СВЧ установка с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме Российский патент 2024 года по МПК C05F11/08 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки с обеззараживанием и нейтрализацией неприятного запаха, измельченного вторичного мясного сырья комплексным воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ), бактерицидного потока УФ-лучей и озона в непрерывном режиме.

Из мясных отходов убоя животных, допущенных ветеринарной службой к переработке, производят белковый корм для животных. К указанным отходам в частности можно отнести камеры желудков жвачных животных (рубец, сетка, книжка, сычуг) как жиросодержащее некондиционное мясное сырье. Из них вытапливают технический жир и шквару для корма животных. Для этих целей применяют аппараты, где реализуется способ непосредственного контакта сырья с горячей водой или острым паром [1, стр. 322]. Но длительная продолжительность контакта сырья с высокотемпературным теплоносителем снижает качество жира и шквары.

Известна СВЧ установка с биконическим резонатором и пакетами тарелок для термообработки мясокостных конфискатов [2]. Она содержит вертикально расположенный биконический неферромагнитный резонатор в виде конических обечаек. Внутри резонатора соосно расположенные внешний и внутренний пакеты фторопластовых тарелок в виде усеченных конусов. Внутренний пакет тарелок установлен на электроприводной диэлектрический вал со спиральным диэлектрическим шнеком в нижней конической обечайке. Использование данной установки позволяет повысить качество обработки вторичного мясного сырья, но не позволяет нейтрализовать неприятный запах.

При термообработке конфискатов следует проводить их разварку и обеззараживание, а также нейтрализацию неприятного запаха. Поэтому разработана установка, реализующая инновационный способ термообработки вторичного мясного сырья комплексным воздействием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты, озона и бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей.

Техническая задача - разработать многогенераторную радиогерметичную установку с СВЧ энергоподводом и бактерицидным потоком УФ лучей в коаксиальный резонатор для термообработки с обеззараживанием и нейтрализации неприятного запаха, измельченного вторичного мясного сырья в непрерывном режиме.

Для достижения заявленного технического результата СВЧ установка с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1-12) содержит в вертикально установленном неферромагнитном наружном цилиндре с верхним кольцевым основанием и нижним перфорированным основанием, соосно расположенный неферромагнитный внутренний спиральный цилиндр и электроприводной фторопластовый шнек, со сплошной винтовой поверхностью с первым неферромагнитным винтом и фторопластовым валом, при этом средний периметр кольцевого объема, между неферромагнитным наружным цилиндром и неферромагнитным внутренним спиральным цилиндром, образующими коаксиальный резонатор, как и его высота кратны половине длины волны, причем к нижнему перфорированному основанию неферромагнитного цилиндра прикреплена неферромагнитная цилиндрическая накопительная емкость с наклонным основанием, содержащим запредельный волновод с шаровым краном, а на верхнее неферромагнитное кольцевое основание неферромагнитного цилиндра установлена неферромагнитная загрузочная емкость с неферромагнитной задвижкой, при этом к внутренней стороне верхнего кольцевого основания неферромагнитного цилиндра установлены неферромагнитные коронирующие щетки с радиальным сдвигом, под которыми радиально расположены электрогазоразрядные лампы, запитанные от генераторов килогерцовой частоты, расположенных с наружной стороны боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра, а под электрогазоразрядными лампами расположена керамическая кольцевая сферическая поверхность, большой диаметр которой меньше диаметра неферромагнитного наружного цилиндра на половину длины волны, причем по периметру боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра, со сдвигом на 120 градусов и сдвигом по его высоте установлены магнетроны с волноводами и вентиляторами, при этом над нижним перфорированным основанием неферромагнитного наружного цилиндра расположена диэлектрическая труба пневмотранспортера, закрытая сеткой, ячейки которой не более размеров шквары, причем продолжение диэлектрической трубы пневмотранспортера за неферромагнитным наружным цилиндром выполнено из неферромагнитного материала.

