Заявляемое изобретение относится к оборудованию для охлаждения и заморозки продуктов, предназначено для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения сразу после сбора и может быть применено для обеспечения максимальных сроков дальнейшего хранения продуктов растительного происхождения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В цепочке поставок свежих продуктов питания растительного происхождения (ягод, фруктов, дикоросов) экономическая эффективность напрямую зависит от правильной организация сбора и доработки продукции. Это можно осуществить разными способами, например, быстро его охладить, замедляя распространение микроорганизмов в нем и сохраняя его внешний вид.
Здесь и далее под охлаждением понимается понижение температуры продукта до значений, близких к 0°С и ниже, то есть под охлаждения по смыслу настоящего изобретения понимается как процесс охлаждения продукта (искусственное понижение температуры пищевых продуктов для замедления или частичного прекращения жизнедеятельности микроорганизмов, вызывающих их порчу, в зависимости от продукта, как правило, понижение до -2… +5°С), так и замораживание продукта (понижение температуры замораживаемого продукта ниже точки замерзания его соков, в зависимости от продукта, как правило, понижение до -1…-20°С).
Важным элементом технологии предварительного охлаждения является допустимая продолжительность времени между сбором продукции и началом ее охлаждения. Для большинства ягод, плодов и овощей охлаждение необходимо проводить в наиболее короткие сроки после сбора. Так, для земляники этот период составляет 1-4 ч-после сбора, а его увеличение до 6-7 ч приводит к возрастанию общих потерь при хранении в 2-5 раз. При этом в землянике, охлажденной в короткий срок после сбора, стабилизируется содержание витамина С и активных соединений. Охлаждение зрелых томатов в течение 1-4 ч после сбора сокращает их потери в 1,5-2 раза. При сокращении времени нахождения персиков в саду после сбора с 24 ч до 10 и 4 ч потери массы от усушки сокращаются соответственно в 2 и 4 раза, а перезревших плодов - в 4 и 9 раз. На потери массы и товарное качество существенно влияет темп охлаждения. После быстрого охлаждения продукция лучше сохраняется в дальнейшем. При выборе подходящего метода охлаждения, учитываются следующие факторы: объем продукции, совместимость метода охлаждения и его переносимости самим продуктом, а также затраты на выбранный метод охлаждения. Ягоды и фрукты обладают низкой устойчивостью к влиянию фитопатогенных микроорганизмов, поэтому основная задача сохранения урожая продукции - обеспечить охлаждение продукта как можно быстрее после уборки с целью дальнейшего хранения и транспортировки. Кроме того, следует учитывать, что охлаждение продукции растительного происхождения является необходимым предварительным этапом перед дальнейшей обработкой: заморозкой, сушкой, консервированием или промышленной переработкой.
При том, что существует огромное количество методов охлаждения пищевой продукции. Главным образом используется принудительное воздушное охлаждение - наиболее часто используемый метод для быстрого охлаждения фруктов, ягод, свежесрезанных цветов и т.д. Охлажденный воздух проходит через упакованную в коробки или установленную в ряды на паллеты продукцию. Вентилятор высасывает его через воздушный канал, тем самым обеспечивая обдув. Такой метод самый дешевый, но относительно медленный. Обдув продукции происходит неравномерно именно за счет отсутствия организации прохождения холодного воздуха через продукцию. Высасываемый вентилятором воздух, по сути, обтекает упаковки, а не проходит через них. Такое охлаждение продукции продолжается 10-12 часов.
Совершенствование технологии быстрого охлаждения продуктов растительного происхождения происходит по следующим направлениям:
- применение различных искусственных сред, в которые помещаются продукты для остановки процесса воздействия микроорганизмов;
- ускорение охлаждения;
- сокращение промежутка времени от сбора до окончания охлаждения.
Известна технология охлаждения при помощи охлаждающей среды отличающийся тем, что в качестве охлаждающей среды используют лед, изготовленный из 1,5-4,5 % водного раствора хитозана и альгината натрия, взятых в соотношении 3-1:1-3 (патент RU2650532).
Известна технология охлаждения ягод, овощей и фруктов в среде инертных газов, азота или углекислого газа с пониженным содержанием кислорода в смеси.
В патентных документах RU2692640C1, RU2691605C1 описан способ охлаждения плодов жимолости в условиях регулируемой атмосферы , который заключается в том, что высокую концентрацию углекислого газа - 18-20% и концентрацию кислорода - 14-16% создают в течение 1-2 ч после экспресс-охлаждения плодов за 30-60 мин до +5…+8°С и поддерживают на протяжении 72 ч. Затем концентрацию углекислого газа снижают до 10-11%, при содержании кислорода - 14-16%, и поддерживают на заданном уровне на протяжении всего периода хранения при температуре +0,5…+1° С. Изобретение обеспечивает замедление созревания жимолости, сокращение потерь от грибных заболеваний, продление сроков хранения до 30 дней с максимальным сохранением исходного качества продукции.
Схожие результаты получают при хранении ягод, фруктов и дикоросов в смеси кислорода (с пониженным содержанием) и инертных газов, раскрытые в патентных документах RU2015122250A и RU2632865C2.
Недостатком является стационарность оборудования и длительный период времени достижения температуры хранения, а также высокая цена инертного газа. Главной причиной длительного времени охлаждения является отсутствие специальных средств ускорения охлаждения.
