PL215483B1 - Komora rezonansowa, zwlaszcza urzadzenia do pasteryzacji produktów cieklych - Google Patents

Abstract

Komora rezonansowa (1) ma postać wydłużonego kształtownika zamkniętego. Do ścian komory (1) zamocowane są generatory mikrofal, skierowane antenami (3, 4) do wnętrza komory (1). Do pierwszej ściany komory zamocowane są generatory mikrofal z antenami (3), zaś i do przeciwległej ściany komory rezonansowej zamocowane są generatory mikrofal z antenami (4). Generatory mikrofal na pierwszej ścianie komory zamocowane są tak, że w rzucie prostopadłym na ścianę przeciwległą komory anteny dwóch sąsiadujących ze sobą magnetronów są usytuowane po przeciwległych stronach przewodu (2) przepływu produktu. Anteny (3) kolejnych magnetronów pierwszego szeregu znajdują się raz po lewej i raz po prawej stronie przewodu (2) przepływu produktu. Podobnie anteny (4) kolejnych magnetronów drugiego szeregu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest komora rezonansowa, zwłaszcza urządzenia do pasteryzacji produktów ciekłych, przede wszystkim cieczy o różnej gęstości w przemyśle żywnościowym, w przemyśle farmaceutycznym lub w innych dziedzinach przemysłu. W urządzeniu według wynalazku, dla pasteryzacji wykorzystuje się energię promieniowania mikrofalowego.

Warunkiem prowadzenia szeregu procesów przemysłowych w tym w dziedzinie przemysłu żywnościowego, w dziedzinie chemii, farmacji, ale także przy rozmnażaniu kultur biologicznych, jest zachowanie sterylnych warunków, poprzez eliminację wszelkich niepożądanych drobnoustrojów oraz ich postaci zarodnikowych w całości procesu produkcyjnego. Jednym z warunków prawidłowości rezultatu wymienionych procesów produkcyjnych, jest czystość użytych substratów, ale także produktów, w tym substancji płynnych o różnym stopniu gęstości. W szeregu przypadkach składniki cieczy mogą sprzyjać rozwojowi drobnoustrojów, jeśli użyte substraty, w tym ciecze są niedokładnie wyjałowione. Dla eliminacji tych zagrożeń, niezbędna jest pasteryzacja w kierunku jak najpełniejszego wyjałowienia wymienionych płynnych lub półpłynnych produktów, lub substratów do dalszych operacji technologicznych, lub do pakowania.

Znanych jest szereg sposobów i urządzeń do pasteryzacji produktów płynnych lub półpłynnych. W większości przypadków proces ten polega na ogrzewaniu produktu, w tym znane są technologie i urządzenia wykorzystujące do tego celu promieniowanie, w tym promieniowanie mikrofalowe, o częstotliwości w zakresie od 1 GHz do 150 GHz, dla podgrzania tego rodzaju produktów, do temperatury pasteryzacji.

W sytuacji, gdy ze względów technologicznych produkt nie powinien mieć styku z powierzchnią grzewczą, szereg rozwiązań przewiduje zastosowanie technologii z wykorzystaniem ultradźwięków. Prezentowany wynalazek dotyczy urządzenia, w szczególności komory rezonansowej do ogrzewania produktu, zwłaszcza płynu, z wykorzystaniem generatorów mikrofal, szczególnie w postaci magnetronów.

Znany jest z opisu patentowego zgłoszenia międzynarodowego nr WO 2008/013449 proces sterylizacji i pasteryzacji suchych i ciekłych produktów, szczególnie produktów farmaceutycznych oraz produktów spożywczych mikrofalami o wysokiej częstotliwości. Ten znany proces przebiega bez podgrzewania które mogłoby prowadzić do znaczących zmian fizycznych lub chemicznych, które mogłyby mieć szkodliwy wpływ na jakość produktu. W tym znanym procesie produkt jest poddany promieniowaniu mikrofalowemu o częstotliwości i natężeniu wystarczającym do przeniknięcia przez produkt w krótkim okresie czasu, zasadniczo w czasie jednej minuty lub krótszym. W tym znanym rozwiązaniu odpowiednia częstotliwość w praktyce do typowych zastosowań zmieści się w zakresie od około

100 MHz do 110 GHz, i odpowiednie natężenie będzie w przybliżonym zakresie od 100 do 1,6 miliona ₂ watów/cm². Korzystny okres czasu kiedy produkt jest eksponowany w środowisku mikrofal wynosi nie więcej niż 60 sekund, bardziej korzystny przedział według tego znanego rozwiązania wynosi 0,001 - 5 sekund, natomiast najbardziej korzystny przedział zamyka się w czasie nie większym niż 1 sekunda.

