СВЧ установка с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме Российский патент 2025 года по МПК A22C17/00 H05B6/64 

Изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий мясной промышленности и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки, обеззараживания и нейтрализации запаха вторичного мясного сырья с сохранением потребительских свойств продукта.

В условиях фермерских хозяйств осуществляют убой животных, но при этом возникает проблема переработки вторичного мясного сырья с нейтрализацией неприятного запаха на кормовую продукцию, в том числе слизистых субпродуктов, куда относятся и камеры желудков жвачных животных (рубец, сетка, книжка, сычуг). Такое сырье целесообразнее перерабатывать комплексным воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ), бактерицидного потока УФ лучей и озона.

Традиционные и новые области применения СВЧ энергии представляют различные и специфические требования к источникам электромагнитных колебаний сантиметрового диапазона (длина волны 12,24 см, частота 2450 МГц). В технологических процессах термообработки сырья агропредприятий рекомендуется применять установки средней мощности (до 10 кВт). Они должны обеспечить целый комплекс параметров: высокую стабильность частоты, необходимую напряженность электрического поля (более 2 кВ/см), электромагнитную безопасность (ПДУ мощности потока излучений 10 мкВт/см² [1, стр. 65]), высокий КПД (выше 0,6), долговечность, малые габариты и массу. Все это позволить интенсивно реализовать СВЧ технику в технологических процессах агропредприятий, связанных с термообработкой, обеззараживанием вторичного мясного сырья и нейтрализацией неприятного запаха.

Использование новых конструктивных решений при разработке СВЧ установки с объемным резонатором, где предусмотрен электроискровой разряд, обеспечивающий озонирование воздуха для нейтрализации неприятного запаха при термообработке с обеззараживанием мясных конфискатов позволяет создавать конструкцию установки, существенно превосходящую ее прототипы по надежности. В связи с этим установка с коаксиальным резонатором в значительной степени приближается к идеальной СВЧ технике. В коаксиальном резонаторе возбуждаются колебания Н₀₁₁, и при использовании нескольких магнетронов в кольцевом объеме достигается равномерное распределение электромагнитного поля бегущей волны. Благодаря большому объему резонатора (5…7 раз больше, чем длина волны 12,24 см) [1, стр. 50] можно обеспечить непрерывный технологический процесс, с производительностью необходимой для фермерских хозяйств (35…40 кг/ч).

Аналогом является СВЧ установка для термообработки непищевых отходов животного происхождения в непрерывном режиме (патент №2679203) [2]. Установка содержит внутри цилиндрического экранирующего корпуса шнек со сплошной неферромагнитной винтовой поверхностью вдоль фторопластового вала. Шаг винта, равный глубине проникновения волны, обеспечивает равномерный нагрев сырья. Излучатели от магнетронов направлены внутрь резонаторов, образованных между витками шнека. Использование данной установки позволяет повысить качество переработки сырья, но нейтрализовать неприятный запах при термообработке слизистых субпродуктов, не удается.

Технологической задачей изобретения является термообработка, обеззараживание и нейтрализация запаха вторичного мясного сырья в непрерывном режиме с извлечением жира и сохранением потребительских свойств продукта.

Задача решается разработкой СВЧ установки с коаксиальным резонатором и магнетронами с воздушным охлаждением, с электроприводным радиопрозрачным винтовым шнеком и лампами бактерицидного потока УФ лучей, запитанными от генераторов импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц, обеспечивающими коронный разряд при расположении их рядом с неферромагнитными иглами.

