Нагреватель потока продукта
Изобретение относится к устройствам для нагревания потоков продукта, в частности потоков пищевого продукта, содержащего фрукты или кусочки фруктов. Устройство содержит пропускающий продукт канал и средства для генерирования сильных переменных высокочастотных электрических полей и содержит электроды, выводы электродов и генератор переменного поля. Электроды расположены внутри пропускающего продукт канала и выполнены в форме площадки, имеющей овальную форму. 20 з.п. ф-лы, 8 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к устройству, предназначенному для нагревания потоков продукта а, более конкретно к нагреванию потоков пищевого продукта, содержащих фрукты или кусочки фруктов, и содержащему переносящий продукт канал, через который протекает продукт, и средство для генерирования переменных полей, содержащее электроды, выводы электродов и генератор переменного поля.
Устройства такого типа известны в данной области техники. В основном назначение таких устройств заключается в нагревании продуктов, в частности пищевых продуктов, с возможностью уничтожения бактерий для продления срока годности продукта при хранении. В связи с этим важно, чтобы качественные характеристики, такие как цвет, вкус, консистенция и структура продукта не претерпевали значительного изменения. Особенно важным это является по отношению к пищевым продуктам, содержащим фрукты или кусочки фруктов, поскольку структура фруктов может быть легко разрушена при нагреве. Следовательно, проблема заключается в том, что необходимо разработать способы и устройство для обработки, с помощью которых продукты сохраняли бы требуемые характеристики насколько это возможно.
Из документа US 6246040 В1 известно, например, устройство для нагревания и стерилизации потоков продуктов. В описанном в этом документе устройстве потоки продукта, перемещающиеся в стеклянных или тефлоновых трубах, подвергаются электронагреву под воздействием сильных переменных электрических полей. С этой целью к электродам, расположенным снаружи трубок, подводятся высокочастотные поля. Полярные молекулы, т.е. молекулы с асимметрично распределенным зарядом, содержащиеся в продукте, подвергаемом нагреванию, приходят в движение вследствие их стремления занять определенное положение под воздействием электрического поля. В этом случае при движении молекул образуется тепло. В дальнейшем этот способ нагревания называется высокочастотным нагреванием. Такое устройство способно быстро и равномерно нагревать даже неоднородные продуктовые смеси. Однако в этих системах большая часть энергии теряется в стенках трубок, вследствие чего коэффициент полезного действия устройства оказывается невысоким. Кроме того, вследствие присутствия высоких напряжений, генерирование которых возможно только сложной силовой электроникой, существует опасность возникновения искрового пробоя. По этим причинам производительность устройства такого типа является низкой, а издержки производства - соответственно высокими.
В другом хорошо известном устройстве используется способ нагрева электрическим током. В этом случае через среду, которую необходимо нагреть, протекает электрический ток. Для этой цели используются низкочастотные источники напряжения (до 60 Гц). При этом электроды соприкасаются непосредственно с продуктом, вследствие чего потери энергии удерживаются на очень низких уровнях. Однако этот способ может быть успешно применен только для потоков однородного продукта. Поскольку каналы для продукта должны быть сравнительно узкими (около 1 см), то этот способ трудно использовать для жидких сред, обогащенных кусочками фруктов, а достигаемые скорости потока имеют низкие значения. Кроме того, существует опасность возникновения электролиза и, как следствие, выделения при этом водорода. Данное обстоятельство приводит к сравнительно короткому технологическому сроку службы электродов, которые по большей части выполнены из углерода.
Таким образом, цель данного изобретения заключается в создании устройства и способа, позволяющих осуществлять процесс безопасного и щадящего нагревания или стерилизации потоков продуктов, включающих неоднородные продукты, в частности жидких сред, содержащих фрукты или кусочки фруктов, эффективным, энергосберегающим и выгодным с точки зрения стоимости образом при высоком выходе продукта.
Эта цель достигается устройством, имеющим признаки, указанные в п.1 формулы изобретения, и способом, имеющим признаки, указанные в п.23 формулы изобретения.
В предлагаемом устройстве электроды расположены внутри канала, переносящего данный продукт (называемый ниже переносящим продукт каналом), в котором высокочастотное электрическое поле, создаваемое между электродами генератором переменного поля, нагревает и, по необходимости, стерилизует продукт, который находится в этом канале. Под высокочастотным электрическим полем имеются в виду поля, имеющие частоты более высокие, чем частота управляющей сетки, в частности в диапазоне частот кГц-МГц. Электрическое переменное поле дает возможность непосредственного, равномерного и глубоко проникающего нагревания в предпочтительном случае диэлектрических материалов, например молекул воды. Таким образом, нагревание в частности неоднородных продуктов, например жидких пищевых сред, обогащенных фруктами или кусочками фруктов, осуществляется щадящим образом. Метод решения проблемы по данному изобретению позволяет избежать чрезмерной потери энергии, поскольку нет необходимости в дополнительном материале, например, диэлектрическом материале, расположенном между электродом и продуктом, и, следовательно, появляется возможность осуществлять эффективную, энергосберегающую и продуктивную эксплуатацию. Кроме того, с использованием такого устройства укорачивается время переходного процесса, что положительно влияет на регулирование температуры.
