CN112425649A - 液态介质的微波杀菌设备及杀菌方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液态介质的微波杀菌设备及杀菌方法，该液态介质的微波杀菌设备包括：杀菌腔；液膜分布装置，其设于杀菌腔的顶部，用于将液态介质分布成膜状，并使膜状的液态介质在杀菌腔中从上往下流动；微波发生装置，其用于向杀菌腔中发射微波。通过本发明，缓解了现有技术中液体类产品在杀菌时，其中的营养元素容易受到较大损失的技术问题。

Description

液态介质的微波杀菌设备及杀菌方法

技术领域

本发明涉及液态介质的杀菌处理的技术领域，尤其涉及一种液态介质的微波杀菌设备及杀菌方法。

背景技术

液体类产品，在灌装前，通常需要经过杀菌；尤其是常温条件下长货架期保存的液体类产品，对杀菌的要求更高。目前，液体类产品的主流的杀菌处理方式为高温杀菌，液体类产品在具有较好导热性能的管路中流动，通过管路来与高温环境接触，实现杀菌。该杀菌方式中，液体类产品与高温环境间接接触，液体类产品需要以较高温度保持比较长的时间，才能达到所要求的杀菌效果，在杀菌过程中，液体类产品中的营养元素会有较大的损失，一些液体乳类产品和果汁类饮料还会产生美拉德反应，给液体类产品的色香味造成较大缺失。

发明内容

本发明的目的是提供一种液态介质的微波杀菌设备及杀菌方法，以缓解现有技术中液体类产品在杀菌时，其中的营养元素容易受到较大损失的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种液态介质的微波杀菌设备，包括：杀菌腔；液膜分布装置，其设于所述杀菌腔的顶部，用于将液态介质分布成膜状，并使膜状的液态介质在所述杀菌腔中从上往下流动；微波发生装置，其用于向所述杀菌腔中发射微波。

在优选的实施方式中，所述液膜分布装置包括第一锥形面，所述第一锥形面自上端至下端由内向外倾斜，液态介质能从上往下沿所述第一锥形面，进入到所述杀菌腔中；所述第一锥形面呈圆锥面状。

在优选的实施方式中，所述液膜分布装置包括液膜分布盘，所述液膜分布盘上设有多个上下贯通且与所述杀菌腔的顶部相连通的液膜孔。

在优选的实施方式中，所述液膜分布装置包括第一锥形面和液膜分布盘；所述液膜分布盘上设有多个上下贯通且与所述杀菌腔的顶部相连通的液膜孔；所述第一锥形面设于所述液膜分布盘的上方，且自上端至下端由内向外倾斜，液态介质能从上往下沿所述第一锥形面，流动至所述液膜分布盘的上表面，并通过各个所述液膜孔进入到所述杀菌腔中。

在优选的实施方式中，所述杀菌腔呈圆环状。

在优选的实施方式中，所述液膜孔沿所述杀菌腔的圆周方向延伸，所述液膜孔的径向宽度值的范围为2mm～8mm。

在优选的实施方式中，所述液膜分布盘包括第一孔组，所述第一孔组包括多个沿所述杀菌腔的圆周方向间隔分布的液膜孔。

在优选的实施方式中，所述液膜分布盘包括包围所述第一孔组的第二孔组，所述第二孔组包括多个沿所述杀菌腔的圆周方向间隔分布的液膜孔；沿所述杀菌腔的圆周方向，所述第一孔组中的各个所述液膜孔与所述第二孔组中的各个所述液膜孔相错开。

在优选的实施方式中，所述液膜分布装置包括：包围所述第一锥形面的第二锥形面，其自上端至下端由内向外倾斜；形成于所述第一锥形面和所述第二锥形面之间的第一介质流道，所述第一介质流道的下端与所述杀菌腔的顶部相连通；所述第二锥形面的锥度小于所述第一锥形面的锥度。

