СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЗЕРНА И ЗЕРНОПРОДУКТОВ
MICROWAVE APPARATUS FOR DISINFECTION OF GRAIN AND GRAIN-PRODUCTS

Изобретение относится к технологии мукомольного, крупяного, комбикормового производства и касается способов и устройств обеззараживания зерна и зернопродуктов сухим способом.
Наиболее близкими аналогами являются энтолейторы, где обеззараживание зерна производится за счет многократного ударного действия. Их также используют для дополнительного измельчения крупок после вальцовых станков. Основным рабочим органом в них служит ротор. Он выполнен в виде двух плоских горизонтальных дисков, между которыми по концентрическим окружностям расположены два ряда втулок. Ротор установлен в неподвижном цилиндрическом корпусе [1, стр. 72].
Проведя анализ технологий и технических средств, для обеззараживания зерна и зернопродуктов выяснили, что распространены технологии с использованием инфракрасных излучений (ИК) (микронизатор), энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) [2, патент №2502450; 3, патент №2489068].
Недостатки - при комбинированном воздействии ИК и ЭМПСВЧ на зерно и зернопродукты имеют место достаточно большие энергозатраты.
Предлагаемое изобретение предназначено для обеззараживания зерна и зернопродуктов за счет многократного ударного воздействия, интенсивного трения между зерновками, находящимися в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.
Технической задачей изобретения является интенсификация технологического процесса обеззараживания зерна и зернопродуктов с улучшением качества продукта при сниженных энергетических затратах.
Указанный технический результат достигается тем, что СВЧ установка для обеззараживания зерна и зернопродуктов имеет монтажные стойки 15, на которые установлен цилиндрический неподвижный экранирующий корпус 1 из неферромагнитного материала с приемным патрубком 10 и выпускным патрубком 13.
На верхнем основании - крышке 11 установлены три генераторных блока  сверхвысокой частоты 7 так, что их излучатели направлены внутрь экранирующего корпуса 1. Внутри корпуса 1 расположен ротор, выполненный в виде двух плоских горизонтальных дисков 5 и 6, между которыми по концентрической окружности жестко закреплены нижние части цилиндрических резонаторных камер (передвижные части) 2. Которые представляют собой  вертикально расположенные беличьи клетки, собранные из неферромагнитных втулок 3 с зазором меньше четверти длины волны. При этом нижний диск 6 выполнен из неферромагнитного материала, а верхний диск 5 - из фторопласта. В промежутке между верхним фторопластовым диском 5 и крышкой 11 экранирующего корпуса 1 по концентрической окружности расположены верхние части резонаторных камер 4 (стационарные части). В верхнюю часть резонаторной камеры 4 по центральной оси вставлена диэлектрическая втулка 9, позволяющая направлять излучатель СВЧ генераторного блока 7. Количество генераторных блоков отличается от количества нижних частей резонаторных камер 2. Приемный патрубок 10 расположен над отверстием в крышке 11 корпуса и верхнем диэлектрическом диске 5 по центральной оси. Выпускной патрубок 13 располагается на боковой поверхности экранирующего корпуса 1. Ротор (2, 5, 6) приводится в движение от электродвигателя 14. Смотровое окно 12 выполнено из неферромагнитной мелкоячеистой сетки, покрытой термостойким стеклом.
На фиг. 1 изображена СВЧ установка для обеззараживания зерна и зернопродуктов: 1 - экранирующий корпус; 2 - нижние (передвижные) части резонаторной камеры; 3 - втулки из неферромагнитного материала; 4 - верхние (стационарные) части резонаторной камеры; 5 - диэлектрический диск; 6 - диск из неферромагнитного материала; 7 - СВЧ генераторные блоки; 8 - излучатель внутри диэлектрической втулки 9; 10 - приемный патрубок; 11 - крышка экранирующего корпуса со смотровым окном 12; 13 - выпускной патрубок; 14 - электродвигатель; 15 - монтажная стойка.