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

- СВЧ установки с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид в разрезе (фиг. 1);

- СВЧ установки с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид в разрезе, с позициями (фиг. 2);

- СВЧ установки с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид в разрезе по вертикальной оси (фиг. 3);

- неферромагнитного коаксиального резонатора, в разрезе (фиг. 4);

- неферромагнитного внутреннего цилиндра со спиральной боковой поверхностью (фиг. 5);

- электроприводного фторопластового винтового шнека (фиг. 6);

- керамической кольцевой сферической поверхности (фиг. 7);

- верхнего основания неферромагнитного наружного цилиндра с неферромагнитными щетками (вид снизу) (фиг. 8);

- нижнего перфорированного основания неферромагнитного наружного цилиндра (фиг. 9);

- неферромагнитной накопительной емкости (фиг. 10);

- электрогазоразрядной лампы с генератором килогерцовой частоты (фиг. 11);

- диэлектрической трубы пневмотранспортера (фиг. 12).

СВЧ установка с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1-12) содержит:

- неферромагнитную загрузочную емкость 1;

- неферромагнитный наружный цилиндр 2;

- неферромагнитный коаксиальный резонатор 3;

- неферромагнитный внутренний спиральный цилиндр 4;

- электроприводной фторопластовый шнек 5;

- магнетроны 6 с волноводами и вентиляторами;

- нижнее перфорированное основание 7;

- неферромагнитную накопительную емкость 8;

- запредельный волновод 9 с шаровым краном;

- диэлектрическую трубу 10 пневмотранспортера;

- керамическую кольцевую сферическую поверхность 11;

- электрогазоразрядные лампы 12;

- неферромагнитные коронирующие щетки 13.

СВЧ установка с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1-12) содержит в вертикально установленном неферромагнитном наружном цилиндре 2 с верхним кольцевым основанием и нижним перфорированным основанием 7, соосно расположенный неферромагнитный внутренний спиральный цилиндр 4. А внутри его электроприводной фторопластовый шнек 5, со сплошной винтовой поверхностью и фторопластовым валом. Первый винт электроприводного фторопластового шнека 5 шнека, под неферромагнитной загрузочной емкостью, содержащей неферромагнитную задвижку, выполнен из неферромагнитного материала. Неферромагнитная загрузочная емкость 1 установлена над верхним кольцевым основанием неферромагнитного наружного цилиндра 2.

Соосно расположенные неферромагнитный наружный цилиндр 2 и неферромагнитный внутренний спиральный цилиндр 4, боковая поверхность которого представлена в виде спирали из неферромагнитного материала (неферромагнитный внутренний спиральный цилиндр 4) образуют неферромагнитный коаксиальный резонатор 3 (кольцевой объем). Средний периметр кольцевого объема и высота неферромагнитного коаксиального резонатора кратны половине длины волны.

К нижнему перфорированному основанию 7 неферромагнитного наружного цилиндра 2 прикреплена неферромагнитная цилиндрическая накопительная емкость 8 с наклонным основанием, содержащим запредельный волновод 9 с шаровым краном, а на верхнее кольцевое основание неферромагнитного наружного цилиндра 2 установлена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с неферромагнитной задвижкой. К внутренней стороне верхнего кольцевого основания неферромагнитного наружного цилиндра 2 с радиальным сдвигом установлены неферромагнитные коронирующие щетки 13, под которыми радиально расположены электрогазоразрядные лампы 12, запитанные от генераторов килогерцовой частоты, расположенных с наружной стороны боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра 2.

Под электрогазоразрядными лампами 12 расположена керамическая кольцевая сферическая поверхность 11, большой диаметр которой меньше диаметра неферромагнитного наружного цилиндра на половину длины волны. Из этих кольцевых отверстий (отверстие в керамической кольцевой сферической поверхности и кольцевое отверстие между неферромагнитным наружным цилиндром 2 и керамической кольцевой сферической поверхностью 11) бактерицидный поток УФ-лучей распространяется в мясное сырье, которое находится во взвешенном состоянии.

На боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра 2 со сдвигом на 120 градусов по периметру и сдвигом по его высоте установлены магнетроны 6 с волноводами и вентиляторами.

Над нижним перфорированным основанием 7 неферромагнитного наружного цилиндра 2 расположена диэлектрическая труба 10 пневмотранспортера, закрытая сеткой, ячейки которой не более размеров шквары (5-6 мм). Продолжение диэлектрической трубы 10 пневмотранспортера за неферромагнитным наружным цилиндром 2 выполнено из неферромагнитного материала.

Технологический процесс термообработки, обеззараживания и нейтрализация неприятного запаха вторичного мясного сырья в непрерывном режиме в СВЧ установке с коаксиальным спиральным резонатором происходит следующим способом. Загрузить предварительно измельченные куски вторичного мясного сырья (камеры жвачных животных: рубец, сетка, книжка, сычуг и др.) в неферромагнитную загрузочную емкость 1 при закрытой неферромагнитной задвижке. Включить генераторы килогерцовой частоты, после чего электрогазоразрядные лампы 12 загораются и начинают коронировать о неферромагнитные щетки 13. Происходит выделение озона, что обеспечивает стерилизацию поверхностей всех элементов рабочей камеры. Далее включить электродвигатель электроприводного фторопластового шнека 5 и открыть неферромагнитную задвижку в неферромагнитной загрузочной емкости 1. Измельченные куски вторичного мясного сырья с помощью сплошной винтовой поверхности электроприводного фторопластового шнека будут перемещаться вдоль и вниз, после чего необходимо включить магнетроны 6 с волноводами и вентиляторами.

В кольцевом объеме, представленном как неферромагнитный коаксиальный резонатор 3 между неферромагнитным наружным цилиндром 2 и неферромагнитным внутренним спиральным цилиндром 4, возбуждается равномерное электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Это будет электромагнитное поле бегущей волны. Частота ЭМПСВЧ 2450 МГц, длина волны 12,24 см, глубина проникновения волны в сырье 1,7-2 см, размеры частиц готовой шквары 5-6 мм. Керамическая кольцевая сферическая поверхность 11 обеспечивает концентрацию энергии ЭМПСВЧ в кольцевом объеме неферромагнитного коаксиального резонатора 3 и уменьшает потери на излучение, так как обладают малыми диэлектрическими потерями [4, стр. 360].

В неферромагнитном коаксиальном резонаторе 3 боковая поверхность неферромагнитного внутреннего спирального цилиндра 4 представлена в виде спирали с достаточно большой длиной витка и с определенным шагом витков, между которыми при вращении электроприводного фторопластового шнека 5 предварительно измельченное мясное сырье, размером менее, чем глубина проникновения волны (1,7…2 см) проходит, за счет центробежной силы, в неферромагнитный коаксиальный резонатор 3. Частицы сырья в неферромагнитном коаксиальном резонаторе находятся во взвешенном состоянии, и равномерно за счет токов поляризации в ЭМПСВЧ нагреваются до 85…95°С, жир вытапливается и стекает через нижнее перфорированное основание 7 в неферромагнитную накопительную емкость 8 с запредельным волноводом 9, через который можно слить жидкую фракцию, открывая шаровой кран. Шквара за счет центробежной силы при вращении электроприводного фторопластового шнека 5 сбрасывается к периферии и боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра 2, всасывается диэлектрической трубой 10 пневмотранспортера через сетку, ячейки которой не позволяют транспортировать не вытопленные частицы сырья.

