устройство для тепловой обработки пищевых продуктов
Классы МПК: | A47J27/00 Кухонная посуда для варки пищи A47J36/38 приспособления к кухонной посуде для отвода или конденсации паров, образующихся при варке |
Автор(ы): | Игнатов В.В., Новиков А.В. |
Патентообладатель(и): | Игнатов Виктор Владимирович, Новиков Артур Витальевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-05-21 публикация патента:
20.10.2003 |
Изобретение относится к устройствам для тепловой обработки пищевых продуктов. Устройство содержит камеру для размещения воды и обрабатываемого продукта и установленную на ней емкость для теплообмена, снабженную патрубками для подвода и отвода хладагента. При этом камера в верхней части сообщена с атмосферой и в ней над зоной размещения обрабатываемого продукта установлена крышка, служащая для снижения циркуляции пара в период до закипания воды. В результате обеспечивается безопасность процесса тепловой обработки и повышается качество обработки пищевых продуктов при минимальных потерях питательных веществ в атмосферу. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, содержащее камеру для размещения воды и обрабатываемого продукта и установленную на ней емкость для теплообмена, снабженную патрубками для подвода и отвода хладагента, отличающееся тем, что камера в верхней части сообщена с атмосферой и в ней над зоной размещения обрабатываемого продукта установлена крышка, служащая для снижения циркуляции пара в период до закипания воды. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера сообщена с атмосферой через патрубок. 3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что емкость для теплообмена установлена с возможностью ее снятия. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что патрубки подвода и отвода хладагента снабжены запорными элементами.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области теплотехники, а более конкретно к устройствам для тепловой обработки пищевых продуктов. Общеизвестны устройства для варки продуктов в воде при атмосферном давлении, поддерживающие температуру термообрабатываемого продукта на уровне температуры кипения воды при этом давлении (![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214010/8776.gif)
- Камеру, сообщенную своей верхней частью с атмосферой. - Залитую в камеру воду, причем вода может заполнять камеру полностью или частично. - Находящийся в камере термообрабатываемый продукт, который целиком или частично погружен в воду. - Источник тепла, контактирующий с водой через стенку камеры. В таких устройствах отсутствуют элементы автоматики, а входящая в их состав камера работает при атмосферном давлении. К недостатку этих устройств относится то, что при нерегулируемом источнике тепла воду в состоянии кипения поддерживают путем сброса избыточного потока тепла и водяного пара в окружающую атмосферу. Сброс тепла и пара происходит за счет преобразования этого избыточного тепла в скрытую энергию парообразования воды, возникновения в кипящем объеме пузырьков водяного пара и отвода этих пузырьков из воды архимедовыми силами. Указанные процессы приводят к возникновению ряда негативных факторов: к загрязнению окружающей атмосферы теплом, водяным паром и легкокипящими компонентами обрабатываемого продукта, а также к непроизводительным потерям тепловой энергии от источника тепла, воды и компонентов обрабатываемого продукта из кипящего объема, ухудшению вкуса продукта. Наиболее близким к заявляемому является устройство [1] для тепловой обработки пищевых продуктов. Это устройство содержит камеру для размещения обрабатываемого продукта и установленную на ней емкость для теплообмена, снабженную патрубками для подвода и отвода хладагента. При этом днище емкости расположено над обрабатываемым продуктом и образует со стенками камеры герметичный паровоздушный объем, что обеспечивается уплотнительной прокладкой между днищем емкости и камерой по поверхности их сопряжения. Обрабатываемый продукт практически всегда имеет в своем составе жидкость, контактирующую со стенками камеры. При работе устройства обрабатываемый продукт нагревают от источника тепла через стенку камеры. Пар, поступающий из обрабатываемого продукта, конденсируется на днище емкости и самотеком возвращается в обрабатываемый продукт. Для вещества герметичного объема авторы не указывают механизмов регулирования мощности подводимых и отводимых тепловых потоков. К недостаткам устройства относится то, что наличие герметичного нагреваемого объема с продуктом приведет к колебаниям давления и температуры в этом объеме при нарушении равенства между тепловым потоком, поступающим в герметичный объем от источника тепла, и тепловым потоком, отводимым из этого объема хладагентом при конденсации пара жидкости на днище емкости. Так, в случае превышения массового потока пара из жидкости над массовым потоком конденсата, образующегося на днище крышки, масса пара жидкости над ее свободной поверхностью будет возрастать, что соответствует росту давления и температуры в герметичном объеме. При этом терморегулирование вещества герметичного объема будет происходить по механизму: рост потока подводимого тепла - рост давления и температуры в герметичном объеме - рост градиента температур на днище крышки - рост отводимого потока тепла до выравнивания подводимого и отводимого потоков тепла. Переменная и заранее неизвестная температура вещества герметичного объема может привести к полной или частичной порче термообрабатываемого продукта [2]. Кроме того, наличие в конструкции устройства камеры, работающей под избыточным давлением, предъявляет к этому устройству повышенные требования по линии Госгортехнадзора [3], что существенно ограничивает его применение - особенно в области бытовой техники. К другим недостаткам указанного устройства следует отнести отсутствие в нем органов регулирования расхода хладагента через емкость для теплообмена, что может привести к нерациональному использованию этого хладагента. Например, при избыточном (сверх необходимого) значении расхода хладагента часть его теплоемкости не будет использована, что приведет к увеличению суммарного потребного количества хладагента. Основной задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение качества тепловой обработки продуктов за счет обеспечения постоянного температурного режима тепловой обработки при минимальных потерях питательных веществ в атмосферу и обеспечение безопасности процесса тепловой обработки. К другим задачам, решаемым настоящим изобретением, можно отнести:
