СВЧ-установка с тороидальным резонатором для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме Российский патент 2024 года по МПК C11B1/12 H05B6/64 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме.

Существует оборудование для тепловой обработки жирового сырья, а именно: аппараты, работающие по способу прямого контакта (с барботером и мешалкой, измельчительные щеточного и центробежного типа, автоклавы и т.п.); аппараты, работающие по способу непрямого контакта [1].

Недостатком является то, что аппараты работают в циклическом режиме.

Известен измельчитель-плавитель АВЖ-245, основными рабочими органами его являются электроприводной перфорированный цилиндрический барабан в корпусе и ножи (подвижные и неподвижные) [2, стр. 260]. Сырье в барабане измельчается, под действием центробежной силы вдавливается в отверстие барабана, подрезается ножами и попадает в кольцевой объем, куда подается острый пар. Недостатком является то, что при непосредственном контакте сырья с острым паром ухудшается кормовая ценность продукта. Процессы переработки вторичного биологического сырья с помощью вышеуказанных аппаратов энергоемки, связаны с потреблением большого количества электроэнергии, пара и воды. Они не рассчитаны для использования в условиях фермерских хозяйств.

Известен СВЧ-маслоплавитель с эллипсоидным резонатором и шлюзовым затвором, работающий в непрерывном режиме [3, патент № 2797259]. Внутри резонатора соосно установлен диэлектрический лопастной электроприводной ротор. Вместо нижней поверхности резонатора установлена мелкоячеистая неферромагнитная сетка. На внутренней поверхности резонатора установлены керамические зеркала. Оборудование обеспечивает высокую интенсивность процесса термообработки и обеззараживание масла при сниженных эксплуатационных затратах. Недостатки: для вытопки жира из вторичного жиросодержащего сырья использовать невозможно, из-за отсутствия измельчающего механизма и узлов, обеспечивающих нейтрализацию неприятного запаха.

Научная проблема – низкая энергоэффективность существующего оборудования для термообработки вторичного сырья в условиях фермерских хозяйств.

Целью является разработка СВЧ установки для термообработки с обеззараживанием и нейтрализацией неприятного запаха слизистых субпродуктов жвачных животных, с сохранением кормовой ценности готового продукта при сниженных эксплуатационных затратах и обеспечением электромагнитной безопасности в условиях фермерских хозяйств.

Техническая задача – разработать конструктивное исполнение СВЧ установки с тороидальным резонатором и источниками электрофизических параметров для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме.

Для достижения заявленного технического решения СВЧ установка с тороидальным резонатором для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме (фиг. 1− 6) содержит

вертикально, соосно расположенные неферромагнитные цилиндры, так, что между неферромагнитным перфорированным нижним основанием внутреннего цилиндра и неферромагнитным нижним наклонным основанием наружного цилиндра образована конденсаторная часть тороидального резонатора, где под наклоном расположен керамический перфорированный овальный диск,

причем с внутренней стороны верхнего неферромагнитного основания наружного цилиндра установлены неферромагнитные коронирующие иглы, а под ними радиально прикреплены электрогазоразрядные лампы, запитанные от источников надтональной частоты,

при этом вместо верхнего основания внутреннего неферромагнитного перфорированного электроприводного цилиндра установлен электроприводной фторопластовый диск с радиальными окнами, диаметром меньшим, чем диаметр наружного неферромагнитного цилиндра,

причем зазор между верхним неферромагнитным основанием наружного цилиндра и обечайкой внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра не более четверти длины волны

а на фторопластовый вал от электропривода жестко прикреплен фторопластовый диск с радиальными окнами и внутренний неферромагнитный перфорированный цилиндр, с диаметром отверстий больше, чем диаметр отверстий керамического перфорированного овального диска,

при этом первый запредельный волновод, содержащий шаровой кран пристыкован к боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра, на уровне керамического наклонного овального диска, а второй запредельный волновод с шаровым краном прикреплен к его нижнему основанию,

причем к нижнему наклонному основанию наружного неферромагнитного цилиндра жестко, вплотную к обечайке внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра, прикреплен нож из нержавеющей стали,

а по периметру на верхнем неферромагнитном основании с излучателями от магнетронов, направленными в электроприводной цилиндр, и по периметру боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра, на уровне конденсаторной части тороидального резонатора, со сдвигом на 120 градусов установлены волноводы с магнетронами воздушного охлаждения,

причем неферромагнитная загрузочная емкость с задвижкой, где расположен неферромагнитный электроприводной спиральный шнек, установлена на боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра, над уровнем фторопластового диска с радиальными окнами.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

1) схематическое изображение СВЧ установки с тороидальным резонатором для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме (фиг. 1);

2) пространственные изображения:

- СВЧ установки с тороидальным резонатором для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме, общий вид в разрезе, с позициями (фиг. 2);

- внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра с верхним фторопластовым диском с радиально расположенными окнами (фиг. 3);

- неферромагнитного тороидального резонатора с внутренним неферромагнитным перфорированным цилиндрическим резонатором (фиг. 4);

- керамического перфорированного овального диска (фиг. 5);

- неферромагнитных коронирующих игл (фиг. 6);

- расположение электрогазоразрядных ламп бактерицидного потока УФ лучей с источниками надтональной частоты (фиг. 7);

- неферромагнитного спирального шнека (фиг. 8).

