способ и установка для обеспечения сохранности пищевых продуктов

Формула изобретения

1. Способ обеспечения сохранности пищевых продуктов, предусматривающий их размещение в камере холодильной обработки и воздействие на них рабочей средой и охлаждение или замораживание их с обеспечением возможности регламентирования времени нахождения в камере, отличающийся тем, что в качестве рабочей среды в камере холодильной обработки используют раздельно или газообразный, или жидкий азот или холодный воздух, причем газообразный азот отбирают из газовой полости криогенной емкости и перед подачей в камеру холодильной обработки пропускают через прибор охлаждения в камере для технологических операций, жидкий азот отбирают из жидкостной полости криогенной емкости и подают непосредственно в камеру холодильной обработки, а подачу воздуха осуществляют из воздушной турбохолодильной машины, при этом отработанный газообразный азот направляют в прибор охлаждения, размещенный в камере для технологических операций, предварительно дополняя его газообразным азотом, отбираемым из криогенной емкости.

2. Установка для обеспечения сохранности пищевых продуктов, содержащая камеру для холодильной обработки пищевых продуктов, сообщенную с криогенной емкостью для хранения азота, и коллектор для подвода азота в камеру, отличающаяся тем, что она снабжена прибором охлаждения, размещенным в камере для технологических операций, воздушной турбохолодильной машиной, соединенной с камерой через каналы для ввода и вывода воздуха, при этом коллектор выполнен сменным для введения жидкого или газообразного азота, и криогенная емкость сообщена с камерой холодильной обработки через указанный коллектор и подсоединяемые к последнему трубопроводы для подачи жидкого или газообразного азота, сообщенные соответственно с жидкостной или газовой полостью криогенной емкости, причем размещенный в камере для технологических операций прибор охлаждения включен в трубопровод для подачи газообразного азота между емкостью и камерой холодильной обработки, а трубопровод для отвода отработанного газообразного азота сообщен с трубопроводом для подачи газообразного азота из криогенной емкости в камеру для технологических операций.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области холодильной обработки и хранения пищевых продуктов.

Известен способ обеспечения сохранности пищевых продуктов, предусматривающий их холодильную обработку холодным воздухом и последующую передачу их в камеру хранения, где поддерживается пониженная температура за счет охлаждения в ней воздуха (Голянд М.М., Малеванный Б.Н. Холодильное технологическое оборудование. - М.: Пищевая промышленность, 1977, 19 - 151 с.).

Известна установка, обеспечивающая реализацию описанного способа и содержащая камеру холодильной обработки с батареями охлаждения и вентиляции, создающими интенсивное движение воздуха, и линию для передачи продуктов в камеру хранения, в которой предусмотрено поддержание пониженной температуры воздуха (Голянд М.М., Малеванный Б.Н. Холодильное технологическое оборудование. - М.: Пищевая промышленность, 1977, 19 - 151 с.).

Недостатками этого технического решения является то, что для поддержания требуемой температуры холодного воздуха как в камере холодильной обработки, так и в камере хранения применяются холодильные установки, использующие, как правило, экологически небезопасные холодильные агенты. Применение холодильных установок приводит к значительным капитальным затратам, связанным со стоимостью холодильных установок и сложным монтажом, а также влечет повышенные эксплуатационные затраты на привод компрессоров холодильных установок, на воду для охлаждения теплообменных аппаратов. С помощью данного технического решения невозможно обеспечить интенсивность теплообмена с подвергаемым холодильной обработке продуктом таким образом, чтобы исключить усушку продукта при его холодильной обработке и хранении.

Известен способ обеспечения сохранности пищевых продуктов, предусматривающий их холодильную обработку в камере в среде азота (Голянд М.М., Малеванный Б.Н. Холодильное технологическое оборудование. - М.: Пищевая промышленность, 1977, 234-236 с.).

Известна установка для обеспечения сохранности пищевых продуктов, содержащая камеру для холодильной обработки в среде азота, сообщенную с емкостью для хранения жидкого азота (Голянд М.М., Малеванный Б.Н. Холодильное технологическое оборудование. - М.: Пищевая промышленность, 1977, 234-236 с. ).