Для достижения заявленного технического результата СВЧ установка с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1-8) содержит

коаксиальный резонатор в виде соосно расположенных неферромагнитных наружного и внутреннего цилиндров, нижнее неферромагнитное кольцевое основание, которого перфорировано, а к верхнему неферромагнитному кольцевому основанию прикреплена неферромагнитная загрузочная емкость с измельчителем,

причем в кольцевой объем коаксиального резонатора соосно установлен радиопрозрачный электроприводной цилиндр с перфорированными радиопрозрачными винтами шнека с шагом равным глубине проникновения волны и неферромагнитным верхним основанием на валу электродвигателя, расположенным на расстоянии не более четверти длины волны от верхнего края неферромагнитного внутреннего цилиндра,

а на его внутренней боковой поверхности по периметру со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны с волноводами и вентиляторами, соединенными с воздуховодом, прикрепленным к распределительным воздуховодам, направленными в кольцевой объем резонатора,

причем к нижнему краю неферромагнитного наружного цилиндра прикреплена неферромагнитная накопительная емкость, содержащая неферромагнитный патрубок для жира с шаровым краном, а внизу на его боковой поверхности установлен патрубок для шквары с шаровым краном, а на верхней части имеется воздухоотвод для отработанного воздуха,при этом под неферромагнитным верхним кольцевым основанием коаксиального резонатора имеются коронирующие иглы, а под ними радиально расположенные электрогазоразрядные лампы, запитанные от генераторов импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц, расположенных с наружной стороны неферромагнитного наружного цилиндра.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- схематическое изображение СВЧ установки с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1);

- пространственное изображение СВЧ установки с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид (фиг. 2);

- пространственное изображение СВЧ установки с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид, в разрезе без шнека и магнетронов (фиг. 3);

- пространственное изображение СВЧ установки с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид, в разрезе (фиг. 4);

- пространственное изображение СВЧ установки с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид, в разрезе, с позициями (фиг. 5);

- пространственное изображение радиопрозрачного электроприводного цилиндра с винтами шнека (фиг. 6);

- расположение коронирующих игл (фиг. 7);

- пространственное изображение коаксиального резонатора (фиг. 8).

СВЧ установка с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме (фиг.1-8) содержит:

- наружный цилиндр 1;

- загрузочную емкость 2 с задвижкой;

- измельчитель 3;

- верхнее основание 4 электроприводного цилиндра 6;

- внутренний цилиндр 5;

- электроприводной цилиндр 6;

- коронирующие иглы 7;

- электрогазоразрядные лампы 8;

- перфорированные винты 9 шнека;

- магнетроны 10;

- воздуховод 11;

- распределительные воздуховоды 12;

- нижнее кольцевое основание 13;

- патрубок 14 для жира;

- накопительная емкость 15;

- патрубок 16 для шквары;

- воздухоотвод 17 для отработанного воздуха.

Особенности узлов установки.

Наружный 1 и внутренний 5 цилиндры, загрузочная емкость 2 с задвижкой, верхнее основание 4 электроприводного цилиндра 6, электроприводной цилиндр 6, коронирующие иглы 7, патрубок 14 для жира, патрубок 16 для жира, воздуховод 11, распределительные воздуховоды 12 и воздухоотвод 17 для отработанного воздуха, накопительная емкость 15 выполнены из неферромагнитного материала (например, из алюминия).

Боковая поверхность электроприводного цилиндра 6, перфорированные винты 9 шнека выполнены из радиопрозрачного материала, например из фторопласта. Этот цилиндр 6 с перфорированными винтами 9 выполняет функцию винтового шнека.

Магнетроны 10 охлаждаются от вентиляторов (магнетроны с воздушным охлаждением), они установлены на соответствующие волноводы.

Нижнее кольцевое основание 13 наружного цилиндры 1 выполнено из неферромагнитного материала и перфорировано.

Электрогазоразрядные лампы 8 являются источниками бактерицидного потока, и они запитаны от генераторов импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц, по подобию аппарата «Дарсонваль» [3].

Соосно расположенные неферромагнитные цилиндры (наружный 1 и внутренний 5) с нижним кольцевым перфорированным основанием 13 и верхним основанием образуют коаксиальный резонатор.

СВЧ установка с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме (фиг.1-8) содержит коаксиальный резонатор в виде соосно расположенных неферромагнитных наружного 1 и внутреннего 5 цилиндров. Нижнее неферромагнитное кольцевое основание 13 резонатора перфорировано. К верхнему неферромагнитному кольцевому основанию прикреплена неферромагнитная загрузочная емкость 2 задвижкой и с измельчителем 3.