Поскольку электроды находятся в непосредственном контакте с продуктом, то дополнительно к высокочастотному нагреванию происходит также нагревание электрическим током, так как через продукт может протекать электрический ток. Это воздействие дает возможность получить дополнительное увеличение коэффициента полезного действия данного устройства.
В предпочтительном случае электроды расположены на противоположных сторонах переносящего продукт канала, причем устройство содержит по меньшей мере одну пару электродов. Расположенные напротив друг друга электроды приводят к созданию сравнительно однородных полей, имеющих по существу параллельные силовые линии, которые ориентированы в основном перпендикулярно к потоку продукта.
В одном предпочтительном варианте выполнения данного изобретения возможно выполнение каналов из безвредного для пищевого продукта диэлектрического материала, что также позволяет изолировать электроды. Однако в качестве материала для канала возможно использование и других материалов, в частности керамических материалов.
В другом предпочтительном варианте выполнения данного устройства переносящий продукт канал может иметь прямоугольное поперечное сечение. Благодаря этому могут быть получены поперечные сечения канала больших размеров, что обеспечивает высокий расход потока продукта. Кроме того, в больших каналах возможна транспортировка неоднородных жидких сред, например жидких пищевых сред, обогащенных фруктами или кусочками фруктов, не приводящая к возникновению нежелательного засорения. В предпочтительном случае углы канала закруглены для предотвращения скопления продукта, что на длительное время обеспечивает чистоту продуктовых каналов и облегчает их очистку. Следовательно, такая конфигурация канала также удобна для осуществления процесса внутренней очистки (ПВО).
В предпочтительном случае переносящий продукт канал может быть составлен из нескольких, в частности из двух, конструктивных элементов канала, имеющих по существу одинаковую конфигурацию. В случае квадратного поперечного сечения, возможно составление канала, например, из двух по существу U-образных конструктивных элементов канала. Такие конструктивные элементы можно легко создавать, и, кроме того, они дают возможность открыть канал и обеспечить доступ к электродам в случае необходимости технического обслуживания.
В одном особенно предпочтительном варианте выполнения поперечное сечение переносящего продукт канала выполнено с размерами, позволяющими под воздействием давления воздуха или малой мощности насоса, осуществить щадящую транспортировку продукта через устройство, в частности, снизу доверху. Вследствие щадящей транспортировки продукта внутри переносящего продукт канала возможно сохранение высоких внешних и вкусовых качеств продукта, особенно при транспортировке продуктов, содержащих фрукты или кусочки фруктов.
В предпочтительном случае электроды выполнены из высокосортной стали, однако возможно использование любого другого безвредного для пищевых продуктов коррозионно-стойкого электропроводящего материала. Высокосортная сталь обеспечивает длительный технологический срок службы и, следовательно, длительные интервалы между циклами технического обслуживания, а также обеспечивает относительную эффективность по стоимости, поскольку высокосортная сталь является широко используемым материалом.
В предпочтительно случае электроды имеют удлиненную и овальную форму, рассчитанную таким образом, что во внутренней части канала генерируется по существу однородное электрическое поле, обеспечивающее передачу энергии в поток продукта в соответствии с различными скоростями продукта, возникающими внутри канала. На краю канала, где скорость продукта ниже, генерируется соответственно более слабое электрическое поле по сравнению с центром, где скорость продукта самая высокая. Таким образом, благодаря форме электродов обеспечивается выделение энергии на элемент объема продукта за время его пребывания в устройстве по существу одинаковое для каждого элемента объема продукта в данном устройстве, так что происходит однородное нагревание продукта. Одновременно это приводит к упрощению управления технологическим процессом. Под элементом объема продукта следует понимать малый объем продукта, присутствующий в устройстве. Суммарное количество всех элементов объема продукта составляет полный поток продукта.
Особенность предпочтительного дополнительного варианта выполнения формы электродов заключается в том, что края электродов на стороне, обращенной в сторону от стенки канала, закруглены. Такое закругление препятствует образованию сильных локальных электрических полей, которые в противном случае могут привести к перегреву продукта в этой области.
В особенно предпочтительном случае края электродов, в частности в комбинации с каналом, сформированном из пластика или сопоставимого с ним материала, утолщены на стороне, обращенной к стенке канала, а стенка канала также имеет выемку, соответствующую утолщенной части. Это дает возможность осуществить контролируемый ввод электрода в стенку канала. Таким образом, утолщенная часть электрода вводится в соответствующую выемку в стенке с возможностью повторения этого процесса. Следовательно, устраняется, особенно при использовании безвредного для пищевых продуктов силиконового клея, возможное накопление продукта за электродом. Кроме того, при этом обеспечивается точно определенное положение электрода внутри канала. Дополнительное достоинство заключается в том, что электрическое поле, фактически сформированное внутри канала, по существу соответствует предварительно смоделированному полю.
