УСТАНОВКА ДЛЯ ДЫМОГЕНЕРАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК A23B4/56 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к копчению пищевых продуктов, и может быть использовано на предприятиях пищевой промышленности, например, для копчения молочных, рыбных, мясных и т.п. продуктов.

Известна термокоптильная установка [Патент РФ № 2266658, A23B 4/044, опубл. 27.12.2005], снабженная устройством для получения коптильной среды, состоящем из дымогенератора, генератора углекислого газа, камеры смешивания и емкости для воды, объединенных в одном корпусе, имеющем выходное отверстие, которое со стороны камеры смешивания закрыто перфорированной камерой, в которой установлен искрогаситель, причем камера смешивания сообщена с дымо- и генератором углекислого газа, а емкость для воды установлена на ее дне, дымогенератор имеет съемную крышку для загрузки опилок, на которой закреплен регулятор подачи воздуха с глазком, генератор углекислого газа снабжен глазком и регулятором подачи воздуха, выходное отверстие устройства для получения коптильной среды соединено посредством воздуховодов, в которых установлены заслонки с инжекторами, один из которых установлен в воздуховоде для выброса рабочей среды после вентилятора, а другой соединен через воздуховоды с устройством для очистки среды, включающем последовательно соединенные уловитель, фильтры и охладитель, подогреватель и второй вентилятор с входом теплоизолированной камеры, второй выход которой через третью заслонку соединен со вторым инжектором.

Недостатками известного устройства для получения коптильной среды в термокоптильной установке являются невысокая интенсивность процесса дымогенерации и низкая плотность коптильной среды в результате неравномерной дымогенерации по объему древесных опилок, вследствие локальности подвода энергии к отдельным частицам древесных опилок.

Известна установка для получения дыма [Патент 2146453 (РФ), МКИ A23B 4/052, Способ получения дыма и установка для его осуществления / Л.В.Антипова, А.А. Архипенко СВ. Шахов - Заявл. 11.12.98, № 98122338/13, опубл. в БИ №8, 2000], состоящая из корпуса барабанного типа с канальными насадками беспровального типа, разделенного круглой заслонкой без сегмента на зону подогрева и подсушки и зону сухой перегонки, нагревательных элементов, выполненных в сечении в форме сегмента и расположенных посекционно с разной мощностью в различных зонах корпуса в его нижней части, трубы удаления влаги, расположенной по оси барабана, разгрузочного фланца с коаксиальным отверстием вокруг трубы для отвода дыма и периферийными отверстиями для выгрузки золы и отвода дыма, камеры разгрузки, разделенной перегородкой с отверстием, при этом заслонка и нагревательный элемент размещены с возможностью установки хорды сегмента под углом, соответствующим углу естественного откоса опилок.

Недостатком известного способа получения коптильной среды в термокоптильной установке является невозможность регулирования плотности коптильной среды.

Известна установка для термической обработки колбасных изделий [Патент 2207756 (Российская Федерация), МКИ A23B 4/052. Установка для термической обработки колбасных изделий/ С.Т. Антипов, А.А. Архипенко, С.В. Шахов, С.Ю. Китаев. - Заявл. 29.03.2003, №2002108100/13, опубл. в БИ № 19, 2003 № 19], включающая дымогенератор барабанного типа с канальными насадками беспровального типа и нагревательными элементами, выполненными в сечении в форме сегмента и расположенными посекционно с разной мощностью в различных зонах его корпуса, имеющий центральную трубу и разгрузочный фланец с коаксиальным отверстием вокруг трубы, имеющим регулируемую заслонку в форме диафрагмы, и периферийными отверстиями для выгрузки золы и отвода дыма, снабженные подпружиненными клапанами.

Недостатком данного дымогенератора является низкая температура дымогенерации из-за высокой опасности возгорания древесных опилок в присутствии кислорода, содержащегося в смеси инертного газа с воздухом, что не обеспечивает высокой скорости образования дыма, а также малая его плотность вследствие неравномерности и локальности энергоподвода к частицам древесных опилок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к решаемой задаче является установка для дымогенерации в среде инертного газа с индуктивным подводом энергии [Положительное решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) от 19 января 2012 по заявке на изобретение №2011102713/13(003669). Установка для дымогенерации в среде инертного газа с индуктивным подводом энергии, дата подачи заявки 25.01.2011 г.], включающая системы подготовки и подачи газовоздушной смеси в виде расположенных по ходу технологического процесса компрессора, нагревателя и генератора инертного газа мембранного типа, систему получения и отвода дыма и паровоздушной смеси коптильного дыма, включающая барабанный дымогенератор с канальными насадками беспровального типа и нагревательными элементами, имеющий центральную трубу и разгрузочный фланец с коаксиальным отверстием вокруг трубы с регулируемой заслонкой в форме диафрагмы и периферийными отверстиями для выгрузки золы и отвода дыма, снабженными подпружиненными клапанами, а также разгрузочную камеру, при этом вокруг центральной трубы установлен с возможностью вращения шнек в желобе с направляющими, используемым в качестве шины индуктора, причем с внешней стороны корпуса размещена шина индуктора, выполненная в форме сектора, огибающего корпус дымогенератора в зоне, соответствующей расположению смеси опилок с ферромагнитными частицами под углом естественного откоса, при этом в хвостовой части корпуса дымогенератора установлены по его периметру (образующей) электромагниты с возможностью отключения в верхнем их положении над желобом с направляющими.

