Устройство для пастеризации (стерилизации) жидкости, а также отбора свч-мощности

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, медицине, а также к радиотехнике и предназначено для пастеризации (стерилизации) различных жидких водосодержащих субстанций и препаратов, не допускающих длительного высокотемпературного нагрева, а также для использования в качестве резонансных СВЧ-нагрузок и эквивалентов антенн. Изобретение решает техническую задачу, состоящую в повышении температурного градиента обрабатываемой жидкости и, как следствие, повышении качества обработки. Устройство содержит металлический волновод, один конец которого предназначен для введения СВЧ-мощности, а другой короткозамкнут и образует полуволновый резонатор. Элемент связи резонатора представляет собой резонансный последовательный контур. Контур состоит из сифона, установленного в центре широкой стенки волновода соосно с регулировочным винтом, расположенным в противоположной стенке волновода. Сифон выполнен из соосных внутренней и наружной труб, расположенных с зазором между внутренней поверхностью наружной заглушенной трубы и внешней поверхностью внутренней трубы, а также между торцом внутренней трубы и заглушенной частью наружной. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности, медицине, а также к радиотехнике, и может быть использовано в устройствах для пастеризации (стерилизации) жидких пищевых продуктов (например, молока, пива, вина) и лекарственных препаратов, водосодержащие субстанции которых не допускают длительного высокотемпературного нагрева, а также в устройствах резонансного отбора СВЧ-мощности (например, в волноводных нагрузках и эквивалентных антенн).

Известно устройство для пастеризации (стерилизации) жидких пищевых продуктов СВЧ-энергией, содержащее металлический волновод прямоугольного сечения, один конец которого предназначен для ввода СВЧ-энергии, оконечную согласованную нагрузку, трубопровод из радиопрозрачного материала, сборники, отличающееся тем, что трубопровод выполнен съемным, имеет круглое сечение и проходит через широкие стенки волновода, на внешних сторонах которых перпендикулярно их плоскости укреплены полые металлические цилиндры для прохода трубопровода в одной поперечной плоскости с трубопроводом, в волновод введен металлический регулировочный винт причем трубопровод с жидкостью, металлические цилиндры и регулировочный винт представляют собой квазисосредоточенный резонатор, оконечная согласованная нагрузка выполнена в виде короткозамыкающего поршня, а на начальном участке трубопровода установлен датчик наличия потока.

При этом внутренний диаметр трубопровода d1 равен 0,182a, внешний диаметр трубопровода d2 равен внутреннему диаметру металлических цилиндров и составляет 0,202a, диаметр металлического регулировочного винта d3 равен 0,164a, трубопровод и регулировочный винт смещены от продольной оси волновода на расстояние l₁, равное 0,19a, расстояние от оси трубопровода до короткозамыкающего поршня l₂ равно 0,58a, где a - размер широкой стенки волновода [1].

Устройство по заявке [1] является наиболее близким устройством-аналогом и выбрано в качестве прототипа.

Недостатками устройства-прототипа является низкий градиент нагрева. Выполненное в соответствии с заявленными соотношениями размеров устройство по заявке [1] позволяет обеспечить плотность прилагаемой СВЧ-мощности 100 Вт на 1 г обрабатываемой жидкости. Уменьшение высоты волновода (с целью уменьшения объема обрабатываемой жидкости, находящейся в трубопроводе между широкими стенками волновода) ограничено возможностью высокочастотного пробоя между металлическим регулировочным винтом и противоположной стенкой волновода, а уменьшение диаметра трубопровода с той же целью ограничено тем, что при соотношении его диаметра к его длине, находящейся в рабочей зоне, большем или равном 20, наступает вскипание обрабатываемой жидкости и, как следствие, грубое рассогласование квазисосредоточенного резонатора.

Цель изобретения - повышение температурного градиента обрабатываемой жидкости и, как следствие, повышение качества обработки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, в центре широкой стенки волновода введен сифон, содержащий внешнюю (подводящую) заглушенную трубу и внутреннюю (выводящую) соосную трубу, причем ширина зазора между ними составляет 0,01λ_o, где λ_o - длина волны на резонансной частоте; наружный диаметр жидкостного столба, заключенного в сифон и минимальная глубина погружения сифона в волновод определяются минимально доступным объемом жидкости, при котором не нарушается режим работы источника СВЧ-энергии и при котором плотность прилагаемой СВЧ-мощности составляет 100 Вт на 0,05 г обрабатываемого материала, что позволяет увеличить скорость обработки при достижении более высокого темпа нагрева и, следовательно, улучшить качество обработки; регулировочный винт, с диаметром торцевой части не менее диаметра жидкостного столба в сифоне, введен в противоположную широкую стенку волновода соосно с сифоном и образуют последовательный резонансный контур, являющийся резонансной диафрагмой полуволнового 1/2λ90 короткозамкнутого резонатора, где λ90 - длина волны в волноводе на резонансной частоте.

Выполнение сифона разборным упрощает замену радиопрозрачных труб и сан-гигиеническую обработку, что позволяет обеспечить высокое качество обрабатываемой жидкости. Возможность обеспечения электрического контакта обрабатываемой жидкости и волновода полностью исключает паразитные излучения из камеры нагрева.

