БЫТОВОЕ ВАКУУМ-ВЫПАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Российский патент 1997 года по МПК A47J27/00 A23C1/00 

Изобретение относится к технике сгущения пищевых продуктов, например молока, сахарных сиропов и других фруктовых и овощных растворов (соков), и может найти применение прежде всего в домашнем хозяйстве.

Известны выпарные устройства для обработки пищевых продуктов [1] состоящие из емкости с пароводяной рубашкой, парового нагревателя и элементов подвода и отвода продуктов и отвода пара. Данные выпарные устройства имеют ограниченные технологические возможности обработки пищевых продуктов, поскольку процесс выпаривания ведется при относительно высокой температуре: не менее 100^oC. Кроме того, эти устройства предназначены преимущественно для использования в промышленности и не могут быть применены в домашних условиях.

Более широкие технологические возможности обработки пищевых продуктов имеет вакуум-выпарное устройство [2] являющееся прототипом изобретения. Данное устройство содержит герметичную емкость с крышкой и нагревателем, средство для вакуумирования и конденсатор. Такое выпарное устройство вследствие поддержания низкого давления в емкости около 15.25 кПа позволяет выпаривать влагу при относительно низких температурах нагрева продукта 55.65^oC и получать высококачественные продукты их сгущения. Однако и это устройство предназначено лишь для использования в промышленности и не может быть применено в домашних условиях. К другим его недостаткам следует также отнести то, что предлагаемое устройство для реализации технологического процесса требует непрерывной в процессе выпаривания работы средства для вакуумирования. Последнее приводит к необходимости использования относительно мощных вакуумных средств и значительным энергозатратам на осуществление этого процесса. Кроме того, используемый в устройстве нагреватель может приводить к локальному повышению температуры продукта и, как следствие этого, к ухудшению качества получаемого продукта и дополнительным энергозатратам.

В основу изобретения поставлена задача создать вакуум-выпарное устройство обработки пищевых продуктов, позволяющее реализовать данный технологический процесс в домашних условиях, снизить энергозатраты на этот процесс, обеспечить компактность устройства и простоту его эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что вакуум-выпарное устройство для обработки пищевых продуктов, содержащее герметичную емкость с крышкой и нагревателем, средство для вакуумирования и конденсатор, снабжено вентилем и индикатором давления, а конденсатор выполнен в виде дополнительной герметичной емкости с крышкой и теплообменником, при этом полости емкостей соединены между собой посредством магистрали, а емкость конденсатора через вентиль со средством для вакуумирования, индикатор давления установлен на емкости конденсатора, а нагреватель основной емкости выполнен в виде пароводяной рубашки. Средство для вакуумирования выполнено в виде водяного эжектора, подсоединенного к водопроводной магистрали, или в виде ручного механического вакуумного насоса. Емкость конденсатора через теплоизолирующую проставку установлена на основную емкость, при этом магистраль, сообщающая полости этих емкостей, выполнена в виде трубки, введенной в полость емкости конденсатор и установленной вертикально. Кроме того, теплообменник емкости конденсатора сделан в виде змеевика и установлен внутри этой емкости с расположением витков змеевика по всей ее высоте, причем входное устройство змеевика соединено с выходным устройством водяного эжектора, а водяной эжектор, вентиль, индикатор давления и входное и выходное устройство теплообменника установлены на крышке емкости конденсатора. Трубка, сообщающая полости емкостей, выполнена регулируемой по высоте, при этом она изготовлена либо из материала с низкой теплопроводностью, либо на поверхностях ее стенки нанесено теплоизолирующее покрытие, либо эта трубка выполнена двухстенной с зазором между стенками. Кроме того, между емкостью конденсатора и средством для вакуумирования установлен регулируемый обратный клапан. Индикатор давления выполнен либо в виде мановакуумметра, либо в виде сильфона с указателем и шкалой режима работы, либо в виде мембраны, установленный в полости канала, при этом одна из сторон мембраны сообщена с полостями емкостей, другая с атмосферой.