Сущность известных технологий по ускорению охлаждения продуктов растительного происхождения сводится прежде всего к организации движения воздушных потоков, повышающих съем тепла с охлаждаемых продуктов. Известна работа «Влияние нового способа предварительного охлаждения на показатели качества ягоды в процессе хранения» The effect of the new method of preliminary cooling on the quality of berries during storage Завражнов А.И., Хайрутдинов З.Н., Дьячков С.В., ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», 2012. Сущность работы заключается в организации принудительная вентиляции, осуществляемой с помощью электровентиляторов, в том числе через массу продукции по методу активного вентилирования, что позволяет более гибко и эффективно регулировать температуру и влажность воздуха особенно при большой высоте загрузки с учетом вида продукции. Сами вентиляторы могут располагаться как в промежутках между штабелями с продукцией (рекомендуемая ширина промежутков 30-50 см), так и напротив штабеля с продукцией, что приводит к более равномерному распределению всего воздушного потока через слой ягод. В последнем случае воздух проходит через весь слой ягод, устраняя «застойные» зоны. Особенностью данной технологии является то, что все промежутки между штабелями с продукцией по периметру закрываются тонкой пленкой ПВХ, оставляя только отверстия для вентиляции воздуха. Подобный способ быстрого охлаждения продукции разработан в Университете штата Флорида (США) и используется в разных странах для предварительного охлаждения ягод. Этот способ предварительного охлаждения продукции путем продувки воздуха непосредственно через весь слой ягод показал лучшие результаты. Что, в конечном итоге, привело к сокращению времени на охлаждение ягод и увеличению сроков хранения продукции на 15-20%.
Схожие подходы использованы в патенте RU2198358C2 «Скороморозильный аппарат для плодов, ягод и овощей».
Основным недостатком указанных технологий является незначительность сокращения времени охлаждения по сравнению с традиционным методом охлаждения. При этом дополнительные затраты времени на правильную организацию пространства размещения штабелей ящиков с охлаждаемой продукцией могут свети к нулю всю экономию времени.
Сокращение промежутка времени от сбора до окончания охлаждения достигается за счет технологии охлаждения ягод прямо в кузове рефрижератора, либо максимального приближения холодильной установки, выполненной в транспортном контейнере непосредственно к месту сбора урожая.
В качестве аналога предлагаемого изобретения выступает также изобретение, описанное в патенте SU1594341A2 «Устройство для распределения охлаждающей среды в камере транспортного средства». В данном изобретении объединены два подхода: для ускорения начала процесса охлаждения использовано быстрое помещение продукта в рефрижератор, а в качестве способа охлаждения используется охлаждение в среде азота, что должно затормозить воздействие на продукт микроорганизмов. Предложенный способ обеспечивает быстрое охлаждение скоропортящихся плодов и овощей, обладающих высоким товарным видом, непосредственно после их уборки. Использование предлагаемого способа охлаждения плодов и овощей газом с отрицательной температурой обеспечивает по сравнению с известными способами значительное снижение времени охлаждения продукта; более полное использование охлаждающего энергетического эффекта, присущего азоту; обогащение среды, окружающей продукт парами азота, инертность которых способствует затормаживанию биологических необратимых процессов; сохранение качества перевозимых плодов и овощей.
В то же время, данная технология не лишена недостатков. Во-первых, загрузка целого рефрижератора ящиками с неохлажденной продукцией займет значительное время - не менее одного-двух часов. Это приведет к потере продукции от воздействия неблагоприятных факторов в размере 20-25% от общего количества и приведет к потере качества оставшихся ягод. Во-вторых, охлаждение продукта жидким азотом требует постоянного пополнения его запасов, что неэкономично и небезопасно, и может оказаться проблемным в сельской местности. Кроме того, продукция может вместо охлаждения замерзать под воздействием потоков жидкого азота. В-третьих, охлаждение ягод и плодов в кузове рефрижератора в процессе доставки, может иметь смысл только тогда, когда плечо доставки достаточно велико, и продукция успеет остыть до прибытия в место назначения, а это не менее четырех часов. И последнее, в изобретении полностью отсутствует комплексная автоматизация процесса загрузки, охлаждения и временного хранения на время перевозки с контролем температуры охлаждения.
В качестве наиболее близкого аналога автором было выбрано мобильное устройство для быстрого охлаждения продуктов растительного происхождения, раскрытое в патенте RU211765U1. Описано мобильное устройство, представляющее собой теплоизолированную камеру, имеющую теплоизолированный корпус, установленную на передвижное устройство, разделенную на зону охлаждения и зону хранения, и снабженную манипулятором. Зона охлаждения выполнена в виде теплоизолированного блока, разделенного на отсеки. Каждый отсек снабжен испарителем, над испарителем размещен ложемент с установленным на нем контейнером с перфорированным дном, а под испарителем размещен вентилятор. По наружной поверхности ложемента каждого отсека выполнена токопроводящая обмотка, при пропускании тока по которой внутри отсека генерируется переменное магнитное поле. Техническим результатом является обеспечение минимального разрыва по времени между сбором продукции растительного происхождения и охлаждением ее до температуры хранения, обеспечение максимального срока хранения охлажденных продуктов растительного происхождения без потери их исходного качества при минимальном времени охлаждения.
В то же время, в данном устройстве недостаточно разработана автоматизация процесса охлаждения, что повышает трудоемкость процесса и замедляет охлаждение. Кроме того, охлаждение общего объема устройства происходит за счет работы испарителей охлаждающих отсеков. Такой подход делает невозможным регулировку температуры в устройстве, а также приводит к резкому росту температуры в устройстве при его разгерметизации для выгрузки паллет с охлажденной продукцией.