Недостатком этого технического решения является то, что после использования в камере холодильной обработки газообразный азот, имеющий значительный низкотемпературный потенциал, в дальнейшем не используется и выбрасывается в атмосферу. Это приводит к увеличенному расходу дорогостоящего криоагента, к увеличению эксплуатационных затрат на холодильную обработку и хранение пищевых продуктов.

Известен способ обеспечения сохранности пищевых продуктов, предусматривающий их холодильную обработку в камере в среде азота, отбор газообразного азота из камеры обработки после его холодильного воздействия на продукт и использование его в камере хранения замороженных продуктов и/или в камере хранения охлажденных продуктов и далее в теплообменных аппаратах производственного или бытового назначения (RU 2144165 C1, 10.01.2000 7 F 25 D 3/10).

Известна установка для обеспечения сохранности пищевых продуктов, содержащая камеру для холодильной обработки в среде азота, сообщенную с емкостью для хранения жидкого азота, камеры для хранения замороженных и охлажденных пищевых продуктов, систему отвода газообразного азота из камеры холодильной обработки в камеры хранения, теплообменные аппараты производственного или бытового назначения, систему отвода газообразного азота из камер хранения к теплообменным аппаратам (RU 2144165 C1, 10.01.2000 7 F 25 D 3/10).

Этот способ и устройство являются наиболее близкими к описываемым и приняты в качестве ближайшего аналога.

В этом техническом решении отработанный газообразный азот для повышения степени использования его низкотемпературного потенциала используется в камерах хранения и далее в теплообменных аппаратах, однако при этом осуществляется необходимый дополнительный подвод газообразного азота от емкости для его хранения. Это ведет к увеличению эксплуатационных затрат, связанных с увеличением расхода дорогостоящего криоагента.

Кроме того, данное техническое решение не предусматривает непрерывного функционирования установки в связи с тем, что необходимо периодически осуществлять дозаправку емкости для хранения криоагента, что ведет к снижению темпа производства, а следовательно, к экономическим потерям.

Данное изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в сокращении расхода дорогостоящего криоагента при более полном использовании его температурного потенциала, при обеспечении сохранности пищевых продуктов, а также в повышении производительности установки путем обеспечения ее непрерывного функционирования.

Для достижения этого технического результата способ обеспечения сохранности пищевых продуктов, предусматривающий их размещение в камере холодильной обработки и воздействие на них рабочей средой, и охлаждение или замораживание их с обеспечением возможности регламентирования времени нахождения в камере, отличается тем, что в качестве рабочей среды в камере холодильной обработки используют раздельно или газообразный, или жидкий азот, или холодный воздух, причем газообразный азот отбирают из газовой полости криогенной емкости и перед подачей в камеру холодильной обработки пропускают через прибор охлаждения в камере для технологических операций, жидкий азот отбирают из жидкостной полости криогенной емкости и подают непосредственно в камеру холодильной обработки, а подачу воздуха осуществляют из воздушной турбохолодильной машины, при этом отработанный газообразный азот направляют в прибор охлаждения, размещенный в камере для технологических операций, предварительно дополняя его газообразным азотом, отбираемым от криогенной емкости.

Для достижения этого технического результата установка для обеспечения сохранности пищевых продуктов, содержащая камеру для холодильной обработки пищевых продуктов, сообщенную с криогенной емкостью для хранения азота, отличается тем, что она снабжена прибором охлаждения, размещенным в камере для технологических операций, воздушной турбохолодильной машиной, а камера холодильной обработки имеет патрубки для ввода и вывода холодного воздуха и сменный коллектор для введения жидкого или газообразного азота, при этом криогенная емкость сообщена с камерой холодильной обработки через указанный коллектор и подсоединяемые к нему трубопроводы для подачи жидкого или газообразного азота, сообщенный соответственно с жидкостной или газовой полостью криогенной емкости, причем размещенный в камере для технологических операций прибор охлаждения включен в трубопровод для подачи газообразного азота между емкостью и камерой холодильной обработки, а трубопровод для отвода отработанного газообразного азота сообщен с трубопроводом для подачи газообразного азота из криогенной емкости в камеру для технологических операций.

Способ обеспечения сохранности пищевых продуктов осуществляется на установке, представленной на чертеже.

