CN110602952A - 利用固态rf能量技术的设备及相关的工业应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种处理设备，在该处理设备中优选地对物质进行加热、烹饪、干燥、消毒和/或巴氏消毒、灭菌。本发明还涉及一种利用射频波处理物质的方法。

Description

利用固态RF能量技术的设备及相关的工业应用

技术领域

本发明涉及一种处理设备，在该处理设备中，优选地，对物质进行加热、烹饪、干燥、消毒和/或巴氏消毒、灭菌。本发明进一步涉及一种利用射频波处理物质的方法。

背景技术

在家庭以及工业应用中，通常使用微波辐射穿透产品的方法来处理产品。例如，传统的微波炉包括产生微波能量的磁控管。然而，在由磁控管产生微波的工业应用中，长时间的操作将导致产生不需要的热量和/或该过程不能被完全控制。此外，可能会出现不期望的热点。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种处理设备和方法，该处理设备和方法不包含现有技术的缺陷。

该问题通过一种处理设备来解决，在该处理设备中，优选地，对物质进行加热、烹饪、干燥、消毒、巴氏消毒和/或灭菌，其特征在于，该处理设备包括至少一个固态射频源，优选地，包括多个固态射频源。

关于本发明的主题所公开的内容也适用于其它发明，反之亦然。关于本发明公开的主题还可以与本申请的其它发明的主题相结合。

本发明涉及一种RF功率放大器中具有固态射频(RF)晶体管的处理设备。射频功率放大器是将低功率射频信号转换成高功率信号的电子放大器。典型地，RF功率放大器驱动发射器的天线。天线可以联接到和/或位于波导中，其中天线可以将微波辐射到优选由反射材料设计的波导中，并且可以将微波引导到所需的位置，例如引导进入待处理的产品所在的产品腔室中。与磁控管相比，固态RF能量技术的优点在于低压驱动、半导体可靠性以及由于先进的控制系统而更低的能耗。本发明的设备可以用于，例如对物质进行加热、烹饪、干燥消毒、巴氏消毒和/或灭菌。物质优选是供人和/或动物食用的可食用产品，特别是含有蛋白质的食品或饲料产品，特别是肉类。肉可以是带骨肉、瘦肉和/或肉末。产品也可以是鱼类和/或面团。

物质也可以包括昆虫的至少一部分或昆虫的混合物。优选地，这些昆虫是活的供应到本发明的设备或生产线，并被微波辐射杀死。

根据本发明的优选实施例，本发明的设备不仅可以包括一个固态射频源，而且可以包括多个固态射频源。这可以通过使用一个或多个天线和/或一个或多个波导来实现。优选地，每个射频源可以被单独地供电，并且优选地，每个射频源可以被单独控制，更优选地，可以被单独闭环控制。可以控制辐射的波长、振幅和/或方向。

固态射频源优选地以n列和m行的阵列的形式设置，其中n是大于1的整数，m是1以上的整数。优选地，固态射频等距地布置在一行中和/或列也是等距布置的。在有多个源的情况下，它们可以随机进行布置。

优选地，固态射频源围绕产品腔室的圆周等距地设置。待处理的可食用产品将被放置在该腔室中，或待处理的可食用产品将通过该产品腔室输送。

根据优选实施例，处理设备包括彼此分开的入口和出口。可食用的物质优选地通过入口进入设备，优选地，通过入口进入产品腔室，穿过设备/产品腔室，然后通过与入口不同的出口离开设备/产品腔室。

优选地，本发明的处理设备包括将物质输送通过固态射频源的装置。这些装置可以是管状体和将物质泵送通过管状体的泵。管状体在本实例中是产品腔室。优选地，管状体至少部分地由可被RF辐射至少部分地穿透的材料制成，优选由对于RF辐射透明的材料制成。例如，管状体可以由塑料材料制成，优选地，由食品级塑料材料制成。优选地，泵以连续或半连续流的形式泵送物质通过RF源。优选地，泵送的产品的速度是可调节的，从而可以改变在产品腔室中的停留时间。装置也可以是输送机，例如输送带，优选地，为环形带或环形链，其中链优选不是由金属材料制成。输送机优选至少部分可被RF辐射透射。该输送机优选地输送作为单独的部分的可食用产品通过固态射频源。优选地，产品是通过输送机连续地或间歇地输送的。输送机的速度优选是可调节的，从而在产品腔室中的停留时间可改变。

