СПОСОБ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Российский патент 1997 года по МПК A23B4/06 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к охлаждению и замораживанию продуктов, и может быть использовано на рыбодобывающих и рыбообрабатывающих судах, береговых станционарных холодильниках, автомобильном и железнодорожном холодильном транспорте.

Известен способ холодильной обработки пищевых продуктов в морозильной камере, предусматривающий одновременное воздействие на продукт охлаждающей воздушной среды и вибрационных колебаний [1] который является ближайшим аналогом к описываемому.

В этом способе перед замораживанием продукт орошают жидким азотом и одновременно воздействуют вибрационными колебаниями до достижения температуры на поверхности продукта от 0 до минус 3^oC. При замораживании в качестве охлаждающей среды используют воздух с температурой минус с 25.40^oC, а вибрационные колебания в период обработки осуществляют с частотой от 5 до 50 Гц и амплитудой (0,1.4,0)•10^-3 м.

Известный способ позволяет интенсифицировать теплообмен с поверхности непосредственно открытого типа. Но при этом не учитывается интенсификация теплообмена через стенки от продукта, заключенного в закрытые блок-формы разного веса и размера, а также от стенок охлаждающих приборов и морозильных плит с циркулирующим в них холодильным агентом за счет резонансных волн, возникающих у стенок теплоотводящих приборов.

Кроме того, создается дополнительная технологическая операция по орошению продукта жидким азотом перед замораживанием, то есть увеличивается время замораживания от начальной до конечной температуры продукта, а также удорожается стоимость оборудования.

В данном изобретении решается техническая задача интенсификации теплоотвода от продукта и сокращения времени замораживания при одновременном воздействии охлаждающей среды и акустических волновых воздействий на продукт с использованием аэродинамических приборов.

Для решения этой технической задачи способ холодильной обработки пищевых продуктов в морозильной камере, предусматривающий одновременное воздействие на продукт охлаждающей воздушной среды и вибрационных колебаний, отличается тем, что воздействие охлаждающей среды и вибрационных колебаний на продукт осуществляют непосредственно после поступления его в камеру с начальной температурой, при этом в качестве вибрационных колебаний используют акустические колебания от источника звука с частотой, близкой к собственной частоте колебаний продукта в интервале 10².10⁴ Гц и интенсивностью звукового давления 70.140 дб для создания в камере акустического поля собственных частот и поля остаточного пространственного резонанса и воздействия последнего и звуковых колебаний на охлаждающую поверхность морозильных аппаратов с циркулирующим в них холодильным агентом и улучшения критериальных режимов последнего.

Согласно данному способу продукты могут быть размещены в блок-формах для интенсификации теплообмена через их стенки по всей площади блок-форм за счет воздействия на последние акустического поля собственных резонансных частот от источника звука и поля остаточного пространственного резонанса при неработающем источнике звука.

В данном способе используются известные аэродинамические приборы (статистические и динамические), работающие от электрической или энергии сжатого воздуха, продуваемого через отверстия или конические сопла со скоростью, превышающей скорость звука. Резонатор в потоке воздает волны в окружающее пространство. Приборы статического типа не имеют вращающихся частей. Приборы динамического типа имеют моторный привод. Эти приборы просты в устройстве и позволяют получить большую интенсивность воздействия (от 5 до 10 Вт/см²) в большом по звуковому давлению в диапазоне частот (10².10⁴ Гц) с КПД 50-70% на рабочем давлении воздуха P= 0,5-6 кг/см², количество подачи которого регулирует изменение частоты волнового воздействия.

На фиг.1 представлена схема технологических процессов обработки пищевых продуктов согласно данному способу, где:
I расфасовка продукции,
II транспортировка продукции к морозильной камере,
III размещение продукта в морозильной камере по площади и объему (а), по движению (б),
IV морозильные аппараты: воздухоохладитель с вентиляторами, рассольная батарея, конвейерная установка с блок-формами, обдуваемыми воздухом вентиляторов,
V блок-формы с движущейся продукцией, VI акустические приборы, VII - воздушный запорный вентиль.