На фиг. 2 изображен вид сверху СВЧ установки для обеззараживания зерна и зернопродуктов: 7 - СВЧ генераторные блоки; 10 - приемный патрубок; 11 - крышка экранирующего корпуса со смотровым окном 12; 13 - выпускной патрубок.
На фиг. 3 изображен разрез СВЧ установки для обеззараживания зерна и зернопродуктов (вид сверху в разрезе): 1 - экранирующий корпус; 2 - нижние (передвижные) части резонаторной камеры; 3 - втулки из неферромагнитного материала; 6 - диск из неферромагнитного материала; 7 - СВЧ генераторные блоки; 13 - выпускной патрубок; 14 - электродвигатель.
На фиг. 4 изображены передвижная часть и стационарная часть резонаторной камеры: 2 - нижняя (передвижная) часть резонаторной камеры; 3 - втулки из неферромагнитного материала; 4 - верхняя (стационарная) часть резонаторной камеры; 8 - излучатель внутри диэлектрической втулки 9.
На фиг. 5 изображен СВЧ генераторный блок для обеззараживания зерна и зернопродуктов: 4 - верхние (стационарные) части резонаторной камеры; 7 - СВЧ генераторные блоки; 8 - излучатель внутри диэлектрической втулки 9; 11 - крышка экранирующего корпуса.
СВЧ установка для обеззараживания зерна и зернопродуктов состоит из (фиг. 1): экранирующего корпуса 1; нижних (передвижных) частей резонаторной камеры 2; втулок из неферромагнитного материала 3; верхних (стационарных) частей резонаторной камеры 4; диэлектрического диска 5; диска из неферромагнитного материала 6; СВЧ генераторных блоков 7; излучателей 8 внутри диэлектрических втулок 9; приемного патрубка 10; крышки экранирующего корпуса 11 со смотровым окном 12; выпускного патрубка 13; электродвигателя 14; монтажных стоек 15.
На монтажных стойках 15 (фиг. 1) установлен цилиндрический неподвижный экранирующий корпус 1. Верхнее основание представляет собой крышку 11, содержащую смотровое окно 12. В центре крышки имеется отверстие для монтажа приемного патрубка 10 (фиг. 2). На боковой поверхности экранирующего корпуса установлен выпускной патрубок 13. Оба патрубка выполнены из неферромагнитного материала цилиндрической формы. Диаметр и длина патрубков 10, 13 согласованы с длиной волны СВЧ диапазона с целью ограничения излучения.  Поэтому приемный и выпускной патрубки выполняют функции запредельных волноводов. Приемный патрубок 10 расположен над центральными отверстиями: в крышке 11 корпуса и верхнем диэлектрическом диске 5. На верхнем основании цилиндрического экранирующего корпуса 1 расположены СВЧ генераторные блоки 7 так, что их излучатели направлены  внутрь корпуса 1. Внутри корпуса 1 расположен ротор (фиг. 1 и 3), выполненный в виде двух плоских горизонтальных дисков 5 и 6, между которыми по концентрической окружности жестко закреплены нижние части цилиндрических резонаторных камер (передвижные части) 2.
Передвижные резонаторные камеры 2 представляют собой  вертикально расположенные беличьи клетки (фиг. 4), собранные из неферромагнитных втулок 3 с зазором меньше четверти длины волны сверхвысокочастотного диапазона (например, при частоте 2450 МГц длина волны 12,24 см, следовательно, зазор между втулками должен быть меньше 3,08 см).
