СВЧ нагреватель жидкости

(51) 05 6/64 (2011.01) 24 7/02 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ СВЧ нагреватель содержит магнетрон,цилиндрический волновод из прозрачного для электромагнитных волн материала с торцом,имеющим сферическую форму, закрытый сверху цилиндрическим корпусом,установленным коаксиально волноводу с патрубками ввода и вывода жидкости покрытый теплоизоляцией и изготовленный из непрозрачного для электромагнитных волн материала. Зазор между наружной поверхностью волновода и внутренней поверхностью корпуса составляет от 0,6 до 0,8 от глубины проникновения электромагнитных волн в нагреваемую жидкость. При использовании нагревателя в процессе пастеризации жидких пищевых продуктов - соков,молока, напитков, он обеспечит высокое качество пастеризации и снижение энергозатрат за счт уменьшения требуемой температуры нагрева. Предлагаемый нагреватель прост по конструкции, обеспечивает равномерный прогрев всего объма жидкости и минимальные потери энергии волн в виде тепла в окружающую среду.(76) Казиев Мухтар Тасмуханович Тлебаев Манат Бейшенович Даулетов Марат Жаксылыкович(57) Изобретение относится к СВЧ нагревательному устройству для жидкостей и может быть использовано в пищевой, медицинской, химической,нефтехимической и других отраслях промышленности при осуществлении технологических процессов стерилизации,пастеризации,концентрирования,сушки,термокаталитических процессов. Изобретение относится к нагревательному устройству, в котором для нагрева жидких сред используется сверхвысокочастотное(СВЧ) электромагнитное излучение. Такие устройства характеризуются быстрым, объмным нагревом и уже нашли применение в пищевой, медицинской,химической, нефтехимической и других отраслях промышленности при осуществлении технологических процессов стерилизации, пастеризации,концентрирования, сушки, термокаталитических процессов и т.д. Известно устройство СВЧ нагрева диэлектрических материалов, в том числе и жидкостей, микроволновая печь Некрутман С.В. Сверхбыстрая кулинария, СВЧ печи в вашем доме. М. Агропромиздат, 1988. - 111 с В ней используется мультимодовый тип распределения микроволновой энергии. Печь содержит рабочую камеру (резонатор) в которой размещается нагреваемый объект. От магнетрона через волновод в камеру запускают электромагнитные волны. Стенки камеры и волновода изготовлены из непрозрачного для электромагнитных волн материала, например, стали, алюминия. Волны,отражаясь от стенок камеры, формируют в ней стоячие волны (моды). В микроволновках обычно создатся от 3 до 6 мод. Попадая на нагреваемый объект, волны вызывают в нм интенсивное,пропорционально частоте микроволнового излучения, колебательное смещения ионов и вращательное колебание дипольных молекул,например воды. Вынужденное вращательное колебание дипольных молекул и колебательные смещения ионов приводит к межмолекулярному трению, в результате которого во всм объме продукта выделяется тепло. К недостаткам этого устройства относится то,что часть энергии микроволнового излучения теряется. Она рассеивается от нагреваемого тела в виде тепла в окружающую среду. Кроме этого имеет место неравномерный нагрев объекта, т.к. в камере существуют горячие (места, соответствующие пучностям стоячих волн) и холодные (места,узловых точек стоячих волн) зоны. Для выравнивания плотности энергии по всему объму камеры, устройство снабжают рассеивателями(диссекторами) и вращающимися поддонами. Это усложняет конструкцию. Наиболее близким по технической сущности является микроволновый реактор непрерывного действия Рахманкулов Д.П. и др. Микроволновое излучение и интенсификация химических процессов. - М. Химия, 2003. - 220 с В нм также используется мультимодовый тип распределения микроволновой энергии. Устройство содержит магнетрон, волновод из непрозрачного для электромагнитных волн материала и из такого же материала рабочую камеру (резонатор), в которой установлен змеевик, внутри которого течт нагреваемая жидкость. Змеевик изготовлен из прозрачного для электромагнитных волн перфторалкокситефлона и может эксплуатироваться при температуре до 200 С и давлении до 1400 кПа. 2 Недостатками устройства являются потери части энергии микроволнового излучения в виде тепла в окружающую среду через стенки трубок,неравномерность прогрева объма текущей в трубках жидкости вследствие наличия в рабочем объме камеры горячих и холодных зон, которые находятся, соответственно, в местах пучности и узловых точках стоячих волн и сложность конструкции, обусловленная многоэлементностью. Задачей изобретения является разработка СВЧ нагревателя жидкости,обеспечивающего уменьшение до минимума потерь энергии в виде тепла в окружающую среду, равномерный прогрев всего объма жидкости и упрощение конструкции. Поставленная задача решается тем, что нагреватель содержит магнетрон,волновод,выполненный цилиндрическим из прозрачного для электромагнитных волн материала с торцом сферической формы,который помещн в цилиндрический корпус, заполненный жидкостью,установленный коаксиально волноводу с патрубками ввода и вывода жидкости, покрытый теплоизоляцией и изготовленный из непрозрачного для электромагнитных