Надвисокочастотний пристрій знезараження води, розрідженого мулу, пастеризації та стерилізації молока, напоїв та інших рідких середовищ

Надвисокочастотний пристрій знезараження води, розрідженого мулу, пастеризації і стерилізації молока, напоїв та інших рідких середовищ, що містить відрізок хвилеводу та радіопрозору трубку, співмірну з розмірами хвилеводу, що розташована всередині хвилеводу, який відрізняється тим, що кінці відрізка хвилеводу мають квадратну форму поперечного перерізу з поступовим переходом від квадратної до хрестоподібної форми поперечного 3 кож і те, що при таких режимах зберігаються всі цінні компоненти продукту. Для забезпечення такого режиму необхідно створити щільність НВЧ енергії 800-1200 Вт/см3 і більше. При такій щільності НВЧ енергії крім теплового фактору в клітинах бактерій та інших мікроорганізмів діють сили, що приводять до руйнування клітинних мембран і, як наслідок, 100 % їх знищення. Необхідну щільність потужності електромагнітного поля можна створити, практично, в усіх, згаданих вище пристроях, але при цьому необхідно застосовувати потужні магнетрони. В даний час для промислового застосування випускаються магнетрони, потужність НВЧ електромагнітного поля яких не перевищує 1÷2 кВт. Потужніші магнетрони значно дорожчі, менш надійні і менше доступні. Для створення більшої щільності енергії малопотужними магнетронами необхідно забезпечити сумування НВЧ енергії електромагнітного поля від декількох магнетронів без взаємного впливу між ними. Найбільш близьким до пристрою, що пропонується, є пристрій [5], в якому дві радіопрозорі трубки перетинають хвилевід під кутом α до подовжньої осі хвилеводу таким чином, щоб відбиті хвилі від однієї і другої трубки компенсувалися, тобто були зсунуті по фазі на 180°. Підвищення концентрації енергії забезпечувалося металевою вставкою і застосуванням двох магнетронів, розташованих на різних кінцях відрізка хвилеводу, що працюють на одне навантаження. Недоліком даної конструкції є можливість застосовувати лише два магнетрони, що при потужностях магнетронів 1÷2 кВт не дає можливість суттєво підвищити щільність енергії в зоні обробки рідини електромагнітним полем. В пристрої, що пропонується, для підвищення концентрації енергії використовується чотири магнетрони, по два на кожному кінці відрізка хвилеводу. На фіг. 1 приведено загальний вигляд пристрою, в якому можуть бути використані чотири взаємно розв'язані магнетрони. З однієї (лівої) сторони пристрою розташовані два магнетрони 1 та 5 на взаємно перпендикулярних сторонах відрізка квадратного хвилеводу 2, які збуджують в квадратному хвилеводі електромагнітні хвилі Н10 та Н01, що мають ортогональні поляризації (ортогонально орієнтовані вектори напруженості електричного поля). Оптимальну роботу магнетрону 5 та поляризаційну розв'язку між магнетронами 1 та 5 забезпечує поляризаційний фільтр 3. Для концентрації сумарної енергії електромагнітного поля хвиль Н10 та Н01 в зоні взаємодії цього поля з рідиною використовується хрестоподібний хвилевід 7 та поступовий узгоджений перехід від квадратного хвилеводу до хрестоподібного 6. Аналогічно побудовано другу симетричну (праву) частину пристрою, яка має два магнетрони 8 та 12, що розташовані на взаємно перпендикулярних сторонах відрізка квадратного хвилеводу 11, поляризаційний фільтр 9 та поступовий перехід від квадратного хвилеводу до хрестоподібного 10. В середній частині пристрою, в хрестоподібному хвилеводі, розташована радіо прозора трубка 14, по якій про 43920 4 тікає рідина, що обробляється електромагнітним полем. На фіг. 2 показано фрагмент пристрою, а саме - відрізок квадратного хвилеводу з магнетронами і поляризаційний фільтр. Крім позицій 1, 2, 3 та 5, які позначають ті ж елементи що на фіг. 1, показано стрижні 15 та 16, за допомогою яких в хвилеводі 2 збуджуються електромагнітні хвилі Н10 та Н01 і узгоджуючи стрижні 17 та 18. Для забезпечення оптимальної роботи магнетрона і передачі максимальної енергії від магнетрона до хвилеводу, необхідно підібрати відповідну відстань від збуджуючого елемента (стрижня) до стінки, що утворює коротке замикання. В більшості випадків ця відстань підбирається експериментально на спеціальних стендах. Для магнетрона 5 короткозамикаючою стінкою є поляризаційний фільтр 3, який утворено з тонких проволок або тонких металевих пластинок, розташованих паралельно одна одній і паралельно вектору напруженості електричного поля Е2 (фіг. 2), що належить хвилі Н01, яка