УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОПТИЛЬНОГО ДЫМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК A23B4/52 

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при производстве мясной и рыбной продукции горячего и холодного копчения.

Известно устройство для получения коптильного дыма термическим разложением древесных опилок с помощью сухого перегретого пара (Ершов А.М., Зотов В.В., Ноздрин С.И. Копчение пищевых продуктов: уч. пособие 4.2 Повышение энергетической эффективности - Мурманск, МГТУ, 1996, - с.86-89). Насыщенный водяной пар нагревают до высоких температур и пропускают через слой опилок. Образующаяся при разложении опилок коптильная среда подвергается очистке от твердых частиц, охлаждается и направляется для процесса копчения продукции.

Указанное выше устройство состоит из корпуса, внутри которого расположен шнек, служащий для подачи и пиролиза опилок. В средней части шнека расположена зона пиролиза опилок. На входе и выходе зоны пиролиза имеются отверстия для подачи и отвода пара. На выходе из зоны пиролиза в шнеке установлен разрыхлитель. В верхней части корпуса расположены теплообменники, нагреватель, струйный насос, служащие для перегрева пара и подачи перегретого пара внутрь шнека с движущимися опилками; в нижней части - сборник золы. На выходе коптильной среды из зоны пиролиза установлен циклон для очистки коптильной среды от опилок. Так как пиролиз опилок происходит при температурах не выше 380°С, то в коптильной среде содержится незначительное количество канцерогенных и проканцерогенных веществ. Однако данное устройство представляет собой довольно сложную и металлоемкую конструкцию, поэтому оно не нашло широкого применения в промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для получения коптильного дыма с использованием энергии ИК-излучения, которое представляет собой металлический корпус, являющийся камерой дымогенерации, с генераторами инфракрасного излучения, снабженными рефлекторами, между генераторами инфракрасного излучения и рефлекторами расположена дополнительная излучающая поверхность, под генераторами инфракрасного излучения установлены ванны для пиролиза, которые разделены перегородками, расположенными параллельно стенкам ванны, на отдельные зоны для древесного топлива (опилок) и воды, причем зоны для воды образуют два боковых кармана, в которые заливается вода, а между ними размещается влажное топливо, расстояние от генераторов инфракрасного излучения до поверхности топлива подбирается экспериментально в зависимости от их типа (патент 2171033, Россия, МПК⁷ А 23 В 4/052, "Способ получения коптильного дыма с использованием энергии ИК-излучения и устройство для его осуществления", авторы Ершов А.М., Шокина Ю.В., заявл. 10.01.2000, опубл. 27.07.2001, бюл. №21).

Данная конструкция устройства достаточна надежна в обслуживании, позволяет вырабатывать дым высокого качества, практически свободный от канцерогенных веществ, однако имеет один существенный недостаток - невысокую производительность. Повысить производительность такого устройства можно путем увеличения (в первую очередь слоя топлива) размеров ванн, что приводит:

во-первых, к повышению температуры пиролиза, а это, в свою очередь, ведет к увеличению канцерогенных веществ в коптильном дыме,

во-вторых, к повышению температуры поверхности устройства,

и, в-третьих, к неравномерному прогоранию топлива.

Кроме того, опыт эксплуатации показал, что процесс дымообразования (зависимость продолжительности рабочего цикла от влияющих факторов) подчиняется определенным законам, а именно: полученным уравнениям регрессии 1 и 2 (1 - процесс нагрева топлива, 2 - собственно дымообразование).

Продолжительности периодов нагрева (Y₁, мин.) и собственно дымообразования (Y₂, мин.) зависят по-разному от начальной влажности топлива (X₁, %) и от массы топлива (Х₂, %), т.к. нижние слои топлива в течение рабочего цикла имеют влажность около 100% из-за постоянного увлажнения водой из боковых карманов ванны. Поэтому для оптимальной работы устройства-прототипа необходима тщательная подготовка топлива и довольно сложный и трудоемкий расчет необходимых для достижения требуемой производительности параметров процесса, что значительно затрудняет эксплуатацию устройства.

Предлагаемым изобретением решается задача увеличения производительности устройства и упрощение его эксплуатации.

