УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ С ЗАЩИЩЕННОЙ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ РАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННОЙ
HEAT TREATMENT DEVICE WITH PROTECTED MICROWAVE RADIOMETRIC ANTENNA

Настоящее изобретение относится к устройству тепловой обработки, предпочтительно, для содержащих белок продуктов, которые транспортируются транспортировочным средством через устройство и мимо по меньшей мере одной сверхвысокочастотной радиометрической антенны.
Продукты питания, прежде всего содержащие белок продукты питания, такие как мясо, рыба или аналогичные, зачастую подвергают тепловой обработке, например варке или жарке. В промышленном применении эта тепловая обработка происходит в устройстве тепловой обработки, например, в печи, которая содержит транспортировочное средство, например ленту, предпочтительно бесконечную ленту, которая перемещает продукты через устройство тепловой обработки, где они подвергнуты нагреванию. Во многих случаях несколько продуктов транспортируются рядом в параллельных рядах, или в произвольном расположении через устройство тепловой обработки. Поскольку распределения температур по ширине печи, продуктов и/или теплообмена в печи неравномерны, пастеризация отдельного продукта также неравномерна, что является зачастую нежелательным. Особо нежелательными являются продукты со слишком низкой температурой в толще и/или переваренные продукты. С целью преодоления данного недостатка, существуют устройства тепловой обработки с измерением температуры продукта, известные по уровню техники. Однако, такие отсчеты температуры слишком неточны для точного управления условиями нагревания в устройстве тепловой обработки.
Поэтому, целью настоящего изобретения является устройство тепловой обработки, которое не содержит недостатков согласно известному уровню техники.
Цель достигнута устройством тепловой обработки для содержащих белок продуктов, которые транспортируются транспортировочным средством через устройство и мимо по меньшей мере одной сверхвысокочастотной радиометрической антенны, причем сверхвысокочастотная радиометрическая антенна расположена в защитном средстве, которое, по меньшей мере, частично простирается вокруг поперечного сечения транспортировочного средства и, по меньшей мере, частично изолирует сверхвысокочастотную радиометрическую антенну от внешних источников электромагнитного излучения, прежде всего сверхвысокочастотного излучения.
Настоящее изобретение относится к устройству тепловой обработки, которое передает тепло предпочтительно к содержащим белок продуктам. Содержащие белок продукты представлены прежде всего мясом, например свиньи, коровы, цыпленка, ягненка, равно как рыбными или молочными продуктами. Однако, продукты могут также быть, например, любыми другими продуктами питания, такими как овощи, фрукты или аналогичные продукты. Мясо или рыба могут содержать кости. Мясо предпочтительно переработано, например порублено, мариновано, приправлено пряностями и/или отбито. Устройство тепловой обработки может быть представлено, например, печью, жаровней или устройством размораживания. Предпочтительно, устройство тепловой обработки является печью, которая нагревает продукты излучением, естественной и/или принудительной конвекцией. При необходимости пар может быть добавлен в устройство тепловой обработки для регулирования относительной влажности в устройстве тепловой обработки и/или воздействия на теплопередачу. Устройство тепловой обработки может работать непрерывно или по партиям, причем предпочтительна непрерывная работа. Предпочтительно, устройство тепловой обработки содержит несколько камер, в которых возможна поддержка различных условий тепловой обработки и/или состояний среды. Устройство тепловой обработки предпочтительно содержит средства управления различными параметрами, такими как температура, относительная влажность, и/или условиями теплопередачи в устройстве тепловой обработки. В предпочтительном варианте осуществления устройство тепловой обработки вакуумировано, прежде всего в случае, если устройство тепловой обработки является устройством размораживания.
Согласно настоящему изобретению устройство тепловой обработки содержит транспортировочное средство, например ленту, прежде всего бесконечную ленту, которая транспортирует продукты, которые будут нагреты посредством устройства тепловой обработки. Маршрут перемещения транспортировочного средства может быть прямым и/или криволинейным, например, проложенный, по меньшей мере, частично в форме спирали. Транспортировочное средство, предпочтительно, имеет ширину, то есть протяженность, перпендикулярную направлению транспортировки, которая является достаточной для размещения нескольких продуктов рядом друг с другом для их параллельной транспортировки через устройство тепловой обработки. Продукты могут, однако, также быть помещены на ленте произвольным образом, например в случае ручной погрузки. Транспортировочное средство может быть, по меньшей мере, частично выполнено из материала, который поглощает и/или отражает электромагнитное излучение, прежде всего радиочастотного (РЧ) диапазона.
