一种激光杀菌设备的制作方法

本发明属于杀菌设备技术领域，尤其涉及一种用于粉末固体状的杀菌设备。

背景技术：

在食品领域中，经常需要对食品进行杀菌，而辐照杀菌和蒸汽杀菌是目前粉末固体状的食品、医疗等行业主要采用的杀菌设备。

但是在实际使用后发现这样的杀菌设备存在着一些问题：辐照会改变遗传分子结构，因此其生物学风险不确定，绝大部分外企和大型国内企业不接受辐照产品。而蒸汽杀菌能耗高，耗时长，对物料影响大，可使用物料有限，且设备昂贵，进口蒸汽杀菌设备最低每台200-300万，国产最低每台150万，同时还对环境造成污染，无法满足实际的使用需求。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能自动将物料进行传输以及杀菌后的物料收集，且其杀菌效率高，对物料影响小，成本低，能耗低，安全环保的激光杀菌设备。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光杀菌设备，包括：

送料装置，所述送料装置具有进料口和出料口；

铺料件，所述铺料件设于所述出料口的下方，用于将物料铺开；

至少一个第一激光发射组件，所述第一激光发射组件用于将细长线状激光照射到物料上，且，所述第一激光发射组件设于所述铺料件的上方；

收料装置，所述收料装置设于所述铺料件的下方；

其中，所述铺料件将送料装置传输的物料铺开，然后物料经由第一激光发射组件穿透杀菌后进入收料装置。

进一步的，所述铺料件为一内部呈中空状的滚筒。

进一步的，还包括：

至少一个第二激光发射组件；

其中，所述铺料件为一内部呈中空状的滚筒，所述第二激光发射组件设于所述滚筒的中空内，且，所述铺料件由激光波长透过率高的材料构成。

进一步的，所述第一激光发射组件和第二激光发射组件的结构相同，所述第一激光发射组件包括：

激光器，所述激光器用于发射高斯激光；

光束整形器，所述光束整形器设于所述激光器的下方，用于把激光器射出的高斯激光整形为光强均匀的平顶激光；

透镜组件，所述透镜组件设于所述光束整形器的下方，用于将平顶激光由横截面为圆点状的激光拉长为细长线状激光；

其中，所述透镜组件包括上下共轴设置的凹透镜、第一柱透镜、第二柱透镜和第三柱透镜。

进一步的，所述透镜组件由激光波长透过率高的材料构成，且，所述透镜组件上覆盖有镀膜层。

进一步的，在所述铺料件上还设有保护膜。

进一步的，在所述铺料件的外表面处设有冷却组件，所述冷却组件包括一金属块，所述金属块与冷水循环组件相连。

进一步的，在所述铺料件的外表面和内表面处均设有冷却组件，所述冷却组件包括一金属块，所述金属块与冷水循环组件相连。

进一步的，所述送料装置的出料口与铺料件之间还设有一斜料斗，所述卸料斗的顶部与出料口相通；所述斜料斗具有位于铺料件上方的送料口；在所述斜料斗内设有具有滚动齿的滚轮振动器。

进一步的，在所述送料口处设有可上下调节的调节件

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明方案的激光杀菌设备，利用激光能以对物料影响最小的方式高效、快速杀灭微生物，同时可以在短时间内、局部区域制造高能量密度，并且可以精准控制温度，降温快，不会使基底物料长时间升温，不影响物料颜色、性状、风味的特点，利用细长线状激光对自动传输的物料进行高效杀菌，杀菌后的物料自动收集；激光作用过程为非接触作用，不产生交叉污染，可用于粉末状固体等物料，整个设备高效节能，安全环保，是一种适用范围广的新型杀菌设备，具有很强的竞争力。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