СВЧ установка с тороидальным резонатором для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме (фиг. 1− 8) содержит:

- неферромагнитную загрузочную емкость 1;

- неферромагнитное верхнее основание наружного цилиндра 2;

- магнетроны 3 с волноводами и вентиляторами на верхнем основании наружного неферромагнитного цилиндра, излучатели которых направлены в внутренний электроприводной цилиндр;

- неферромагнитные коронирующие иглы 4;

- электрогазоразрядные лампы 5 бактерицидного потока УФ лучей с источниками надтональной частоты;

- фторопластовый диск 6 с радиально расположенными окнами 7 для загрузки сырья;

- внутренний неферромагнитный перфорированный цилиндр 8 без верхнего основания;

- наружный неферромагнитный цилиндр 9;

- керамический перфорированный овальный диск 10;

- магнетроны 11 с волноводами и вентиляторами на боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра 9, излучатели которых направлены в конденсаторную часть тороидального резонатора;

- неферромагнитное наклонное основание 12 наружного цилиндра 9;

- фторопластовый вал 13 для привода внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра 8 с фторопластовым диском 6;

- запредельные волноводы 14, 15 с шаровыми кранами для вывода жира и шквары, соответственно;

- конденсаторную часть 16 тороидального резонатора;

- нож 17 из нержавеющей стали, жестко закрепленный к нижнему основанию 12 наружного неферромагнитного цилиндра 9;

- неферромагнитный электроприводной спиральный шнек 18.

СВЧ установка с тороидальным резонатором для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме (фиг. 1 − 8) содержит вертикально, соосно расположенные неферромагнитные цилиндры 2, 9, 8. Они расположены так, что между перфорированным нижним основанием внутреннего неферромагнитного электроприводного цилиндра 8 и неферромагнитным нижним наклонным основанием 12 наружного цилиндра 9 образована конденсаторная часть 16 тороидального резонатора, где под наклоном расположен керамический перфорированный овальный диск 10. Причем по периметру с внутренней стороны верхнего неферромагнитного основания 2 наружного неферромагнитного цилиндра 9 установлены неферромагнитные коронирующие иглы 4, а под ними радиально закреплены электрогазоразрядные лампы 5 бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей, запитанные от источников надтональной частоты (110 кГц). При этом вместо верхнего основания внутреннего неферромагнитного перфорированного электроприводного цилиндра 8, установлен электроприводной фторопластовый диск 6 с радиальными окнами 7 по периметру, диаметром меньшим, чем диаметр наружного цилиндра 9. Причем зазор между верхним основанием 2 наружного неферромагнитного цилиндра 9 и обечайкой внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра 8 не более четверти длины волны (3,06 см). На фторопластовый вал от электропривода жестко прикреплены: фторопластовый диск 6 с радиальными окнами 7 и внутренний неферромагнитный перфорированный цилиндр 8. Диаметр отверстий перфорации внутреннего неферромагнитного цилиндра 8 больше (6-7 мм), чем диаметр отверстий перфорации керамического овального диска 10 (1,5-2 см). Запредельные волноводы 15, 14 с шаровыми кранами прикреплены к боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра 9 и к его нижнему наклонному основанию 12, соответственно. К нижнему наклонному основанию 12 наружного неферромагнитного цилиндра 9 жестко, вплотную к обечайке внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра 8, закреплен нож из нержавеющей стали. По периметру на верхнем основании 2 наружного неферромагнитного цилиндра 9 со сдвигом на 120 градусов установлены волноводы с магнетронами воздушного охлаждения 3 так, что излучатели направлены во внутренний неферромагнитный перфорированный цилиндр 8. А по периметру боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра 9, на уровне конденсаторной части 16 тороидального резонатора установлены магнетроны воздушного охлаждения 11 со сдвигом на 120 градусов.

Неферромагнитная загрузочная емкость 1 с задвижкой установлена на боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра 9, где расположен неферромагнитный электроприводной спиральный шнек 18, над уровнем фторопластового диска 6 с радиальными окнами 7.