Inne znane rozwiązanie tego rodzaju urządzenia przedstawiono w opisie patentowym australijskim nr AU 629348. Według tego znanego rozwiązania w najprostszej jego formie, przewodnik fal stanowi przewód uformowany z jednym lub więcej otworami na jego powierzchni dla umożliwienia ogrzewania wybranego obszaru systemu i ta kolumna jest otoczona przez płaszcz z materiału o niskim stopniu dielektryczności, takiego jak teflon, szkło lub inne odpowiednie kompozyty lub inne dielektryczne materiały, które są dostatecznie stratne w naturze, dla oddzielenia materiału do grzania od przewodnika fal. Ten płaszcz jest otoczony kolejnym płaszczem ze słabo przewodzącego materiału dielektrycznego, który jest otoczony przez metalowy płaszcz który całkowicie zamyka te przewodniki fal. Przy użyciu odpowiedniego metalu, jak stal, kolejny płaszcz może być pominięty. Podobnie płaszcz z nisko przewodzącego materiału otaczający przewodnik fal, może dla niektórych rodzajów materiałów grzanych, być zastąpiony inną nisko przewodzącą barierą, taką jak powietrze lub inne kurtyny gazowe, rozumiane jako nisko przewodzące oddzielające bariery. Według tego znanego rozwiązania mikrofalowy system grzewczy zawiera źródło promieniowania mikrofalowego, przewodnik fal zawierający to źródło, umożliwiające promieniowanie mikrofalowe z tego przewodnika promieniowania, zawierające materiał ochronny przed upływem promieniowania na zewnątrz i częściowo otaczający wymieniony przewodnik promieniowania, w który wprowadzany jest materiał do pasteryzacji i zawierający w części uformowany z materiału odbijającego mikrofale dla wprowadzenia tego materiału

PL 215 483 B1 do grzania do tego obszaru i dla ochrony przed rozpływem wymienionego promieniowania mikrofalowego. Według tego znanego rozwiązania, sposób ogrzewania materiału polega na przepływie promieniowania mikrofalowego przez przewodnik promieniowania, emitowania tego promieniowania z przewodnika promieniowania w jednym lub więcej położeniach, do materiału podlegającego pasteryzacji.

Kolejne znane rozwiązanie sposobu i urządzenia do pasteryzacji przepływającego produktu bez zagrożenia przypaleniem przedstawiono w opisie patentowym zgłoszenia międzynarodowego nr WO 96/36246. Według tego znanego rozwiązania ogrzewanie mikrofalowe jest tu użyte do stopniowego podniesienia temperatury płynu aż do temperatury pasteryzacji. Korzystnie, płyn podgrzewany jest wstępnie do temperatury niższej o kilka stopni od temperatury pasteryzacji. Powierzchnia grzewcza i regeneracja ciepła mogą być użyte do wstępnego podgrzewania płynu. W tym znanym rozwiązaniu urządzenie do przeprowadzenia termicznej pasteryzacji i dezaktywacji enzymatycznej jest zestawione z zespołu wejściowego, zespołu wstępnego podgrzewania i zespołu ogrzewania mikrofalowego. W korzystnym wykonaniu zespół podgrzewania wstępnego zawiera zespół odzysku ciepła oraz zespół powierzchniowego ogrzewania. Zespół wejściowy zawiera wlot cieczy przeznaczonych do pasteryzacji takich jak koncentraty soków owocowych, mleko lub płyny biologiczne. Jest istotne aby pasteryzacja przebiegała w komorze, bez niebezpieczeństwa przypalenia takich produktów. Urządzenie zawiera zespół do wstępnego podgrzewania przepływającej cieczy do temperatury poniżej temperatury pasteryzacji, oraz zespół mikrofalowy do ogrzewania wstępnie podgrzanej cieczy do temperatury pasteryzacji, gdzie zespół mikrofalowy zanocowany na komorze do pasteryzacji emituje energię mikrofalową do przepływającej cieczy wstępnie ogrzanej do temperatury nie powodującej przypalenia przepływającej cieczy. Stopień wstępnego ogrzania chroni ciecz przed wejściem w obszar temperatury pasteryzacji. W zespole ogrzewania mikrofalowego znajduje się kilka połączonych przewodów o spiralnej konfiguracji, przy czym te przewody są transparentne dla energii mikrofalowej i są ustawione w całości w zespole mikrofalowym. W tym rozwiązaniu zespół mikrofalowy zawiera co najmniej jedno źródło promieniowania mikrofalowego wysokiej częstotliwości i pasteryzowana ciecz przepływa określony odcinek drogi w tym obszarze wysokiego promieniowania mikrofalowego.

