СВЧ установка с кольцевым резонатором для размораживания и разогрева коровьего молозива
MICROWAVE UNIT WITH RING RESONATOR FOR DEFROSTING AND HEATING OF COW'S COLOSTRUM

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для размораживания и разогрева коровьего молозива в фермерских хозяйствах.
20
мин,
Из-за высокого содержания иммуноглобулина в молозиве, оно считается ценным биологическим продуктом. Коровье молозиво собирают, замораживают в полиэтиленовых бутылках по 1-1,5 л. При хранении в течение 8 дней при температуре в морозильной камере минус 10°С физические, биохимические, биологические свойства существенно не изменяются. Доказано, что этот способ хранения обеспечивает сохранность иммуноглобулина, если процесс размораживания составляет не более  а другие показатели (белки, витамин А) существенно снижаются [1]. Телят 2-10 дневного возраста после рождения выпаивают размороженным и подогретым до 36-38°С коровьим молозивом.
Для размораживания и разогрева используют размораживатели коровьего молозива РМ-3, Иглус-2, БМ-40, работающие в периодическом режиме за счет нагрева воды с помощью трубчатого электронагревателя. Этот способ не всегда обеспечивает сохранность свойств, так как длительность размораживания и разогрева коровьего молозива до +40°C достигает от 40 до 90 мин в зависимости от объема сырья в бутылках [2].
актуальной задачей
Поэтому является ускорение процесса размораживания и разогрева коровьего молозива с использованием микроволновой технологии. Но анализ изменения диэлектрических характеристик коровьего молозива в зависимости от температуры нагрева показывает, что фактор потерь замороженного коровьего молозива растет с 4 до 27 в диапазоне температур от -10°С до 0°С, а с 0°С до + 40°С падает с +27°С до +11,9°С [3]. Это означает, что мощность диэлектрических потерь при размораживании коровьего молозива (от - 10 до 0°С) растет, а при разогреве от 0 до +38°С, мощность диэлектрических потерь уменьшается при равной напряженности электрического поля. При размораживании молозива приращение температуры составляет всего 10°С, а при разогреве – 38°С. Следовательно, для ускорения процесса размораживания и разогрева коровьего молозива их следует разделить, но сохранить воздействие ЭМПСВЧ равной напряженности электрического поля на сырье. Исходя из этого, предлагается СВЧ установка с кольцевым резонатором, разделенным на два отсека, обеспечивающих разделение указанных процессов при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) в непрерывном режиме.
поле бегущей волны
Известно, что объемный резонатор в отличие от колебательного контура характеризуется бесконечным множеством собственных частот. Каждая собственная частота резонатора соответствует определенному типу свободных колебаний со своей структурой электромагнитного поля. Собственная частота резонатора зависит от его формы и размеров. То колебание, которому при данных размерах резонатора соответствует минимальная собственная частота, соотносится с основным колебанием. Считается, что в объемном закрытом резонаторе устанавливаются стоячие волны. Поле стоячей волны не изменяется в пространстве по фазе. Но в замкнутом объеме резонатора в виде кольца можно создать , если в некотором сечении кольца находится источник, возбуждающий волну, распространяющуюся по кольцу только в одном направлении. Если средняя длина кольца равна целому числу волн в линии, то фаза волны, прошедшей по кольцу, совпадает с фазой волны возбуждаемой источником. Происходит синфазное сложение волн и, следовательно, увеличение амплитуды электромагнитного поля [4].
Известен тороидальный резонатор, поперечное сечение которого представлено двумя окружностями одинакового радиуса. В таком резонаторе энергия волнового поля сосредоточена в центральной части поперечного сечения сердцевины [5].  Относительно большое значение добротности такого резонатора открывает возможность применения СВЧ установки (частота ЭМП - 2450 МГц, длина волны - 12,24 см) для быстрого размораживания и разогрева коровьего молозива.
Задачей изобретения
является разработка сверхвысокочастотной установки с кольцевым резонатором, выполняющим функцию экранирующего корпуса и источниками, возбуждающими поле бегущей волны, позволяющим разделить и ускорить процессы размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме с соблюдением электромагнитной безопасности.
Технический результат достигается
тем, что СВЧ установка с кольцевым резонатором для размораживания и разогрева коровьего молозива содержит вертикально расположенный кольцевой резонатор с приемной емкостью и запредельным волноводом, имеющим шаровой кран,
причем по периметру с наружной стороны кольцевого резонатора со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны с излучателями от СВЧ генератора с воздушным охлаждением, так, что средняя длина кольца, равная целому числу волн, разделена на равные длины между излучателями, соответствующие целому числу длин волн,
при этом поперечное сечение кольцевого резонатора представлено пересечением двух окружностей с одинаковым радиусом, и деление кольцевого резонатора на верхний и нижний отсеки осуществляется в поперечном сечении диэлектрическими перфорированными пластинами,
при этом максимальное расстояние между стенками кольцевого резонатора кратно половине длины волны, а диаметр отверстий перфорации меньше диаметра частиц измельченного сырья.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено схематическое изображение СВЧ установки с кольцевым резонатором для размораживания и разогрева коровьего молозива(фиг. 1), пространственное изображение (вид спереди в разрезе) (фиг. 2), пространственное изображение (в разрезе, под наклоном) (фиг. 3), поперечное сечение кольцевого резонатора, образованное пересечением двух окружностей (фиг. 4).
