一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室。它由1个带有接线端的圆环状金属高压电极、1个圆环中心呈圆柱状的接地电极调节杆、2个不同流道形状的绝缘内腔体和1个绝缘外腔体组成。两绝缘内腔体位于高压电极两侧，内嵌于绝缘外腔体，通过密封圈与绝缘外腔体及高压电极片连接，形成密封结构。本发明中通过更换不同内圆直径的高压电极片实现电极间距可调，电极片内外圆都进行倒角，降低电极附近存在的尖峰电场。本发明结构简单，拆卸方便，可以根据不同的食品物料特性改变流道形状改善处理室内电场强度与流料特性。
【专利说明】一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压脉冲电场杀菌同轴处理室，具体来说是一种流道形状可变的高压脉冲电场杀菌同轴处理室。
[0002]随着生活水平的日益提高，人们对食品质量需求愈趋升高。为保持食品感官和营养价值的最小损耗，非热杀菌技术开始被广泛的应用于食品加工中，高压脉冲电场(PEF)杀菌技术是最具工业发展前景的非热杀菌技术之一，PEF杀菌具有杀菌效果好，一般能减小6个对数周期，杀菌时间短，杀菌温升低，对食品的化学成分、外观及风味等基本无影响，能耗小，对环境基本无污染等优点。
[0003]一个完整的PEF系统主要包括四个部分:脉冲发生器、处理室、流体处理系统和监控辅助系统。处理室是PEF杀菌系统的重要组成部分，它用来装载待处理的物料和存放电极，并且在处理室内直接施加高压脉冲电场。处理室一般由两个电极和装载电极的绝缘体材料构成。根据物料是否流动，处理室分为静态式和连续式；根据电极的形式分为平板式、同轴式和共场式三种。
[0004]电场强度是影响高压脉冲电场杀菌效果的最重要因素，随着电场强度的增加，杀菌效果明显增强。为了确保良好的杀菌效果，电场强度一般控制在20-70kV/cm范围内，高压脉冲发生器产生的方波脉冲宽度控制在I?10μ S内。目前国际上普遍采用共场处理室进行高压脉冲电场杀菌，但是共场处理室处理量小，无法适应工业规模处理量的需求，此外共场处理室加工完成之后，电极间距无法改变，液体物料流动特性也无法改变，不同特性的食品物料在处理室内需要充分混合才能达到较好的杀菌效果，显然共场处理室无法满足要求。处理室内的电场强度分布取决于处理室内腔体结构，高压脉冲发生器产生的高电压，窄脉冲，高频率等技术难度大，成本高，这些问题直接制约了高压脉冲电场杀菌技术的发展与应用。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种流道形状可变的高压脉冲电场同轴处理室，目的是解决目前处理室电极间距固定、电场强度分布不可改变、处理室内物料混合不均匀等问题。本发明在脉冲发生器产生相同方波脉冲条件下，通过改变电极间距改善电场强度分布，改变绝缘内腔体结构，使得不同物料在处理室内充分混合，达到更好杀菌效果，促进高压脉冲电场杀菌技术的发展与应用。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下:
[0007]—种流道形状可变的高压脉冲电场杀菌系统的同轴处理室由带有接线端的圆环状金属高压电极片、圆柱状的接地电极杆、左侧绝缘内腔体、右侧绝缘内腔体、进料口、出料口和绝缘外腔体组成，左侧绝缘内腔体与右侧绝缘内腔体设计为可拆卸式，和金属高压电极共同形成处理室腔体，进料口通道与绝缘外腔体通道相贯，出料口通道轴线与接地电极杆轴线共线，接地电极杆与绝缘外腔体采用内螺纹连接。接地电极杆外端有刻度，用于控制流经处理室的流量。高压电极内圆中心轴、接地电极杆中心轴同轴度为0.02mm，通过更换经过倒圆角的高压电极片和绝缘内腔体，可以改变电极间距。高压电极内圆倒角降低了电极附近存在的尖峰电场，避免了因局部电场过高而引起“放电”问题，而且可以获得分布较为均匀的电场强度。
[0008]为保证处理室的稳定耐用性及食品安全性，金属高压电极与接地电极杆的材料均选择不锈钢316L，绝缘体材料选择耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯(PTFE)。
[0009]本发明提供的流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室可以根据不同液体食品物料调整处理室内腔体结构，既可以改变待处理物料的处理量，又能够改善处理室内流料特性，金属高压电极片内外圆的倒角降低了电极内圆附近出现的最高电场强度，增大了处理室能够承受的最高电压，保证系统安全性。本发明结构简单，成本低廉、加工方便、便于拆装，可促进高压脉冲电场杀菌技术的发展与应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的处理室剖面示意图
[0011]图2是金属高压电极的轮廓图
[0012]图3是本发明图1的左视图
[0013]图4是未倒角的处理室腔体电场强度分布图
[0014]图5是倒角后的处理室腔体电场强度分布图
[0015]图6是通用同轴处理室流场分布图
[0016]图7是流道形状可调的同轴处理室流场分布图
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本
【发明内容】
进行详细说明:
[0018]如图1所示，本发明提供的一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室由带接线端的圆环状金属高压电极片(I)、位于圆环中心成圆柱状的接地电极杆(2)、左侧绝缘内腔体(3)、右侧绝缘内腔体(4)、进料口(5)、出料口(6)和绝缘外腔体(7)组成，高压电极嵌入在左侧绝缘内腔体(3)与右侧绝缘内腔体(4)之间形成处理室内腔体，左侧绝缘内腔体绝缘体(3)和右侧内腔体绝缘体(4)的外圆柱面与绝缘外腔体(7)的内圆柱面采用过渡配合连接，其端面与绝缘外腔体(7)和金属高压电极(I)之间使用密封圈进行密封，进料口(5)通道与绝缘外腔体(7)通道相贯，垂直于接地电极杆(2)，出料口(6)通道轴线与接地电极杆⑵轴线共线，接地电极杆⑵与绝缘外腔体(7)采用内螺纹连接。通过更换不同内圆直径的高压电极片⑴实现电极间距可调，电极片内外圆都进行倒角，降低电极附近存在的尖峰电场。本发明结构简单，拆卸方便，可以根据不同的食品物料特性改变流道形状改善处理室内电场强度与流料特性。
[0019]金属高压电极与接地电极杆的材料均选择不锈钢316L，绝缘体材料选择耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯(PTFE)。金属高压电极的外形如图2所示，其接线端和处理腔体内部分使用光滑圆弧连接，外轮廓和内轮廓均使用半径为0.2_的圆角，可以避免电场尖峰的出现，防止放电。
[0020]图4和图5分别是同轴处理室的高压电极片未倒角和倒角后的处理室腔体的电场强度分布图。当高压脉冲发生器输出电压为10kv，高压电极片与接地电极之间的距离为3mm时，图4可以看出在电极与绝缘体的交界处有明显的尖峰电场，处理室内的电场强度峰值达到72.089kV/cm，局部过高的电场强度分布容易导致处理室内出现“放电”问题。而图5高压电极与绝缘体接触地的最高电场强度仅为58.798kV/cm,对比图4，图5的结构变化避免了局部电场强度过高造成的尖峰放电而可能引起的系统损坏。
[0021]通用同轴杀菌处理室、新型同轴杀菌处理室流场分布图如图6、图7所示。同轴杀菌处理室的仿真模型中，流体物料进入杀菌处理室入口的流速(流体流速为0.4m/s)都是一样的。图中流线图显示通用同轴杀菌处理室内的流体物料的流动状态比较平稳，而新型同轴杀菌处理室改变绝缘体流道形状后物料的流动状态呈现明显的湍流状态，流体物料在杀菌处理室内充分混合，能够使PEF杀菌处理更为均匀。
[0022]虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用于限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
【权利要求】
1.一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室，它由带有接线端的圆环状金属高压电极(I)、位于圆环中心成圆柱状的接地电极杆(2)、左侧绝缘内腔体(3)、右侧绝缘内腔体(4)、进料口(5)、出料口(6)和绝缘外腔体(7)组成，左侧绝缘内腔体(3)和右侧绝缘内腔体(4)内嵌于绝缘外腔体内，高压电极嵌入在左侧绝缘内腔体(3)与右侧绝缘内腔体(4)之间形成处理室内腔体，进料口(5)通道与绝缘外腔体(7)通道相贯，出料口(6)通道轴线与接地电极杆⑵轴线共线，其特征在于:接地电极杆⑵与左侧绝缘体⑶采用内螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室，其特征在于接地电极杆外端有刻度，用于控制流经处理室的流量。
3.根据权利要求1所述的一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室，其特征在于左绝缘内腔体(3)、右侧绝缘内腔体(4)通过密封圈与金属高压电极体(I)连接。
4.根据权利要求1所述的一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室，其特征在于进料口(5)与接地电极杆(2)的轴线垂直。
5.根据权利要求1所述的一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室，其特征在于高压电极轴线与接地电极轴线垂直，电极端内圆中心轴与接地电极杆中心轴同轴。
6.根据权利要求1-5所述的一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室，其特征在于左侧绝缘内腔体和右侧绝缘内腔体可更换不同的流道形状。
7.根据权利要求1-5所述的一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室，其特征在于金属高压电极(I)的处理腔内壁与接线处采用过渡圆弧连接，电极的外轮廓和内轮廓边缘均有圆角。
8.根据权利要求1-5所述的一种流道形状可调的高压脉冲电场杀菌系统同轴处理室，其特征在于通过更换内圆倒角的高压电极片和绝缘内腔体，可以改变电极间距。
【文档编号】A23L1/015GK104171767SQ201410389160
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】平雪良, 田媛, 姚文龙, 蒋毅, 白亮亮 申请人:江南大学