W innym rozwiązaniu znanym z opisu patentowego japońskiego nr JP 1 202 276 przedstawiono proces ciągły pasteryzacji i sterylizacji produktu żywnościowego w postaci sypkiej. Zamknięta przestrzeń komory wewnątrz której obraca się przenośnik ślimakowy wykonany z odpornego na temperaturę oraz odpornego na ciśnienie materiału, znajduje się w polu elektrycznym oscylatora o wysokiej częstotliwości. Sproszkowana żywność doprowadzana jest do zamkniętej przestrzeni pasteryzacji i przemieszczana pod naciskiem i w obecności ogrzewania przenośnikiem śrubowym. Jednocześnie sproszkowana żywność może być ogrzewana pasteryzowana i sterylizowana w ruchu ciągłym, w krótkim czasie bez utraty walorów organoleptycznych.

Według kolejnego rozwiązania znanego z japońskiego opisu patentowego nr JP 63065251, ciecz przeznaczona do ogrzewania przepływa przez przewód z tworzywa sztucznego z określoną prędkością przepływu. Na ten przewód skierowana jest wiązka mikrofal z generatora mikrofal. Wewnątrz odcinka przewodu, na który oddziałuje wiązka mikrofal, następuje wzrost temperatury cieczy. Generator mikrofal oraz fragment przewodu przepływu cieczy są zamknięte wewnątrz obudowy w postaci komory, zapobiegającej rozpływowi mikrofal.

Według wynalazku, komora rezonansowa, zwłaszcza urządzenia do pasteryzacji produktów ciekłych, zawiera przewód przepływu produktu wykonany z tworzywa przenikalnego dla mikrofal oraz szczelną obudowę metalową wokół tego przewodu. Do ścian obudowy komory zamocowane są generatory mikrofal skierowane antenami do wnętrza komory.

Według wynalazku, komora charakteryzuje się tym, że generatory mikrofal zamocowane są po przeciwległych stronach ścian obudowy komory naprzemianlegle. Anteny generatorów mikrofal umieszczone są wewnątrz komory naprzemianlegle, zaś każdy z dwóch anten generatorów w parze generatorów mikrofal znajduje się w obrębie tego samego odcinka przewodu przepływu produktu. Jednakże osie symetrii każdej pary przeciwległych sobie anten nie pokrywają się ze sobą, lecz są względem siebie przesunięte. W rozwiązaniu według wynalazku, jedna antena z każdej pary anten znajduje się po jednej stronie przewodu przepływu produktu, a druga antena z każdej pary anten znajduje się po drugiej stronie tego przewodu przepływu produktu.

W korzystnej wersji wynalazku, każda para anten generatorów mikrofal znajduje się wewnątrz komory rezonansowej, na poziomie tego samego miejsca długości przewodu przepływu produktu, przy czym antena generatora mikrofal omija ścianę przewodu przepływu produktu nie stykając się z tą

PL 215 483 B1 ścianą. Nie wyklucza się jednak, że antena generatora mikrofal jest może być styczna do krawędzi zewnętrznej przekroju poprzecznego ściany przewodu przepływu produktu.