Для получения такого технического результата в предлагаемом устройстве, содержащем корпус, размещенные в нем и соединенные параллельно между собой генераторы ИК-излучения, расположенный над генераторами блок рефлекторов, расположенную между генераторами ИК-излучения и блоком рефлекторов дополнительную излучающую поверхность, размещенные под генераторами ИК-излучения ванны для пиролиза, направляющие для перемещения ванн в зону действия генераторов ИК-излучения, ванны для пиролиза снабжены регулируемым по высоте последних фальш-дном, выполненным в виде мелкоячеистой решетки и делящим ванну на зону для топлива, расположенную на фальш-дне, и зону для воды, расположенную под фальш-дном.

Отличительным признаком предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого устройства, является снабжение ванны для пиролиза фальш-дном, которое выполнено в виде мелкоячеистой решетки и делит последнюю на зону для топлива, расположенную на фальш-дне, и зону для воды, расположенную под фальш-дном. Фальш-дно ванны представляет собой мелкоячеистую решетку из нержавеющей стали. Использование ванны данной конструкции позволяет с помощью регулировочных винтов перед началом работы устройства изменять уровень фальш-дна по высоте ванны для пиролиза и варьировать толщиной слоя топлива и расстоянием до излучателей, тем самым оптимизировать тепломассообменные процессы, протекающие в слое под действием ИК-излучения, и в результате этого увеличить производительность устройства. Кроме того, такая конструкция ванн для пиролиза позволяет не только добиться более равномерного прогрева топлива, но и уменьшить температуру дымовоздушной смеси на выходе из устройства, а также поддерживать температуру разложения древесных опилок на уровне, не превышающем 350°С.

Предлагаемое устройство для получения коптильного дыма с использованием энергии ИК-излучения поясняется с помощью чертежей, представленных на фигурах 1-4.

На фиг.1 изображен фронтальный вид устройства;

на фиг.2 - вид устройства сбоку;

на фиг.3 - поперечный разрез устройства;

на фиг.4 - ванна для пиролиза, вид сверху.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, которое представляет собой корпус дымогенерации с ваннами для пиролиза, в которых на заданном уровне расположено фальш-дно, отделяющее зону топлива и зону добавленной воды, необходимую для увлажнения топлива в процессе дымогенерации.

Предлагаемое устройство для генерации дыма периодического действия содержит (фиг.2) корпус 1, в котором размещены три ряда генераторов ИК-излучения 3 (по три штуки в каждом ряду), соединенных между собой параллельно токоведущими, изолирующими проводами, бак 5 с водой и шкаф управления. Над генераторами 3 расположен блок рефлекторов 6, служащих для отражения потока излучения вверх от генераторов 3. Дополнительная излучающая поверхность 7 предназначена для генерации длинноволнового инфракрасного спектра излучения и предохранения рефлекторов 6 от загрязнений. Ванны 2 для пиролиза (фиг.3) размещены под генераторами 3 инфракрасного излучения. На фальш-дне 8 ванны 2 расположена зона для топлива 9, а под ним зона для воды. Направляющие 11 предназначены для перемещения ванны 2 для пиролиза в зону действия генераторов 3 инфракрасного излучения.

Устройство периодического действия работает следующим образом: топливо с заданной начальной влажностью помещают на фальш-дно в среднюю зону ванны 2 для пиролиза. После чего ванну 2 для пиролиза по направляющим 11 перемещают в корпус 1. Ванна 2 для пиролиза со стороны загрузки имеет торцевую стенку большей площади, чем площадь поперечного сечения отверстия, через которое ванна выдвигается из корпуса, тем самым в момент закрытия, соприкасаясь этой торцевой стенкой с наружной стенкой корпуса 1, закрывается нерегулируемый доступ воздуха через отверстие загрузки. Далее оператор выбирает требуемый режим работы ИК-излучателей: последовательная работа трех уровней излучателей, параллельная работа двух уровней и затем третьего, или параллельная работа всех излучателей. После чего осуществляют подачу питания на ИК-дымогенератор включением выключателя, расположенного на шкафу управления 4. При этом производят подачу воды из бака 5 в зону, расположенную под фальш-дном ванн 2. По истечении непродолжительного нагрева начинается собственно дымообразование. Подачу дымовоздушной смеси в коптильную камеру осуществляют за счет разрежения, создаваемого в камере вытяжным или рециркуляционным вентиляторами. Вначале происходит разогрев топлива, причем за счет сочетания потока инфракрасного излучения с определенной влажностью топлива имеет место явление термовлагопроводности, в результате интенсифицируется разогрев внутренних слоев древесных опилок. Через определенный промежуток времени начинает происходить пиролиз верхних слоев топлива. По мере протекания пиролиза уменьшается влажность слоя топлива, изменяется распределение влаги в слоях и под влиянием градиента влажности происходит перемещение влаги из фальш-дна в нижние слои топлива. Процесс ведут до полного термического разложения топлива 9, затем удаляют остаток от термического разложения и цикл повторяют.

