[go: up one dir, main page]

RU2118886C1 - Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus - Google Patents

Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2118886C1
RU2118886C1 RU96118289/13A RU96118289A RU2118886C1 RU 2118886 C1 RU2118886 C1 RU 2118886C1 RU 96118289/13 A RU96118289/13 A RU 96118289/13A RU 96118289 A RU96118289 A RU 96118289A RU 2118886 C1 RU2118886 C1 RU 2118886C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
siphon
pipe
liquid
diameter
Prior art date
Application number
RU96118289/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96118289A (en
Original Assignee
Чередниченко Валерий Павлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чередниченко Валерий Павлович filed Critical Чередниченко Валерий Павлович
Priority to RU96118289/13A priority Critical patent/RU2118886C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2118886C1 publication Critical patent/RU2118886C1/en
Publication of RU96118289A publication Critical patent/RU96118289A/en

Links

Landscapes

  • Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)

Abstract

FIELD: food-processing industry, medicine, may be used in radio engineering, in particular, pasteurization (sterilization) of liquid water-containing substances and preparations not adapted for prolonged high temperature heating actions. SUBSTANCE: apparatus has metal waveguide, whose one end is adapted for introducing microwave energy and other shirt-circuited end defines half-wave resonator. Resonator connection element is made in the form of resonant series circuit having syphon disposed in central part of wide waveguide wall and axially aligned relative to adjusting screw mounted in opposite wall of waveguide. Syphon is composed of axially aligned inner and outer pipes arranged in spaced relation between inner surface of outer blind end pipe and outer surface of inner pipe, and between inner pipe end and blind part of outer pipe. Such construction allows apparatus to be used as resonant microwave loading and antenna equivalent. EFFECT: wider operational capabilities, increased temperature gradient of liquid under treatment process and, as a result, improved quality of treated liquid. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, медицине, а также к радиотехнике, и может быть использовано в устройствах для пастеризации (стерилизации) жидких пищевых продуктов (например, молока, пива, вина) и лекарственных препаратов, водосодержащие субстанции которых не допускают длительного высокотемпературного нагрева, а также в устройствах резонансного отбора СВЧ-мощности (например, в волноводных нагрузках и эквивалентных антенн). The invention relates to the food industry, medicine, and also to radio engineering, and can be used in devices for pasteurization (sterilization) of liquid food products (for example, milk, beer, wine) and medicines, the water-containing substances of which do not allow prolonged high-temperature heating, and also in devices for resonant selection of microwave power (for example, in waveguide loads and equivalent antennas).

Известно устройство для пастеризации (стерилизации) жидких пищевых продуктов СВЧ-энергией, содержащее металлический волновод прямоугольного сечения, один конец которого предназначен для ввода СВЧ-энергии, оконечную согласованную нагрузку, трубопровод из радиопрозрачного материала, сборники, отличающееся тем, что трубопровод выполнен съемным, имеет круглое сечение и проходит через широкие стенки волновода, на внешних сторонах которых перпендикулярно их плоскости укреплены полые металлические цилиндры для прохода трубопровода в одной поперечной плоскости с трубопроводом, в волновод введен металлический регулировочный винт причем трубопровод с жидкостью, металлические цилиндры и регулировочный винт представляют собой квазисосредоточенный резонатор, оконечная согласованная нагрузка выполнена в виде короткозамыкающего поршня, а на начальном участке трубопровода установлен датчик наличия потока. A device for pasteurization (sterilization) of liquid food products with microwave energy, containing a metal waveguide of rectangular cross section, one end of which is designed to input microwave energy, the final coordinated load, a pipe made of radio-transparent material, collections, characterized in that the pipeline is removable, has circular cross section and passes through the wide walls of the waveguide, on the outer sides of which perpendicular to their plane hollow metal cylinders are strengthened for the passage of the pipeline in one of the transverse plane with the pipeline, a metal adjusting screw is introduced into the waveguide, and the pipeline with liquid, metal cylinders and the adjusting screw are a quasi-focused resonator, the final matched load is made in the form of a short-circuit piston, and a flow presence sensor is installed at the initial section of the pipeline.

