Микроволновая установка с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья Российский патент 2025 года по МПК C11B1/12 

Изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий мясной промышленности и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки со стерилизацией жиросодержащего вторичного мясного сырья с сохранением потребительских свойств жира и шквары.

В условиях фермерских хозяйств после убоя животных возникает проблема переработки вторичного мясного сырья из-за высокой бактериальной обсемененности, особенно камер желудка жвачных животных.

Анализ СВЧ установок, предназначенных для термообработки мясного сырья, показывает, что они работают при напряженности электрического поля в объемном резонаторе 1…2 кВ/см. Такая напряженность электрического поля достаточна для снижения бактериальной обсемененности, в среднем в два раза [1, 2]. Бактериальная обсемененность вторичного мясного сырья выше 1 млн. КОЕ/г., следовательно, для обеззараживания такого сырья (ПДУ равна 500 тыс КОЕ/г) необходимо увеличить напряженность электрического поля до 3…4 кВ/см. Это возможно при использовании тороидального Н-образного резонатора, конденсаторная часть которого расположена по середине. Форма профиля резонатора определяет структуру возбуждаемых электромагнитных полей. В таком тороидальном резонаторе электрическое поле высокой напряженности в основном концентрируется в конденсаторной части резонатора.

Прототипом является установка СВЧ с квазистационарным резонатором для термообработки измельченного жиросодержащего сырья в непрерывном режиме [1]. Резонатор состоит из тора с верхним кольцевым основанием и конденсаторной части, образованной между основанием центральной части резонатора и нижним перфорированным основанием. В центральной части резонатора установлен усеченный конус так, что малое основание с диаметром менее четверти длины волны состыковано с отверстием на центральном основании резонатора. На уровне конденсаторной части по периметру установлены магнетроны с воздушным охлаждением.

Недостатки. В таком резонаторе, где конденсаторная часть образованна между основанием центральной части резонатора и нижним перфорированным основанием, напряженность электрического поля будет ниже 2 кВ/см. При этом через перфорированное основание резонатора происходит электромагнитное излучение в окружающее пространство.

Технической задачей изобретения является разработка микроволновой установки с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья в непрерывном режиме при высокой напряженности электрического поля с соблюдением электромагнитной безопасности без экранирующего корпуса.

Для достижения заявленного технического результата микроволновая установка с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья (фиг.1-9) содержит:

рабочую камеру, представленную как тороидальный резонатор, где во внешнем неферромагнитном цилиндре с кольцевыми основаниями соосно расположены внутренние неферромагнитные цилиндры без внешних оснований, образуя зазор между внутренними основаниями,

причем объем между основаниями внутренних неферромагнитных цилиндров, образованный посередине высоты внешнего неферромагнитного цилиндра, и кольцевой объем между внешним неферромагнитным цилиндром и внутренними неферромагнитными цилиндрами на уровне зазора представляет конденсаторную часть резонатора,

при этом размер зазора меньше, чем зазор между боковыми стенками внешнего и внутренних неферромагнитных цилиндров,

причем в конденсаторной части резонатора вдоль поперечной оси тороидального резонатора установлена фторопластовая труба с перфорированной частью, диаметром равным высоте зазора,

а внутри фторопластовой трубы с перфорированной частью проложен электроприводной фторопластовый спиральный шнек, при этом за пределами зазора часть фторопластовой трубы перфорирована и к ее концу прикреплен неферромагнитный патрубок для выгрузки шквары,

а к нижнему кольцевому основанию внешнего неферромагнитного цилиндра прикреплен неферромагнитный патрубок с шаровым краном для слива жира,

причем одни магнетроны с воздушным охлаждением размещены со сдвигом на 120 градусов на боковой поверхности внешнего неферромагнитного цилиндра в тороидальной части резонатора, а другие магнетроны с воздушным охлаждением размещены на уровне конденсаторной части.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- схематическое изображение микроволновой установки с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья (фиг.1);

- пространственное изображение микроволновой установка с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья, общий вид (фиг.2);

- пространственное изображение микроволновой установки с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья, общий вид в разрезе с позициями (фиг.3);

- пространственное изображение тороидального резонатора (фиг.4);

- пространственное изображение фторопластовой трубы с перфорированной частью (фиг.5).

- пространственное изображение фторопластового спирального шнека (фиг.6);

- пространственное изображение загрузочной неферромагнитной емкости (фиг.7);

- пространственное изображение неферромагнитного патрубка для выгрузки шквары (фиг.8);

- пространственное изображение неферромагнитного патрубка для слива жира (фиг.9).

