CN101502304A - 用于连续式液态食品灭菌的高压脉冲电场处理室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于连续式液态食品灭菌的高压脉冲电场处理室。在绝缘材料空心管中部的两对称侧边沿轴向各切去一段直至空心管内孔切去部分分别嵌入具有相同半径的圆弧形状的金属电极，两片电极下平面嵌入绝缘材料空心管内孔后形成狭长的处理区，两片电极两侧均填充半导体材料与空心管内孔为流线型光滑连接，两片电极分别与脉冲高压电源的两极连接，电场线方向与绝缘材料空心管物料流动方向垂直。由于在空心管内安置了平行平板电极，在保持物料流动性的同时，改善了处理室的电场分布，使得物料在流动方向上所接受的电场强度相对均匀；由于减少了金属材料的使用，减少了处理室内电化学反应，有效地保护了电极，同时增加了被处理食品的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于连续式液态食品灭菌的高压脉冲电场处理室。
背景技术
在高压脉冲电场处理系统中，处理室主要用于装载处理物料和安放电极，其设计非常重要和严格。处理室包括通过绝缘材料固定的2个对立的电极以及二者之间盛放待处理物料的空腔。当前常用的脉冲电场处理室中，根据电极的位置和几何形状不同，主要分为3种：平行平板电极，同心圆筒(同轴)电极和空心金属管电极。平行平板电极通常用于静态处理室，当两电极之间的距离(通常约为0.001-0.01m)小于电极表面(通常约为0.0050m)时，可以提供均一的场强，是最实际的电极方式。而同心圆筒电极能提供光滑的、均匀的物料流动处理，在工业化应用上很有吸引力。在这种连续处理室中，圆柱体和圆锥体是比较常见的电极形状，物料流动的通道宽度大约在0.003-0.009m。
目前通用的一种脉冲电场处理室，其腔体是由两根分别与脉冲高压电源的两极连接的金属空心管(内径约0.005m)和套于两根金属空心管连接处之间的绝缘体隔离环组成。金属空心管通常采用不锈钢作为其材料。这种处理室的优点在于便于液态物料流动以及便于电极清洗。
在相同的处理条件下，温度增加是PEF强度和作用量的直接反映，因此更为均匀的温度增加趋势就能反映更为均匀的PEF处理，反之，亦然。但是，在上述这种脉冲电场处理室中，电极并不是面对面安置，而是在物料流动方向上，一个电极被安置在另一个电极的后面，并且被绝缘环隔离开，充当管道的一部分。这时，电场线本质上是平行于物料的流动方向的，因此在纵向上，电场强度并不相等。场强的不同，会造成管内温度升高不均匀，从而引起物料流动方向上电导率的变化，最终导致电场强度分布的更加不均匀。所以在这个高压脉冲电场处理室中要使物料接受均匀的脉冲电场处理是比较困难的。有研究表明，当以电极间的绝缘孔隙的方式形成处理电场时，处理室绝缘体的直径减小时温度的增加就更为均匀，比如说设计成绝缘体和电极之间以90°角交叉等。
与直流电流相比，PEF技术的一个优点是：PEF技术似乎不会导致由食品电解和食品分解所产生的物质污染食品。然而，在PEF食品处理系统中，也会出现食品污染。在PEF处理室中，强电流必通过电极液体表面，这种强电流使电极溶液表面发生电化学反应。电化学反应可能导致食品出现质量问题、电极污垢以及电极腐蚀(在电极长期使用的情况下)。电极污垢会导致电场弯曲变形，处理室的电力降低，有时还会阻碍液体食品的流动。电极腐蚀则更会严重影响被处理食品的质量，威胁人们的健康。有研究人员致力于电极材料的开发：法国的Thompon-CSF Detexis公司开发了一种电极材料，比普通不锈钢材料耐用近200倍。这种材料可以在电流密度为470A/cm2，脉冲宽度为20μs的状态下正常工作而不被破坏。还有的研究人员通过控制脉冲参数的方式来尽可能地减少对电极的损坏，比如采用双极性脉冲、方波脉冲或者低能量脉冲等。
发明内容
为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明的目的在于提供了一种用于连续式液态食品灭菌的脉冲电场处理室，它不仅改变了电场线与物料流动方向平行的问题，使电场线垂直于物料流动方向，而且使金属电极的有效使用面积尽可能地减小。并且易于更换，使电极腐蚀对于食品质量安全的威胁大大减小，有利于高压脉冲电场处理技术在液态食品处理领域的应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