Камера нагрева устройства выполнена в виде совокупности полуволнового резонатора, один конец которого короткозамкнут, и последовательного колебательного контура, являющегося резонансной диафрагмой резонатора. Последовательный контур образован индуктивностью регулировочного винта и частью сифона, погруженного в волновод, а также емкостью между торцом винта и сифоном на противоположной широкой стенке волновода.

В предлагаемом устройстве величина KCBH ≅ 1,2 и коэффициент использования СВЧ-энергии не менее 95%, что не хуже значений тех же параметров, обеспечиваемых устройством-прототипом, а темп нагрева в предлагаемом устройстве выше в 20 раз.

Совокупность вновь введенных конструктивных и электрических признаков не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство для пастеризации (стерилизации) жидкости, а также отбора СВЧ-мощности следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для пастеризации (стерилизации) жидкости, а также отбора СВЧ-мощности.

Устройство содержит металлический короткозамкнутый волновод 1, один конец которого предназначен для ввода СВЧ-мощности, сифон 2 из радиопрозрачного материала с шириной зазора между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы, равной 0,01λ_o, корпус 3 из металла, допускающего контакт с обрабатываемой жидкостью, для крепления элементов сифона, а также ввода и вывода обрабатываемой жидкости, регулировочный винт 4, с диаметром торцевой части не менее диаметра жидкостного столба в сифоне, соосный с сифоном и расположенный в центре широкой стенки волновода.

Устройство работает следующим образом. Резонансную частоту устройства определяет полуволновый резонатор 1/2λ₉₀ короткозамкнутый с одной стороны и возбуждаемый резонансной диафрагмой с активным сопротивлением, образованной индуктивностью регулировочного винта 4 и частью сифона 2, погруженного в волновод 1, и емкостью, образованной торцом регулировочного винта и торцом сифона на противоположной стенке волновода, а также активным сопротивлением обрабатываемой жидкости с большим коэффициентом затухания, находящейся в сифоне. Настройку резонансной диафрагмы осуществляют регулировочным винтом 4. Обрабатываемая жидкость вводится в корпус 3, заполненный из металла, допускающего контакт с обрабатываемой жидкостью, поступает в торец сифона 2 через зазор, равный 0,01λo и, поглотив практически всю мощность, через внутреннюю радиопрозрачную трубу выводится из камеры. Незначительная часть мощности, не поглощенная жидкостью, возбудив полуволновый резонатор, вновь попадает на резонансную диафрагму, отдавая энергию обрабатываемой жидкости.

Резонанс в последовательном контуре характеризуется наибольшим значением тока и приложенная к контуру энергия целиком падает на активном сопротивлении. Геометрические размеры рабочей области сифона, обеспечивают плотность потока мощности 100 Вт на 0,05 г обрабатываемой жидкости, а расположение элементов контура в центре широкой степени волновода обеспечивает равномерное распределение токов смещения по периметру сифона.

Благодаря тому, что обрабатываемая жидкость электрически замкнута с волноводом через корпус 3, практически исключено СВЧ-излучение.

Таким образом, предлагаемое устройство отличает высокие градиент температуры, скорость обработки, качество получаемого продукта; простота и малая металлоемкость конструкции, большая надежность и безопасность обслуживания.

Источники информации 1. Заявка на изобретение РФ N 94004541/13(004194) от 08.02.94.; МПК 6 A 23 L 3/01, F 23 L 3/32; "Устройство для пастеризации (стерилизации) жидких пищевых продуктов СВЧ-энергией", Чекрыгина И.М., Чередниченко В.П., Карлов А.Ф., Носовец А.Ф.

Формула изобретения

1. Устройство пастеризации (стерилизации) жидкости, а также отбора СВЧ-мощности, содержащее металлический волновод прямоугольного сечения, один конец которого предназначен для ввода СВЧ-энергии, регулировочный винт, отличающееся тем, что другой конец волновода короткозамкнут и образует полуволновый резонатор, элемент связи которого представляет собой резонансный последовательный контур, состоящий из сифона, установленного в центре широкой стенки волновода соосно с регулировочным винтом, расположенным на противоположной стенке волновода, при этом сифон выполнен из соосных внутренней и наружной заглушенной труб из радиопрозрачного материала с зазором между внутренней поверхностью наружной заглушенной трубы и внешней поверхностью внутренней трубы, а также между торцом внутренней трубы и заглушенной частью наружной.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина зазора произвольной длины между внутренней поверхностью наружной заглушенной трубы и внешней поверхностью внутренней трубы сифона, а также между торцом внутренней трубы и заглушенной частью наружной, составляет 0,01 λ₀, где λ₀ - длина волны на резонансной частоте, диаметр жидкости, заключенной в сифоне между внутренними стенками наружной трубы, и глубина погружения сифона выбраны из условия, при котором на каждые 100 Вт приложенной мощности приходится 0,05 г обрабатываемой жидкости, диаметр торцевой части регулировочного винта не менее диаметра жидкостного столба в сифоне, а длина резонатора равна 1/2 λ₀, где λ₀ - длина волны в волноводе на резонансной частоте.

РИСУНКИ

Рисунок 1