Способ снижения усушки при замораживании пищевых продуктов и устройство для его осуществления

 

Способ снижения усушки при замораживании пищевых продуктов включает перемещение продукта на транспортерной ленте, подачу к слою продукта размещенного в плотном слое холодного воздуха с мелкодисперсными кристаллами инея в нисходящем потоке, измельчение инея, которое осуществляют путем механической очистки и разрушения осевшего на теплообменной холодной поверхности слоя инея, а также воздействием центробежных сил во вращающемся в трубе вихревого воздухоохладителя потока воздуха и инея, прижимающих из-за разности плотностей воздуха и инея его к внутренней поверхности трубы и трением его о стенку, что способствует измельчению и интенсификации тепло- и массообмена в результате турбулизации пограничного слоя, при этом транспортерную ленту выполняют волнистой. Устройство для снижения усушки при замораживании пищевых продуктов содержит теплоизолированную камеру, транспортерную ленту для продуктов, вихревые воздухоохладители с механизмом очистки инея, осевые вентиляторы, завихряющие поток воздуха. Подвод двухфазного потока, воздух и мелкодисперсные кристаллы в вихревой воздухоохладитель производят под углом к образующей трубы теплообменника, равным α=25-75°, при этом устройство в верхней части трубы имеет поперечную перегородку, образующую замкнутый герметичный циркуляционный контур между воздухоохладителем и продуктом, что способствует его омыванию высокоскоростным нисходящим потоком воздуха в плотном слое и всем количеством кристаллов инея, образующихся в воздухоохладителе. Использование данной группы изобретений обеспечивает снижение усушки продуктов, интенсифицирует процессы тепло- и массообмена при сокращении габаритных размеров устройства. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано на холодильниках пищевой промышленности для замораживания россыпью мелкоштучных пищевых продуктов (плоды, овощи, пельмени, котлеты и др.).

Известны способы и устройства по уменьшению усушки при замораживании пищевых продуктов (см. Справочник Холодильная техника. Применение холода в пищевой промышленности, Москва, 1979, с.27-92).

В существующих морозильных аппаратах процессы замораживания проводят при максимально возможной скорости промерзания продукта, что способствует уменьшению усушки.

Однако приостановить процесс испарения влаги с поверхности продукта при замораживании не представляется возможным.

В качестве наиболее близкого аналога для заявленной группы изобретений принят источник информации, известный из изобретения по патенту RU №2032130, F 25 D 13/06, 1995.

Недостатком известного изобретения является низкая эффективность замораживания продуктов.

Задачей заявленной группы изобретений является интенсификация процесса замораживания, сокращение естественных потерь замораживаемого продукта.

Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков в способе снижения усушки при замораживании пищевых продуктов, включающем перемещение продукта на транспортерной ленте, предотвращающее смерзание частиц продукта, достигается тем, что способ включает подачу к слою продукта, размещенного в плотном слое холодного воздуха с мелкодисперсными кристаллами инея в нисходящем потоке, измельчение инея осуществляют путем механической очистки и разрушения осевшего на теплообменной холодной поверхности слоя инея, а также воздействием центробежных сил во вращающемся в трубе вихревого воздухоохладителя потока воздуха и инея, прижимающих из-за разности плотностей воздуха и инея его к внутренней поверхности трубы и трением его о стенку, что способствует измельчению и интенсификации тепло- и массообмена в результате турбулизации пограничного слоя, при этом транспортерную ленту выполняют волнистой.

Двухфазный холодный поток, воздух и мелкодисперсные кристаллы инея омывают входящий в морозильный аппарат продукт с начальной температурой, равной t_пр≈ 30° С-5° С так, что кристаллы инея плавятся на его поверхности, интенсивно охлаждая его, образуя жидкую пленку, которая при охлаждении замерзает на поверхности и предотвращает усушку продукта при замораживании и дальнейшем хранении, а при контакте потока воздуха с мелкодисперсными кристаллами инея повышается его относительная влажность, что также уменьшает усушку.

Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков в устройстве для снижения усушки при замораживании пищевых продуктов, содержащем теплоизолированную камеру, транспортерную ленту для продуктов, достигается тем, что устройство имеет вихревые воздухоохладители с механизмом очистки инея, осевые вентиляторы, завихряющие поток воздуха, подвод двухфазного потока, воздух и мелкодисперсные кристаллы инея в вихревой воздухоохладитель производят под углом к образующей трубы теплообменника, равным α =25-75° , при этом устройство в верхней части трубы имеет поперечную перегородку, образующую замкнутый герметичный циркуляционный контур между воздухоохладителем и продуктом, что способствует его омыванию высокоскоростным нисходящим потоком воздуха в плотном слое и всем количеством кристаллов инея, образующихся в воздухоохладителе.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для замораживания и сокращения усушки, продольный разрез по В-В; на фиг.2 - фрагмент развертки трубы вихревого теплообменника с изображением направления потока воздуха по отношению к образующей трубы; на фиг.3 - поперечный разрез устройство по А-А.

Устройство включает разгрузочный лоток 1, поперечную перегородку в верхней части камеры, 2, образующую замкнутый герметичный циркуляционный контур между воздухоохладителем и продуктом, теплоизоляционный контур 3, транспортерную ленту 4, кожух теплообменника вихревого воздухоохладителя 5, теплообменную трубу вихревого воздухоохладителя 6, замораживаемый продукт 7, загрузочный бункер 8, цепные звездочки 9, специальный осевой вентилятор 10, механизм очистки инея 11, щетки для очистки инея 12.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно подготовленный продукт 7, подлежащий замораживанию с температурой t_пр≈ 30° С+5° С (в зависимости от технологической обработки и температуры окружающей среды), поступает в загрузочный бункер 8 на транспортерную ленту 4. На ленте продукт перемещается через морозильную камеру, которая имеет теплоизоляционный контур 3. На начальном участке замораживания лента транспортера имеет волнообразный участок с затухающей волной, в результате чего частицы продукта 7 в слое непрерывно перемещаются одна по отношению к другой, что не позволит им в дальнейшем смерзаться при охлаждении и замораживании.

Замороженный продукт разгружается через разгрузочный лоток 1. Замораживание продукта осуществляется путем омывания его холодным двухфазным потоком (воздух с мелкодисперсными кристаллами инея), который подается в слой продукта сверху.

На начальном участке транспортерной ленты входящий в камеру продукт, как указывалось выше, может иметь температуру t_пр≈ 30° С+5° С. Попавшие мельчайшие кристаллы инея на такой продукт будут плавиться и прилипать к его поверхности, образуя тонкую водяную пленку. При плавлении кристаллов инея будет интенсивно отбираться тепло от продукта, при этом охлаждая его, а образовавшаяся пленка - предохранять от испарения влаги с поверхности самого продукта.

Затем при дальнейшем перемещении продукта по длине камеры пленка на поверхности продукта будет замерзать и предотвращать усушку при его замораживании и дальнейшем хранении. При омывании подмороженного продукта холодным двухфазным потоком кристаллы инея будут турбулизировать пограничный слой у его поверхности, тем самым интенсифицируя тепло- и массообмен и ускоряя процесс замораживания. Большое количество мельчайших кристаллов инея в воздухе повышает его относительную влажность, что также будет сказываться на уменьшении усушки продукта.

Двухфазный поток, пройдя через слой продукта "сверху вниз", засасывается специальными вентиляторами 10, закручивающими поток, и подает его в вихревой воздухоохладитель, представляющий собой теплообменник "труба в трубе". Внутренняя труба 6 окружена рубашкой 5. В межтрубное пространство подается холодильный агент, который через стенку 6 охлаждает двухфазный поток, который в виде вихря движется внутри трубы.

Внутри трубы установлено очистное устройство 11, снабженное очистными щетками 12, которые совершают вращательно-поступательное реверсивное движение "вверх-вниз" и очищают внутреннюю поверхность трубы от осевшего инея. Устройство 11 имеет специальный привод (не показано), который приводит его в действие.

