СУШИЛЬНИК КАШЕВАРОВА "СК" Российский патент 1997 года по МПК F26B23/10 A23B7/02 

Изобретение Сушильник Кашеварова (СК) относится к новым бытовым приборам, предназначенным для сушки ягод, грибов, фруктов, овощей, хлебных, рыбных и мясных продуктов с целью последующего длительного хранения при нормальной температуре и повседневного использования в течении года.

Потребность в использовании такого бытового прибора в России ощущают садоводы и домашние хозяйки, туристы и спортсмены, командировочные и пассажиры, оторванные на длительное время от домашнего очага. Для садоводов СК даст возможность заготовить на зимы высушенные лекарственные травы, овощи, грибы и весь урожай ягод и плодов без использования сахара с сохранением витаминов и в наиболее компактном и транспортабельном виде с последующим хранением в городской квартире.

Для домашних хозяек возникает возможность создания новых блюд и новых технологий их приготовления, например, сушеная рыба или мясо и изделия из них с сушеными овощами, ягодами и фруктами добавлением кипятка могут быть превращены в завтрак, обед и ужин за несколько минут.

Туристы и подобные им транспортники могут иметь необходимый запас разнообразных продуктов, длительного хранения в виде сухого вещества без отяжеляющей их воды, которая для многих продуктов составляет более половины их массы. Так, например, свежие овощи и плоды содержат до 95% воды, а после сушки 15 20% в результате чего их вес уменьшается в 5 4 раза.

Аналогом СК является сушилки, применяемые в промышленности для различных товаров и продуктов (БСЭ, второе изд. т.41, стр.342 346). Они имеют сложное устройство, исключающее возможность использования их принципиальных схем для бытовых приборов, и длительное время процесса сушки. За прототип СК принят вакуум-эксикатор (БСЭ, второе изд. т.48, стр.401) стеклянный толстостенный прибор для меденного высушивания или для сохранения веществ, легко поглощающих влагу. Вакуум-эксикатор имеет малую производительность, большую стоимость испарения кг влаги из высушиваемого вещества и не пригоден в качестве бытового сушильника из-за применения в нем для сушки влагопоглощающего вещества (прокаленный хлористый кальций, концентрированная серная кислота, фосфорный ангидрид и пр.).

Предлагаемый СК имеет достаточную производительность для удовлетворения соответствующих потребностей садовода или домашней хозяйки и затрачивает 1 кВт-ч электроэнергии на испарения 1 кг влаги из высушиваемых продуктов, что является лучшей характеристикой чем у промышленных сушильных устройств.

СК представляет собой баллон из нержавеющей стали или дюраля, в котором укладываются на съемных металлических тарелках продукты для сушки. Баллон на половину погружен в водяную рубашку, в которой вода подогревается электронагревателем до 70 80^o. Из баллона после закладки в него продуктов выкачивается воздух до давления в 0,1 кг на сантиметр квадратный с помощью вакуумного насоса Кашеварова ВНК-2. При давлении в 0,1 кг/см² и температура +50^o влага, находящаяся в продуктах закипает, а образовавшийся пар удаляется вакуумным насосом. При интенсивном выкипании влаги температура в баллоне может понижаться до 25^o с одновременным понижением давления до 0,03 кг/см². Выкипание влаги из продуктов будет происходить в основном за счет тепла, поступающего в баллон от водяной рубашки с электронагревателем. Когда давление в баллоне понизится до 0,02 кг на сантиметр квадратный электродвигатель вакуумного насоса выключается. Когда (через несколько минут) температуры поднимается в баллоне до +50^o электронагреватель также выключается. Давление 0,02 кг/см и температура +50^o могут быть достигнуты только в том случае, если из продуктов будет удалена влага в такой мере, что они станут сухими-обезвожинными.

Через 20 30 мин после выключения электропитания СК в его крышке поворачивают кран, впускающий в баллон воздух, крышку открывают и из баллона извлекают высушенные продукты.

В процессе высушивания продуктов пар, откачиваемый вакуумным насосом уплотняется, охлаждается и конденсируется в воду, которая по патрубку, соединенному с выходным паропроводом, стекает в предусмотренную для этого емкость. Воду-конденсат, полученную от высушивания ягод, фруктов, овощей, рекомендуется использовать для приготовления пищи, т.к. она свободна от веществ, содержащихся в водопроводной воде, имеющих вредное воздействие на человека (хлор, масла, нитраты, кислоты, соли металлов, бактерии и микробы).

