CN101203137A - 用于施加振荡电磁场的装置，该装置特别是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品，以及使用该装置的方法和包含该装置的系统 - Google Patents

用于施加振荡电磁场的装置，该装置特别是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品，以及使用该装置的方法和包含该装置的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于施加振荡磁场的装置，该装置特别是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品。本发明还涉及使用该装置的方法和包括该装置的设备。该装置包括：至少一个电绝缘材料管(2)，用于传送要处理的产品(P)；至少一系列(4′、4″)电极(7′、7″、7′″、8′、8″、8′″)，这些电极环绕该至少一个管(2)的外围；以及用于产生高频振荡电压的装置(5)。各所述电极(7′、7″、7′″、8′、8″、8′″)具有基本环形形状，且内表面(10)具有离该至少一个管(2)的柱形外表面(3)的最小径向距离(d)，该最小径向距离足以在工作过程中防止电流传到要处理的产品。内表面(10)具有至少一个基本锥形边缘(11)，该锥形边缘具有预定的锥度角(α′、α″)，以便能够在没有向空气放电的情况下使用相对较高的电压。

Description

用于施加振荡电磁场的装置，该装置特别是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品，以及使用该装置的方法和包含该装置的系统
技术领域
本发明可用于处理食品的装置和设备的领域，特别是涉及用于施加振荡磁场的装置，该装置尤其是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品。
本发明还涉及使用该装置的方法以及包含它的设备。
背景技术
可以选择地，产品(特别是流体产品)必须进行某种热处理，用于局部或整个消灭微生物种群，从而延长产品的储存寿命，即在预定条件下与产品的感官质量的可接受降低相对应的时间。
这样的处理使得微生物数量在一定时间保持稳定，该时间取决于处理的特定类型，即主要取决于选定的时间-温度比例。
一方面，更高的温度将更有效地消灭微生物群落，另一方面，过长的处理时间将使得产品中的大部分营养降解，从而降低它的感官质量。因此，处理时间和温度必须相互调节，以便满足获得具有足够储存寿命的质量产品的组合要求。
普通的处理例如消毒、巴氏杀菌、蒸煮等不能满足该要求。处理可以从“温和”处理(低温和较长处理时间)到“强烈”处理(高温和较短处理时间)，该温和处理使产品的感官特性保持基本不变，但是包括非常短的储存寿命；该“强烈”处理提供较长的储存寿命，但是感官质量不可接受地低。
在试图克服这些缺点时，已经提出了这样的装置，它将在相对较低温度下减少产品的微生物数量。
US-A-2550584公开了一种用于热处理牛奶的装置，它包括：非电材料的导管，用于从外部储罐接收牛奶并传送它；射频电压发生器；以及施加器装置，该施加器装置有多个环形电极，这些电极在使用时与振荡器连接，以便在它们之间产生射频电磁场。这些电极中的两个处在相同的电势，以便沿优选方向(即平行于管的轴线)产生电和磁分量。
这种已知方案的一个缺点是电流通过牛奶，从而使得要处理的产品的大部分有价值营养降解，例如维生素和蛋白质。因此，所形成的产品有更差的感官特性。而且，通过该装置处理的牛奶将由于Maillard反应和随后的酶褐变而变得更暗淡，因此降低产品的特性。
又一缺点是需要消耗过大功率来获得合适的产品处理，因为产品通常不均匀地加热，且均匀加热需要非常长的处理时间。
非均匀加热还将在产品中产生感应电磁场有更高强度的区域，且在该区域中，产品将降级，因此大大损害了整个产品的感官质量。
还有，相对较低功率只能用于该已知设备，这对处理时间产生不利影响，并导致上述结果。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种用于施加振荡电磁场的装置来克服上述缺点，该装置具有高效率和相对较高成本效益。
特殊目的是提供一种装置，通过该装置可以获得高感官质量的产品。
又一目的是提供一种装置，该装置能够以简单和安全的方式使用相对较高电压。
本发明的又一目的是提供一种方法，该方法能够通过减小要处理的产品的处理成本而使得功率效率最高。