Выгодно и то, что электроды соединены с выводами электродов, расположенными снаружи переносящего продукт канала по меньшей мере одним винтом или другими крепежными средствами с возможностью приложения растягивающего усилия. Таким образом, усилие, действующее между электродом и выводом электрода, прижимает электрод к стенке канала и обеспечивает его фиксацию, тогда как, с другой стороны, такое соединение также обеспечивает при необходимости легкую замену электрода
В предпочтительном случае генератор переменного поля, необходимый для подведения переменного напряжения к электродам, создает переменные напряжения в виде прямоугольных импульсов. При этом предпочтительными являются частоты в диапазоне от 100 кГц до 1000 кГц, в частности от 200 кГц до 500 кГц. Преимущество переменных напряжений в виде прямоугольных импульсов заключается в том, что они образованы наложением многих частот (анализ Фурье). Соответственно, спектр частот лежит в пределах от кГц до МГц. Благодаря присутствию спектра частот возможно генерирование длинноволновых колебаний, что обеспечивает даже более однородное распространение и, тем самым, более однородное нагревание, особенно, неоднородных продуктов.
Кроме того, генератор переменного поля создает напряжения до одного кВ, в частности 500 В, при токе в диапазоне до 100 А и, в частности, в диапазоне 50-60 А. Сравнительно низкое напряжение при одновременно относительно сильных токах приводит к множеству преимуществ. С одной стороны, благодаря низкому напряжению уменьшается риск искрового пробоя. Это особенно выгодно при наличии внутри продукта пузырьков газа. С другой стороны, сильные токи способствуют передаче высоких энергий, что приводит к эффективному нагреванию продукта. Кроме того, возможен выбор достаточно большого поперечного сечения канала для обеспечения высокой пропускной способности для продукта. В то же самое время длина устройства остается небольшой, что делает устройство компактным, а также облегчает процесс очистки устройства. Вышеописанные электрические характеристики могут быть обеспечены стандартными силовыми электронными устройствами, которые позволяют выполнить данное устройство эффективным с точки зрения стоимости и удобным с точки зрения технического обслуживания.
Поверхность контакта между генератором переменного поля и выводами электродов выполнена с возможностью подсоединения генератора переменного поля без использования какой-либо дополнительной электропроводки. В одном, особенно простом и поэтому удобном с точки зрения технического обслуживания варианте выполнения, генератор переменного поля прикреплен без использования инструментальных средств.
В предпочтительном случае на наружной стороне канала возможна установка элементов жесткости для обеспечения защиты от деформации диэлектрического материала, из которого выполнен канал. Вследствие наличия относительно высоких давлений внутри канала для продуктов, возможно возникновение нежелательной деформации канала, что отрицательно сказывается на форме электрических полей, или возможно ограничение функциональных возможностей устройства из-за наличия негерметичных частей. Элементы жесткости, особенно металлические пластины, выполненные, например, из высокосортной стали, противодействуют такой возможной деформации и соответственно способствуют увеличению технологического срока службы устройства.
В дополнительном варианте выполнения изобретения переносящий продукт канал сформирован из множества секций, которые установлены последовательно герметичным образом вдоль направления потока продукта. Каждая секция содержит по меньшей мере одну пару электродов, соответствующие выводы электродов и ряд генераторов переменных полей в соответствии с количеством пар электродов, причем каждый из генераторов содержит собственный контроллер. Таким образом, возможна индивидуальная адаптация устройства в зависимости от вида продукции и в зависимости от требуемой мощности нагревания. Ступенчатая конфигурация устройства для нагревания, содержащая соединенные последовательно секции, дополнительно дает возможность точного контроля температуры и ее регулировки.
Для этого удобно, если секции могут быть стянуты друг с другом соответствующими средствами, например винтами, причем в выемку между каждыми двумя секциями могут быть вставлены герметизирующие средства. Эта выемка может быть расположена по меньшей мере на одной из двух поверхностей раздела устройства с возможностью охвата переносящего продукт канала. В качестве герметизирующих средств возможно использование, например, кольцевого уплотнения. В случае проведения требуемого технического обслуживания, например замены электродов, возможен демонтаж различных секций с доступом к электродам, расположенным внутри канала, для работы с ними вручную.
Как вариант, также возможно осуществление герметизации без применения дополнительных уплотнений, в частности посредством склеивания, особенно в случае выполнения канала из пластика. Возможно упрочнение склеенных частей за счет того, что на одной из границ раздела присутствует вышеописанная выемка, а на границе раздела последующей секции выполнен герметизирующий выступ, который по форме соответствует данной выемке. Это мероприятие позволяет избежать воздействия нежелательных боковых усилий на склеенные части.