СВЧ установка с кольцевым резонатором для размораживания и разогрева коровьего молозива содержит: приемный патрубок 1; кольцевой резонатор 2; пластины диэлектрические перфорированные 3; магнетроны с излучателями 4 от СВЧ генератора; шаровой кран 5; запредельный волновод 6.
СВЧ установка непрерывного действия (фиг. 1, 2, 3) с кольцевым резонатором позволяет разделять процессы размораживания и разогрева коровьего молозива за счет отсеков, образованных с помощью диэлектрических перфорированных пластин, установленных в поперечном сечении кольцевого резонатора. Поперечное сечение кольцевого резонатора представлено двумя окружностями одинакового радиуса (фиг. 4). Такой резонатор обладает достаточно большой собственной добротностью и обеспечивает возрастание электромагнитных полей сантиметрового диапазона (длина волны 12,24 см, частота электромагнитного поля 2450 МГц). Происходит синфазное сложение волн.
Кольцевой резонатор 2 расположен в вертикальной плоскости и содержит приемную емкость 1 с задвижкой и запредельный волновод 6 с шаровым краном 5. По периметру кольцевого резонатора со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны с излучателями 4 от СВЧ генератора и воздушным охлаждением от вентилятора. Внутри кольцевого резонатора расположены диэлектрические перфорированные пластины 3 по форме поперечного сечения кольцевого резонатора. Они разделяют кольцевой резонатор на верхний и нижний отсеки.  Верхний отсек кольцевого резонатора предназначен для размораживания коровьего молозива, а нижний отсек для разогрева. Таким образом, кольцевой резонатор позволяет разделить процессы размораживания (от -10 до 0°С) и разогрева сырья (от 0 до 38°С). Средняя длина кольца равна целому числу волн. Она разделена на равные длины между излучателями, соответствующие целому числу длин волн (12,24 см). Корпус кольцевого резонатора выполняет функцию экранирующего корпуса.
При этом максимальное расстояние между стенками кольцевого резонатора кратно половине длины волны (фиг. 4), а диаметр отверстий перфорации меньше диаметра частиц измельченного сырья.
Технологический процесс размораживания и разогрева происходит следующим образом.
Закрыть шаровой кран 5, засыпать измельченное замороженные коровье молозиво в приемную емкость 1 с задвижкой для регулирования скорости подачи сырья. Как только сырье попадает в резонатор 2 (верхний отсек), включить СВЧ генераторы 4, после чего в кольцевом резонаторе 2 возбуждается бегущая волна. При этом происходит сложение когерентных волн. Если амплитуды интерферирующих волн одинаковы, интенсивность возрастает пропорционально квадрату результирующей напряженности электрического поля. Так как излучатели расположены по периметру кольцевого резонатора со сдвигом на 120 градусов, т.е. на равном расстоянии и волны одинаковой длины, то происходит интерференция волн. Средняя длина кольцевого резонатора кратна длине волны, и при этом излучатели расположены со сдвигом на 120 градусов, на расстоянии друг от друга, кратном длине волны. Это обеспечивает возбуждение бегущей волны, если максимальное расстояние между стенками резонатора (фиг. 4) кратно половине длины волны.
Размороженное коровье молозиво стекает через отверстия перфорированной пластины 3 в нижний отсек, где подвергается воздействию ЭМПСВЧ той же результирующей напряженности электрического поля бегущей волны. Сырье разогревается до 36-38°С и через запредельный волновод 6 с помощью шарового крана 5 дозированно сливается. В верхнем отсеке всегда будет находиться замороженное измельченное сырье и подвергаться процессу размораживания, а в нижнем отсеке жидкая часть коровьего молозива разогревается до температуры 36-38°С при результирующей напряженности электрического поля.
Такое разделение сырья с противоположными характерами изменения фактора потерь в зависимости от температуры нагрева (фактор потерь сырья увеличивается от -10 до 0°С и падает с 0 до 40°С) позволяет резко сократить продолжительность всего процесса. Предварительные исследования показывают, что она равна 8-10 мин при удельной мощности СВЧ генератора 0,6-0,8 Вт/г и производительности 36-40 кг/ч. Регулированием мощности генераторов можно управлять производительностью установки.
Источники информации
1. kormly.ru›moloko/polza-i-vred-korovego-moloziva/
2. igloos.ru›razmorazhivatel-moloziva
3. Рогов И.А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / под ред. И.А. Рогова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.
4. cyberleninka.ru Грнти›n/16826900
5. Арутюнян Т.А. Аналитическое описание тороидального резонатора высокой добротности в терагерцовой области частот / Т.А. Арутюнян, А.Ю. Варданян и др. // Известия НАН Армения, Физика, т. 47, № 6, 2012, с. 433-441.