Испарение влаги одновременно во всем объеме ягод, фруктов, овощей, мяса, рыбы и других продуктов происходит с разрушением клеток этих продуктов, в результате чего при последующим увлажнении их для потребления они становятся более нежными и лучше усваиваются организмом человека. Испарение влаги из продуктов при температуре менее +50^o за время 1 2 ч позволяет сохранить в них все витамины и вкусовые качества свежих продуктов. Высушенные продукты укладывают в полиэтиленовые мешочки, завязывают их и могут хранить при комнатной температуре в течении года. Такое время и качество сохранности продуктов, высушенных в СК, недостижимы в бытовых условиях на высушивание и хранение продуктов известными способами.

Основным устройством СК, обеспечивающим его эффективное применение, является вакуумный насос, имеющий в несколько раз большую удельную производительность и больший КПД чем у известных вакуумных насосов. Вакуумный насос ВНК-2 имеет простое устройство без использования машинного масла, без "вредного пространства" с применением буферной камеры, многократно снижающей утечку воздуха в камеру расширения при работе насоса. ВНК-2 специально разработан для СК, т.к. известные вакуумные насосы не могут быть использованы для работы СК из-за присущих им вышеупомянутых недостатков. По этом причине СК является комплексным изобретением из заявки на которое не может быть исключено устройство и работа вакуумного насоса ВНК-2.

На фиг.1 дано вертикальное сечение СК; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 места Л, М и Н на фиг.1 в увеличенном виде в 4 раза по сравнению с фиг.1; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.5 поперечное сечение ВНК-2, увеличенное в 4 раза по сравнению с фиг.1; на фиг.6 сечение В-В на фиг.5; на фиг.7 схема центральных углов камер вакуумного насоса.

Сушильник СК имеет корпус эксикатора 1 с термоизолирующей прокладкой 2 и крышкой 3, над которой устанавливается термоизолирующий колпак 4, пояс 5 с электронагревателем 6, вакуумный насос 7 с электродвигателем 8.В корпусе 1 установлены съемные тарелки 9 для укладки продуктов с отверстиями 10 для прохода пара и воздуха. Нижняя тарелка 9 установлена на змеевике 11, подсоединенного к выходному патрубку 12 вакуумного насоса 7. Конец змеевика 11 соединен шлангом 13 с емкостью для сбора конденсата. В крышке 3 установлен электродатчик 14 температуры и давления с штепселем 15, который вставляется в розетку 16, соединяющую электродатчик 14 с устройством 17 выключения электродвигателя 8 и электронагревателя 6. В крышке 3 установлен кран 18 впуска воздуха в корпус 1. Крышка 3 имеет резиновую прокладку 19, с помощью которой герметизируется внутренний объем корпуса 1 после установки крышки 3 на борт 20 корпуса 1. Пояс 5 имеет отверстие с пробкой 21 для заливки в него воды и сливное отверстие с пробкой 22. Пробка 21 имеет сквозное отверстие, соединяющее пространство над уровнем воды 23 с атмосферным воздухом 24 под колпаком 4. Корпус 1 имеет три ножки 25, электрошнур со штепселем 26 для включения СК в электросеть и входной патрубок 27 вакуумного насоса 7.

Вакуумный насос 7 имеет ротор 31, установленный на одной оси с ротором электродвигателя 8, статор 32, соединенный с корпусом 1 сушильника, заслонку 33, перемещающуюся в направляющих 34, установленных параллельно диаметральной плоскости ротора 31 и соединенных с его цилиндрической поверхностью, патрубки 27 и 12 соответственно входной, соединенный с внутренним объектом корпуса 1 и выходной, проходящей через нижнюю часть этого объема и подключенный к емкости конденсата. Выходной патрубок 12 имеет подпружиненную дверцу 35 открывающую патрубок под давлением газов (пара и воздуха), превышающим 1 кг/см², т.е. превышающим атмосферное давление.

Патрубки 12 и 27 подсоединены к окнам 36 и 37 в статоре 32. Окна 36 и 37 прямоугольной формы прорезаны в статоре 32 по образующим и дугам цилиндрической поверхности статора. Окна 37, к которому подсоединен патрубок 27, имеет дуги с центральным углом в 50 60^o и образующие, равные расстоянию между катками 38, установленными по углам заслонки.

