КАСКАДНАЯ СВЧ УСТАНОВКА С КОМБИНИРОВАННЫМ РЕЗОНАТОРОМ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ИЗМЕЛЬЧЁННОГО МЯСНОГО СЫРЬЯ
CASCADE MICROWAVE UNIT WITH COMBINED RESONATOR FOR THERMAL TREATMENT OF GROUND MEAT RAW MATERIAL

Предлагаемое изобретение относится к сверхвысокочастотной технике и может быть использовано для термообработки мясного сырья.
Аналог. По конструктивным признакам исполнение сверхвысокочастотной установки (фиг. 1, 2) подобно абсорберу каскадного типа [1, стр. 561].
Нами разрабатывается радиогерметичная установка для термообработки измельченного мясного сырья в непрерывном режиме, рабочая камера которой обеспечивает многократное воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты со скважностью технологического процесса (нагрев-пауза) менее чем 0,5. Для этого комбинированные резонаторы расположены в экранирующем корпусе поярусно, т.е. рабочая камера собрана из резонаторов, расположенных друг над другом (представлена как каскадная система).
Технический результат достигается тем, что каскадная СВЧ установка с комбинированным резонатором для термообработки измельченного мясного сырья характеризуется тем, что включает вертикально расположенный цилиндрический экранирующий корпус, на верхнем перфорированном основании которого находится приемный патрубок, а на нижнем - выгрузной, внутри корпуса соосно установлены ярусно расположенные комбинированные резонаторы, каждый из которых состоит из неферромагнитной полусферы, установленной над большим открытым основанием усеченного неферромагнитного конуса, так, что между ними имеется регулируемый кольцевой зазор, края большого основания каждого неферромагнитного усеченного конуса прикреплены к внутренней поверхности конуса, а угол при вершине конуса каждого последующего яруса больше предыдущего, внутри неферромагнитного усеченного конуса, соосно, с соприкосновением с боковой поверхностью, установлен термостойкий диэлектрический усеченный конус с открытыми основаниями, на уровне большого открытого основания каждого неферромагнитного усеченного конуса в корпусе установлены магнетроны со сдвигом на 120 градусов, так, что излучатели направлены внутрь конуса, на малом открытом основании каждого усеченного неферромагнитного конуса установлены перекладины для подвешивания с помощью цепи неферромагнитной полусферы последующего яруса.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение каскадной СВЧ установки с комбинированным резонатором для термообработки измельченного мясного сырья: 1 - приемный патрубок, 2 - цилиндрический экранирующий корпус, 3 - полусферы неферромагнитные, 4 - магнетроны, 5 - термостойкие диэлектрические конусы, 6 - конус неферромагнитный, 7 - перекладины, 8 - цепи, 9 - выгрузной патрубок.
На фиг. 2 приведено пространственное изображение каскадной СВЧ установки с комбинированным резонатором для термообработки измельченного мясного сырья (в разрезе): 1 - приемный патрубок, 2 - цилиндрический экранирующий корпус, 3 - полусферы неферромагнитные, 4 - магнетроны, 5 - термостойкие диэлектрические конусы, 6 - конус неферромагнитный, 7 - перекладины, 8 - цепи, 9 - выгрузной патрубок.
Анализированы уже разработанные СВЧ установки для термообработки мясного сырья с точки зрения возможности обеспечения [2-5]:
- радиогерметичности при непрерывном режиме работы;
- высокой собственной добротности резонатора;
- многократного воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты с учетом скважности технологического процесса менее чем 0,5;
- снижения энергетических затрат за счет уменьшения мощности вентиляторов для охлаждения магнетронов и мощности электродвигателей, транспортирующих сырье через резонаторы;
- вариативности производительности установки.
С учетом основных критериев эффективного функционирования СВЧ установок предложены поярусно расположенные резонаторы, каждый из которых собран из полусферы и усеченного конуса с разными углами при вершине.
Каскадная СВЧ установка (фиг. 1, 2) с комбинированным резонатором для термообработки измельченного мясного сырья содержит: приемный патрубок 1, цилиндрический экранирующий корпус 2, полусферы неферромагнитные 3, магнетроны 4, термостойкие диэлектрические усеченные конусы 5, неферромагнитные усеченные конусы 6, перекладины 7, цепи 8, выгрузной патрубок 9.
