本發(fā)明屬于食品的加熱殺菌裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于食品物料(普通流體，含顆粒流體以及高粘度流體)加工的微波歐姆聯(lián)合加熱殺菌裝置，特別涉及一種可以實(shí)現(xiàn)流體與固體顆粒同步升溫、加熱溫度可控及殺菌效果可評(píng)價(jià)的連續(xù)型流體食品歐姆微波聯(lián)合加熱殺菌系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在食品加工行業(yè)，含有固體顆粒的流體食品加熱殺菌通常采用對(duì)流、傳導(dǎo)等傳統(tǒng)加熱方法，由于固體和液體的加熱速度不同容易造成顆粒食品外表過熱煮爛而影響顆粒的完整性，營養(yǎng)成分也受到極大的破壞，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值和營養(yǎng)價(jià)值。

歐姆加熱可以在食品物料連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)下利用物料本身的電阻特性將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)內(nèi)部無溫度梯度的均勻快速加熱，與此同時(shí)，歐姆加熱能改變微生物細(xì)胞膜的通透性，降低殺菌溫度，實(shí)現(xiàn)低溫滅菌，節(jié)約能源。但是由于電極排列、混合物料的電阻分布不均勻等問題，導(dǎo)致含顆粒的流體食品難以實(shí)現(xiàn)固液同時(shí)升溫。

微波加熱使用2450MHz的微波穿透物料作用與分子內(nèi)部加熱，避免了傳統(tǒng)加熱方式造成的中心升溫慢的問題，可以實(shí)現(xiàn)快速加熱，同時(shí)，由于其加熱效率與物料的介質(zhì)損耗因數(shù)相關(guān)，可以對(duì)混合物料中介質(zhì)損耗因數(shù)不同的部位進(jìn)行選擇性加熱，導(dǎo)致加熱不均勻；同時(shí)微波傳輸過程中存在能量損耗等問題，加劇了混合物料內(nèi)部料溫度分布的不均勻性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足，提出一種連續(xù)型流體食品歐姆微波聯(lián)合加熱殺菌系統(tǒng)，綜合兩種加熱殺菌方法的優(yōu)勢(shì)，缺陷互補(bǔ)。本發(fā)明可以通過微波加熱與歐姆加熱兩種加熱技術(shù)的聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)加熱區(qū)管道內(nèi)流體食品及其所含顆粒的均勻連續(xù)快速的加熱與殺菌。

