Способ и механизированное устройство для варки яиц
Владельцы патента RU 2361496:
ФГОУ ВПО "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия" (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для поточной варки пищевых яиц. Конвейерная микроволновая яйцеварка состоит из расположенного внутри цилиндрического экранирующего алюминиевого корпуса, вращающегося фторопластового ротора с ячейками для яиц. В нижнем основании корпуса по периметру вырезаны окна и закрыты перфорированным фторопластом. С тыльной стороны состыкованы микроволновые печи без дверей так, что их рабочие камеры увеличены до верхнего основания корпуса с учетом кратности четверти длины волны. Между печами установлены вентиляторы. Для этого в этих местах перфорировано нижнее основание корпуса, на которое насажена крышка корпуса. Крышка содержит люк для загрузки яиц. Люк для выгрузки пристыкован с тыльной стороны нижнего основания. При варке яиц в конвейерной микроволновой печи воздействуют электрическим полем с частотой 2450 МГц и удельной мощностью 2÷2,5 кВт/кг в циклическом режиме. Мощность генератора варьируют от 100÷1100 Вт в соответствии со временем нагрева и вентилирования 12÷1800 секунд до достижения температуры белка 80°С. Изобретение обеспечивает увеличение производительности яйцеварки за счет конвейера, обеспечивающего циклическое воздействие сверхвысокой частоты на яйца. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для поточной варки пищевых яиц.
Известные способы варки яиц в воде и на пару имеют высокую энергоемкость. Кроме того, вода, проникая сквозь поры скорлупы, делает яичный белок более жестким. Удельные энергозатраты при этом составляют 10 Вт·ч на одно яйцо.
Во всех бытовых электрических яйцеварках можно варить в периодическом режиме максимум до 24 яиц, и все они содержат иглу - пробойник. В этих яйцеварках можно сварить яйца с минимальными потерями, лишь проколов скорлупу с тупого конца иглой - пробойником.
В микроволновой печи не разогревают и не варят яйца, так как считают, что не существует способа сварить яйцо в ней, потому что при их нагреве рост давления внутри скорлупы может привести к их взрыву.
Имеется устройство Quick Egg Boiler, которое предназначено для варки яиц в микроволновой печи [1].
Время приготовления составляет 5…9 мин. Оно состоит из прозрачной для микроволнового излучения основной емкости для воды. Внутри этой емкости имеется другая емкость для продукта, защищенная от микроволнового излучения крышкой. Причем и емкость для продукта, и крышка выполнены из материала, непрозрачного для микроволнового излучения. Стенки и дно емкости для продукта выполнены перфорированными. Такое устройство можно использовать только в бытовых условиях.
Имеется устройство Quick Egg Boiler - яйцо в микроволновке, которое предназначено для варки яиц в микроволновой печи. Для этого необходимо добавить в емкость воды и варить 5…9 мин. Этот способ не отличается от обычного способа приготовление яиц в воде [2].
Имеется техническое решение по патентному документу ДЕ 3300663, кл A47J 29/00, опубл. 04.08.1983 - микроволновая яйцеварка.
Во всех этих установках осуществить конвейерный режим воздействия СВЧ-энергии на яйца невозможно.
Технологический и технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении производительности варки яиц без воды за счет циклического воздействия микроволн в процессе транспортирования яиц через микроволновые печи с вращением их вокруг своей оси.
Указанные результаты достигаются тем, что:
- воздействуют электрическим полем с частотой 2450 МГц и удельной мощностью 2…2,5 кВт/кг в циклическом режиме, причем мощность генератора варьируют от 100…1100 Вт в соответствии со временем нагрева и вентилирования 12…1800 секунд до достижения температуры белка 80°С;
- внутри цилиндрического экранирующего алюминиевого корпуса содержится вращающийся фторопластовый ротор с ячейками для яиц, прикасающихся к нижнему основанию корпуса, в котором по периметру вырезаны окна и закрыты перфорированным фторопластом, куда с тыльной стороны состыкованы микроволновые печи без дверей так, что их рабочие камеры увеличены до верхнего основания корпуса с учетом кратности четверти длины волны, при этом между печами установлены вентиляторы, для чего в этих местах перфорировано нижнее основание корпуса, на которое насажена крышка корпуса, которая содержит люк для загрузки яиц, люк для выгрузки пристыкован с тыльной стороны нижнего основания.