这些目的以及后面将更清楚的其它目的将通过根据权利要求1的、用于施加振荡磁场的装置来实现，该装置包括：至少一个电绝缘导管，用于传送要处理的产品，所述管具有基本柱形外表面；至少一系列电极，这些电极环绕所述至少一个导管的外围；用于产生优选是在射频范围内的高频振荡电压的装置，该产生电压的装置与所述系列电极电连接，以便在它们之间产生振荡电磁场，其特征在于：各电极具有基本环形形状，且内表面具有离所述至少一个导管的柱形外表面的最小径向距离，该最小径向距离足以在工作过程中防止电流传到要处理的产品。
优选是，该最小距离可以为2mm至8mm，优选是大约5mm。
内表面还具有至少一个渐缩的或锥形边缘，其具有预定的锥度角。优选是，该预定锥度角可以为45°至80°，优选是大约60°。
由于该结构，与现有技术的装置相比，本发明的装置提供了具有明显更高感官质量的最终产品。
通过将部件的尺寸设置成使得在导管和电极之间的最小距离足以防止电流通过要处理的产品，可以使产品只通过振荡电磁场来加热，从而特别有利于最终产品的质量。
在由本发明装置处理的过程中，容易降解的组分并不会受到过大的、不均匀的热冲击，因此它们可以在没有变性或类似反应的情况下加热。
例如，当装置用于处理牛奶时，最终产品保持它的感官特性不变，并有明亮、均匀的颜色，表明没有发生Maillard反应(现有技术系统通常发生该反应)。
由于电极的内边缘的锥形，可以使用相对较高的电压，而没有向空气放电的危险。现有技术装置的普通矩形形状将使得所有电荷集中在拐角，从而引起点电荷的积累、空气的离子化和形成电弧，且对组件的机械稳定性产生非常严重的影响。
除了锥形，中心电极孔的环形形状和尺寸也非常重要。实际上，通过增加孔的直径，向介质中放电的电压值增加，形成电弧所需的电势差也增加。而且，由孔引起的电场线的弯曲将进一步增加介质中的电强度。这能够使用比现有技术装置更高的功率，从而减少处理时间以及有利于产品的最终质量和处理的成本效益。
优选是，各环形电极有两个基本锥形形状的倾斜内边缘，具有相反锥度。而且，电极可以平行和等间距。优选是，为了使电极保持在等间距位置，本装置可以有至少一个电绝缘间隔件。
因此，电磁场线将基本平行于导管的轴线，以便使它的热能释放效率最高。而且，这将减小不希望的边缘效应，该边缘效应将在没有产品的区域中耗散该场。
为了进一步防止任何点电荷的积累。各电极的环形内边缘可以有置于基本锥形边缘之间的基本柱形中心部分，从而形成截头锥形形状。由于相同原因，在基本柱形部分和基本锥形边缘之间的连接区域可以通过1.5mm至3mm(优选是大约2mm)的曲率半径来连接。
优选是，相邻系列的电极可以通过柔性连接器而相互电连接，以便遵循它们相应导管的任何热膨胀，从而防止机械部件的任何倾斜或破裂。
优选是，该至少一个导管通过连接接头而与各进口和出口管连接，该连接接头有沿纵向方向的弹性，以便适应它的任何热膨胀。
在本发明的另一方面，提供了根据权利要求23所述的、用于施加振荡电磁场的设备，它包括：储罐，用于要处理的产品；用于加热该产品的装置；以及用于将产品从储罐传送给加热装置的装置。
根据本发明，加热装置包括这里所公开和要求保护的、用于施加振荡电磁场的装置。
根据本发明的另一方面，提供了根据权利要求24所述的、用于施加振荡电磁场的上述装置的使用方法，该方法包括以下步骤：a)将要处理的产品传送至沿纵向轴线延伸的至少一个基本管形导管中；b)提供环绕导管的外围的一系列环形电极，这些环形电极沿纵向轴线对齐，并具有基本环形内表面；c)提供高频振荡电流的发生器，该发生器与环形电极连接，以便产生要施加给产品的振荡电磁场。
根据本发明，要处理的流体沿导管传送，同时与电极的环形内表面保持最小径向距离，以便在工作过程中防止电流传到要处理的产品，并能够只通过振荡电磁场来加热流体。内表面还有至少一个基本锥形边缘，该锥形边缘有预定锥度，以便能够使用相对较高电压，同时没有向空气放电的危险。
附图说明
通过对本发明优选的非限定实施例的详细说明，将更清楚本发明的其它特征和优点，该非限定实施例将借助于附图并通过非限定实例来介绍，附图中：
图1是本发明装置的剖视图；
图2是图1的细节的放大图；
图3是图1的另一细节的俯视图；
图4表示了图3的细节沿平面IV-IV的剖视图；
图5表示了本发明装置的使用方法的流程图。
具体实施方式
参考上述附图，总体以参考标号1表示的本发明装置可以是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品(例如牛奶、菜泥、沙司、果汁、粗面粉、小糊剂等)的设备的一部分。
装置1基本包括：导管，总体由参考标号2表示，具有基本柱形外表面3；环绕管2的一系列环形电极4′、4″；以及用于产生高频振荡电压的公知发生器装置5。在这一方面，应当知道，通常用于民用和工业用途的频率通常在由国际标准规定的范围中，它的中心值是6.78-13.56-27.12-40.68-433.92MHz。对于非限定实例，本发明装置可以在大约27.12或40.68MHz下工作。