本發(fā)明提出一種連續(xù)型流體食品歐姆微波聯(lián)合加熱殺菌系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含物料罐三個(gè)(1a，1b，1c)，單向閥一個(gè)(13)，螺桿泵一臺(tái)(14)，單片機(jī)控制器一臺(tái)(6)，環(huán)形電極兩個(gè)(5a，5b)，聚四氟乙烯加熱管道三節(jié)(15a，15b，15c)，可控電源一套(3)，微波加熱裝置三套(4a，4b，4c)，電磁閥兩個(gè)(8a，8b)，管式換熱器兩個(gè)(12a，12b)，保溫管一個(gè)(11)，含上位機(jī)程序的電腦一臺(tái)(7)，DS18B20溫度傳感器四個(gè)(10a，10b，10c，10d)，微波控制單元一個(gè)(2)，流量計(jì)一個(gè)(9)以及連接各部分所需的不銹鋼管道。其特征在于所述的物料罐(1a)設(shè)置用于承接原料物料罐(1b)設(shè)置用于承接合格產(chǎn)品，物料罐(1c)設(shè)置用于承接不合格產(chǎn)品，分別位于系統(tǒng)的頭部和尾部；所述的單向閥(13)設(shè)置用于控制原料流入系統(tǒng)，并防止物料回流，其入口與物料罐(1a)的出口通過法蘭與不銹鋼管道連接；所述的螺桿泵(14)設(shè)置用于為進(jìn)入系統(tǒng)的原料注入運(yùn)行的動(dòng)力，使得物料能夠在系統(tǒng)中順利流動(dòng)并且控制物料流動(dòng)的速度，其入口處通過快裝卡箍與手控單向閥(13)出口所接的不銹鋼管道相連接；所述的兩個(gè)管式換熱器(12a，12b)設(shè)置，位于系統(tǒng)上游的管式換熱器(12a)用于對(duì)加熱后產(chǎn)品的預(yù)冷卻處理，同時(shí)利用余熱給新進(jìn)入系統(tǒng)的物料進(jìn)行預(yù)熱，其冷流體進(jìn)口通過法蘭與手控單向閥(13)出口所接的不銹鋼管道相連接，其熱流體進(jìn)口通過法蘭與保溫管(11)出口所連的不銹鋼管道相連接，位于系統(tǒng)下游的管式換熱器(12b)用于對(duì)加熱后產(chǎn)品的最終冷卻處理，使得物料能夠滿足成品要求，其熱流體進(jìn)口通過法蘭與管式換熱器(12a)的熱流體出口所接的不銹鋼管道相連接；所述的聚四氟乙烯加熱管道(15a，15b，15c)設(shè)置用于將通電的電極與不銹鋼管道隔離，同時(shí)能夠使微波以極少的損耗透射進(jìn)入物料內(nèi)部，完成加熱作用，各節(jié)管道之間通過法蘭連接密封，其入口處，即聚四氟乙烯加熱管道(15a)通過法蘭與從管式換熱器(12a)冷流體出口所接的不銹鋼管相連接；所述的兩個(gè)環(huán)形電極(5a，5b)設(shè)置用于在加熱區(qū)管道內(nèi)部形成電場(chǎng)，對(duì)流過管道的流體進(jìn)行加熱，其通電電壓與頻率受可控電源(3)的控制，兩個(gè)電極分別嵌在每兩節(jié)聚四氟乙烯加熱管道(15a，15b，15c)之間，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示；所述的微波加熱裝置(4a，4b，4c)設(shè)置用于發(fā)出工頻(2450MHz)微波，通過微波加熱裝置(4a，4b，4c)的矩形波導(dǎo)腔進(jìn)入圓柱形波導(dǎo)腔，進(jìn)而透過聚四氟乙烯加熱管道(15a，15b，15c)加熱原料，并可以接受來自微波控制單元(2)的信號(hào)調(diào)整輸出的微波功率和微波加熱的通斷，滿足不同物料的要求，微波加熱裝置(4a，4b，4c)通過如圖2所示的結(jié)構(gòu)分別卡在聚四氟乙烯加熱管道的中部；所述的保溫管(11)設(shè)置用于對(duì)加熱完成的物料進(jìn)行保溫，以達(dá)到更好的殺菌效果，其入口所接的不銹鋼管道與聚四氟乙烯加熱管道(15c)通過法蘭相連接；所述的電磁閥(8a，8b)設(shè)置用于接受來自單片控制器的信號(hào)，控制成品的流向，物料被含上位機(jī)程序的電腦(7)判定為合格，則合格品電磁閥(8b)打開，否則廢品電磁閥(8a)打開，兩電磁閥通過法蘭順序接在管式換熱器(12b)的的熱流體出口所接的不銹鋼管道上；所述的單片機(jī)控制器(6)設(shè)置用于和DS18B20溫度傳感器(10a，10b，10c，10d)、流量計(jì)(9)、可控電源(3)、微波控制單元(2)以及含有上位機(jī)程序的電腦(7)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)(各個(gè)溫度傳感器測(cè)得的溫度，電流，電壓以及微波加熱的功率)的采集與分析和加熱參數(shù)(電流，電壓以及微波加熱的功率)及系統(tǒng)動(dòng)作(電磁閥的開閉)的控制；所述的可控電源(3)設(shè)置用于控制加熱區(qū)的電源，并可以接受來自單片機(jī)控制器(6)的信號(hào)調(diào)節(jié)輸出電壓和輸出電壓的頻率，同時(shí)將導(dǎo)線上的電壓，電流等參數(shù)反饋給單片機(jī)控制器(6)，由單片機(jī)控制器(6)發(fā)送給含上位機(jī)程序的電腦(7)，從而方便數(shù)據(jù)分析；所述的含上位機(jī)程序的電腦(7)設(shè)置用于接收來自單片機(jī)控制器(6)的數(shù)據(jù)(歐姆加熱的電壓，電流，頻率，微波加熱的功率，各個(gè)溫度采集節(jié)點(diǎn)的溫度以及流量等數(shù)據(jù))進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并判定加熱殺菌是否合格，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果反饋給單片機(jī)控制器(6)；所述的DS18B20溫度傳感器(10a，10b，10c，10d)設(shè)置用于對(duì)各個(gè)溫度采集點(diǎn)進(jìn)行溫度采集并將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)控制器(6)；所述的微波控制單元(2)設(shè)置用于控制微波輸入功率，滿足不同物料對(duì)微波加熱的需求，以更好地與歐姆加熱相協(xié)作；所述的流量計(jì)(9)設(shè)置用于檢測(cè)系統(tǒng)流量，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)整系統(tǒng)的處理能力，同時(shí)將數(shù)據(jù)返回給單片機(jī)控制器(6)，進(jìn)而反饋給含上位機(jī)程序的電腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

