Диссипативный стерилизатор

 

Изобретение относится к оборудованию для комбинированной стерилизации текучих пищевых продуктов при их сдвиговом деформировании. Диссипативный стерилизатор содержит корпус с соосными входным и выходным отверстиями. Внутри корпуса установлен диск, закрепленный на приводном валу. Вал соединен с источником ультразвука. Подвижные поверхности вала выполнены из разно-полюсных электретов. Изобретение позволяет повысить надежность стерилизации. 26 з.п.ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к оборудованию для комбинированной стерилизации текучих пищевых продуктов при их сдвиговом деформировании.

Известен диссипативный стерилизатор, содержащий корпус с соосными входными и выходными отверстиями, по меньшей мере, один диск, установленный внутри корпуса с образованием, по меньшей мере, двух каналов для прохода продукта, закрепленный на перпендикулярном оси отверстий корпуса приводном валу, относительно подвижные поверхности которого выполнены из разнополюсных электродов (RU, патент 2018243, кл. A 23 L 3/015, 1994).

Недостатком этого стерилизатора является низкая надежность стерилизации.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности стерилизации.

Этот результат достигается тем, что диссипативный стерилизатор, содержащий корпус с соосными входными и выходными отверстиями, диск, установленный внутри корпуса с образованием каналов для прохода продукта, закрепленный на перпендикулярном оси отверстий корпуса приводном валу, относительно подвижные поверхности которого выполнены из разнополюсных электродов, согласно изобретению снабжен соединенным с валом источником ультразвука.

Это позволяет повысить надежность стерилизации за счет исключения возможности образования шунтирующих пленок или зон локального недогрева продукта при наличии или образовании в продукте газовой фазы.

Одним из предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения предусмотрена установка диска симметрично оси отверстий корпуса, при этом источник ультразвука является источником аксиальных колебаний. В этом случае желательно выполнение каналов для прохода продукта с увеличивающейся к периферии шириной, рассчитанной по формуле h = r/R_o·h_o где h - текущее значение ширины канала, м; r - текущее значение расстояния от оси вала, м; R_o - радиус вала, м; h_o -ширина канала на расстоянии от оси вала, равном R_o, м.

В другом предпочтительном варианте стерилизатор снабжен неподвижным цилиндрическим дорном, установленным соосно валу симметрично оси отверстий корпуса, и двумя центральносимметричными закрепленными на диске лепестками, смонтированными с образованием каналов для прохода продукта между ними и поверхностью дорна и корпуса, при этом привод вала выполнен реверсивным, а источник ультразвука является источником радиальных колебаний. В этом случае желательно снабжение неподвижного дорна и диска концентрично осесимметрично расположенными лепестками, размещенными с последовательным чередованием и образованием каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле H_i = R_i/R₁·H₁ где H_i - радиальная высота i-го канала, м; R_i - средний радиус i-го от оси вала канала, м: R₁ - средний радиус 1-го от оси вращения канала, м;
H₁ - радиальная высота 1-го от оси вала канала, м.

Желательным также является снабжение стерилизатора по предыдущему предпочтительному варианту неподвижным дорном, выполненным в виде концентрично осесимметрично расположенных по разные стороны от диска лепестков, а диска аналогичными лепестками, размещенными чередующимися с лепестками неподвижного дорна и закрепленными на противоположных поверхностях диска с образованием между лепестками каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана но формуле (2). В этом случае возможно выполнение диска из двух частей, закрепленных по торцам вала.

При наличии цилиндрического неподвижною дорна желательным является его выполнение с двумя сопряженными с его цилиндрическим элементом рассекателями, расположенными симметрично относительно оси вала и направленными в сторону отверстий корпуса. При этом возможно выполнение рассекателей с линейно изменяющейся шириной профиля, или выполнение каждого рассекателя симметричным относительно оси отверстий корпуса, а также выполнение каждого рассекателя с длиной больше радиуса круговых колебаний лепестков диска. В этом же случае возможна установка лепестков диска с образованием в каждом крайнем положении проходного канала с поверхностью рассекателя с площадью сечения, равной половине эффективной площади сечения входного отверстия корпуса.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено снабжение стерилизатора дополнительным приводным валом с дополнительным диском и дополнительным источником ультразвука, снабжение дисков закрепленными на их поверхностях, обращенных друг к другу, концентрично расположенными лепестками, размещенными в последовательно чередующемся порядке с образованием между ними каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле (2), при этом диски размещены симметрично оси отверстий корпуса, приводы валов выполнены противоположными, а источники ультразвука являются противофазными источниками аксиальных колебаний.

