ПАСТЕРИЗАТОР ТЕКУЧИХ ПРОДУКТОВ Российский патент 2006 года по МПК A23C3/02 A23C3/07 A23L3/05 

Изобретение относится к устройствам для пастеризации, преимущественно пищевых текучих продуктов, и может быть использована для пастеризации молока, соков, пива, желе и паст.

Известен пленочный инфракрасный пастеризатор текучего продукта (молока), который взят за прототип (В.А.Чапурин, В.Ф.Пальмов, С.Н.Карпов "Пленочный инфракрасный пастеризатор молока", журнал "Техника в сельском хозяйстве", 1991 г., №5), содержащий приемный бак с линией заправки и регулятором уровня, цилиндрическую рабочую камеру, расположенную вертикально, инфракрасный излучатель, расположенный коаксиально в рабочей камере, рекуперативный теплообменник, датчик температуры пастеризованного продукта, устройство подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры, содержащее полость, отверстие для входа текучего продукта и на выходе дросселирующий участок для выхода текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры, магистраль подачи текучего продукта из приемного бака, сообщенную с отверстием устройства подачи, проходящую через одну из полостей рекуперативного теплообменника и содержащую насос, регулировочный вентиль и фильтр, выходную емкость с отверстием для выхода текучего продукта и окном, сообщенным с нижней частью рабочей камеры, магистраль выдачи пастеризованного продукта, сообщенную с отверстием выходной емкости, проходящую через вторую полость рекуперативного теплообменника, содержащую насос и трехходовой рециркуляционный клапан с исполнительным механизмом, магистраль возврата продукта в приемный бак, сообщенную с приемным баком и через рециркуляционный клапан с магистралью выдачи пастеризованного продукта.

Существенными признаками предлагаемого технического решения, совпадающими с существенными признаками прототипа являются следующие: пастеризатор текучих продуктов содержит цилиндрическую рабочую камеру, расположенную вертикально, электрический инфракрасный излучатель, установленный коаксиально в рабочей камере, выходную емкость с отверстием для выхода текучего продукта и окном, сообщенным с нижней частью рабочей камеры, датчик температуры пастеризованного продукта и устройство подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры, содержащее полость, отверстие для входа текучего продукта и дросселирующий участок для выхода текучего продукта на стенку рабочей камеры.

Известный пастеризатор не обеспечивает пастеризацию текучих продуктов повышенной вязкости, типа желе, соков, паст, поскольку в нем толщина пленки пастеризованного текучего продукта при движении вниз по стенкам рабочей камеры не стабилизируется, поэтому при пастеризации текучих сред повышенной вязкости их движение будет тормозиться за счет гидравлических потерь, а толщина пленки будет увеличиваться, при этом текучий продукт повышенной вязкости будет собираться в отдельные толстые струи, которые обеспечат его отекание с наименьшими гидравлическими потерями. Неравномерная толщина пленки пастеризуемого продукта снижает эффективность работы пастеризатора, требует увеличения мощности инфракрасного излучателя и приводит к перегреву части продукта, стекающей с меньшей толщиной пленки.

Предлагаемым техническим решением решается техническая задача обеспечения режима работы со стабилизируемой толщиной пленки пастеризуемого продукта при стекании вниз по стенкам рабочей камеры и тем самым обеспечения возможности эффективной пастеризации также и продуктов с повышенной вязкостью.

Для достижения названного технического результата в пастеризаторе текучих продуктов, содержащем цилиндрическую рабочую камеру, расположенную вертикально, электрический инфракрасный излучатель, установленный коаксиально в рабочей камере, выходную емкость с отверстием для выхода текучего продукта и окном, сообщенным с нижней частью рабочей камеры, датчик температуры пастеризованного продукта и устройство подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры, содержащее полость, отверстие для входа текучего продукта и дросселирующий участок для выхода текучего продукта на стенку рабочей камеры, рабочая камера выполнена с возможностью вращения относительно геометрической продольной оси, при этом пастеризатор содержит электропривод вращения рабочей камеры.