Для обеспечения стабильности работы магнетронов 6 с волноводами и вентиляторами важно иметь в неферромагнитном коаксиальном резонаторе 3 электромагнитное поле, возбуждаемый на виде колебаний Н₀₁₁ и охватывающий узел, выполненный в форме спирали (неферромагнитный внутренний спиральный цилиндр 4). Поэтому боковая поверхность неферромагнитного внутреннего цилиндра выполнена в виде спирали. Спираль, соединенная с верхним кольцевым основанием и нижним перфорированным основанием 7 неферромагнитного наружного цилиндра 2, обеспечивает в витках синусоидальный вид колебаний. Виды колебаний в неферромагнитном коаксиальном резонаторе 3, отличающиеся от Н₀₁₁, отстают от него по частоте достаточно далеко и могут быть эффективно подавлены, что обеспечивает наличие в пространстве взаимодействия только синусоидальных колебаний (колебаний π-вида) [3, стр. 192]. Это позволит существенно увеличить мощность потока излучений в неферромагнитном коаксиальном резонаторе. Благодаря большому объему неферромагнитного коаксиального резонатора 3 при малой площади его поверхности (поверхность неферромагнитного внутреннего цилиндра 4 выполнена в виде спирали) увеличивается собственная добротность всей резонансной системы и, следовательно, стабильность частоты. При этом взаимодействие волн происходит в тех случаях, когда частота СВЧ волны совпадает или кратна частоте синусоидальных колебаний в витках спирали. Поэтому можно так подобрать шаг спирали, чтобы усилить энергию СВЧ бегущей волны в объеме неферромагнитного коаксиального резонатора 3.

Радиогерметичность СВЧ установки обеспечивается за счет неферромагнитного первого винта (под неферромагнитной задвижкой в неферромагнитной загрузочной емкости 1) электроприводного фторопластового шнека 5, а также запредельного волновода 9 с шаровым краном в неферромагнитной накопительной емкости 8.

Согласно существующим правилам техники безопасности обслуживающий персонал не должен подвергаться воздействию электромагнитных излучений интенсивностью большей 10 мкВт/см² [3, стр. 203].

Выводы

Теоретическое изучение принципов работы узлов установки с СВЧ энергоподводом и применение современного программного обеспечения при моделировании распределения электромагнитного поля в такой конструкции резонатора позволили выявить новые возможности для улучшения конструктивных и технологических параметров установки.

Использование:

- нового материала в виде керамической кольцевой сферической поверхности;

- дополнительных физических факторов таких как: коронный разряд, обеспечивающий озонирование воздуха и бактерицидный поток УФ-лучей;

- новых конструктивных решений по резонатору,

позволили создать конструкции рабочей камеры для термообработки отходов убоя жвачных животных с нейтрализацией неприятного запаха, существенно превосходящих их прототипы.

Данную конструкцию неферромагнитного коаксиального резонатора 3 с неферромагнитным внутренним спиральным цилиндром можно отнести к металлодиэлектрическим резонаторам [4, стр. 359].

Источники информации

1. Технологическое оборудование пищевых производств. Под редакцией Б. М. Азарова. - М.: ВО «Агропромиздат», 1988 - 463 с. (стр. 322).

2. Патент № 2803127 РФ, МПК А47j29/06. СВЧ установка с биконическим резонатором и пакетами тарелок для термообработки мясокостных конфискатов / Воронов Е.В., Тихонов А.А., Михайлова О.В., Просвирякова М.В., Сергеев Ю.А., Сторчевой В.Ф. /заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - № 2023115058; заявл. 08.06.2023. Бюл. № 25 от 06.09.2023.

3. Воскобойник М.Ф., Черников А.Н. Техника и приборы СВЧ. - М.: Радио связь, 1982. - 208 с.

