Микроволновый пастеризатор пищевых жидкостей, сточных вод и жидких органических удобрений
Изобретение относится к оборудованию для тепловой обработки пищевых жидкостей, сточных вод и жидких органических удобрений. Микроволновый пастеризатор содержит микроволновый генератор, камеру микроволнового нагрева жидкости и теплообменник. Камеру микроволнового нагрева жидкости и теплообменник выполняют в единой конструкции из двух коаксиальных металлических труб. Внутренние полости металлических труб сообщаются через термостатирующий клапан. Камера микроволнового нагрева жидкости подключена к выходу микроволнового генератора через согласующее устройство, выполненное в виде четвертьволнового трансформатора волнового сопротивления, устроенного во внешней трубе в виде вставки из твердого диэлектрика и металлического центрального проводника. Изобретение направлено на обеспечение работы пастеризатора в автоматическом режиме, снижение тепловых потерь и энергозатрат. 1 ил.
Изобретение относится к области микроволновой обработки жидкостей с целью их обеззараживания путем пастеризации. В предлагаемом устройстве можно производить пастеризацию пищевых жидкостей, сточных вод, жидких органических удобрений.
Известна СВЧ-УСТАНОВКА ДЛЯ ПАСТЕРИЗАЦИИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКОСТИ [Патент РФ №2106766, МПК: Н05В 6/64, А23С 3/07, опубликовано 10.03.1998]. Известная установка содержит, в частности, СВЧ-генератор, СВЧ-нагреватель жидкости, приемный и наполнительный баки, насосы, краны, клапаны, гидроарматуру, стойку контроля и управления, и снабжена теплообменником-рекуператором, устройством предварительного нагрева жидкости, встроенным процессором, заслонкой-регулятором и фильтрующим устройством, при этом СВЧ-нагреватель выполнен многотрубчатым. Установка чрезвычайно сложна и едва ли применима в быту, в небольших предприятиях и фермерских хозяйствах.
Известен СВЧ пастеризатор жидких пищевых продуктов [УДК 621.365, Т.Ю. Дунаева, Д.А, Давыдов, СВЧ ПАСТЕРИЗАТОР ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, Вестник СГТУ. 2011. №1(54). Выпуск 3, стр. 174-178].
Пастеризатор имеет комбинированный энергоподвод и содержит, в частности, вентили, мешалку, электронагреватель, датчики температуры, насос, разветвители потока, СВЧ рабочие камеры, СВЧ генераторы, теплообменник для подогрева сырого молока пастеризованным молоком, регулятор потока, задвижки, систему автоматического управления. Известный пастеризатор также достаточно сложен в устройстве, содержит большое количество элементов, сложен в управлении. СВЧ рабочие камеры выполнены в виде круглого волновода с диэлектрической вставкой. Такая конструкция камеры СВЧ нагрева не обеспечивает рекуперацию тепла и требует применения отдельного теплообменника.
Сущность изобретения состоит в том, что в микроволновом пастеризаторе жидкостей, содержащем микроволновый генератор, камеру микроволнового нагрева жидкости и теплообменник, камера микроволнового нагрева жидкости и теплообменник выполнены в виде единой конструкции из двух коаксиальных металлических труб. Внутренние полости коаксиальных труб сообщаются через термостатирующий клапан. Внутренняя труба подключена к выходу микроволнового генератора через согласующее устройство, выполненное в виде вставки в ту же коаксиальную конструкцию.
Технический результат состоит в том, что предлагаемый пастеризатор жидкостей состоит из минимального количества простых элементов, работает в автоматическом режиме и обеспечивает минимальные тепловые потери и энергетические затраты.
На фигуре 1 приведена конструкция микроволнового пастеризатора жидкостей.
Микроволновый пастеризатор жидкостей содержит микроволновый генератор 1, например, магнетрон, камеру микроволнового нагрева жидкости 2 и теплообменник 3. Камера микроволнового нагрева жидкости 2 подключена к выходу микроволнового генератора 1 через согласующее устройство 4. Камера микроволнового нагрева жидкости 2, теплообменник 3 и согласующее устройство 4 выполнены в виде единой конструкции из двух коаксиальных металлических труб, внутренней 5 и внешней 6.