На фиг.1 изображена схема конвейерной микроволновой яйцеварки (вид сбоку). На фиг.2 изображена схема конвейерной микроволновой яйцеварки (вид сверху без крышки). На фиг.3 - зависимость производительности конвейерной микроволновой яйцеварки от количества печей разной мощности: 1-650 Вт; 2-800 Вт; 3-1000 Вт, независимо от количества загружаемых яиц (при загрузке их: а) 3 яйцами; б) 8 яйцами). На фиг.4 - зависимость времени нагрева в одной печи от количества одновременно нагреваемых яиц при разной мощности печей: 1-1000 Вт; 2-800 Вт; 3-650 Вт: а) количество печей - 4 шт.; б) количество печей - 10 шт. На фиг.5 - поверхность отклика и двумерное сечение в изолиниях трехфакторной модели производительности яйцеварки в зависимости от мощности и количества микроволновых печей при их загрузке шестью яйцами.
Оборудование установлено на стол 1 с диэлектрическим покрытием. На диэлектрические подставки 2 по периметру круглого стола 1 установлены микроволновые печи 3 генераторным блоком к периферии и дверью вверх. Причем ручки регулятора таймера времени и мощности 4 находятся за пределом рабочей камеры 5 со стороны периферии стола 1. Емкость рабочей камеры микроволновой печи увеличена со стороны двери. Дверь печи заменена фторопластовой пластиной 6. На микроволновые печи, расположенные по периферии круглого стола 1, закреплен алюминиевый диск 7 с окнами для микроволновой печи. Причем диаметр диска 7 охватывает рабочие емкости микроволновых печей. Сверху диск 7 закрыт цилиндрической алюминиевой крышкой 8. Внутри рабочей камеры 5 установлен на опорных роликах 9 ячеистый ротор 10. Ротор 10 смонтирован на вал 11 мотора - редуктора 12. Причем центральная часть ротора 10 выполнена из алюминия, а его периферийная часть - из фторопласта, в котором имеются ячейки. С нижней стороны диска 7 вмонтированы между печами вентиляторы 13. На крышке 8 имеется загрузочный люк 14, через который в ячейки попадают яйца 15. На алюминиевом диске 7 имеется выгрузной люк 16. Под выгрузным люком 16 установлены емкости 17 для приема сваренных яиц 6.
По периметру окна между микроволновой печью и алюминиевым диском имеются экранирующие жалюзи 19. Ячейки для яиц 20 имеют особую конфигурацию, они позволяют во время вращения ротора передвигать и вращать яйца, которые не выпадают при этом за пределы диэлектрического ограничителя 21.
Процесс варки происходит следующим образом. Включают электропривод 11, 12 ячеистого ротора 10. Далее заполняют ячейки 20 яйцами 15 через загрузочный люк 14, одновременно включают вентиляторы 13. После заполнения всех ячеек яйцами включают микроволновые печи 3 последовательно, по мере появления из печи нагретых яиц, в рабочей камере 5 следующей печи. Для этого необходимо повернуть ручки регулятора мощности и времени 4 до соответствующих величин. При этом яйца 15, находясь в ячейке 20, за счет ротора 10 вращаются вокруг своей большей оси и движутся по периметру алюминиевого диска 7. Он имеет несколько окон, размерами, соответствующими двери микроволновой печи, закрытых фторопластовыми пластинами 6. Во время нахождения над этой пластиной 6 яйца окажутся в рабочей камере микроволновой печи и нагреваются токами сверхвысокой частоты. При передвижении между печами происходит выравнивание давления и перераспределение температуры от центра яйца (т.е. от желтка) к периферии (к белку). Ускорению процесса выравнивания температуры и давления внутри яйца способствуют вентиляторы 13. Алюминиевая крышка 8, на которую закреплен загрузочный люк 14, закрывает рабочие емкости всех микроволновых печей, расположенных по периметру стола 1. Крышка 8 является экраном. Стыки в окнах, где установлены печи, закрыты экранирующими жалюзи 19. Микроволновые печи 3 установлены на диэлектрические подставки 2 для вентиляции.