При этом внутренний диаметр трубопровода d1 равен 0,182a, внешний диаметр трубопровода d2 равен внутреннему диаметру металлических цилиндров и составляет 0,202a, диаметр металлического регулировочного винта d3 равен 0,164a, трубопровод и регулировочный винт смещены от продольной оси волновода на расстояние l1, равное 0,19a, расстояние от оси трубопровода до короткозамыкающего поршня l2 равно 0,58a, где a - размер широкой стенки волновода [1].The inner diameter of the pipeline d1 is 0.182a, the outer diameter of the pipeline d2 is equal to the inner diameter of the metal cylinders and is 0.202a, the diameter of the metal adjusting screw d3 is 0.164a, the pipeline and the adjusting screw are offset from the longitudinal axis of the waveguide by a distance l 1 equal to 0, 19a, the distance from the axis of the pipeline to the short-circuit piston l 2 is equal to 0.58a, where a is the size of the wide waveguide wall [1].

Устройство по заявке [1] является наиболее близким устройством-аналогом и выбрано в качестве прототипа. The device according to the application [1] is the closest analog device and is selected as a prototype.

Недостатками устройства-прототипа является низкий градиент нагрева. Выполненное в соответствии с заявленными соотношениями размеров устройство по заявке [1] позволяет обеспечить плотность прилагаемой СВЧ-мощности 100 Вт на 1 г обрабатываемой жидкости. Уменьшение высоты волновода (с целью уменьшения объема обрабатываемой жидкости, находящейся в трубопроводе между широкими стенками волновода) ограничено возможностью высокочастотного пробоя между металлическим регулировочным винтом и противоположной стенкой волновода, а уменьшение диаметра трубопровода с той же целью ограничено тем, что при соотношении его диаметра к его длине, находящейся в рабочей зоне, большем или равном 20, наступает вскипание обрабатываемой жидкости и, как следствие, грубое рассогласование квазисосредоточенного резонатора. The disadvantages of the prototype device is the low heating gradient. Performed in accordance with the claimed size ratios, the device according to the application [1] makes it possible to ensure the density of the applied microwave power of 100 W per 1 g of the processed liquid. Reducing the height of the waveguide (in order to reduce the volume of the fluid being processed in the pipeline between the wide walls of the waveguide) is limited by the possibility of high-frequency breakdown between the metal adjusting screw and the opposite wall of the waveguide, and reducing the diameter of the pipeline for the same purpose is limited by the fact that when the ratio of its diameter to it the length in the working area greater than or equal to 20, boiling up of the treated liquid occurs and, as a result, a rough mismatch of the quasi-concentrated resonator.

Цель изобретения - повышение температурного градиента обрабатываемой жидкости и, как следствие, повышение качества обработки. The purpose of the invention is to increase the temperature gradient of the processed fluid and, as a consequence, to improve the quality of processing.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, в центре широкой стенки волновода введен сифон, содержащий внешнюю (подводящую) заглушенную трубу и внутреннюю (выводящую) соосную трубу, причем ширина зазора между ними составляет 0,01λo, где λo - длина волны на резонансной частоте; наружный диаметр жидкостного столба, заключенного в сифон и минимальная глубина погружения сифона в волновод определяются минимально доступным объемом жидкости, при котором не нарушается режим работы источника СВЧ-энергии и при котором плотность прилагаемой СВЧ-мощности составляет 100 Вт на 0,05 г обрабатываемого материала, что позволяет увеличить скорость обработки при достижении более высокого темпа нагрева и, следовательно, улучшить качество обработки; регулировочный винт, с диаметром торцевой части не менее диаметра жидкостного столба в сифоне, введен в противоположную широкую стенку волновода соосно с сифоном и образуют последовательный резонансный контур, являющийся резонансной диафрагмой полуволнового 1/2λ90 короткозамкнутого резонатора, где λ90 - длина волны в волноводе на резонансной частоте.This goal is achieved by the fact that in the known device, in the center of the wide wall of the waveguide, a siphon is introduced containing an external (supply) plugged pipe and an internal (output) coaxial pipe, the gap width between them being 0.01λ o , where λ o is the wavelength at the resonant frequency; the outer diameter of the liquid column enclosed in the siphon and the minimum immersion depth of the siphon in the waveguide are determined by the minimum available volume of liquid at which the operating mode of the microwave energy source is not disturbed and at which the density of the applied microwave power is 100 W per 0.05 g of the processed material, which allows to increase the processing speed upon reaching a higher heating rate and, therefore, to improve the quality of processing; an adjusting screw with an end part diameter not less than the diameter of the liquid column in the siphon is inserted into the opposite wide wall of the waveguide coaxially with the siphon and form a series resonant circuit, which is the resonant diaphragm of the half-wave 1 / 2λ90 short-circuited resonator, where λ90 is the wavelength in the waveguide at the resonant frequency .