包括绝缘材料空心管、两片圆弧形的金属电极和半导体材料；绝缘材料空心管中部的两对称侧边沿轴向各切去一段直至空心管内孔，绝缘材料空心管切去部分分别嵌入具有相同半径的圆弧形状的金属电极，两片金属电极下平面嵌入绝缘材料空心管内孔后形成狭长的处理区，两片金属电极两侧均填充半导体材料与绝缘材料空心管内孔为流线型光滑连接，两片金属电极分别与脉冲高压电源的两极连接，电场线方向与绝缘材料空心管物料流动方向垂直。
本发明具有的有益效果是：
由于在绝缘空心管内安置了平行平板电极，在保持物料流动性的同时，改善了处理室的电场分布，使得物料在流动方向上所接受的电场强度相对均匀；其次，由于减少了金属材料的使用，减少了处理室内电化学反应，有效地保护了电极，同时增加了被处理食品的安全性。因此，本发明大大提高了物料处理的效率和质量，无论是应用于液态食品工业中杀菌灭酶处理，还是果汁的提取，以及其他相关处理行业，该装置都具有电场均匀、流动性强、温升小、安全可靠、便于拆洗等优点，有利于高压脉冲电场技术向工业化发展。
附图说明
图1是本发明连续式处理室的示意图。
图2是图1中央位置的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括绝缘材料空心管1、两片圆弧形的金属电极2、3和半导体材料4。空心管处理室的腔体是由绝缘材料构成，使得金属材料的使用量大大降低，并且金属电极片易于拆卸、清洗和更换，减小了金属材料被电化学反映所腐蚀的风险，使处理食品更加安全、可靠。
如图2所示，绝缘材料空心管1中部的两对称侧边沿轴向各切去一段直至空心管1内孔，绝缘材料空心管1切去部分分别嵌入具有相同半径的圆弧形状的金属电极2、3，两片金属电极2、3下平面嵌入绝缘材料空心管1内孔后两电极之间被绝缘材料1隔离，形成狭长的处理区域，两片金属电极2、3分别与脉冲高压电源的两极连接，电场线方向与绝缘材料空心管1物料流动方向垂直，可使物料受到均匀的脉冲电场作用，有效地避免了处理过程中物料温度的不均匀升高，提高了物料处理效率。
所述的两片金属电极2、3的下表面均为平面，用半导体材料4流线型连接绝缘空心管和金属电极的下表面，使得液态物料在管内的流动更加顺畅，并且使污染物不会在角落积累。半导体材料要求其电导率与被处理物料的电导率相匹配。半导体材料的选择与被处理物料息息相关，在一定程度上，存在针对不同物料的特异性。不同物料的电导率不同，相应地选择的半导体材料也有所不同。因此，在本发明所述的半导体材料结构是可替换的，如果需要，每一种物料都相应地有一种具有合适电导率的半导体材料与之相匹配。
所述的绝缘材料空心管1材料为聚四氟乙烯。所述的金属电极2、3材料为不锈钢。所述的半导体材料4为陶瓷或玻璃纤维强化塑料。所述的两片金属电极之间的距离应小于电极的轴向长度。
Claims (4)
1、一种用于连续式液态食品灭菌的高压脉冲电场处理室，其特征在于：包括绝缘材料空心管(1)、两片圆弧形的金属电极(2、3)和半导体材料(4)；绝缘材料空心管(1)中部的两对称侧边沿轴向各切去一段直至空心管(1)内孔，绝缘材料空心管(1)切去部分分别嵌入具有相同半径的圆弧形状的金属电极(2、3)，两片金属电极(2、3)下平面嵌入绝缘材料空心管(1)内孔后形成狭长的处理区，两片金属电极(2、3)两侧均填充半导体材料(4)与绝缘材料空心管(1)内孔为流线型光滑连接，两片金属电极(2、3)分别与脉冲高压电源的两极连接，电场线方向与绝缘材料空心管(1)物料流动方向垂直。
2、根据权利要求1所述的一种用于连续式液态食品灭菌的高压脉冲电场处理室，其特征在于：所述的绝缘材料空心管(1)材料为聚四氟乙烯。
3、根据权利要求1所述的一种用于连续式液态食品灭菌的高压脉冲电场处理室，其特征在于：所述的金属电极(2、3)材料为不锈钢。
4、根据权利要求1所述的一种用于连续式液态食品灭菌的高压脉冲电场处理室，其特征在于：所述的半导体材料(4)为陶瓷或玻璃纤维强化塑料。
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