Недостатком данного дымогенератора является низкая интенсивность процесса дымогенерации и надежность работы установки, за счет неравномерной генерации тепловой энергии в нагревательных элементах, необходимым условием которого является их непосредственный контакт между собой, а также не своевременное разделение продуктов пиролиза, что приводит к их полному разложению и ухудшению качества дыма путем попадания в него канцерогенных составляющих процесса пиролиза.

Технической задачей изобретения является повышение интенсивности процесса дымогенерации и надежности работы установки, за счет более эффективной генерации тепловой энергии в электромагнитном поле и своевременного разделения продуктов пиролиза.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в установке для дымогенерации, включающей систему подготовки и подачи газовоздушной смеси, состоящую из расположенных по ходу технологического процесса компрессора, нагревателя и генератора инертного газа мембранного типа, систему получения и отвода дыма и паровоздушной смеси коптильного дыма, включающей барабанный дымогенератор с канальными насадками беспровального типа и нагревательными элементами, имеющий центральную трубу и разгрузочный фланец с коаксиальным отверстием вокруг трубы с регулируемой заслонкой в форме диафрагмы и периферийными отверстиями для выгрузки золы и отвода дыма, снабженными подпружиненными клапанами, шины индуктора, выполненные в форме секторов, огибающие центральную трубу и корпус дымогенератора с внешней стороны, в зоне, соответствующей расположению опилок с нагревательными элементами под углом естественного откоса, а также разгрузочную камеру, новым является то, что нагревательные элементы выполнены в виде цилиндрических ферромагнитных стержней или в виде тепловых труб, а в хвостовой части корпуса дымогенератора расположена зона удаления золы, образованная путем размещения перфорированного цилиндра, примыкающего к канальным насадкам.

Технический результат заключается в повышении интенсивности процесса дымогенерации и плотности коптильной среды за счет увеличения температуры пиролиза, благодаря снижению в продуваемой газовоздушной смеси кислорода путем использования в ней повышенного содержания инертного газа, не включающего кислород, а также в результате осуществления равномерной дымогенерации по всему объему древесных опилок, вследствие адресного подвода энергии к отдельным частицам древесных опилок, путем равномерной и развитой схемы передачи теплоты к ним от дисперсных источников нагрева при непрерывном и постоянном перемешивании древесных опилок.

На фиг. 1 представлена схема установки для дымогенерации в среде инертного газа с индуктивным подводом энергии, на фиг 2 - разрезы дымогенератора по А-А, Б-Б, а на фиг. 3, 4 - разрезы дымогенератора по В-В (в закрытом и открытом видах).

Установка для дымогенерации в среде инертного газа с индуктивным подводом энергии (фиг. 1) включает систему подачи газовоздушной смеси, которая имеет расположенные по ходу технологического процесса компрессор 1, нагреватель 2 и генератор инертного газа мембранного типа 3 и систему получения коптильного дыма, состоящую из дымогенератора 4 и разгрузочной камеры 5.

