СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПРИ СУШКЕ И ВЯЛЕНИИ МЯСНЫХ И РЫБНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2001 года по МПК F24F3/14 F26B21/00 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам кондиционирования воздуха при сушке и вялении мясных и рыбных изделий.

Известен способ кондиционирования, предусматривающий очистку внутреннего воздуха в фильтре Ф, охлаждение с осушением в воздухоохладителе ВО, нагревание в воздухонагревателе ВН и увлажнение в увлажнителе У. Затем воздух заданных параметров приточным вентилятором ВП подается в сушильную камеру СК для колбас (Янвель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. - Москва, Агропромиздат, 1989, с. 189).

Данный способ предусматривает охлаждение и осушение внутреннего воздуха в течение всего года путем использования искусственного холода в воздухоохладителе.

Система предусматривает поддержание заданной температуры внутреннего воздуха с помощью двух исполнительных механизмов и терморегулятора ТР_В. При понижении температуры воздуха в сушильной камере ниже заданной (t_в < t_зад) терморегулятор подает сигнал на включение исполнительного механизма 1ИМ, который осуществляет подачу теплоносителя в воздухонагреватель ВН, обеспечивая тем самым нагрев воздуха до температуры t_зад. При повышении температуры внутреннего воздуха выше заданной (t_в > t_зад) терморегулятор ТР_В включает исполнительный механизм 2ИМ, обеспечивающий подачу хладоносителя в воздухоохладитель ВО до тех пор, пока температура не достигнет заданного значения.

Поддержание заданной влажности внутреннего воздуха в сушильной камере осуществляется с помощью влагорегулятора ВР и исполнительных механизмов 2ИМ и 3ИМ, установленных на подаче хладоносителя в воздухоохладитель ВО и влагоносителя в увлажнитель У. При понижении влажности внутреннего воздуха ниже заданной (ϕ_в< ϕ_зад) влагорегулятор ВР включает исполнительный механизм 3ИМ, который подает влагоноситель для увлажнения воздуха до влажности, равной заданной. При повышении влажности внутреннего воздуха выше заданной (ϕ_в< ϕ_зад) влагорегулятор ВР включает исполнительный механизм 2ИМ, который подает хладоноситель в воздухоохладитель ВО, обеспечивая тем самым необходимую степень осушения воздуха, т.е. уменьшение влажности до заданной.

Недостатком известного способа кондиционирования является то, что в нем используется в течение всего года искусственный холод для охлаждения и осушения воздуха в сушильной камере даже в холодный период года, когда температура наружного воздуха ниже температуры внутреннего воздуха, что ведет к непроизводительной трате энергии.

Задачей изобретения является уменьшение энергозатрат.

Поставленная задача достигается тем, что в способе кондиционирования воздуха при сушке мясных и рыбных изделий, включающем очищение внутреннего воздуха, его охлаждение и осушение, нагревание и увлажнение в течение всего года, при температуре наружного воздуха t_нар, равной или меньше температуры приточного воздуха, охлаждение и осушение внутреннего воздуха осуществляют путем смешения его с наружным воздухом при поддержании заданной температуры смеси, равной температуре приточного воздуха (t_см= t_п), при этом смешение осуществляют при изменении количества наружного воздуха от 80 до 5%, после чего смесь очищают, нагревают и увлажняют.

Кроме того, температуру смеси поддерживают автономно за счет образования дополнительного контура регулирования температуры смеси, независимого от основного контура регулирования температуры и влажности внутреннего воздуха при сушке продуктов.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого способа кондиционирования воздуха сушильных камер для мясных и рыбных продуктов в холодный период года.

Фиг. 2 - схема системы кондиционирования, работающая по предлагаемому способу.

Фиг. 3 - J-d диаграмма процесса обработки воздуха по известному способу кондиционирования.

Фиг. 4 - J-d диаграмма процесса обработки воздуха по предлагаемому способу кондиционирования.