Закрученный двухфазный поток в трубе имеет вращательную составляющую, которая создает в трубе поле центробежных сил. Центробежные силы прижимают очищенный иней к стенке трубы ввиду значительной разности плотностей (ρ _инея≈ 200 кг/м³, ρ _{воздуха}≈ 1,4 кг/м³), а поток воздуха уносит иней, заставляя его тереться о стенку трубы. В результате такого явления очищенный иней измельчается в мелкие кристаллы из-за трения его о внутреннюю поверхность трубы и одновременно турбулизирует пограничный слой на ее поверхности, значительно увеличивая коэффициенты тепло- и массообмена. Закрученный поток воздуха вместе с мелкодисперсными кристаллами инея поднимается в вихревом воздухоохладителе "снизу-вверх" и выходит со значительной скоростью в замкнутый герметичный циркуляционный контур, образованный поперечной перегородкой 2 и внутренней поверхностью теплоизоляционного контура 3, по всей длине камеры. Последнее создает условия гарантированного прохождения всех кристаллов через плотный слой продукта 7.

Пройдя плотный слой продукта, поток воздуха с оставшимися в нем кристаллами инея поступает на всас вентилятора 10, где завихряется и снова подается в вихревой воздухоохладитель, где кристаллы инея дробятся из-за трения о внутреннюю поверхность трубы и турбулизируют пограничный слой. Привод транспортерной ленты осуществляется звездочками 9.

В зависимости от необходимых условий тепло- и массообмена в трубе вихревого воздухоохладителя, а также тепло- и массообмена между воздухом и замораживаемым продуктом, специальные вентиляторы 10 могут подводить поток воздуха по отношению к образующей трубы под углом, равным α =25-75° . Это в каждом конкретном случае создает условия вариации и может обеспечить оптимальные условия замораживания продуктов.

Все вышеприведенные признаки способствуют созданию условий для снижения усушки замораживаемых продуктов и интенсификации процессов тепло- и массообмена и, как следствие, сокращению габаритных, массовых и стоимостных показателей.

Формула изобретения

1. Способ снижения усушки при замораживании пищевых продуктов, включающий перемещение продукта на транспортерной ленте, предотвращающее смерзание частиц продукта, отличающийся тем, что он включает подачу к слою продукта, размещенного в плотном слое, холодного воздуха с мелкодисперсными кристаллами инея в нисходящем потоке, измельчение инея осуществляют путем механической очистки и разрушения осевшего на теплообменной холодной поверхности слоя инея, а также воздействием центробежных сил во вращающемся в трубе вихревого воздухоохладителя потока воздуха и инея, прижимающих из-за разности плотностей воздуха и инея его к внутренней поверхности трубы, и трением его о стенку, что способствует измельчению и интенсификации тепло- и массообмена в результате турбулизации пограничного слоя, при этом транспортерную ленту выполняют волнистой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что двухфазный холодный поток, воздух и мелкодисперсные кристаллы инея омывают входящий в морозильный аппарат продукт с начальной температурой, равной t_пр≈ 30÷ 5° С так, что кристаллы инея плавятся на его поверхности, интенсивно охлаждая его, образуя жидкую пленку, которая при охлаждении замерзает на поверхности и предотвращает усушку продукта при замораживании и дальнейшем хранении, а при контакте потока воздуха с мелкодисперсными кристаллами инея повышается его относительная влажность, что также уменьшает усушку.

3. Устройство для снижения усушки при замораживании пищевых продуктов, содержащее теплоизолированную камеру, транспортерную ленту для продуктов, отличающееся тем, что он имеет вихревые воздухоохладители с механизмом очистки инея, осевые вентиляторы, завихряющие поток воздуха, подвод двухфазного потока, воздух и мелкодисперсные кристаллы инея в вихревой воздухоохладитель производят под углом к образующей трубы теплообменника, равным α =25-75° , при этом устройство в верхней части камеры имеет поперечную перегородку, образующую замкнутый герметичный циркуляционный контур между воздухоохладителем и продуктом, что способствует его смыванию высокоскоростным нисходящим потоком воздуха в плотном слое и всем количеством кристаллов инея, образующихся в воздухоохладителе.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3