Нижний диск 6 выполнен из неферромагнитного материала, а верхний диск 5 - из фторопласта. В центре верхнего диска имеется отверстие для подачи зерна в рабочую камеру - ротор. В промежутке между верхним фторопластовым диском 5 и крышкой 11 экранирующего корпуса 1 по концентрической окружности расположены верхние части резонаторных камер 4 (стационарные части). Они выполнены в виде шаровых сегментов (фиг. 4 и 5) и содержат по центральной оси диэлектрические втулки 9. Эти втулки исключают коронирование между излучателем и поверхностью крышки 11 экранирующего корпуса 1. Внутрь диэлектрических втулок 9 направлены соответствующие излучатели от СВЧ генераторных блоков 7. Диаметр шаровых (сферических) сегментов совпадает с диаметром нижних частей цилиндрических резонаторных камер. Количество СВЧ генераторных блоков 7 влияет на производительность установки, их количество отличается от количества нижних частей резонаторных камер 2. При этом ротор (2, 5, 6) приводится в движение от электродвигателя 14. Смотровое окно 12 выполнено из неферромагнитной мелкоячеистой сетки, покрытой термостойким стеклом, защищающим от утечки токов СВЧ.
Рабочий процесс в установке происходит следующим образом. Включают электродвигатель 14 для привода ротора 2, 5, 6. Исходное сырье через приемный патрубок 10 поступает в пространство между дисками 5 и 6 ротора, через отверстие в верхнем диэлектрическом (фторопластовом) диске 5. Включают все СВЧ генераторные блоки 7. В резонаторных камерах 2, 4 образуется электромагнитное поле сверхвысокой частоты. Зерно, находящееся внутри беличьей клетки, в процессе ее передвижения подвергается воздействию ЭМП СВЧ при стыковании со стационарной частью резонаторной камеры. При вращении ротора под действием центробежных сил инерции и воздушного потока продукты размола зерна движутся от центра к периферии ротора, отбрасываются в зону резонаторных камер 2, где получает первое ударное воздействие. Затем зерно захватывается и разгоняется втулками и центробежными силами отбрасывается на экранирующий корпус 1, где получает второе ударное действие.
В результате живые вредители уничтожаются, поврежденные зерна с личинками разрушаются, а личинки в основном погибают за счет нагрева в ЭМП СВЧ. Вследствие многократных ударов о втулки 3 и корпус 1 зерновые продукты дополнительно измельчаются. Обеззараженное зерно и измельченный продукт выводится через выпускной патрубок 13.
Подача исходного зерна через приемный патрубок 10 в рабочую камеру, мощность СВЧ генераторов и частота вращения ротора регулируются.
Установка позволяет снизить энергетические затраты на обеззараживание зерна и зернопродуктов, улучшить их энергетическую ценность. Под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) происходит поляризация диполей, за счет чего в зерне вырабатывается эндогенное тепло. Капиллярная влага интенсивно переходит в пар, вызывая резкий рост давления в зерне. Переход влаги в парообразное состояние и ее выталкивание на поверхность зерна происходят в результате избыточного давления. Содержание водорастворимых веществ увеличивается, что положительно влияет на органолептические свойства и консистенцию продукта. Наряду с этим уничтожаются вредители хлебных запасов, их личинки и патогенная микрофлора зерна. Благодаря малой продолжительности воздействия ЭМП СВЧ практически полностью сохраняется витаминный комплекс продукта.
Источники информации
1. Бутковский, В.А. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства. - М.: ВО «Агропромиздат», 1989. - 464 с.
2. Патент № 2502450 РФ, МПК А23N 17/00. СВЧ-индукционная установка для микронизации зерна. М.В. Белова, А.А. Белов, Г.В. Новикова. Заявитель и патентообладатель ЧГСХА (RU). - № 2011128532/13; заявл. 08.07. 2011 г., опубл. 27.12.2013. Бюл. №  36. - 6 с.
3. Патент № 2489068 РФ, МПК А23N 17/00. СВЧ-индукционная установка барабанного типа для микронизации зерна. / М.В. Белова, Г.В. Новикова, О.В. Михайлова, А.А. Белов; заявитель и патентообладатель ЧГСХА (RU). - № 2012100432; заявл. 10.01.2012 г., опубл. 20.08.2013. Бюл. № 22. - 8 с.