Двухрезонаторная СВЧ-установка непрерывно-поточного действия для термообработки яиц
CONTINOUS-FLOW DOUBLE-CAVITY MICROWAVE INSTALLATION FOR HEAT TREATMENT OF EGGS

Предлагаемое изобретение относится к птицеводству и может быть использовано для термообработки яиц при производстве белкового корма.
Известны механизированные устройства для варки яиц в периодическом режиме, реализующие технологический процесс со скважностью менее 0,5 (скважность - это отношение продолжительности воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) к продолжительности цикла «нагрев-пауза») [1, 2].
Для разработки научной основы процесса взаимодействия электромагнитных излучений с многокомпонентным сырьем, необходимо знать зависимость диэлектрических параметров каждого компонента от температуры нагрева при сантиметровом диапазоне волн. По данным Рогова И.А. [3] провели анализ изменения диэлектрических параметров желтка и белка куриных яиц в процессе нагрева при частоте 2450 МГц. С увеличением температуры от 20°С до 60°С фактор диэлектрических потерь желтка и белка падает на 30,8% и 4,4 %, соответственно. Это значит скорость нагрева желтка в электромагнитном поле 5-7 раз выше, чем белка. Характер изменения фактора потерь компонентов яиц, в зависимости от температуры объясняется тем, что по мере ее возрастания (свыше 40°С) начинается денатурация белков, сопровождающаяся выделением воды. При повышении температуры выше 60°С, значение фактора диэлектрических потерь падает еще сильнее из-за повышения температуры воды и испарения части воды.
Существующий способ и СВЧ-установки [1, 2] для варки яиц с соблюдением скважности технологического процесса воздействия ЭМПСВЧ предусматривают варку белка за счет теплопередачи от нагретого желтка за счет дипольной поляризации. Поэтому небольшое отклонение от необходимой скважности технологического процесса, желток переварится, а белок остается только частично коагулированным. В связи с этим разрабатывается установка, реализующая способ термообработки компонентов (белка, желток) в двух отдельных резонаторах, после освобождения от скорлупы.
Технической задачей изобретения является разработка двухрезонаторной установки непрерывно-поточного действия, обеспечивающей процесс термообработки и обеззараживания компонентов яйца воздействием ЭМПСВЧ в отдельных резонаторах при разных дозах в соответствии с их диэлектрическими параметрами, а именно с факторами диэлектрических потерь (произведение диэлектрической проницаемости на тангенс угла диэлектрических потерь).
Технический результат достигается тем, что двухрезонаторная СВЧ-установка для термообработки яиц содержит поярусно расположенные резонаторы, один из которых, предназначенный для термообработки желтка и фильтрации белка, расположенный в горизонтальной плоскости над усеченным коническим резонатором, представлен кольцевым резонатором из двух половинок, расположенных с перекрытием,
при этом нижняя половинка собрана из неферромагнитных ситовых секторов, установленных с помощью шарнирных петель на вращающийся диэлектрический ободок, закрепленный диэлектрическими стержнями к диэлектрическому валу электродвигателя, расположенного на неферромагнитном диске, закрывающего центральное пространство кольцевого резонатора,
на наружной поверхности которого, расположены приемная емкость с заслонкой и магнетроны со сдвигом на 120 градусов, излучатели которых направлены внутрь его,
причем средний диаметр кольцевого резонатора кратен половине длины волны, при этом усеченный конический резонатор пристыкован основанием к поверхности кольцевого резонатора на уровне максимального диаметра,
причем вдоль центральной оси усеченного конического резонатора, предназначенного для термообработки белка, соосно установлен шнек диэлектрический со сплошной поверхностью винта, выполненного в виде спирали Архимеда с диаметрами, позволяющими вписать в усеченный конус, и с диэлектрическим валом на специальном упорном подшипнике,
при этом электродвигатель установлен за конической частью резонатора, где имеется запредельный волновод с шаровым краном, а магнетроны со сдвигом на 120 градусов расположены в области оснований усеченного конического резонатора, причем на наружной стационарной поверхности кольцевого резонатора предусмотрено окно, куда пристыкован запредельный волновод прямоугольного сечения, в области окна установлены специальные направляющие.
Техническое решение поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведено схематическое изображение двухрезонаторной СВЧ-установки непрерывно-поточного действия для термообработки яиц.
Установка содержит (фиг. 1): кольцевой резонатор, состоящий из стационарной половинки 1 и вращающийся половинки 2 в виде ситовых секторов 3 установленных на шарнирные петли 4;
диэлектрический ободок 5 с диэлектрическими крепежными стержнями; резонатор в виде усеченного конуса 6;
электродвигатель 7 с диэлектрическим валом; шнек диэлектрический 8 с электроприводом;
запредельный волновод 9 круглого сечения;
магнетроны 10 на поверхности усеченного конуса;
запредельный волновод 11 прямоугольного сечения, пристыкованный к окну 12, в области которого установлены специальные направляющие 13 приемная емкость 14;
окно 12 на стыке стационарной половинки кольцевого резонатора с поверхностью конуса;
магнетроны 15 на поверхности кольцевого резонатора;
неферромагнитный диск 16.
Двухрезонаторная СВЧ-установка содержит горизонтально расположенный кольцевой резонатор 1, 2 над резонатором в виде усеченного конуса 6, магнетроны на соответствующих резонаторах, приемную емкость с заслонкой, запредельные волноводы круглого и прямоугольного сечений. Кольцевой резонатор предназначен для термообработки желтка и фильтрации белка. Он представлен из двух половинок, так что края образующей нижней половинки расположенных внутри верхней половинки, т.е. установлены перекрытием.