根据本发明的另一个优选实施例，物质是成批次提供的，其被放置在固态射频源附近，优选地，在固态射频源的阵列附近。批次可以是例如装有物质的桶、槽等。在将可食用材料放置在固态射频源附近之后，可以将固态射频源例如向可食用材料移动。固态射频源的至少一部分可以固定到本发明设备的框架上，该框架可以在远程位置和操作位置之间往复运动。在远程位置，可以将物质成批次放置在设备中或设备附近，然后将固态射频源移动到其工作位置。

优选地，处理设备包括控制固态射频源的控制系统。控制系统优选地包括一个或多个传感器，优选地，传感器信号用于单独地和/或彼此相关地控制一个或多个固态射频源。例如，在通过管状体泵送物料的应用中，通过以例如在产品腔室中或产品中达到均匀的能量分布的精度控制功率水平、频率和/或相位与时间的关系来控制电磁场，可以实现对物料的逐渐加热。RF能量负载可以根据处理过程的进展来调整。例如，在烹饪过程中，RF能量负载可能发生变化。负载的这种变化可以，例如经由天线通过测量反射能量来检测。控制系统将由天线传输的能量与反射的能量进行比较，从而将调整待由天线传输的能量。可以在每个固态RF能量源处单独和/或分组地控制振幅、频率和/或相位。天线可以作为传感器，例如用于检测从待处理的物质反射的辐射。

传感器可以感测物质的一种或多种属性，例如物质的温度和/或物质吸收的能量和/或冻结度。一个传感器可以测量物质反射的辐射类型，例如波长。在使用RF辐射处理物质的过程中输送物质时，在输送路径上可以有多个传感器。传感器的本地读数可用于控制相应的本地固态射频源和/或各个传感器的上游和/或下游的固态射频源。

本发明的处理设备优选地是食品生产线的一部分，该生产线包括一个或多个处理站，例如切割站或研磨站、成形站、面糊站和/或腌制站。这些站可以与输送机结合。优选地，物质在生产线入口进入生产线，然后依次通过各个生产线的所有站，直到最终离开生产线。

因此，本发明的另一个优选或创造性的实施例是一种生产线，特别是包括本发明的设备的食品生产线。

优选地，本发明的设备设置在料斗的下游，例如，该料斗中可存储一批可食用材料。

根据另一优选实施例，本发明的设备与成型器和/或面糊机一起设置，优选地，设置在一条线上。

优选地，本发明的处理设备，特别是辐射可以通过一个或多个阀与周围环境至少部分地隔离。可食用物质例如通过输送机进入设备。然后停止输送机，并优选在输送机的入口和出口处关闭类似于闸门的阀，以使得没有或很少的辐射可以从设备进入周围环境。在RF处理之后，再次打开阀/闸门，处理过的产品可以离开设备，并且未处理的产品优选地同时进入设备。

该问题还通过一种利用射频波处理物质的方法来解决，其中，射频波由一个或多个固态射频源提供。

关于本发明的主题所公开的内容也适用于其它发明，反之亦然。关于本发明公开的主题还可以与本申请的其它发明的主题相结合。

待处理的物质可以是可食用的物质，例如肉类、鱼类或面团。物质也可以是例如通过RF辐射杀死的昆虫。

优选地，物质从处理设备的入口被输送到与入口分开的同一设备的出口。

物质可以被连续地和/或间歇地输送。它们可以以串的形式或以单个部分的形式进行输送。

优选地，设置一个或多个传感器，该传感器测量可食用产品的一个或多个属性和/或从产品反射的辐射。在利用RF辐射处理产品的过程中，产品属性至少测量两次。确定属性的变化并且在控制固态射频源时可以将这些变化考虑进去。

