CN209995249U - 433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微波解冻装置，具体涉及一种433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备。包括置于机架上的物料传送装置、金属探测器、微波处理模块、电机；微波处理器的上部和底部分别设有一个微波源，微波源通过波导管与喇叭口相连，两个喇叭口通过微波窗口与加热腔相连；微波源为433MHz固态微波源；加热腔的侧面设有反射面调节装置，包括内板、螺丝杆和剪叉机构，螺丝杆穿过金属板，末端为把手。本申请通过高功率密度的433MHz微波穿透肉制品，保证解冻后温度内外均匀一致，从‑18℃到‑2℃只需要2‑4分钟时间，解冻后颜色、营养成分和鲜肉相比基本无变化，连续化生产，最大限度的降低有害菌的繁衍，是目前先进的肉制品解冻方式。

Description

433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备

技术领域

本实用新型涉及微波解冻装置，具体涉及一种433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备。

背景技术

微波解冻是将-42至-18摄氏度的冷冻产品利用微波的穿透性、选择性加热特点，使冷冻品快速升温到-2摄氏度的不滴水状态。微波解冻是在电磁波的高频辐射作用下，利用极性分子振动从而与周围分子产生弹性碰撞、摩擦生热，其升温方式是从产品材料的内部产生，具有生产成本低、效率高、产品无细菌滋生和占地面积小的优点，这是其它解冻方法无法比拟的。

对肉进行冷冻保存是保持肉品质稳定的一种较好的方法，但是对冷冻的肉进行解冻时，不同的解冻方法对解冻后的肉的品质有很大影响。传统的解冻方法包括空气解冻和水解冻，解冻过程中热量依靠热传递方式从肉块表面向内部传递，这样的方式不但解冻时间长，在解冻过程中肉的汁液流失率高、易被微生物污染等，使解冻后肉的品质变差。所以考虑采用微波解冻的方式对肉类进行解冻，但目前国内主要解冻设备多数为915MHz、2450MHz，效率低、肉包穿透深度浅，多数要在解冻前后配置蒸汽加热解冻功能，工艺复杂，操作不方便。

目前如何实现体积大、形状不规则、不同品种的食品进行大功率、快速均均匀解冻是一个技术上的难题，现有的915MHz、2450MHz微波解冻设备穿透深度低，均匀性、重复性差，而且915MHz、2450MHz适用的腔体设计尺寸小，不能进行单纯的尺寸等比放大进行实现工业放大。而433MHz的腔体设计本身就是工业水平大小，无需再进行工业放大就可以达到工业化生产要求。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是解冻的均匀性，现有的设备均匀性都存在很大的问题，在小功率下均匀性可以满足要求，但是在工业放大增加微波功率时，因加热食品吸收微波的速率同电场的平方成正比，功率的增加会急剧放大加热的不均匀性，导致冷热点温度相差巨大，导致解冻产品品质劣化。而很多专利设备仅仅能实现微波解冻，对于加热的均匀性，电场的分布并没有进行加热腔的设计，并不能从根本上解决解不均匀的问题。

例如专利201810594541《一种大功率工业化微波解冻设备》就具有以下缺陷：

(1)设备采用转波，同厨房的平板微波炉相同，只是在概率上增加电场的混乱程度以提高加热均匀性，并不能根本上解决加热均匀性和边角过热效应。

(2)无法根据不同的待解冻样品进行加热腔等设计上的调整。转波技术是增加电场的混乱程度，电场分布不稳定，重复性差，无法针对不同种类、形状、尺寸的待解冻产品进行针对性的设计。

专利201811443594《一种微波解冻猪肉的装置及方法》则具有以下缺陷：该专利设计用途只能用于解冻猪肉，无法针对不同种类、形状、尺寸的待解冻产品进行针对性的设计；其仪器所使用的猪肉尺寸5*5*10CM(212.5g)，尺寸太小，不适用于工业解冻。

为解决上述问题，本申请提供了一种433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，通过高功率密度的433MHz微波穿透肉制品，保证解冻后温度内外均匀一致，从-18℃到-2℃只需要2-4分钟时间，解冻后颜色、营养成分和鲜肉相比基本无变化，连续化生产，最大限度的降低有害菌的繁衍，是目前先进的肉制品解冻方式。