При этом дымогенератор 4 (фиг. 1) для получения коптильного дыма и пара состоит из корпуса 6, дозатора 7, патрубков 8, 9 соответственно для подвода газовоздушной смеси, обогащенной азотом, и удаления дыма, воздуховодода 10 для удаления влажной воздушной смеси, патрубка 11 подачи воды для предотвращения возгорания опилок, патрубка 12 для удаления золы из разгрузочной камеры 5, загрузочные неподвижный 13 и неподвижный 14, а также разгрузочный 15 фланцы дымогенератора 4. При этом между подвижными и неподвижными частями установки имеются лабиринтные уплотнения 16. Корпус 6 дымогенератора 4 (фиг. 1-4) имеет теплоизоляцию 17, канальные насадки 18 беспровального типа для подачи воздуха в слой опилок, для регулировки уровня которого служит телескопическая насадка 19, опорные ролики 20, венцовую шестерню 21 привода (не показан) дымогенератора 4, трубу 22, установленную по оси корпуса 6, и запирающую заслонку 23 без сегмента, с образованием отверстия для беспрепятственного обеспечения перемещения опилок из зоны подогрева и подсушки в зону сухой перегонки опилок. В корпусе размещены форсунки 24 для подачи воды, предназначенные для предотвращения возгорания опилок, промывки корпуса 6 от остатков сухой перегонки. Вокруг центральной трубы 19 в разгрузочном фланце 14 дымогенератора 4 имеется коаксиальное отверстие 25, для регулирования проходного сечения которого установлена заслонка в виде диафрагмы 26. Диафрагма 26 выполнена в виде неподвижного и вращающегося колец и набора С-образных пластин 27, размещенных в гнезде неподвижного кольца. Пластины имеют на концах разных сторон штифты 28, один из которых устанавливается в отверстии, выполненном в неподвижном кольце, а другой - в радиальном пазу, выполненном во вращающемся кольце. Внешняя сторона кольца имеет вид зубчатого конического колеса 29, находящегося в зацеплении с конической шестерней 30, вал 31 которой через устройство 32, расположенное на крыше разгрузочной камеры 5, выведен наружу и снабжен рукояткой 33 или приводом (не показан). Устройство 32 при этом установлено с возможностью возвратно-поступательного движения для вывода конической шестерни 30 из зацепления с зубчатым коническим колесом 29.

Для удаления дыма и золы из дымогенератора 4 в разгрузочном фланце 14 (фиг. 1, 3, 4) имеются периферийные отверстия 34, снабженные подпружиненными клапанами 35, а также устройство 36 для их открытия.

В качестве индуктора в установке используются шины 37 и 38, выполненные в форме секторов, огибающие центральную трубу 22 и корпус 6 дымогенератора 4 с внешней стороны, в зоне, соответствующей расположению опилок 39 с нагревательными элементами 40 под углом естественного откоса (фиг. 2).

При этом нагревательные элементы 40 выполнены в виде цилиндрических ферромагнитных стержней. Стержни могут быть выполнены сплошными из металлов с хорошей теплопроводностью (медь, латунь, алюминий, дюралюминий). Назначение стержней - перенос теплоты из зоны пиролиза опилок на другие участки: нагревание и сушки опилок.

Наиболее интенсивный перенос теплоты по стержням достигается в случае использования вместо стержней тепловых труб. Эквивалентная теплопроводность тепловой трубы весьма высока, поэтому изменение температуры по длине трубы несущественно.

В хвостовой части корпуса 6 дымогенератора 4 расположена зона удаления золы, образованная путем размещения перфорированного цилиндра 41, примыкающего к канальным насадкам 18. Причем отверстия перфорации цилиндра 41 меньше, чем характерный размер частиц опилок, что позволяет эффективно обеспечить из них дымогенерацию, и удалять продукты распада пиролиза (золу).

Установка для дымогенерации работает следующим образом. Сначала осуществляют генерацию азота, который получают путем баромембранного разделения воздуха на полупроницаемых мембранах (например, металлокерамических) генератора инертного газа 3 под давлением 0,5-4 МПа, которое обеспечивает компрессор 1. Перед подачей в генератор инертного газа мембранного типа 3 воздух подогревают с помощью нагревателя 2 для интенсификации разделения воздуха на мембранах и с целью эффективного удаления влаги из опилок 38 в зоне их подогрева и подсушки.

После генератора инертного газа мембранного типа 3 обогащенную азотом воздушную смесь подают через патрубок 8 в канальные насадки 18. Одновременно древесные опилки 39, например, с влажностью 20-25%, загружают через дозатор 7 запирающего типа в корпус 6 дымогенератора 4. Включают привод (не показан) корпуса 6 и после заполнения опилками зоны подсушки производится их нагрев до температуры подсушки, например 180-190°C, при интенсивной фильтрации воздушной смесью, обогащенной азотом, подаваемым по канальным насадкам 18. Повышенное содержание в воздушной смеси азота позволяет интенсифицировать процесс обезвоживания опилок 39 за счет образовывания ассоциированных групп молекул влаги и азота, где молекулы газа выполняют роль переносчика молекул пара с поверхности испарения в свободное от опилок 39 пространство корпуса 6 дымогенератора 4, а также «бомбардируют» продукт, ослабляя силы взаимодействия между молекулами в местах попадания. Давление в местах столкновений оказывается выше давления окружающей среды, и чем выше скорость испарения, тем выше разница давлений на границе раздела фаз и в среде, при этом увеличивается общее давление среды, следовательно, возрастает значение конвективного тепло- и массопереноса. Удаляемая влага из опилок 39 отводится по трубе 22 из корпуса 6.