如图1中所示，由电绝缘材料(例如Teflon_)制成的导管2将弯曲成U形，以便减小尺寸，其中有两个基本平行的纵向分支6′、6″，它们通过横向连接段6_而连接。电极必须由导电材料制成，例如铝。
各电极系列4′、4″将与一个相应分支6′、6″相连。即，三个环形电极将与各分支6′、6″相连，这样，系列4′将由电极7′、7″、7_组成，系列4″将由电极8′、8″、8_组成，即总共六个电极。各系列4′、4″的电极将平行和等间距，从而形成三对多级，一对在另一对上面。而且，相邻电极将通过柔性导体9′、9″、9_而电连接，例如铜箔。因此，系列4′的电极7′将与系列4″的电极8′电连接，7″将与8″连接，诸如此类。而且，发生器装置5将与电极电连接，即对7′-8′和7_-8_与负极连接，对7″-8″与正极连接。
如图2中所示，各电极的内表面10有离柱形表面3的最小径向距离d，以便在工作过程中防止电流传到要处理的产品。在图2、3和4中只表示了电极7′，但是应当知道，下面的说明也可用于所有电极。
距离d可以根据多个参数而明显变化，这些参数包括要处理的产品的类型、流速、工作温度、使用的材料。例如，当使用Teflon_管2、铝电极7′，并使大约2000l/h的牛奶稳定在大约150℃温度时，该距离可以为大约5mm。
内表面10的内边缘具有：基本锥形形状和倾斜的外部部分11′、11″，该外部部分11′、11″具有相反的锥度角α′、α″；以及基本柱形的中心部分11_，从而提供上述关于安全性和可用功率的优点。还有，连接部分12′、12″优选是通过大约2mm的曲率半径来连接。为了感应均匀的电磁场，锥度角α′、α″可以为大约60°。
如图1至3所示，为了使各系列的电极等间距，由电绝缘材料(例如Teflon_)制成的一对纵向杆13′、13″将从对称平面IV-IV的相对侧装配在各电极的相应通孔14′、14″中。
如图4中所示，对于该结构，各电极有两个平行的相对平表面15′、15″以及一个基本圆形外边缘16。各电极也由相对于平面IV-IV基本对称的两半部分17′、17″组成，它们通过螺钉装置18′、18″而相互连接。
导管2通过连接接头21′、21″而与进口和出口管19和20连接，该连接接头21′、21″有沿纵向方向(沿箭头F的方向)的弹性，以便适应管2的任何热膨胀。类似地，接头22′、22″将用于使纵向分支6′和6″与横向分支6_连接。
接头21′具有盘形部件23，该盘形部件23与纵向分支6′的端部部分24可拆卸地连接，并通过合适的弹性装置而与锚固在横向分支6_的端部部分26上的板25连接。这可以包括与相应引导杆28相连的压力弹簧27，该引导杆28的自由端29锚固在部件23上，相对自由端30装配有用于锁定弹簧27的部件31。相同情况也适用于其它接头21″、22′、22″。
在使用时，以温度T1从管19进入的要处理产品P将通过分支6′进入导管2，并通过6″上升至出口管20，在该出口管20处，它的温度T2高于T1，并有温度差或温度变化ΔT。温度变化由产品分子绕它们的平衡点振荡而引起。该振荡由在电极之间形成的电磁场而引起，在工作过程中(即当电装置5产生电压时)，产品从电极之间通过。应当知道，各电极产生环绕它的电磁场，当合适时，它将使得处理的产品从温度T1加热至温度T2。
温度变化ΔT是各种参数的函数，主要是要处理的产品的性质和它的流速。本发明的施加器装置有这样的电极结构，以便能够以直到200KW每米管2的单位功率Wmax来施加电磁场，且没有向空气放电的危险。该值Wmax利用所有上述几何参数来达到，特别是距离d、电极的形状、它们的相互位置、边缘11的锥度角α′、α″以及它的切角和/或曲率半径。
作为所示实例，当具有上述功率每单位长度的电磁场施加在7000l/h的水上时，将引起大约12℃-13℃的温度变化ΔT。
结构的另一重要参数是在连接接头21′、21″和22′、22″和最靠近它的电极(即分别为7′、8′和7_、8_)之间的距离d′，它的尺寸必须充分设置成防止在装置的正常工作过程中向空气放电，因此防止任何结构破坏的危险。如图所示，该尺寸d′将不小于大约100mm。
上述说明清楚地表示了本发明的施加器装置实现了所述目的，特别是提供装置的目的，因此能够获得具有优良感官质量的最终产品。通过使各电极形成有基本环形形状，且内表面10离管2的柱形外表面3的最小径向距离d将足以在工作过程中防止电流传到要处理的产品，从而能够只通过分子振荡来加热，因此提供上述所有优点。
通过使内表面10形成有具有预定锥度角的至少一个基本锥形边缘11′，本发明的装置能够以非常简单和安全的方式来使用相对较高的电压，而没有向空气放电的危险。
本发明的装置易于进行多种变化和改变，这些变化和改变落在附加权利要求的范围内。在不脱离本发明范围的情况下，所有细节都可以由其它技术等效部件来代替，且材料可以根据不同需要而变化。