Следующим предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения предусмотрено снабжение стерилизатора соосным основному дополнительным приводным валом с дополнительным источником ультразвука и закрепленной на нем симметрично оси отверстий корпуса обоймой, кольцами, закрепленными в обойме, и дополнительными дисками, закрепленными на основном валу между кольцами с образованием между ними каналов для прохода продукта с шириной, рассчитанной по формуле (1), при этом зазор между дисками и обоймой и между кольцами и основным валом равен ширине каналов на расстоянии от оси вала, равном внешнему радиусу дисков и внутреннему радиусу колец соответственно, приводы выполнены противоположными, а источники ультразвука являются противофазными источниками аксиальных колебаний. В этом случае возможно выполнение дисков с уменьшением толщины к периферии и/или колец с уменьшением толщины к центру, при уменьшении толщины только с одной стороны или при центральносимметричной форме, выполнение обоймы в виде, по меньшей мере, трех лепестков, закрепленных по торцам в двух дисках, один из которых закреплен на дополнительном валу, причем шаг между смежными лепестками по дуге не превышает 180^o, когда лепестки могут быть выполнены с обтекаемым по направлению вращения профилем и/или установлены с постоянным окружным шагом. В этом случае диски могут быть выполнены с заостренной внешней кромкой, а кольца с заостренной внутренней кромкой. Желательно снабжение такого стерилизатора угловыми рассекателями, установленными во входном отверстии корпуса перед кольцами параллельно оси отверстий, причем заостренные кромки рассекателей выполнены прямолинейными, а поверхности, обращенные к кольцам, повторяющими примыкающий участок поверхности вращения обоймы.

Последим предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение суммарной эффективной площади сечения каналов для прохода продукта равной эффективной площади сечения входного отверстия корпуса.

Перечисленные предпочтительные варианты позволяют повысить надежность стерилизации за счет уменьшения объема или полной ликвидации застойных зон и повышения равномерности диссипативного разогрева продукта и снизить энергоемкость за счет снижения гидравлического сопротивления стерилизатора.

На фиг. 1 показан стерилизатор с одним диском: на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - стерилизатор с неподвижным цилиндрическим дорном; на фиг. 4 - разрез Б-Б фиг. 3; на фиг. 5 изображен стерилизатор с лепестками на неподвижном дорне и диске; на фиг. 6-8 показаны варианты разреза В-В фиг. 5 с лепестками с одной стороны диска, с лепестками с двух сторон диска и с диском, состоящим из двух частей соответственно; на фиг. 9 - стерилизатор с двумя дисками; на фиг. 10 - разрез Г-Г фиг. 9; на фиг. 11 - представлен стерилизатор с дополнительным валом и обоймой; на фиг. 12 и 13 - варианты разреза Д-Д фиг. 11 с симметричными кольцами и дисками и с уменьшением их толщины с одной стороны соответственно.

Диссипативный стерилизатор содержит корпус 1 с соосными входным 2 и выходным 3 отверстиями, установленный в корпусе 1 перпендикулярно оси отверстий 2 и 3 с возможностью вращения приводной вал 4 с закрепленным на нем диском 5 и соединенный с валом 4 источник 6 ультразвука.

На фиг. 1-8 диск 5 установлен симметрично относительно оси отверстий 2 и 3 корпуса 1. На фиг. 1 и 2 диск 5 установлен с образованием со внутренней поверхностью корпуса 1 каналов 7 для прохода продукта с увеличивающейся к периферии шириной, рассчитанной по формуле (1).

На фиг. 3-8 показан стерилизатор с неподвижным дорном 8. На фиг. 3 и 4 дорн 8 выполнен цилиндрическим и установлен соосно с валом 4, симметрично относительно оси отверстий 2 и 3 корпуса 1. На диске 5 закреплены два центральносимметричных лепестка 9, смонтированных с образованием каналов 7 для прохода продукта между ними и поверхностью дорна 8 и внутренней поверхностью корпуса 1. При этом привод вала 4 выполнен реверсивным, а радиальная высота каналов 7 рассчитана по формуле (2).