Перемещаемые за счет вращения корпуса 6 дымогенератора 4 через сегментообразное отверстие из зоны подсушки в зону сухой перегонки опилки нагреваются с помощью нагревательных элементов 40 в виде цилиндрических ферромагнитных стержней до температуры тления, например 290-300°C. Нагрев нагревательных элементов 40 осуществляется в результате генерации в них теплоты (по закону Джоуля-Ленца) в результате наведения в них вихревых токов от интенсивного электромагнитного излучения шин 37 и 38 индуктора, путем наведения в нем с помощью специального генератора (не показан) мощных токов высокой частоты.

В этой зоне в условиях ограниченного доступа кислорода, обеспечиваемого, с одной стороны, пониженным содержанием его в воздушной смеси путем удаления его в генераторе инертного газа мембранного типа 3, а с другой, стороны запирающей заслонкой 23, происходит образование дыма в результате сухой перегонки опилок 39 при постоянном совместном перемешивании опилок 39 и цилиндрических ферромагнитных стержней. Образовавшийся дым удаляется через периферийные (при нахождении их в верхнем положении) отверстия 34, а получаемая при этом зола разгружается в разгрузочный бункер сначала через перфорацию цилиндра 41, а затем через периферийные отверстия 34 (при нахождении их в нижнем положении), которые открываются в результате действия устройства 36.

Коаксиальное отверстие 25 при образовании дыма закрыто диафрагмой 26 (фиг. 1, 3, 4) и открывается только в случае корректировки заданных технологических параметров процесса. При этом попавший из корпуса 6 коптильный дым в разгрузочную камеру 5 резко теряет свою скорость, что позволяет отделить часть унесенных с собой частиц продуктов сухой перегонки, которые далее удаляются из разгрузочной камеры 5 дымогенератора 4 через патрубок 12.

Предлагаемая установка имеет следующие преимущества:

- выполнение нагревательных элементов в виде цилиндрических ферромагнитных стержней или тепловых труб позволяет повысить интенсивность процесса дымогенерации и надежность работы установки за счет более эффективной генерации тепловой энергии в электромагнитном поле;

- расположение в хвостовой части корпуса дымогенератора зоны удаления золы, образованной путем размещения перфорированного цилиндра, примыкающего к канальным насадкам, позволяет своевременно разделять продукты пиролиза.

Изобретение относится к оборудованию для пищевой промышленности. Установка включает барабанный дымогенератор с канальными насадками беспровального типа и нагревательными элементами. Дымогенератор включает центральную трубу и разгрузочный фланец с коаксиальным отверстием вокруг трубы с регулируемой заслонкой в форме диафрагмы и периферийными отверстиями для выгрузки золы и отвода дыма, снабженными подпружиненными клапанами. Нагревательные элементы выполнены в виде цилиндрических ферромагнитных стержней или в виде тепловых труб. В хвостовой части корпуса дымогенератора расположена зона удаления золы, образованная путем размещения перфорированного цилиндра, примыкающего к канальным насадкам. Изобретение обеспечивает повышение интенсивности процесса дымогенерации. 4 ил.

Установка для дымогенерации, включающая систему подготовки и подачи газовоздушной смеси, состоящую из расположенных по ходу технологического процесса компрессора, нагревателя и генератора инертного газа мембранного типа, систему получения и отвода дыма и паровоздушной смеси коптильного дыма, включающая барабанный дымогенератор с канальными насадками беспровального типа и нагревательными элементами, имеющий центральную трубу и разгрузочный фланец с коаксиальным отверстием вокруг трубы с регулируемой заслонкой в форме диафрагмы и периферийными отверстиями для выгрузки золы и отвода дыма, снабженными подпружиненными клапанами, шины индуктора, выполненные в форме секторов, огибающие центральную трубу и корпус дымогенератора с внешней стороны, в зоне, соответствующей расположению опилок с нагревательными элементами под углом естественного откоса, а также разгрузочную камеру, отличающаяся тем, что нагревательные элементы выполнены в виде цилиндрических ферромагнитных стержней или в виде тепловых труб, а в хвостовой части корпуса дымогенератора расположена зона удаления золы, образованная путем размещения перфорированного цилиндра, примыкающего к канальным насадкам.