优选地，对该物质进行加热、烹饪、干燥、消毒和/或巴氏消毒、灭菌。

晶体管技术产生强大的RF场。优选地，应用多个RF源，这些源可以被单独地控制，并且优选地彼此相关。例如，在通过管道泵送物质的应用中，通过以例如达到均匀的能量分布的精度控制功率水平、频率和/或相位与时间的关系来控制电磁场，可以实现对物质的逐渐加热。通常，当产品、物料、产品量或物料流的某点的负载发生变化时，控制器可以控制该点的具体参数，以纠正负载变化的不利影响。例如，在烹饪过程中，负载将不断变化，这种变化将经由天线通过测量反射的能量检测到。控制系统将由天线传输的能量与反射的能量进行比较，从而调整待由天线传输的能量。例如，如果产品腔室内没有负载，则不会吸收能量，天线接收反射的能量，并且控制单元将停止向产品腔室内传送新的能量。利用固态RF能量源，可以控制每个能量源的振幅、频率和相位以及所有天线。基于对待加热的产品的某些部位的热量需求的快速响应，这种先进的能量管理系统防止内部组成部分的破坏，并防止不受控的产品处理造成能量分布不均匀。由于能量的有效利用导致更少的能量损失，固态RF能量源的另一个优势是提高待处理产品的产量。

现根据附图说明本发明。该说明同样适用于本发明的所有实施例。

附图说明

图1a-d示出本发明的第一实施例。

图2a和图2b示出本发明的第二实施例。

图3a和图3b示出本发明的第三实施例。

图4a和图4b示出本发明的第四实施例。

图5a至图5d示出具有料斗和本发明的设备的生产线。

图6a至图6d示出具有一个或多个阀的本发明的设备。

图7a至图7c示出本发明的设备与输送机结合。

具体实施方式

图1a描述了固态RF激励微波设备的第一实施例，该设备包括一个固态RF源2，但优选地，包括多个固态RF源2，除了其它部分之外，每个固态RF源2包括波导16和/或天线17。在本实例中，本发明的设备包括多个固态RF源2，多个固态RF源2设置在产品腔室14的周围并且优选等距地设置。圆周方向上的源2的数量可以取决于微波均匀加热物质11的效率，例如测量每单位时间内的温升。在该实施例中，固态RF源2位于其中的腔室15和待处理/加热的产品放置在其中的产品腔室14是同一个腔室，并且由壳体8限定。壳体可以类似于法拉第笼，以防止电磁波从该壳体发出。至少内壁9，但优选整个壳体8可以由钢，例如不锈钢制成。输送装置10，例如输送带，被定位在壳体8内并输送例如成形的食品的产品11通过外壳8。然而，也可以将成批的产品放入产品腔室，利用RF辐射对该产品进行处理，并在处理结束后将产品取出。产品成批次的放置可以通过电机装置执行。图1b描述了壳体8的正方形设计。图1c是图1a的实施例，图1d是图1b的实施例，并且两者均优选设置有微波透明的插入物12，以防止产品11的颗粒将与固态RF能量源接触。在该实施例中，屏蔽装置被设计成圆形的并且与壳体8的内壁9共径向。屏蔽装置的设计不限于该设计，例如平坦的屏蔽装置也可以，但是由于卫生原因而非优选。除此之外，关于图1a的说明也适用于图1b。

图2a和2b描述了本发明设备的第二实施例，其中与根据图1a和图1b的实施例相比，本实施例设置了微波管状体12。关于根据图1a和图1b的实施例给出的说明也适用于本实施例。微波管状体12将产品腔室14与腔室15分开，固态RF源2位于腔室15中。优选地，管状体材料对于由固态RF源2提供的微波是透明的，并且更优选地，该管状体材料不吸收微波能量，因此将不会被微波能量加热，如果有的话，仅由被加热的产品加热。为了有效地将微波能量转换成待加热的可食用产品的升高的温度，管状体12的材料不是金属，而某些塑料材料是合适的。产品11位于产品腔室14内，并且将被处理，优选地，通过位于腔室15中的一个固态源2，优选为多个固态源2进行加热。例如，在用于清洗产品腔室14的清洁剂可能与固态源2接触不到的情况下，该实施例是优选的。管状体12还可以用于引导产品通过固态RF源2。在这种情况下，产品至少局部接触管状体的内周。图3a和图3b描述了固态RF激励微波设备的实施例。围绕微波管状体12放置一个固态RF源2，但优选为多个固态RF源2，可食用团块4，例如肉末穿过微波管状体12。