附图1为实施例一中本发明的结构示意图；

附图2为附图1中a部的放大图；

附图3为第一激光发射组件的结构示意图；

附图4为实施例一中两束激光在z和x轴方向上通过透镜组件的光路传送示意图；

附图5为实施例一中两束激光在z和y轴方向上通过透镜组件的光路传送示意图；

附图6为实施例二中本发明的结构示意图；

其中：送料装置1、铺料件2、第一激光发射组件3、收料装置4、冷却组件5、斜料斗6、滚轮振动器7、调节件8、第二激光发射组件9、送料口10、激光器30、凹透镜31、第一柱透镜32、第二柱透镜33、第三柱透镜34、光束整形器35、送料口60。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明基于以下思路设计：首先将激光器发射的高斯激光从横截面为圆点状的激光拉长为细长线状激光，然后经由铺料件铺开后的物料通过细长线状的激光线进行透光杀菌，而激光采用对微生物吸收率高，物料吸收率低的单一波长的激光，这样在杀菌的同时，物料的颜色风味不会改变，激光还有其他方面的好处，如可以提供很高的能量密度，可以精确快速（几乎瞬时）控制升温降温，从而以对物料影响最小的方式高效、快速杀灭微生物，不会使基底物料长时间升温，不影响物料颜色、性状、风味，同时激光作用过程为非接触作用，不产生交叉污染，可用于粉末状固体等物料。

下面通过几个具体的实施例进行说明。

实施例一

请参阅附图1，本实施例所述的一种激光杀菌设备，包括送料装置1、铺料件2、第一激光发射组件3和收料装置4一共四个部分；送料装置1的顶部左上侧具有呈漏斗状的进料口10，底部设有出料口；在本实施中的铺料件2为一内部呈中空状的滚筒，本实施例中的后面描述均采用滚筒代替铺料件2；滚筒设置在送料装置1的出料口下方；工作时，物料从进料口10流入后通过送料装置送至滚筒上，接着滚筒在滚动的时候将物料铺设在其表面上；滚筒在滚动的同时，将物料顺时针旋转后传输至位于其下方的收料装置4内。

第一激光发射组件3设置在滚筒的斜上方，其起到对物料进行杀菌的作用；当然，第一激光发射组件3的数量也可以为两个或多个，数量越多其杀菌能力越强。

另外，请参阅附图3-5，本实施例中的第一激光发射组件发射的激光需要拉长为细长线状后照射到物料上，这样可以确保其杀菌范围大，用以满足实际的杀菌需求。

具体的，所述第一激光发射部3包括上下依次设置的：激光器30、光束整形器35和透镜组件；所述激光器可以发射出波长范围为5微米~12微米的单一波长高斯激光，光束整形器35接收高斯激光后将高斯激光整形为光强分布均匀的平顶激光，最后平顶激光射入透镜组件内，光束整形器有多种方式的产品可以选择，非球面透镜、透镜阵列、透镜组、反射镜组、鲍威尔棱镜等。

其中，透镜组件包括设置在光束整形器35的下方，依次上下设置且共轴的凹透镜31、第一柱透镜32、第二柱透镜33和第三柱透镜34。

凹透镜31、第一柱透镜32、第二柱透镜33和第三柱透镜34均由5微米~12微米激光波长透过率高的材料制成，同时还需要加这个波长的增强透过镀膜，目前市售的这一波段专用透镜一般使用硒化锌(znse)，硫化锌(zns),锗(ge)等，这一波段常用的镀膜材料有氟化钇、氟化镨和锗等。

所述第一柱透镜32、第二柱透镜33和第三柱透镜34呈半圆柱体状，第一柱透镜32和第三柱透镜34的结构上下对称设置，所述第二柱透镜33的位置为第一柱透镜32旋转90°后的方位。

为了确保平顶激光通过透镜组件后能够在工作面上形成光强均匀的细长线状的激光，凹透镜31、第一柱透镜32、第二柱透镜33和第三柱透镜34之间需要满足如下条件：

f1+d1=f2；f2+d2=f3;d3>0；d4=f4。

其中，f1、f2、f3和f4为凹透镜、第一柱透镜、第二柱透镜和第三柱透镜的焦距，d1、d2、d3、d4为凹透镜、第一柱透镜、第二柱透镜和第三柱透镜的间距；满足上述条件后，就可以将激光以细长线状照射到滚筒的物料上。

工作过程如下：物料进从进料口进入到送料装置内，送料装置将物料送入到滚筒上，滚筒在顺时针滚动的时候，一边将物料铺设在其外表面，一边将物料往下传输至收料装置内；在物料经由滚筒同步滚动的同时，第一激光发射组件将激光以细长线状照射到物料上对物料进行杀菌；其中激光采用对微生物吸收率高，物料吸收率低的单一波长的激光，这样激光能以对物料影响最小的方式高效、快速杀灭微生物，并且可以精准控制温度，降温快，不会使基底物料长时间升温，不影响物料颜色、性状、风味，同时激光作用过程为非接触作用，不产生交叉污染，杀菌效果好，成本低，实用性较广。