Согласно настоящему изобретению устройство тепловой обработки содержит по меньшей мере одну сверхвысокочастотную радиометрическую антенну, которая получает электромагнитное излучение, испускаемое отдельным продуктом, и передает сигнал в устройство, которое преобразует измеренный сигнал в температуру продукта на транспортировочном средстве. Предпочтительно, электромагнитное излучение, полученное антенной, и его анализ позволяют определять температуру в толще продукта, то есть температуру в сердцевине продукта, а не его поверхностную температуру. Предпочтительно, сверхвысокочастотная радиометрическая антенна помещена над транспортировочным средством для измерения температуры продуктов, которые проходят ниже этой антенны. Предпочтительно, антенна неподвижна. Предпочтительно, антенна расположена в окрестности выхода устройства тепловой обработки и/или снаружи, ниже по потоку от устройства тепловой обработки. Оба местоположения позволяют определять температуру в толще, к которой продукт был нагрет.Такое измерение температуры позволяет, например, управлять процессом нагревания. Дополнительно или как вариант, антенна предпочтительно расположена в окрестности входа устройства тепловой обработки и/или снаружи выше по потоку от устройства тепловой обработки. Оба местоположения позволяют определять начальную температуру в толще до нагревания продукта. Такое измерение температуры также позволяет, например, управлять процессом нагревания. Специалистам в данной области техники понятно, что предпочтительно начальную температуру в толще и заключительную температуру после термообработки используют для управления процессом тепловой обработки.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения по меньшей мере две антенны помещены над транспортировочным средством. Данные антенны предпочтительно измеряют температуру в толще продуктов, предпочтительно вблизи от левой стороны и вблизи от правой стороны транспортировочного средства относительно направления перемещения ленты, которая проходит мимо антенн.
В другом предпочтительном варианте осуществления одна антенна помещена над каждым рядом продуктов. Каждая из этих антенн измеряет температуру, предпочтительно температуру в толще, последовательных продуктов, размещенных в соответствующем ряду.
Согласно данному изобретению, каждая антенна или, по меньшей мере, ее приемная область, воспринимающая сверхвысокочастотное излучение, расположена в защитном средстве, которое, по меньшей мере, частично, а предпочтительно полностью, простирается вокруг поперечного сечения транспортировочного средства и, по меньшей мере, частично, а предпочтительно полностью, изолирует сверхвысокочастотную радиометрическую антенну от внешних источников электромагнитного излучения, прежде всего сверхвысокочастотного и/или радиочастотного (РЧ) диапазонов. Благодаря данной защите антенна получает только электромагнитное излучение, испускаемое продуктом. Таким образом, выполнение измерений намного более точное, чем измерения согласно известному уровню техники, даже с учетом того, что продукты непрерывно проходят мимо антенны. Предпочтительно, защитное средство выполнено таким образом, что даже излучение, испускаемое соседними продуктами, прежде всего продуктами выше по потоку и/или ниже по потоку от измеряемого в данный момент продукта, по меньшей мере, ослаблено защитным средством.
Таким образом, транспортировочное средство с продуктом на нем проходит под защитным средством и, предпочтительно, через защитное средство, в котором размещена антенна.
Защитное средство обеспечивает получение антенной сверхвысокочастотного излучения только от продукта, даже при том, что продукты непрерывно проходят мимо антенны. Защитное средство, по меньшей мере, частично поглощает и/или отражает электромагнитное излучение, прежде всего сверхвысокочастотного и/или радиочастотного диапазонов.
Защитное средство, например короб, предпочтительно, неподвижно и, более предпочтительно, не содержит движущихся частей, прежде всего никаких частей, которые должны быть перемещены перед, во время или после проведения одного или нескольких измерений. Защитное средство, предпочтительно, по меньшей мере, частично, выполнено из материала, который экранирует электромагнитное излучение, прежде всего радиочастотного диапазона. Предпочтительно, этот материал является электрическим проводником и/или магнитным материалом. Предпочтительно, материал нанесен на защитное средство в виде слоя.