为达到上述目的，本申请通过以下技术方案实现：一种433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，包括置于机架上的物料传送装置、金属探测器、微波处理模块、电机；

电机通过线路与物料传送装置相连，为其提供动力；物料传送装置为非金属材质的传送装置，穿过微波处理模块，从金属探测器向后端方向运行；

金属探测器设置在传送带入料端一侧，在入料口处将含有金属的物料筛选出来，避免金属物质进入微波处理模块，如果有体积小的金属进入，会导致微波从金属周围进入，金属所在周围的区域温度过高，温差较大，品质劣化；体积较大的金属会导致微波屏蔽，无法进行解冻；金属探测器后方为微波处理模块，包括两个或两个以上顺序连接的微波处理器，可以根据不同需求进行优化组合，以获得更好加热均匀性；

微波处理器的上部和底部分别设有一个微波源，微波源通过波导管与喇叭口相连，喇叭口用于均匀分散微波，可以根据解冻产品类型、尺寸等不同提前设计，也可后期根据需要更换组件，以确保加热的均匀性，上下两个喇叭口各通过微波窗口与加热腔相连，微波透过微波窗口进入加热腔，微波窗口还可以防止水蒸气及灰尘等进入仪器；微波进入一个由六个壁组成的加热腔中，简单四维方程组只有一个解为单模，多个解为多模，本申请的单模设计是驻波模式为一个驻波，有稳定的冷点和热点，电场稳定性好、温度分布稳定；南京三乐之所以采用转波模式是因为采用的是多模，电场一直处于无序的状态，电场稳定性差，不稳定，增加电场混乱程度，增加到怎么样的混乱程度，怎么样增加到足够的混乱程度，热点在哪里，冷点在哪里完全无法确定；旋转能够提高均匀性，具体能提高到什么程度无法确定，没有相关的研究。功率放大的时候，什么地方是热点什么地方是热点。这次这个地方热，下次另一个地方热的厉害，不稳定，重复性不好。多模情况下，变产品的时候就更难确定冷热点；所述微波源为433MHz固态微波源，对于相同体积形状大小种类均相同等的待解冻样品，433MHz波长更长，穿透深度大、穿透效果好，而且433MHz驻波少、冷点热点距离大，可以通过热型互补来解决均匀性问题，而915MHz、2450MHz是点热点冷，靠冷热点来传热，无法确定实际哪里是冷热点；相对于915MHz、2450MHz有几十个冷点热点，点多导致的边缘加热效应更明显，433MHz的可能只有1两个，更有利于利用热型分布进行电场互补设计；而且433MHz磁控管因为要形成669mm-717mm那么长波长的微波，磁控管还要有震荡腔，震荡腔要产生这么长的微波需要的体积就非常大，所以其加热腔尺寸本来就是工业水平大小，无需再进行工业放大就可以达到工业化生产要求；另一方面采用固态源则可以大大缩小磁控管及电源的体积，同时具有高度可控的特点，体积小，频率稳定度高，可对设备运行中的频率、功率(正向/反向)、相位等实时反馈和调整，提高加热均匀性；加热腔的侧面设有反射面调节装置，包括金属材质的内板、螺丝杆和剪叉机构，剪叉机构两端分别与内板和加热腔侧面的金属板固定连接，螺丝杆穿过金属板，末端为把手，通过转动把手调节螺丝杆在加热腔体内长度，从而调节内板的位置，实现加热腔宽度的调节，从而根据实际情况调节电场分布，以确保加热的均匀性；433MHz波长很长，螺丝杆与孔之间是丝与丝之间接触，没有缝隙，可以防止微波泄露出来。

进一步的，物料传送装置包括机架两侧的齿轮，安装在齿轮上的链板传送带，链板传送带由非金属材质制成，传送带底部设有非金属材质支撑件。

进一步的，物料传送装置的出料端设有红外温度测量仪，可以实时测量样品表面温度，监测解冻情况。

进一步的，机架上还设有控制系统，包括PLC和与PLC相连的触摸屏，PLC通过线路控制物料传送装置、金属探测器、微波处理模块、红外温度测量仪和电机。触摸屏作为操作上机位，设置运行、报警、提示等指示，建立解冻物料工艺包数据库，根据不同物料执行相关工艺，设置有料自动解冻，无料自动待机功能。