Кроме того, с целью обеспечения возможности использования пастеризатора для пастеризации продуктов различной вязкости дросселирующий участок устройства подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры может быть выполнен с возможностью настройки под пастеризуемый продукт, которая может быть реализована, например заменой дросселирующего участка. Дополнительно, для защиты инфракрасного излучателя от попадания капель пастеризуемого продукта, образующихся в первый момент начала работы при ударе струи о стенку камеры, выход дросселирующего участка подачи текучего продукта может быть ориентирован в направлении вращения рабочей камеры, а также рабочая камера в верхней части может быть выполнена с увеличенным диаметром. Кроме того, электропривод вращения рабочей камеры может быть снабжен регулятором оборотов, что, управляя числом оборотов рабочей камеры (а следовательно, центробежной силой и толщиной пленки на стенках рабочей камеры), позволит в совокупности с необходимым проходным сечением дросселирующего участка устройства подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры, подобрать для конкретного текучего продукта режим работы пастеризатора с максимальным расходом, при котором толщина пленки текучего продукта на стенках рабочей камеры соответствует глубине проникновения инфракрасного излучения. Для исключения попадания кварцевого стекла в пастеризованный продукт, в случае разрушения инфракрасного излучателя, под окном выходной емкости может быть установлен фильтр.

Отличительными признаками предлагаемого пастеризатора текучего продукта от указанного выше известного является выполнение рабочей камеры с возможностью вращения относительно геометрической продольной оси и наличие электропривода вращения рабочей камеры, а также дополнительно выполнение дросселирующего участка устройства подачи с возможностью настройки под пастеризуемый продукт, ориентирование выхода дросселирующего участка в направлении вращения рабочей камеры, выполнение рабочей камеры в верхней части с увеличенным диаметром, снабжение электропривода вращения рабочей камеры регулятором числа оборотов, наличие фильтра в выходной емкости, установленного под ее окном.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы) достигается следующий технический результат - обеспечивается режим работы пастеризатора с постоянной стабилизируемой толщиной пленки пастеризуемого продукта при стекании вниз по стенкам рабочей камеры и тем самым обеспечивается возможность пастеризации также и продуктов с повышенной вязкостью. Кроме того, дополнительно:

- увеличивается эффективность пастеризации текучих продуктов за счет выравнивания толщины пленки по периметру рабочей камеры центробежной силой;

- сменный дросселирующий участок обеспечивает возможность пастеризации одним и тем же пастеризатором различных продуктов, значительно отличающихся по своей вязкости;

- ориентирование выхода дросселирующего участка в направлении вращения рабочей камеры обеспечивает "плавный" подвод текучего продукта на стенки рабочей камеры, уменьшая разбрызгивание текучего продукта и улучшая условия работы инфракрасного излучателя;

- выполнение рабочей камеры с увеличенным диаметром в верхней части в зоне подвода текучего продукта в случае образования капель при запуске или останове работы пастеризатора удалит их от зоны пастеризации и инфракрасного излучателя, улучшая условия работы;

- обеспечивается возможность увеличения производительности пастеризатора, который с увеличением числа оборотов рабочей камеры, за счет увеличения центробежной силы, способен обеспечить равномерное стекание слоя пастеризуемого продукта большей толщины, а следовательно, увеличить секундный расход;

- при аварийном разрушении корпуса инфракрасного излучателя, выполняемого как правило из кварцевого стекла исключается попадание осколков корпуса в пастеризованный продукт.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемый пастеризатор текучих продуктов с рабочей камерой, выполненной с возможностью вращения относительно геометрической продольной оси, и установкой, содержащий электропривод вращения рабочей камеры, не обнаружена. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "новое".

На основании сравнительного анализа предложенного технического решения с известным уровнем техники по источникам научно-технической и патентной литературы можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе и отличительных, и выполняемых ими функций и достигаемых целей существует неочевидная причинно-следственная связь. На основании выше изложенного можно сделать вывод о том, что техническое решение в предложенном устройстве не следует явным образом из уровня техники, и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Предложенное техническое решение может найти применение в народном хозяйстве на молокозаводах, а также на заводах, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию и производящих соки, пиво, напитки, пасты, пюре. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "промышленно применима".