尽管已经特别参考附图介绍了装置，但是说明书和权利要求中的参考标号只是用于更好地理解本发明，而不是用于限制权利要求的范围。

Claims (24)

1.一种用于施加振荡磁场的装置，特别是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品，它包括：
至少一个电绝缘管(2)，用于传送要处理的产品(P)，所述管(2)有基本柱形外表面(3)；
至少一系列(4′、4″)电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)，这些电极环绕所述至少一个管(2)的周边；
用于产生高频振荡电压的装置，该产生电压的装置与所述至少一系列电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)电连接，以便在它们之间产生振荡电磁场，
其特征在于：各所述电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)有基本环形形状，且内表面(10)具有离所述至少一个管(2)的柱形外表面(3)的最小径向距离(d)，该最小径向距离足以在工作过程中防止电流传到要处理的产品，并仅仅通过所述振荡电磁场来加热产品，所述内表面(10)有至少一个基本锥形边缘(11)，该锥形边缘有预定锥度角(α′、α″)，以便能够在没有空气放电的情况下使用相对较高电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：各所述环形电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)有两个基本锥形内边缘(11′、11″)，这两个锥形内边缘有相对锥度角(α′、α″)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：各系列(4′、4″)的环形电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)平行和等间距间隔开。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：各所述环形电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)有一对基本平行的相对平表面(15′、15″)和一个基本圆形外边缘(10)。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述最小径向距离(d)为2mm至8mm，优选是大约5mm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述预定锥度角(α′、α″)为45°至80°，优选是大约60°。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述环形内边缘有置于所述基本锥形边缘(11′、11″)之间的基本柱形中心部分(11_)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：在所述基本柱形部分(11_)和所述基本锥形边缘(11′、11″)之间的连接区域(12′、12″)通过1.5mm至3mm的曲率半径来连接，优选是大约2mm。
9.根据前述一个或多个权利要求所述的装置，其特征在于：所述电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)布置成能够施加直到200KW每线性米管(2)的电磁场，且没有向空气放电的危险。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：它包括至少一个绝缘间隔件(13′)，以便使各系列(4′、4″)的电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)保持在等间距位置。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：各所述环形电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)包括两半部分(17′、17″)，这两半部分相对于轴向纵向平面(IV-IV)基本对称，这两部分通过螺钉装置(18′、18″)相互连接。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：它包括一对(13′、13″)电绝缘纵向杆，该对纵向杆从所述对称平面(IV-IV)的相对侧装配至各电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)的相应通孔(14′、14″)中。