Таким образом, анализ уровня техники показывает, что существует необходимость создания устройства, которое устранило бы все приведенные недостатки известных решений.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является:
- обеспечение минимального периода от момента сбора продукции до ее охлаждения и заморозки до температуры хранения, в том числе обеспечение сокращения времени охлаждения продуктов растительного происхождения,
- обеспечение максимального срока хранения без потери исходного качества продуктов растительного происхождения,
- обеспечение непрерывного процесса охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения без изменения параметров процесса,
- обеспечение бескристаллической заморозки продуктов,
- обеспечение сохранения заданных параметров работы при воздействии неблагоприятных внешних факторов,
- обеспечение удобного и быстрого доступа обслуживающего персонала к внутреннему оборудованию устройства в процессе его эксплуатации, обслуживания и ремонта.
Технический результат достигается тем, что разработано устройство для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения, содержит теплоизолированный модуль, выполненный с возможностью неоднократного перемещения, оснащенный общим испарителем, соединенный с общим температурным датчиком, при этом теплоизолированный модуль разделен на четыре зоны:
- зону охлаждения и заморозки, оснащенную валками зоны охлаждения и заморозки и разделенную на изолированные друг от друга камеры охлаждения и заморозки, каждая из которых снабжена испарителем, вентилятором, горизонтальными направляющими для ящиков с продукцией растительного происхождения, парными матрицами электродов и первым толкателем, при этом каждая камера охлаждения и заморозки оснащена отдельной внешней дверью в теплоизолированном корпусе, а боковые стенки каждой камеры охлаждения и заморозки и парные матрицы электродов выполнены с возможностью перемещения по вертикали,
- зону укладки, оснащенную роботом-укладчиком, дверью в теплоизолированном корпусе и вторым толкателем,
- зону транспортировки, оснащенную дверью в теплоизолированном корпусе и валками зоны транспортировки,
- зону управления и контроля, снабженную электронным пультом управления и диагностики оборудования с блоком управления и генератором электрического поля.
Количество камер охлаждения и заморозки может варьироваться от 3 до 7 камер.
Парные матрицы электродов содержат левую матрицу электродов, на которую подается высоковольтный потенциал переменного тока от генератора электрического поля, и правую матрицу электродов, которая заземлена, и выполнены с возможностью создания вокруг продукта неоднородного переменного электрического поля со статичными градиентами напряженности.
Левая и правая матрицы электродов выполнены в виде половины прямоугольника, совместно образующие прямоугольную рамку, совмещаемую с ящиком с продуктом растительного происхождения.
Подачей высоковольтного потенциала переменного тока от генератора электрического поля на парные матрицы электродов управляет электронный пульт управления и диагностики оборудования с блоком управления.
Шаг электродов в матрицах составляет 5 мм, напряжение на электродах матриц может составлять от 3 до 70 кВт, а частота переменного поля может составлять от 1 кГц до 10 кГц.
Циклическая частота перемещения областей статичного градиента напряженности электрического поля 50 Гц, а каждая смена направления перемещения статичных градиентов напряженности электрического поля сопровождается инверсией областей статичных градиентов переменного электрического поля на 180 градусов.
Ящик с продуктом растительного происхождения выполнен прямоугольной формы с перфорированным дном.
Начальная температура продукта составляет от +20 до +25°С.
Скорость прохождения охлаждающего воздуха через продукт 3-7 м/с.
Конечная температура продукта составляет от +0,5 до -20°С, при этом температура охлаждающего воздуха в каждой камере охлаждения и заморозки составляет от -7 до -40°С, а продолжительность процесса составляет от 3 до 15 минут. Конечная температура продукта составляет от +0,5 до +1°С, при этом температура охлаждающего воздуха составляет от -7 до -20°С, а продолжительность процесса составляет от 3 до 7 минут. Конечная температура продукта составляет от -18°С до -20°С, при этом температура охлаждающего воздуха составляет от -30 до -40°С, а продолжительность процесса составляет от 7 до 15 минут.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 схематически представлен внутренний вид устройства для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения, вид спереди.
На Фиг. 2 представлен поперечный разрез устройства для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения.
На Фиг. 3 схематически представлен внутренний вид устройства для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения, вид сбоку.
На Фиг. 4 представлен вертикальный разрез камеры охлаждения устройства для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения.
На Фиг. 5 схематически представлен внутренний вид устройства для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения, содержащего три камеры охлаждения, вид спереди.
На Фиг. 6 схематически представлен внутренний вид устройства для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения, содержащего пять камер охлаждения, вид спереди.
Элементы предлагаемого устройства обозначены на Фиг.1 - Фиг.6 следующими позициями: теплоизолированная корпус (1), зона охлаждения и заморозки (2), зона укладки (3), зона транспортировки (4), зона управления и контроля (5), камера охлаждения и заморозки (6), внешняя дверь (7), датчик температуры (8), испаритель (9), вентилятор (10), ящик с продукцией (11), левая матрица электродов (12), правая матрица электродов (13), горизонтальные направляющие для размещения ящика (14), валки зоны охлаждения (15), робот-укладчик (16), площадка комплектации (17), паллета (18), дверь зоны укладки (19), валки зоны транспортировки (20), дверь зоны транспортировки (21), первый толкатель (22), второй толкатель (23), боковые стенки (24) камеры охлаждения, общий испаритель (25), общий температурный датчик (26), дверь (27) зоны управления и контроля, электронный пульт управления с блоком управления (28), генератор электрического поля (29).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложенное устройство для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения содержит теплоизолированный модуль (1), представляющий собой горизонтально-ориентированный контейнер с теплоизолированными стенками и выполненный с возможностью неоднократного перемещения (Фиг. 1-3, 5-6).