Микроволновая установка с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья (фиг.1-9) содержит:

- загрузочную неферромагнитную емкость 1 с задвижкой и с измельчителем 2;

- фторопластовую трубу 3 с перфорированной частью;

- внешний неферромагнитный цилиндр 5;

- магнетроны 4, 8 с воздушным охлаждением;

- внутренние неферромагнитные цилиндры 6, 11;

- зазор 7 между внутренними неферромагнитными цилиндрами;

- электроприводной фторопластовый спиральный шнек 9;

- неферромагнитный патрубок 10 для выгрузки шквары;

- неферромагнитный патрубок 12 с шаровым краном для слива жира.

Особенности узлов установки. Внешний цилиндр 5 и внутренние цилиндры 6, 11, загрузочная емкость 2 с задвижкой, патрубки 10 и 12 выполнены из неферромагнитного материала (например из алюминия). Труба 3 выполнена из фторопласта. Спиральный шнек 9 выполнен из фторопласта. Магнетроны 4, 8 охлаждаются от вентиляторов (магнетроны воздушного охлаждения).

Микроволновая установка с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья (фиг.1-9) содержит рабочую камеру, представленную как тороидальный резонатор, где во внешнем неферромагнитном цилиндре 5 с кольцевыми основаниями соосно расположены внутренние неферромагнитные цилиндры 6, 11, без внешних оснований, образуя зазор 7 между внутренними основаниями. Объем между основаниями внутренних неферромагнитных цилиндров 6,11, образованный посередине высоты внешнего неферромагнитного цилиндра 5, и кольцевой объем, образованный между неферромагнитными цилиндрами высотой с зазор, представляют конденсаторную часть тороидального резонатора. Размер зазора 7 меньше, чем зазор между боковыми стенками внешнего 5 и внутренних 6, 11 неферромагнитных цилиндров. Электрическое поле концентрируется в основном в конденсаторной части тороидального резонатора. Для этого высота каждого внутреннего неферромагнитного цилиндра 6, 11 должна быть кратна нечетному числу четверти длины волны (3,06 см), а высота внешнего неферромагнитного цилиндра - в 5…7 раз больше длины волны (12,24 см) [1]. Через конденсаторную часть тороидального резонатора установлена, вдоль поперечной оси, фторопластовая труба 3 с перфорированной частью, диаметром, равным высоте зазора 7 между внутренними неферромагнитными цилиндрами 6, 11. Внутри фторопластовой трубы 3 с перфорированной частью проложен электроприводной фторопластовый спиральный шнек 9. Часть фторопластовой трубы 3, за пределами зазора 7 между внутренними неферромагнитными цилиндрами, перфорирована, и к концу фторопластовой перфорированной части трубы 3 прикреплен неферромагнитный патрубок 10 для выгрузки шквары. Для слива жира неферромагнитный патрубок 12 с шаровым краном прикреплен к нижнему кольцевому основанию внешнего неферромагнитного цилиндра 5. Одни магнетроны 4 с воздушным охлаждением размещены со сдвигом на 120 градусов на боковой поверхности внешнего неферромагнитного цилиндра 5 в тороидальной части резонатора, а другие магнетроны 8 с воздушным охлаждением размещены на уровне конденсаторной части тороидального резонатора.

Технологический процесс термообработки начинается с загрузки жиросодержащего вторичного мясного сырья в загрузочную неферромагнитную емкость 1 после открытия задвижки и включения измельчителя 2, и, если включен электропривод фторопластового спирального шнека 9. Как только во фторопластовой трубе 3 с перфорированной частью окажется вторичное мясное сырье, следует включить все магнетроны 4, 8 с воздушным охлаждением. После чего, электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) возбуждается продольным током, текущим по внутренним неферромагнитным цилиндрам 6, 11 тороидального резонатора и соответствует E-волне. Измельченное жиросодержащее вторичное мясное сырье в процессе перемещения электроприводным фторопластовым спиральным шнеком 9 внутри фторопластовой трубы 3 с перфорированной частью подвергается воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты высокой напряженности электрического поля, так как вторичное мясное сырье находится в конденсаторной части тороидального резонатора, где напряженность электрического поля более 3…4 кВ/см.

Происходит эндогенный нагрев жиросодержащего вторичного мясного сырья и вытопленный жир стекает через отверстия на перфорированной части фторопластовой трубы 3. При этом жир стекает на нижнее кольцевое основание внешнего неферромагнитного цилиндра 5, дополнительно нагревается в тороидальной части резонатора, но при меньшей напряженности электрического поля. Вытопленный жир через неферромагнитный патрубок 12 сливается при открытии шарового крана. Шквара выгружается через неферромагнитный патрубок 10. Скорость передвижения жиросодержащего вторичного мясного сырья через конденсаторную часть тороидального резонатора зависит от мощности магнетронов 4, 8 с воздушным охлаждением и объема его загрузки во фторопластовую трубу 3 с перфорированной частью. Установку следует располагать под наклоном 5…7 градусов для стекания жира через неферромагнитный патрубок 12 при открытии шарового крана.