В кольцевой объем коаксиального резонатора соосно установлен электроприводной цилиндр 6 с перфорированными радиопрозрачными винтами 9 шнека с шагом равным глубине проникновения волны (11,2 см) [4, стр. 107] и неферромагнитным верхним основанием 4 на валу электродвигателя, расположенным на расстоянии не более четверти длины волны от верхнего края неферромагнитного внутреннего цилиндра 5. Боковая поверхность электроприводного цилиндра 6 выполнена из радиопрозрачного материала (например, из фторопласта), а верхнее основание 4 выполнено из неферромагнитного материала (например, из алюминия).

На внутренней боковой поверхности неферромагнитного внутреннего цилиндра 5 по периметру установлены магнетроны 10 на волноводах и охлаждаются вентиляторами, соединенными воздуховодом 11, прикрепленным к распределительным воздуховодам 12, направленными в кольцевой объем резонатора. В связи с тем, что магнетроны 10 расположены радиально по периметру со стороны внутренней поверхности внутреннего цилиндра 5, и излучатели от магнетронов 10, направленные в кольцевой объем закрыты (защищены от попадания сырья) радиопрозрачной боковой поверхностью электроприводного цилиндра 6, электромагнитная безопасность для обслуживающего персонала соблюдается. При таком расположении магнетронов 10 пробой одним магнетроном соседних магнетронов невозможен.

Направление потока тепла от магнетронов 10 в коаксиальный резонатор с помощью воздуховода 11 и распределительных воздуховодов 12, обеспечивает конвективный нагрев сырья при эндогенном нагреве за счет токов поляризации, что увеличивает КПД установки.

К нижнему краю наружного неферромагнитного цилиндра 1 прикреплена неферромагнитная накопительная емкость 15, содержащая неферромагнитный патрубок 14 для жира с шаровым краном, а внизу на его боковой поверхности, установлен патрубок 16 для шквары с шаровым краном. Размеры патрубка 14 для жира, патрубка 16 для шквары таковы, что они выполняют функции запредельных волноводов. На верхней части боковой поверхности наружного неферромагнитного цилиндра 1 имеется воздухоотвод 17 для отработанного воздуха, диаметром менее четверти длины волны. Он предназначен для удаления отработанного влажного воздуха.

Под верхним неферромагнитным кольцевым основанием 4 электроприводного цилиндра 6 имеются коронирующие иглы 7, а под ними радиально расположенные электрогазоразрядные лампы 8, запитанные от генераторов импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц, расположенных с наружной стороны неферромагнитного наружного цилиндра 1. Под электрогазоразрядными лампами 8 имеются мелкоячеистые диэлектрические сетки для защиты от попадания частицы сырья.

Технологический процесс термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме в СВЧ установке с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе происходит следующим образом.

Загрузить ветеринарные конфискаты (мясо и слизистые субпродукты, забракованные при послеубойном ветеринарном осмотре туш и органов скота) в загрузочную емкость 2 при закрытой задвижке. Включить электропривод цилиндра 6 с жестко закрепленными перфорированными винтами 9 шнека и генераторы импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц, от которых запитаны электрогазоразрядные лампы 8, после чего они загораются как источник бактерицидного потока УФ лучей и начинают коронировать о коронирующие иглы 7. За счет коронного разряда происходит озонирование воздуха в кольцевом объеме коаксиального резонатора.

Далее открыть задвижку в загрузочной емкости 2, включить электропривод измельчителя 3 и загрузить в загрузочную емкость 2 вторичное мясное сырье. После чего измельченное мясное сырье попадает на перфорированные винты 9 шнека в кольцевом объеме коаксиального резонатора. Далее включить вентиляторы, магнетроны 10, после чего магнетроны 10 начинают охлаждаться. Так как излучатели через соответствующие волноводы направлены в коаксиальный резонатор, поэтому в кольцевом объеме коаксиального резонатора возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, частота 2450 МГц, длина волны 12,24 см, глубина проникновения волны в сырье до 11,2 см [4, стр. 107]). Работа магнетронов 10 сопровождается выделением большого количества тепла, поэтому через их радиаторы следует перекачивать свежий воздух с помощью вентиляторов.