Перемещение теплоизолированного модуля (1) обеспечивается любым стандартным способом. В частности, теплоизолированный модуль (1) может быть перемещен посредством установки на шасси грузового автомобиля, на автомобильный прицеп и т.д. Возможность неоднократного перемещения обеспечивает возможность быстрого перемещения заявляемого устройства к месту сбора продукции, как в разные места сбора, так и в пределах одного места сбора (поле, сад и т.д.). Указанное обуславливает снижение периода от момента сбора продукции до ее охлаждения до температуры хранения, т.е. влияет на обеспечение минимального периода.
Теплоизолированный модуль (1) оснащен общим испарителем (25), расположенный под потолком (Фиг. 3). Общий испаритель (25) предназначен для поддержания заданной температуры внутреннего пространства устройства для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения. Общий испаритель (25) соединен с общим температурным датчиком (26) (Фиг. 3), на основе информации которого общий испаритель (25) поддерживает в теплоизолированном модуле (1) заданную температуру.
Внутри теплоизолированного модуля (1) поддерживается температура хранения продукта растительного происхождения потоком холодного воздуха от общего внутреннего испарителя (25). Температура хранения устанавливается на уровне от +0,5 - +1°С до -18 - -20°С, где начальная граница (+0,5-+1°С) обеспечивает хранение охлажденных продуктов, а верхняя граница (-18 - -20°С) - хранение замороженных продуктов. Температура устанавливается посредством электронного пульта управления с блоком управления (28). Возможность поддержания заданной температуры хранения обеспечивает сохранение готовой продукции, в том числе бескристаллической заморозки продуктов, что позволяет вдвое повысить сроки хранения без потери органолептических свойств при разморозке.
Теплоизолированный модуль (1) разделен на четыре зоны: зону охлаждения и заморозки (2), зону укладки (3), зону транспортировки (4) и зону управления и контроля (5) (Фиг. 1-3, 5-6).
Зона охлаждения и заморозки (2) разделена на изолированные друг от друга камеры охлаждения и заморозки (6). В зависимости от размера теплоизолированного модуля (1) количество камер охлаждения и заморозки (6) может варьироваться от 3 до 7 камер. На Фиг. 1-3 показано устройство для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения, содержащего семь камер охлаждения и заморозки (6), на Фиг. 5 - три камеры охлаждения и заморозки (6), на Фиг. 6 - пять камер охлаждения и заморозки (6).
Каждая из камер охлаждения и заморозки (6) снабжена отдельной внешней дверью (7) в теплоизолированном корпусе (1), а боковые стенки (24) каждой камеры охлаждения и заморозки (6) выполнены с возможностью перемещения по вертикали. Внешние двери (7) и боковые стенки (24) камер охлаждения и заморозки (6) выполнены теплоизолированными.
Внешние двери (7) камер охлаждения и заморозки (6) предназначены для загрузки ящика (11) (Фиг. 4) с продукцией растительного происхождения. Также через внешние двери (7) может быть произведен ремонт и монтаж/демонтаж оборудования внутри камер охлаждения и заморозки (6). Ящик (11) выполнен прямоугольной формы с перфорированным дном. Перфорированное дно облегчает свободное прохождение холодного воздуха сквозь продукцию, что повышает скорость и равномерность остывания продукции и снижает время процесса охлаждения и заморозки, повышая тем самым качество готовой продукции.
Возможность загрузки через отдельные двери (7) и изолированность камер охлаждения и заморозки (6) друг от друга позволяют обеспечить непрерывный и равномерный процесс охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения без изменения параметров внутри каждой камеры охлаждения и заморозки (6) (температура, время, скорость и т.д.). При этом непрерывность и равномерность охлаждения и заморозки продукции растительного происхождения повышает качество и снижает скорость и время охлаждения и заморозки.
Также, наличие отдельных дверей (7) в каждой камере охлаждения и заморозки (6) обеспечивает удобный и быстрый доступ обслуживающего персонала к внутреннему оборудованию зоны охлаждения и заморозки (2) в процессе эксплуатации, обслуживания и ремонта предлагаемой установки, что влияет на сокращение времени охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения.
Каждая камера охлаждения и заморозки (6) снабжена испарителем (9), над которым размещен вентилятор (10), и датчиком температуры (8). Под испарителем (9) оборудованы горизонтальные направляющие (14) для размещения на них ящиков (11) (Фиг. 4).
Каждая камера охлаждения и заморозки (6) снабжена парными матрицами электродов (12, 13) (Фиг. 4). Парные матрицы электродов (12, 13) содержат левую матрицу электродов (12), на которую подается высоковольтный потенциал переменного тока от генератора электрического поля (29), и правую матрицу электродов (13), которая заземлена. Парные матрицы электродов (12, 13) выполнены с возможностью создания вокруг продукта неоднородного переменного электрического поля со статичными градиентами напряженности.
Левая (12) и правая (13) матрицы электродов выполнены в виде половины прямоугольника, совместно друг с другом образующие прямоугольную рамку, совмещаемую с ящиком (11) (Фиг. 4). Левая (12) и правая (13) матрицы электродов выполнены с возможностью перемещения по вертикали.
