочастотным энергоподводом в неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор для термообработки сырья в непрерывном режиме.

Для достижения заявленного технического СВЧ установка с щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме (фиг. 1-6) содержит:

в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе, на верхнем основании которого по периметру со сдвигом на 120 градусов размещены магнетроны с волноводами и вентиляторами, так, что излучатели направлены в внутрь неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора, а по центру неферромагнитная загрузочная емкость с неферромагнитной задвижкой, соосно расположенный неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор,

причем средний периметр кольцевого объема между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом и неферромагнитным электроприводным цилиндрическим щелевым резонатором кратен половине длины волны, а зазор между их боковыми поверхностями равен не менее, чем половине длины волны,

а под нижним наклонным основанием неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса, где имеется отверстие на стыке с его боковой поверхностью, размещена неферромагнитная приемная емкость с шаровым краном,

причем боковая поверхность неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора представлена как вертикально расположенные неферромагнитные стержни с щелями между ними, и одни концы стержней прикреплены к нижнему неферромагнитному основанию по его периметру, а другие концы стержней прикреплены к верхнему неферромагнитному ободку,

причем зазор между верхним неферромагнитным ободком и верхним основанием неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса не более четверти длины волны,

а внутри неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора соосно расположена керамическая электроприводная перфорированная воронка, прикрепленная к нижнему его основанию, под которой, жестко к нижнему наклонному основанию неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса, прикреплен патрубок,

при этом неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор и керамическая перфорированная воронка прикреплены на фторопластовый электроприводной вал.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

1) схематическое изображение СВЧ установки с щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме (фиг. 1);

2) пространственные изображения:

- СВЧ установки с щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме общий вид в разрезе, с позициями (фиг. 2);

- неферромагнитного щелевого резонатора в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе (фиг. 3);

- неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса с магнетронами (фиг. 4);

- неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора (фиг. 5);

- керамической перфорированной электроприводной воронки (фиг. 6);

СВЧ установка с щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме (фиг. 1-6) содержит:

- неферромагнитную загрузочную емкость 1 с неферромагнитной задвижкой;

- неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус 2;

- магнетроны 3 воздушного охлаждения с волноводами и вентиляторами.

- неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор 4;

- керамическую электроприводную перфорированную воронку 5;

- неферромагнитное наклонное нижнее основание 6 неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2;

- неферромагнитный патрубок 7 (запредельный волновод);

- фторопластовый электроприводной вал 8;

- неферромагнитную приемную емкость 9 с шаровым краном;

- кольцевой объем 10 между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом 2 и неферромагнитным электроприводным цилиндрическим щелевым резонатором 4.

СВЧ установка с щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме (фиг. 1-6) содержит в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе 2 соосно расположенный неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор 4.

На верхнем основании неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2, по периметру со сдвигом на 120 градусов размещены магнетроны 3 с волноводами и вентиляторами так, что излучатели направлены в неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор 4, а по центру неферромагнитная загрузочная емкость 1 с неферромагнитной задвижкой. Средний периметр кольцевого объема 10 между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом 2 и неферромагнитным электроприводным цилиндрическим щелевым резонатором 4 кратен половине длины волны, а зазор между их боковыми поверхностями равен не менее, чем половине длины волны. Под нижним наклонным основанием 6 неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2, где имеется отверстие на стыке с его боковой поверхностью, размещена неферромагнитная приемная емкость 9 с шаровым краном. Боковая поверхность неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора 4 представлена как вертикально расположенные неферромагнитные стержни со щелями между ними, одни концы стержней прикреплены к нижнему неферромагнитному основанию по его периметру, а другие концы стержней прикреплены к верхнему неферромагнитному ободку.

Зазор между верхним неферромагнитным ободком и верхним основанием неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2 не более четверти длины волны. Внутри неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора 4 соосно расположена керамическая электроприводная перфорированная воронка 5 (диаметр отверстий 1,2-6 мм), жестко прикрепленная к нижнему его основанию. Керамическая воронка обеспечивает концентрацию энергии ЭМПСВЧ в сырье и уменьшает потери на излучение, так как обладает малыми диэлектрическими потерями [3, стр. 360]. Под керамической электроприводной перфорированной воронкой жестко прикреплен к нижнему основанию 6 неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2, патрубок 7. При этом неферромагнитный цилиндрический щелевой резонатор 4 и керамическая перфорированная воронка 5 закреплены на фторопластовый электроприводной вал.

Технологический процесс происходит следующим образом.