На фиг. 5-8 неподвижный дорн 8 и диск 5 снабжены концентрично и осесимметрично расположенными лепестками 10 и 9 соответственно, размещенными с последовательным чередованием и образованием каналов 7 для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле (2).

На фиг. 7 показано выполнение диска 5 с лепестками 9 по обе стороны и с расположением лепестков 10 неподвижного дорна 8 по обе стороны диска 5. На фиг. 8 показан стерилизатор с диском 5, состоящим из двух частей, закрепленных по торцам вала 4. Расположение лепестков 9 и 10 аналогично их расположению на фиг. 7.

Неподвижный дорн может быть, выполнен (фиг. 5) с двумя сопряженными с его поверхностью рассекателями 11, расположенными симметрично относительно оси вала 4 и направленными в стороны отверстий 2 и 3 корпуса 1, при этом на чертеже показаны рассекатели 11 с линейно изменяющейся шириной профиля, симметричным относительно оси отверстий 2 и 3. Длина рассекателей 11 может быть больше радиуса круговых колебаний лепестков 9 диска 5 (не показано). Лепестки 9 диска 5 установлены с образованием в каждом крайнем положении приходного канала с поверхностью рассекателей 11 с площадью поперечного сечения, равной половине площади поперечного сечения входного отверстия 2 корпуса 1.

На фиг. 9-13 показан стерилизатор, снабженный дополнительным приводным валом 12 и дополнительным источником 6 ультразвука. В этом случае стерилизатор может быть выполнен (фиг. 9 и 10) с дополнительным диском 13, закрепленным на приводном валу 12 и снабженным закрепленными на его поверхности, обращенной к диску 5, лепестками 14, расположенными между лепестками 9 диска 5 с образованием каналов 7 для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле (2), при этом оба диска 5 и 13 размещены симметрично оси отверстий 2 и 3 корпуса 1, а приводы валов 4 и 12 выполнены противоположными.

На дополнительном валу 12 в другом варианте (фиг. 11-13) закреплена обойма, выполненная в виде трех лепестков 15, закрепленных по торцам в двух дисках 16, в которой закреплены кольца 17, установленные попеременно с дисками 5; смонтированными на основном валу 4 с образованием каналов 7 для прохода продукта с шириной, рассчитанной по формуле (1). При этом зазор между кольцами 17 и основным валом 4 и между дисками 5 и обоймой равен ширине каналов 7 на расстоянии от оси вала 4, равном внутреннему радиусу колец 17 и внешнему радиусу дисков 5 соответственно, а обойма расположена симметрично оси отверстий 2 и 3 корпуса 1. Диски 5 выполнены с уменьшением толщины к периферии с образованием острой внешней кромки и могут быть выполнены центральносимметричными (фиг. 12) или с уменьшением толщины с одной стороны (фиг. 13). Кольца 17 выполнены с уменьшением толщины к центру с образованием внутренней острой кромки и аналогично могут быть выполнены центральносимметричными (фиг. 12) или с уменьшением толщины с одной стороны (фиг. 13). Лепестки 15 в обойме установлены с постоянным по соосной валу 5 окружности шагом и выполнены с обтекаемым по направлению вращения профилем. Во входном отверстии 2 корпуса 1 перед кольцами 17 параллельно оси отверстий 2 и 3 установлены рассекатели 18, обращенные прямолинейной заостренной кромкой в отверстие 2 и выполненные с поверхностями, обращенными к кольцам 17, повторяющими примыкающий участок поверхности вращения обоймы.

Во всех вариантах выполнения стерилизатора суммарная эффективная площадь поперечного сечения каналов 7 равна эффективной площади поперечного сечения входного отверстия 2 корпуса 1, а относительно подвижные поверхности каналов 7 выполнены из разнополюсных электретов. Во всех вариантах, показанных на фиг. 1, 2, 7-13, источники 6 ультразвука являются источниками аксиальных колебаний, при этом на фиг. 9-13 противофазными, а в вариантах, показанных на фиг. 3-6, источники 6 ультразвука являются источниками радиальных колебаний.

Стерилизатор работает следующим образом.