Варка яиц происходит в циклическом режиме «многократный нагрев и пауза» или вентилирование. Такой режим достигается за счет конвейерного прохождения яиц в ячейках ротора через рабочие камеры каждой печи и через вентилируемый промежуток между ними. По окончании цикла сваренные яйца выгружаются через люк 16 в специальную емкость 17. Ротор 18 удерживается на опорных роликах 9. При передвижении яйца с ячеек не выпадают к периферии, так как на нижний алюминиевый диск 7 вмонтирован диэлектрический ограничитель 21.
Для определения возможных режимов варки яиц с использованием микроволновых печей провели расчет режимных параметров установки для варки яиц. Причем варьировали мощность микроволновых печей от 100 до 1100 Вт и количество одновременно нагреваемых яиц в одной печи от 3 до 8 штук. При этом рассматривали 68 вариантов (табл.1). В таблице 1 приведены режимные параметры конвейерной микроволновой яйцеварки.
Рекомендуемые затраты энергии для варки пищевых продуктов в микроволновой печи составляют 0,166 кВт·ч/кг [4]. Рекомендованное значение удельной мощности при СВЧ-нагреве пищевых продуктов составляет 2…2,5 кВт/кг [3].
Удельные энергозатраты при варке яиц тогда составляют 10 Вт·ч на одно яйцо. Если принять массу одного яйца G=60 грамм, то удельные энергозатраты составляют
С учетом такой рекомендации определяем время нагрева яиц в одной микроволновой печи в зависимости от количества загружаемых яиц:
где nя - количество одновременно нагревающихся яиц в микроволновых печах, шт.;
nп - количество микроволновых печей, шт;
G - масса одного яйца, г;
Р - полезная мощность микроволновой печи, Вт.
Например, для разработанной конвейерной яйцеварки, когда количество печей
nn=4 шт, nя=3 шт, Р=650 Вт, G=60 г, время нагрева яиц составляет:
Время нагрева яиц в микроволновой яйцеварке, содержащий 8 печей, nn=8 шт, nя=3 шт, Р=650 Вт, G=60 г составляет:
Расчетные данные сведены в таблицу 1.
Проверочный расчет удельных энергозатрат
если Р=100 Вт, то
если Р=800 Вт, то
если Р=1000 Вт, то
если Р=1100 Вт, то
т.е. рекомендуемое значение.
Для осуществления конвейера рационально иметь минимум 3 микроволновых печи, а максимум 10. Минимально возможное количество яиц при конвейерной варке - 3 шт., из-за того, что микроволновые печи нельзя включать без нагрузки.
Максимальное количество одновременно нагреваемых яиц - 15 (600/40=15), оно определяется площадью рабочей камеры (600 см2) и площадью, занимаемой одним яйцом.
Исходя из таких ограничений определяем возможные пределы времени нагрева яиц в одной печи.
Если минимальная мощность 100 Вт, максимальное количество яиц 15 шт. и минимальное количество печей 3 шт., то максимальное время нагрева будет равно:
Минимальное время:
, принимаем с запасом 12 с.
Конечная температура белка и желтка яиц:
где 
Рn - мощность печи, Вт;
G - масса яйца, кг;
Δτ - время нагрева в одной печи, с;
nn - количество печей, шт.;
η - кпд термический;
С - теплоемкость белка и желтка, кДж/кг °С (Сбелка=4,1 кДж/кг °С, Сжелтка=2,8 кДж/кг °С);
Время нагрева яиц в одной печи определяет производительность конвейерной микроволновой яйцеварки. Зависимость производительности конвейерной микроволновой яйцеварки от количества печей разной мощности можно увидеть на фиг.3. Зависимость времени нагрева в одной печи от количества одновременно нагреваемых яиц при разной мощности печей можно проанализировать с помощью фиг.4.
В связи с тем что яйца транспортируются с определенной скоростью при помощи ячеистого ротора, время паузы или вентилирования должно быть не менее времени нагрева в одной печи, т.е. можно варьировать от 12 секунд до 30 минут. В течение этого времени происходит выравнивание температуры и давления в компонентах яйца.