В холодный период года предусматривается смешение внутреннего воздуха с наружным в смесительной камере до тех пор, пока температура наружного воздуха, подаваемого в смесительную камеру, не повысится до температуры приточного воздуха, т.е. способ предусматривает использование холода наружного воздуха в течение всех холодных месяцев года. Причем смешение потоков наружного и внутреннего воздуха осуществляется с переменным их количественным соотношением при поддержании заданной температуры смеси, равной температуре приточного воздуха.

Смешение потоков наружного и внутреннего воздуха осуществляется воздушными клапанами, клапаном 2 наружного воздуха и клапаном внутреннего воздуха. При работе воздушных клапанов 2 и 3 включен воздушный клапан 4, осуществляющий частичный выброс в атмосферу внутреннего воздуха. Воздушные клапаны 2, 3 и 4 осуществляют смешение наружного и внутреннего воздуха, а также частичный выброс последнего таким образом, что количество воздуха, удаляемого с помощью клапана 4, равно количеству наружного воздуха, необходимого для поддержания заданной температуры смеси. Полученная смесь очищается в фильтре 5, нагревается в воздухонагревателе 7 и увлажняется в увлажнителе 8. При этом нагревание смеси осуществляется в связи с отклонением температуры приточного воздуха от заданной. Отклонение температуры проточного воздуха от заданной возникает при регулировании температуры смеси в заданном диапазоне, а также при изменении тепловыделений внутри сушильной камеры, которые зависят от вида и температуры продукта, поступающего на сушку, и стадии сушки. Смесь воздуха, обработанная до необходимых параметров, подается приточным вентилятором 9 в сушильную камеру. Затем частично внутренний воздух подается на обработку клапаном 3 /частично выбрасывается клапаном 4/, смешивается с наружным, и цикл обработки смеси /нагревание и увлажнение/ повторяется.

При повышении температуры наружного воздуха его количество в смеси увеличивается, и происходит соответствующее уменьшение количества внутреннего воздуха. При значении температуры наружного воздуха, близком к значению температуры смеси /приточного воздуха/, его количество приближается к максимальному, соответствующему расходу воздуха, необходимого для проведения процесса сушки данного вида продукта. При температуре наружного воздуха, равной температуре смеси (t_нар = t_см), происходит закрытие клапана 2 наружного воздуха и клапана 4 выброса, а клапан 3 внутреннего воздуха открывается полностью, и сушильная камера начинает работать в летнем режиме.

В летнем режиме воздушные клапаны 2 и 4 смесительной камеры отключены, полностью открыт клапан 3 внутреннего воздуха, и включены воздухоохладитель 6, воздухонагреватель 7 и увлажнитель 8.

На фиг. 2 приведена схема системы кондиционирования при сушке сырокопченых колбас и других мясных и рыбных изделий, работающей по предлагаемому способу. Согласно приведенному описанию воздушные клапаны 2, 3 и 4 смесительной камеры работают только в холодный период года /холодный режим работы/. Разрешающий сигнал на работу клапанов смесительной камеры подается от терморегулятора 11 наружного воздуха, контактное устройство которого работает в области температур t_нар < t_п, т.е. в осенний - зимний - весенний период, что позволяет не использовать искусственный холод на охлаждение и осушение внутреннего воздуха в это время. При этом температура смеси воздуха поддерживается постоянной и равной температуре приточного воздуха (t_см = t_п) с помощью терморегулятора 12. Терморегулятор 12 подает сигнал на приводы воздушных клапанов 2, 4 и 3 /исполнительные механизмы 13, 14 и 15/ в зависимости от изменения температуры наружного воздуха t_нар. По мере повышения температуры наружного воздуха терморегулятор 12 подает сигнал на увеличение количества наружного воздуха клапаном 2, соответствующее уменьшение количества внутреннего воздуха клапаном 3 и увеличение клапаном 4 количества воздуха, удаляемого в атмосферу. При понижении температуры наружного воздуха терморегулятор 12 подает на воздушные клапаны сигнал, позволяющий изменять количество воздуха в обратном порядке: происходит уменьшение количества наружного воздуха, увеличение количества внутреннего и уменьшение количества воздуха, удаляемого в атмосферу. Полученная смесь воздуха с температурой t_см = t_п проходит обработку в воздухонагревателе и увлажнителе 3 для обеспечения необходимых параметров воздуха в сушильной камере. Терморегулятор 15 поддерживает заданную температуру внутреннего воздуха с помощью воздухонагревателя, а влагорегулятор 16 поддерживает заданную влажность внутреннего воздуха с помощью увлажнителя 8.

