СВЧ установка с магнетронным резонатором для термообработки вторичного сырья животного происхождения Российский патент 2024 года по МПК A23K10/00 B02C19/20 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки и обеззараживания вторичного сырья животного происхождения воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты и бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей в процессе озонирования в непрерывном режиме с сохранением кормовой ценности продукта.

После убоя скота и переработки накапливается вторичное сырье, в том числе внутренние органы. Например, вторичным сырьем является желудок жвачных животных состоящий из четырех отделов: рубца, сетки, книжки и сычуга, не прошедшие ветеринарный контроль [1]. Известно, что сычуг после освобождения от содержимого очищают от слизистой оболочки в центрифуге при температуре воды 65-70 оС в течение 5-6 мин. Тем не менее, неприятный запах остается, из-за чего дальнейшее применение требует особых рецептов приготовления. Поэтому преимущественно используют как вторичное сырье при производстве корма животным.

В связи с этим ставится задача – удаления запаха при термообработке и обеззараживании вторичного сырья животного происхождения для сохранения кормовой ценности в условиях фермерских хозяйств.

Техническая проблема – низкая эффективность установок для обеззараживания и термообработки вторичного сырья животного происхождения решается путем разработки СВЧ установки, обеспечивающей высокую напряженность электрического поля, озонирование в электромагнитном поле сверхвысокой частоты и воздействие бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей при непрерывном режиме работы.

Известна установка для калибровки и предпосадочной обработки лука-севка воздействием электрофизических факторов [2, патент № 2728658]. В установке с цилиндрическими резонаторами и магнетронами СВЧ генераторов прикреплены генераторы килогерцовой частоты, от которых запитаны гребешковые электрогазоразрядные лампы, установленные с внутренней стороны основания радиально с регулируемым зазором. Недостаток − невозможность реализовать технологию термообработки измельченного вторичного сырья животного происхождения, обладающего высокой влажностью.

Известна микроволновая установка с квазитороидальным резонатором прямоугольного сечения для предпосадочной обработки овощных культур в непрерывном режиме [3, патент № 2728388]. Внутри кольцевого пространства установлена лампа кольцевая электрогазоразрядная, подключенная к источнику килогерцовой частоты. Недостаток − невозможность реализовать технологию термообработки измельченного вторичного сырья животного происхождения, обладающего высокой влажностью.

Известна СВЧ установка с нетрадиционными резонаторами для размораживания разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме [4, патент № 2732722]. Установка выполнена с поярусно расположенными цепочками нетрадиционных резонаторов, позволяющих отдельно управлять процессами размораживания и разогрева молозива в непрерывном режиме за счет регулирования мощности отдельных генераторов. СВЧ установка состоит из внутреннего и наружного экранирующего цилиндров, расположенных коаксиально. В межкольцевом пространстве вертикально установлены неферромагнитные полуцилиндры со щелями в боковых поверхностях, разделенные на верхние и нижние ярусы. В разделенных с помощью неферромагнитного перфорированного диска половинах внутреннего цилиндра расположены излучатели с магнетронами от СВЧ генераторов.

Недостатки:1) трудно приспособить для варки и обеззараживания измельченного вторичного сырья; 2) при высокой степени бактериальной обсемененности (3-6 млн. КОЭ /г) вторичного сырья, необходимо обеспечит очень высокую напряженность электрического поля (6-10 кВ/см), что при высокой влажности сырья в условиях фермерских хозяйств не рекомендуется.

Наиболее близким устройством по совокупности существенных признаков является магнетронный резонатор [5, Стрекалов, стр. 371] применяется в магнетронах, в которых электроны движутся по кругу. Такой резонатор представлен как соединенные емкости и индуктивности множество ячеек. Его особенностью является резко выраженное пространственное разъединение электрического и магнитного полей. Роль емкости в них выполняет зазор у каждой ячейки резонатора, а цилиндрические объемы являются индуктивностью, так как в них концентрируется магнитное поле.

Магнетронный резонатор содержит несколько ячеек, т.е. является многоконтурной системой. Его частота близка к собственной резонансной частоте одной ячейки. Уменьшение ширины зазора d повышает эффективность взаимодействия электронного потока с полем СВЧ. Увеличение индуктивного объема, который является «резервуаром» энергии, повышает собственную добротность.

Недостатки: без механизма для транспортировки сырья использовать для термообработки не возможно.