本發(fā)明的的優(yōu)點(diǎn)是：

通過歐姆加熱不均勻性與微波加熱不均勻性的互補(bǔ)作用，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)同一截面，固液同步升溫，從而改善殺菌效果；與傳統(tǒng)加熱殺菌裝置相比，本系統(tǒng)配套設(shè)備少，能源利用更高效；其微波加熱與歐姆加熱采用獨(dú)立控制，因此系統(tǒng)本身易于控制且工作方式多樣，既可以單獨(dú)使用一種加熱方式也可以通過合理調(diào)節(jié)歐姆加熱與微波加熱各自的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物料的聯(lián)合加熱；此外，本系統(tǒng)相較于現(xiàn)有系統(tǒng)具有易于擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，既可以作為生產(chǎn)裝備使用，也可以作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究兩種加熱方式及聯(lián)合加熱下的不同參數(shù)設(shè)置對(duì)不同物料的加熱殺菌效果。

附圖說明

圖1是一種連續(xù)型流體食品歐姆微波聯(lián)合加熱殺菌系統(tǒng)示意圖。

圖2是歐姆微波加熱區(qū)管道組成結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖3是歐姆微波加熱區(qū)管道組成結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖。

圖1附圖標(biāo)記：

1a-原料罐 1b-合格產(chǎn)品罐 1c-不合格產(chǎn)品罐 2-微波控制單元 3-可控電源 4-微波加熱裝置 5-電極 6-單片機(jī)控制器 7-含上位機(jī)程序的電腦 8a-不合格產(chǎn)品電磁閥 8b-合格產(chǎn)品電磁閥 9-流量計(jì) 10a-溫度傳感器 10b-溫度傳感器 10c-溫度傳感器 10d-溫度傳感器 11-保溫管 12a-管式換熱器 12b-管式換熱器 13-手控單向閥 14-螺桿泵 15-聚四氟乙烯加熱管道 所有中間連接的不銹鋼管道用粗實(shí)線代替。

圖2附圖標(biāo)記：

1-聚四氟乙烯加熱管道 2-連接螺栓 3-環(huán)狀電極 4-含接口波導(dǎo)腔 5-不含接口波導(dǎo)腔 6-O型密封圈 7-絕緣蓋板

圖3附圖標(biāo)記：

1-聚四氟乙烯加熱管道 2-聚四氟乙烯加熱管道擴(kuò)展孔 3-波導(dǎo)腔擴(kuò)展孔 4-含接口波導(dǎo)腔 5-不含接口波導(dǎo)腔 6-波導(dǎo)腔連接螺栓