Выполнение сифона разборным упрощает замену радиопрозрачных труб и сан-гигиеническую обработку, что позволяет обеспечить высокое качество обрабатываемой жидкости. Возможность обеспечения электрического контакта обрабатываемой жидкости и волновода полностью исключает паразитные излучения из камеры нагрева. Collapsible siphon simplifies the replacement of radiotransparent pipes and sanitary treatment, which ensures high quality of the processed fluid. The ability to provide electrical contact between the treated fluid and the waveguide completely eliminates spurious emissions from the heating chamber.

Камера нагрева устройства выполнена в виде совокупности полуволнового резонатора, один конец которого короткозамкнут, и последовательного колебательного контура, являющегося резонансной диафрагмой резонатора. Последовательный контур образован индуктивностью регулировочного винта и частью сифона, погруженного в волновод, а также емкостью между торцом винта и сифоном на противоположной широкой стенке волновода. The heating chamber of the device is made in the form of a combination of a half-wave resonator, one end of which is short-circuited, and a sequential oscillatory circuit, which is the resonant diaphragm of the resonator. The series circuit is formed by the inductance of the adjusting screw and a part of the siphon immersed in the waveguide, as well as by the capacitance between the end of the screw and the siphon on the opposite wide wall of the waveguide.

В предлагаемом устройстве величина KCBH ≤ 1,2 и коэффициент использования СВЧ-энергии не менее 95%, что не хуже значений тех же параметров, обеспечиваемых устройством-прототипом, а темп нагрева в предлагаемом устройстве выше в 20 раз. In the proposed device, the value of KCBH ≤ 1.2 and the utilization of microwave energy is not less than 95%, which is no worse than the values of the same parameters provided by the prototype device, and the heating rate in the proposed device is 20 times higher.

Совокупность вновь введенных конструктивных и электрических признаков не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство для пастеризации (стерилизации) жидкости, а также отбора СВЧ-мощности следует считать новым и имеющим изобретательский уровень. The combination of newly introduced structural and electrical features does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the proposed device for pasteurization (sterilization) of liquid, as well as the selection of microwave power should be considered new and inventive.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для пастеризации (стерилизации) жидкости, а также отбора СВЧ-мощности. The drawing shows the proposed device for pasteurization (sterilization) of the liquid, as well as the selection of microwave power.

Устройство содержит металлический короткозамкнутый волновод 1, один конец которого предназначен для ввода СВЧ-мощности, сифон 2 из радиопрозрачного материала с шириной зазора между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы, равной 0,01λo, корпус 3 из металла, допускающего контакт с обрабатываемой жидкостью, для крепления элементов сифона, а также ввода и вывода обрабатываемой жидкости, регулировочный винт 4, с диаметром торцевой части не менее диаметра жидкостного столба в сифоне, соосный с сифоном и расположенный в центре широкой стенки волновода.The device contains a metal short-circuited waveguide 1, one end of which is designed to input microwave power, a siphon 2 made of radiolucent material with a gap width between the inner surface of the outer pipe and the outer surface of the inner pipe equal to 0.01λ o , the housing 3 is made of metal that allows contact with the processed fluid, for fastening the elements of the siphon, as well as the input and output of the processed fluid, an adjusting screw 4, with a diameter of the end part not less than the diameter of the liquid column in the siphon, coaxial with the siphon and aspolozhenny in the center of the broad wall of the waveguide.

Устройство работает следующим образом. Резонансную частоту устройства определяет полуволновый резонатор 1/2λ90 короткозамкнутый с одной стороны и возбуждаемый резонансной диафрагмой с активным сопротивлением, образованной индуктивностью регулировочного винта 4 и частью сифона 2, погруженного в волновод 1, и емкостью, образованной торцом регулировочного винта и торцом сифона на противоположной стенке волновода, а также активным сопротивлением обрабатываемой жидкости с большим коэффициентом затухания, находящейся в сифоне. Настройку резонансной диафрагмы осуществляют регулировочным винтом 4. Обрабатываемая жидкость вводится в корпус 3, заполненный из металла, допускающего контакт с обрабатываемой жидкостью, поступает в торец сифона 2 через зазор, равный 0,01λo и, поглотив практически всю мощность, через внутреннюю радиопрозрачную трубу выводится из камеры. Незначительная часть мощности, не поглощенная жидкостью, возбудив полуволновый резонатор, вновь попадает на резонансную диафрагму, отдавая энергию обрабатываемой жидкости.The device operates as follows. The resonant frequency of the device is determined by a half-wave resonator 1 / 2λ 90 short-circuited on one side and excited by a resonant diaphragm with active resistance formed by the inductance of the adjusting screw 4 and a part of the siphon 2 immersed in the waveguide 1 and the capacitance formed by the end of the adjusting screw and the end of the siphon on the opposite wall waveguide, as well as the active resistance of the processed fluid with a large attenuation coefficient located in the siphon. The resonant diaphragm is adjusted using the adjusting screw 4. The processed fluid is introduced into the housing 3, filled of metal that can be contacted with the treated fluid, enters the end of the siphon 2 through a gap equal to 0.01λo and, having absorbed almost all the power, is removed from the radiolucent tube from cameras. An insignificant part of the power not absorbed by the liquid, having excited the half-wave resonator, again falls on the resonant diaphragm, giving off the energy of the processed liquid.