在优选的实施方式中，所述液膜分布装置包括：第三锥形面，其与所述第一锥形面的下端连接，且自上端至下端由外向内倾斜；包围所述第三锥形面的第四锥形面，所述第四锥形面与所述第二锥形面的下端连接，且自上端至下端由外向内倾斜；形成于所述第三锥形面和所述第四锥形面之间的第二介质流道，所述第二介质流道的上端与所述第一介质流道的下端相连通，所述第二介质流道的下端与所述杀菌腔的顶部相连通。

在优选的实施方式中，所述微波发生装置包括设于所述杀菌腔中的第一微波发生器，所述第一微波发生器呈筒状，且包围所述杀菌腔中的从上往下流动的液态介质，所述第一微波发生器由外向内发射微波。

在优选的实施方式中，所述微波发生装置包括第二微波发生器，所述杀菌腔中从上往下流动的液态介质围绕于所述第二微波发生器外，所述第二微波发生器由内向外发射微波。

在优选的实施方式中，所述杀菌腔中设有能供微波穿过的第一罩筒，所述第一微波发生器包围所述第一罩筒，并且所述第一罩筒位于第一微波发生器与所述杀菌腔中从上往下流动的液态介质之间；所述杀菌腔中设有能供微波穿过的第二罩筒，所述第二罩筒包围所述第二微波发生器，并且所述第二罩筒位于第二微波发生器与所述杀菌腔中从上往下流动的液态介质之间。

在优选的实施方式中，所述杀菌腔包括内筒壁和包围所述内筒壁的外筒壁，所述外筒壁外设有保温层。

本发明提供一种液态介质的微波杀菌方法，采用上述微波杀菌设备，包括：

步骤S10，将液态介质分布成膜状，并使膜状的液态介质在杀菌腔中从上往下流动；

步骤S20，向所述杀菌腔中发射微波。

本发明的特点及优点是：

使用本发明提供的液态介质的微波杀菌设备时，液态介质被分布成膜状，能够更加充分地接受微波的作用，一方面，微波可使液态介质中的微生物失活；另一方面，液态介质吸收微波，微波转变为热能，促使液态介质升温，实现杀菌。由于在杀菌腔中的液态介质为膜状，有利于使液态介质均匀地吸收微波，以快速地升高至较高温度，提高杀菌效率，缩短杀菌过程所持续的时间，从而减少液态介质在杀菌过程中营养元素的损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的液态介质的微波杀菌设备的一实施方式的结构示意图；

图2为图1中A-A向的剖视图；

图3为本发明提供的液态介质的微波杀菌设备的另一实施方式的结构示意图；

图4为图1中B处的局部放大图；

图5为图3中C处的局部放大图；

图6为本发明提供的液态介质的微波杀菌方法的示意图。

附图标号说明：

10、杀菌腔；11、内筒壁；111、筒壁支架；12、外筒壁；13、保温层；

20、液膜分布装置；21、第一锥形面；

22、第二锥形面；23、第三锥形面；24、第四锥形面；25、第一介质流道；26、第二介质流道；

27、液膜分布盘；271、液膜孔；281、第一孔组；282、第二孔组；

30、微波发生装置；31、第一微波发生器；311、第一环形架；32、第二微波发生器；321、第二环形架；

41、第一罩筒；42、第二罩筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明提供了一种液态介质的微波杀菌设备，包括：杀菌腔10、液膜分布装置 20和微波发生装置30；液膜分布装置20设于杀菌腔10的顶部，用于将液态介质分布成膜状，并使膜状的液态介质在杀菌腔10中从上往下流动；微波发生装置30用于向杀菌腔10中发射微波。使用该微波杀菌设备对果汁、牛奶等液态介质进行杀菌时，液态介质被分布成膜状，能够更加充分地接受微波的作用，一方面，微波可使液态介质中的微生物失活；另一方面，液态介质吸收微波，微波转变为热能，促使液态介质升温，实现杀菌。由于在杀菌腔10中流动的液态介质为膜状，有利于使液态介质均匀地吸收微波，以快速地升高至较高温度，提高杀菌效率，缩短杀菌过程所持续的时间，从而减少液态介质在杀菌过程中营养元素的损失，缓解液态介质色泽变暗的问题。