Установка содержит вертикально расположенный цилиндрический экранирующий корпус 2. На верхнем перфорированном основании имеется приемный патрубок 1 для загрузки измельченного мясного сырья, а на нижнем - выгрузной 9 патрубок для готовой продукции. Диаметр и высота патрубков 1, 9 согласованы с длиной волны так, что они выполняют функции запредельных волноводов, обеспечивая радиогерметичность установки. Внутри экранирующего корпуса 2 соосно и поярусно расположены резонаторы (3, 6). Каждый резонатор собран из полусферы 3 и усеченного конуса 6 без оснований. Они (3, 6) выполнены из неферромагнитного материала. Причем диаметр полусферы 3 меньше, чем диаметр большого основания усеченного неферромагнитного конуса 6. Между ними имеется регулируемое кольцевое пространство. Края большого основания усеченного конуса 6 вплотную закреплены к внутренней поверхности экранирующего корпуса 2. Внутри неферромагнитного усеченного конуса 6 соосно установлен термостойкий диэлектрический усеченный конус 5 с открытыми основаниями. В приемном патрубке 1 и на нижнем основании каждого усеченного неферромагнитного конуса 6 установлены соответствующие перекладины 7. На них держатся цепи 8 для свободного подвешивания с центральной точки полусфер 3 последующего яруса. Цепь 8 позволяет регулировать высоту подвеса полусферы 3 над большим основанием усеченного конуса 6, тем самым регулировать размер кольцевого зазора в зависимости от консистенции измельченного мясного сырья. Выгрузной патрубок 9 пристыкован к малому основанию самого нижнего неферромагнитного конуса 6, расположенного в экранирующем цилиндрическом корпусе 2. В экранирующем корпусе 2, на уровне большого основания каждого усеченного неферромагнитного конуса 6 установлены магнетроны 4 со сдвигом на 120 градусов, так, что излучатели направлены внутрь конуса 6. Соответствующим выбором угла при вершине конуса можно сформировать электрическое поле высокой напряженности, сконцентрированное в необходимой части конуса и обеспечивающей стерильность продукта. К тому же при выборе угла при вершине конуса необходимо учесть изменения угла ската продукта в процессе варки сырья. Тогда такой комбинированный резонатор сохраняет достаточно большую собственную добротность и обеспечивает радиогерметичность при непрерывном режиме работы. В начальный период варки, когда влажность
Технологический процесс обезвоживание, тонкое измельчение и термообработка твердой фракции в установке происходит следующим образом.
Открыть приемный патрубок для загрузки измельченным мясным сырьем. Сырья через патрубок 1 падает на поверхность полусферы 3 и сползает в кольцевой промежуток между основанием полусферы и большим основанием неферромагнитного усеченного конуса 6. При этом из-за того, что полусфера подвешена с центральной точки с помощью цепи, свободно вибрирует, и это способствует сползанию сырья с ее поверхности. Включить сверхвысокочастотные генераторы 4 первого яруса. Сырье в процессе движения по боковой поверхности усеченного конуса 6 нагревается в электромагнитном поле сверхвысокой частоты. Причем напряженность электрического поля в резонаторе первого яруса больше, чем в резонаторе второго яруса и т.д. Это связано с увеличением угла при вершине конусов последующих ярусов. Поэтому скорость нагрева сырья в резонаторе первого яруса выше, чем в последующих резонаторах. Частично сваренное сырье падает на полусферу второго яруса, сползает по поверхности в кольцевое пространство второго резонатора. За этот промежуток времени давление, температура влажность сырья в каждой элементарной частице выравниваются. Если режим «нагрев-пауза» со скважностью менее чем 0,5, то по всей толщине сырья температура выровняться. Эффективная толщина сырья по поверхности усеченного конуса не более чем две глубины проникновения волн, т.е. в пределах 3-4 см. В каждом последующем резонаторе напряженность электрического поля слабее и это исключает неравномерность нагрева, появление схлопывающихся пузырьков и т.п. Диэлектрические усеченные конусы 5 закрывают излучатели от попадания сырья и исключают его пригорание. Варьируя количеством резонаторов в экранирующем цилиндрическом корпусе 2, и регулируя подачу сырья через приемный патрубок 1 можно изменить производительность установки.
Радиогерметичность установки достигается за счет с запредельных волноводов (приемный и выгрузной патрубки), а также выбором диаметра малого основания усеченного неферромагнитного конуса [2].
Источники информации:
1. Плаксин Ю.М. Процессы и аппараты пищевых производств / Ю.М. Плаксин, Н.Н. Малахов, В.А. Ларин. - М.: колос, 2008. - 760 с.
2. Дробахин О.О. Резонансные свойства аксиально-симметричных микроволновых резонаторов с коническими элементами / О.О. Дробахин, П.И. Заболотный, Е.Н. Привалов // Радиофизика и радиоастрономия, 2009, Т. 1, №4, - С. 433-441.