进一步的，微波窗口为平板状或实心圆柱型。其中，平板状为常用的微波窗口，制作方便，而实心圆柱型能够更好的聚焦微波；在安装前或后期设备拆开后可以根据需要更换，以确保加热的均匀性。

进一步的，加热腔的高度为30-60cm,宽度为30cm-60cm，适合各种肉类标准包(30*60*20cm)及不同形状尺寸的肉类及海产品的解冻。

进一步的，微波处理模块的前后端为开口供物料传送装置穿过，物料传送装置的入料端和出料端都设置有微波抑制器，微波抑制器包括反射部分和吸收部分；反射部分通常为不规则形状的金属，吸收部分通常为石墨烯或碳化硅板，用于吸收反射回来的微波，目前市面上出售的微波抑制器都可以，具体结构可以参考专利201310631185.1《微波抑制器及隧道式微波加热系统》和2018212792024《一种群岛式微波抑制器》。检测结果显示，本申请微波运行过程中微波泄漏量一般为1-2.5mW/cm²。

进一步的，微波处理器的微波功率大于等于20KW。

进一步的，波导管选择国家标准BJ4，宽度为533.4、高度为266.7mm。

本装置的适用对象为各种肉类标准包(30*60*20cm)及不同形状尺寸的肉类及海产品的解冻，能将物料快速回温至-4～-2℃温度区间；包括肉类标准包(30*60*20cm，带有塑料包装膜)：鸭肉、四分体牛肉、十分体牛肉、六分体猪肉、羊肉等；形状大小不规则食品：羊腿、整只鸡鸭畜禽等；水产品：鱼滑、虾滑、鱼糜、冻虾等。可以根据对象不同，设计不同的喇叭口尺寸、微波窗口的尺寸和类型以及加热腔体的宽度，改变解冻对象时只需要根据对象更换相应尺寸的部件即可，整个生产线不用大型改建，极大提高了使用的灵活性，节省了大量成本。

解冻流程如下：物料置于食品载体上，将肉类标准块或待解冻的样品放置在传送带入料端，经金属检测器检测合格后，传送带自动运行，后经微波加热腔微波处理达到目标解冻温度，经红外温度测量仪测量温度后由出料端出料，实现快速无损解冻。

本实用新型的有益效果在于：

(1)采用喇叭口上下对称结构，单模设计(单模设计是指只有一个驻波模式，电场稳定性好，温度分布稳定)，微波场是稳定的，解冻均匀性好，重复性好；采用加热腔模块化设计，电场分布互补，相对于单一加热腔来说，均匀性更好，重复性更好，不会出现外热内冷现象。

(2)可以针对不同的样品进行腔体宽度及一系列的改变以获得对于该物料的最优均匀性处理方案。

(3)不同的肉类因其含水量及其他组成成分的差异，其介电特性(介电常数、介电损耗、穿透深度)都不同，形状、尺寸不同，对不同的肉类微波解冻处理时的热型及能量分布是有区别的。本申请可以通过调节喇叭口尺寸大小、加热腔体宽度、微波窗口大小及形状、微波加热腔模块组合来达到均匀解冻不同种类食品的目的。

例：以相同大小的肉类标准包与冻虾标准包(20*30*60)为例，现有的腔体尺寸适用于冻虾标准包的解冻，但对于羊肉存在来说能量分布不均匀、冷热点温差大、穿透深度不够等问题。

(4)现有的设备只能调节工艺参数，不能根据不同的物料进行加热腔的调整；本申请采用加热腔模块化设计，电场分布互补，同时设计有升降装置以改变加热腔的宽度来调整能量分布，达到均匀解冻不同物料的目的。

(5)本设备能将25公斤肉类从-25℃升温至-2℃，仅需2-4分钟时间实现；采用433MHz微波穿透深度是915MHz的两倍、是2450MHz微波6倍，更加节能环保。整个解冻过程无需大场地、大量用水，无污染，节能环保。微波解冻无血水流出，无污染，保持原色，肉损率小于1％，使肉类标准包解冻更加均匀，蛋白质、色泽等品质不发生任何变化，不会破坏营养成分、物料损失小。

