СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F25D13/06 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано на распределительных холодильниках, холодильниках плодоперерабатывающей промышленности и фермерских хозяйствах.

Известны способы замораживания плодов и овощей и устройства для их осуществления (см. Холодильная техника. Справочник. Применение холода в пищевой промышленности. // Москва. Пищевая промышленность. 1979). Указанные способы замораживания и скороморозильные устройства являются малоэффективными, материалоемкими и энергоемкими.

Наиболее близким аналогом является "Способ замораживания плодов и овощей и устройство для его осуществления" (см. Патент России №2036396). По указанному способу плодоовощное сырье вначале подмораживается в псевдоожиженном слое в восходящем потоке воздуха с чередованием по длине транспортера зон со струями повышенного напора воздуха с зонами без таких струй, а домораживание осуществляют при расположении продукта на ленте транспортера в плотном слое в нисходящем потоке воздуха при его скорости выше критической скорости начала псевдоожижения. Скороморозильный аппарат включает теплоизолированную камеру с загрузочным и разгрузочным устройствами, воздухоохладители для охлаждения воздуха с вентиляторами, сетчатый транспортер, привод транспортера, поперечную перегородку камеры, систему воздухораспределения с ячейками.

Для приведенного "Способа замораживания плодов и овощей и устройства для его осуществления" характерны следующие недостатки. Подмораживание в псевдоожиженном слое с восходящим потоком воздуха наряду с повышенными энергозатратами по сравнению с плотным слоем имеет меньшие коэффициенты теплоотдачи, что также увеличивает энергетические затраты и время процесса замораживания и, как следствие этого, увеличение габаритных и массовых характеристик аппарата. Также способствует увеличению энергозатрат на охлаждение плодовощного сырья воздухом со сравнительно низкой температурой t_в≅_{-25÷ -30° С, такой же, как и замораживание на начальном участке подмораживания, где сырье охлаждается от начальной температуры, равной температуре окружающей среды (в летнее время эта температура может быть равной tн≅30° С), до температуры начала замораживания (криоскопической температуры, в зависимости от вида сырья, равной tкр≅-1,5÷ -5° С).}

Такой большой перепад температур на начальном участке подмораживания Δ t=30° C-(-30° С)=60° С приводит к большим энергетическим затратам на компрессор, для которого действительный холодильный коэффициент при температуре конденсации холодильного агента t_конд≅_{35° С и температуре кипения холодильного агента t0≅-40° C равен , где Q0 - холодопроизводительность холодильной машины в кВт и Nдейств - действительная мощность электродвигателя компрессора в кВт. Кроме того, довольно трудно удалить влагу с поверхности продукта, который перед замораживанием подвергается подготовительным технологическим операциям (бланширование, мойка, инспекция и др.). Существующие методы и устройства для удаления влаги не исключают ее наличия на поверхности продукта. Эта бесполезная влага требует затрат энергии на ее замораживание на поверхности продукта и способствует смерзанию частиц, примерзанию их к сетке, что крайне нежелательно, так как создает трудности при фасовке замороженного продукта в потребительскую тару. Расчеты показывают, что для замораживания влаги на поверхности продукта (зеленый горошек) может бесполезно расходоваться до 5% холодопроизводительности холодильной машины.}

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования "Способа замораживания плодов и овощей и устройства для его осуществления".

Поставленная задача решается так, что в "Способе замораживания плодов и овощей и устройстве для его осуществления", предусматривающем перемещение их на транспортерной ленте и подачу к слою продукта холодного воздуха с температурой t_в=-10° С÷ -6° С осуществляют в охлаждающей части транспортера, перед подмораживанием продукт охлаждают от температуры окружающей среды до температуры на поверхности продукта, равной t_п=2° C÷ 4° C с одновременным удалением влаги с поверхности продукта путем обдува нисходящим потоком воздуха и подсушиванием в результате массообмена в плотном слое. Далее охлажденный и подсушенный продукт перемещается на транспортерной ленте и обдувается холодным воздухом с температурой t_в1=-20° С÷ -35° С в подмораживающей части транспортера в нисходящем потоке воздуха в плотном, наклонном, волнооборазном слое с затухающей, по направлению движения, амплитудой волны и ворошением слоя продукта на участке подмораживания вначале на 0,25 его толщины, далее на 0,5 его толщины, далее на 0,75 его толщины и, окончательно, на 1,0 его толщины.