Установка содержит камеру 1 для холодильной обработки пищевых продуктов в азотной или воздушной среде, емкость 2 для хранения жидкого азота, камеру 3 для технологических операций, воздушную турбохолодильную машину, включающую в себя винтовой холодильный компрессор 5 с приводными электродвигателями 6 и 7, концевой холодильник 8, влагомаслоотделитель 9, блок осушки 10, фильтр тонкой очистки 11, рекуперативный теплообменник 12, отсечной воздушный клапан 13 автоматической защиты турбодетандера, высокоскоростной турбодетандер 14, насосный агрегат 15 (с масляным холодильником, аккумулятором масла, фильтрами суперточной очистки масла, обратным клапаном), фильтр низкого давления 16. Установка содержит систему подвода жидкого азота из емкости 2 в камеру 1 через коллектор с распылительными форсунками 17, которая включает в себя трубопровод 44, вентили 26 и 28.

Установка содержит систему подвода газообразного азота из емкости 2 через прибор охлаждения 4, размещенный в камере 3 для технологических операций, в камеру 1 через сменный коллектор с направляющими, например, в виде сопел или эжекторов, которая включает в себя трубопровод 42, трубопровод 43, сообщенный с трубопроводом 44, вентили 23, 27, 28, терморегулирующий вентиль 24.

Установка снабжена системой отвода газообразного азота из камеры 1 в прибор охлаждения 4, размещенный в камере 3 для технологических операций. Система включает в себя трубопровод 45 с вентилем 25, сообщенный с трубопроводом 42, для подвода газообразного азота из камеры 1 к прибору охлаждения 4.

Установка снабжена системами управления подачей жидкого и газообразного азота. Система управления подачей жидкого азота предусмотрена в конструкции емкости 2 и на чертеже не указана. В систему управления подачей газообразного азота входит датчик температуры 57, расположенный на трубопроводе 43, связанный с терморегулирующим вентилем 24, установленным на трубопроводе 42. С помощью датчика температуры 57 и вентиля 24 регулируется подача газообразного азота в камеру 1 и поддерживается требуемый уровень температуры в ней.

Установка содержит систему подвода холодного воздуха от воздушной турбохолодильной машины в камеру 1 через специальные каналы для ввода 20 и вывода 21 холодного воздуха, которая помимо вышеперечисленных агрегатов турбохолодильной машины включает в себя трубопроводы 46 - 54, запорную арматуру и приборы контроля 31-41, вентиль 30, терморегулирующий вентиль 29.

Установка снабжена системой управления подачей холодного воздуха, которая включает в себя датчик температуры 56, расположенный на трубопроводе 46, связанный с терморегулирующим вентилем 29, установленным на этом же трубопроводе. С помощью датчика температуры 56 регулируется подача холодного воздуха в камеру 1 и поддерживается необходимый уровень температуры в ней.

В систему управления и контроля турбохолодильной машины входят предохранительный клапан 31, установленный на блоке осушки 10, и предохранительный клапан 32, установленный на влагомаслоотделителе 9 для выпуска паров воздуха в случае превышения избыточным давлением требуемых уровней, указатель уровня 33, установленный на влагомаслоотделителе 9, отсечной воздушный клапан 13 автоматической защиты турбодетандера, срабатывающий при падении давления воздуха в турбодетандере.

В камере 1 установлены транспортер 22 для перемещения обрабатываемых продуктов и циркуляционные вентиляторы 19 для создания интенсивного потока рабочей среды.

Данный способ обеспечения сохранности пищевых продуктов может быть проиллюстрирован следующими примерами, выполненными на установке, представленной на чертеже.

Пример 1. Если необходимо заморозить продукты, имеющие толщину = 0,05. ..0,09 м, например, курицу, толщиной = 0,08 м, ее целесообразно обрабатывать жидким азотом. Курицу подают в камеру холодильной обработки 1 и перемещают в ней на транспортере 22 в течение 15...20 мин. В камере холодильной обработки ее предварительно охлаждают интенсивным потоком газообразного азота, создаваемого вентиляторами 19, а затем орошают жидким азотом через коллектор с форсунками 17, при этом подачу жидкого азота осуществляют из жидкостной полости емкости 2 через вентили 26 и 28, по трубопроводу 44. На выходе из камеры 1 температура курицы достигает значения конечной среднеобъемной температуры, на уровне минус 18^oC.