图4a和图4b(具有微波透明插入物12)描述了与图1a相关的实施例，但是也适用于根据图1b至图3b的实施例，其中设置有冷却腔室18，该冷却室18连接到冷却回路，例如水冷或气冷回路，优选是气冷回路。如图1a至图3b之一所示，冷却腔室18环绕设备。在应用固态RF能量源时，微波能量仅在需要时才会被传送到待处理的产品的特定位置。尽管有这种有效的能量管理，但是在高能量输出的情况下，例如在很长一段时间内输出高能量，对波导和连接的天线进行额外的冷却可能是可取的。在另一个未描述的实施例中，固态RF能量源以及电源也将进行冷却。这可以根据需要针对每个RF能量源完成。RF能量源的冷却优选地由温度测量控制，该温度测量测量RF能量源中的一个或多个的温度，并且基于该读数来控制冷却剂的流量和/或冷却剂的温度。

图5a至图5d描述了固态RF激励微波设备在线上的第一应用。诸如研磨机、料斗或填塞机的物料供应系统3，例如包括正向活塞泵，该活塞泵将冷的可食用物料4优选通过供应段5推向本发明的设备1的微波部分6来加热可泵送的物质，并从此处将加热的物料4通过排出部分7排出。进一步的处理步骤可以是提取脂肪和其它有用的成分。可以连续地或间歇/分批输送例如五花肉或素食的食品物料。可以根据食品升高一定的温度所需的停留时间来控制流量。泵送食品物料的管状体可以包括用于混合产品的装置，例如静态混合器和/或动态混合器。可以设置一个或多个传感器，来测量例如温度的升高。图5b描述了固态RF热源2的布置，这里分为A、B、C和D四行。每一行包括多个优选等距布置的固态射频源，其中在此，这些行相对彼此交错。图5c描述了微波部分6的B行的截面图，并且该截面图可以与根据图3a的实施例中所描述的类似。在图5d中，微波透明的插入物12用于防止固态RF能量源2与物料接触。为了进一步优化物料流的热量分布并防止“冷点”和“热点”，圆柱形的固态射频源设置的数量可以增加到四个及四个以上，此处圆柱形的固态射频源的设置为环状。

固态RF激励微波设备的第二应用涉及加热和/或杀死昆虫。昆虫被用作物质。先将昆虫浸入沸水浴中，并且在杀死昆虫后，将它们传送到下一个处理步骤。在图6a所描述的本发明的实施例中，昆虫4被供应到物料供应系统3，这里是料斗或槽。关闭微波部分下游的阀19，打开微波部分上游的阀19，以在微波设备1的微波部分6内接收昆虫。微波设备将启动，在杀死昆虫之后，将打开下游阀体19并可以通过例如输送带将昆虫传送到进一步的处理站。图6b和图6c描述了微波部分6中的B行的截面图。

在本发明的另一个实施例中，如图6d所描述，昆虫4将被浸入装有优选为水的流体的物料供应系统3中。流体与浸没的昆虫一起被从那里输送到包括固态RF能量源的微波设备1中。加热和杀死昆虫的方法是对液体和浸入的昆虫通过微波设备施加微波能量，分批加热或连续移动进行加热。在连续处理的情况下，应采取措施防止微波逸出微波部分6。这可以通过阀、闸门等来完成。也可以通过中和从本发明的设备逸出的辐射来实现。图6b和图6c描述了微波部分6的B行的截面图。在下一个处理步骤中，可以以其它方式从液体中过滤出昆虫和/或分离出昆虫。水可以再循环利用。

在本发明的进一步的实施例中，昆虫4将被沉积在如图7a所描述的输送带上，并从那里被传送到微波设备1。图7b描述了微波部分6的B行的截面图，该截面图类似于图1a中所示。图7c的实施例与图1c类似。本领域技术人员可以理解的是，根据图7的设备还可以用于使用微波处理类似小肉饼的成型物质。然后产品4描述了肉饼。图7中的阀不是强制性的。

图1至图7中描述的所有实施例可以在具有被设计用于分批操作和连续操作的固态RF能量技术的设备中执行。分批操作需要一种具有至少一个闸的设备，例如具有门的设备，待处理的物料4或产品11可以通过该闸进入处理部分6。如果该设备包括第二个闸，则可以通过第二个闸将物料或产品从处理部分中取出。

图5中描述了一种为连续操作而设计的具有固态RF能量技术的设备。至少处理部分6，以及供应部分5和排放部分7也可以是一个相同的隧道状设备的一部分。如果不需要，可以将它们省略。物料4或产品11可以通过合适的传送工具进行输送。对于上述所有实施例，设置有固态RF能量源2的行数不限于四行。