Свежий воздух через перфорацию на верхнем неферромагнитном основании 4 электроприводного цилиндра 6 всасывается вентиляторами, и охлаждают магнетроны 10. Теплый воздух от магнетронов 10 через воздуховод 11 и распределительные воздуховоды 12 через внутренний цилиндр 5 попадает в кольцевой объем коаксиального резонатора, и отработанный влажный воздух удаляется через воздухоотвод 17. В процессе термообработки вторичного мясного сырья выделяется пар, воздух в коаксиальном резонаторе будет влажный.

Так как электроприводной цилиндр 6 с перфорированными радиопрозрачными винтами 9 шнека и неферромагнитным верхним основанием 4 расположены на валу электродвигателя, С помощью винтового шнека, (4, 6, 9) то измельченное мясное сырье при равномерном диэлектрическом нагреве за счет токов поляризации в ЭМПСВЧ перемещается вдоль коаксиального резонатора. В коаксиальном резонаторе бегущая волна сантиметрового диапазона обеспечивает равномерное распределение высокой напряженности электрического поля. Например, при мощности трех магнетронов 2400…3000 Вт, напряженность электрического поля составляет более 3 кВ/см. Сырье варится, обеззараживается за счет электрического поля высокой напряженности, бактерицидного потока УФ лучей и озона. Неприятный запах нейтрализуется за счет озона и удаляется вместе отработанным влажным воздухом через воздухоотвод 17.

При термообработке вытапливается жир, если мясное сырье жиросодержащее, например, рубец жвачного животного. Если сырье не жиросодержащее, как сетка и книжка камер желудка жвачного животного, то они под комплексным воздействием конвективного тепла, диэлектрического нагрева, озона и бактерицидного потока варятся, высыхают, обеззараживаются.

Вытопленный жир стекает сквозь перфорацию нижнего кольцевого основания 13 наружного цилиндра 1 в накопительную емкость 15, выполненную из неферромагнитного материала. Далее шквара последними перфорированными винтами 9 шнека сбрасывается в патрубок 16 для шквары, а оттуда в специальную емкость. Продолжительность переработки вторичного мясного сырья регулируется частотой вращения электроприводного цилиндра 6 с перфорированными винтами 9 шнека.

Удельная мощность СВЧ генератора регулируется количеством и мощностью магнетронов 10 и объемом загрузки сырья в коаксиальный резонатор, изменяя производительность измельчителя 3.

Мощность бактерицидного потока УФ лучей регулируется изменением мощности генераторов импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц и количества электрогазоразрядных ламп. Концентрация озона регулируется изменением зазора между электрогазоразрядными лампами 8 и коронирующими иглами 7. Размеры коаксиального резонатора согласованы с длиной волны, при этом средний периметр между внутренним и наружным цилиндрами кратен половине длины волны [5]. По окончании технологического процесса термообработки вторичного мясного сырья выключить электропривод измельчителя 3 и закрыть задвижку. Когда в кольцевом объеме еще находится остаточная часть мясного сырья, выключить магнетроны 10. Далее выключить электроприводной цилиндр 6, слить вытопленный жир из накопительной емкости 15 через патрубок 14 для жира с помощью шарового крана. В последнюю очередь следует выключить генераторы импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц, чтобы полностью нейтрализовать запах. Далее провести санитарную обработку установки.

Источники информации

1. Пчельников Ю.Н., Свиридов В.Т. Электроника сверхвысоких частот. - М.: Радио и связь, 1981. - 96 с.

2. Патент №2679203 РФ, МПК А23К 10/00. СВЧ установка для термообработки непищевых отходов животного происхождения в непрерывном режиме / Жданкин Г.В., Новикова Г.В., Белова М.В.; заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). №2017108866; заявл. 20.03.2017. Бюл. №26 от 17.09.2018. 14 с.