При открытии внешней двери (7) камеры охлаждения и заморозки (6) для загрузки ящика (11) парные матрицы электродов (12,13) вместе с боковыми стенками (24) камеры охлаждения и заморозки (6) поднимаются вверх, освобождая пространство для загрузки ящика (11). После загрузки ящика (11) путем его установки на горизонтальные направляющие (14), парные матрицы электродов (12, 13) и боковые стенки (24) опускаются вниз, при этом парные матрицы электродов (12,13) образуют замкнутую прямоугольную рамку, совмещаясь с ящиком (11) с внешней стороны его бортов.
Парные матрицы электродов (12, 13) обеспечивают воздействие на продукт неоднородным переменным электрическим полем со статичным градиентом напряженности, что позволяет значительно ускорить охлаждение и заморозки продукта растительного происхождения по сравнению с традиционными методами охлаждения и заморозки.
Области статичного градиента напряженности неоднородного переменного электрического поля, создаваемого парными матрицами электродов (12, 13), перемещаются относительно продукта с помощью подачи потенциалов на электроды для создания вихревого группового движения дипольных молекул воды в объеме объекта. В результате, диполь воды под действием статичных градиентов напряженности перемещается по циклической траектории.
Инверсия областей статичного градиента переменного электрического поля внутри возвратно-поступательного цикла при смене направления их перемещения и смещение точки начала цикла в направлении поступательного перемещения после каждого цикла позволяет охватить вихревым движением все диполи воды. Частота цикла и шаг смещения формирует различные режимы вихревого движения и влияют на размеры конвективных ячеек (конвективная ячейка - замкнутая траектория диполя (или группы диполей) воды) и степень интенсивности их энергетического взаимодействия (передача тепла изнутри водного раствора к его поверхности). Размер и количество конвективных ячеек определяется спецификой продукта питания. Чем выше процент содержания воды в продукте, тем ниже скорость перемещения локальных областей и больше размер конвективных ячеек.
Образованное таким образом циклическое движение диполей воды по замкнутым траекториям (вихревое движение групп молекул воды) способствует быстрой передаче тепла изнутри продукта наружу, что в результате дает быстрое остывание продукта и обеспечивает бескристаллическую заморозку продуктов, что, как отмечено выше позволяет вдвое повысить сроки хранения без потери органолептических свойств при разморозке.
Шаг электродов в матрицах составляет 5 мм. Напряжение на электродах матриц составляет от 3 до 70 кВт. Частота переменного поля составляет от 1 кГц до 10 кГц.
Циклическая частота перемещения областей статичного градиента напряженности электрического поля 50 Гц. Каждая смена направления перемещения статичных градиентов напряженности электрического поля сопровождается инверсией областей статичных градиентов переменного электрического поля на 180 градусов.
Окончание охлаждения продукта растительного происхождения происходит при достижении продуктом заданной температуры, определяемой посредством датчика температуры (8). Конечная температура продукта определяется температурой дальнейшего хранения продукта растительного происхождения и составляет: от +0,5 - +1°С (при охлаждении) до -18°С - -20°С (при дальнейшей заморозке). При этом температура охлаждающего воздуха в каждой камере охлаждения и заморозки (6) составляет от -7 до -40°С, в частности от -7 до -20°С при осуществлении быстрого охлаждения и от -30°С до -40°С при дальнейшей заморозке, а продолжительность процесса составляет от 3 до 15 минут (от 3 до 7 минут - длительность быстрого охлаждения, от 7 до 15 минут длительность заморозки). Начальная температура продукта составляет от +20 до +25°С. Скорость прохождения охлаждающего воздуха через продукт 3-7 м/с.
Независимость систем охлаждения камер охлаждения и заморозки (6) (испаритель (9), вентилятор (10), датчик температуры (8)) от системы охлаждения в зонах укладки (3) и транспортировки (4), обеспечиваемой общим испарителем (25) и общим температурным датчиком (26), позволяет поддерживать постоянную температуру хранения в зонах укладки (3) и транспортировки (4) даже в то время, когда та или иная камера охлаждения и заморозки (6) разгерметизирована (например, при загрузке ящиков с продукцией).
Каждая камера охлаждения и заморозки (6) снабжена первым толкателем (22), предназначенным для перемещения ящиков (11) с продукцией из камеры охлаждения и заморозки (6) на валки зоны охлаждения и заморозки (15) (Фиг. 2, 4).
По окончании охлаждения продукта растительного происхождения парные матрицы электродов (12,13) и боковые стенки (24) камеры охлаждения и заморозки (6) поднимаются вверх и ящик (11) первым толкателем (22) сдвигается на валки зоны охлаждения и заморозки (15). Ящик (11) с продуктом по вращающимся валкам зоны охлаждения и заморозки (15) попадает в зону укладки (3).
Зона укладки (3) оснащена роботом-укладчиком (16), содержащим площадку комплектации (17). Робот-укладчик (16) предназначен для укладки поступающих с вращающихся валков (15) зоны охлаждения (2) ящиков (11) на площадку комплектации (17) на паллеты (18).
После заполнения площадки комплектации (17) робота-укладчика (16) ящиками (11) робот-укладчик (16) переставляет их на паллет (18).