В предпочтительном дополнительном варианте выполнения устройство для нагревания потоков продукта может дополнительно содержать очистной модуль. Одной из операций технического обслуживания, которое требуется проводить систематически, является очистка переносящего продукт канала. Посредством постоянно установленного очистного оборудования этот эксплуатационный этап можно, если это необходимо, легко провести без какой-либо задержки или провести его в плановом порядке. Таким образом, возможно составление устройства для нагревания или стерилизации из множества секций и очистных агрегатов. Один из вариантов выполнения изобретения содержит две секции, каждая из которых имеет пять пар электродов, причем очистные модули выполнены между секциями, а также в начале и в конце всей установки для нагревания.
В предпочтительном случае очистной модуль, выполненный, в частности, из высокосортной стали, содержит переносящий продукт канал, имеет, по существу, то же поперечное сечение, что и устройство, и содержит внутри указанного канала разбрызгивающую головку, соединенную с фитингом, прикрепленным к наружной стороне очистного модуля и через который очищающая среда, в частности вода, подается внутрь переносящего продукт канала через разбрызгивающую головку. Посредством такого очистного модуля возможно проведение тщательной очистки переносящего продукт канала, что вносит свой вклад в качество нагреваемого продукта с гигиенической точки зрения.
В еще одном варианте выполнения, предпочтительном с точки зрения упорядоченного расположения, очистные модули содержат по меньшей мере одно сквозное отверстие, проходящее по существу параллельно направлению канала. Посредством стяжки, диаметр которой по существу соответствует диаметру отверстия, возможно соединение в ряд множества отцентрированных и стянутых друг с другом секций.
В соответствии с предлагаемым способом присутствующий в канале и обычно движущийся продукт нагревают и, в зависимости от обстоятельств, стерилизуют высокочастотным электрическим полем, которое генерируется между двумя электродами посредством генератора переменного поля. При этом электроды размещены внутри переносящего продукт канала. Электрическое переменное поле обеспечивает возможность непосредственного и однородного нагревания щадящим образом, в предпочтительном случае диэлектрических материалов, при глубоком проникновении в продукт. В частности, структура твердых компонентов внутри продукта, особенно фруктов или кусочков фруктов, в основном сохраняется. Предлагаемый способ позволяет избежать чрезмерных потерь энергии, поскольку между электродом и продуктом отсутствует дополнительный материал, поэтому способ является эффективным, энергосберегающим и продуктивным. Кроме того, при использовании такого способа очень мало время переходного процесса, что положительно влияет на регулирование температуры.
Варианты выполнения предлагаемого устройства в соответствии с изобретением, а также предлагаемые способы будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 представляет собой вид в аксонометрии первого варианта выполнения устройства по данному изобретению;
фиг.2а - подробный вид сверху электрода, введенного в стенку канала;
фиг.2b - подробное изображение в поперечном сечении электрода, введенного в стенку канала;
фиг.3 - вид в аксонометрии второго варианта выполнения устройства по данному изобретению;
фиг.4 - общий вид в аксонометрии нагревателя потока продукта, содержащего множество последовательно соединенных секций;
фиг.5 - вариант выполнения половины формирующего канал корпуса, содержащего пять электродов;
фиг.6 - вид в аксонометрии очистного модуля;
фиг.7 - общий вид в аксонометрии нагревателя потока продукта, содержащего множество последовательно соединенных секций и два очистных модуля, и
Фиг.8 - схематичный вид производственной линии, содержащей нагреватель потока продукта.
На фиг.1 в аксонометрии изображена основная конфигурация устройства 1 по данному изобретению. Переносящий продукт канал 2 образован двумя конструктивными элементами 3 и 4, имеющими, по существу, одинаковую конфигурацию. Два конструктивных элемента 3 и 4 расположены рядом с обеспечением герметичности и в типичном варианте сцеплены или склеены друг с другом. На границе раздела 5 между конструктивными элементами 3 и 4 выполнено соединение 6 типа паз/шпонка, которое в данном примере расположено у стороны конструктивного элемента, обращенной к каналу. Посредством этого соединения 6 паз/шпонка усиливается прочность сцепления. Само собой разумеется, что склеивание является просто одной возможностью соединения двух конструктивных элементов 3 и 4 канала друг с другом, но также возможно соединение этих конструктивных элементов друг с другом посредством винтов 16. Конструктивные элементы 3 и 4 канала могут быть выполнены из безвредного для пищевых продуктов диэлектрического материала, например тефлона (PTFE), полисульфона или полиэфирэфиркетона (PEEK).