Согласно другому или предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения сверхвысокочастотная радиометрическая антенна или, по меньшей мере, ее приемная область, которая воспринимает сверхвысокочастотное излучение, расположена внутри защитного средства, которое содержат два проема, через которые проходит транспортировочное средство. Защитное средство, по меньшей мере, частично изолирует сверхвысокочастотную радиометрическую антенну от внешних источников электромагнитного излучения. Проем предпочтительно простирается вокруг всего периметра поперечного сечения транспортировочного средства, прежде всего ленты. Предпочтительно, защитное средство закрывает транспортировочное средство со всех сторон. Транспортировочное средство с продуктами на его поверхности проходит через защитное средство, в котором размещены одна или несколько антенн, каждая из которых воспринимает электромагнитное излучение, испускаемое соответствующим продуктом, транспортируемым транспортировочным средством. Ширина проемов соответствует по существу ширине транспортировочного средства, перпендикулярной их направлению движения. Высота проемов выбрана как можно меньшей, но достаточной для прохождения транспортировочного средства с продуктами на нем через проемы. Предпочтительно, высота составляет менее 150 мм. В предпочтительном варианте осуществления высота проема регулируема в зависимости от продукта, который в данный момент подвергается обработке в устройстве тепловой обработки.
В предпочтительном варианте осуществления устройство тепловой обработки содержит туннели на его входе и/или на его выходе. Данный туннель простирается в направлении перемещения транспортировочного средства и, предпочтительно, имеет внутренние размеры, по меньшей мере, по существу совпадающие с размерами проема. Предпочтительно, туннель простирается, предпочтительно, по его всей длине, охватывая периметр поперечного сечения транспортировочного средства, предпочтительно бесконечной ленты. Предпочтительно, туннель неподвижен и, более предпочтительно, не содержит движущихся частей, прежде всего никаких частей, которые должны быть перемещены перед, во время или после проведения одного или нескольких измерений. Предпочтительно, туннель, по меньшей мере, частично выполнен из материала, который экранирует электромагнитное излучение, прежде всего радиочастотного диапазона. Предпочтительно, этот материал является электрическим проводником и/или магнитным материалом. Предпочтительно, материал нанесен на защитное средство в виде слоя.
В предпочтительном варианте осуществления туннель содержит отражающие и/или поглощающие средства на его внутренней поверхности, выполненные для, по меньшей мере, частичного устранения излучения от внешних источников, которое поступило в туннель через вход или выход. Данные отражающие и/или поглощающие средства предотвращают попадание этого электромагнитного излучения на антенну.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления защита является встречным электромагнитным излучением, которое, по меньшей мере, частично нейтрализует электромагнитное излучение из внешнего источника. Устройство измерения измеряет электромагнитное излучение, которое испускается внешними источниками, то есть не продуктом, который подлежит измерению, и устройство испускает встречное излучение, которые имеет ту же самую длину волны, но противоположную фазу. Это встречное излучение уменьшает нежелательное электромагнитное излучение, по меньшей мере, до близкого к нулю уровня.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения устройство тепловой обработки содержит средства воздействия на процесс тепловой обработки. Такие средства могут быть, например, представлены средствами для изменения температуры, средствами воздействия на теплопередачу, средствами поставки излучения, средствами регулирования времени пребывания продукта в нагревательном устройстве и/или средствами изменения относительной влажности среды, окружающей продукты. Данные средства могут быть использованы для обеспечения постоянных условий тепловой обработки по всей ширине транспортировочного средства или для обеспечения непостоянных условий тепловой обработки в случае, если число продуктов на единицу площади транспортировочного средства изменяется как функция ширины транспортировочного средства. В этом случае может быть желательным поставлять больше нагревательной энергии и/или обеспечивать более эффективную теплопередачу в области с большим количеством продуктов на единицу площади по сравнению с областью с меньшим количеством продуктов на единицу площади. Данные средства воздействия на процесс тепловой обработки в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения находятся под управлением согласно сигналу антенны. Данная антенна помещена, например, на входе или вблизи него и/или на выходе устройства тепловой обработки, например печи, и измеряет начальную и/или заключительную температуру в толще отдельного продукта. На основании этого измерения процесс тепловой обработки подвергается изменению с целью достижения оптимальной температуры в толще.
В другом предпочтительном варианте осуществления устройство содержит средства для отслеживания положения отдельного продукта. Эти средства могут быть, например, представлены системой отслеживания в координатах XY и могут быть, например, полезны для определения местоположения отдельного продукта в определенный момент времени. Данная информация может, например, быть использована для отбраковки, например, перегрузочным роботом продуктов, которые не соответствуют определенным критериям качества, прежде всего не соответствуют определенной температуре в толще; то есть, если температура в толще или слишком высокая или слишком низкая, такие продукты отбраковывает перегрузочный робот. Данный робот нуждается в координатах XY продукта, который будет отбракован, чтобы выбрать правильный продукт с транспортировочного средства.