Резонанс в последовательном контуре характеризуется наибольшим значением тока и приложенная к контуру энергия целиком падает на активном сопротивлении. Геометрические размеры рабочей области сифона, обеспечивают плотность потока мощности 100 Вт на 0,05 г обрабатываемой жидкости, а расположение элементов контура в центре широкой степени волновода обеспечивает равномерное распределение токов смещения по периметру сифона. Resonance in a series circuit is characterized by the highest current value and the energy applied to the circuit completely falls on the active resistance. The geometric dimensions of the working area of the siphon provide a power flux density of 100 W per 0.05 g of the processed fluid, and the location of the circuit elements in the center of a wide degree of the waveguide ensures a uniform distribution of bias currents around the siphon perimeter.

Благодаря тому, что обрабатываемая жидкость электрически замкнута с волноводом через корпус 3, практически исключено СВЧ-излучение. Due to the fact that the liquid being treated is electrically closed with the waveguide through the housing 3, microwave radiation is practically excluded.

Таким образом, предлагаемое устройство отличает высокие градиент температуры, скорость обработки, качество получаемого продукта; простота и малая металлоемкость конструкции, большая надежность и безопасность обслуживания. Thus, the proposed device is characterized by a high temperature gradient, processing speed, the quality of the resulting product; simplicity and low metal consumption of the design, great reliability and safety of service.

Источники информации
1. Заявка на изобретение РФ N 94004541/13(004194) от 08.02.94.; МПК 6 A 23 L 3/01, F 23 L 3/32; "Устройство для пастеризации (стерилизации) жидких пищевых продуктов СВЧ-энергией", Чекрыгина И.М., Чередниченко В.П., Карлов А.Ф., Носовец А.Ф.
Sources of information
1. Application for the invention of the Russian Federation N 94004541/13 (004194) from 02/08/94; IPC 6 A 23 L 3/01, F 23 L 3/32; "Device for pasteurization (sterilization) of liquid food products with microwave energy", Chekrygina IM, Cherednichenko VP, Karlov AF, Nosovets AF

Claims (2)

1. Устройство пастеризации (стерилизации) жидкости, а также отбора СВЧ-мощности, содержащее металлический волновод прямоугольного сечения, один конец которого предназначен для ввода СВЧ-энергии, регулировочный винт, отличающееся тем, что другой конец волновода короткозамкнут и образует полуволновый резонатор, элемент связи которого представляет собой резонансный последовательный контур, состоящий из сифона, установленного в центре широкой стенки волновода соосно с регулировочным винтом, расположенным на противоположной стенке волновода, при этом сифон выполнен из соосных внутренней и наружной заглушенной труб из радиопрозрачного материала с зазором между внутренней поверхностью наружной заглушенной трубы и внешней поверхностью внутренней трубы, а также между торцом внутренней трубы и заглушенной частью наружной. 1. The device for pasteurization (sterilization) of the liquid, as well as the selection of microwave power, containing a metal waveguide of rectangular cross section, one end of which is designed to input microwave energy, an adjustment screw, characterized in that the other end of the waveguide is short-circuited and forms a half-wave resonator, a communication element which is a resonant series circuit consisting of a siphon mounted in the center of the wide wall of the waveguide coaxially with the adjusting screw located on the opposite wall of the wave ode, the siphon is formed of coaxial inner and outer tubes of radiotransparent anechoic material with a gap between the inner surface of the outer tube plugged and the outer surface of the inner tube, as well as between the end of the inner tube and the outer part plugged. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина зазора произвольной длины между внутренней поверхностью наружной заглушенной трубы и внешней поверхностью внутренней трубы сифона, а также между торцом внутренней трубы и заглушенной частью наружной, составляет 0,01 λ0, где λ0 - длина волны на резонансной частоте, диаметр жидкости, заключенной в сифоне между внутренними стенками наружной трубы, и глубина погружения сифона выбраны из условия, при котором на каждые 100 Вт приложенной мощности приходится 0,05 г обрабатываемой жидкости, диаметр торцевой части регулировочного винта не менее диаметра жидкостного столба в сифоне, а длина резонатора равна 1/2 λ0, где λ0 - длина волны в волноводе на резонансной частоте.2. The device according to claim 1, characterized in that the width of the gap of arbitrary length between the inner surface of the outer muffled pipe and the outer surface of the inner pipe of the siphon, as well as between the end of the inner pipe and the muffled part of the outer, is 0.01 λ 0 , where λ 0 - the wavelength at the resonant frequency, the diameter of the liquid enclosed in the siphon between the inner walls of the outer pipe, and the immersion depth of the siphon are selected from the condition under which 0.05 g of the processed liquid falls on every 100 W of applied power, the diameter of the torus the central part of the adjusting screw is not less than the diameter of the liquid column in the siphon, and the cavity length is 1/2 λ 0 , where λ 0 is the wavelength in the waveguide at the resonant frequency.
RU96118289/13A 1996-09-13 1996-09-13 Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus RU2118886C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96118289/13A RU2118886C1 (en) 1996-09-13 1996-09-13 Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96118289/13A RU2118886C1 (en) 1996-09-13 1996-09-13 Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2118886C1 true RU2118886C1 (en) 1998-09-20
RU96118289A RU96118289A (en) 1998-11-27