В предложенном конструктивном решении вакуум-выпарного устройства потребность в функционировании средства для вакуумирования имеется лишь на этапе создания вакуума в емкостях устройства при откачке воздуха из них, далее в процессе обработки пищевых продуктов за счет эффективной организации процесса конденсации и сбора конденсата в емкости конденсатора обеспечивается отвод влаги и поддерживание требуемого давления в основной емкости емкости обработки пищевых продуктов. Это дает возможность использовать в этом устройстве средство для вакуумирования с минимальной мощностью, лимитируемой временем создания исходного давления в емкостях, и не требует последующих энергозатрат на технологический процесс. Использование водяного эжектора в устройстве применительно к бытовым условиям является наиболее целесообразным, поскольку для его привода достаточно применение воды с имеющимся напором в водопроводных каналах, конструкция его проста и надежна. При отсутствии водопроводной магистрали для создания вакуума в устройстве применительно опять же к бытовым условиям эффективно использование ручного механического вакуумного насоса, не требующего дополнительного источника энергии и соответствующих энергозатрат. Введение индикатора в вакуум-выпарное устройство позволяет обеспечивать контроль за давлением в его емкостях и выбирать с его помощью необходимый режим работы устройства в зависимости от вида обрабатываемого пищевого продукта. Индикатор давления, выполненный в виде мембраны, установленной в полости канала (при этом одна из ее сторон сообщена с полостями емкостей, другая с атмосферой), имеет простейшую конструкцию и позволяет фиксировать лишь определенный уровень давления в емкостях. Возможности индикаторов давления, выполненных в виде сильфона с указателем и шкалой режима работы или в виде мановакуумметра существенно шире и позволяют выбирать режим работы устройства. Применение нагревателя основной емкости в виде пароводяной рубашки обеспечивает стабильность заданной (не более 100C) температуры нагревателя по всей его поверхности контакта с продуктом и в течение всего времени его обработки. Установка емкости конденсатора на основную емкость с выполнением соединительной их магистрали в виде введенной в емкость конденсатора трубки вертикально, а также расположение водяного эжектора, вентиля, индикатора давления, входного и выходного устройства теплообменника на крышке емкости конденсатора дает возможность сделать устройство компактным и упростить работу с ним. Вертикальность трубки, сообщающей полости емкостей, дает возможность реализовать кратчайшее расстояние подачи пара из первой емкости во вторую при данной компановке, что обеспечивает минимальные потери давления и конденсацию паров на ней. Соединение входного устройства теплообменника с выходным устройством водяного эжектора позволяет избежать усложнения устройств подачи и отвода воды к эжектору и теплообменнику. Использование теплоизолирующей проставки между емкостями и соединительной магистрали между ними в виде трубки, изготовленной либо из материала с низкой теплопроводностью, либо с нанесенным на поверхности ее стенки теплоизолирующим покрытием, либо в виде двухстенной с зазором между стенками обеспечивает минимальную конденсацию пара на пути его движения в емкость конденсатора, что повышает эффективность вакуум-выпарного устройства. Двойная стенка с зазором у этой трубки позволяет избежать использование дорогостоящих теплоизолирующих покрытий или материалов для данной трубки и применять для этого доступный металл без каких либо покрытий. Другим элементом, обеспечивающим повышенную эффективность этого устройства, является теплообменник, выполненный в виде змеевика внутри емкости конденсатора с расположением его витков по всей высоте этой емкости, что дает возможность увеличить площадь поверхности теплообмена и создать рациональные условия контакта теплообменника с парами продукта во всем объеме емкости, а также эффективное охлаждение конденсата. Выполнение трубки, сообщающей полости емкостей, регулируемой по высоте позволяет регулировать уровень заполнения конденсатом емкости конденсатора и таким образом устанавливать для различных обрабатываемых пищевых продуктов предельную степень сгущения продукта, чтобы избежать его пересушки. Регулируемый обратный клапан, расположенный между емкостью конденсатора и средством для вакуумирования, повышает стабильность поддержания заданного давления при небольших его отклонениях от номинала, подключая периодически средство для вакуумирования при открытом вентиле.

Названные существенные признаки бытового вакуум-выпарного устройства для обработки пищевых продуктов отсутствуют в прототипе, что подчеркивает новизну предложенного конструктивного решения устройства. Сравнив названные существенные признаки предложенного устройства с признаками аналогов, сходных признаков в них не обнаружили. Это позволяет сделать вывод, что существенные признаки этого устройства, отличающие его от прототипа, обладают существенными отличиями. Достижение положительного эффекта возможно только при использовании всех названных выше существенных признаков предложенного устройства.

