一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室的製作方法
2023-07-20 04:04:56 1
一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室。它由1個帶有接線端的圓環狀金屬高壓電極、1個圓環中心呈圓柱狀的接地電極調節杆、2個不同流道形狀的絕緣內腔體和1個絕緣外腔體組成。兩絕緣內腔體位於高壓電極兩側，內嵌於絕緣外腔體，通過密封圈與絕緣外腔體及高壓電極片連接，形成密封結構。本發明中通過更換不同內圓直徑的高壓電極片實現電極間距可調，電極片內外圓都進行倒角，降低電極附近存在的尖峰電場。本發明結構簡單，拆卸方便，可以根據不同的食品物料特性改變流道形狀改善處理室內電場強度與流料特性。
【專利說明】一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高壓脈衝電場殺菌同軸處理室，具體來說是一種流道形狀可變的高壓脈衝電場殺菌同軸處理室。
[0002]隨著生活水平的日益提高，人們對食品質量需求愈趨升高。為保持食品感官和營養價值的最小損耗，非熱殺菌技術開始被廣泛的應用於食品加工中，高壓脈衝電場(PEF)殺菌技術是最具工業發展前景的非熱殺菌技術之一，PEF殺菌具有殺菌效果好，一般能減小6個對數周期，殺菌時間短，殺菌溫升低，對食品的化學成分、外觀及風味等基本無影響，能耗小，對環境基本無汙染等優點。
[0003]一個完整的PEF系統主要包括四個部分:脈衝發生器、處理室、流體處理系統和監控輔助系統。處理室是PEF殺菌系統的重要組成部分，它用來裝載待處理的物料和存放電極，並且在處理室內直接施加高壓脈衝電場。處理室一般由兩個電極和裝載電極的絕緣體材料構成。根據物料是否流動，處理室分為靜態式和連續式；根據電極的形式分為平板式、同軸式和共場式三種。
[0004]電場強度是影響高壓脈衝電場殺菌效果的最重要因素，隨著電場強度的增加，殺菌效果明顯增強。為了確保良好的殺菌效果，電場強度一般控制在20-70kV/cm範圍內，高壓脈衝發生器產生的方波脈衝寬度控制在I?10μ S內。目前國際上普遍採用共場處理室進行高壓脈衝電場殺菌，但是共場處理室處理量小，無法適應工業規模處理量的需求，此外共場處理室加工完成之後，電極間距無法改變，液體物料流動特性也無法改變，不同特性的食品物料在處理室內需要充分混合才能達到較好的殺菌效果，顯然共場處理室無法滿足要求。處理室內的電場強度分布取決於處理室內腔體結構，高壓脈衝發生器產生的高電壓，窄脈衝，高頻率等技術難度大，成本高，這些問題直接制約了高壓脈衝電場殺菌技術的發展與應用。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種流道形狀可變的高壓脈衝電場同軸處理室，目的是解決目前處理室電極間距固定、電場強度分布不可改變、處理室內物料混合不均勻等問題。本發明在脈衝發生器產生相同方波脈衝條件下，通過改變電極間距改善電場強度分布，改變絕緣內腔體結構，使得不同物料在處理室內充分混合，達到更好殺菌效果，促進高壓脈衝電場殺菌技術的發展與應用。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採取的技術方案如下:
[0007]—種流道形狀可變的高壓脈衝電場殺菌系統的同軸處理室由帶有接線端的圓環狀金屬高壓電極片、圓柱狀的接地電極杆、左側絕緣內腔體、右側絕緣內腔體、進料口、出料口和絕緣外腔體組成，左側絕緣內腔體與右側絕緣內腔體設計為可拆卸式，和金屬高壓電極共同形成處理室腔體，進料口通道與絕緣外腔體通道相貫，出料口通道軸線與接地電極杆軸線共線，接地電極杆與絕緣外腔體採用內螺紋連接。接地電極杆外端有刻度，用於控制流經處理室的流量。高壓電極內圓中心軸、接地電極杆中心軸同軸度為0.02mm，通過更換經過倒圓角的高壓電極片和絕緣內腔體，可以改變電極間距。高壓電極內圓倒角降低了電極附近存在的尖峰電場，避免了因局部電場過高而引起「放電」問題，而且可以獲得分布較為均勻的電場強度。
[0008]為保證處理室的穩定耐用性及食品安全性，金屬高壓電極與接地電極杆的材料均選擇不鏽鋼316L，絕緣體材料選擇耐高溫、耐腐蝕的聚四氟乙烯(PTFE)。
[0009]本發明提供的流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室可以根據不同液體食品物料調整處理室內腔體結構，既可以改變待處理物料的處理量，又能夠改善處理室內流料特性，金屬高壓電極片內外圓的倒角降低了電極內圓附近出現的最高電場強度，增大了處理室能夠承受的最高電壓，保證系統安全性。本發明結構簡單，成本低廉、加工方便、便於拆裝，可促進高壓脈衝電場殺菌技術的發展與應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的處理室剖面示意圖
[0011]圖2是金屬高壓電極的輪廓圖
[0012]圖3是本發明圖1的左視圖
[0013]圖4是未倒角的處理室腔體電場強度分布圖
[0014]圖5是倒角後的處理室腔體電場強度分布圖
[0015]圖6是通用同軸處理室流場分布圖
[0016]圖7是流道形狀可調的同軸處理室流場分布圖
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本
【發明內容】
進行詳細說明:
[0018]如圖1所示，本發明提供的一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室由帶接線端的圓環狀金屬高壓電極片(I)、位於圓環中心成圓柱狀的接地電極杆(2)、左側絕緣內腔體(3)、右側絕緣內腔體(4)、進料口(5)、出料口(6)和絕緣外腔體(7)組成，高壓電極嵌入在左側絕緣內腔體(3)與右側絕緣內腔體(4)之間形成處理室內腔體，左側絕緣內腔體絕緣體(3)和右側內腔體絕緣體(4)的外圓柱面與絕緣外腔體(7)的內圓柱面採用過渡配合連接，其端面與絕緣外腔體(7)和金屬高壓電極(I)之間使用密封圈進行密封，進料口(5)通道與絕緣外腔體(7)通道相貫，垂直於接地電極杆(2)，出料口(6)通道軸線與接地電極杆⑵軸線共線，接地電極杆⑵與絕緣外腔體(7)採用內螺紋連接。通過更換不同內圓直徑的高壓電極片⑴實現電極間距可調，電極片內外圓都進行倒角，降低電極附近存在的尖峰電場。本發明結構簡單，拆卸方便，可以根據不同的食品物料特性改變流道形狀改善處理室內電場強度與流料特性。
[0019]金屬高壓電極與接地電極杆的材料均選擇不鏽鋼316L，絕緣體材料選擇耐高溫、耐腐蝕的聚四氟乙烯(PTFE)。金屬高壓電極的外形如圖2所示，其接線端和處理腔體內部分使用光滑圓弧連接，外輪廓和內輪廓均使用半徑為0.2_的圓角，可以避免電場尖峰的出現，防止放電。
[0020]圖4和圖5分別是同軸處理室的高壓電極片未倒角和倒角後的處理室腔體的電場強度分布圖。當高壓脈衝發生器輸出電壓為10kv，高壓電極片與接地電極之間的距離為3mm時，圖4可以看出在電極與絕緣體的交界處有明顯的尖峰電場，處理室內的電場強度峰值達到72.089kV/cm，局部過高的電場強度分布容易導致處理室內出現「放電」問題。而圖5高壓電極與絕緣體接觸地的最高電場強度僅為58.798kV/cm,對比圖4，圖5的結構變化避免了局部電場強度過高造成的尖峰放電而可能引起的系統損壞。
[0021]通用同軸殺菌處理室、新型同軸殺菌處理室流場分布圖如圖6、圖7所示。同軸殺菌處理室的仿真模型中，流體物料進入殺菌處理室入口的流速(流體流速為0.4m/s)都是一樣的。圖中流線圖顯示通用同軸殺菌處理室內的流體物料的流動狀態比較平穩，而新型同軸殺菌處理室改變絕緣體流道形狀後物料的流動狀態呈現明顯的湍流狀態，流體物料在殺菌處理室內充分混合，能夠使PEF殺菌處理更為均勻。
[0022]雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但其並非用於限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做各種的改動與修飾，因此本發明的保護範圍應該以權利要求書所界定的為準。
【權利要求】
1.一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室，它由帶有接線端的圓環狀金屬高壓電極(I)、位於圓環中心成圓柱狀的接地電極杆(2)、左側絕緣內腔體(3)、右側絕緣內腔體(4)、進料口(5)、出料口(6)和絕緣外腔體(7)組成，左側絕緣內腔體(3)和右側絕緣內腔體(4)內嵌於絕緣外腔體內，高壓電極嵌入在左側絕緣內腔體(3)與右側絕緣內腔體(4)之間形成處理室內腔體，進料口(5)通道與絕緣外腔體(7)通道相貫，出料口(6)通道軸線與接地電極杆⑵軸線共線，其特徵在於:接地電極杆⑵與左側絕緣體⑶採用內螺紋連接。
2.根據權利要求1所述的一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室，其特徵在於接地電極杆外端有刻度，用於控制流經處理室的流量。
3.根據權利要求1所述的一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室，其特徵在於左絕緣內腔體(3)、右側絕緣內腔體(4)通過密封圈與金屬高壓電極體(I)連接。
4.根據權利要求1所述的一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室，其特徵在於進料口(5)與接地電極杆(2)的軸線垂直。
5.根據權利要求1所述的一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室，其特徵在於高壓電極軸線與接地電極軸線垂直，電極端內圓中心軸與接地電極杆中心軸同軸。
6.根據權利要求1-5所述的一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室，其特徵在於左側絕緣內腔體和右側絕緣內腔體可更換不同的流道形狀。
7.根據權利要求1-5所述的一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室，其特徵在於金屬高壓電極(I)的處理腔內壁與接線處採用過渡圓弧連接，電極的外輪廓和內輪廓邊緣均有圓角。
8.根據權利要求1-5所述的一種流道形狀可調的高壓脈衝電場殺菌系統同軸處理室，其特徵在於通過更換內圓倒角的高壓電極片和絕緣內腔體，可以改變電極間距。
【文檔編號】A23L1/015GK104171767SQ201410389160
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】平雪良, 田媛, 姚文龍, 蔣毅, 白亮亮 申請人:江南大學