Катки 38 прокатываются по поверхности статора 32, устанавливая тем самым минимальный зазор между краем 39 заслонки и поверхностью статора 32. Край 39 заслонки 33 имеет радиус скругления, равный радиусу катков 38. Направляющие 34 имеют катки 40, между которыми перемещается заслонка 33 с минимальным зазором. Боковые срезы (края) заслонки 33 прокатываются по каткам 41, установленными в торцевых стенках ротора 31 по его диаметру между направляющими 34.

Заслонки при своем вращении на 1 оборот каждый из своих концов образует камеры расширения, буферную и сжатия с центральными углами соответственно α, β и γ (фиг.7) между пунктирными линиями 42 и 43 и заслонкой 33.

Камера расширения с центральным углом a₁ образованная одним концом заслонки 33, назовем его первым I, перекрывается камерой расширения α₂ образованной другим концом заслонки назовем его II на угол Δ, максимальная величина которого равна центральному углу, определяющему ширину соединения патрубка 27 с камерой расширения. Камера сжатия g образована первым концом заслонки 33 при походе второго конца заслонки 33 к границе соединения патрубка 27 с корпусом 1. При прохождении этой границы вторым концом заслонки 33 между концами заслонки образуется буферная камера b, отделяющая камеру расширения a от камеры сжатия g. Существенное значение этой камеры b состоит в том, что давление в ней почти не отличается от давления в камере расширения a, в результате чего утечка газов из камеры b в камеру a имеет минимальную величину, в несколько раз меньшую чем из камеры сжатия g в буферную камеру b. В то же время утечка газов из камеры g в камеру b не ведет к существенному повышению в ней давления, т.к. величина утечки составляет менее 0,01 объема камеры b. К тому же для уменьшения влияния этой утечки газов на давление в камере b, образование камеры b происходит в момент, после которого вращения заслонки 33 на несколько градусов еще увеличивает ее объем, полностью компенсируя возможную величину утечки газов из камеры g в камеру b.

Такое устройство существенно увеличивает эффективность его работы по сравнению с известными вак. насосами, т.к. у них камеры расширения и сжатия граничат между собой (не разделены буферной камерой), например, у объемно-вращательного насоса ВН-461 (БСЭ, т.6, стр.538).

Работа СК.

Для работы пояс 5 при открытых патрубка 21 и 22 заполняют водой до тех пор пока вода не появится из отверстия, перекрываемого пробкой 22. В этот момент пробки 21 и 2 завинчивают в свои патрубки. На тарелки 9 укладывают продукты, подлежащие сушке. Последней заполняют верхнюю тарелку 9 со стойками 28, которые устанавливают на предыдущую тарелку 9. Устанавливают крышку 3 с резиновой прокладкой 19 на борт 20 корпуса 1. Включают штепсель 15 в розетку и включают штепсель 26 в электросеть. Проверяют кран 18, который должен быть закрыт, при этом с началом работы вакуумного насоса 7 крышка 3 присасывается к корпусу 1 с такой силой, что открыть ее за ручки (на фиг. они не показаны) становится невозможным. Устанавливают колпак 4. Включенный нагреватель 6 нагревает воду, при этом температура воды не может подняться выше 80^oC, т.к. при температуре +80^o электронагреватель 6 выключается электродатчиком 29 температуры воды. Температура в СК поднимается до 40^o, выше 40^o она вначале сушки подняться не может, т.к. во время ее повышения одновременно происходит понижение давления до 0,07 0,08 кг/см², а при таком давлении вода, находящаяся в продуктах, закипает-испаряется и поглощает тепло в результате образования пара. Процесс испарения стабилизируется с температурой сушки в 35 40^o при большом влагосодержании продуктов. По мере высыхания продуктов уменьшается потребление тепла на испарение влаги и температура поднимается. Одновременно увеличивается степень разряжения, т.к. уменьшается объем пара, удаляемый вакуумным насосом 7. При достижении температуры +50^o и давления 0,03 кг/см² сушка продуктов прекращается выключением СК устройством 17 по сигналам электродатчика 8 и электронагревателя 6. Через 20 30 мин после этого колпак 4, выключают штепсельный разъем 15 16 сворачивают кран 18 в положение открыто, снимают крышку 3 и вынимают высушенные продукты с тарелками 9. Продукты перекладываются в полиэтиленовые мешки, которые завязывают и укладывают для хранения в емкости, недоступные грызунам.