Таким образом, в предлагаемом способе весь холодный период года искусственный холод для охлаждения и осушения внутреннего воздуха не используется /воздухоохладитель 6 не работает/, а охлаждение и осушение внутреннего воздуха осуществляется за счет охлаждающей и осушающей способности наружного воздуха, так как в холодное время наружный воздух имеет пониженную температуру и пониженное влагосодержание по сравнению с аналогичными параметрами внутреннего воздуха сушильной камеры. Рекомендуемые параметры внутреннего воздуха в сушильных камерах для сырокопченых и сыровяленых колбас и других мясных продуктов по технологическим условиям составляют: t_В = 12 ± 1^oC, ϕ_в= 75±5%. При этом температура приточного воздуха находится в пределах t_п = 9 - 11^oC. Рекомендуемые параметры внутреннего воздуха при холодной сушке и вялении рыбных продуктов: t_В = 15 ± 1^oC, ϕ_в= 55±5%. Температура приточного воздуха составляет t_п = 10 - 11^oC.

Время холодного режима работы сушильной камеры заканчивается, когда наружный воздух имеет температуру t_нар = t_п. Контактное устройство терморегулятора 11 закрывает воздушные клапаны 2 и 4 полностью, открывает воздушный клапан 3 и включает воздухоохладитель 6; начинается летний режим работы.

Предлагаемый способ кондиционирования осуществляет обработку воздуха в следующей последовательности.

При температуре наружного воздуха меньше температуры приточного воздуха (t_нар < t_п) сушильная камера работает в холодном режиме. В работу включены воздушные клапаны: 2, 3 и 4. При этом соотношении количества внутреннего воздуха, подаваемого клапаном 3, и количества наружного воздуха, подаваемого клапаном 2 /следовательно, и количество внутреннего воздуха, частично выбрасываемого в атмосферу клапаном 4/, изменяется так, чтобы температура их смеси была постоянной и равной температуре приточного воздуха. Поддержание заданной температуры внутреннего воздуха осуществляется терморегулятором 15 и исполнительным механизмом 13 воздухонагревателя 7. При понижении температуры воздуха внутри сушильной камеры ниже заданной терморегулятор 15 подает сигнал на включение исполнительного механизма 17, который осуществляет подачу теплоносителя в воздухонагреватель; при повышении температуры терморегулятор 15 подает сигнал на отключение исполнительного механизма 17, который прекращает подачу теплоносителя в воздухонагреватель. Поддержание заданной влажности внутреннего воздуха осуществляется влагорегулятором 16 и исполнительным механизмом 18 увлажнителя 3. При понижении влажности внутреннего воздуха ниже заданной влагорегулятор 16 подает сигнал на включение исполнительного механизма 18, обеспечивая подачу влагонагревателя; при повышении влажности влагорегулятор отключает исполнительный механизм 18 и прекращает подачу влагоносителя.

В летнем режиме работают воздухоохладитель, воздухонагреватель и увлажнитель, управление которыми осуществляется терморегулятором 15 и влагорегулятором 16.