Технологический процесс происходит следующим образом. Загрузить предварительно измельченные слизистые субпродукты жвачных животных в неферромагнитную загрузочную емкость 1 при закрытой неферромагнитной задвижке. Включить электропривод (указан фторопластовый вал 13), после чего неферромагнитный перфорированный цилиндр 8 и фторопластовый диск 6 с радиальными окнами 7 начинают вращаться. Далее включить электропривод спирального шнека 17, который после открытия неферромагнитной задвижки начинает равномерно загружать измельченные слизистые субпродукты жвачных животных через радиальные окна 7 во внутренний неферромагнитный перфорированный цилиндр 8 при его вращении. Радиальные окна обеспечивают равномерную загрузку сырья, исключив разбалансировку вращающего неферромагнитного перфорированного цилиндра 8. Далее включить магнетроны 3, 11 воздушного охлаждения и на верхнем основании (3) и на боковой поверхности (11) наружного неферромагнитного цилиндра 9. Во внутреннем неферромагнитном перфорированном цилиндре 8 (цилиндрический перфорированный резонатор) и в тороидальном резонаторе (между двумя цилиндрами 2,9 и 8) возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, частота 2450 МГц, длина волны 12,24 см, глубина проникновения волны 2-11 см, в зависимости от вида сырья). Причем в цилиндрическом перфорированном резонаторе 8 возбуждается стоячая волна, а тороидальном резонаторе поле бегущей волны. Далее включить источники надтональной частоты, после чего загораются электрогазоразрядные лампы 5 бактерицидного потока УФ лучей. Они горят мощнее в ЭМПСВЧ. Между лампами 5 и коронирующими неферромагнитными иглами 4 возникает коронный разряд, происходит озонирование воздуха.

В цилиндрическом перфорированном электроприводном резонаторе 8 измельченное сырье во взвешенном состоянии за счет токов поляризации нагревается, после чего жир и шквара за счет центробежной силы отбрасывается к его перфорированной поверхности, вдавливается в отверстие перфорации, подрезается неферромагнитным ножом 17. Жир и шквара попадают в конденсаторную часть 16 тороидального резонатора, где высокая напряженность электрического поля (1,2-5 кВ/см), в зависимости от размера зазора между нижними основаниями неферромагнитных цилиндров 8, 9. Комплексное воздействие ЭМПСВЧ высокой напряженности электрического поля, бактерицидного потока УФ лучей и озона обеспечивает обеззараживание продукта (жира и шквары). Расплавленный жир вытекает через перфорацию керамического овального диска 10, далее стекает по наклонной поверхности основания 12 неферромагнитного цилиндра к запредельному волноводу 14. Открывая шаровой кран, можно слить жир в приемную емкость. Шквара перемещается по поверхности керамического перфорированного овального диска 10, установленного под определенным углом наклона, позволяющим шквару скатиться к запредельному волноводу 15 с соответствующим шаровым краном. В то же время запредельные волноводы 14, 15 ограничивает электромагнитное излучение, обеспечивая электромагнитную безопасность обслуживающему персоналу.

В СВЧ установке реализованы две особенности распространения ЭМПСВЧ.

Первая особенность. Известно, что неферромагнитный цилиндрический перфорированный электроприводной резонатор 8 обладает особым свойством, а именно не требуется наличие контакта между боковой поверхностью и неферромагнитным основанием 2 [4]. Силовые линии магнитного поля направлены таким образом, что в стенках неферромагнитного цилиндрического резонатора возбуждаются только токи, текущие по окружности цилиндра. Благодаря этому свойству, между неферромагнитным верхним основанием 2 наружного неферромагнитного цилиндра 9 и боковой поверхностью внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра 8 может существовать зазор. Это свойство позволяет размещать в зазоре не более четверти длины волны фторопластовый диск 6 с радиальными окнами, электрогазоразрядные лампы 4 и коронирующие иглы 4. Т.е. во внутреннем неферромагнитном перфорированном резонаторе, если излучатели от магнетронов 3 направлены во внутрь, возбуждается ЭМПСВЧ.

Вторая особенность. В СВЧ установке состыкованы два неферромагнитных резонатора для работы в непрерывном режиме с равномерным распределением электромагнитных полей стоячей волны (в внутреннем цилиндрическом резонаторе) и бегущей волны в тороидальном резонаторе, где в конденсаторной части высокая напряженность. Тем более керамический перфорированный овальный диск 10 концентрирует энергию электромагнитного поля сверхвысокой частоты, напряженность электрического поля на его поверхности становиться выше, достаточной для обеззараживания продукта (жира и шквары).

Такое размещение резонаторов уменьшает габаритные размеры установки.

Источники информации

1. Ивашов В. И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Часть 1. Оборудование для убоя и первичной обработки. − М.: Колос, 2001. – 552 с. (стр. 323).

2. Технологическое оборудование пищевых производств / под ред. Б. м. Азарова. – М.: Агропромиздат, 1988. – 463 с. (стр. 260).