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。該系統(tǒng)示意圖僅說明本發(fā)明的基本構(gòu)成。

參閱圖1，如圖1所示的本發(fā)明一種連續(xù)型流體食品歐姆微波聯(lián)合加熱殺菌系統(tǒng)，包括物料罐三個(gè)(1a，1b，1c)，單向閥一個(gè)(13)，螺桿泵一臺(tái)(14)，單片機(jī)控制器一臺(tái)(6)，環(huán)形電極兩個(gè)(5a，5b，)，聚四氟乙烯加熱管道三節(jié)(15a，15b，15c)，可控電源一套(3)，微波加熱裝置三套(4a，4b，4c)，電磁閥兩個(gè)(8a，8b)，管式換熱器兩個(gè)(12a，12b)，保溫管一個(gè)(11)，含上位機(jī)程序的電腦一臺(tái)(7)，DS18B20溫度傳感器四個(gè)(10a，10b，10c，10d)，微波控制單元一個(gè)(2)，流量計(jì)一個(gè)(9)和連接各部分所需的不銹鋼管，具體的操作過程如下：連接好各段不銹鋼管道后，檢查以下裝置狀態(tài)：單向閥(14)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，不合格產(chǎn)品電磁閥(8a)處于常開狀態(tài)，合格產(chǎn)品電磁閥(8b)處于常閉狀態(tài)；將原料倒入原料罐(1a)；給整個(gè)系統(tǒng)供電，將含上位機(jī)程序的電腦(7)打開并加載相應(yīng)程序，打開單片機(jī)控制器(6)，打開可控電源(3)，微波控制單元(2)處于工作狀態(tài)，進(jìn)行磁控管預(yù)熱，管式換熱器(12b)的冷卻水暢通；打開螺桿泵(14)，調(diào)整至合適流量，液態(tài)物料通過管道進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)，物料依次通過手控單向閥(13)、螺桿泵(14)，進(jìn)入管式換熱器(12a)，初次流經(jīng)管式換熱器(12a)時(shí)，沒有預(yù)熱作用，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，新流入系統(tǒng)的物料在管式換熱器(12a)處與加熱后的物料進(jìn)行熱交換，一方面冷卻保溫殺菌后的物料，一方面對(duì)新進(jìn)入系統(tǒng)的物料進(jìn)行預(yù)熱，以適當(dāng)提高物料的電導(dǎo)率，為后續(xù)的歐姆加熱做準(zhǔn)備；物料流出管式換熱器(12a)，進(jìn)入聚四氟乙烯加熱管道，此時(shí)兩個(gè)電極(5a，5b)已經(jīng)通電，高電勢(shì)與接地相間排布，微波經(jīng)由微波加熱裝置(4a，4b，4c)進(jìn)入管道，物料在電場(chǎng)與磁場(chǎng)的組合作用下被加熱；物料流出加熱區(qū)后，進(jìn)入到保溫管(11)，進(jìn)行保溫和深層次的殺菌；物料流出保溫管(11)后，進(jìn)入到管式換熱器(12a)，與新進(jìn)入系統(tǒng)的物料進(jìn)行熱交換，產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)冷卻處理，提高了能源利用率；物料流出管式換熱器(12a)后，進(jìn)入管式換熱器(12b)，通過與冷卻水進(jìn)行熱交換，將產(chǎn)品冷卻至所需溫度；產(chǎn)品流出管式換熱器(12b)后沿著不銹鋼管道流動(dòng)至不合格產(chǎn)品電磁閥(8a)、合格產(chǎn)品電磁閥(8b)所在的分流處；此時(shí)溫度傳感器(10a)、溫度傳感器(10b)、溫度傳感器(10c)、溫度傳感器(10d)采集到的溫度數(shù)據(jù)，流量計(jì)(9)采集到的流量數(shù)據(jù)，可控電源(7)讀取到的各個(gè)電極間的電壓、電流、頻率等數(shù)據(jù)以及微波控制單元(2)的微波功率等數(shù)據(jù)均已經(jīng)通過單片機(jī)控制器(6)發(fā)送到含上位機(jī)程序的電腦(7)，通過上位機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)的分析與計(jì)算，若判定此時(shí)到達(dá)分流處的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)，則向單片機(jī)控制器(6)發(fā)出指令，由單片機(jī)控制器(6)驅(qū)動(dòng)打開合格產(chǎn)品電磁閥(8b)并關(guān)閉不合格產(chǎn)品電磁閥(8a)，產(chǎn)品通過合格產(chǎn)品電磁閥(8b)流入合格產(chǎn)品罐，若經(jīng)上位機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)的分析和計(jì)算判定此時(shí)到達(dá)分流處的產(chǎn)品不符合標(biāo)準(zhǔn)，則不做出任何動(dòng)作，產(chǎn)品通過不合格產(chǎn)品電磁閥(8a)流入不合格產(chǎn)品罐(1c)。