Изобретение поясняется фиг.1-4.

На фиг.1 изображена принципиальная схема пастеризатора.

На фиг.2 изображено место А фиг.1 - сечение устройства подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры.

На фиг.3 изображено место В фиг.1 - сечение нижней части выходной емкости.

На фиг.4 изображен вид С фиг.1 - вид рабочей камеры сверху с частичным вырезом верхней крышки.

Пастеризатор текучих продуктов содержит цилиндрическую рабочую камеру 1, расположенную вертикально, электрический инфракрасный излучатель 2, установленный коаксиально в рабочей камере 1, выходную емкость 3 с отверстием 4 для выхода текучего продукта и окном 5, сообщенным с нижней частью рабочей камеры 1, датчик температуры 6 пастеризованного продукта и устройство подачи 7 текучего продукта на внутренние стенки рабочей камеры 1, содержащее полость 8, отверстие 9 для входа текучего продукта и дросселирующий участок 10 для выхода текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры 1.

Рабочая камера 1 выполнена с возможностью вращения относительно геометрической продольной оси, а пастиризатор снабжен электроприводом вращения 11 рабочей камеры 1. Дросселирующий участок 10 выполнен съемным и направлен в сторону вращения рабочей камеры 1, которая в своей верхней части выполнена с увеличенным диаметром. Электропривод вращения 11 рабочей камеры 1 снабжен регулятором числа оборотов 12 рабочей камеры 1. Выходная емкость 3 снабжена фильтром 13, установленным под ее окном 5.

В состав пастеризатора или передвижной установки для транспортирования текучего продукта, преимущественно, для пастеризации текучих продуктов в промышленных условиях входит также приемный бак 14 с сигнализатором уровня 15 текучего продукта, рекуперативный теплообменник 16 с полостями 17 и 18, магистрали заправки 19, промывки 20, подачи 21, выдачи 22, возврата 23 текучего продукта, слива 24 и трехходовые электроклапаны 25, 26, 27 переключения магистралей 19-24.

Трехходовый клапан 25 сообщен с верхней частью приемного бака 14 участком 28 и с магистралями заправки и промывки 19 и 20, при этом клапан 25 обеспечивает одно из трех возможных положений:

- перекрытие сообщения магистралей 19 и 20 с баком 14;

- открытие сообщения магистралями 19 с баком 14 и перекрытие магистрали 20;

- открытие сообщения магистрали 20 с баком 14 и перекрытие магистрали 19.

Магистраль подачи 21 текучего продукта сообщена с отверстием 9 устройства 7, а также с приемным баком 14 через трехходовой клапан 26 содержит насос 29, регулировочный вентиль 30, фильтр 31 и проходит через полость 17 рекуперативного теплообменника 16.

Магистраль выдачи 22 текучего продукта сообщена с отверстием 4 выходной емкости 3, содержит насос 32, проходит через полость 18 рекуперативного теплообменника 16, а также сообщена через трехходовой клапан 27 с выходным участком 33 для выдачи продукта в тару потребителя. Трехходовой клапан 27 сообщен также с магистралью слива 24 и обеспечивает при этом одно из трех положений:

- перекрытие сообщения магистрали 22 с выходным участком 33 и магистралью слива 24;

- сообщение магистрали 22 с участком выдачи 33 и перекрытие ее сообщения с магистралью слива 24;

- сообщение магистрали 22 с магистралью слива 24 и перекрытие сообщения магистрали 22 с участком выдачи 33 пастеризованного продукта.

Магистраль возврата 23 текучего продукта сообщена через участок 28 с приемным баком 14, а также сообщена через трехходовой клапан 26 с магистралью выдачи 22 текучего продукта, перед установленным на ее выходе трехходовым клапаном 27. Трехходовый клапан 26 обеспечивает одно из трех положений:

- перекрытие сообщения по магистралям 21 и 23;

- открытие сообщения по магистралям 21 и 23;

- открытие сообщения по магистрали 21 и перекрытие сообщения по магистрали 23.