Устройство для замораживания плодов и овощей, содержащее теплоизолированную камеру, транспортер для продуктов, расположенные под ним воздухоохладители и вентиляторы, загрузочный бункер и разгрузочный лоток, приводные барабаны транспортера, поперечную перегородку, имеет продольную перегородку, разделяющую камеру на зоны повышенного и пониженного давления, а поперечная перегородка разделяет камеру на зону охлаждения продукта и зону подмораживания, на участке подмораживания транспортер выполнен в виде затухающей волны с периодом колебаний Т=600-1500 мм, амплитудой колебаний вначале A₁=100-160 мм и на конце А₂=0-100 мм. Отношение длины транспортера L к периоду колебаний Т принимается равным L/T≅ 1,5-4 и углом наклона транспортера к горизонту α =9° -20° . Кроме того, на волнистом наклонном участке транспортера установлены по направлению движения поворотные ворошители продукта I, II, III и IV с противовесами и загнутыми концами, параллельными поверхности сетки. Так как во времени и по длине транспортера слой продукта по глубине замораживается неравномерно, вначале замораживается верхняя часть слоя, которую омывает более холодный поток воздуха, затем последующие слои, поэтому для разрушения связей между подмороженными и смерзшимися частицами необходимо производить последовательно, с учетом расстояния и глубины слоя. Расстояние между началом и концом изогнутой части ворошителя выбрано с учетом возможно наименьшего ее размера и примерно равно 1≤ 5 мм. Угол между осью изогнутого конца ворошителя и направлением движения транспортера, с учетом замораживаемого продукта, принимается равным β =20° -60° С.

Ворошители выбраны поворотными с противовесами, что позволяет избежать их поломки при остановке транспортера и вмерзания их в слой продукта. После включения транспортера ворошители поворачиваются и поднимаются над слоем, пропуская замерзшую часть продукта, и затем, под действием противовесов, снова вводятся в слой.

Проходя волнистую часть транспортера, происходит непрерывное сближение и отдаление между частицами продукта из-за деформации слоя по его высоте (слой непрерывно ломается), в результате чего теряется связь между подмороженными частицами и продукт становится сыпучим. Затем сыпучий продукт домораживается на третьем прямолинейном участке сетчатого транспортера в плотном слое в нисходящем потоке воздуха.

Все это способствует сокращению энергетических затрат, упрощению конструкции скороморозильного аппарата из-за замораживания только в плотном слое, упрощению воздухораспределения и дроблению слоя продукта на волнистом участке транспортера.

На фиг.1 показан продольный разрез скороморозильного аппарата.

На фиг.2 показан поперечный разрез скороморозильного аппарата.

На фиг.3 показан подмораживающий участок волнообразной транспортерной ленты с расположением ворошителей продукта.

На фиг.4 показан поперечный разрез транспортерной ленты с ворошителями в конце участка окончательного подмораживания продукта.

На фиг.5 показ участок транспортера в плане с размещением ворошителей.

Устройство включает теплоизолированную камеру 1, транспортер с волнистым участком 2, продукт 3, борт транспортера 4, загрузочный бункер 5, разгрузочный лоток 6, поперечную перегородку камеры 7, продольную перегородку камеры 8, воздухоохладители 9 и 10, вентиляторы 11, приводные барабаны 12, ворошители 13, установленные на осях 14, а оси в подшипниках 15. К осям прикреплены противовесы 16.

Способ замораживания плодов и овощей и устройство для его осуществления работают следующим образом.