Внутри канала 2, на противолежащих поверхностях 7 боковых стенок, размещены два электрода 8 и 9, которые, по существу, имеют одинаковую форму. В типичном случае эти электроды 8, 9 выполнены из высокосортной стали. Электроды 8, 9 электрически соединены с расположенными снаружи выводами 10 и 11 электродов, обычно выполненными из алюминия или латуни, причем электрическое соединение осуществляется, например, стяжными винтами 12. В этом варианте выполнения стяжные винты 12 также служат для закрепления электродов 8 и 9. Выводы 10 и 11 электродов соединены с генератором прямоугольных импульсов переменного поля, который здесь не показан, линиями 13 связи (в данном случае изображена линия связи только с выводом 11 электрода). Для предотвращения деформации конструктивных элементов 3 и 4 канала, которые могут быть вызваны относительно высокими давлениями до приблизительно 8 бар, в частности 6 бар, на наружной стороне конструктивных элементов 3 и 4 канала установлены листы жесткости 14 и 15. Листы жесткости 14 и 15 могут быть закреплены винтами 16 или могут быть приклеены к конструктивным элементам 3 и 4 канала. В изображенном варианте выполнения, в котором переносящий продукт канал 2 имеет прямоугольную форму, листы жесткости 14 и 15 закрывают по меньшей мере часть широкой и узкой сторон конструктивных элементов 3 и 4 канала, причем в этом примере область, закрываемая выводом 10 или 11 электродов, оставлена свободной с тем, чтобы лист жесткости и вывод электрода не соприкасались друг с другом. Подходящим материалом для придания корпусу жесткости является, например, высокосортная сталь.
Вышеописанное устройство представляет собой секцию. Эта секция может быть присоединена к другим секциям, имеющим такую же конфигурацию, с возможностью формирования сквозного канала для продуктов, имеющего произвольную длину в зависимости от необходимого объема выпуска продукта. По этой причине устройство 1 содержит соединительные и герметизирующие средства, посредством которых возможно герметичное объединение секций друг с другом. Выемка 18 расположена на границе раздела, примыкая к следующей секции 17, в которой расположен канал 2 для продуктов, причем в данную выемку может быть введено герметизирующее средство. Подходящим герметизирующим средством может быть, например, кольцевое уплотнение, плоское уплотнение или силиконы. В изображенном варианте выполнения выемка непосредственно примыкает к переносящему продукт каналу 2, однако, в принципе, возможно ее расположение в произвольном месте границы раздела со следующей секцией 17. Возможно выполнение выемки 18 только на одной стороне секций, или она может быть выполнена на обеих сторонах. Для центрирования двух секций друг относительно друга каждый конструктивный элемент канала содержит по меньшей мере один выступающий наружу стержень 19 и 20, который расположен на границе раздела со следующей секцией 17. Эти стержни 19 и 20 входят в соответствующие углубления (здесь не показаны) другой секции, соединяя две секции, и тем самым центрируют их относительно друг друга.
Позицией 21 обозначены болты, которые поворачиваются в подшипниках, причем ось вращения болтов по существу параллельна границе раздела 17. Опора поворачивающегося в подшипниках болта 21 соединена с листами 14 жесткости и расположена вблизи границы раздела 17 со следующей секцией. На противоположной стороне второй границы раздела 22 с дальней следующей секцией расположены ответные детали 23, предназначенные для поворачивающегося в подшипниках болта 21. Эти ответные детали, также как и болты 21, удерживаемые с возможностью вращения, расположены на листе жесткости 14 вблизи границы раздела 22. Идентичные поворачивающиеся в подшипниках болты (не показаны) и соответствующие ответные детали 24 выполнены также и на листе жесткости 15 второго конструктивного элемента 3 канала, причем в этом варианте выполнения на каждой поверхности 17 или 22 границы раздела поворачивающиеся в подшипниках болты выполнены на одной стороне, а соответствующие ответные детали выполнены на другой стороне. Точная установка болтов и встречных деталей не является критичной для данного изобретения. Поворачивающиеся в подшипниках болты 21 и соответствующие ответные детали служат для крепления двух последовательно расположенных секций друг к другу. Данный механизм описан более подробно со ссылкой на фиг.4.
На фиг.2а и 2b показан подробный пример варианта выполнения электродов по данному изобретению. На фиг.2а изображено сечение, проходящее в продольном направлении потока 25 продукта параллельно электродам 8 и 9, а на фиг.2b изображено поперечное сечение, проходящее по стяжным винтам 12 в стороне от потока 25 продукта.
На фиг.2а показан вид сверху нижней части устройства 1. Как показано на фиг.2а, электрод 8 имеет форму площадки или пластины, стороны которой, проходящие параллельно направлению течения потока 25 продукта и обращенные к стенкам канала, закруглены. В результате этого они приобретают овальную форму. При этом радиус R1 закругления составляет приблизительно половину глубины Y электрода.