Верхняя часть полости приемного бака 14 сообщена с газовым баллоном 34 через магистраль 35, содержащую клапан переключения 36 подачи газа, регулятор давления 37, вентиль 38, а также измеритель давления (манометр) 39 газа в баллоне 34. Магистраль 35 перед регулятором давления 37 сообщена с компрессором 40 через магистраль 41, содержащую вентиль 42. Магистраль подачи 35 газа в полость бака 14 за регулятором давления 37 сообщена с предохранительным клапаном 43. Клапан 36 обеспечивает при его включении перекрытие магистрали 35 и сообщение газовой полости бака 14 с атмосферой.

Пастеризатор текучих продуктов по п.1 формулы работает следующим образом. Трехходовой клапан 25 устанавливается в положение, обеспечивающее поступление в приемный бак 14 пастеризуемого продукта по линии заправки 19 через участок 28, количество которого в баке 14 ограничивается сигнализатором уровня 15 текучего продукта путем перекрытия магистрали заправки 19 трехходовым клапаном 25. Перед запуском пастеризатора в работу регулировочный вентиль 30 находится в открытом положении. Открывается вентиль 38 и газ (воздух) избыточного давления из баллона 34 по магистрали 35 через регулятор давления 37 и клапан 36 поступает в бак 14, наддувая его избыточным давлением. При малой вязкости пастеризуемого продукта его движение по магистрали подачи 21 может производиться под действием гидростатического давления текучего продукта в баке 14, при этом клапан переключения 36 подачи газа устанавливают в положение перекрывающее сообщение по магистрали 35 и, сообщающее газовую полость бака 14 с атмосферой. Запускается привод 11, который раскручивает рабочую камеру 1 до заданной угловой скорости (числа оборотов в единицу времени). Подключается к источнику энергии инфракрасный излучатель 2, который обеспечивает поток тепловой энергии на внутренние стенки рабочей камеры 1. Трехходовой клапан 26 устанавливается в положение, открывающее проходное сечение в магистралях 21 и 23, и включаются насосы 29 и 32, и текучий продукт под действием перепада давления в емкости 14 и дополнительного перепада давления, создаваемого насосом 29, движется по магистрали подачи 21 текучего продукта через регулировочный вентиль 30, фильтр 31 и полость 17 рекуперативного теплообменника 16 в устройство подачи 7 текучего продукта и через отверстие 9 попадает полость 8 устройства 7, из которой через дросселирующий участок 10 выходит в виде струи на внутренние стенки вращающейся рабочей камеры 1. Расход текучего продукта по магистрали подачи 21 определяется проходным сечением дросселирующего участка 10. Струя текучего продукта, выходящая из участка 10, под действием центробежной силы от вращения камеры 1, равномерно распределяется по ее стенкам и стекает вниз под действием силы тяжести.

При этом толщина пленки текучего продукта на стенках камеры 1 благодаря определенному проходным сечением дросселирующего участка 10 расходу текучего продукта соответствует глубине проникновения в него инфракрасного излучения от излучателя 2, что обеспечивает нагрев текучего продукта до температуры пастеризации за время его стекания в нижнюю часть рабочей камеры 1. Привод 11 выбирается из условия обеспечения необходимой центробежной силы для стабилизации толщины пленки на стенках рабочей камеры 1 при стекании текучего продукта вниз.

Однако в начале работы пастеризатора происходит разогрев стенок рабочей камеры 1 и температура текучего продукта меньше температуры его пастеризации, поэтому трехходовой клапан 27 находится в положении, перекрывающем сообщение магистрали 22 с ее выходным участком 33, и благодаря открытому клапаном 26 сообщению по магистрали 23 текучий продукт из выходной емкости 3 по магистрали 22 под действием перепада давления, создаваемого насосом 32, через полость 18 рекуперативного теплообменника 16, протекая по магистрали 23 и участку 28, возвращается в бак 14.