Поддержание заданной температуры внутреннего воздуха осуществляется терморегулятором 15, который работает совместно с исполнительными механизмами воздухонагревателя и воздухоохладителя /исполнительные механизмы 17 и 19/ по схеме, применяемой при известном способе кондиционирования. Поддержание заданной влажности внутреннего воздуха осуществляется влагорегулятором 16, который работает совместно с исполнительными механизмами воздухоохладителя и увлажнителя /исполнительные механизмы 19 и 18/ по схеме, применяемой при известном способе кондиционирования.

Таким образом, в предлагаемом способе смесительная камера работает только в холодном режиме, работает автономно путем поддержания заданной температуры за смесительной камерой и не участвует в регулировании параметров внутреннего воздуха. Это позволяет в максимальной степени использовать холод наружного воздуха для экономичной обработки внутреннего воздуха и подготовить воздух для основной обработки, поддержания температуры смеси, максимально приближенной к температуре внутреннего воздуха (t_см = t_п), так как температура смеси отличается от температуры внутреннего воздуха не более, чем на 2-3^oС, то возникает возможность экономить расход холода и теплоты в холодное время года.

Пример использования известного и предлагаемого способов обработки воздуха в системе кондиционирования сушильной камеры для сырокопченых колбас Московского мясокомбината.

Исходные данные: необходимый расход воздуха V = 10000 м³/ч, расчетные внутренние параметры воздуха: t_В = 12^oC, ϕ_в= 75%. Рабочая разность температур Δt_p= 2^°C. Среднее значение тепловлажностного коэффициента процесса сушки ε_ср= 6000 кДж/кг. Расчетные параметры наружного воздуха: для холодного периода J_н.х = -25 кДж/кг; t_н.х = -25^oC. Продолжительность процесса сушки τ_c= 20 суток; продолжительность холодного периода года для Москвы) - 213 суток. Температура воздуха на выходе из воздухоохладителя t_o = 7^oC, антальпия J_o = 23 кДж/кг.

Выполняем построение на J-d диаграмме процесса обработки воздуха по известному способу кондиционирования (фиг. 3).

Из построение (фиг. 3) следует, что удельная тепловая нагрузка на воздухонагреватель
q_н = J_к-J_о = 26 - 23 = 3 кДж/кг,
удельная тепловая нагрузка на воздухоохладитель
q_о = J_в - J_о = 29-23 = 6 кДж/кг.

Полная тепловая нагрузка:
на воздухонагреватель
,
на воздухоохладитель .

Расход теплоты и холода за 1 цикл сушки:
теплоты
Q_н.ц = Q_н · 20 суток · 24 ч · 3600 = 10 кДж/с · 20 · 24 · 3600 = 17,28 · 10⁶ кДж;
холода
Q_охл.ц = Q_о · 20 сут · 24 ч · 3600 = 20 кДж/с · 20 · 24 ч · 3600 = 34,56 · 10⁶ кДж.

Полученные значения расходов теплоты и холода за 1 цикл являются максимальными. Средние значения Q_н.ц и Q_охл.ц составляют:
Q_н.ц = 8,64 · 10⁶ кДж;
Q_охл.ц = 17,28 · 10⁶ кДж.

В году 300 раб.дней; количество циклов в году
.

Годовой расход теплоты и холода при работе по известному способу кондиционирования составляет:
Q_н.год = 8,64 · 10⁶ · 15 = 129,6 · 10⁶ кДж;
Q_{охл.год} = 17,28 · 10⁶ · 15 = 259,2 · 10⁶ кДж.

Выполняем построение на J-d диаграмме процесса обработки воздуха по предлагаемому способу кондиционирования (фиг. 4).

На фиг. 4 приведена нижняя часть климатической кривой для г. Москвы, охватывающая область параметров наружного воздуха от J_н.х = - 25 кДж/кг до t_п = 10^oC. На фиг. 4 показано промежуточное положение состояния наружного воздуха, которое обозначено точкой H'. Линия смеси H' - B пересекает изотерму t_п = 10^oC в точке C. Если тепловлажностный коэффициент процесса ε_ср сушки выражен линией П-В, то линия С-П характеризует необходимую степень изотермического увлажнения, т.е. разность влагосодержаний, необходимая для увлажнения 1 кг смеси воздуха,
Δd_увл= d_п-d_c= 6,2-6,0 = 0,2 г/кг x).