Urządzenie według wynalazku opracowano dla optymalizacji prowadzenia procesów pasteryzacji cieczy w przepływie, w warunkach braku kontaktu cieczy z powierzchnią grzewczą. Dla tego celu zaproponowano usytuowanie przewodu cieczy w centralnej części komory pasteryzacyjnej natomiast na ścianach tej komory rozmieszczono naprzemianlegle anteny generatorów mikrofal, w ten sposób, że po jednej stronie przewodu przepływu cieczy na ścianie komory antena generatora mikrofal znajduje się po jednej stronie przewodu, i na tej samej wysokości komory na jej przeciwległej ścianie antena drugiego generatora mikrofal znajduje się po drugiej stronie przewodu cieczy. Poniżej i powyżej tej pary anten generatorów mikrofal znajduje się kolejna para anten generatorów mikrofal, ale usytuowana po przeciwnych stronach niż pierwsza para generatorów mikrofal. Pozwoliło to na znaczny postęp w budowie pasteryzatorów mikrofalowych, gdzie uzyskano nieoczekiwanie znaczącą poprawę wyników procesu pasteryzacji, co potwierdziły badania laboratoryjne produktów poddanych pasteryzacji w urządzeniu według wynalazku.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - komorę rezonansową w widoku z boku,

Fig. 2 - komorę rezonansową w przekroju A-A.

Jak to pokazano na załączonym rysunku fig. 1, komora rezonansowa 1 w przykładowym wykonaniu jako element urządzenia do pasteryzacji produktów ciekłych o różnym stopniu gęstości ma postać wydłużonego kształtownika zamkniętego. Jak to pokazano na rysunku fig. 2, kształtownik ma przekrój poprzeczny A-A w postaci prostokąta. Nie wyklucza to innych przykładów wykonania komory rezonansowej 1, na przykład w postaci kształtownika o przekroju okrągłym. Na rysunku pokazano jednak przykładową wersję o przekroju A-A prostokątnym. Urządzenie do pasteryzacji wyposażone jest w znane systemy podawania produktu do przewodu przepływu wewnątrz komory rezonansowej, oraz jego odbioru po pasteryzacji, a także może być wyposażone w znane systemy wstępnego podgrzewania produktu przed pasteryzacją.

Na rysunkach fig. 1 oraz fig. 2, wewnątrz komory rezonansowej pokazano przewód 2 przepływu produktu wykonany z teflonu jako tworzywa przenikalnego dla mikrofal. Przewód 2 ma średnicę 30 mm. W innych przykładach wykonania przewód 2 może mieć inne przykładowe średnice. Na załączonych rysunkach fig. 1 oraz fig. 2, pokazano szczelną dla promieniowania mikrofalowego obudowę metalową komory rezonansowej 1 wokół tego przewodu. Wzdłużna oś symetrii przewodu 2 przepływu produktu pokrywa się w tym przykładzie wykonania z wzdłużną osią symetrii komory rezonansowej. W innych przykładach wykonania te osie symetrii wzdłużnej nie muszą się pokrywać. Ściany 1.1, 1.2, 1.3, 1,4 ograniczające zamkniętą przestrzeń komory rezonansowej 1 wykonane są z tworzywa metalowego.

W przykładzie wykonania pokazanym na rysunku fig. 1 oraz fig. 2, do ścian 1.1 oraz 1.3 komory zamocowane są generatory mikrofal czyli magnetrony, skierowane antenami 3, 4 do wnętrza komory. Jak to pokazano na rysunku fig. 1 oraz fig. 2, do ściany 1.1 komory zamocowane są generatory mikrofal z antenami 3, zaś do ściany 1.3 komory rezonansowej zamocowane są generatory mikrofal z antenami 4. Na rysunkach, dla ich przejrzystości, zamiast całych magnetronów oznaczono jedynie ich anteny wprowadzone do przestrzeni wewnętrznej komory rezonansowej.