После выхода пастеризатора на установленный режим работы, определяемый по показаниям датчика температуры 6 текучего продукта, трехходовый клапан 26 устанавливается в положение, перекрывающее сообщение по магистрали 23 с сохранением сообщения по магистрали 21, а клапан 27 устанавливается в положение, открывающее сообщение магистрали 22 с ее выходным участком 33, и происходит выдача пастеризованного текучего продукта потребителю.

Регулировочным вентилем 30 обеспечивается корректировка расхода текучей среды через пастеризатор, необходимая для компенсации влияния на расход отклонений значений температуры, вязкости или плотности текучего продукта от их средних значений. Для останова работы пастеризатора производится останов работы насосов 29 и 32, после чего трехходовые клапаны 25, 26 и 27 устанавливаются в первоначальное положение, перекрывающее сообщение по всем магистралям пастеризатора, отключается электропитание инфракрасного излучателя 2, электропривода 11 и закрываются вентили 38 и 42. Останов работы пастеризатора может производиться оператором с пульта управления или в автоматическом режиме, например, по командам, выдаваемым сигнализатором уровня 15 текучего продукта в приемной емкости 14.

Работа пастеризатора при его промывке и последовательность задействования входящих в него агрегатов аналогичны его работе при пастеризации текучего продукта. Отличие заключается в том, что вместо заправки текучего продукта в приемный бак 14 по магистрали 19 трехходовый клапан 25 устанавливается в положение, сообщающее магистраль промывки 20 с участком 28 и моющая жидкость поступает в бак 14. Для слива моющей жидкости из пастеризатора трехходовый клапан 27 устанавливается в положение, сообщающее магистраль 22 с магистралью слива 24.

Работа пастеризатора по п.2 формулы аналогична работе пастеризатора по п.1 формулы. Дополнительно, наличие съемного дросселирующего участка 10 устройства подачи 7 текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры 1 позволяет для пастеризации текучего продукта с меньшей вязкостью устанавливать дросселирующий насадок 10 меньшего проходного сечения и наоборот. Таким образом, обеспечивается возможность регулирования расхода через камеру 1 пастеризатора текучего продукта с исходной вязкостью в широком диапазоне значений и, следовательно, расширяется диапазон текучих продуктов, пастеризация которых возможна при одной и той же конструкции пастеризатора.

Пастеризатор текучих продуктов по п.3 формулы работает аналогично пастеризатору п.1 или п.2, при этом вследствие направления дросселирующего насадка 10 в сторону вращения рабочей камеры 1, как это показано на фиг.4, уменьшается разница скоростей струи текучего продукта и вращающейся стенки рабочей камеры 1 при их соприкосновении, что обеспечивает "плавное" взаимодействие струи текучего продукта с внутренней стенкой, значительно уменьшая разбрызгивание текучего продукта с образованием мелких капель и тумана, загрязняющих инфракрасный излучатель 2, увеличивает продолжительность работы пастеризатора до очередной промывки. Дополнительно, за счет уменьшения рассеивания теплового излучения на мелких каплях исключается их "перегрев" выше необходимой температуры пастеризации, увеличивается плотность теплового потока инфракрасного излучения, попадающего на пленку текучего продукта, и глубина проникновения инфракрасного излучения в пастеризуемый продукт, что обеспечивает возможность работы пастеризатора с увеличенным максимальным расходом текучего продукта (с большей производительностью).

Пастеризатор текучих продуктов по п.4 формулы работает аналогично пастеризатору по п.п.1-2 формулы, при этом зона взаимодействия струи текучего продукта со стенкой камеры 1 удаляется от инфракрасного излучателя 12 и обеспечивается более плавное взаимодействие струи со стенкой камеры 1 вследствие большего ее радиуса кривизны, что по сравнению с устройством по п.3, дополнительно увеличивает межпромывочный ресурс пастеризатора и максимальную его производительность. Кроме того, обеспечивается возможность расположения выхода дросселирующего участка 10 над стенкой переходного участка камеры 1, тогда при останове пастеризатора остаточное количество текучего продукта, вытекающее без избыточного давления из участка 10, не будет ускоренно падать вниз в зазоре между излучателем 2 и стенкой камеры 1, а попадет на стенку ее проходного участка и, стекая дальше вниз по стенкам камеры 1, подвергнется пастеризации.