Примыкающий к согласующему устройству 4 конец внутренней трубы 5 и соответствующий конец внешней трубы 6 образуют камеру микроволнового нагрева обрабатываемой жидкости 2 в виде коаксиальной линии передачи. Камера микроволнового нагрева жидкости 2 подключена к выходу микроволнового генератора 1 через согласующее устройство 4. Согласующее устройство 4 выполнено в виде четвертьволнового трансформатора волнового сопротивления, устроенного во внешней трубе 6 в виде вставки из твердого диэлектрика 7, например фторопласта, и металлического центрального проводника 8 специально подобранного диаметра. Внутренние полости внешней 6 и внутренней 5 труб сообщаются через термостатирующий клапан 9. Часть коаксиальной конструкции, расположенная между термостатирующим клапаном 9 и входным отверстием образуют теплообменник 3. Термостатирующий клапан 9 по своему устройству и принципу работы аналогичен тем, которые используются в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания для автоматического поддержания теплового режима (см., например, термостат 21082-1306010-11 для автомобиля LADA PRIORA).
Микроволновый пастеризатор жидкостей работает следующим образом. Обрабатываемая холодная не стерильная жидкость через входное отверстие поступает в внутренний объем внешней трубы 6 и далее по ходу движения жидкости попадает в камеру микроволнового нагрева 2. Однако, коаксиальная конструкция, заполненная жидкостью, например, водой, может иметь волновое сопротивление, весьма отличающееся от стандартных значений выходного волнового сопротивления микроволнового генератора. Согласование волновых сопротивлений камеры 2 и генератора 1 происходит в согласующем устройстве 4. Микроволновая энергия от генератора 1 через согласующее устройство 4 поступает в камеру микроволнового нагрева 2 и там поглощается обрабатываемой жидкостью. В результате поглощения микроволновой энергии жидкость нагревается, и ее температура повышается. При достижении температурой жидкости значения, достаточного для срабатывания термостатирующего клапана 9, последний открывается, и нагретая до температуры пастеризации жидкость поступает во внутреннюю полость внутренней трубы 5. Температура срабатывания автомобильных термостатов составляет 80-90 градусов по шкале Цельсия, что вполне достаточно для уничтожения вегетативных и споровых форм микроорганизмов. По мере продвижения нагретой жидкости по внутренней трубе 5 в направлении выходного отверстия, расположенного рядом со входным отверстием, нагретая жидкость отдает тепло еще не нагретой жидкости, продвигающейся во встречном направлении.
Рекуперация тепла, происходящая в теплообменнике 3, позволяет существенно сократить затраты микроволновой энергии на пастеризацию жидкости. Обрабатываемая жидкость может перемещаться в пастеризаторе самотеком, пастеризация жидкости происходит в автоматическом режиме, без использования датчиков температуры и электронных устройств ее регулирования. Пастеризатор содержит минимальное количество простых элементов, массово применяемых в бытовой технике и в автомобилях. В случае необходимости производительность микроволнового пастеризатора может быть повышена путем увеличения мощности микроволнового генератора или путем устройства батареи однотипных пастеризаторов.
Микроволновый пастеризатор пищевых жидкостей, сточных вод и жидких органических удобрений, содержащий микроволновый генератор, камеру микроволнового нагрева жидкости и теплообменник, отличающийся тем, что камера микроволнового нагрева жидкости и теплообменник выполнены в единой конструкции из двух коаксиальных металлических труб, внутренние полости которых сообщаются через термостатирующий клапан, камера микроволнового нагрева жидкости подключена к выходу микроволнового генератора через согласующее устройство, выполненное в виде четвертьволнового трансформатора волнового сопротивления, устроенного во внешней трубе в виде вставки из твердого диэлектрика и металлического центрального проводника.
