Спосіб швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів і пристрій для його реалізації

1 Спосіб швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів, у якому в процесі вільного падіння їх завантажують у невертикальне тіло обертання, здійснюючи одночасно попереднє охолодження парами кріогенної рідини, потім ведуть низькотемпературну обробку кріогенною рідиною з зануренням у неї і наступним витяганням, при якому для вивантаження оброблених продуктів їм надають обертального руху і переміщення по похилій площині, який відрізняється тим, що вільне падіння продуктів, що завантажують, здійснюють безпосередньо в зону розташування кріогенної рідини, при цьому виконують їх повне занурення в неї, для чого тіло, що завантажують, попередньо заповнюють кріогенною рідиною до рівня, що перевищує розміри продуктів, а вивантаження виконують над зоною розташування кріогенної рідини, для чого витягання оброблених продуктів здійснюють обертовими напрямними, поверхня яких нахилена до осі обертання 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що тіло, яке завантажують продуктами, також піддають обертанню 3 Спосіб по п 2, який відрізняється тим, що тіло, яке завантажують продуктами, обертають синхронно з похилими напрямними 4 Спосіб по п 2, який відрізняється тим, що тіло, яке завантажують, і похилі напрямні обертають у протилежні боки 5 Спосіб по пп 1-4, який відрізняється тим, що завантаження і вивантаження продуктів здійснюють із протилежних торців невертикального тіла обертання 6 Пристрій для швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів, що містить теплоізоль овании корпус, усередині якого розташовані невертикальне тіло обертання у вигляді барабана з можливістю кріогенного впливу на нього з боку його внутрішньої поверхні і з утворенням повітряного зазору між ним і корпусом, а також його опори і встановлені з боку ВІДПОВІДНИХ торцевих прорізів барабана завантажувальний і розвантажувальний вузли, при цьому усередині барабана розташовані з можливістю обертання в корпусі від зовнішнього приводу і з похилими до горизонту поверхнями напрямні для захвату і переміщення оброблених продуктів, який відрізняється тим, що завантажувальний вузол додатково має пристосування для підтримки позитивної температури його внутрішньої поверхні, вхід розвантажувального вузла розташовано у зоні осі обертання напрямних і виконано у вигляді прикріпленого до торцевої поверхні барабана дифузора, а поверхня напрямних нахилена до осі їх обертання 7 Пристрій по п 6, який відрізняється тим, що барабан містить вузол зчленування з ЗОВНІШНІМ приводом 8 Пристрій по пп 6-7, який відрізняється тим, що поверхні барабана і напрямних виконані з перфорацією 9 Пристрій по пп 6-8, який відрізняється тим, що напрямні закріплені на поверхні барабана з приляганням до бічної і торцевих поверхонь 10 Пристрій по пп 6-9, який відрізняється тим, що напрямні виконані з плоскою поверхнею 11 Пристрій по пп 6-9, який відрізняється тим, що напрямні виконані з криволінійною поверхнею 12 Пристрій по пп 6-7, який відрізняється тим, що завантажувальний і розвантажувальний вузли розташовано з протилежних торців барабана 13 Пристрій по пп 6-7 і 12, який відрізняється тим, що виходи завантажувального і розвантажувального вузлів розташовані між віссю обертання напрямних і нижньою частиною бічної поверхні барабана 14 Пристрій по пп 6 і 12-13, який відрізняється тим, що пристосування в завантажувальному вузлі виконано у вигляді підігрівника 1 ю (О 49657 Винаходи відносяться до кріогенних технологій і можуть бути використані в галузях харчової і фармацевтичної промисловості для заморожування продуктів і препаратів В даний час широко ВІДОМІ способи і пристрої заморожування харчових продуктів за допомогою холодного повітря, зрошення рідким азотом, а також їхнім сполученням У зв'язку з властивим цим технічним рішенням значним енергоспоживанням, громіздкістю устаткування і високою трудомісткістю в експлуатації останнім часом ведучі фірми переходять на