При подготовке к работе (после установки в замкнутой морозильной камере акустических приборов) необходимо произвести действия, проиллюстрированные на схеме (фиг.2):
а) произвести замер частоты и интенсивности воздействия звуковых волн в зоне (A) непосредственного воздействия на открытый продукт S₁. Это нужно для создания интенсивности звуковой волны с давлением на поверхность открытого продукта от 5 до 10 Вт/см²;
б) то же, в зоне (В) пространственного (остаточного) акустического резонанса у стенок морозильных аппаратов S₂. В качестве измерительной аппаратуры для контроля постоянства частоты и интенсивности звукового поля зон (A) и (Б) применяются как отечественные, так и зарубежные измерительные приборы.

На схеме 2 подготовки к работе представлены:
I источник акустических звуковых колебаний,
2 измеритель шума и вибрации с микрофонами или капсюлями,
2 измеритель шума и вибрации с микрофонами или капсюлями,
3 частотомер,
4 морозильный аппарат с холодильным агентом,
5 микрофон или капсюль,
6 вентилятор, создающий вентиляцию воздуха в камере.

При поступлении пищевой продукции в морозильную камеру и с одновременным закрытием дверей пускаются в работу акустические приборы с питанием от электрической сети переменного или постоянного тока или с питанием от поступления к ним воздуха из воздушной магистрали. Включение и выключение акустических приборов производится известными простейшими способами:
а) через концевой выключатель и размыкатель, установленные в месте двери морозильной камеры,
б) включением или отключением часового механизме типа "таймер",
в) через реле времени,
г) открытием запорного вентиля воздушной системы после редукционного клапана (VII фиг. 1) на отрегулированном давлении воздуха.

Способ холодильной обработки, представленный данным изобретением, иллюстрируется следующим примером.

Осуществляют замораживание рыбы, начальная температура которой плюс 13^oC. Охлаждающая среда воздух с температурой минус 30 минус 35^oC. Замораживают рыбу до температуры минус 18^oC в блок-формах из дюралюминия или из нержавеющей стали размером 795x245x60 мм.

Таким образом, толщина блока составляет 60 мм и вес блока 10 кг. Одновременно на продукт воздействуют акустическими колебаниями от звукового прибора, работающего с частотой в интервале 10² 10⁴ Гц с интенсивностью звукового давления 70 140 дб. Звуковой прибор оказывает кратковременные воздействия на продукт от 5 до 2 сек в течение всего периода его замораживания. При этом работа источника звукового воздействия осуществляется на одной частоте, но с изменяющейся интенсивностью воздействия на продукт по глубинам вымораживания из него влаги.

Количество звуковых воздействий в единицу времени на разных глубинах промораживания таково, что не вызывает избыточного нагрева продукта.

Во время замораживания продукт в блок-формах перемещается в морозильной камере, а источник звука располагается неподвижно. Но можно осуществлять способ и так, что неподвижен продукт, а перемещается источник звука.

В замкнутом морозильном контуре поле звуковой волны зоны (A) отличается от поля звуковой волны зоны (Б) согласно фиг.2, в связи с ее спаданием по расстоянию. Зона (Б) в способе это поле остаточного пространственного резонанса при неработающем источнике звука. В этой зоне уровень звука будет одинаков по всему помещению, в связи с многочисленными отражениями волн от стен, потолков (по аналогии и от стенок блок-форм, морозильных аппаратов). При средней длине свободного пробега звуковой волны (то есть расстояния между двумя соседними отражениями), равной 5 м/с, происходит около 70 отражений волн. Этот фактор используется в способе. В поле остаточного пространственного резонанса все углы падения звука на стенки блок-форм и стенки аппаратов будут равновероятны. Следовательно, полоса частот резонанса совпадения каждой перегородки или стенки, в которой они пропускают звук, достаточно широка согласно [2]
В пространственном резонансе и его возникновении стенка взаимодействует со звуковым полем не в точке или локальной области, а по достаточно большой площади. Звукопоглощение захватывает широкую полосу частот. Этот фактор используется в способе, так как позволяет получить усиленные акустические потоки от стенок, увеличивающие теплоотдачу у этих стенок.

При замораживании продукта с (t_нач.) в блок-формах и морозильных плитах на теплоотдачу а также теплопередачу (K) блок-форм, плит и стенок морозильных аппаратов (с циркулирующим в них холодильным агентом) к продукту и охлаждающей среде акустические потоки, возникающие по всей теплоотводящей поверхности, будут оказывать положительный эффект в интенсификации теплообмена.

