АВТОКЛАВ ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ Российский патент 1997 года по МПК A23L3/10 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к консервной ее отрасли и может быть использовано для стерилизации или пастеризации пищевых продуктов, помещенных в герметичную потребительскую тару, для обеспечения их длительной сохранности.

Известны автоклавы для тепловой обработки пищевых продуктов. Автоклав по авт. св. СССР N 1128893 (Б.И. 1984, N 46) содержит корпус с крышкой и патрубками с устройствами для распределения рабочих сред, установленными в верхней и нижней частей корпуса. Устройства для подачи рабочих сред выполнены в виде полого вертикального вала с закрепленными на нем под углом полыми лопастями с горизонтальными соплами.

Недостаток этого автоклава заключается в низкой эффективности использования рабочего объема автоклава, т.к. необходимы зоны для функционирования устройств для распределения рабочих сред. Эти зоны, значительные по объему, требуют дополнительной энергии для нагрева находящейся в этих зонах воды. Кроме того, режим движения греющей среды в автоклаве хаотичен, случаен, восходящие и нисходящие потоки смешиваются друг с другом, скорость их движения снижается и соответственно снижается интенсивность теплообмена. В данном автоклаве также не учтено, что значительный поток тепла теряется через стенки корпуса, вследствие этого температура среды у стенок снижается, т.е. возникает неравномерность температурного поля в автоклаве.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является автоклав по авт. св. СССР N 728825 (Б.И. 1980, N 15).

Автоклав содержит цилиндрический корпус с герметичной крышкой и устройство для подвода рабочей среды. Автоклав также снабжен перфорированными вертикальными трубами, расположенными по окружности корпуса и служащими для подвода рабочей среды. Отверстия в вертикальных трубах расположены в шахматном порядке. Недостаток этого автоклава заключается в низкой эффективности использования тепловой энергии, т.к. недостаточно эффективно используется рабочий объем автоклава, а также ярко выражена неравномерность температурного поля, приводящая к необходимости перегрева отдельных зон автоклава с тем, чтобы обеспечить требуемый температурный режим в зонах наихудшего нагрева. Кроме того, в этом автоклаве невозможно использование других видов энергии, например электрической. Действительно, вертикальные трубы располагаются в кольцевом зазоре между стенкой корпуса и корзиной с продуктом. Ширина этого кольца равна диаметру вертикальной трубы, а весь объем, занимаемый трубами (при их числе в 4-5) составляет незначительную часть объема кольца. Оставшийся объем кольца является балластным, необходима значительная энергия для нагрева этой воды в кольцевом зазоре.

Повышение эффективности использования тепловой энергии в предлагаемом изобретении достигается тем, что в автоклаве для стерилизации консервов, состоящем из вертикального цилиндрического корпуса с герметичной крышкой и приспособления для нагрева продукта приспособления для нагрева выполнены в виде вертикальных камер, равномерно расположенных на внешней поверхности автоклава и сообщающихся с его внутренней полостью с помощью двух отверстий в корпусе автоклава. Отверстия расположены в верхних и нижних частях камер и смещены в противоположные стороны относительно вертикальных осей камер. Внутри камер расположены теплоэлектронагреватели и открытые в верхних частях камер вертикальные трубы. Нижние концы вертикальных труб всех камер соединены общим коллектором, соединенным с линией подачи охлаждающей воды. Общий коллектор одновременно соединен с линией подачи пара через систему запорных элементов.

Выполнение приспособлений для нагрева в виде вертикальных камер, сообщающихся с внутренней полостью автоклава с помощью двух отверстий, расположенных в верхней и нижней частях и смещенных в противоположные стороны относительно вертикальной оси обеспечивает следующее:
разделение зон нагрева воды (камер) и охлаждение (полость автоклава) в вертикальном направлении, что исключает перемешивание восходящих и нисходящих потоков воды, фиксирует устойчивый, организованный и интенсивный режим циркуляции, чем достигается высокая интенсивность теплообмена.