На фиг. 1 показан общий вид конструкции бытового вакуум-выпарного устройства; на фиг. 2 вид А фиг. 1; на фиг. 3 конструкция регулируемого обратного клапана; на фиг. 4 конструкция индикатора давления, выполненного в виде мембраны.

Данное устройство состоит из герметичной емкости 1 с крышкой 2 и нагревателем в виде пароводяной рубашки 3, средством 4 для вакуумирования и конденсатором, выполненным в виде дополнительной герметичной емкости 5 с крышкой 6 и теплообменником 7, вентиля 8 и индикатора давления 9, при этом полость емкости 5 конденсатора соединена через магистраль 10 с полостью основной емкости 1 и через вентиль 8 со средством 4 для вакуумирования, а также с полостью индикатора давления 9. Средство 4 для вакуумирования выполнено либо в виде водяного эжектора, подсоединенного к водопроводной магистрали, либо в виде ручного механического вакуумного насоса (на фигурах не показан). Емкость 5 конденсатора через теплоизолирующую проставку 11 установлена на основную емкость 1, при этом магистраль 10, сообщающая полости этих емкостей 1, 5, выполнена в виде трубки, введенной в полость емкости 5 конденсатора и установленной вертикально, а также теплообменник 7 емкости 5 конденсатора сделан в виде змеевика и установлен внутри этой емкости 5 с расположением витков змеевика по всей ее высоте, причем входное устройство 12 змеевика 7 соединено с выходным устройством 13 водяного эжектора 4, а также водяной эжектор 4, вентиль 8, индикатор давления 9 и входное и выходное устройства 12, 4 теплообменника 7 установлены на крышке 6 емкости 5 конденсатора. Трубка 10, сообщающая полости емкостей 1, 5, выполнена регулируемой по высоте, при этом она изготовлена либо из материала с низкой теплопроводностью, либо на поверхностях ее стенки нанесено теплоизолирующее покрытие, либо эта трубка выполнена двухстенной с зазором между стенками. Кроме того, между емкостью 5 конденсатора и средством 4 для вакуумирования установлен регулируемый обратный клапан 15 (фиг. 3). Индикатор давления 9 выполнен либо в виде мановакуумметра (на фигурах не показан), либо в виде сильфона с указателем и шкалой режима работы (фиг. 2), либо в виде мембраны, установленной в полости канала, при этом одна из сторон мембраны сообщена с полостями емкостей, другая с атмосферой (фиг. 4).

Предложенное вакуум-выпарное устройство работает следующим образом. Данное устройство устанавливается на нагревательную плиту (газовую, электрическую, печную или другую) и при малом подводе энергии от плиты к устройству (или при отсутствии подвода энергии) включается средство 4 для вакуумирования, в частности водяной эжектор, при этом производится в основном откачка воздуха из обеих его емкостей 1, 5 и при достижении требуемого давления (около 15.25 кПа) в этих емкостях средство 4 для вакуумирования с помощью вентиля 8 отключается от полостей емкостей 1, 5. Далее увеличивается подвод энергии к вакуум-выпарному устройству и путем регулировки подвода энергии и охлаждения водой теплообменника 7 добиваются обеспечения равновесия происходящих процессов парообразования и конденсации в емкостях 1, 5, что выражается в постоянстве показаний индикатора давления 9 в процессе технологического процесса. При протекании этого процесса вода в пароводяной рубашке 3 кипит и обеспечивает постоянство температуры нагрева (около 100^oC) стенок нижней части основной емкости 1 и исключает возможность подгара пищевых продуктов. Вследствие нагрева пищевых продуктов в основной емкости 1 идет интенсивное выделение паров воды из продуктов при их температуре 55.65^oC и за счет разности давлений пара в этой емкости 1 и в емкости 5 конденсатора, где осуществляется интенсивный процесс конденсации пара вследствие отвода энергии с помощью теплообменника 7, пар движется в направлении емкости 5 конденсатора. Теплоизоляция емкостей 1, 5 друг от друга (с помощью теплоизолирующей проставкой 11) и соединительной магистрали 10 обеспечивает минимальную интенсивность процесса конденсации пара на пути его движения из основной емкости 1 в емкость 5 конденсатора. В емкости 5 же конденсатора интенсивный отвод энергии с помощью теплообменника 7 во всем ее объеме и прежде всего на входе в эту емкость 5 вызывает интенсивный процесс конденсации паров воды и охлаждение образующегося при этом конденсата. Реализованное в устройстве динамическое равновесие процессов парообразования воды в одной емкости 1 и ее конденсации в другой емкости 5 позволяет достичь высокой стабильности поддержания заданного давления прежде всего в емкости 1 обработки пищевых продуктов. Для обеспечения повышенной точности поддержания давления в емкостях 1, 5 между емкостью 5 конденсатора и средством 4 для вакуумирования может устанавливаться регулируемый обратный клапан 15, предварительно настраиваемый на обработку того или иного пищевого продукта. Данный обратный клапан 15 при работающем средстве 4 вакуумирования позволяет избежать отдельных всплесков давления в емкостях 1, 5, обусловленных изменением внешних факторов (нагрева, охлаждения). Контролируя показания индикатора давления 9, в зависимости от обрабатываемого пищевого продукта можно обеспечить реализацию требуемого режима (заданного давления в емкостях 1, 5 и, следовательно, нагрева пищевых продуктов) работы устройства.