Нижняя половинка кольцевого резонатора собрана из неферромагнитных ситовых секторов, установленных с помощью шарнирных петель на вращающийся диэлектрический ободок 5. Он закреплен с помощью диэлектрических стержней к диэлектрическому валу электродвигателя 7, расположенного на неферромагнитном диске 16. Этот диск закрывает центральное пространство кольцевого резонатора. На наружной поверхности кольцевого резонатора расположены приемная емкость 14 с заслонкой и магнетроны со сдвигом на 120 градусов, излучатели которых направлены внутрь.
Средний диаметр кольцевого резонатора кратен половине длины волны. Усеченный конический резонатор 6 пристыкован основанием к поверхности кольцевого резонатора 2 на уровне максимального диаметра.
Вдоль центральной оси усеченного конического резонатора 6, предназначенного для термообработки белка, соосно установлен шнек 8 диэлектрический со сплошной поверхностью винта, выполненного в виде спирали Архимеда с диаметрами, позволяющими вписать в усеченный конус, и с диэлектрическим валом на специальном упорном подшипнике. Поверхность винта выполнена из фторопласта и покрыта силиконовой пленкой, исключающей прилипание и подгорание белковых крошек.
Электродвигатель установлен за конической частью резонатора, где имеется запредельный волновод с шаровым краном, а магнетроны со сдвигом на 120 градусов расположены в области оснований усеченного конического резонатора. На месте стыка стационарной поверхности кольцевого резонатора и образующей конуса предусмотрено окно с направляющими для поочередного опрокидывания ситовых секторов 3.
Технологический процесс термообработки и обеззараживание компонентов яйца в двухрезонаторной СВЧ-установке непрерывно-поточного действия происходит следующим образом.
Освободить от скорлупы содержимое яиц и направить в приемную емкость 14 и открыть заслонку, предварительно включив электропривод диэлектрического шнека 8 и электропривод 7 ободка. Содержимое яиц попадает на неферромагнитные ситовые сектора 3 вращающейся нижней половинки 2 кольцевого резонатора. Включить СВЧ генераторы 15, излучатели которых направлены внутрь кольцевого резонатора. Тогда в резонаторе возникает бегущая волна, происходит воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, 2450 МГц, 12,24 см) на яичную массу, но при этом белок стекает через ситовые сектора во второй резонатор - усечённый конический, а именно белок стекает на сплошную фторопластовую (покрытую силиконовой пленкой) поверхность винта вращающегося шнека 8. В усеченном коническом резонаторе 6, где образуется стоячая волна, подвергается термообработке белок, при воздействии ЭМПСВЧ другой дозы, чем в кольцевом резонаторе 1, 2 подвергается желток. В процессе вращения шнека 8 белок подвергается воздействию ЭМПСВЧ, коагулируется, крошиться, и перемещается по поверхности винта вниз, к запредельному волноводу 9, откуда готовая белковая дозированно за счет шарового крана продукция высыпается за пределы двухрезонаторной СВЧ-установки.
Желток, освобожденный от белка на ситовом секторе 3, закрепленном на диэлектрическом ободке 5 с помощью шарнирных петель, в процессе передвижения нижней половинки 2 кольцевого резонатора, подвергается термообработке и после одного оборота ободка 5 выгружается через специальное окно 12, имеющегося на стационарной половинке 1. Размеры выгрузного патрубка прямоугольного сечения согласованы с размером желтка и длиной волны, так, что выполняет функцию запредельного волновода 11. В области окна установлены направляющие 13 для поочередного опрокидывания и обратного возврата в исходное положение ситовых секторов 3. Электропривод 7 диэлектрического ободка 5 установлен на неферромагнитный диск 16, который закрывает центральную полость кольцевого резонатора 1, 2, образуя замкнутую емкость резонатора в виде усеченного конуса 6 (шаровой кран в запредельном волноводе, образующая усеченного конуса, нижняя ситовая половина кольцевого резонатора, неферромагнитный диск). Поэтому ободок, стержни для крепления к валу электродвигателя выполнены из диэлектрического материала, например из фторопласта. Диаметры витков диэлектрического шнека 8 представлены по принципу спирали Архимеда. Это позволяет соосно установить диэлектрический шнек 8 в резонатор в виде усеченного конуса 6. Напряженность электрического поля в коническом резонаторе уменьшается от основания к вершине конуса, так, что на уровне критического сечения волны отражаются в обратную сторону. Поэтому запредельный волновод следует установить за критическим сечением, что повышает электромагнитную безопасность при обслуживании СВЧ-установки. Запредельные волноводы, выполняя функции выгрузных патрубков для вареного целого желтка и белка в виде мелкой крошки, обеспечивают установку режим непрерывно-поточного действия. Скорость нагрева компонентов сырья регулируется дозой воздействия, а производительность установки - регулированием скорости передвижения ободка и скорости вращения фторопластового шнека.
Источники информации:
1. Патент № 2361496 РФ, МПК А47J 29/00. Способ и механизированное устройство для варки яиц / Новикова Г.В., Кириллов Н.К., Егоров Г.И., Гуськов Ю.В - №2006139783/12, заявл. 13.11.2006. от 20.05.2008. - 11 с.
2. Патент № 2336008  РФ, МПК А47J 29/06. Механизированная микроволновая яйцеварка / Новикова Г.В., Кириллов Н.К., Егоров Г.И., Гуськов Ю.В. - № 2006139784; заявл. 13.11.2006. Бюл. № 29 от 20.10.2008. - 11 с.
3. Рогов, И.А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / И.А. Рогова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.