杀菌腔10的形状可以为筒状或者环状，杀菌腔10沿竖直方向延伸，液态介质经过液膜分布装置20后，进入杀菌腔10中，在自身重力作用下，从杀菌腔10的顶部向下流动，形成厚度较小的薄膜。

优选地，杀菌腔10呈圆环状，如图1和图3所示，杀菌腔10包括内筒壁11和包围内筒壁11的外筒壁12，内筒壁11和外筒壁12均呈圆筒状，杀菌腔10的腔室形成于内筒壁11和外筒壁12之间。将微波发生装置30安装于杀菌腔10中，内筒壁 11和外筒壁12均能够阻隔微波，以减少微波对外部环境的干扰。为了减少杀菌腔10 中的热量向外散失，外筒壁12外包裹有保温层13。在杀菌腔10的底端连接有出口结构，液态介质从杀菌腔10流出后，继续向下流动通过出口结构排出；出口结构上连接有用于支撑内筒壁的筒壁支架111。

液态介质在杀菌腔10中形成从上往下延伸的膜状，为了使微波更好地覆盖杀菌腔10中的液态介质，发明人对微波发生装置30的设置方式做了以下改进。

在本发明的一实施方式中，微波发生装置30包括设于杀菌腔10中的第一微波发生器31，第一微波发生器31呈筒状，且沿杀菌腔10的轴线方向延伸，第一微波发生器31包围在杀菌腔10中从上往下流动的液态介质，第一微波发生器31由外向内发射微波，从而更好地覆盖膜状的液态介质。

具体地，第一微波发生器31的结构形式可以有很多种，例如：第一微波发生器 31为连续的筒状；或者，第一微波发生器31包括多个块状的微波发生器，多个微波发生器环绕杀菌腔10的轴线分布，以形成筒状的第一微波发生器31。

为了使第一微波发生器31的结构更加稳固，微波发生装置30包括固设于杀菌腔10中的第一环形架311，第一环形架311上设有用于卡接第一微波发生器31的凹槽。

液态介质在杀菌腔10中流动时，会发生飞溅，为了减少第一微波发生器31的运行受到液态介质的干扰，杀菌腔10中设有能供微波穿过的第一罩筒41，第一微波发生器31包围第一罩筒41，第一罩筒41将第一微波发生器31与液态介质在杀菌腔10 中的流通区域相隔离开。优选地，第一罩筒41的材料为对微波的吸收作用较弱的食品级玻璃、塑料或瓷器。

在本发明的另一实施方式中，微波发生装置30包括第二微波发生器32，杀菌腔 10中从上往下流动的液态介质围绕于第二微波发生器32外，第二微波发生器32由内向外发射微波，以更好地覆盖膜状的液态介质。优选地，第二微波发生器32呈筒状，且设于杀菌腔10中，位于内筒壁11与液态介质在杀菌腔10中的流通区域之间。

为了使第二微波发生器32的结构更加稳固，微波发生装置30包括固设于杀菌腔10中的第二环形架321，第二环形架321上设有用于卡接第二微波发生器32的凹槽。

液态介质在杀菌腔10中流动时，会发生飞溅，为了减少第二微波发生器32的运行受到液态介质的干扰，杀菌腔10中设有能供微波穿过的第二罩筒42，第二罩筒42 包围第二微波发生器32，以将第二微波发生器32与液态介质在杀菌腔10中的流通区域相隔离开。优选地，第二罩筒42的材料为对微波的吸收作用较弱的食品级玻璃、塑料或瓷器。

在本发明的另一实施方式中，微波发生装置30包括上述的第一微波发生器31 和上述的第二微波发生器32，以实现同时由外向内发射微波和由内向外发射微波，对杀菌腔10中的液态介质进行双向微波杀菌，增强杀菌效果。