Плоды или овощи загружаются в бункер 5 и поступают на участок охлаждения транспортера 2, где охлаждаются на поверхности до температуры не ниже 2° С потоком воздуха t_в≈_{-8° С÷ -12° С при температуре кипения холодильного агента t0≈-20° C.}

При охлаждении продукта одновременно происходит сдув влаги потоком воздуха с его поверхности и подсушивание в результате тепло и массообмена между ним и охлаждающим воздухом. Воздух охлаждается в воздухоохладителе 10. Циркуляция воздуха на первом участке охлаждения продукта обеспечивается работой вентилятора 11. Затем охлажденный продукт, проходя проем в перегородке 7, отделяющей участок охлаждения от участка подмораживания, поступает на второй волнистый участок подмораживания с температурой охлаждающего воздуха t_в1=-20° С÷ -35° С.

Подмораживание также осуществляется в нисходящем потоке воздуха в плотном слое, это значительно сокращает энергетические затраты на вентиляторы и холодильную машину. Для предотвращения смораживания продукта сетчатый транспортер совершает волнообразное движение на наклонной поверхности, в результате чего происходит непрерывная деформация слоя продукта. Так, на гребне волны (верхняя часть волны) верхние слои продукта расширяются, что способствует разъединению частиц, тогда как во впадинах волны верхние слои продукта сжимаются. Таким образом, при волнообразном движении частицы в слое продукта находятся в непрерывном перемещении друг относительно друга, что предотвращает их смерзание. Подмерзшие частицы в верхней части слоя, одновременно, испытывают дополнительное ворошение ворошителем 13-1, с загнутыми концами, параллельными плоскости транспортерной ленты.

Подмерзшие и уже сухие частицы на наклонной части волны транспортера ссыпаются вниз во впадину волны, тем самым оголяют нижележащие, еще не подмороженные частицы и способствуют их усиленному подмораживанию наиболее холодным потоком воздуха, выходящим из воздухоохладителя. Причем через эту часть слоя продукта из-за уменьшения его толщины и меньшего гидравлического сопротивления проходит больший поток воздуха и с большей скоростью. Затем подмороженный движущийся продукт подвергается ворошению ворошителем 13-II, а после него ворошителями 13-III, 13-IV.

Ворошитель 13-I погружен в слой на 0,25 части его высоты, ворошитель 13-II - на 0,5 части его высоты, ворошитель 13-III - на 0,75 части и ворошитель 13-IV непосредственно касается сетки для ворошения продукта, лежащего непосредственно на ней. После волнистого участка транспортер переходит на прямолинейный участок, где происходит окончательное замораживание.

Через лоток 6 замороженный продукт высыпается наружу, где расфасовывается в потребительскую тару (не показано).

Охлаждение воздуха в зоне подмораживания и домораживания осуществляется воздухоохладителями 9, а циркуляция воздуха производится вентиляторами 11. Привод транспортера производится барабаном 12. Все устройство размещается в теплоизолированной камере 1. Транспортер 2 имеет борт 4, а в камере, кроме поперечной перегородки 7, имеется продольная перегородка 8, которая делит камеру на зоны пониженного и повышенного давления. Поток воздуха в камере перемещается из зоны повышенного давления в зону пониженного давления, как это показано на фиг.2. На ленте транспортера размещается продукт 3.

Ворошители 13 приварены к осям 14, а оси размещаются в подшипниках 15. К осям 14 приварены противовесы 16, которые поддерживают ворошители в вертикальном положении, тем самым не дают им возможности выйти из слоя продукта при его движении.

Выполненный участок транспортера в виде затухающей волны способствует более плавному переходу от волнообразного движения транспортера к прямолинейному участку домораживания плодов и овощей.

Предлагаемый "Способ замораживания плодов и овощей и устройство для его осуществления" способствуют ускоренному замораживанию плодов и овощей, сокращению занимаемых производственных площадей и уменьшению массовых и энергетических характеристик.