Na rysunku fig. 1 pokazano że generatory mikrofal na jednej ścianie 1.1 komory zamocowane są tak, że w rzucie prostopadłym na ścianę przeciwległą anteny dwóch sąsiadujących ze sobą magnetronów są usytuowane po przeciwległych stronach przewodu 2 przepływu produktu. A więc jak widać na rysunku fig. 1 anteny kolejnych magnetronów pierwszego szeregu znajdują się raz po lewej, raz po prawej stronie przewodu 2 przepływu produktu.

Na tym rysunku fig. 1, pokazano liniami przerywanymi anteny 4 magnetronów drugiego szeregu, rozmieszczone są na drugiej, przeciwległej ścianie 1.3, w podobnych odległościach od siebie, jak anteny 3 magnetronów pierwszego szeregu. Jak widać na rysunku fig. 1 anteny 4 kolejnych magnetronów drugiego szeregu znajdują się raz po prawej, raz lewej stronie przewodu 2 przepływu produktu.

W każdej parze magnetronów z antenami 3, 4 znajduje się jeden magnetron pierwszego szeregu oraz jeden magnetron drugiego szeregu. W przykładzie wykonania pokazanym na rysunku fig. 1, w obrębie każdego z kolejnych punktów B, C, D, E, F, G komory rezonansowej znajduje się jedna para anten 3, 4 magnetronów to znaczy jedna antena 3 pierwszego szeregu po jednej stronie przewodu 2 przepływu produktu oraz jedna antena 4 drugiego szeregu po drugiej stronie przewodu 2 przePL 215 483 B1 pływu produktu. Jak widać na rysunku fig. 1 oraz fig. 2, osie symetrii każdej pary przeciwległych sobie anten 3, 4 w obrębie każdego punktu B, C, D, E, F, G, nie pokrywają się ze sobą, lecz są względem siebie przesunięte. Punkty B, C, D, E, F, G, wyznaczono na rysunku fig. 2 jedynie dla zobrazowania na rysunku położenia kolejnych par anten 3, 4 i w tym przykładzie wykonania są one od siebie odległe o 12 cm, lecz nie ogranicza to innych przykładów wykonania, gdzie te punkty są położone w innych odległościach od siebie.

W korzystnej wersji wynalazku, każda para anten 3, 4 generatorów mikrofal znajduje się wewnątrz komory rezonansowej 1, na poziomie tego samego punktu długości B, C, D, E, F, G, przewodu 2 przepływu produktu, przy czym anteny 3, 4 generatorów mikrofal omijają ścianę przewodu 2 przepływu produktu nie stykając się z tą ścianą. Nie wyklucza się jednak, że anteny 3, 4 generatorów mikrofal mogą zajmować położenie styczne do przekroju poprzecznego ściany przewodu 2 przepływu produktu.

Claims (2)

1. Komora rezonansowa, zwłaszcza urządzenia do pasteryzacji produktów ciekłych, zawierająca przewód przepływu produktu ciekłego wykonany z tworzywa przenikalnego dla mikrofal oraz szczelną obudowę metalową w postaci odcinka kształtownika zamkniętego wokół tego przewodu, gdzie do ścian obudowy komory zamocowane są generatory mikrofal skierowane antenami do wnętrza komory, znamienna tym, że anteny (3, 4) generatorów mikrofal umieszczone są wewnątrz komory (1) naprzemianlegle, gdzie każda para anten (3, 4) generatorów mikrofal znajduje się w obrębie tego samego odcinka przewodu (2) przepływu produktu, jednakże osie symetrii każdej pary przeciwległych anten (3, 4) nie pokrywają się, lecz są względem siebie przesunięte i jedna antena (3) z każdej pary anten znajduje się po jednej stronie przewodu (2) przepływu produktu, a druga antena (4) z każdej pary anten znajduje się po drugiej stronie tego przewodu (2) przepływu produktu, przy czym każda para anten (3, 4) generatorów mikrofal znajduje się na poziomie tego samego miejsca (B, C, D, E, F, G) długości przewodu (2) przepływu produktu.

2. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że każda antena (3, 4) generatora mikrofal jest styczna do krawędzi zewnętrznej przekroju ściany przewodu (2) przepływu produktu.