Это особенно важно в условиях морского промысла, где холодильная установка и ее оборудование имеют значительный резерв мощности.

Среднее количество времени работы компрессоров 16 час/сут. По правилам регистра это время должно составлять 22 час/сут. Коэффициент использования компрессоров составит (16,4 часа/сут: 22 часа/сут) •100% 75% В предлагаемом способе холодильное оборудование используется более эффективно, так как с интенсификацией теплообмена при замораживании сдвигается точка совместной работы холодильной машины и потребителя холода в сторону повышения температуры кипения холодильного агента "t₀" и холодопроизводительности установки "Q₀", приближая холодильный комплекс в целом к максимуму его рабочей производительности, т.е. его доиспользование, особенно при недоловах рыбы.

В результате обработки продукта по данному способу время сократится, так как будет приращение коэффициентов теплоотдачи ( Δα_мк ) и приращение тепловых потоков от поверхности блок-форм, плит и морозильных аппаратов Δq к проектным их величинам (q) каждой конкретной холодильной установки.

Это можно показать на примере судна с тунельно-тележными морозильными аппаратами и воздухоохладителями ВО-800. Абсолютный максимум производительности морозильной камеры получается практически в реальном диапазоне значений (α_мк), равном 29 47 Bт/м², где α_мк проектная величина коэффициента теплоотдачи холодильной установки.

Так, при ( α_мк ) 29 Вт/м²к, соответствующей паспортному значению установки, производительность камеры (G) по заморозке рыбы составляла 26,7 тонн/сутки; для ( α_мк ) 47 Вт/м²к производительность камеры (G) составила 30 тонн/сутки.

Разности ( α_мк ) и (G) составляют: 47 29 18 Вт/м²к; 30 26,7 3,3 тонн/сутки.

Единица приращения Δα_мк составит по увеличению производительности камеры: 3,3 м 18 Вт/м²к 0,183 т/Вт/м²к. Средняя производительность камеры в интервале достижимых значений (α_мк) = 29-47 вт/м²к составит:

Единица приращения ( Δα_мк ) сократит время замораживания на одну тонну замороженной рыбы на 0,645%

Общее увеличение производительности составит 12,3% что видно из пропорции:
26,7 тн 100%
30 тн x%

112,3% 100% 12,3% Следовательно сокращение времени замораживания может составить от 10 и более процентов.

Кроме того, экономится выработка электроэнергии, выработка моторесурса компрессоров и дизеля, уменьшается расход топлива.

Использование: в холодильной технике, в области охлаждения замораживания продуктов. Сущность: способ холодильной обработки пищевых продуктов в морозильной камере предусматривает одновременное воздействие охлаждающей воздушной среды и акустических колебаний от источника звука с частотой, близкой к собственной частоте колебаний продукта в интервале 10²...10⁴ Гц и интенсивностью звукового давления 70...140 дб для создания в камере акустического поля собственных резонансных частот и поля остаточного пространственного резонанса. Воздействие охлаждающей среды и акустических колебаний на продукт осуществляют непосредственно после поступления его в камеру. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ холодильной обработки пищевых продуктов в морозильной камере, предусматривающий одновременное воздействие на продукт охлаждающей воздушной среды и вибрационных колебаний, отличающийся тем, что воздействие охлаждающей среды и вибрационных колебаний на продукт осуществляют непосредственно после поступления его в камеру с начальной температурой, при этом в качестве вибрационных колебаний используют акустические колебания от источника звука с частотой, близкой к собственной частоте колебаний продукта в интервале 10² 10⁴ Гц, и интенсивностью звукового давления 70 140 дБ для создания в камере акустического поля собственных резонансных частот и поля остаточного пространственного резонанса и воздействия последнего и звуковых колебаний на охлаждающую поверхность морозильных аппаратов с циркулирующим в них холодильным агентом и улучшения критериальных режимов последнего. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продукты размещают в блок-формах для интенсификации теплообмена через их стенки по всей площади блок-форм за счет воздействия на последние акустического поля собственных резонансных частот от источника звука и поля остаточного пространственного резонанса при неработающем источнике звука.