Существенное отличие предлагаемой установки. В цилиндрическом ситовом неферромагнитном резонаторе с увиолевыми сегментами на образующей, электромагнитное поле сверхвысокой частоты возбуждается за счет интерференции волн, поступающих из ячеек магнетронного резонатора. Ячейки представлены как цепи с сосредоточенными параметрами индуктивности и емкости. Внутри ячеек размещены электрогазоразрядные лампы, запитанные от источника килогерцовой частоты, обеспечивающие озонирование в процессе коронирование между ножевыми ребрами ячеек. Непрерывный режим работы обеспечивается электроприводным фторопластовым винтовым шнеком, крайние винты которого выполнены из неферромагнитного материала для обеспечения электромагнитной безопасности.

Для достижения заявленного технического результата СВЧ установка с магнетронным резонатором для термообработки вторичного сырья животного происхождения содержит

в вертикально расположенном неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе соосно расположенный неферромагнитный ситовый цилиндрический резонатор, внутри которого соосно установлен фторопластовый электроприводной винтовой шнек без корпуса с крайними неферромагнитными винтами, с шагом винта не более одной глубины проникновения волны, и диаметром винта меньше, чем диаметр неферромагнитного ситового цилиндрического резонатора,

причем на верхнем основании неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора размещена неферромагнитная загрузочная емкость с задвижкой, а над открытым сегментом нижнего основания неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора установлена неферромагнитная приемная емкость,

при этом в кольцевом пространстве между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом и неферромагнитным цилиндрическим ситовым резонатором равномерно по периметру размещены неферромагнитные перфорированные ячейки магнетронного резонатора с коронирующими ножевыми ребрами на внутренних полуцилиндрических поверхностях,

причем каждая неферромагнитная перфорированная ячейка магнетронного резонатора представлена в виде полуцилиндра, боковая поверхность которого перекрыта увиолевым стеклом, являющимся частью образующей неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора,

причем в каждую неферромагнитную перфорированную ячейку магнетронного резонатора направлен излучатель через волновод от магнетрона воздушного охлаждения, размещенного со сдвигом на 60 градусов по периметру поверхности неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса равномерно по высоте,

при этом в неферромагнитные перфорированные ячейки магнетронного резонатора соосно установлены трубчатые электрогазоразрядные лампы, запитанные от источников килогерцовой частоты.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены пространственные изображения:

- СВЧ установки с магнетронным резонатором для термообработки вторичного сырья животного происхождения, общий вид в разрезе с позициями (фиг. 1);

- поперечного разреза СВЧ установки с магнетронным резонатором с позициями (фиг. 2);

-неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса с неферромагнитной загрузочной емкостью (фиг. 3);

- расположения неферромагнитных перфорированных ячеек магнетронного резонатора с коронирующими ножевыми ребрами (фиг. 4);

- расположения увиолевых стекол, как части обечайки неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора (фиг. 5);

- расположения электрогазоразрядных ламп с цоколями для подключения к источнику килогерцовой частоты (фиг. 6);

- фторопластового электроприводного винтового шнека (фиг. 7);

- комбинированного резонатора (магнетронного и ситового резонаторов) (фиг. 8).

СВЧ установка с магнетронным резонатором для термообработки вторичного сырья животного происхождения содержит (фиг. 1-8):

- неферромагнитную загрузочную емкость 1 с задвижкой;

- фторопластовый электроприводной винтовой шнек 2;

- неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус 3;

- неферромагнитный цилиндрический ситовый резонатор 4;

- неферромагнитные перфорированные ячейки магнетронного резонатора, содержащие емкостные 5 и индуктивные 6 части с коронирующими ножевыми ребрами 7;

- трубчатые электрогазоразрядные лампы 8, подключенные к источнику килогерцовой частоты;

- увиолевые стекла 9, как части образующей неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора 4;

- магнетроны воздушного охлаждения 10;

- открытый сегмент 11 на нижнем основании ситового резонатора 4;

- неферромагнитную приемную емкость 12.

СВЧ установка с магнетронным резонатором для термообработки вторичного сырья животного происхождения (фиг. 1-8) содержит в вертикально расположенном неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе 3 соосно расположенный неферромагнитный цилиндрический ситовый резонатор 4.

Внутри неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора 4 соосно установлен фторопластовый электроприводной винтовой шнек 2 без корпуса, с шагом винта не более глубины проникновения волны, и диаметром винта, менее чем диаметр неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора 4. На верхнем основании неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора размещена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с задвижкой, а над открытым сегментом 11 нижнего основания неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора 4 установлена неферромагнитная приемная емкость 12. В кольцевом пространстве между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом 2 и неферромагнитным цилиндрическим ситовым резонатором 4, равномерно по периметру размещены неферромагнитные перфорированные ячейки (фиг. 4) магнетронного резонатора, содержащие емкостные 5 и индуктивные 6 части с коронирующими ножевыми ребрами 7 (объем ячеек – это емкость, а поверхность полуцилиндра – это индуктивность) (см. фиг. 2). Ячейки магнетронного резонатора представлены в виде полуцилиндрических объемов, закрытых пластинами (фиг. 5) из увиолевого стекла 9, являющимися частью образующей неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора 4. В каждую неферромагнитную перфорированную ячейку магнетронного резонатора (5, 6, 7) (фиг. 1) направлен излучатель через волновод от магнетрона 10 воздушного охлаждения, размещенного со сдвигом на 60 градусов по периметру поверхности неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 2 равномерно по высоте.