В другом предпочтительном варианте осуществления температурная информация, полученная антенной, подлежит сохранению в средствах запоминания. Данная информация может, например, быть использована в качестве функции контроля качества для документирования параметров тепловой обработки отдельного продукта в процессе тепловой обработки. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления данная информация передана средствам запоминания, например транспондеру, который присоединен к упаковке или аналогичному компоненту, в котором продукт помещен и упакован. В случае проблем качества информация может быть непосредственно считана из этого транспондера и быть доступна торговому предприятию или клиенту.
Согласно предпочтительному варианту осуществления или другому варианту осуществления настоящего изобретения устройство тепловой обработки содержит средства обнаружения продукта, которые расположены выше по потоку от устройства тепловой обработки. Эти средства могут быть использованы, по меньшей мере, для частичного включения и выключения устройства тепловой обработки. В случае отсутствия продуктов на транспортировочном средстве, устройство тепловой обработки, по меньшей мере, частично выключено. Однако, как только средства обнаружения идентифицируют продукт, устройство тепловой обработки включено снова задолго до того, как продукт достигает устройства тепловой обработки. Данный предпочтительный или оригинальный вариант осуществления настоящего изобретения позволяет сохранять энергию в процессе тепловой обработки.
2
Предпочтительно, сверхвысокочастотная радиометрическая антенна содержит приемную область, то есть эффективную область, площадью 0,1-180 мм. Данная область предпочтительно обращена непосредственно к продукту и/или, предпочтительно, непосредственно противоположна поверхности продукта. Предпочтительно, эта область размещена в наконечнике стержня подобного устройства.
2
Антенна с приемной областью площадью 0,1-180 мм очень точно измеряет температуру в толще содержащего белок вещества. Приемной областью является область антенны, которая получает сверхвысокочастотное излучение, испускаемое продуктом. Температура в толще является температурой, усредненной по высоте z продукта по существу непосредственно под антенной.
Антенна не касается продукта, но помещена в непосредственной близости от продукта для получения сверхвысокочастотного излучения, испускаемого продуктом.
2
2
2
Предпочтительно, площадь эффективной области составляет 0,1-70 мм, более предпочтительно 0,1-40 мм, и наиболее предпочтительно 0,1-20 мм.
Эффективная область может иметь произвольную форму. Однако, предпочтительно, приемная область является круглой. В предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению эффективная область имеет диаметр 0,35-15,1 мм, более предпочтительно 0,35-9,4 мм, еще более предпочтительно 0,35-7,13 мм, еще более предпочтительно 0,35-5,0 мм.
Предпочтительно, антенна и сопровождающая электроника измеряют и анализируют сверхвысокочастотное излучение в диапазоне частот 1-7 ГГц, тогда как низкие частоты в диапазоне частот 2-4 ГГц являются более предпочтительными, и диапазон частот от 2,8 до 3,2 ГГц является наиболее предпочтительным. В еще более предпочтительном варианте осуществления частоты, полученные и проанализированные антенной и сопровождающей электроникой, подвергаются изменению в процессе одного измерение ввиду того, что низкие частоты предоставляют информацию относительно температуры в глубине продукта и более высокие частоты предоставляют информацию относительно температуры продукта ближе к поверхности.
Далее изобретения описаны согласно фиг. 1-3. Пояснения не ограничивают объем защиты.
Фиг. 1 показывает антенну устройства тепловой обработки.
Фиг. 2 иллюстрирует принцип измерения.
Фиг. 3 показывает защиту антенны.
Фиг. 1 показывает сверхвысокочастотную радиометрическую антенну, которая содержит приемную область 2, то есть эффективную область, которая направлена к продукту 3 и воспринимает электромагнитное излучение, испускаемое продуктом. Продукт 3 представлен в данном случае куском мяса, который подвергнут тепловой обработке. В данном случае приемная область является кругом диаметром шесть миллиметров. Приемная область в данном случае по существу параллельна поверхности продукта, смежной антенне. Антенна электрическим и электронным образом соединена со средствами анализа, которые не показаны. В данном случае, антенна и/или сопровождающее электронное оборудование образуют фильтр сверхвысокочастотного излучения с диапазоном пропускания 2-4 ГГц. Присоединенное электронное оборудование анализирует полученное сверхвысокочастотное излучение и вычисляет температуру в толще продукта 3; то есть температуру в центре продукта 3.