Зона укладки (3) снабжена дверью (19) в теплоизолированном корпусе (1), через которую осуществляется загрузка пустых паллет (18) в зону укладки (3) (Фиг. 2). Также, дверь (19) позволяет обеспечить удобный и быстрый доступ обслуживающего персонала к внутреннему оборудованию зоны укладки (3) в процессе эксплуатации, обслуживания и ремонта предлагаемого устройства.
Зона укладки (3) снабжена вторым толкателем (23), предназначенным для перемещения загруженной ящиками (11) паллеты (18) на валки зоны транспортировки (20) (Фиг. 1-3, 5, 6).
Описанные конструкционные особенности зоны укладки (3) позволяют осуществлять процесс быстрого охлаждения и заморозки продукции растительного происхождения в автоматизированном режиме, чем обеспечивают непрерывность работы устройства, сохранение заданных параметров работы устройства при любых условия, в том числе при воздействии неблагоприятных внешних факторов, значительным образом сокращают время, необходимое для доставки продукции на хранение, а также влияют на срок хранения продукции растительного происхождения без потери ее исходного качества, увеличивая его.
Зона транспортировки (4) представляет собой прямоугольное пространство, на дне которого смонтированы валки зоны транспортировки (20). Зона транспортировки (4) снабжена дверью (21) в теплоизолированном корпусе (1), размещенную в торце зоны транспортировки (4), и предназначенную для перегрузки загруженных паллет в грузовые рефрижераторы, доставляющие продукцию в магазины, торговые сети или места хранения. Эта же дверь позволяет обеспечить удобный и быстрый доступ обслуживающего персонала к внутреннему оборудованию зоны транспортировки (4) в процессе эксплуатации, обслуживания и ремонта предлагаемого устройства.
Зона управления и контроля (5) оснащена электронным пультом управления с блоком управления(28), генератором электрического поля (29) и дверью (27) (Фиг. 2).
Электронный пульт управления с блоком управления (28) посредством специальной программы позволяет осуществлять управление и диагностику всего оборудования устройства для быстрого охлаждения продукции растительного происхождения. Электронный пульт управления с блоком управления (28) предназначен для установки параметров работы заявляемого устройства (например, температура окончания охлаждения, блокировка и разблокировка дверей, частота переменного поля, напряжение на матрицах электродов и т.д.) и оснащен индикаторами. Индикаторы показывают состояние оборудования предлагаемого устройства по принципу «работает - не работает» (в частности, холодильного оборудования, робота-укладчика, температурных датчиков и т.д.)
Генератор электрического поля (29) определяет размер, форму областей статичных градиентов напряженности неоднородного переменного электрического поля, направление, скорость и характер их перемещений относительно продукта питания, которые задаются программным способом (динамическая программа управления потенциалами электродов на матрицах электродов).
Дверь (27) зоны управления и контроля (5) обеспечивает удобный и быстрый доступ обслуживающего персонала к внутреннему оборудованию зоны управления и контроля (5) в процессе эксплуатации, обслуживания и ремонта предлагаемого устройства.
Описанные конструкционные особенности зоны управления и контроля (5) позволяют обслуживающему персоналу комфортно, при полной информированности о ходе процессов охлаждения и заморозки, укладки и транспортировки продукции, управлять этим процессом, оперативно вносить необходимые корректировки, при необходимости разблокировать те или иные двери устройства.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемое мобильное устройство может быть осуществлено следующим образом.
Для проверки реализации заявленного назначения и достижения технического результата автором настоящего изобретения было смонтировано устройство, содержавшее теплоизолированный модуль, выполненный на базе стандартного 40-футового транспортного контейнера, разделенный на зону охлаждения и заморозки с семью изолированными друг от друга камерами охлаждения и заморозки, снабженными отдельными дверями для установки ящиков с продукцией и валками для передвижения ящиков с продукцией в зону укладки, оснащенную роботом-укладчиком и дверью для установки пустых паллет. Также, устройство содержало зону транспортировки с валками для передвижения загруженных паллет и дверью для перегрузки загруженных паллет на рефрижераторный транспорт, и зону управления и контроля, снабженную электронным пультом управления и контроля с блоком управления, генератором электрического поля, а также дверью для доступа к электронному пульту управления и контроля с блоком управления. При этом использовался стационарный источник электропитания 380 V. Каждая камера охлаждения и заморозки была снабжена испарителем, под которым был размещен вентилятор, при этом над каждым испарителем были оборудованы направляющие для размещения ящика с продукцией растительного происхождения. Были использованы ящики прямоугольной формы с размерами: 600х400х75 мм, ящики были выполнены с перфорированным дном.
Вокруг ящика в каждой камере охлаждения были размещены парные матрицы электродов, представляющие собой плоские парные модули, имеющие совместно прямоугольную форму, на которые подается высоковольтный потенциал переменного тока от генератора электрического поля, и выполненные с возможностью создания вокруг продукта неоднородного переменного электрического поля со статичными градиентами напряженности.
Технические параметры работы устройства:
Напряжение - 380В;
Мощность устройства - 25 кВт;
Размеры устройства - 12192х2438х2896 см;
Внутренний объем - 66 м3;
Максимальная грузоподъемность - 30000 кг;
Матрицы электродов - плоскостные;
Электроды матриц - точечные;
Шаг электродов - 5 мм;
Напряжение на электродах - 10 кВ;
Частота переменного поля - 5 кГц;
Циклическая частота перемещения областей статичного градиента напряженности электрического поля - 50 Гц.
Были произведены две серии экспериментов с описанным выше устройством. Во время первой серии продукты охлаждались от +0,5 до +1° С. Во второй серии продукты замораживались до -18 - -20°С.