Вместо продуктов сушке могут быть подвергнуты различные изделия и хорошо отжатое стиранное белье. В этом случае его укладывают вместо тарелок 9 на решетки 30 сложенными стопками по 10 15 слоев материи на каждую решетку.

Работа вакуумного насоса 7 производится в следующем порядке: вращение ротора 31 от электродвигателя 8 вызывает вращение заслонки 33, концы которой, проходя за один оборот камеры разряжения, буферную и сжатия, производят выкачивание газов из внутреннего объема корпуса 1 и сжатие газов до атмосферного давления. Во время сжатия газов они нагреваются на 15 20^o, и проходя через змеевик в нижней части корпуса 1, отдают большую часть тепла внутреннему объему корпуса 1. Таким образом затрата энергии электродвигателя на вращение ротора вакуумного насоса на 60 70% возвращается в виде тепла на испарение влаги из продуктов находящихся в СК. Однако, главная часть тепловой энергии, используемой на испарение воды из продуктов, поступает от электронагревателя 6. Благодаря такому устройству, а также хорошей теплоизоляции тепловые потери в СК сведены до величины менее 20% Если учесть, что к тому же испарение воды происходит при температуре в 40^o, а не при 100^o как в известных сушильных устройствах, то КПД предлагаемого сушильника будет в 1,5 раза выше чем в лучших из известных устройствах.

Произведенные расчеты дают основание утверждать, что на испарение 1 кг воды из продуктов в СК затрачивается менее 1 кВт-ч электроэнергии. СК, имеющий линейные размеры в 4 раза больше чем на фиг.1, 2 и 4, может за сутки высушить более 10 кг фруктов, ягод, овощей или картофеля тем самым полностью переработать весь урожай приусадебного хозяйства крестьянина, или садово-огородного участка пенсионера. Применение СК в масштабе России позволит избежать потерь урожая, достигающих 20 30% и значительно улучшить качество продуктов, потребляемых населением. При этом затраты, необходимые для сушки продуктов, в десятки раз меньше стоимости тех потерь, которые допускаются в настоящее время при хранении овощей и фруктов на складах и базах.

Эффективность СК позволяет считать, что потребности в таком приборе для домашнего хозяйства не менее чем в холодильниках, т.е. развертывания массового производства СК может быть орентировано на приобретение каждой семьей одного СК.

Использование: сушильник предназначен для сушки ягод, грибов, фруктов и т. п. продуктов для их последующего длительного хранения. Сущность изобретения: сушильник содержит корпус эпсикатора, крышку с теплоизолирующим колпаком, пояс с электронагревателем, вакуумный насос с электродвигателем. В корпусе установлены съемные тарелки для укладки продуктов. Сушильник позволяет увеличить производительность и повысить качество продуктов. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Сушильник, имеющий корпус эксикатора с крышкой и вакуумный насос с электродвигателем, отличающийся тем, что корпус эксикатора выполнен из металла и установлен в водяном поясе с электронагревателем, окружающим цилиндрическую часть корпуса эксикатора, над металлической крышкой установлен съемный теплоизолирующий колпак, в корпусе эксикатора установлены схемные тарелки или решетки с отверстиями для прохода пара, предназначенные для укладки продуктов, подлежащих сушке, в качестве вакуумного насоса в нижней части корпуса эксикатора установлен вакуумный насос ВНК-2, выходной патрубок которого проходит в виде змеевика под двумя нижними несъемными тарелками корпуса эксикатора и при выходе из донной части корпуса патрубок подсоединен к емкости для конденсата. 2. Сушильник по п. 1, отличающийся тем, что в крышке установлен электродатчик давления и температуры во внутреннем объеме корпуса эксикатора, соединенный штепсельным разъемом с выключателями электродвигателя и электронагревателя, а в водяном поясе установлен электродатчик температуры воды. 3. Сушильник по п. 1, отличающийся тем, что вакуумный насос ВНК-2 имеет камеры расширительную, буферную и сжатия, образованные статором, цилиндрической поверхностью ротора и заслонкой, при этом заслонка проходит вдоль направляющих ротора и имеет катки, прокатывающиеся по поверхности статора и перемещающих заслонку в направляющих ротора, входной патрубок ВНК-2 соединен с нижней частью внутреннего объема корпуса эксикатора.