Пастеризатор текучих продуктов по п.5 формулы работает аналогично пастеризатору по п.п.1-2 формулы. Дополнительно, при пастеризации текучего продукта с увеличенным значением вязкости или расхода регулятор 12 обеспечивает увеличение числа оборотов привода 11 вращения камеры 1, что обеспечивает увеличение центробежной силы, действующей на пастеризуемый текучий продукт, стекаемый вниз по стенкам камеры 1, а за счет этого выравнивание толщины пленки текучего продукта большей вязкости или большего секундного расхода. При этом для одной и той же конструкции пастеризатора по п.п.2-5 со сменным дросселирующим участком 10 обеспечивается подбор соответствующего участка 10 и числа оборотов рабочей камеры 1 привода 11 регулятором 12, что позволяет для различных пастеризуемых продуктов настраивать пастеризатор на максимальный расход, при котором глубина проникновения инфракрасного излучения от излучателя 2 в пастеризуемый продукт равна толщине его пленки на стенках камеры 1.

Пастеризатор текучих продуктов по п.6 формулы работает аналогично пастеризатору по п.п.1-2 формулы. Дополнительно, в случае аварийного разрушения корпуса электрического инфракрасного излучателя 2 осколки корпуса (кварцевого стекла) задерживаются фильтром 13, производится останов работы пастеризатора, замена излучателя 2 и фильтра 13, после чего обеспечивается запуск и дальнейшая работа пастеризатора.

Изобретение относится к устройствам для пастеризации, преимущественно пищевых текучих продуктов, и может быть использована для пастеризации молока, соков, пива, желе и паст. Пастеризатор текучих продуктов содержит цилиндрическую рабочую камеру, расположенную вертикально. Электрический инфракрасный излучатель установлен коаксиально в рабочей камере. Выходная емкость имеет отверстие для выхода текучего продукта и окно, сообщенное с нижней частью рабочей камеры. Пастеризатор имеет датчик температуры пастеризованного продукта и устройство подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры, содержащее полость, отверстие для входа текучего продукта и дросселирующий участок для выхода текучего продукта на стенку рабочей камеры. Рабочая камера выполнена с возможностью вращения относительно геометрической продольной оси. При этом пастеризатор содержит электропривод вращения рабочей камеры. Это позволяет достичь обеспечения режима работы со стабилизируемой толщиной пленки пастеризуемого продукта при стекании вниз по стенкам рабочей камеры и тем самым обеспечения возможности эффективной пастеризации также и продуктов с повышенной вязкостью. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пастеризатор текучих продуктов, содержащий цилиндрическую рабочую камеру, расположенную вертикально, электрический инфракрасный излучатель, установленный коаксиально в рабочей камере, выходную емкость с отверстием для выхода текучего продукта и окном, сообщенным с нижней частью рабочей камеры, датчик температуры пастеризованного продукта и устройство подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры, содержащее полость, отверстие для входа текучего продукта и дросселирующий участок для выхода текучего продукта на стенку рабочей камеры, отличающийся тем, что рабочая камера выполнена с возможностью вращения относительно геометрической продольной оси, при этом пастеризатор содержит электропривод вращения рабочей камеры.2. Пастеризатор по п.1, отличающийся тем, что дросселирующий участок устройства подачи текучего продукта на внутреннюю стенку верхней части рабочей камеры выполнен с возможностью настройки под пастеризуемый продукт.3. Пастеризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что дросселирующий участок направлен в сторону вращения рабочей камеры.4. Пастеризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что рабочая камера выполнена с увеличенным диаметром в верхней части.5. Пастеризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что электропривод вращения рабочей камеры снабжен регулятором числа оборотов.6. Пастеризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что выходная емкость снабжена фильтром, установленным под ее окном.