(6)本申请采用微波抑制器，两边相通，生产过程无阻碍，可以实现连续生产，也完善了安全防护功能，不会发生微波泄漏。

(7)433MHz固态源占地面积小，投资少，能够节省成本。

(8)微波解冻在不锈钢封闭腔体内进行，箱体和传送带可以安全冲洗，无需水解冻，无污染，避免细菌滋生。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的俯视图。

图3是微波处理器的结构示意图。

图4是平板状微波窗口的结构示意图。

图5是实心圆柱型微波窗口的结构示意图。

图6是反射面调节装置的结构示意图。

图7是电场分布图。

图8是电场互补示意图(阴影部分为冷点，其他部分为热点，阴影密度越大温度越低)。

图中，机架1、物料传送装置2、齿轮21、链板传送带22、金属探测器3、微波处理器4、微波源41、波导管42、喇叭口43、微波窗口44、加热腔45、内板451、螺丝杆452、剪叉机构453、把手454、金属板46、电机5、控制系统6、红外温度测量仪7、加热腔a、加热腔b、经过加热腔a和加热腔b的热型c。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1:

如图1和图2所示，一种433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，包括置于机架1上的物料传送装置2、金属探测器3、微波处理模块、电机5；

电机5通过线路与物料传送装置2相连，为其提供动力；物料传送装置2为非金属材质的传送装置，穿过微波处理模块，从金属探测器3向后端方向运行；

金属探测器3设置在传送带入料端一侧，能够检测出含金属的物料，报警之后，由人工进行筛选，在入料口处将含有金属的物料筛选出来，避免金属物质进入微波处理模块，如果有体积小的金属进入，会导致微波从金属周围进入，金属所在周围的区域温度过高，温差较大，品质劣化；体积较大的金属会导致微波屏蔽，无法进行解冻；金属探测器后方为微波处理模块，包括两个或两个以上顺序连接的微波处理器4，可以根据不同需求进行优化组合，以获得更好加热均匀性；微波加热腔模块化设计，即有多个微波加热腔，不同的参数设置可以使得每个加热腔的热型不同，以图7为例，即实际电场分布，当物料连续通过第一个加热腔和第二个加热腔时，由于能量分布不同，可以达到热型互补的效果。以图8为例，假如加热腔a的能量集中在中间，即中间为热点区域，加热腔b的能量集中在四周，经过两个微波加热腔后，冷热点温差会缩小，实现更好的均匀性。

如图3所示，微波处理器4的上部和底部分别设有一个微波源41，微波源41通过波导管42与喇叭口43相连，喇叭口用于均匀分散微波，可以根据解冻产品类型、尺寸等不同提前设计，也可后期根据需要更换组件，以确保加热的均匀性，上下两个喇叭口各通过微波窗口44与中心的加热腔45相连，微波透过微波窗口进入加热腔，微波窗口还可以防止水蒸气及灰尘等进入仪器；所述微波源为433MHz固态微波源；如图6所示，加热腔的侧面设有反射面调节装置，包括金属材质的内板451、螺丝杆452和剪叉机构453，剪叉机构453两端分别与内板451和加热腔侧面的金属板46固定连接，螺丝杆穿过金属板，末端为把手454，通过转动把手调节螺丝杆在加热腔体内长度，从而调节内板的位置，实现加热腔宽度的调节，从而根据实际情况调节电场分布，以确保加热的均匀性；433MHz波长很长，螺丝杆与孔之间是丝与丝之间接触，没有缝隙，可以防止微波泄露出来。

物料传送装置2包括机架两侧的齿轮21，安装在齿轮上的链板传送带22，链板传送带由非金属材质制成，例如但不限于塑料材质，传送带底部设有非金属材质支撑件。

物料传送装置的出料端设有红外温度测量仪7，可以实时测量样品表面温度，监测解冻情况。

机架上还设有控制系统6，包括PLC和与PLC相连的触摸屏，PLC通过线路控制物料传送装置2、金属探测器3、微波处理模块4、红外温度测量仪7和电机5。触摸屏作为操作上机位，设置运行、报警、提示等指示，建立解冻物料工艺包数据库，根据不同物料执行相关工艺，设置有料自动解冻，无料自动待机功能。