Фиг. 2 иллюстрирует принцип измерения согласно изобретению. Фиг. 2А показывает вид сверху транспортировочной ленты 5, которая перемещается слева направо. Выше ленты размещена антенна 1, приемная область 2 которой направлена к ленте 6. На ленте 6 помещен продукт питания, который транспортируется мимо антенны 1. Антенна измеряет температуру в толще продукта в пределах пути 20 измерения. Поскольку приемная область 2 антенны очень мала, измеренная температура является точной температурой в толще продукта в пределах данного пути, а не температурой всего продукта в направлении x. Как может быть замечено на фиг. 2Б, которая является видом сбоку изображения на фиг. 2А, в пределах пути измерения температура подвергается измерению в нескольких, в данном случае двух, отдельных точках 19, который могут, однако, иметь такое малое расстояние между собой, что достигнуто полунепрерывное измерение. В каждой точке измерения определяется средняя температура продукта под приемной областью. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в случае, если несколько антенн помещены рядом, может быть составлена очень точная температурная карта продукта.
Фиг. 3 показывает оригинальное устройство 4 тепловой обработки. Устройство тепловой обработки в качестве примера является печью. Данное устройство тепловой обработки содержит транспортировочное средство 5, в данном случае бесконечную ленту, которая транспортирует содержащие белок продукты (не изображены) через устройство тепловой обработки, где они подвергаются нагреванию для варки, жарки или поверхностной обработки содержащих белок продуктов. Транспортировочное средство 5 также транспортирует продукты мимо по меньшей мере одной, в данном случае двух, сверхвысокочастотных радиометрических антенн 1. Антенны 1 измеряют температуру двух различных продуктов, которые распределены по ширине w ленты. Каждая антенна измеряет температуру в толще одного продукта; то есть температуру внутри продукта. Каждая антенна 1 расположена в защитном устройстве 6, в данном случае - коробе 18. Короб простирается полностью вокруг поперечного сечения 5′ транспортировочного средства 5, то есть его боковые стенки 13, 14, его основание 15 и его верхняя часть 16 простираются вокруг транспортировочного средства 5. Короб 18 содержит на его входе и выходе проемы 9, 10, через которые проходит транспортировочное средство и продукты. Короб неподвижен и не содержит движущихся частей. В приведенном варианте антенны 1 расположены в камере 17, которая открыта в сторону транспортировочного средства. Камера, наличие которой не обязательно, позволяет таким образом канализировать излучение, получаемое антенной, чтобы продукты выше по потоку или ниже по потоку от продукта, измеряемого в настоящий момент, не влияли на текущий замер. В данном случае короб 18 содержит покрытие, которое наделено способностью защиты от радиочастотного излучения, позволяющей предотвратить воздействие внешнего источника электромагнитного излучения на результат измерения антенны 1. Однако короб может также быть выполнен из листового материала со свойствами радиочастотной защиты, например углеродистой стали, нержавеющей стали, алюминия, меди или аналогичного материала. Выше по потоку и/или ниже по потоку от короба 18 защитное устройство 6, предпочтительно, содержит туннель 7, 8, который, предпочтительно, простирается вокруг всего периметра 5′ транспортировочного средства 5. Ширина w короба и/или туннеля 7, 8 предпочтительно по существу равна ширине транспортировочного средства 5. Предпочтительно, высота h выбрана как можно меньшей. Высота h в данном примере составляет менее 150 мм. Это позволяет транспортировочному средству с продуктами проходить через туннель 7, 8. Каждый из туннелей 7, 8 выполнен для предотвращения попадания электромагнитного излучения в короб 18. Материал, из которого выполнен каждый из туннелей, также обладает свойствами защиты от радиочастотного излучения. Если требуется, каждый из туннелей может содержать на его внутренней поверхности средства поглощения и/или отражения электромагнитного излучения, которое поступило в туннель.
1 сверхвысокочастотная радиометрическая антенна
2 приемная область
3 продукт
4 устройство тепловой обработки
5 транспортировочное средство
5′ поперечное сечение транспортировочного средства
6 защитное средство, короб
7, 8 туннель
9, 10 проем
11 вход защитного средства
12 выход защитного средства
13, 14 боковая стенка короба или туннеля
15 основание короба или боковой стенки
16 верхняя часть
17 камера
18 короб
19 отдельные точки измерения
20 путь измерения