высокая плотность подвода тепла в камерах способствует возрастанию скорости восходящих потоков воды, что приводит к дальнейшему повышению интенсивности циркуляции воды в автоклаве;
при выходе восходящего потока воды из отверстия, смещенного относительно оси, направление потока оказывается близким к тангенциальному, что приводит к закручиванию потока. Расположение нижнего отверстия также способствует поддержанию вращательного движения воды в автоклаве, т.к. вход в отверстие также близок к тангенциальному в направлении движения потока. Движение воды в автоклаве в виде вращающегося с высокой скоростью потока способствует интенсификации теплообмена, выравниванию температурных полей по объему автоклава, препятствует охлаждению наружных слоев, соприкасающихся с боковыми стенками автоклава.

Выравнивание температурного поля в автоклаве способствует улучшению качества консервов и снижению затрат тепловой энергии. Улучшение качества обусловлено исключением перегрева отдельных банок с продуктом, которые в известных устройствах расположены в непосредственной близости от нагревательных элементов, а высокая интенсивность нагрева продукта уменьшает время выхода на заданный режим стерилизации и соответственно удельные потери тепловой энергии в окружающую среду при нагреве. Сокращение затрат тепловой энергии обусловлено тем, что температура всех банок с продуктом может быть установлена на минимальном уровне, обеспечивающем стерильность продукта. Нет необходимости перегревать расположенные близко к нагревателям банки, чтобы обеспечить стерильность продукта в зоне наихудшего нагрева.

Нагревательные элементы расположены в отдельных камерах, а не в общей полости автоклава, как это сделано в известных устройствах, что дает возможность выбрать форму и размеры камер в соответствии с формой и размерами нагревательных элементов и предельно сократить объем холостых (незаполненных продуктом) зон автоклава и, следовательно, непроизводительные затраты тепловой энергии.

Расположение внутри камер вертикальных труб, открытых в верхней части и соединенных общим коллектором с линией подачи охлаждающей воды обеспечивает:
уменьшение вероятности термического боя тары при охлаждении, т. к. холодная вода, поступающая по вертикальным трубам предварительно подогревается за счет тепла воды камер и попадает на продукт предварительно подогретой, ее температура будет снижаться постепенно, по мере охлаждения воды в камерах;
подача охлаждающей воды в камере, как в случае нагрева, обеспечивает устойчивый и организованный режим движения воды, управляя которым можно обеспечить требуемый по интенсивности темп охлаждения продукта.

Соединение коллектора вертикальных труб с линией подачи пара обеспечивает возможность создания универсального автоклава, нагреваемого паром, электроэнергией или одновременно паром и электроэнергией в зависимости от имеющегося источника энергии без установки каких-либо дополнительных элементов.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема автоклава; на фиг. 2 вид сверху; на фиг. 3 схема расположения отверстий в корпусе автоклава (вид из полости корпуса).

Автоклав для стерилизации консервов содержит цилиндрический вертикальный корпус 1, в верхней части которого имеется герметично закрывающаяся с помощью поворотного рычага 2 и винта 3 крышка 4. На внешней поверхности корпуса 1 равномерно по его окружности расположены вертикальные камеры 5, образованные участком цилиндрической поверхности, закрытой сверху и снизу и герметично соединенной с корпусом 1 автоклава с помощью, например, сварки. Внутри камер 5 вертикально расположены теплоэлектронагреватели 6, служащие для нагрева воды и продукта в автоклаве. Кроме того, внутри камер 5 расположены вертикальные трубы 7, открытые сверху и соединенные друг с другом в нижней части автоклава общим коллектором 8, служащим для подвода охлаждающей воды в стадии охлаждения через вентиль 9 или пара в стадии нагрева при отсутствии электроэнергии через вентиль 10.