如图4所示，微波窗口为平板状，平板状为常用的微波窗口，制作方便。

微波处理模块的前后端为开口供物料传送装置穿过，物料传送装置的入料端和出料端都设置有微波抑制器，微波抑制器包括反射部分和吸收部分；反射部分通常为不规则形状的金属，吸收部分通常为石墨烯或碳化硅板，用于吸收反射回来的微波，目前市面上出售的微波抑制器都可以，具体结构可以参考专利201310631185.1《微波抑制器及隧道式微波加热系统》和2018212792024《一种群岛式微波抑制器》。检测结果显示，本申请微波运行过程中微波泄漏量一般为1-2.5mW/cm²。

实施例2：

如图5所示，微波窗口为实心圆柱型。实心圆柱型能够更好的聚焦微波。

加热腔的高度为30-60cm,宽度为30cm-60cm，适合各种肉类标准包(30*60*20cm)及不同形状尺寸的肉类及海产品的解冻。

其余均与实施例1相同。

实施例3：

微波处理器的微波功率大于等于20KW。

波导管选择国家标准BJ4，宽度为533.4、高度为266.7mm。

其余均与实施例1相同。

本装置的适用对象为各种肉类标准包(30*60*20cm)及不同形状尺寸的肉类及海产品的解冻，能将物料快速回温至-4～-2℃温度区间；包括肉类标准包(30*60*20cm，带有塑料包装膜)：鸭肉、四分体牛肉、十分体牛肉、六分体猪肉、羊肉等；形状大小不规则食品：羊腿、整只鸡鸭畜禽等；水产品：鱼滑、虾滑、鱼糜、冻虾等。可以根据对象不同，设计不同的喇叭口尺寸、微波窗口的尺寸和类型以及加热腔体的宽度，改变解冻对象时只需要根据对象更换相应尺寸的部件即可，整个生产线不用大型改建，极大提高了使用的灵活性，节省了大量成本。

解冻流程如下：物料置于食品载体上，将肉类标准块或待解冻的样品放置在传送带入料端，经金属检测器检测合格后，传送带自动运行，后经微波加热腔微波处理达到目标解冻温度，经红外温度测量仪测量温度后由出料端出料，实现快速无损解冻。

Claims (9)

1.一种433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：包括置于机架上的物料传送装置、金属探测器、微波处理模块、电机；

电机通过线路与物料传送装置相连；物料传送装置为非金属材质的传送装置，穿过微波处理模块，从金属探测器向后端方向运行；

金属探测器设置在传送带入料端一侧；金属探测器后方为微波处理模块，包括两个或两个以上顺序连接的微波处理器，各微波处理器的热型互补；

微波处理器的上部和底部分别设有一个微波源，微波源通过波导管与喇叭口相连，上下两个喇叭口各通过微波窗口与中心的加热腔相连；所述微波源为433MHz固态微波源；加热腔的侧面设有反射面调节装置，包括金属材质的内板、螺丝杆和剪叉机构，剪叉机构两端分别与内板和加热腔侧面的金属板固定连接，螺丝杆穿过金属板，末端为把手。

2.如权利要求1所述的433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：物料传送装置包括机架两侧的齿轮，安装在齿轮上的链式传送带，链板传送带由非金属材质制成，传送带底部设有非金属材质支撑件。

3.如权利要求1所述的433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：物料传送装置的出料端设有红外温度测量仪。

4.如权利要求1所述的433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：机架上还设有控制系统，包括PLC和与PLC相连的触摸屏，PLC通过线路控制物料传送装置、金属探测器、微波处理模块、红外温度测量仪和电机。

5.如权利要求1所述的433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：微波窗口为平板状或实心圆柱型。

6.如权利要求1所述的433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：加热腔的高度为30-60cm，宽度为30cm-60cm。

7.如权利要求1所述的433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：物料传送装置的入料端和出料端都设置有微波抑制器。

8.如权利要求1所述的433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：微波处理器的微波功率大于等于20KW。

9.如权利要求1所述的433MHz加热腔腔体及固态源工业化解冻设备，其特征在于：波导管的宽度为533.4，高度为266.7mm。

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