Загрузить предварительно измельченное жиросодержащее мясное сырье в неферромагнитную загрузочную емкость 1 при закрытой неферромагнитной задвижке. Включить электропривод, после чего начинают вращаться неферромагнитный цилиндрический щелевой резонатор 4 и керамическая электроприводная перфорированная воронка 5. Они прикреплены к фторопластовому валу 8 от электропривода. Открыть неферромагнитную задвижку в неферромагнитной приемной емкости 1, после чего жиросодержащее измельченное мясное сырье поступает в неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор 4. Далее включить все вентиляторы и магнетроны 3, излучатели которых направлены в щелевой резонатор 4, где возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты. Измельченное сырье в электроприводном щелевом резонаторе 4 за счет токов поляризации равномерно нагревается (в соответствии с глубиной проникновения волны 5-11 см) во взвешенном состоянии, из сырья вытапливается жир при перемешивании, а за счет центробежной силы вытопленный жир просачивается через щели между стержнями, которые образуют боковую поверхность щелевого цилиндрического резонатора 4. Шквара с сырьем в керамической электроприводной воронке 5 продолжает нагреваться в ЭМПСВЧ, а вытопленный жир вытекает через перфорацию, а шквара выгружается через неферромагнитный патрубок 7, который одновременно служит запредельным волноводом.

Вытопленный жир по наклонному основанию стекает в приемную емкость 9, откуда открывая шаровой кран можно слить вытопленный жир. Кольцевой объем 10 выполняет функцию коаксиального резонатора, так как в нем происходит рекуперация мощности потока электромагнитных излучений через щели электроприводного цилиндрического резонатора 4 (реализация первой инновационной идеи). В этом объеме вытопленный жир продолжает эндогенно нагреваться, его вязкость уменьшается, и он легко вытекает через приемную емкость 9.

Инновационные идеи и сущность термообработки измельченного вторичного мясного сырья, продолжение нагрева вытопленного жира за счет электромагнитного излучения через щели между стержнями неферромагнитного цилиндрического щелевого резонатора заключаются в следующем.

Первая инновационная идея: СВЧ установка выполнена в виде соосно расположенных двух резонаторов: первый − внутренний неферромагнитный цилиндрический щелевой резонатор, а второй резонатор представлен как коаксиальный резонатор между неферромагнитным экранирующим корпусом и щелевым электроприводным резонатором. Источниками возбуждения электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, 2450 МГц, длина волны 12,24 см) щелевого резонатора являются магнетроны воздушного охлаждения. Они установлены со сдвигом на 120 градусов на верхнем основании цилиндрического экранирующего корпуса, излучатели которых направлены в неферромагнитный цилиндрический щелевой резонатор через его верхний открытый торец. Возбуждение ЭМПСВЧ в коаксиальном резонаторе происходит за счет электромагнитных излучений через щели между неферромагнитными стержнями, которые образуют боковую поверхность цилиндрического щелевого резонатора. В коаксиальном резонаторе происходит повторное использование потока мощности электромагнитных излучений и воздействие на вытопленный жир электромагнитного поля бегущей волны. В коаксиальном резонаторе направление волны электромагнитного поля представляет собой волну, двигающуюся только в одном направлении. Наличие кольцевого объема между щелевым резонатором и экранирующим корпусом создает условия для рекуперации (повторного и многократного использования) электромагнитной мощности, излучаемой системой первичных источников.

Вторая инновационная идея: известно, что для колебаний Н_mnl и Е_mnl индекс m соответствует числу полных периодов стоячих волн поля, укладывающихся в окружности цилиндрического щелевого резонатора; индекс n характеризует число полупериодов стоячей волны поля, укладывающихся по радиусу r резонатора, а индекс l соответствует числу полупериодов поля стоячей волны, укладывающихся на высоте резонатора h [4]. Если высота неферромагнитного цилиндрического щелевого резонатора велика (h / r ˃ 2), то основным типом колебаний является мода типа Н₁₁₁, а если h / r ˂ 2, то колебание типа Н₀₁₁. Известно, что мода Н₀₁₁ в цилиндрическом резонаторе обладает особым свойством, а именно не требуется наличие контакта между боковой поверхностью и основаниями. Силовые линии магнитного поля направлены таким образом, что в стенках резонатора возбуждаются только токи, текущие по окружности цилиндра. Благодаря этому свойству, между ободком, соединяющим концы неферромагнитных стержней, и верхним основанием неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса может существовать зазор, что подавляет колебание Е₁₁₁ (резонансная длина волны которого та же, что и у моды Н₀₁₁), так как зазор является препятствием для продольных токов волны Е₁₁₁. С учетом этих свойств разработана СВЧ установка со щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме.