В неферромагнитные перфорированные ячейки магнетронного резонатора соосно установлены трубчатые электрогазоразрядные лампы 8, запитанные от источников килогерцовой частоты.

Технологический процесс термообработки с обеззараживанием вторичного сырья животного происхождения происходит следующим образом. Загрузить измельченное вторичное сырье животного происхождения в неферромагнитную загрузочную емкость 1, при закрытой заслонке. Включить электропривод фторопластового винтового шнека 2. Включить источники килогерцовой частоты для загорания трубчатых электрогазоразрядных ламп 8 и обеспечения коронирования между ножевыми ребрами 7. Открыть заслонку для подачи сырья. Как только сырье окажется в фторопластовом электроприводном винтовом шнеке 2, т.е. неферромагнитном цилиндрическом ситовом резонаторе 4, включить все магнетроны 10 (частота 2450 МГц) на определенную мощность. Магнетронный резонатор, представленный несколькими неферромагнитными перфорированными ячейками, составляет многоконтурную систему. В неферромагнитных перфорированных ячейках магнетронного резонатора возбуждается электромагнитное поле, частота которого близка к собственной резонансной частоте одной ячейки. Через увиолевые стекла 9 электромагнитные излучения из неферромагнитных перфорированных ячеек (5, 6) будут направлены в ситовый неферромагнитный цилиндрический ситовый резонатор 4, где интерферируются электромагнитные поля сверхвысокой частоты.

Трубчатые электрогазоразрядные лампы, заполненные аргоном или неоном, подключенные к источнику килогерцовой частоты (частота импульсов 110 кГц) при расположении в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (2450 МГц) коронирует мощнее [3]. Ток (не более 0,2-0,3 мА, напряжение 12-15 кВ) проходит через трубчатую электрогазоразрядную лампу. Скачок напряжения обеспечивает пробой инертного газа, наполненного парами ртути. Трубчатые электрогазоразрядные лампы 8 являются источниками бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей.

Между трубчатыми электрогазоразрядными лампами 8 и ножевыми ребрами 7 на боковой поверхности неферромагнитных перфорированных ячеек 5, 6 магнетронного резонатора возникает коронный разряд разной интенсивности, в зависимости от зазора между ними (0,5-2 см). При этом происходит выделение озона, образование бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей «область С» [6]. Озон распространяется в неферромагнитном цилиндрическом ситовом резонаторе 4 и в сырье через перфорации неферромагнитных ячеек магнетронного резонатора (5, 6, 7) и через кольцевой объем, а бактерицидный поток ультрафиолетовых лучей проходит через увиолевое стекло 9.

Комплексное воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты высокой напряженности (2-5 кВ/см), озона и бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей обеззараживает и варит вторичное мясное сырье животного происхождения в процессе его передвижения с помощью фторопластового электроприводного винтового шнека 2 вдоль неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора 4. Продолжительность термообработки сырья согласована с частотой вращения фторопластового электроприводного винтового шнека и линейной скоростью передвижения сырья между винтами шнека. Для обеспечения равномерной термообработки сырья, шаг винта составляет не более глубины проникновения волны. Для измельченного комбинированного сырья с низким и высоким содержанием воды глубина проникновения волны равна 6-7 см на частоте 2450 МГц [7].

При конструировании неферромагнитных перфорированных ячеек магнетронного резонатора и неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора для работы в непрерывном режиме необходимо стремиться, чтобы при данной резонансной частоте, уменьшить потери СВЧ энергии и увеличить КПД. Производительность СВЧ установки зависит от количества и мощности источников килогерцовой частоты и магнетронов.

Например, при мощности магнетронов 6 кВт и источников килогерцовой частоты 500 Вт, производительность установки составляет 45 кг/ч при обработке измельченных комбинированных мясных отходов. При этом одновременная загрузка сырья в неферромагнитный цилиндрический ситовый резонатор составляет 13 кг, удельная мощность генераторов 0,5 кВт/кг. Продолжительность прохождения сырья через неферромагнитный цилиндрический ситовый резонатор с помощью фторопластового электроприводного винтового шнека равна 17,33 мин, а энергетические затраты составляют 0,144 кВт∙ч/кг. Скорость вращения фторопластового электроприводного винтового шнека в пределах 0,125 об/мин.