3. Патент № 2797259 РФ, МПК А47j29/06. СВЧ маслоплавитель непрерывно-поточного действия с эллипсоидным резонатором. Новикова Г. В., Меженина Е. И., Тихонов А. А., Басонов О. А., Просвирякова М. В., Михайлова О. В./ заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). № 2022124278. Бюл. № 16 от 01.06.2023.

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

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки слизистых субпродуктов в непрерывном режиме. СВЧ-установка с тороидальным резонатором содержит вертикально, соосно расположенные неферромагнитные цилиндры 2, 9, 8. Между неферромагнитным перфорированным нижним основанием внутреннего цилиндра 8 и неферромагнитным нижним наклонным основанием 12 наружного цилиндра 9 образована конденсаторная часть тороидального резонатора, где под наклоном расположен керамический перфорированный овальный диск 10. С внутренней стороны верхнего неферромагнитного основания 2 наружного цилиндра установлены неферромагнитные коронирующие иглы 4, а под ними радиально закреплены электрогазоразрядные лампы 5, запитанные от источников надтональной частоты. Вместо верхнего основания внутреннего неферромагнитного перфорированного электроприводного цилиндра 8 установлен электроприводной фторопластовый диск 6 с радиальными окнами 7, диаметром, меньшим, чем диаметр наружного цилиндра 9. Зазор между верхним неферромагнитным основанием 2 наружного цилиндра 9 и обечайкой внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра 8 не более четверти длины волны (3,06 см). На фторопластовый вал от электропривода жестко прикреплены фторопластовый диск 6 с радиальными окнами 7 и внутренний неферромагнитный перфорированный цилиндр 8. Диаметр отверстий перфорации цилиндра 8 больше (6-7 мм), чем диаметр отверстий перфорации керамического овального диска 10 (1,5-2 см). Запредельные волноводы 15, 14 с шаровыми кранами прикреплены к боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра 9 и к его нижнему наклонному основанию 12, соответственно. К нижнему наклонному основанию 12 наружного неферромагнитного цилиндра 9 жестко, вплотную к обечайке внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра 8, прикреплен нож из нержавеющей стали. По периметру на верхнем неферромагнитном основании 2 и по периметру боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра, на уровне конденсаторной части 16 тороидального резонатора, со сдвигом на 120 градусов установлены волноводы с магнетронами воздушного охлаждения. Неферромагнитная загрузочная емкость 1 с задвижкой, где расположен неферромагнитный электроприводной спиральный шнек 18, установлена на боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра, над уровнем фторопластового диска 6 с радиальными окнами 7. Технический результат – обеззараживание и нейтрализация неприятного запаха с сохранением кормовой ценности и обеспечением электромагнитной безопасности. 8 ил.

СВЧ-установка с тороидальным резонатором для термообработки слизистых субпродуктов жвачных животных в непрерывном режиме содержит

вертикально, соосно расположенные неферромагнитные цилиндры так, что между неферромагнитным перфорированным нижним основанием внутреннего цилиндра и неферромагнитным нижним наклонным основанием наружного цилиндра образована конденсаторная часть тороидального резонатора, где под наклоном расположен керамический перфорированный овальный диск,

причем по периметру с внутренней стороны верхнего основания наружного неферромагнитного цилиндра установлены неферромагнитные коронирующие иглы, а под ними радиально прикреплены электрогазоразрядные лампы, запитанные от источников надтональной частоты,

при этом вместо верхнего основания внутреннего неферромагнитного перфорированного электроприводного цилиндра установлен электроприводной фторопластовый диск с радиальными окнами, диаметром, меньшим, чем диаметр наружного неферромагнитного цилиндра,

причем зазор между верхним основанием наружного неферромагнитного цилиндра и обечайкой внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра не более четверти длины волны,

а на фторопластовый вал от электропривода жестко прикреплен фторопластовый диск с радиальными окнами и внутренний неферромагнитный перфорированный цилиндр, с диаметром отверстий больше, чем диаметр отверстий керамического перфорированного наклонного овального диска,

при этом первый запредельный волновод, содержащий шаровой кран, пристыкован к боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра, на уровне керамического наклонного овального диска, а второй запредельный волновод с шаровым краном прикреплен к его нижнему основанию,

причем к нижнему наклонному основанию наружного неферромагнитного цилиндра жестко, вплотную к обечайке внутреннего неферромагнитного перфорированного цилиндра, прикреплен нож из нержавеющей стали,

а по периметру на верхнем неферромагнитном основании, с излучателями от магнетронов, направленными в электроприводной цилиндр и по периметру боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра, на уровне конденсаторной части тороидального резонатора, со сдвигом на 120 градусов установлены волноводы с магнетронами воздушного охлаждения,

причем неферромагнитная загрузочная емкость с задвижкой, где расположен неферромагнитный электроприводной спиральный шнек, установлена к боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра, над уровнем фторопластового диска с радиальными окнами.