Продукция растительного происхождения (земляника, абрикосы, яблоки, томаты) помещались в ящики, которые были доставлены до дверей камер охлаждения и заморозки.
Каждый ящик был помещен внутрь камеры охлаждения на горизонтальные направляющие. При помощи вентилятора, поток холодного воздуха проходил через испаритель, охлаждаясь до заданной температуры, далее попадал к продукту. Одновременно на парные матрицы электродов подавался высоковольтный потенциал переменного тока, образуя вокруг продукта неоднородное переменное электрическое поле со статичными градиентами напряженности.
Благодаря этому, продукция остывала равномерно по всему объему. Проводились выборочные проверки степени охлаждения продукта в разное время от начала процесса. Во время проверок отклонение температуры продукта в ящике в центре ящика по сравнению с температурой с краю ящика отличалась не более, чем на 2% (около 0,02°С). Это свидетельствует практически о 100% равномерности процесса охлаждения продукта.
При достижении заданной конечной температуры продукта, процесс охлаждения останавливался, и ящик с продуктами сдвигался на валки зоны охлаждения и заморозки и перемещался на площадку комплектации робота-укладчика зоны укладки. Далее робот-укладчик устанавливал ящики с продукцией на паллет.
Размер паллеты был выбран стандартный - 1200х800х145 мм. Исходя из используемого размера ящиков в одном ряду на паллете размещалось четыре ящика. Общая емкость заявляемого устройства - 5 паллет (400 ящиков - в каждом паллете 20 рядов по 4 ящика).
Заполненный паллет сдвигался в направлении двери зоны транспортировки для выгрузки готовой продукции.
Также было смонтированы и протестированы устройства, в которых зона охлаждения содержала три и пять изолированных друг от друга камер охлаждения и заморозки в 20 футовом контейнере размером 6058х2438х2896 см.
Условия и результаты первой серии экспериментов приведены в Таблице 1.
В течение периода экспериментов были произведены выборочные проверки (путем изъятия единичных образцов охлажденных фруктов из устройства и доведения их до комнатной температуры), результаты которых показали, что снижения потребительских и/или органолептических свойств, развития микроорганизмов, изменения биохимических характеристик фруктов не произошло. В проведенной выборке охлажденных фруктов после 14 дней хранения, эксперты не смогли отличить свежие фрукты от охлажденных (доведенных до комнатной температуры) по 96% представленных образцов. При микробиологическом исследовании роста микробиоты не зарегистрировано.
Результатом первой серии экспериментов является полное достижение заявленного технического результата. Собранные фрукты были охлаждены в рекордно короткие сроки, когда влияние микробиоты на качество продукта еще не успело сказаться. Охлажденные продукты выдержали без потери качества земляника и абрикосы - 30 дней, яблоки и томаты - 60 дней.
Охлаждение ягод с помощью предложенного изобретения дает наиболее показательные результаты. В сравнении с другими охлаждающими установками, потери ягод сокращаются в 3-5 раз.
Во второй серии экспериментов вся продукция помещалась в тестируемое устройство, на котором и осуществлялось первоначальное быстрое охлаждение до +1°С с дальнейшим понижением температуры до температуры хранения замороженной продукции (-18 - -20°С), т.е. с дальнейшей заморозкой.
Условия и результаты второй серии экспериментов приведены в Таблице 2.
Вторая серия экспериментов показала, что все продукты заморожены бескристаллической заморозкой. Об этом говорит практически неизменная плотность продукта после заморозки по сравнению со свежим продуктом (снижение плотности около 2%). При обычной технологии заморозки плотность продукта уменьшается на 5-8%.
В течение периода обеих серий экспериментов были произведены выборочные проверки (путем изъятия единичных образцов замороженного продукта из устройства и доведения их до комнатной температуры), результаты которых показали, что снижения потребительских и/или органолептических свойств, развития микроорганизмов, изменения биохимических характеристик ягод не произошло. Характерные дефекты, присутствующие у замороженной и размороженной традиционными способами продукции, например - потемнение у яблок и абрикосов, растрескивание и дряблость у томатов, полностью отсутствуют.
Все образцы, замороженные по данной технологии, хранятся уже на протяжении 32 месяцев, при этом выборочные проверки (путем размораживания единичных образцов), проводимые каждые полгода, показывают, что снижения их потребительских свойств и изменения физико-химических характеристик объектов замораживания не произошло.