використання кріогенних технологій Відомий спосіб швидкісного відбору тепла від часток із застосуванням рідкого холодоагенту [див патент США №3498060, МПК F25D 13/06, F25D 49/00, публ 03 04 70] У відомому способі продукти на конвеєрі подають у зону заморожування, де знаходиться рідкий азот, і в цей час попередньо заморожуються в його парах по периферійній частині на незначну глибину, а потім остаточно заморожуються при зануренні в рідкий азот Після витягу з рідкого азоту заморожені продукти подаються на вивантаження У відомому способі завантаження і вивантаження здійснюються за допомогою стрічкових конвеєрів Недоліками способу є значні енергетичні витрати, що зв'язані зі змушеним охолодженням громіздкого устаткування і збільшеними в цьому зв'язку обсягами випару рідкого азоту, висока трудомісткість і неминучість примерзання продуктів до поверхонь, що подають їх на вивантаження Пристрій, що реалізує цей відомий спосіб за патентом США №3498060, містить завантажувальний і розвантажувальний вузли, а також розташований між ними заморожуючий вузол, заповнений кріогенною рідиною Пристрій ще містить вузол, який забезпечує як попереднє охолодження продуктів, що завантажуються, так і додаткове їхнє охолодження після швидкісного заморожування, а також систему підживлення заморожуючого вузла кріогенною рідиною Завантажувальний і розван тажувальний вузли виконані у вигляді стрічкових конвеєрів з горизонтальними напрямними для розміщення на них продуктів Недоліком відомого пристрою є його громіздкість, що викликано застосуванням конвеєрів для завантаження і витягу з пристрою продуктів Відомий спосіб швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів, описаний у винаході «Пристрій для швидкого заморожування харчових продуктів» [див авт свід СРСР №504053, МПК 2 F25D 3/10, публ 25 02 76] У відомому способі при завантаженні продуктів відбувається їхнє попереднє охолодження і вони подаються на тіло обертання у вигляді барабана, що обертається навколо горизонтальної осі Завдяки тілу обертання охолоджені продукти попадають у шар рідкого азоту, ВІДКІЛЯ і витягаються цим же тілом обертання Після цього заморожені продукти подаються на вивантаження У відомому способі охолоджені продукти примерзають до зовнішньої бічної поверхні обертового барабана і разом з цією поверхнею проходять через рідкий азот Після витягу із зони швидкісного заморожування продукти обертовим барабаном подаються на вузол відділення їх від барабана методом сколювання Недоліком способу є значні енерговитрати, тому що при завантаженні їх на обертовий барабан і відокремленні з нього відбуваються великі втрати парів рідкого азоту, що вимагає постійного підживлення холодоагенту Іншим недоліком є можливість руйнування як основного продукту, так і крижаного прошарку, що приводить до утворення дрібнодисперсних часток, що можуть попадати в кільцевий зазор, у якому переміщується тіло обертання - барабан, що може викликати виникнення аварійної ситуації Пристрій, що реалізує цей відомий спосіб, описаний в авт свід СРСР №504053, містить теплоїзольований корпус, усередині якого розташовано з утворенням зазору тіло обертання у вигляді барабана з можливістю кріогенного охолодження його поверхні, а також вузол завантаження проду 49657 ктів, вузол попереднього охолодження, вузол розвантаження, вхід якого розташований вище осі обертання У відомому пристрої є вузол подачі кріогенної рідини, а також розвантажувальний вузол, розташований вище завантажувального вузла, при цьому обидва вони встановлені вище осі обертання 3 кріогенною рідиною зв'язана зовнішня поверхня барабана, вона ж являє собою і сукупність безлічі напрямних, на яких розміщаються при охолодженні і заморожуванні харчові продукти Вісь обертання барабана розташована горизонтально, а розвантажувальний вузол постачений пластиною, передня кромка якої притерта до поверхні барабана для механічного відокремлення від нього заморожених продуктів Недоліком відомого пристрою є необхідність механічного відокремлення харчових