上面已经对杀菌腔10和微波发生装置30作了介绍，接下来介绍液膜分布装置 20。

在本发明的一实施方式中，液膜分布装置20包括第一锥形面21，如图1和图3 所示，第一锥形面21呈伞状，且自上端至下端由内向外倾斜，液态介质能从上往下沿第一锥形面21，进入到杀菌腔10中。第一锥形面21使液态介质在向下流动的过程中，逐渐分散开；相比于在自身重力作用下向下流动的方式，第一锥形面21可以减缓液态介质的流速，有利于使液态介质在杀菌腔10中以较低的速度平稳地流动，以改善微波对液态介质的杀菌效果。

进一步地，第一锥形面21呈圆锥面状，以使液态介质沿第一锥形面21更加均匀地向各个方向流动。

在上述第一锥形面21的基础上，发明人设计了液膜分布装置20的一可行的结构，第一锥形面21的下端位于杀菌腔10的顶部开口处，液态介质经过第一锥形面21后，在自身重力作用下向下直接流入到杀菌腔10中，液态介质在杀菌腔10中的流动路径呈圆筒状。优选地，第一锥形面21的下端直径，大于内筒壁11的外径，且小于外筒壁12的内径。

在上述第一锥形面21的基础上，发明人设计了液膜分布装置20的另一可行的结构，如图3和图5所示，液膜分布装置20包括：包围第一锥形面21的第二锥形面 22，第二锥形面22自上端至下端由内向外倾斜；形成于第一锥形面21和第二锥形面 22之间的第一介质流道25，第一介质流道25的下端与杀菌腔10的顶部相连通。液态介质沿第一介质流道25从上往下流动，第一锥形面21和第二锥形面22对液态介质起到导向作用，有利于使所形成的膜状的液态介质的厚度更加均匀一致。

如图5所示，将在垂直于第一锥形面21的轴线的方向上的，第一锥形面21与第二锥形面22之间的间距，记为第一介质流道25的宽度L。进一步地，第二锥形面22 的锥度小于第一锥形面21的锥度，以使第一介质流道25的宽度从上端至下端逐渐减小，有利于促使液态介质在第一介质流道25中流动的过程中，厚度逐渐减小，进一步提高膜状的液态介质的均匀度。

液态介质从第一介质流道25的下端流出后，可以在自身重力的作用下，直接流入到杀菌腔10中。但是，为了使杀菌效果更加优化，发明人作了进一步改进：液膜分布装置20还包括：第三锥形面23，其与第一锥形面21的下端连接，且自上端至下端由外向内倾斜；包围第三锥形面23的第四锥形面24，第四锥形面24与第二锥形面22的下端连接，且自上端至下端由外向内倾斜；形成于第三锥形面23和第四锥形面24之间的第二介质流道26，第二介质流道26的上端与第一介质流道25的下端相连通，第二介质流道26的下端与杀菌腔10的顶部相连通。液态介质在第一介质流道25中从上往下地向外倾斜流动，进入到第二介质流道26后，转向为从上往下地由外向内倾斜流动，转向过程可以减缓液态介质的流速，使液态介质以更平缓的速度流入到杀菌腔10中，有利于液态介质充分吸收微波，改善杀菌效果。

优选地，如图5所示，第三锥形面23的下端与第二罩筒42的上端连接，第四锥形面24的下端与第一罩筒41的上端连接。

在本发明的另一实施方式中，如图1、图2和图4所示，液膜分布装置20包括液膜分布盘27，液膜分布盘27上设有多个上下贯通且与杀菌腔10的顶部相连通的液膜孔271。优选地，液膜分布盘27沿水平面设置。液态介质流动到液膜分布盘27 的顶面后，可在自身重力作用下穿过各个液膜孔271，进入到杀菌腔10，从个液膜孔 271流出的液态介质互相之间具有间隙，便于充分吸收微波。

液膜孔271呈窄缝状，有利于使液态介质从液膜孔271中流出后形成的薄膜的厚度更小。具体地，液膜孔271可以为长方形孔、腰型孔或者扇形孔。当液膜孔271 为长方形孔或者腰型孔时，液膜孔271可以沿杀菌腔10的切向延伸。如图2所示，液膜孔271为扇形孔，并且沿杀菌腔10的圆周方向延伸，液膜孔271的横截面的内轮廓的圆心和外轮廓的圆心，均位于杀菌腔10的轴线上，该液膜孔271可以使液态介质形成厚度更加均匀的薄膜，并且，便于吸收第一微波发生器31由外向内发射的微波和第二微波发生器32由内向外发射的微波。依据微波发生装置30的功率、以及液态介质的性质，来对液膜孔271的径向宽度的具体值进行设定；优选地，液膜孔 271的径向宽度值的范围为2mm～8mm。

进一步地，液膜分布盘27包括第一孔组281，第一孔组281包括多个沿杀菌腔 10的圆周方向间隔分布的液膜孔271，以便于吸收微波，保障各位置的液态介质所受到的杀菌作用的稳定性。更进一步，液膜分布盘27包括包围第一孔组281的第二孔组282，第二孔组282包括多个沿杀菌腔10的圆周方向间隔分布的液膜孔271，通过内外两层分布的第一孔组281和第二孔组282，可以在保障较好的杀菌效果的情况下，提高杀菌的工作效率。

优选地，沿杀菌腔10的圆周方向，第一孔组281中的各个液膜孔271与第二孔组282中的各个液膜孔271相错开。如图2所示，第二孔组282中的相邻两个液膜孔 271之间设有间距，第一孔组281中的各个液膜孔271位于第二孔组282中相邻的两个液膜孔271之间。这样，有利于使液态介质所形成的各个液膜的外侧和内侧均受到微波的作用，以进行双向微波杀菌，改善了杀菌效果。

在本发明的另一实施方式中，液膜分布装置20包括上述的第一锥形面21和上述的液膜分布盘27；液膜分布盘27上设有多个上下贯通且与杀菌腔10的顶部相连通的液膜孔271；第一锥形面21设于液膜分布盘27的上方，且自上端至下端由内向外倾斜，液态介质能从上往下沿第一锥形面21，流动至液膜分布盘27的上表面，并通过各个所述液膜孔271进入到杀菌腔10中。如图1所示，液膜分布盘27呈圆环状，第一锥形面21的下端与液膜分布盘27的内轮廓连接，通过第一锥形面21，使流动到液膜分布盘27上的液态介质的流速更加平稳，有利于使液态介质通过液膜孔后所形成的液膜更加均匀，优化微波杀菌效果。

实施例二

本发明提供了一种液态介质的微波杀菌方法，该微波杀菌方法可以采用上述的微波杀菌设备来实施，如图6所示，该微波杀菌方法包括：

步骤S10，将液态介质分布成膜状，并使膜状的液态介质在杀菌腔10中从上往下流动；

步骤S20，向杀菌腔10中发射微波。

该微波杀菌方法中，液态介质被分布成膜状，有利于均匀充分地吸收微波，提高杀菌效率，从而缩短杀菌所需持续的时间，更好地保持果汁、牛奶等液态介质的风味。

在本发明的一实施方式中，步骤S20中，以由外向内的方向，向杀菌腔10中的液态介质发射微波，微波作用于膜状的液态介质的一个侧面；和/或，以由内向外的方向，向杀菌腔10中的液态介质发射微波，微波作用于膜状的液态介质的一个侧面。

在本发明的一实施方式中，步骤S10中，膜状的液态介质在杀菌腔中从上往下流动，持续流动所形成的流动路径呈圆筒形状，圆筒形状的内侧面和外侧面可以同时接受微波的作用，实现双向杀菌，增强杀菌效果，使得杀菌更均匀彻底，保证产品质量。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种液态介质的微波杀菌设备，其特征在于，包括：