在系統(tǒng)運(yùn)行期間，對(duì)于不同的物料要對(duì)流量、電壓、微波加熱功率等三大主要因素進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)改變系統(tǒng)物料時(shí)，可以通過單片機(jī)控制器(6)的按鍵輸入調(diào)整電壓及微波加熱功率，通過調(diào)整螺桿泵(14)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)整系統(tǒng)的流量，通過對(duì)以上三大因素的反復(fù)調(diào)整，最終使得出口產(chǎn)品達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，之后隨著螺桿泵(14)的驅(qū)動(dòng)，物料源源不斷地進(jìn)入系統(tǒng)，不斷重復(fù)上述過程，即可完成物料的加熱殺菌。

參閱圖2及圖3，加熱區(qū)組成主要由聚四氟乙烯加熱管道(1)、連接螺栓(2)、環(huán)狀電極(3)、含接口波導(dǎo)腔(4)、不含接口波導(dǎo)腔(5)、O型密封圈(6)、絕緣蓋板(7)等組成，加熱區(qū)管道以圖2及圖3所示結(jié)構(gòu)為單元連接而成，聚四氟乙烯加熱管道(1)在兩端加工有凸緣，且凸緣上均布六個(gè)螺紋孔(由圖3聚四氟乙烯加熱管道(1)可見)，在聚四氟乙烯加熱管道(1)中部和不含接口波導(dǎo)腔(5)頂部開有擴(kuò)展孔，方便插入傳感器以及信號(hào)線的伸出(由圖3聚四氟乙烯加熱管道擴(kuò)展孔(2)和不含接口波導(dǎo)腔擴(kuò)展孔(3)可見)，若無此項(xiàng)需求，擴(kuò)展孔由配對(duì)塞子進(jìn)行密封；環(huán)狀電極(3)與聚四氟乙烯加熱管道(1)同軸間隙配合，插入到聚四氟乙烯加熱管道(1)端部的凹槽，環(huán)狀電極(3)與凹槽之間墊有O型密封圈(6)；絕緣蓋板(7)造型為中部開有圓孔的套類零件，與電極同軸間隙配合，電極接線柱由絕緣蓋板(7)的圓孔引出；每兩節(jié)聚四氟乙烯加熱管道之間通過6個(gè)連接螺栓(2)上緊；含接口波導(dǎo)腔(4)與不含接口波導(dǎo)腔(5)通過圖3所示的連接螺栓(6)連接，并卡在聚四氟乙烯加熱管道(1)的兩凸緣處，形成對(duì)微波的密封，微波經(jīng)由含接口波導(dǎo)腔(4)的上部方形接口導(dǎo)入到波導(dǎo)腔進(jìn)而透射過聚四氟乙烯加熱管道(1)對(duì)物料進(jìn)行加熱。