С использованием активного планирования трехфакторного эксперимента (таблица 2) типа 23 были определены оптимальные режимы. При этом критериями оценки служили производительность яйцеварки, стоимость и габаритные размеры установки. Варьируемыми параметрами были количество и мощность микроволновых печей, а также количество одновременно нагреваемых яиц. Количество печей варьировали от 4 до 10 штук, мощность печей от 600 до 1000 Вт, количество одновременно нагреваемых яиц от 2 до 10 штук. Эксперименты проводили в соответствии с составленной матрицей (табл.2). Поверхность отклика и двумерное сечение в изолиниях трехфакторной модели производительности яйцеварки представлены на фиг.5.
Получив уравнения регрессии (см. на фиг.5) и построив поверхность отклика, нашли оптимальные варьируемые параметры.
Оптимальными режимами являются: мощность 800 Вт, количество яиц 4, количество печей 6 шт.
| Таблица 2 Матрица планирования эксперимента по изучению производительности микроволновой яйцеварки от варьируемых параметров |
||||||||
| № | Варьируемые параметры | Критерии оптимизации | ||||||
| x1 | Х2 | x3 | y1 | y2 | ||||
| Р, Вт | nя, шт. | nn, шт. | Q, шт./ч | Ц, тыс.руб. | ||||
| 1 | + | 1000 | + | 10 | + | 8 | 1004 | 5·10-50 |
| 2 | + | 1000 | - | 2 | - | 4 | 201 | 5·2=10 |
| 3 | - | 600 | - | 2 | - | 4 | 121 | 2·2=4 |
| 4 | - | 600 | + | 10 | + | 8 | 653 | 2·10=20 |
| 5 | 0 | 800 | 0 | 6 | 0 | 6 | 482 | 2,5·6=15 |
| 6 | - | 600 | 0 | 6 | 0 | 6 | 392 | 2·6=12 |
| 7 | + | 1000 | 0 | 6 | 0 | 6 | 602 | 5·6=30 |
| 8 | 0 | 800 | - | 2 | 0 | 6 | 161 | 2,5·2=5 |
| 9 | 0 | 800 | + | 10 | 0 | 6 | 482 | 2,5·10=25 |
| 10 | 0 | 800 | 0 | 6 | - | 4 | 482 | 2,5·6=15 |
| 11 | 0 | 800 | 0 | 6 | + | 8 | 482 | 2,5 ·6=15 |
| Примечание. Р - полезная мощность микроволновой печи, Вт; | ||||||||
| nя - количество одновременно нагреваемых яиц, шт.; | ||||||||
| nn - количество микроволновых печей, шт, | ||||||||
| Q - производительность микроволновой яйцеварки, шт./ч; | ||||||||
| Ц - стоимость микроволновых печей, тыс.руб. |
Источники информации
1. ИФ-Регион, 2001…2003. All rights reserved.
2. Subscribe. Ru: Новости науки, техники и технология от Sci Techibrary. http/Awww. Scitec library, ro/ros/catalog/pages / 1227. html.
3. Технологическое оборудование пищевых производств / Б.М.Азаров и др. - М.: Агропромиздат, 1988. - 463 с.(см. стр.338).
4. Использование СВЧ-излучения в технологии пищевых продуктов / Пищевая промышленность, 1988 №4 (55 стр.).
1. Способ варки яиц в конвейерной микроволновой печи, характеризующийся тем, что воздействуют электрическим полем с частотой 2450 МГц и удельной мощностью 2÷2,5 кВт/кг в циклическом режиме, причем мощность генератора варьируют от 100÷1100 Вт в соответствии со временем нагрева и вентилирования 12÷1800 с до достижения температуры белка 80°С.
2. Конвейерная микроволновая яйцеварка, характеризующаяся тем, что внутри цилиндрического экранирующего алюминиевого корпуса содержится вращающийся фторопластовый ротор с ячейками для яиц, прикасающихся к нижнему основанию корпуса, в котором по периметру вырезаны окна и закрыты перфорированным фторопластом, куда с тыльной стороны состыкованы микроволновые печи без дверей так, что их рабочие камеры увеличены до верхнего основания корпуса с учетом кратности четверть длины волны, при этом между печами установлены вентиляторы, для чего в этих местах перфорировано нижнее основание корпуса, на которое насажена крышка корпуса, которая содержит люк для загрузки яиц, люк для выгрузки пристыкован с тыльной стороны нижнего основания.