Следует отметить, что определенной удельной поверхности топлива, его влажности и количеству добавленной воды соответствует и определенная длительность процесса пиролиза, которую можно задавать таймером. Собственно пиролиз происходит без участия оператора. Ориентировочная (расчетная) длительность рабочего цикла для устройства с использованием топлива удельной поверхностью 12 м²/кг, приведена в таблице.

Таблица
Длительность рабочего цикла дымогенерации с использованием ИК-излучения в зависимости от параметров дымогенерации для малых, средних и высокопроизводительных установокНачальная влажность опилок, %Количество избыточной воды, % от массы опилокКоличество работающих излучателей, шт.Расчетная длительность рабочего цикла, мин123435403185,435703210,6351003250,55040326750703275,4501003300,3654033156570333965100336335406/3123,635706/3140,4351006/316750406/317850706/3183,6501006/321065406/322665706/3242651006/326312343540961,83570970,235100983,550409895070991,8501009101,16540910565709113651009121

Процесс дымообразования в предлагаемом устройстве описывается в отличие от прототипа сходными уравнениями, а именно: уравнениями прямой. Причем продолжительность периода нагрева существенно короче продолжительности периода собственно дымообразования, поэтому процесс дымообразования может описываться, с достаточной вероятностью, в виде одного уравнения (3) с линейной зависимостью продолжительности рабочего цикла (сумма периодов нагрева и дымообразования) от влажности топлива (X₁) и количества добавляемой избыточной влаги в зону для воды, расположенную под фальш-дно (Х₂), что в значительной степени облегчает и упрощает эксплуатацию предлагаемого устройства (подготовку топлива, расчет необходимых для достижения требуемой производительности параметров процесса):

Использование носителей с фальш-дном повлияло на характер протекания процесса генерации дыма, позволив добиться более равномерного увлажнения топлива в течение рабочего цикла устройства водяным паром, образующимся при испарении "избыточной воды", добавляемой в зону для воды, расположенную под "фальш-дном", носителя топлива, и снизить интенсивность теплообменных процессов, протекающих в слое под действием ИК-излучения.

Создан опытный образец устройства, испытания которого показали, что производительность заявляемого в качестве изобретения устройства в 2 раза выше производительности устройства-прототипа, и в эксплуатации оно значительно проще.

Таким образом, в результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - повышение производительности и упрощение эксплуатации устройства.

Изобретение предназначено для использования при производстве мясной и рыбной продукции горячего и холодного копчения. Устройство содержит корпус с генераторами ИК-излучения. Они соединены между собой параллельно. Над генераторами расположены дополнительная излучающая поверхность и блок рефлекторов. Под генераторами размещены ванны для пиролиза. Последние снабжены регулируемым по высоте фальш-дном в виде мелкоячеистой решетки. Оно делит ванну на зону для топлива и зону для воды. Изобретение обеспечивает повышение производительности устройства, упрощает его эксплуатацию, дает возможность уменьшить температуру дымовоздушной смеси на выходе из устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Устройство для получения коптильного дыма с использованием энергии ИК-излучения, содержащее корпус, размещенные в нем и соединенные параллельно между собой генераторы ИК-излучения, расположенный над генераторами блок рефлекторов, расположенную между генераторами ИК-излучения и блоком рефлекторов дополнительную излучающую поверхность, размещенные под генераторами ИК-излучения ванны для пиролиза, направляющие для перемещения ванн в зону действия генераторов ИК-излучения, отличающееся тем, что ванны для пиролиза снабжены регулируемым по высоте последних фальш-дном, выполненным в виде мелкоячеистой решетки и делящим ванну на зону для топлива, расположенную на фальш-дне, и зону для воды, расположенную под фальш-дном.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фальш-дно выполнено из нержавеющей стали.