Обрабатываемый продукт нагнетают во входное отверстие 2 корпуса 1. Проходя по рассекателям 11 или 18, если они есть и необходимы, продукт равномерно распределяется по каналам 7 между относительно подвижными элементами стерилизатора. Образование застойных зон и локальный перегрев продукта исключены установкой рассекателей 11 или 18, выполнением заостренных кромок на дисках 5 и кольцах 17, выполнением суммарной эффективной площади поперечного сечения каналов 7 равной эффективной площади входного отверстия 2 корпуса 1 и установкой лепестков 9 диска 5 с образованием проходного канала относительно поверхности рассекателей 11 в каждом крайнем положении с эффективной площадью поперечного сечения, равной половине эффективной площади поперечного сечения входного отверстия 2 корпуса 1, в зависимости от варианта выполнения устройства. В каналах 7 обрабатываемый продукт подвергается сдвиговому деформированию относительно подвижными элементами стерилизатора, ультразвуковому воздействию, передаваемому от источников 6 через валы 4 и 12, диски 5 и 16 и лепестки 9 и 15, диссипативному разогреву и электризации. Диссипативный разогрев продукта и его электризация происходят равномерно по всему объему благодаря отсутствию застойных зон, соосному расположению отверстий 2 и 3, выравнивающему путь течения продукта в зоне сдвигового деформирования, геометрии каналов 7, рассчитанной по формуле (1) или (2), которая обеспечивает равномерное деформирование продукта в каналах 7, и обеспечения коагуляции и сепарирования газовой фазы в поле ультразвуковых колебаний и инерционных сил, исключающей нарушение сплошности деформируемой пленки продукта. Кроме того, ультразвук обладает стерилизующим действием, а комбинация тепловой, электростатической и ультразвуковой обработки является синергетической при уничтожении микрофлоры. Получение обсемененности обработанного продукта на выходе из устройства не более заданной или стерильность продукта определяются скоростью перемещения подвижных элементов и мощностью ультразвуковых колебаний. Обработанный пастеризованный или стерилизованный продукт удаляют из корпуса 1 через выходное отверстие 3. Опытным путем установлено отсутствие колебаний обсемененности обработанного продукта во времени, независимо от его начальной газонасыщенности или газовыделительной способности.

Таким образом, предлагаемый стерилизатор обеспечивает более высокую надежность осуществления стерилизациин

Формула изобретения

1. Диссипативный стерилизатор, содержащий корпус с соосными входным и выходным отверстиями, диск, установленный внутри корпуса с образованием каналов для прохода продукта, закрепленный на перпендикулярном оси отверстий корпуса приводном валу, относительно подвижные поверхности которого выполнены из разнополюсных электретов, отличающийся тем, что он снабжен соединенным с валом источником ультразвука.

2. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что диск установлен симметрично оси отверстий корпуса, а источник ультразвука является источником аксиальных колебаний.

3. Стерилизатор по п.2, отличающийся тем, что канал для прохода продуктов выполнен с увеличивающейся к периферии шириной, рассчитанной по формуле h = r/R₀ · h₀, где h - текущее значение ширины канала, м; r - текущее значение расстояния от оси вала, м; R₀ - радиус вала, м; h₀ - ширина канала на расстоянии от оси вала, равном R₀, м.

4. Стерилизатор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен неподвижным цилиндрическим дорном, установленным соосно с валом симметрично оси отверстий корпуса, и двумя центрально-симметрично закрепленными на диске лепестками, смонтированными с образованием каналов для прохода продукта между ними и поверхностями дорна и корпуса, при этом привод вала выполнен реверсивным, а источник ультразвука является источником радиальных колебаний.

5. Стерилизатор по п.4, отличающийся тем, что неподвижный дорн и диск снабжены концентрично-осесимметрично расположенными лепестками, размещенными с последовательным чередованием и образованием каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле H_i = R_i/R₁ · H₁, где H_i - радиальная высота i-го канала, м; R_i - средний радиус i-го от оси вала канала, м; R₁ - средний радиус 1-го от оси вращения канала, м; H₁ - радиальная высота 1-го от оси вала канала, м.

6. Стерилизатор по п.2, отличающийся тем, что он снабжен неподвижным дорном, выполненным в виде концентрично-осесимметрично расположенных по разные стороны диска лепестков, а диск снабжен аналогичными лепестками, размещенными чередующимися с лепестками неподвижного дорна и закрепленными на противоположных поверхностях диска с образованием между лепестками каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле H_i = R_i/R₁H₁, где H_i, H₁, R_i, R₁ имеют указанные значения.