杀菌腔；

液膜分布装置，其设于所述杀菌腔的顶部，用于将液态介质分布成膜状，并使膜状的液态介质在所述杀菌腔中从上往下流动；

微波发生装置，其用于向所述杀菌腔中发射微波。

2.根据权利要求1所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述液膜分布装置包括第一锥形面，所述第一锥形面自上端至下端由内向外倾斜，液态介质能从上往下沿所述第一锥形面，进入到所述杀菌腔中；

所述第一锥形面呈圆锥面状。

3.根据权利要求1所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述液膜分布装置包括液膜分布盘，所述液膜分布盘上设有多个上下贯通且与所述杀菌腔的顶部相连通的液膜孔。

4.根据权利要求1所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述液膜分布装置包括第一锥形面和液膜分布盘；

所述液膜分布盘上设有多个上下贯通且与所述杀菌腔的顶部相连通的液膜孔；

所述第一锥形面设于所述液膜分布盘的上方，且自上端至下端由内向外倾斜，液态介质能从上往下沿所述第一锥形面，流动至所述液膜分布盘的上表面，并通过各个所述液膜孔进入到所述杀菌腔中。

5.根据权利要求3或者4所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述杀菌腔呈圆环状。

6.根据权利要求5所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述液膜孔沿所述杀菌腔的圆周方向延伸，所述液膜孔的径向宽度值的范围为2mm～8mm。

7.根据权利要求5所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述液膜分布盘包括第一孔组，所述第一孔组包括多个沿所述杀菌腔的圆周方向间隔分布的液膜孔。

8.根据权利要求7所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述液膜分布盘包括包围所述第一孔组的第二孔组，所述第二孔组包括多个沿所述杀菌腔的圆周方向间隔分布的液膜孔；

沿所述杀菌腔的圆周方向，所述第一孔组中的各个所述液膜孔与所述第二孔组中的各个所述液膜孔相错开。

9.根据权利要求2所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述液膜分布装置包括：

包围所述第一锥形面的第二锥形面，其自上端至下端由内向外倾斜；

形成于所述第一锥形面和所述第二锥形面之间的第一介质流道，所述第一介质流道的下端与所述杀菌腔的顶部相连通；

所述第二锥形面的锥度小于所述第一锥形面的锥度。

10.根据权利要求9所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述液膜分布装置包括：

第三锥形面，其与所述第一锥形面的下端连接，且自上端至下端由外向内倾斜；

包围所述第三锥形面的第四锥形面，所述第四锥形面与所述第二锥形面的下端连接，且自上端至下端由外向内倾斜；

形成于所述第三锥形面和所述第四锥形面之间的第二介质流道，所述第二介质流道的上端与所述第一介质流道的下端相连通，所述第二介质流道的下端与所述杀菌腔的顶部相连通。

11.根据权利要求1所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述微波发生装置包括设于所述杀菌腔中的第一微波发生器，所述第一微波发生器呈筒状，且包围所述杀菌腔中的从上往下流动的液态介质，所述第一微波发生器由外向内发射微波。

12.根据权利要求11所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述微波发生装置包括第二微波发生器，所述杀菌腔中从上往下流动的液态介质围绕于所述第二微波发生器外，所述第二微波发生器由内向外发射微波。

13.根据权利要求12所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述杀菌腔中设有能供微波穿过的第一罩筒，所述第一微波发生器包围所述第一罩筒，并且所述第一罩筒位于第一微波发生器与所述杀菌腔中从上往下流动的液态介质之间；

所述杀菌腔中设有能供微波穿过的第二罩筒，所述第二罩筒包围所述第二微波发生器，并且所述第二罩筒位于第二微波发生器与所述杀菌腔中从上往下流动的液态介质之间。

14.根据权利要求1所述的微波杀菌设备，其特征在于，所述杀菌腔包括内筒壁和包围所述内筒壁的外筒壁，所述外筒壁外设有保温层。

15.一种液态介质的微波杀菌方法，采用权利要求1-14任一项所述的微波杀菌设备，其特征在于，包括：

步骤S10，将液态介质分布成膜状，并使膜状的液态介质在杀菌腔中从上往下流动；

步骤S20，向所述杀菌腔中发射微波。

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