На фиг.2b показано закругление 26 на соответствующих краях электродов 8 и 9. На стороне, обращенной к стенке 7 канала, электроды 8 и 9 имеют утолщенную часть 27, которая имеет частично закругленную форму с радиусом R3, приблизительно соответствующим толщине Z электрода. На участке, закрытом электродами 8 и 9, стенка 7 канала оставлена открытой или в ней сделано углубление в соответствии с формой электродов 8 и 9, при этом электроды 8 и 9 вставлены в стенку 7 канала приблизительно до половины их толщины Z. При необходимости электроды 8 и 9 могут быть полностью вставлены в конструктивные элементы 3 и 4 или могут опираться на них. Электроды 8 и 9 соединены с соответствующими выводами 10 и 11 электродов посредством стяжных винтов 12, которые могут создавать электрический контакт, а также могут герметично закреплять электроды 8 и 9. Кроме того, в частях 28 и 29, расположенных за электродами, могут быть предусмотрены герметизирующие средства, например плоские уплотнения. Как вариант возможно приклеивание электродов 8 и 9 к конструктивным элементам 3 и 4 безвредным для пищевых продуктов клеем, например силиконовым клеем. На фиг.2b также показаны закругленные углы 30 канала. Величина радиуса закругления R4 углов канала обычно существенно меньше половины высоты Н канала.
Для жидкого пищевого продукта, обогащенного фруктами или кусочками фруктов, используются, например, следующие размеры устройства (без учета генератора переменного поля):
ширина В - 100-600 мм, в частности В=350 мм,
высота Н - 50-250 мм, в частности Н=150 мм, и
глубина Т - 50-450 мм, в частности Т=250 мм, с шириной канала b - 50-550 мм, в частности b=250 мм, высотой h - 30-230 мм, в частности h=до 95 мм, и
радиус R4 закругления 0-115 мм, в частности R4=10 мм. Таким образом, электроды 8 и 9 имеют ширину х - 30-500 мм, в частности х=250 мм, глубину у - 20-450 мм, в частности у=135 мм, и толщину z - 5-25 мм, в частности z=10 мм. Величина радиуса R1 закругления стороны электродов 8 и 9 составляет приблизительно 0-225 мм, в частности 67,5 мм, величина радиуса R2 закругления электрода составляет приблизительно 0-12,5 мм, в частности R2=5 мм и величина радиуса R3 утолщенной части составляет приблизительно 0-25 мм, в частности R3=10 мм.
На фиг.3 показан альтернативный вариант выполнения 31 предлагаемого устройства. Данный вариант выполнения, имеющий по существу такую же конфигурацию, отличается от предыдущего варианта выполнения двумя аспектами. По сравнению с выводом 11 электрода первого варианта выполнения, контактная площадка вывода 32 для электрода второго варианта выполнения имеет меньшие размеры. Сторона вывода 32 электрода, обращенная к генератору переменного тока, который здесь не показан, по существу имеет U-образную форму и больше не опирается на конструктивный элемент 4 канала. Кроме того, на стороне, которая находится напротив генератора переменного поля, вывод 32 электрода выполнен более коротким по сравнению с выводом 11 электрода (рекомендуемый вариант выполнения 1). Поскольку опорная поверхность вывода 32 электрода на конструктивном элементе канала меньше по сравнению с первым рекомендуемым вариантом выполнения, то возможно выполнение листа 33 жесткости с увеличенной поверхностью, что приводит к улучшению прочности устройства 31 по сравнению с первым рекомендуемым вариантом выполнения. Следует иметь в виду, что вывод электрода, принадлежащий второму электроду 8, имеет форму, одинаковую с выводом 32. То же самое является справедливым для листа 34 жесткости второго конструктивного элемента 3 канала.
Кроме того, дополнительное отличие варианта выполнения 2 заключается в другом способе присоединения и осуществления контакта электродов с конструктивными элементами канала и выводами электродов соответственно, причем прикрепление электродов и осуществление контакта выполнены раздельно. Электроды прикреплены к конструктивным элементам 3 или 4 канала крепежными винтами 35 без осуществления контакта с выводами 32 электродов. Электрический контакт между электродами и выводом 32 электрода создается контактными средствами, в данном примере шестью винтами 36. Преимущество этого варианта выполнения заключается в том, что при поврежденных выводах электродов электроды или, наоборот, выводы могут оставаться на месте, при этом облегчаются процедуры технического обслуживания. Размеры второго варианта выполнения по существу соответствуют размерам первого рекомендуемого варианта выполнения.
Фиг.4 схематически изображает общий вид трех секций 1, соединенных последовательно по первому рекомендуемому варианту выполнения. Три соединенные последовательно секции 1 на концах 37 и 38 имеют фитинги 39. На границах раздела 17 с соответствующими следующими секциями или с фитингом 39 ясно видно как секции могут быть прикреплены друг к другу, а также как передняя и замыкающая секции могут быть соединены с соответствующим фитингом 39 посредством введения поворачивающихся в подшипниках болтов 21 в соответствующую ответную деталь 23. В изображенном рекомендуемом варианте выполнения использованы три последовательные секции, однако в зависимости от варианта применения нагревателя потока продукта возможно соединение произвольного количества секций.