Таким образом, проведенные испытания показали, что предлагаемое изобретение обеспечивает достижение всех заявленных технических результатов.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Туннельное устройство для замораживания водосодержащих продуктов питания | 2021 |
|
RU2777110C1 |
| Способ бескристаллического замораживания водосодержащих продуктов питания | 2021 |
|
RU2778148C1 |
| СПОСОБ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОЙ ЗАМОРОЗКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2019 |
|
RU2720377C2 |
| Способ хранения овощей, фруктов, ягод и цветов в среде инертного газа и система для его осуществления (варианты) | 2015 |
|
RU2632865C2 |
| СКОРОМОРОЗИЛЬНЫЙ ФЛЮИДИЗАЦИОННЫЙ АППАРАТ | 2004 |
|
RU2278337C2 |
| ХОЛОДИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО | 2007 |
|
RU2479804C2 |
| БЫТОВОЙ ХОЛОДИЛЬНИК | 2012 |
|
RU2581735C2 |
| ХОЛОДИЛЬНИК | 2008 |
|
RU2431790C1 |
| СПОСОБ ХРАНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ И ПРОДУКТОВ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ | 2007 |
|
RU2368125C2 |
| ХОЛОДИЛЬНИК | 2008 |
|
RU2435117C2 |
Изобретение относится к оборудованию для охлаждения и заморозки продуктов. Устройство содержит теплоизолированный модуль (1), выполненный с возможностью неоднократного перемещения, оснащенный общим испарителем, соединенный с общим температурным датчиком, при этом теплоизолированный модуль разделен на четыре зоны: зону охлаждения и заморозки (2), разделенную на изолированные друг от друга камеры охлаждения и заморозки, зону укладки (3), оснащенную роботом-укладчиком, зону транспортировки и зону управления и контроля (5), снабженную электронным пультом управления и диагностики оборудования с блоком управления. Каждая камера охлаждения и заморозки (6) снабжена испарителем, вентилятором, горизонтальными направляющими для ящиков с продукцией, парными матрицами электродов, и отдельной внешней дверью (7) в теплоизолированном корпусе, а боковые стенки каждой камеры охлаждения и заморозки и парные матрицы электродов выполнены с возможностью перемещения по вертикали. Сокращается период от момента сбора продукции до ее охлаждения, сокращается время охлаждения продуктов, увеличивается срок хранения без потери исходного качества продуктов, обеспечивается непрерывный процесс охлаждения и заморозки продуктов без изменения параметров процесса, бескристаллическая заморозка продуктов, сохранение заданных параметров работы при воздействии неблагоприятных внешних факторов, удобный и быстрый доступ к внутреннему оборудованию устройства. 12 з.п. ф-лы, 6 ил. 
1. Устройство для быстрого охлаждения и заморозки продуктов растительного происхождения, характеризующееся тем, что содержит теплоизолированный модуль, выполненный с возможностью неоднократного перемещения, оснащенный общим испарителем, соединенный с общим температурным датчиком, при этом теплоизолированный модуль разделен на четыре зоны: зону охлаждения и заморозки, оснащенную валками зоны охлаждения и заморозки и разделенную на изолированные друг от друга камеры охлаждения и заморозки, каждая из которых снабжена испарителем, вентилятором, горизонтальными направляющими для ящиков с продукцией растительного происхождения, парными матрицами электродов и первым толкателем, при этом каждая камера охлаждения и заморозки оснащена отдельной внешней дверью в теплоизолированном корпусе, а боковые стенки каждой камеры охлаждения и заморозки и парные матрицы электродов выполнены с возможностью перемещения по вертикали, зону укладки, оснащенную роботом-укладчиком, дверью в теплоизолированном корпусе и вторым толкателем, зону транспортировки, оснащенную дверью в теплоизолированном корпусе и валками зоны транспортировки, зону управления и контроля, снабженную электронным пультом управления и диагностики оборудования с блоком управления и генератором электрического поля.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество камер охлаждения и заморозки может варьироваться от 3 до 7 камер.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что парные матрицы электродов содержат левую матрицу электродов, на которую подается высоковольтный потенциал переменного тока от генератора электрического поля, и правую матрицу электродов, которая заземлена, и выполнены с возможностью создания вокруг продукта неоднородного переменного электрического поля со статичными градиентами напряженности.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что левая и правая матрицы электродов выполнены в виде половины прямоугольника, совместно образующие прямоугольную рамку, совмещаемую с ящиком с продуктом растительного происхождения.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подачей высоковольтного потенциала переменного тока от генератора электрического поля на парные матрицы электродов управляет электронный пульт управления и диагностики оборудования с блоком управления.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шаг электродов в матрицах составляет 5 мм, напряжение на электродах матриц составляет от 3 до 70 кВт, а частота переменного поля составляет от 1 до 10 кГц.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что циклическая частота перемещения областей статичного градиента напряженности электрического поля 50 Гц, а каждая смена направления перемещения статичных градиентов напряженности электрического поля сопровождается инверсией областей статичных градиентов переменного электрического поля на 180 градусов.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ящик с продукцией растительного происхождения выполнен прямоугольной формы с перфорированным дном.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что начальная температура продукта составляет от +20 до +25°С.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что скорость прохождения охлаждающего воздуха через продукт 3-7 м/с.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конечная температура продукта составляет от +0,5 до -20°С, при этом температура охлаждающего воздуха в каждой камере охлаждения и заморозки составляет от -7 до -40°С, а продолжительность процесса составляет от 3 до 15 минут.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что конечная температура продукта составляет от +0,5 до +1°С, при этом температура охлаждающего воздуха составляет от -7 до -20°С, а продолжительность процесса составляет от 3 до 7 минут.
13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что конечная температура продукта составляет от -18 до -20°С, при этом температура охлаждающего воздуха составляет от -30 до -40°С, а продолжительность процесса составляет от 7 до 15 минут.
| 0 |
|
SU211765A1 | |
| Туннельное устройство для замораживания водосодержащих продуктов питания | 2021 |
|
RU2777110C1 |
| ГРЕЙФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ДЕТАЛЕЙ | 0 |
|
SU211504A1 |
| Способ бескристаллического замораживания водосодержащих продуктов питания | 2021 |
|
RU2778148C1 |
| JP 1160472 A, 23.06.1989 | |||
| JP 2007195493 A, 09.08.2007 | |||
| Зажимное устройство | 1987 |
|
SU1447632A1 |