请参阅附图1-2，作为进一步的优选实施例，为了使在滚筒上铺设的物料更加均匀，所以在送料装置4的出料口与滚筒之间增设了一个斜料斗6，斜料斗6的顶部与送料装置的出料口相通，并且斜料斗6的底部右侧开有送料口60，送料口60位于滚筒的顶部上方；在斜料斗6的底部设有具有滚动齿的滚轮振动器7；工作时，利用滚轮振动器7的振动驱动滚动齿将物料均匀的铺设到滚筒上。

请参阅附图2，作为进一步的优选实施例，为了能对物料在滚筒上铺设的厚度进行实时调整，在送料口60处增设了一个调节件8，调节件8呈长条形，调节件8通过动力机构可进行上下移动，可以实时调整送料口的高度，进而控制物料在滚筒上的铺设厚度。

作为进一步的优选实施例，由于滚筒长时间被激光照射后，滚筒的温度会上升；所以在滚筒的外表面处增设了一个冷却组件5，所述冷却组件5包括金属块，金属块与冷水循环组件相连；工作时，金属块贴近滚筒，金属块和滚筒发生近距离热传递，然后冷水循环组件将金属块冷却，从而达到迅速冷却滚筒的作用，维持滚筒的温度在工艺要求范围内恒定。

作为进一步的优选实施例，收料装置4为一位于滚筒下方的收料料斗，收料料斗的出口与包装袋相通，从而方便对杀菌后的物料进行收集。

实施例二

请参阅附图6，本实施例公开了另一种激光杀菌设备，其与实施例一之间的区别在于：铺料件2的中空状滚筒由波长范围为5微米~12微米单一波长的激光透过率高的材料构成，在本实施例中的后面描述中用透光滚筒代替铺料件；另外，在透光滚筒的中空内设有一个与第一激光发射组件相同结构的第二激光发射组件，当然第二激光发射组件的数量也可以为两个或多个。

其中，由于透光滚筒中空内增设了第二激光发射组件，而即使是高透光材料也只能达到激光95%~99%透过，长时间累加后透光滚筒会升温，所以也需要对透光滚筒进行冷却降温，本实施例中在透光滚筒的外表面和内表面都设置了一个冷却组件，从而能达到将透光滚筒的温度迅速冷却的功能，维持透光滚筒的温度在工艺要求范围内恒定。

另外，本实施例中的透光滚筒为10.6微米激光高透光材料，厚度在能保证结构强度范围内越薄越好，以减少透光滚筒本身对激光的吸收，提升杀菌的能力和效率。

为了保证食品接触的安全，在透光滚筒上还增设了一层如氧化铝或者二氧化硅镀膜这样的保护膜进行防护。

本实施例的工作过程如下：首先物料从进料口进入到送料装置，送料装置将物料铺设在透光滚筒的外表面上；在物料经由透光滚筒同步滚动的同时，第一激光发射组件和第二激光发射组件同时将细长线状激光照射到物料上，物料的上下两个方向都能被激光穿透杀菌，这样可以平衡因为一束激光穿透物料带来的光强衰减，导致杀菌效果不均匀；同时物料的上下两个方向都有激光照射，进而可以增加铺料厚度以提高杀菌后物料的产量。

当然，上述两个实施例并不能够包括所有的实施方式，辅料件也可以为一传送带，在利用传送带进行传输时，只能采用一个位于铺料件外部的第一激光发射组件进行穿透杀菌，从而可以使本设备能满足不同领域的使用需求。

目前在对一些粉末状固体物料的进行试验时，比如香辛料的实验中，激光的功率为400-1600毫瓦每平方毫米，铺料厚度1-5毫米，作用时间0.01-1秒，可以很好的满足其杀菌要求。

本发明的激光杀菌设备，利用激光能以对物料影响最小的方式高效、快速杀灭微生物，同时可以在短时间内、局部区域制造高能量密度，并且可以精准控制温度，降温快，不会使基底物料长时间升温，不影响物料颜色、性状、风味的特点，利用细长线状激光对自动传输的物料进行高效杀菌，杀菌后的物料自动收集；激光作用过程为非接触作用，不产生交叉污染，可用于粉末状固体等物料，整个设备高效节能，安全环保，是一种适用范围广的新型杀菌设备，具有很强的竞争力。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。