Фиг.5 изображает вариант последовательного соединения секций одинаковой конфигурации. Длина конструктивного элемента 40 канала может быть также выбрана в зависимости от количества необходимых пар электродов. Например, в изображенном рекомендуемом варианте выполнения возможна установка пяти электродов 41-45 внутри одного конструктивного элемента 40 канала. При этом размеры электродов 41-45 соответствуют размерам электродов 8 и 9, изображенных на фиг.2а и 2b. В показанном рекомендуемом варианте выполнения электроды 41-45 разнесены с интервалом приблизительно в 50 мм. Множество отверстий или пазов 46 в стенке конструктивного элемента 40 канала используются для скрепления винтами двух необходимых конструктивных элементов канала. В другом варианте стенки канала могут быть склеены.
На фиг.6 показано применение конструктивных элементов, изображенных на фиг.5, в нагревателе потока продукта. В этом примере использованы конструктивные элементы 47 с тремя электродами (не показаны). Здесь использован второй рекомендуемый вариант выполнения, показанный на фиг.3, который касается формы выводов 32 электродов и листа 33 жесткости. Данное устройство укомплектовано очистными модулями 48 и 49, выполненными на обоих концах, подробное описание которых приведено ниже со ссылкой на фиг.7. Возле очистного модуля 48, 49 расположены фитинги 39. Очистные модули 48, 49 стянуты друг с другом двумя стяжками 50 и 51. Посредством этого механизма стяжек три элемента, а именно два очистных модуля и секция, герметично соединены друг с другом и отцентрированы.
Фиг.7 представляет собой детальное аксонометрическое изображение очистного модуля 48. В показанном варианте выполнения очистной модуль состоит из одного конструктивного элемента 52, причем, естественно, существует возможность формирования корпуса очистного модуля 48 из двух или более конструктивных элементов, которые по существу имеют одинаковую конфигурацию. Конструктивный элемент 52 определяет границы канала 53, форма которого, по существу, соответствует форме переносящего продукт канала 2 секций 1 и 31 соответственно. Позицией 53 обозначены центрирующие углубления, предназначенные для совмещения очистного модуля 48 с последующими секциями 1 или 31, которые содержат центрирующие стержни 19 или 20. На сторонах конструктивного элемента 52 выполнены направляющие отверстия 55, через которые пропускают стяжки 50 и 51. К фитингу 56 может быть подсоединен трубопровод или шланг, подающий очищающую жидкость. Посредством канала (не показан), выполненного в конструктивном элементе 52 очистного модуля, очищающее средство может входить в разбрызгивающую головку 57 и разбрызгиваться через отверстия, выполненные в разбрызгивающей головке, во внутреннюю часть канала 53 и переносящего продукт канала 2 соответственно. В рекомендуемом варианте выполнения изображена разбрызгивающая головка, установленная в центре, однако возможна установка множества маленьких разбрызгивающих головок, главным образом по периметру канала 53.
Установлено, что для пищевого продукта, обогащенного фруктами или кусочками фруктов, наиболее эффективным является нагреватель потока продукта с парами электродов, последовательно соединенными по схеме 2×5. При этом очистной модуль находится на конце входа продукта и на конце выхода продукта, а дополнительный очистной модуль расположен в середине устройства, то есть после пяти следующих друг за другом пар электродов. Для данного применения не является критичным то, как используется устройство, в горизонтальном или вертикальном положении, но при вертикальном положении уменьшается опорная поверхность устройства.
Обратимся к фиг.8, на котором схематично показана полная конфигурация нагревателя потока продукта, и опишем предлагаемый способ, в котором применяется устройство по данному изобретению. Обогащенный фруктами или кусочками фруктов жидкий пищевой продукт, который необходимо нагреть, находится в контейнере 60 для хранения. После открытия клапанов 62 фруктовый продукт перемещается в канале 63 насосом 61. После прохождения изогнутого фитинга 64 жидкость попадает в нагреватель 65 потока продукта. Как показано на чертеже, в нагреватель 65 потока продукта снизу подают продукт, который затем проходит через нагреватель 65 по существу вверх. При этом продукт проходит целиком мимо десяти пар 67-76 электродов. Каждая из пар электродов соединена с одним из генераторов 77-86 прямоугольных импульсов. Обычно к электродам 67-76 подводят переменное напряжение с сигналом прямоугольной формы, величина которого составляет приблизительно 500 Вт при токах приблизительно 50-60 А и частоте приблизительно 200-500 кГц. В результате, внутри переносящего продукт канала создаются сильные электрические переменные поля, посредством которых происходит нагревание потока продукта. В типичном случае, изображенном в примере, достигаемая скорость нагревания составляет 80°С в минуту, а максимально достигаемая температура составляет около 130°С. После этапа нагревания поток продукта поступает в выпускной канал 87 с возможностью дальнейшей технологической обработки в следующей установке (не показана).
Возможно регулярное отключение устройства и проведение процесса очистки нагревателя 65 потока продукта имеющимися очистными модулями 88-90. Для проведения технического обслуживания электродов возможен относительно быстрый демонтаж нагревателя потока продукта посредством стяжек 91 и 92 и удаления из него выталкиванием очистных модулей с обеспечением простого доступа к электродам.