3.https://medik-dom.ru/uploads/file/23281/rburptf_brrbtbf_dbtupochbmsh_yultb-1_opchpbonb.pdf ф .

4. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / Под ред. И.А. Рогова - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.

5. 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. СВЧ установка с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме содержит коаксиальный резонатор в виде соосно расположенных наружного 1 и внутреннего 5 неферромагнитных цилиндров. Нижнее неферромагнитное кольцевое основание 13 резонатора перфорировано. К верхнему неферромагнитному кольцевому основанию 4 электроприводного цилиндра 6 прикреплена неферромагнитная загрузочная емкость 2 с задвижкой, а также измельчителем 3. В кольцевой объем коаксиального резонатора соосно установлен электроприводной цилиндр 6 с радиопрозрачными перфорированными винтами 9 шнека с шагом, равным глубине проникновения волны, и верхним неферромагнитным основанием 4 на валу электродвигателя, расположенным на расстоянии не более четверти длины волны от верхнего края неферромагнитного внутреннего цилиндра 5. На внутренней боковой поверхности неферромагнитного внутреннего цилиндра 5 по периметру со сдвигом на 120° установлены магнетроны 10 с соответствующими волноводами и вентиляторами, соединенными с воздуховодом 11, прикрепленным к распределительным воздуховодам 12, направленным в кольцевой объем резонатора. К нижнему краю наружного неферромагнитного цилиндра 1 прикреплена неферромагнитная накопительная емкость 15, содержащая неферромагнитный патрубок 14 для жира с шаровым краном, а внизу на его боковой поверхности установлен патрубок 16 для шквары с шаровым краном. На верхней части боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра 1 имеется воздухоотвод 17 для отработанного воздуха. Под неферромагнитным верхним кольцевым основанием резонатора имеются коронирующие иглы 7, а под ними радиально расположенные электрогазоразрядные лампы 8, запитанные от генераторов импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц, расположенных с наружной стороны наружного неферромагнитного цилиндра 1. Изобретение позволяет осуществить термообработку, обеззараживание и нейтрализацию запаха вторичного мясного сырья в непрерывном режиме с извлечением жира и сохранением потребительских свойств продукта. 8 ил.

СВЧ установка с лампами бактерицидного потока в коаксиальном резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья в непрерывном режиме содержит коаксиальный резонатор в виде соосно расположенных неферромагнитных наружного и внутреннего цилиндров, нижнее неферромагнитное кольцевое основание, которого перфорировано, а к верхнему неферромагнитному кольцевому основанию прикреплена неферромагнитная загрузочная емкость с измельчителем,

причем в кольцевой объем коаксиального резонатора соосно установлен радиопрозрачный электроприводной цилиндр с перфорированными радиопрозрачными винтами шнека с шагом, равным глубине проникновения волны, и неферромагнитным верхним основанием на валу электродвигателя, расположенным на расстоянии не более четверти длины волны от верхнего края неферромагнитного внутреннего цилиндра,

а на его внутренней боковой поверхности по периметру со сдвигом на 120° установлены магнетроны с волноводами и вентиляторами, соединенными с воздуховодом, прикрепленным к распределительным воздуховодам, направленными в кольцевой объем резонатора,

причем к нижнему краю неферромагнитного наружного цилиндра прикреплена неферромагнитная накопительная емкость, содержащая неферромагнитный патрубок для жира с шаровым краном, внизу на его боковой поверхности установлен патрубок для шквары с шаровым краном, а на верхней части имеется воздухоотвод для отработанного воздуха,

при этом под неферромагнитным верхним кольцевым основанием коаксиального резонатора имеются коронирующие иглы, под ними радиально расположенные электрогазоразрядные лампы, запитанные от генераторов импульсно-моделированных высокочастотных колебаний 110 кГц, расположенных с наружной стороны неферромагнитного наружного цилиндра.