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述管(2)有至少一对基本纵向的分支(6′、6″)，该对分支基本平行和相邻，并通过至少一个基本横向的连接分支(6_)而连接。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：环形电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)的系列(4′、4″)与各所述纵向分支(6′、6″)相连。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：与一个所述相邻纵向分支(6′)相连的一系列(4′)电极(7′、7″、7_)和与相邻纵向分支(6″)相连的一系列(4″)相应相邻电极(8′、8″、8_)基本共面。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：相邻系列(4′、4″)的电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)通过柔性连接器(9′、9″、9_)而相互电连接，以便适应它们各分支(6′、6″)的热膨胀。
17.根据前述一个或多个权利要求所述的装置，其特征在于，各系列的电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)包括：至少两个端部电极(7′、7_)，该端部电极与所述发生器装置(5)的负端子电连接；以及至少一个第三环形电极(7″、8″)，该第三环形电极置于另外两个之间，它与所述发生器装置(5)的正端子电连接。
18.根据前述一个或多个权利要求所述的装置，其特征在于：所述至少一个导管(2)通过连接接头(21′、21″、22′、22″)而与各进口(19)和出口(20)管和/或所述横向分支(6_)连接，该连接接头沿纵向方向有弹性，以便适应所述至少一个管(2)的热膨胀。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：各所述连接接头(21′、21″、22′、22″)有盘状部件(23)，该盘状部件与各纵向分支(6′)的端部部分(24)可拆卸地连接，并与板(25)连接，该板(25)通过合适的弹性装置而锚固在所述横向分支(6_)的相应端部部分(26)上。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于：所述弹性装置包括与相应引导杆(28)相连的压力弹簧(27)，该压力弹簧的一个自由端(29)锚固在所述盘状部件(23)上，相对自由端(30)与用于锁定所述压力弹簧(27)的部件配合。
21.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：所述连接接头(21′、21″、22′、22″)离所述电极(7′、7_、8′、8_)足够距离(d′)，以便在正常工作过程中防止向空气放电。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述距离(d′)超过100mm。
23.一种用于施加振荡磁场的设备，特别是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品，它包括：
储罐，用于要处理的产品；
用于加热该产品的装置；以及
用于将产品从所述储罐传送给所述加热装置的装置。
24.一种用于施加振荡电磁场的装置的使用方法，特别是用于处理液体、糊状、半固体或颗粒状产品，该方法包括以下步骤：
a)将要处理的产品传送至至少一个基本管形管(2)中；
b)提供环绕所述管的外围的一系列环形电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)，这些环形电极有基本环形内表面(10)；
c)提供用于产生高频振荡电压的装置，该装置与所述环形电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)连接，以便产生要施加给所述产品的振荡电磁场；
要处理的流体沿所述管(2)传送，同时与所述电极(7′、7″、7_、8′、8″、8_)的环形内表面保持最小径向距离(d)，以便在工作过程中防止电流传到要处理的产品，并能够只通过振荡电磁场来加热该产品，所述内表面(10)有至少一个基本锥形边缘(11′)，该锥形边缘有预定锥度，以便能够使用相对较高电压，同时没有向空气放电的危险。
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