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

Изобретение относится к области сельского хозяйства. СВЧ установка с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме содержит в вертикально установленном неферромагнитном наружном цилиндре 2 с нижним перфорированным основанием 7 соосно расположенный неферромагнитный внутренний спиральный цилиндр 4 и электроприводной фторопластовый шнек 5 со сплошной винтовой поверхностью и фторопластовым валом. Первый винт электроприводного фторопластового шнека, под неферромагнитной загрузочной емкостью, выполнен из неферромагнитного материала. Средний периметр кольцевого объема, между неферромагнитным наружным цилиндром 2 и неферромагнитным внутренним спиральным цилиндром 4, образующего неферромагнитный коаксиальный резонатор 3, и его высота кратны половине длины волны. К нижнему перфорированному основанию неферромагнитного цилиндра 2 прикреплена неферромагнитная цилиндрическая накопительная емкость 8 с наклонным основанием, содержащим запредельный волновод 9 с шаровым краном, а на верхнее неферромагнитное кольцевое основание неферромагнитного наружного цилиндра 2 установлена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с неферромагнитной задвижкой. К внутренней стороне верхнего кольцевого основания неферромагнитного наружного цилиндра 2 с радиальным сдвигом установлены неферромагнитные коронирующие щетки 13, под которыми радиально расположены электрогазоразрядные лампы 12, запитанные от генераторов килогерцовой частоты, расположенных с наружной стороны боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра 2. Под электрогазоразрядными лампами 12 расположена керамическая кольцевая сферическая поверхность 11, большой диаметр которой меньше диаметра неферромагнитного наружного цилиндра 2 на половину длины волны. По периметру боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра со сдвигом на 120 градусов и сдвигом по его 2 высоте установлены магнетроны 6 с волноводами и вентиляторами. Над нижним перфорированным основанием 7 неферромагнитного наружного цилиндра 2 расположена диэлектрическая труба 10 пневмотранспортера, закрытая сеткой, ячейки которой не более размеров шквары, причем продолжение диэлектрической трубы пневмотранспортера за неферромагнитным наружным цилиндром выполнено из неферромагнитного материала. Изобретение позволяет разработать установку с СВЧ энергоподводом и бактерицидным потоком УФ лучей в коаксиальный резонатор для термообработки с обеззараживанием и нейтрализации неприятного запаха, измельченного вторичного мясного сырья в непрерывном режиме. 12 ил.

СВЧ установка с коаксиальным спиральным резонатором для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме, содержащая

в вертикально установленном неферромагнитном наружном цилиндре с верхним кольцевым основанием и нижним перфорированным основанием соосно расположенный неферромагнитный внутренний спиральный цилиндр и электроприводной фторопластовый шнек со сплошной винтовой поверхностью с первым неферромагнитным винтом и фторопластовым валом,

при этом средний периметр кольцевого объема между неферромагнитным наружным цилиндром и неферромагнитным внутренним спиральным цилиндром, образующими коаксиальный резонатор, как и его высота, кратны половине длины волны,

причем к нижнему перфорированному основанию неферромагнитного цилиндра прикреплена неферромагнитная цилиндрическая накопительная емкость с наклонным основанием, содержащим запредельный волновод с шаровым краном, а на верхнее неферромагнитное кольцевое основание неферромагнитного цилиндра установлена неферромагнитная загрузочная емкость с неферромагнитной задвижкой,

при этом к внутренней стороне верхнего кольцевого основания неферромагнитного цилиндра установлены неферромагнитные коронирующие щетки с радиальным сдвигом, под которыми радиально расположены электрогазоразрядные лампы, запитанные от генераторов килогерцовой частоты, расположенных с наружной стороны боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра,

а под электрогазоразрядными лампами расположена керамическая кольцевая сферическая поверхность, большой диаметр которой меньше диаметра неферромагнитного наружного цилиндра на половину длины волны,

причем по периметру боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра, со сдвигом на 120 градусов и сдвигом по его высоте установлены магнетроны с волноводами и вентиляторами,

при этом над нижним перфорированным основанием неферромагнитного наружного цилиндра расположена диэлектрическая труба пневмотранспортера, закрытая сеткой, ячейки которой не более размеров шквары, причем продолжение диэлектрической трубы пневмотранспортера за неферромагнитным наружным цилиндром выполнено из неферромагнитного материала.