Источники информации

1. studfile.net›preview/5709783/page:12/

2. Патент № 2728658 РФ, МПК А01С1/06. Установка для калибровки и предпосадочной обработки лука-севка воздействием электрофизических факторов / Г.В. Новикова, А. И. Котин, О. В. Михайлова, М. В. Белова, Каланча-Рабинчук Максим / заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2020105805; заявл. 06.02.2020. Бюл. № 22 от 30.07.2020.

3. Патент № 2728388 РФ, МПК А01С1/08. Микроволновая установка для предпосадочной обработки овощных культур в непрерывном режиме / А. И. Котин, Е. А. Шамин, О.В. Михайлова, М. В. Белова / заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2019132186; заявл. 03.10.2018. Бюл. № от 29.07.2020.

4. 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.

5. Стрекалов А. В., Стрекалов Ю. А. Электромагнитные поля и волны. − М.: РИОР: ИНФРА – М, 2014. -375 с. (стр. 371).

6. http://fb.ru/article/427088/darsonval-ultratek-sd-otzyivyi-naznachenie-printsip-rabotyi-nasadki-i-instruktsiya.

7. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / Рогов И. А. и др. − М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. − 288 с.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки и обеззараживания вторичного сырья животного происхождения. СВЧ установка с магнетронным резонатором для термообработки вторичного сырья животного происхождения содержит: в вертикально расположенном неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе соосно расположенный неферромагнитный ситовый цилиндрический резонатор, внутри которого соосно установлен фторопластовый электроприводной винтовой шнек без корпуса с крайними неферромагнитными винтами, с шагом винта не более одной глубины проникновения волны и диаметром винта меньше, чем диаметр неферромагнитного ситового цилиндрического резонатора, причем на верхнем основании неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора размещена неферромагнитная загрузочная емкость с задвижкой, а над открытым сегментом нижнего основания неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора установлена неферромагнитная приемная емкость, при этом в кольцевом пространстве между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом и неферромагнитным цилиндрическим ситовым резонатором равномерно по периметру размещены неферромагнитные перфорированные ячейки магнетронного резонатора с коронирующими ножевыми ребрами на внутренних полуцилиндрических поверхностях, причем каждая неферромагнитная перфорированная ячейка магнетронного резонатора представлена в виде полуцилиндра, боковая поверхность которого перекрыта увиолевым стеклом, являющимся частью образующей неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора, причем в каждую неферромагнитную перфорированную ячейку магнетронного резонатора направлен излучатель через волновод от магнетрона воздушного охлаждения, размещенного со сдвигом на 60 градусов по периметру поверхности неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса равномерно по высоте, при этом в неферромагнитные перфорированные ячейки магнетронного резонатора соосно установлены трубчатые электрогазоразрядные лампы, запитанные от источников килогерцевой частоты. Изобретение позволяет удалить запах при термообработке и обеззараживании вторичного сырья животного происхождения для сохранения кормовой ценности в условиях фермерских хозяйств. 8 ил.

СВЧ установка с магнетронным резонатором для термообработки вторичного сырья животного происхождения содержит

в вертикально расположенном неферромагнитном цилиндрическом экранирующем корпусе соосно расположенный неферромагнитный цилиндрический ситовый резонатор, внутри которого соосно установлен фторопластовый электроприводной винтовой шнек без корпуса с крайними неферромагнитными винтами, с шагом винта не более одной глубины проникновения волны и диаметром винта меньше, чем диаметр неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора,

причем на верхнем основании неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора размещена неферромагнитная загрузочная емкость с задвижкой, а над открытым сегментом нижнего основания неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора установлена неферромагнитная приемная емкость,

при этом в кольцевом пространстве между неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом и неферромагнитным цилиндрическим ситовым резонатором равномерно по периметру размещены неферромагнитные перфорированные ячейки магнетронного резонатора с коронирующими ножевыми ребрами на внутренних полуцилиндрических поверхностях,

причем каждая неферромагнитная перфорированная ячейка магнетронного резонатора представлена в виде полуцилиндра, боковая поверхность которого перекрыта увиолевым стеклом, являющимся частью образующей неферромагнитного цилиндрического ситового резонатора,

причем в каждую неферромагнитную перфорированную ячейку магнетронного резонатора направлен излучатель через волновод от магнетрона воздушного охлаждения, размещенного со сдвигом на 60 градусов по периметру поверхности неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса равномерно по высоте,

при этом в неферромагнитные перфорированные ячейки магнетронного резонатора соосно установлены трубчатые электрогазоразрядные лампы, запитанные от источников килогерцевой частоты.