збуджується магнетроном 5. Вектор напруженості електричного поля Е1, що належить хвилі Н10, яка збуджується магнетроном 1, орієнтований ортогонально відносно проводів фільтра і не взаємодіє з ними, тому хвиля Н10 вільно проходить через поляризаційний фільтр 3, тобто фільтр 3 для цієї хвилі прозорий. Так як хвиля Н01, що генерується магнетроном 5, не попадає в зону розташування магнетрона 1, а хвиля Н10, що генерується магнетроном 1 має вектор Е1, перпендикулярний збуджуючому стрижню 16, що належить магнетрону 5, то ці магнетрони по основним типам хвиль розв'язані. Крім взаємного зв'язку на основних типах хвиль, можливий зв'язок на вищому типі Н11, якщо існують умови для її поширення в квадратному хвилеводі. Електромагнітна хвиля поширюється в хвилеводі, якщо λрλкр, де λр - робоча довжина хвилі, а λкр - критична довжина хвилі, яка визначається типом хвилі і розмірами поперечного перетину хвилеводу. Тому для нормальної роботи пристрою необхідно виконувати умову λрλкрH11. Для квадратl =a 2 , де ного хвилеводу λкрH10=λкрH01=2а, а крH11 а - внутрішня сторона квадрата поперечного перетину хвилеводу. Робоча частота більшості магнетронів, що випускаються промисловістю, знаходиться в межах 2440÷2460 МГц, що відповідає довжинам хвиль 123÷121,9 мм, тому умова існування основних типів хвиль Н10 та Н01 і відсутності хвилі Н11 буде при розмірах сторони квадрата поперечного перетину хвилеводу від 62 до 86,5 мм. При цьому оптимальним розміром є а=80 мм або хвилевод розміром 80×80 (мм2). Перехід від квадратного хвилеводу до хрестоподібного має поступовий характер тому він буде узгодженим. Радіо прозора трубка, по якій протікає рідина, також має бути узгодженою, тому діаметр її також змінюється поступово, як показано на фіг. 3, поступово заповнюючи центральну частину хрестоподібного хвилеводу (фіг. 4). 5 Для можливості регулювання узгодження і зменшення коефіцієнта стоячої хвилі (КСХ) в зоні розташування магнетронів використовуються стрижневі узгоджуючи елементи 17 та 18 (фіг. 2), висота яких регулюється в процесі настройки, так як тільки стрижневі елементи дають змогу незалежно регулювати КСХ ортогональних хвиль Н10 та Н01. Для більшої зручності в процесі регулювання може використовуватися декілька стрижнів в кожній площині. Перелік фігур креслення. Фіг. 1. Пристрій знезараження води, рідкого мулу, пастеризації та стерилізації молока, напоїв та інших рідких середовищ електромагнітним полем надвисоких частот з чотирма магнетронами та концентрацією енергії в центральній частині хрестоподібного хвилеводу. Фіг. 2. Фрагмент пристрою, що містить відрізок квадратного хвилеводу, два магнетрони і поляризаційний фільтр. Фіг. 3. Фрагмент пристою, в яких входить хрестоподібний хвилевод з радіо прозорою трубкою. Фіг. 4. Поперечний перетин хрестоподібного хвилеводу з радіо прозорою трубкою. Можливість здійснення пристрою знезараження води, рідкого мулу, пастеризації та стерилізації молока і інших рідких продуктів, що пропонується, полягає в тому, що кінці відрізка хвилеводу мають квадратну форму поперечного перетину з поступовим переходом від квадратної до хрестоподібної 43920 6 форми поперечного перетину в середній частині відрізка, в якій вздовж осі співосно з хвилеводом розташована радіо прозора трубка, початок і кінець якої мають конусоподібну форму, а на квадратних частинах хвилеводу, з обох кінців, розташовано по два магнетрони на взаємно перпендикулярних сторонах квадратного хвилеводу на відстані три чверті довжини хвилі в хвилеводі один від другого і між першим і другим магнетронами, на відстані четвертої частини довжини хвилі в хвилеводі від другого магнетрона, розташована решітка з паралельних тонких провідників, орієнтованих перпендикулярно до стінки хвилеводу, на якій знаходиться другий магнетрон. Технологія виготовлення всіх перерахованих вузлів відома, Модель пристрою виготовлена, обміряна і перевірена в експерименті. Працездатність пристрою доведена експериментом. Література: 1. Патент РФ №2087084 МПК(6) Н05В 6/64 2. Патент SU №2087083 МПК (6) Н05В 6/64 "СВЧ нагреватель жидкости". 3. Патент РФ №2101884 МПК (6) Н05В 6/64, F24C 7/02/ 4. Патент UA №56817 МПК (6) Н05В 6/64, НО 1Р 1/22, "НВЧ поглинач". 5. Патент UA №25505 МПК (6) Н05В 6/64, C02F 1/469. "Мікрохвильовий пристрій знезараження води, рідкого мулу, пастеризації молока та інших рідких речовин." 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 43920 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601