волн материала. В предложенной конструкции использован мономодовый тип распределения электромагнитной энергии. При таком распределении энергии образуется одна стоячая волна (мода), энергия которой через стенки прозрачного волновода сразу поглощается нагреваемой жидкостью, что позволяет упростить конструкцию за счт исключения рабочей камеры (резонатора) и обеспечить равномерность прогрева всего объма жидкости. Наружная теплоизоляция сводит до минимума потери тепла в окружающую среду. Конструкция СВЧ нагревателя жидкости показана на фигуре 1. Он состоит из следующих элементов цилиндрический корпус - 1, покрытый теплоизоляцией, с патрубками ввода - 2 и вывода - 3 жидкости фланцевое соединение - 4 уплотнитель 5 магнетрон - 6 прозрачный волновод - 7. СВЧ нагреватель работает следующим образом. В нагреватель через патрубок 2 подают нагреваемую жидкость. Она, омывая волновод,течт в пространстве между наружной поверхностью волновода и внутренней поверхностью корпуса, нагревается и выводится через патрубок 3. Зазор между наружной поверхностью волновода и внутренней поверхностью корпуса составляет от 0,6 до 0,8 от глубины проникновения электромагнитных волн в нагреваемую жидкость. Например, при частоте электромагнитных волн 2450 МГц этот зазор составит 2-3 см. Магнетрон 6 излучает высокочастотные электромагнитные волны, которые поступают внутрь цилиндрического прозрачного волновода 7. Размеры волновода, а именно, его диаметр,длина выбраны так, чтобы в нм могла сформироваться устойчивая волна. Такая волна распространяется по волноводу без потерь. Для круглых волноводов устойчивая волна будет существовать при условии,31-0,71 где- внутренний диаметр волновода 0 - длина электромагнитной волны, генерируемой магнетроном. Например,если магнетрон генерирует электромагнитные волны частотой 2450 МГц и длиной волны 012 см, то для существования устойчивой волны диаметр волновода должен иметь значения 9,167,01 см. Длина волновода должна быть не менее половины длины устойчивой волны. В предлагаемом нагревателе торец волновода имеет сферическую форму. Это обусловлено тем, что волновод, изготовленный из прозрачного для электромагнитных волн материала (например, стекла) вс же обладает небольшим диэлектрическим сопротивлением. Поэтому часть энергии волн будет отражаться внутрь волновода. В связи с этим если торец волновода будет плоским, вертикальным, то отражнные от торца волны будут возвращаться в магнетрон, вызывая его нежелательный перегрев. Сферическая форма торца волновода будет рассеивать отражнные волны на стенки волновода, исключая возвращение их в магнетрон. В соответствие с вышеизложенными обоснованиями конструктивных решений электромагнитные волны, поступающие от магнетрона в прозрачный волновод, пройдут через его стенку и попадут в нагреваемую жидкую среду. В жидкости их энергия преобразуется в тепло. Часть энергии волн, которая не поглотится жидкостью,отразится от стенок цилиндрического корпуса и снова попадт в жидкость, где она окончательно поглотится. Температуру нагрева жидкости можно регулировать мощностью излучения магнетрона и расходом жидкости через нагреватель. Применение разработанного СВЧ нагревателя при пастеризации жидких пищевых продуктов (молока,фруктовых и овощных соков, напитков) позволит повысить качество пастеризации и снизить затраты энергии на проведение процесса. Это обуславливается тем, что при СВЧ нагреве вредные микроорганизмы в продукте будут атакованы теплом не только снаружи, но и изнутри. Вредные микроорганизмы на 7080 состоят из воды и растворнных в ней солей, кислот. При облучении СВЧ полем дипольные молекулы воды, ионы растворнных солей, кислот внутри бактерий начинают интенсивно колебаться, прогревая бактерию изнутри. По такому же механизму пищевой продукт прогревается и снаружи. В результате этого бактерии погибнут уже при 60 С. При проведении пастеризации традиционным конвективным методом(горячим паром или водой) температуру пастеризации поддерживают в пределах 7585 С. Т.о. при использовании СВЧ нагревателя за счт наджного уничтожения бактерий, требуемая температура пастеризации понижается, что и обеспечивает уменьшение энергозатрат. Таким образом, в предлагаемом изобретении решены все поставленные задачи, а именно, сведены до минимума потери энергии электромагнитных волн в виде тепла в окружающую среду, обеспечен равномерный прогрев всего объма жидкости и упрощена конструкция СВЧ нагревателя. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. СВЧ нагреватель жидкости, включающий магнетрон, волновод, отличающийся тем, что волновод выполнен цилиндрическим из прозрачного для электромагнитных волн материала с торцом сферической формы и помещн в цилиндрический корпус, заполненный жидкостью, установленный коаксиально волноводу, с патрубками ввода и вывода жидкости, покрытый теплоизоляцией и изготовленный из непрозрачного для электромагнитных волн материала. 2. СВЧ нагреватель жидкости по п. 1,отличающийся тем, что зазор между наружной поверхностью волновода и внутренней поверхностью корпуса составляет от 0,6 до 0,8 от глубины проникновения электромагнитных волн в нагреваемую жидкость.