продуктів, що примерзли до зовнішньої поверхні барабана, що приводить до можливих ушкоджень як продукту, так і самого пристрою Найбільш близьким по технічній сутності й ефекту, що досягається, до способу, що заявляється, є відомий спосіб швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів, описаний у винаході «Пристрій для заморожування харчових продуктів» [див авт свід СРСР №1076716, МПК З F25D 3/10, F25D 13/06, публ 28 02 84] У відомому способі продукти завантажують з використанням процесу їхнього вільного падіння у невертикальнетіло обертання, при цьому одночасно здійснюють попереднє охолодження парами кріогенної рідини (азоту), потім роблять низькотемпературну обробку кріогенною рідиною з зануренням у неї і наступним витягом, при цьому замороженим продуктам додають обертальний рух і переміщення по похилій площині для вивантаження з зони заморожування У відомому способі тіло обертання, у яке завантажують продукти, є барабаном, вісь обертання якого нахилена до горизонту Завантаження продуктів виробляється спочатку в завантажувальну ємність, з якої вони потім переміщаються в зону заморожування Низькотемпературна обробка містить зрошення кріогенною рідиною, часткове занурення в неї, а потім додаткове заморожування парами азоту, що випаруються Проходячи, зону заморожування продукти через те, що барабан обертається, роблять незначний в кілька градусів обертальний рух, а за рахунок нахилу осі обертання роблять по внутрішній поверхні барабана поступальний рух, просуваючись до місця вивантаження, що знаходиться нижче зони розташування рідкого азоту При цьому переміщення продуктів при обертальному русі набагато менше шляху, що вони проходять по похилій поверхні У відомому способі завантаження і вивантаження продуктів здійснюється з різних торців обертового барабана Недоліками відомого способу є зіткнення харчового продукту з твердою поверхнею після їхнього вільного падіння при завантаженні, а також можливе примерзання продукту до внутрішньої поверхні барабана через малий обсяг кріогенної рідини, що накопичується там Іншим недоліком є підвищена витрата кріогенної рідини через можливість стікання її по похилих напрямних до місця вивантаження продуктів Ще одним недоліком є необхідність безупинної подачі кріогенної рідини при підвищеному тиску через наявність на виході магістралі, що подає цю рідину, малих отворів, які обумовлюють процес зрошення кріогенною рідиною внутрішнього обсягу барабана Найбільш близьким по технічній сутності та ефекту, що досягається, до пристрою, який заявляється, є відомий пристрій, що реалізує обраний як прототип спосіб [див авт свід СРСР №1076716] Відомий пристрій для швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів містить теплоізольований корпус, усередині якого розташоване невертикапьне тіло обертання у вигляді барабана з можливістю кріогенної дії на нього з боку внутрішньої його поверхні і з утворенням повітряного зазору між ним і корпусом, а також його опори і встановлені з боку ВІДПОВІДНИХ торцевих прорізів барабана завантажувальний і розвантажувальний вузли, при цьому усередині барабана розташовані з можливістю обертання в корпусі від зовнішнього приводу напрямні для захвату і переміщення оброблених продуктів, причому поверхні напрямних мають нахил до горизонту У відомому пристрої завантажувальний вузол складається з завантажувального бункера, сполученого з завантажувальною ємністю, що зв'язана зі спіральною лопатою, укріпленої нерухомо на вході обертового барабана, при цьому вихід завантажувального вузла розташований на рівні нижньої частини бічної поверхні барабана, розвантажувальний вузол розташований нижче барабана Похила поверхня, по якій переміщуються продукти, утворена нижньою частиною бічної поверхні барабана, вісь обертання якого встановлена з нахилом до горизонту, і подовжніми напрямними Крім того відомий пристрій має вузол зрошення внутрішньої поверхні барабана кріогенною рідиною, завантажувальний і розвантажувальний вузли розташовані з протилежних