Таким образом, предложенное вакуум-выпарное устройство в сравнении с прототипом позволяет реализовать обработку пищевых продуктов в домашних условиях, снизить энергозатраты на этот процесс, обеспечить компактность устройства и простоту его эксплуатации.

Использование: пищевая промышленность, в быту, в частности сгущение молока, соков и подобных продуктов. Сущность изобретения: вакуум-выпарное устройство содержит емкость с нагревателем, средство для вакуумирования, вентиль, индикатор давления и конденсатор, выполненный в виде емкости с крышкой и теплообменником, при этом полости основной емкости и емкости конденсатора соединены между собой, а емкость конденсатора через вентиль соединена со средством вакуумирования. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Быстрое вакуум-выпарное устройство для обработки пищевых продуктов, содержащее герметичную емкость с крышкой и нагревателем, средство для вакуумирования и конденсатор, отличающееся тем, что оно снабжено вентилем и индикатором давления, а конденсатор выполнен в виде дополнительной герметичной емкости с крышкой и теплообменником, при этом полости емкостей соединены между собой посредством магистрали, а емкость конденсатора через вентиль со средством для вакуумирования, индикатор давления установлен на емкости конденсатора, а нагреватель основной емкости выполнен в виде пароводяной рубашки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для вакуумирования выполнено в виде водяного эжектора, соединенного с водопроводом. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для вакуумирования выполнено в виде ручного технического вакуумного насоса. 4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что емкость конденсатора через теплоизолирующую подставку установлена на основную емкость, при этом магистраль, сообщающая полости этих емкостей, выполнена в виде трубки, введенной в полость емкости конденсатора и установленной вертикально, кроме того, теплообменник емкости конденсатора выполнен в виде змеевика и установлен внутри этой емкости с расположением витков змеевика по всей ее высоте, причем вход змеевика соединен с выходом водяного эжектора, а эжектор, вентиль, индикатор давления, входное и выходное устройство теплообменника установлены на крышке емкости конденсатора. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что трубка, сообщающая полости емкостей, выполнена регулируемой по высоте. 6. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что трубка, сообщающая полости емкостей, выполнена из материала с низкой теплопроводностью. 7. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что на поверхности стенки трубки, сообщающей полости емкостей, нанесена теплоизоляция. 8. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что трубка, сообщающая полость емкостей, выполнена двухстенной с зазором между стенками. 9. Устройство по пп.1 8, отличающееся тем, что между емкостью конденсатора и средством для вакуумирования установлен регулируемый обратный клапан. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикатор давления представляет собой мановакуумметр. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикатор давления представляет собой сильфон с указателем и шкалой режима работы. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикатор давления представляет собой мембрану, при этом одна из сторон мембраны сообщена с полостями емкостей, другая с атмосферой.