Пример выполнения Н-образного тороидального резонатора. Радиус наружного цилиндра подбирается так, чтобы на частоте 2450 МГц конденсаторная часть работала в режиме отсечки. Зазор в конденсаторной части резонатора кратен четверти длины волны. Размеры тороидального резонатора: конденсаторный зазор 12,24 см, диаметр внутреннего неферромагнитного цилиндра 17 см, а внешнего - 61,2 см, высота и длина резонатора 85,86 см. Отношение радиусов внешнего и внутренних неферромагнитных цилиндров должно быть равное 3,6 [2, стр. 351].

Источники информации

1. Патент №2726565 РФ, МПК С11В 1/12. СВЧ установка с квазистационарным тороидальным резонатором для вытопки обеззараженного жира из измельченного жиросодержащего сырья в непрерывном режиме / А.А. Тихонов, А.В. Казаков, Г.В. Новикова, М.В. Белова, О.В. Михайлова / заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). - №2019122928; заявл. 16.07.2019. Бюл. №20 от 14.07.2020. - 14 с.

2. Стрекалов А.В., Стрекалов Ю.А. Электромагнитные поля и волны.

- М.: РИОР; ИНФРА-М, 2014. - 375 с.

Изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий мясной промышленности. Микроволновая установка с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья содержит рабочую камеру, представленную как тороидальный резонатор, где во внешнем неферромагнитном цилиндре 5 с кольцевыми основаниями соосно расположены внутренние неферромагнитные цилиндры 6, 11 без внешних оснований, образуя зазор 7 между внутренними основаниями. Объем между основаниями внутренних неферромагнитных цилиндров, образованный посередине высоты внешнего неферромагнитного цилиндра 5, и кольцевой объем, образованный между внешним неферромагнитным цилиндром и внутренними неферромагнитными цилиндрами высотой зазора, представляют конденсаторную часть тороидального резонатора. Размер зазора меньше, чем зазор между боковыми стенками внешнего и внутренних цилиндров. Высота каждого внутреннего неферромагнитного цилиндра кратна нечетному числу четверти длины волны, а высота внешнего неферромагнитного цилиндра - в 5…7 раз больше длины волны. Через конденсаторную часть тороидального резонатора установлена вдоль поперечной оси фторопластовая труба 3 с перфорированной частью диаметром, равным высоте зазора 7. Внутри фторопластовой трубы 3 с перфорированной частью проложен электроприводной фторопластовый спиральный шнек 9. За пределами зазора часть фторопластовой трубы перфорирована и к концу фторопластовой перфорированной трубы прикреплен неферромагнитный патрубок 10 для выгрузки шквары. Для слива жира неферромагнитный патрубок 12 с шаровым краном прикреплен к нижнему кольцевому основанию внешнего неферромагнитного цилиндра. Одни магнетроны с воздушным охлаждением размещены со сдвигом на 120 градусов на боковой поверхности внешнего неферромагнитного цилиндра в тороидальной части резонатора, а другие магнетроны - на уровне конденсаторной части. Установка размещена под наклоном на 5…7 градусов. Изобретение позволяет разработать микроволновую установку с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья в непрерывном режиме при высокой напряженности электрического поля с соблюдением электромагнитной безопасности без экранирующего корпуса. 9 ил.

Микроволновая установка с тороидальным резонатором для термообработки жиросодержащего вторичного мясного сырья содержит:

рабочую камеру, представленную как тороидальный резонатор, где во внешнем неферромагнитном цилиндре с кольцевыми основаниями соосно расположены внутренние неферромагнитные цилиндры без внешних оснований, образуя зазор между внутренними основаниями,

причем объем между основаниями внутренних неферромагнитных цилиндров, образованный посередине высоты внешнего неферромагнитного цилиндра, и кольцевой объем между внешним неферромагнитным цилиндром и внутренними неферромагнитными цилиндрами на уровне зазора представляет конденсаторную часть резонатора,

при этом размер зазора меньше, чем зазор между боковыми стенками внешнего и внутренних неферромагнитных цилиндров,

причем в конденсаторной части резонатора вдоль поперечной оси тороидального резонатора установлена фторопластовая труба с перфорированной частью диаметром, равным высоте зазора, а внутри трубы с фторопластовой частью проложен электроприводной фторопластовый спиральный шнек,

при этом за пределами зазора часть фторопластовой трубы перфорирована и к ее концу прикреплен неферромагнитный патрубок для выгрузки шквары,

а к нижнему кольцевому основанию внешнего неферромагнитного цилиндра прикреплен неферромагнитный патрубок с шаровым краном для слива жира,

причем одни магнетроны с воздушным охлаждением размещены со сдвигом на 120 градусов на боковой поверхности внешнего неферромагнитного цилиндра в тороидальной части резонатора, а другие магнетроны с воздушным охлаждением размещены на уровне конденсаторной части.