一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室。它由1個帶有接線端的圓環(huán)狀金屬高壓電極、1個圓環(huán)中心呈圓柱狀的接地電極調節(jié)桿、2個不同流道形狀的絕緣內腔體和1個絕緣外腔體組成。兩絕緣內腔體位于高壓電極兩側，內嵌于絕緣外腔體，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(fā)明中通過更換不同內圓直徑的高壓電極片實現(xiàn)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(fā)明結構簡單，拆卸方便，可以根據(jù)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沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓脈沖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沖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(yǎng)價值的最小損耗，非熱殺菌技術開始被廣泛的應用于食品加工中，高壓脈沖電場(PEF)殺菌技術是最具工業(yè)發(fā)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(shù)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(huán)境基本無污染等優(yōu)點。
[0003]一個完整的PEF系統(tǒng)主要包括四個部分:脈沖發(fā)生器、處理室、流體處理系統(tǒng)和監(jiān)控輔助系統(tǒng)。處理室是PEF殺菌系統(tǒng)的重要組成部分，它用來裝載待處理的物料和存放電極，并且在處理室內直接施加高壓脈沖電場。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(jù)物料是否流動，處理室分為靜態(tài)式和連續(xù)式；根據(jù)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沖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范圍內，高壓脈沖發(fā)生器產生的方波脈沖寬度控制在I?10μ S內。目前國際上普遍采用共場處理室進行高壓脈沖電場殺菌，但是共場處理室處理量小，無法適應工業(yè)規(guī)模處理量的需求，此外共場處理室加工完成之后，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于處理室內腔體結構，高壓脈沖發(fā)生器產生的高電壓，窄脈沖，高頻率等技術難度大，成本高，這些問題直接制約了高壓脈沖電場殺菌技術的發(fā)展與應用。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供了一種流道形狀可變的高壓脈沖電場同軸處理室，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(fā)明在脈沖發(fā)生器產生相同方波脈沖條件下，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，促進高壓脈沖電場殺菌技術的發(fā)展與應用。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采取的技術方案如下:
[0007]—種流道形狀可變的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)的同軸處理室由帶有接線端的圓環(huán)狀金屬高壓電極片、圓柱狀的接地電極桿、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桿軸線共線，接地電極桿與絕緣外腔體采用內螺紋連接。接地電極桿外端有刻度，用于控制流經處理室的流量。高壓電極內圓中心軸、接地電極桿中心軸同軸度為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(wěn)定耐用性及食品安全性，金屬高壓電極與接地電極桿的材料均選擇不銹鋼316L，絕緣體材料選擇耐高溫、耐腐蝕的聚四氟乙烯(PTFE)。
[0009]本發(fā)明提供的流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室可以根據(jù)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(xiàn)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(tǒng)安全性。本發(fā)明結構簡單，成本低廉、加工方便、便于拆裝，可促進高壓脈沖電場殺菌技術的發(fā)展與應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)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(fā)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是倒角后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(fā)明內容】
進行詳細說明:
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室由帶接線端的圓環(huán)狀金屬高壓電極片(I)、位于圓環(huán)中心成圓柱狀的接地電極桿(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)的內圓柱面采用過渡配合連接，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，垂直于接地電極桿(2)，出料口(6)通道軸線與接地電極桿⑵軸線共線，接地電極桿⑵與絕緣外腔體(7)采用內螺紋連接。通過更換不同內圓直徑的高壓電極片⑴實現(xiàn)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(fā)明結構簡單，拆卸方便，可以根據(jù)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桿的材料均選擇不銹鋼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(xiàn)，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后的處理室腔體的電場強度分布圖。當高壓脈沖發(fā)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(xiàn)“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(tǒng)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(tài)比較平穩(wěn)，而新型同軸殺菌處理室改變絕緣體流道形狀后物料的流動狀態(tài)呈現(xiàn)明顯的湍流狀態(tài)，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(fā)明已以較佳實施例公開如上，但其并非用于限定本發(fā)明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以做各種的改動與修飾，因此本發(fā)明的保護范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沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室，它由帶有接線端的圓環(huán)狀金屬高壓電極(I)、位于圓環(huán)中心成圓柱狀的接地電極桿(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)內嵌于絕緣外腔體內，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桿⑵軸線共線，其特征在于:接地電極桿⑵與左側絕緣體⑶采用內螺紋連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室，其特征在于接地電極桿外端有刻度，用于控制流經處理室的流量。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室，其特征在于左絕緣內腔體(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(jù)權利要求1所述的一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室，其特征在于進料口(5)與接地電極桿(2)的軸線垂直。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室，其特征在于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桿中心軸同軸。
6.根據(jù)權利要求1-5所述的一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室，其特征在于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(jù)權利要求1-5所述的一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室，其特征在于金屬高壓電極(I)的處理腔內壁與接線處采用過渡圓弧連接，電極的外輪廓和內輪廓邊緣均有圓角。
8.根據(jù)權利要求1-5所述的一種流道形狀可調的高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)同軸處理室，其特征在于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(yōu)先權日:2014年8月8日
【發(fā)明者】平雪良, 田媛, 姚文龍, 蔣毅, 白亮亮 申請人:江南大學