торців барабана, а обертання барабана здійснюється за допомогою ПІДШИПНИКІВ ковзання, розташованих між зовнішньою бічною поверхнею барабана і корпусом Недоліком відомого пристрою є його громіздкість, що обумовлено конструкцією завантажувального вузла, застосуванням системи зрошення продуктів кріогенною рідиною і розташуванням у низькотемпературній зоні ПІДШИПНИКІВ ковзання з великою поверхнею, що збільшує також зазор між барабаном і корпусом Іншим недоліком є значна енергоємність, що викликано використанням системи зрошення кріогенною рідиною і підвищеним тепловиділенням від підшипникового вузла, тому що жодне з відомих мастильних речовин ефективно не працює в області кріогенних температур В основу винаходів поставлена задача удосконалення відомого способу швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів і пристрою, що його реалізує, шляхом зміни режиму впливу кріогенної рідини на продукти за рахунок їхнього вільного падіння в неї при завантаженні з повним зануренням у неї, а також збільшення тривалості обертального руху при його сполученні з поступальним під час витягу продуктів і переміщення до місця вивантаження за рахунок змін розташування місць завантаження і вивантаження, що забезпечує зниження енерговитрат, підвищення якості обробки продуктів з одно 49657 часним досягненням компактності конструкції Поставлена задача вирішується тим, що у способі швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів за участю процесу вільного падіння їх завантажують у невертикальне тіло обертання, здійснюючи одночасно попереднє охолодження парами кріогенної рідини, потім проводять низькотемпературну обробку кріогенною рідиною з зануренням у неї і наступним витягом, при якому для вивантаження оброблених продуктів їм надають обертальний рух і переміщення по похилій площині ВІДПОВІДНО до винаходу, вільне падіння продуктів здійснюють безпосередньо в зону розташування кріогенної рідини, при цьому роблять їхнє повне занурення в неї, для чого тіло, яке завантажують, попередньо заповнюють кріогенною рідиною до рівня, що перевищує розміри продуктів, а вивантаження роблять над зоною розташування кріогенної рідини, для чого витяг оброблених продуктів здійснюють обертовими напрямними, поверхня яких нахилена до осі обертання У переважному варіанті тіло, яке завантажують продуктами, також піддають обертанню В іншому переважному варіанті тіло, яке завантажують продуктами, обертають синхронно з напрямними, що витягають продукти з зони заморожування і подають їх до місця вивантаження Ще в іншому варіанті тіло обертання, яке завантажують, і похилі напрямні можуть обертатись в протилежні боки Також переважним варіантом є те, що завантаження і вивантаження продуктів здійснюють із протилежних торців невертикального тіла обертання Таким чином у способі, що заявляється, змінюється режим низькотемпературної обробки продуктів за рахунок різкого охолодження їх при завантаженні і за рахунок повного занурення в кріогенну рідину з наступним додатковим охолодженням у парах цієї рідини при витяганні під час їх одночасного обертального переміщення і переміщення по похилій площині до місця вивантаження, спеціально для цього розташованого вище осі обертання напрямних Це дозволяє підвищити якість обробки продуктів без втрати їхніх споживчих властивостей за рахунок зіткнення, що не травмує, з холодоагентом при завантаженні за рахунок недопущення росту кристалів водяного льоду з клітинної води харчових продуктів при їхньому повному зануренні в кріогенну рідину, що не руйнує МІЖКЛІТИННІ мембрани при розморожуванні харчових продуктів перед їх уживанням, яке приводить до того, що продукти "не течуть" Цьому ж сприяє вільне падіння продуктів при завантаженні безпосередньо в шар кріогенної рідини, оскільки виключається зіткнення, які ведуть до псування продуктів, включаючи їхній ЗОВНІШНІЙ вигляд Зниження енерговитрат здійснюється за рахунок дискретної подачі кріогенної рідини і відсутності можливості її стікання в МІСЦІ вивантаження Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів містить теплоізольований корпус, усередині якого розташовані невертикальне тіло обертання у вигляді барабана з можливістю кріогенного впливу на нього з боку його внутрішньої поверхні і з утворенням повітряного зазору між 8 ним і корпусом, а також його опори і встановлені з боку ВІДПОВІДНИХ торцевих прорізів барабана завантажувальний і розвантажувальний вузли, при цьому усередині барабана розташовані з можливістю обертання в корпусі від зовнішнього привода і з похилими до горизонту поверхнями напрямні для захвату і переміщення оброблених продуктів, ВІДПОВІДНО до винаходу, завантажувальний вузол додатково має пристосування для підтримки позитивної температури його внутрішньої поверхні, вхід розвантажувального вузла розташований у зоні осі обертання напрямних і виконаний у вигляді прикріпленого до торцевої поверхні барабана дифузора, а поверхня напрямних нахилена до осі їхнього обертання У переважному варіанті виконання барабан постачений вузлом зчленування з ЗОВНІШНІМ приводом В іншому переважному варіанті поверхні барабана і напрямних виконані з перфорацією Ще в одному переважному варіанті напрямні закріплені на поверхні барабана з приляганням до бічної і торцевих поверхонь барабана При цьому в одному переважному варіанті напрямні можуть бути виконані з плоскою поверхнею, а в іншому вони можуть бути виконані з криволінійною поверхнею Стосовно попередніх варіантів переважним є розташування завантажувального і розвантажувального вузлів із протилежних торців барабана Переважним також є розташування виходів завантажувального і розвантажувального вузлів між віссю обертання напрямних і нижньою частиною бічної поверхні барабана Також стосовно до зазначених варіантів переважним є виконання пристосування в завантажувальному вузлі у вигляді підігрівника Конструкція пристрою, що заявляється, дозволяє при його роботі розміщати в нижній частині внутрішньої поверхні тіла обертання кріогенну рідину, формуючи зону низькотемпературної обробки продуктів Удосконалення конструкції завантажувального вузла забезпечує подачу продуктів, які завантажуються, безпосередньо в кріогенну рідину, куди вони попадають у процесі їхнього вільного падіння Це виключає зіткнення продуктів із твердою поверхнею, що підвищує їхні споживчі властивості При цьому розташування в завантажувальному вузлі додаткового пристосування для підтримки позитивної температури його внутрішньої поверхні виключає приморожування продуктів у завантажувальному вузлі до його стінок Оснащення внутрішньої поверхні тіла обертання обертовими напрямними, поверхня яких нахилена до осі їхнього обертання, дозволяє витягати продукти з кріогенної рідини за рахунок здійснення ними обертального руху при відсутності переміщення відносно напрямних доти, поки не почне позначатися ефект похилої площини Цей ефект починає впливати на продукти, коли вони знаходяться вже поза кріогенною рідиною, при цьому продукти поступально переміщуються по поверхні напрямних до місця вивантаження Розташування входу розвантажувального вузла вище осі обертання напрямних дозволяє продуктам після витягу з кріогенної рідини піддаватися додатковому охолодженню парами кріогенної рідини, переміщатися по зовсім гладкій поверхні після впливу на неї криогенної рідини, а значить з малим опором до 49657 10 дний канал 18, який сполучений з ким, і виконаний у корпусі 1 На фіг 4 зображений варіант виконання напрямних із криволінійною поверхнею 19 Поверхня барабана і напрямних може бути перфорована {на фігурах не показане) Приклад конкретного виконання способу швидкісного відбору тепла від охолоджуваних продуктів показаний на прикладі роботи пристрою, який його реалізує Перед роботою в барабан 2 подають кріогенну рідину 9 до рівня „h" (фіг 2), що приблизно складає 2/3 радіуса обертання барабана 2 У завантажувальний вузол 5 подають харчовий продукт - свіжу полуницю, яка у присутності парів кріогенної рідини 9, що випаровується, попередньо прохолоджуТехнічна суть винаходів