Если необходимо заморозить или охладить продукты, имеющие толщину = 0,005. . . 0,04 м, например, котлеты, толщиной = 0,015 м, их целесообразно обрабатывать газообразным азотом. Котлеты подают в камеру холодильной обработки 1 и перемещают в ней на транспортере 22, при этом в камеру 1 осуществляют подачу газообразного азота, который отбирают из газовой полости емкости 2, причем газообразный азот предварительно подают в прибор охлаждения 4, размещенный в камере 3 для технологических операций, где производят предварительное охлаждение очередной партии продукта, подготавливаемого для загрузки в камеру холодильной обработки 1, либо производственные испытания (например, опыты с продуктами). Затем газообразный азот с температурой на уровне минус 100...120^oC подают на сменный распределительный коллектор 17, установленный в камере 1, при этом будет происходить охлаждение или замораживание котлет в зависимости от продолжительности их нахождения в камере 1 (при замораживании - 8...10 мин, при охлаждении - 4 мин). Замороженные котлеты поступают из камеры холодильной обработки 1 с конечной среднеобъемной температурой на уровне минус 18^oC, а охлажденные - с криоскопической температурой на поверхности (для котлет - на уровне минус 2^oC).

В обоих случаях, отработанный газообразный азот с помощью отсасывающего вентилятора 18 подают по трубопроводу 45 в прибор охлаждения 4, предварительно обновляя его новой порцией газообразного азота, отбираемого из емкости 2, при этом происходит повышение степени использования низкотемпературного потенциала криоагента.

Пример 2. Если необходимо произвести дозаправку криогенной емкости 2, продукт, например, котлеты, толщиной = 0,015 м, обрабатывают в камере холодильной обработки 1 холодным воздухом, который подают в нее с температурой минус 100. ..120^oC от турбохолодильной машины и отводят из нее через специальные каналы для ввода 20 и вывода 21, при этом обеспечивают непрерывное функционирование установки. Турбохолодильная машина работает следующим образом.

Сжатый в компрессоре 5 воздух, давлением 6 атм, проходя через концевой холодильник 8, охлаждается до температуры окружающей среды и поступает в влагомаслоотделитель 9, где освобождается от крупнодисперсной взвеси масла и воды. Далее воздух проходит блок осушки 10, где гранулы адсорбента отбирают остатки влаги на молекулярном уровне. Пройдя воздушный фильтр тонкой очистки 11, подготовленный воздух поступает в рекуперативный теплообменник 12, где предварительно охлаждается частью холодного обратного потока воздуха после турбодетандера 14. Таким образом, предварительно охлажденный воздух направляется через отсечной клапан 13 системы автоматической защиты в решетки направляющего аппарата турбинной ступени турбодетандера 14, где его скорость нарастает до скорости звука, и при этом потенциальная энергия потока преобразуется в кинетическую энергию. На лопатках рабочего колеса происходит изменение момента количества движения, и кинетическая энергия струи воздуха преобразуется в механическую энергию, воспринимаемую нагрузочным устройством. Таким образом, происходит адиабатическое расширение воздуха с отдачей внешней работы, которое сопровождается понижением его температуры. Часть рабочего потока, составляющая в зависимости от требуемого температурного режима в диапазоне минус 60...120^oC соответственно от 100 до 50% общего расхода потока газа, направляется в камеру 1. Нагретый до температуры окружающей среды воздух обратного потока из рекуператора 12 и камеры 1 направляется на всасывание компрессора 5. Требуемая подпитка компрессора осуществляется из атмосферного воздуха через фильтр низкого давления 16.

Аналогично примеру 1 замораживание или охлаждение котлет производят путем регламентирования времени их нахождения в камере холодильной обработки 1, при этом на выходе из камеры 1 котлеты будут иметь вышеописанные температуры. В вышеописанных примерах продолжительность процесса изменяют согласно тому, какой хладоагент используют для холодильной обработки.

Данный способ обеспечения сохранности пищевых продуктов, предусматривающий их холодильную обработку в среде или жидкого, или газообразного азота, или холодного воздуха и установка, на которой он реализуется, обеспечивают снижение расхода дорогостоящего криоагента, позволяют повысить степень использования его низкотемпературного потенциала, позволяют повысить производительность оборудования за счет обеспечения его непрерывного функционирования, а также создают благоприятную экологическую обстановку, поскольку используют экологически безопасные хладагенты.