Для соединения полости корпуса 1 с полостью каждой из камер 5 в корпусе 1 выполнены отверстия 11 (фиг. 3) по два на каждую из камер 5. Отверстия расположены в верхних и нижних частях камер 5 и смещены в противоположные стороны от вертикальных осей камер 5.

Для заполнения автоклава водой и слива воды в процессе регулирования давления в автоклаве при стерилизации и опорожнения автоклава служат вентили 12 и 13.

Автоклав для стерилизации консервов работает следующим образом.

При открытой крышке 4 автоклава последний загружается продуктом в герметично укупоренной таре. Затем через вентиль 12 в автоклав подается вода, заполняющая его до уровня врезки патрубка с вентилем 13. После заполнения водой автоклав закрывают крышкой 4 с помощью винта 3, обеспечивая при этом его герметизацию.

Разогрев автоклава обеспечивается включением теплоэлектронагревателей 6. При этом все вентили 9, 10, 12 и 13 закрыты. Вода, находящаяся в камерах 5 нагревается, и, поднимаясь вверх, выходит из верхнего отверстия 11, сообщающего камеру 5 с полостью корпуса 1. Одновременно более холодные слои воды входят в нижние отверстия 11 камер 5. Расположение отверстий 11, смещенных относительно вертикальной оси, таково, что направление потоков воды близко к тангенциальному. Это приводит к закручиванию потока, который, вращаясь вокруг оси корпуса 1, опускается вниз и вновь попадает в корпус 5. Потоки воды из всех камер 5, двигаясь в одном направлении, образуют единый поток. При этом там, где теплопотери максимальны (у стенок корпуса) скорость движения и температура потока максимальны, что позволяет компенсировать теплопотери и выравнить температурное поле автоклава.

По мере прогрева воды она расширяется, ее объем увеличивается, что приводит к повышению давления. Если давление превысит требуемое, в соответствии с инструкцией по стерилизации, то излишки давления сбрасывают кратковременно открывая вентиль 13. При достижении температуры внутри автоклава, заданной формулы стерилизации, теплоэлектронагреватели 6 отключаются и начинается выдержка продукта при постоянной температуре в течение некоторого времени, определяемого формулой стерилизации. После окончания указанного времени необходимо охладить содержимое автоклава. Для этого открывают вентиль 9 и подают холодную воду в автоклав. Холодная вода попадает в вертикальные трубы, нагревается за счет тепла воды камер и поступает на продукт нагретой, что исключает термобой тары. Температура воды понижается постепенно по мере охлаждения воды в камерах. Излишки воды сбрасываются через вентиль 13.

Применение: в пищевой промышленности, для стерилизации или пастеризации пищевых продуктов. Сущность изобретения: автоклав для стерилизации консервов состоит из вертикального цилиндрического корпуса с герметичной крышкой и приспособления для нагрева продукта, состоящего из вертикальных камер, равномерно расположенных на внешней поверхности автоклава и сообщенных с его внутренней полостью. Внутри камер размещены нагреватели типа ТЭН и вертикальные открытые сверху трубы, нижние концы которых соединены с линией подачи теплоносителя или воды. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоклав для стерилизации консервов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с герметичной крышкой, патрубки подачи и отвода теплоносителя и воды, отличающийся тем, что он снабжен вертикальными камерами, равномерно расположенными на внешней поверхности корпуса и сообщающимися с внутренней полостью автоклава посредством двух отверстий, выполненных в стенке корпуса, и нагревателями типа ТЭН, расположенными в камерах, при этом отверстия в стенке корпуса расположены в верхней и нижней частях камер и смещены в противоположные стороны относительно вертикальных осей камер, а патрубки для подачи воды и теплоносителя расположены в нижних частях камер. 2. Автоклав по п.1, отличающийся тем, что каждая камера снабжена вертикальной трубой, открытой в верхней части, соединенной с патрубком подачи воды или теплоносителя.