Family

ID=20185413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96118289/13A RU2118886C1 (en) 1996-09-13 1996-09-13 Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2118886C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2275826C2 (en) * 2000-10-27 2006-05-10 Апит Корп. С.А. Method and apparatus for liquid sterilization
CN106616235A (en) * 2017-01-11 2017-05-10 西北农林科技大学 Continuous fluid food ohm microwave combined heating sterilization system
US11229095B2 (en) 2014-12-17 2022-01-18 Campbell Soup Company Electromagnetic wave food processing system and methods
RU2779942C1 (en) * 2021-09-02 2022-09-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) Continuous operation water steriliser

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2079228C1 (en) * 1994-02-08 1997-05-10 Таганрогский научно-исследовательский институт связи DEVICE FOR PASTERIZATION (STERILIZATION) OF LIQUID FOOD PRODUCTS OF MICROWAVE ENERGY

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2079228C1 (en) * 1994-02-08 1997-05-10 Таганрогский научно-исследовательский институт связи DEVICE FOR PASTERIZATION (STERILIZATION) OF LIQUID FOOD PRODUCTS OF MICROWAVE ENERGY

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2275826C2 (en) * 2000-10-27 2006-05-10 Апит Корп. С.А. Method and apparatus for liquid sterilization
US11229095B2 (en) 2014-12-17 2022-01-18 Campbell Soup Company Electromagnetic wave food processing system and methods
CN106616235A (en) * 2017-01-11 2017-05-10 西北农林科技大学 Continuous fluid food ohm microwave combined heating sterilization system
RU2779942C1 (en) * 2021-09-02 2022-09-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) Continuous operation water steriliser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gastine et al. Electromagnetic resonances of free dielectric spheres
JP4759668B2 (en) Microwave heating device
US4392039A (en) Dielectric heating applicator
US5801598A (en) High-power RF load
CA3086946A1 (en) Microwave plasma device
US6960747B2 (en) Microwave applicator system
RU2118886C1 (en) Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus
CA2463878A1 (en) Microwave heating apparatus
EP1393595A1 (en) Microwave continuous water heater
KR20100134053A (en) Apparatus for applying electromagnetic energy to reactive media
US5063330A (en) Plasma reactor
AU2004241919B2 (en) Microwave heating device
JP3019052B2 (en) Liquid material sterilizer
RU2125350C1 (en) Microwave absorbing chamber
AU2002347715B2 (en) Microwave applicator system
RU96118289A (en) DEVICE FOR PASTERIZATION (STERILIZATION) OF LIQUID, AND ALSO SELECTION OF MICROWAVE POWER
Bhartia et al. Tuning, coupling and matching of microwave heating applicators operating at higher order modes
RU95101093A (en) Microwave heater of liquids
US3521186A (en) High power microwave attenuator employing a flow of lossy liquid
Prapuchanay et al. A single mode cylindrical microwave cavity for heating applications of liquid material
RU95101095A (en) Microwave liquid heater
KR20020004803A (en) A cancer thermotherapy
CN100544527C (en) Microwave heating equipment, system, method and application
RU95101007A (en) Shf heater of liquid
AU2002347715A1 (en) Microwave applicator system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040914