7. Стерилизатор по п. 6, отличающийся тем, что диск выполнен из двух частей, закрепленных по торцам вала.

8. Стерилизатор по п.4, отличающийся тем, что неподвижный дорн выполнен с двумя сопряженными с его цилиндрическим элементом рассекателями, расположенными симметрично оси вала и направленными в сторону отверстий корпуса.

9. Стерилизатор по п.8, отличающийся тем, что рассекатели выполнены с линейно изменяющейся шириной профиля.

10. Стерилизатор по п.8, отличающийся тем, что профиль каждого рассекателя выполнен симметричным относительно оси отверстий корпуса.

11. Стерилизатор по п.8, отличающийся тем, что длина каждого рассекателя выполнена больше радиуса круговых колебаний лепестков диска.

12. Стерилизатор по п.8, отличающийся тем, что лепестки диска установлены с образованием в каждом крайней положении проходного канала с поверхностью рассекателя с эффективной площадью сечения, равной половине эффективной площади сечения входного отверстия корпуса.

13. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным приводным валом с дополнительным диском и дополнительным источником ультразвука, диски снабжены закрепленными на их поверхностях, обращенных друг к другу, концентрично расположенными лепестками, размещенными в последовательно чередующемся порядке с образованием каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле H_i = R_i/R₁ · H₁, где H_i, H₁, R_i, R₁ имеют указанные значения, при этом диски размещены симметрично оси отверстий корпуса, приводы валов выполнены противоположными, а источники ультразвука являются противофазными источниками аксиальных колебаний.

14. Стерилизатор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен соосным с основным дополнительным приводным валом с дополнительным источником ультразвука и закрепленной на нем симметрично оси отверстий корпуса обоймой, кольцами, закрепленными в обойме, и дополнительными дисками, закрепленными на основном валу между кольцами с образованием между ними каналов для прохода продукта шириной, рассчитанной по формуле h = r/R₀ · h₀, где h, h₀, r, R₀ имеют указанные значения, при этом зазор между дисками и обоймой и между кольцами и основным валом равен ширине каналов на расстоянии от оси вала, равном внешнему радиусу дисков и внутреннему радиусу колец соответственно, приводы выполнены противоположными, а источники ультразвука являются противофазными источниками аксиальных колебаний.

15. Стерилизатор по п. 14, отличающийся тем, что диски выполнены с уменьшением толщины к периферии.

16. Стерилизатор по п.15, отличающийся тем, что толщина дисков выполнена уменьшающейся с одной стороны.

17. Стерилизатор по п.15, отличающийся тем, что диски выполнены центрально-симметричными.

18. Стерилизатор по п.14, отличающийся тем, что кольца выполнены с уменьшающейся к центру толщиной.

19. Стерилизатор по п.18, отличающийся тем, что толщина колец выполнена уменьшающейся с одной стороны.

20. Стерилизатор по п.18, отличающийся тем, что кольца выполнены центрально-симметричными.

21. Стерилизатор по п.14, отличающийся тем, что обойма выполнена в виде по меньшей мере трех лепестков, закрепленных по торцам в двух дисках, один из которых закреплен на дополнительном валу, причем шаг между смежными лепестками по дуге не превышает 180^oC.

22. Стерилизатор по п.21, отличающийся тем, что лепестки выполнены с обтекаемым по направлению вращения профилем.

23. Стерилизатор по п.21, отличающийся тем, что лепестки обоймы установлены с постоянным окружным шагом.

24. Стерилизатор по п.15, отличающийся тем, что диски выполнены с заостренной внешней кромкой.

25. Стерилизатор по п.18, отличающийся тем, что кольца выполнены с заостренной внутренней кромкой.

26. Стерилизатор по п. 14, отличающийся тем, что он снабжен угловыми рассекателями, установленными во входном отверстии корпуса перед кольцами параллельно оси отверстий, причем заостренные кромки рассекателей выполнены прямолинейными, а поверхности, обращенные к кольцам, повторяют примыкающий участок поверхности вращения обоймы.

27. Стерилизатор по любому из пп.1 - 26, отличающийся тем, что суммарная эффективность площади сечения каналов для прохода продукта равна эффективной площади сечения входного отверстия корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13