1. Устройство для нагревания потоков пищевого продукта, содержащего фрукты или кусочки фруктов, содержащее пропускающий продукт канал (2), через который проходит продукт, и средства для генерирования высокочастотных электрических переменных полей, содержащие электроды (8, 9), выводы (10, 11, 32) электродов и генератор (77) переменного поля, причем электроды (8, 9) расположены внутри пропускающего продукт канала (2), выполнены в форме площадки и имеют овальную форму.
2. Устройство по п.1, в котором электроды (8, 9) расположены на противоположных сторонах пропускающего продукт канала (2), в силу чего устройство (1,31) содержит по меньшей мере одну пару электродов.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором части, образующие пропускающий продукт канал (2), выполнены из безвредного для пищевых продуктов диэлектрического материала.
4. Устройство по п.1 или 2, в котором пропускающий продукт канал (2) имеет в поперечном сечении форму прямоугольника, углы которого закруглены.
5. Устройство по п.1 или 2, в котором пропускающий продукт канал (2) сформирован из множества, в частности из двух, конструктивных элементов (3, 4), имеющих по существу одинаковую конфигурацию.
6. Устройство по п.1 или 2, в котором поперечное сечение пропускающего продукт канала (2) выполнено с размерами, позволяющими перемещать до 4 тонн в час, в частности 3 тонн в час, продукта при его пропускании через устройство, в частности, снизу вверх посредством давления воздуха или малой мощности насоса.
7. Устройство по п.1 или 2, в котором электроды (8, 9) выполнены из коррозионно-стойкого материала, в частности из высокосортной стали.
8. Устройство по п.1, в котором края (26) электродов (8, 9) на стороне, обращенной в противоположную стенке (7) канала сторону, закруглены.
9. Устройство по п.1, в котором края (27) электродов (8, 9) утолщены на стороне, обращенной к стенке (7) канала, причем в стенке (7) пропускающего продукт канала (2) расположена выемка (28, 29), соответствующая по форме электроду.
10. Устройство по п.1 или 2, в котором электроды (8, 9) соединены с выводами (10, 11, 32) электродов, расположенными снаружи пропускающего продукт канала (2) посредством по меньшей мере одного крепежного элемента (12, 36), в частности, посредством по меньшей мере одного винта (12).
11. Устройство по п.1 или 2, в котором генератор (77) переменного поля выполнен с возможностью создания переменных напряжений в виде импульсов прямоугольной формы в диапазоне частот 100-1000 кГц, в частности, в диапазоне 200-500 кГц.
12. Устройство по п.1 или 2, в котором генератор (77) переменного поля выполнен с возможностью создания на электродах (8, 9) напряжений до 1 кВ и токов до 100 А.
13. Устройство по п.1 или 2, в котором генератор (77) переменного поля содержит поверхность контакта, соответствующую форме вывода (10, 11, 32) электрода и предназначенную для подсоединения без использования кабелей.
14. Устройство по п.13, в котором поверхность контакта генератора (77) переменного поля выполнена с возможностью подсоединения выводов (10, 11, 32) электродов без использования инструментальных средств.
15. Устройство по п.1 или 2, в котором в качестве средств защиты от деформации на наружной стороне канала расположены элементы (14, 15, 33, 34) жесткости.
16. Устройство по п.1 или 2, в котором пропускающий продукт канал (2) сформирован из множества секций, установленных последовательно вдоль направления потока продукта с обеспечением герметичности.
17. Устройство п.16, в котором на по меньшей мере одной из поверхностей (17), пересекающих пропускающий продукт канал (2), секция содержит охватывающую пропускающий продукт канал (2) выемку (18), в которую вставлены средства, герметизирующие границу раздела (17) двух устройств (1, 31), и имеются средства (21, 23) для герметичного соединения устройства.
18. Устройство по п.16, в котором на по меньшей мере одной из поверхностей (17), пересекающих пропускающий продукт канал (2), секция содержит охватывающую пропускающий продукт канал (2) выемку (18), а на другой поверхности (22), пересекающей канал (2), содержит выступ, соответствующий по форме выемке, и имеются средства (21, 23) для герметичного присоединения к устройству.
19. Устройство по п.1 или 2, которое дополнительно содержит очистной модуль (48, 88, 89, 90).
20. Устройство по п.19, в котором очистной модуль (48, 88, 89, 90), выполненный, в частности, из высокосортной стали, содержит пропускающий продукт канал (53), имеет поперечное сечение, по существу одинаковое с устройством (1, 31), и содержит внутри пропускающего продукт канала разбрызгивающую головку (57), соединенную с фитингом (56), прикрепленным к наружной стороне очистного модуля и выполненным с возможностью пропускать очищающее средство, в частности воду, через разбрызгивающую головку (57) внутрь пропускающего продукт канала (2).
21. Устройство по п.19, в котором очистной модуль (48, 49, 88-90) содержит по меньшей мере одно дополнительное сквозное отверстие (55), проходящее по существу параллельно направлению канала (2).