Холодный период года, равный 213 суткам, содержит 10 циклов сушки по 20 суток (остальное время необходимо для загрузки и выгрузки камеры и ее санитарной обработки).

Всего в году 15 рабочих циклов, из них 10 циклов искусственный холод не используется. Следовательно, годовой расход холода составляет:
Q_{охл.год} = 17,28 · 10⁶ · 5 = 86,4 · 10⁶ кДж.

Получаем, что годовой расход холода в 3 раза меньше, чем в системе с известным способом кондиционирования.

Удельная тепловая нагрузка на воздухонагреватель при нагревании 1 кг воздуха при обработке воздуха по предлагаемому способу кондиционирования для условий данного примера составляет /см. фиг. 4/:
q_н = 0; q_н.макс = 20 кДж/кг;
q_н.ср = 1,0 кДж/кг.

Средняя тепловая нагрузка на воздухонагреватель:
.

Тепловая нагрузка на воздухонагреватель Q_н.cp = 3,33 кВт характерна для холодного периода года, т.е. для 10 циклов сушки сырокопченых колбас. Для остальных 5 циклов сушки в теплый период года средняя тепловая нагрузка на воздухонагреватель составляет 5 кВт /половина от максимального значения, равного 10 кВт/.

Тогда годовой расход теплоты при обработке воздуха по предлагаемому способу кондиционирования составляет:
Q_н.год = 5 кВт · 3600 · 24 ч · 20 сут · 5 цикл + 3,33 кВт · 3600 · 24 ч · 20 сут · 10 цикл = 100,8 · 10⁶ кДж.

В конце описания приведена таблица годовых расходов теплоты и холода в известном и предлагаемом способах кондиционирования.

Из таблицы следует, что предлагаемый способ кондиционирования сушильных камер для сырокопченых колбас характеризуется экономией годового расхода холода в 3 раза, а расход теплоты - на 22% по сравнению с известным действующим способом кондиционирования.

Изобретение относится к пищевой промышленности, и в частности к способам кондиционирования воздуха при сушке и вялении мясных и рыбных изделий. Способ кондиционирования воздуха при сушке и вялении мясных и рыбных изделий включает очистку, охлаждение, осушение, нагревание и увлажнение внутреннего воздуха в течение всего года. При температуре наружного воздуха t_нар меньше или равной температуре приточного воздуха t_п, т.е. t_нар ≅ t_п, охлаждение и осушение внутреннего воздуха осуществляют путем смешения его с наружным воздухом при поддержании заданной температуры смеси, равной температуре приточного воздуха (t_см = t_п), при этом смешение осуществляют при изменении количества воздуха, лежащего в пределах 80 - 5%, после чего смесь очищают, нагревают и увлажняют. Техническим результатом является уменьшение энергозатрат. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ кондиционирования воздуха при сушке и вялении мясных и рыбных изделий, включающий очистку, охлаждение, осушение, нагревание и увлажнение внутреннего воздуха в течение всего года, отличающийся тем, что при температуре наружного воздуха t_нар меньше или равной температуре приточного воздуха t_п, т. е. t_нар ≅ t_п, охлаждение и осушение внутреннего воздуха осуществляют путем смешения его с наружным воздухом при поддержании заданной температуры смеси, равной температуре приточного воздуха (t_см = t_п), при этом смешение осуществляют при изменении количества наружного воздуха, лежащего в пределах 80 - 5%, после чего смесь очищают, нагревают и увлажняют. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру смеси поддерживают автономно за счет образования дополнительного контура регулирования температуры смеси независимо от основного контура регулирования температуры и влажности при сушке продуктов.