对于以上所有实施例，壳体8的设计不限于例如图1a、图2a和图3a所描述的圆形设计，而是可以如图1b、图2b和图3b所描述的不同的形状。重要的是，产品11或物料4的加热处理不会受到通过壳体8的内壁9反射的微波的不利影响。

对于以上描述的所有实施例，微波管状体12的设计不限于圆形设计，而是可以为不同的形状。特别是如图3a所描述的在物料4流经管状体的情况下，圆形设计在压力分布方面是有利的。优选地，内壁13应设置有光滑的壁，以减小对食品物料的剪切力并有助于清洁。微波管状体12优选是所描述的组件内的固定部件，并且相对于壳体8和固态RF能量源2是隔离的，这有利于卫生。微波管的清洗可以手动完成，但优选通过集成的CIP系统进行。

附图标记：

1 处理设备，工业处理设备

2 固态RF能量源

3 物料供应系统，料斗

4 物料，可食用物料，食物物料，昆虫

5 供应部分，入口

6 微波部分，处理部分

7 出料部分

8 壳体。

9 壳体8内壁

10 输送装置，输送带

11 产品，食品，物质，食物物质

12 微波腔室，微波透明管状体，微波透明插入物

13 微波管状体12内壁

14 产品腔室

15 固态源腔室

16 波导

17 天线

18 冷却腔室

19 阀

20 出口

21 入口

22 屏蔽装置，可移动屏蔽装置

23 框架

A 固态RF能量源

B 固态RF能量源

C 固态RF能量源

D 固态RF能量源

Claims (19)

1.一种处理设备，在所述处理设备中对物质进行加热、干燥、消毒、巴氏消毒和/或灭菌，其特征在于，所述处理设备包括一个固态射频源(2)，优选地，多个固态射频源(2)。

2.根据权利要求1所述的处理设备(1)，其特征在于，所述固态射频源(2)以n列和m行的阵列的形式设置，其中，n是大于1的整数，m是1以上的整数。

3.根据权利要求1或2所述的处理设备(1)，其特征在于，所述固态射频源(2)围绕产品腔室(14)的圆周等距地设置。

4.根据前述权利要求中的一项所述的处理设备(1)，具有入口和出口，所述入口和所述出口彼此分开。

5.根据前述权利要求中的一项所述的处理设备(1)，其特征在于，所述处理设备包括将所述物质输送经过所述固态射频源(2)的装置(22)。

6.根据权利要求1-3中的一项所述的处理设备(1)，其特征在于，所述物质是成批次提供的，被放置在所述固态射频源(2)附近，优选地，在所述固态射频源(2)阵列附近。

7.根据前述权利要求中的一项所述的处理设备(1)，其特征在于，所述处理设备包括控制所述固态射频源(2)的控制系统。

8.根据前述权利要求中的一项所述的处理设备(1)，其特征在于，所述处理设备包括传感器，所述传感器测量可食用物料的至少一种属性和/或从所述可食用物料反射的辐射的一种属性，其中所述控制系统利用所述传感器的信号。

9.根据前述权利要求中的一项所述的处理设备(1)，其特征在于，所述处理设备是食品生产线的一部分。

10.根据前述权利要求中的一项所述的处理设备(1)，其特征在于，所述处理设备设置在料斗(3)的下游。

11.根据前述权利要求中的一项所述的处理设备(1)，其特征在于，所述处理设备与成型器和/或面糊机设置在一起。

12.处理设备(1)，其特征在于，所述处理设备(1)至少部分地被一个或多个阀(19)隔离。

13.一种利用射频波处理物质的方法，其特征在于，所述射频波由一个或多个固态射频源(2)提供。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述物质从入口(21)被输送到出口(20)，所述入口(21)与所述出口(20)彼此分开。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述物质是连续地和/或间歇地输送的。

16.根据权利要求13至15中的一项所述的方法，其特征在于，设置一个或多个传感器(17)，优选地，设置所述固态RF能量源(2)的天线(17)，以测量所述物质的一种或多种属性和/或所述物质反射的辐射。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，利用所述传感器的信号控制所述固态射频源(2)。

18.根据权利要求13至17中的一项所述的方法，其特征在于，对所述物质进行加热、干燥、消毒和/或巴氏灭菌、灭菌和/或杀死。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述物质包括昆虫的至少一部分或昆虫的混合物。