Способ замораживания плодов и овощей, предусматривающий перемещение их на транспортерной ленте и подачу к слою продукта холодного воздуха, подачу холодного воздуха с температурой t_в=-10°C÷-6°С осуществляют в охлаждающей части транспортера, перед подмораживанием продукт охлаждают от температуры окружающей среды до температуры на поверхности продукта, равной t_п=2°C÷4°С, с одновременным удалением влаги с поверхности продукта путем обдува нисходящим потоком воздуха и подсушиванием в результате массообмена в плотном слое. Способ замораживания плодов и овощей, предусматривающий перемещение их на транспортерной ленте и подачу к слою продукта холодного воздуха, подачу холодного воздуха с температурой t_в1=-20°C÷-35°С осуществляют в подмораживающей части транспортера, подмораживание осуществляют в нисходящем потоке воздуха в плотном, наклонном, волнообразном слое с затухающей, по направлению движения, амплитудой волны и ворошением слоя продукта на участке подмораживания вначале на 0,25 его толщины, далее на 0,5 его толщины, далее на 0,75 его толщины и окончательно 1,0 его толщины. Устройство для замораживания плодов и овощей, содержащее теплоизолированную камеру, транспортер для продуктов, расположенные под ним воздухоохладители и вентиляторы, загрузочный бункер и разгрузочный лоток, приводные барабаны транспортера, поперечную перегородку, он имеет продольную перегородку, разделяющую камеру на зоны повышенного и пониженного давления, а поперечная перегородка разделяет камеру на зону охлаждения продукта и зону подмораживания, на участке подмораживания транспортер выполнен в виде затухающей волны с периодом колебаний Т=600-1500 мм, амплитудой колебаний вначале A₁=100-160 мм и на конце А₂=0-100 мм, отношением длины транспортера к периоду колебаний L/T=1,5-4 и углом наклона транспортера к горизонту α=9°-20°. Использование данной группы изобретений обеспечивает ускоренное замораживание плодов и овощей, уменьшение массовых и энергетических характеристик, сокращение производственных площадей. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ замораживания плодов и овощей, предусматривающий перемещение их на транспортерной ленте и подачу к слою продукта холодного воздуха, отличающийся тем, что подачу холодного воздуха с температурой t_в=-10÷-6°C осуществляют в охлаждающей части транспортера, перед подмораживанием продукт охлаждают от температуры окружающей среды до температуры на поверхности продукта, равной t_п=2÷4°С с одновременньм удалением влаги с поверхности продукта путем обдува нисходящим потоком воздуха и подсушиванием в результате массообмена в плотном слое.2. Способ замораживания плодов и овощей, предусматривающий перемещение их на транспортерной ленте и подачу к слою продукта холодного воздуха, отличающийся тем, что подачу холодного воздуха с температурой t_в1=-20÷-35°С осуществляют в подмораживающей части транспортера, подмораживание осуществляют в нисходящем потоке воздуха в плотном, наклонном, волнообразном слое с затухающей, по направлению движения, амплитудой волны и ворошением слоя продукта на участке подмораживания вначале на 0,25 его толщины, далее на 0,5 его толщины, далее на 0,75 его толщины и окончательно 1,0 его толщины.3. Устройство для замораживания плодов и овощей, содержащее теплоизолированную камеру, транспортер для продуктов, расположенные под ним воздухоохладители и вентиляторы, загрузочный бункер и разгрузочный лоток, приводные барабаны транспортера, поперечную перегородку, отличающееся тем, что он имеет продольную перегородку, разделяющую камеру на зоны повышенного и пониженного давления, а поперечная перегородка разделяет камеру на зону охлаждения продукта и зону подмораживания, на участке подмораживания транспортер выполнен в виде затухающей волны с периодом колебаний Т=600÷1500 мм, амплитудой колебаний вначале А₁=100÷160 мм и на конце А₂=0÷100 мм, отношением длины транспортера к периоду колебаний L/T=1,5÷4 и углом наклона транспортера к горизонту α=9÷20°.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ворошители продукта выполнены поворотными с противовесами, а угол между осью изогнутого конца ворошителя и направлением движения транспортера равен β=20÷60° и расстояние между началом и концом изогнутой части ворошителя равно 1≤5 мм.