Причем собственная длина волны не зависит от высоты цилиндрического щелевого резонатора вдоль 0z и совпадает со значением критической длины волны Е₀₁ в волноводе. Независимость собственной длины волны от высоты цилиндрического резонатора для моды Е₀₁₀ позволяет увеличить собственную добротность, увеличивая его высоту. Поэтому для волны Е₀₁₀ изменение собственной добротности можно достичь изменением его продольных размеров, оставляя резонансную частоту фиксированной величиной.

Обеззараживание вытопленного жира и шквары до допустимого уровня достигается путем концентрации энергии от магнетронов керамической перфорированной воронкой 5 высокой напряженности электрического поля 1,5-2 кВ/см.

Электромагнитная безопасность при работе установки обеспечивается, во-первых, неферромагнитной задвижкой в загрузочной емкости 1 и, во-вторых, неферромагнитным патрубком 7, выполняющим функцию запредельного волновода, в-третьих, с шаровым краном в приемной емкости 9.

Источники информации

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

2. Патент 2650540 РФ МПК A22C 17/00. СВЧ установка циклического действия для термообработки мясного сырья / Г.В. Жданкин, А.Г. Самоделкин, Д.В. Поручиков, Г.В. Новикова, М.В. Белова; заявитель и патентообладатель НГСХА. № 2016150295; заявл. 20.12.2016; опубл. 16.04.2018. Бюл. № 11.

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

4. Гололобов Д.В. Исследование объемного резонатора. Минск: БГУИР, 2007. – 38 с.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермерских хозяйствах для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме. СВЧ установка с щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме содержит в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе 2 соосно расположенный неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор 4. На верхнем основании экранирующего корпуса по периметру со сдвигом на 120° размещены магнетроны 3 с волноводами и вентиляторами так, что излучатели направлены вовнутрь неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора 4. По центру основания корпуса расположена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с неферромагнитной задвижкой. Средний периметр кольцевого объема 10 между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом 2 и электроприводным цилиндрическим щелевым резонатором 4 кратен половине длины волны, а зазор между их боковыми поверхностями равен не менее чем половине длины волны. Под нижним наклонным основанием 6 неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2, где имеется отверстие на стыке с его боковой поверхностью, размещена неферромагнитная приемная емкость 9 с шаровым краном. Боковая поверхность неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора 4 представлена как вертикально расположенные неферромагнитные стержни с щелями между ними. Одни концы стержней прикреплены к нижнему неферромагнитному основанию по его периметру, а другие – к верхнему неферромагнитному ободку. Зазор между верхним неферромагнитным ободком и верхним основанием неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2 не более четверти длины волны. Внутри электроприводного неферромагнитного цилиндрического щелевого резонатора 4 соосно расположена керамическая электроприводная перфорированная воронка 5. Она прикреплена к нижнему основанию неферромагнитного цилиндрического щелевого резонатора 4, под воронкой 5 жестко к нижнему наклонному основанию неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2 прикреплен патрубок 7. Неферромагнитный цилиндрический щелевой резонатор 4 и керамическая перфорированная воронка 5 прикреплены на фторопластовый электроприводной вал 8. Технический результат – рекуперация электромагнитной мощности в кольцевом объеме и обеспечение возможности возбуждения электромагнитного поля сверхвысокой частоты в неферромагнитном электроприводном цилиндрическом щелевом резонаторе без верхнего основания. 6 ил.

СВЧ установка с щелевым цилиндрическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме, содержащая

в неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе, на верхнем основании которого по периметру со сдвигом на 120 градусов размещены магнетроны с волноводами и вентиляторами так, что излучатели направлены вовнутрь неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора, а по центру неферромагнитная загрузочная емкость с неферромагнитной задвижкой, соосно расположенный неферромагнитный электроприводной цилиндрический щелевой резонатор,

причем средний периметр кольцевого объема между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом и электроприводным цилиндрическим щелевым резонатором кратен половине длины волны, а зазор между их боковыми поверхностями равен не менее чем половине длины волны,

а под нижним наклонным основанием неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса, где имеется отверстие на стыке с его боковой поверхностью, размещена неферромагнитная приемная емкость с шаровым краном,

причем боковая поверхность неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора представлена как вертикально расположенные неферромагнитные стержни со щелями между ними, и одни концы стержней прикреплены на нижнее неферромагнитное основание по его периметру, а другие концы стержней прикреплены к верхнему неферромагнитному ободку,

причем зазор между верхним неферромагнитным ободком и верхним основанием неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса не более четверти длины волны,

а внутри неферромагнитного электроприводного цилиндрического щелевого резонатора соосно расположена керамическая электроприводная перфорированная воронка, прикрепленная к нижнему его основанию, под которой жестко к нижнему наклонному основанию неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса прикреплен патрубок,

при этом неферромагнитный цилиндрический щелевой резонатор и керамическая перфорированная воронка прикреплены на фторопластовый электроприводной вал.