пояснюється фігурами ється при переміщенні по завантажувальному каграфічних зображень налу 16 Підігрівник 6 підтримує температуру стіНа фіг 1 представлений загальний вигляд принок вузла 5 у границях 1-2°С, що виключав приместрою для відбору тепла від охолоджуваних прорзання полуниці до поверхні завантажувального дуктів у подовжньому стосовно барабана вертикаканалу 16 3 виходу завантажувального каналу 16 льному розрізі полуниця під кутом подається через проріз 15 баНа фіг 2 представлений поперечний стосовно рабана 2, у процесі вільного падіння піддається барабана вертикальний розріз цього пристрою додатковому попередньому охолодженню в парах На фіг 3 зображений барабан із плоскими накріогенної рідини 9 і потім попадає в кріогенну ріпрямними для захвату і переміщення продуктів дину, де здійснюється «шоковий» швидкісний відНа фіг 4 зображений барабан із криволінійнибір тепла в неї внаслідок повного занурення в крими напрямними для захвату і переміщення продуогенну рідину ктів впливу, який травмує продукти Торцеві поверхні тіла обертання мають прорізи для завантаження і вивантаження, при цьому ці поверхні дозволяють кріогенній рідині увесь час знаходитися в нижній частині внутрішньої поверхні тіла обертання , куди і попадають продукти при завантаженні Локальне розташування кріогенної рідини, яке не змінює свого місцезнаходження, а також спрощення конструкцій завантажувального і розвантажувального вузлів з раціональним вибором місць їх розташування стосовно кріогенної рідини, дозволяють досягти компактності пристрою, а з цим зменшення його енергоємності, тому що усувається охолодження зайвих металоконструкцій Пристрій для відбору тепла від охолоджуваних продуктів містить теплоізольований корпус 1, усередині якого розташовані невертикальне тіло обертання у вигляді барабана 2, його опори у вигляді горизонтального вала 3 і підшипникового вузла 4, завантажувальний вузол 5 з розміщеним у ньому підігрівником 6 його поверхні, розвантажувальний вузол 7, магістраль 8 подачі в усередину корпусу 1 кріогенної рідини 9 у вигляді рідкого азоту, регулятор 10 тиску пару від кріогенної рідини, що випаровується, а також ЗОВНІШНІЙ привід у вигляді електродвигуна 11 Усередині барабана 2 розташовані напрямні для захвату і переміщення продуктів (продукти на фігурах не показані), виконані у вигляді подовжніх лопаток 12 уздовж бічної поверхні барабана, що мають нахил до валу 3, і радіальних жолобів 13 на торцевій поверхні барабана з боку розвантажувального вузла 7, які сходяться до вивантажених отворів 14 (див фіг 1-3) Барабан 2 має проріз 15 у своєї торцевої поверхні, що граничить із завантажувальним каналом 16 вузла 5 Розвантажувальний вузол 7 містить дифузор 17, який прикріплений до торцевої поверхні барабана 2 і охоплює вивантажені отвори 14, а також прохі Барабан 2 з нерозривно зв'язаними з ним напрямними - лопатками 12 і жолобами 13 (фігури 13) обертається усередині корпуса 1 при включенні електродвигуна 11, при цьому лопатки 12 захоплюють плоди полуниці і витягають їх із кріогенної рідини 9 При виході лопаток 12 із кріогенної рідини 9 плоди полуниці одержують переміщення по похилій площині в наслідок їх нахилу до осі обертання - валу 3 При цьому кріогенна рідина 9 стікає з поверхні лопаток 12 завдяки їх похилому положенню і перфораційним отворам, а заморожені в «шоковому» режимі плоди полуниці за рахунок перебування в парах кріогенної рідини підвищують рівномірність розподілу низької температури по своєму об'єму і переміщаються по лопатках 12 на жолоби 13 і через вивантажені отвори 14 попадають у розвантажувальний вузол 7, де по дифузору 17 скачуються по прохідному каналу 18 і попадають на вихід пристрою Пари, які утворюються при випарі кріогенної рідини 9, попадають у регулятор 10 і направляються в навколишній простір За допомогою магістралі 8 здійснюється дискретна подача нових порцій кріогенної рідини усередину барабана 2 для підтримки необхідного и рівня 11 49657 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 12