- Рациональное использование хладагента, т.е. обеспечение конденсации пара минимально необходимым количеством хладагента. - Повышение удобства эксплуатации устройства. Решение поставленных задач достигается тем, что в устройстве для тепловой обработки пищевых продуктов, содержащем камеру для размещения воды и обрабатываемого продукта и установленную на ней емкость для теплообмена, снабженную патрубками для подвода и отвода хладагента, камера в верхней части сообщена с атмосферой и в ней над зоной размещения обрабатываемого продукта установлена крышка. Сообщение верхней части камеры с атмосферой обеспечивает поддержание в камере постоянного атмосферного давления. Это обеспечивает как безопасность эксплуатации устройства, так и поддержание постоянного температурного режима тепловой обработки, соответствующего температуре кипения воды при атмосферном давлении. Как будет показано ниже, указанные преимущества достигаются при минимальном поступлении пара в окружающую атмосферу. Крышка, расположенная в камере над зоной размещения обрабатываемого продукта, служит для снижения циркуляции пара в период до закипания воды и тем самым сокращает время, необходимое для достижения постоянного температурного режима тепловой обработки продукта, а также способствует уменьшению потерь питательных веществ в атмосферу. Предпочтительно камера сообщена с атмосферой через патрубок. Таким образом обеспечивается наиболее простой в технологическом плане вариант сообщения камеры с атмосферой. Предпочтительно емкость для теплообмена выполнена с возможностью ее снятия. Это позволяет повысить удобство эксплуатации устройства, так как при этом обеспечивается наиболее простое выполнение операций сборки и разборки устройства, т. е. обеспечивается наиболее легкий доступ к обрабатываемому продукту. Предпочтительно патрубки подвода и отвода хладагента снабжены запорными элементами. Это позволяет рационально использовать хладагент, поскольку при этом обеспечивается возможность регулирования расхода этого хладагента при контроле и под управлением оператора. Здесь под рациональным использованием хладагента понимается его нагрев до максимально возможного значения, что максимально снижает потребное количество этого хладагента. В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа регулирование теплового потока, отводимого от вещества паровоздушного объема, происходит не за счет изменения давления, а за счет изменения концентрации воздуха в этом объеме при постоянном атмосферном давлении. По данными [4, 5] коэффициент теплообмена
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214003/945.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214023/981.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214023/981.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214003/945.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214003/945.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214023/981.gif)
Так, при
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214023/981.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214146/2214146-2t.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214146/2214146-3t.gif)
где
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214146/2214146-4t.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214023/981.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214023/981.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214003/247.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214146/2214146-5t.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214010/8776.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214010/8776.gif)
- нагрев продукта 4 (поток 1);
- тепловые потери со стенок камеры 2 кроме стенок 10 и 11 в окружающую атмосферу (поток 2);
- парообразование воды 3 и поддержание ее в состоянии кипения (поток 3). Поток 3, в свою очередь, разделяется на два потока:
- поток 4, уносимый паром воды 3 в окружающую атмосферу через патрубок 5;
- поток 5, передаваемый жидкости 7 через стенку 10 при конденсации на этой стенке пара воды 3 из объема 8. Этот поток приводит к нагреву жидкости 7 при работе устройства. Поток 5 сопровождается образованием на стенке 10 конденсата воды 3, который под действием силы тяжести стекает со стенки 10 на свободную поверхность воды 3 (возвращается в кипящий объем воды 3), а тепловая энергия самого потока 5 при этом аккумулируется в жидкости 7. Этим поток 5 принципиально отличается от потока 4, так как последний непременно связан с непроизводительными потерями тепла и пара воды 3 (а с ним - части питательных веществ продукта 4) в окружающую атмосферу. Суть изобретения состоит в реализации механизма, преобразующего поток 4 в поток 5 при возникновении потока 4. Рассмотрим подробнее механизм реализации теплового потока 5 при конденсации пара из объема 8 на поверхности 10. Для величины потока 5 q5 в соответствии с (1) можно записать:
q5 =
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214003/945.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214023/981.gif)
где tохл - температура жидкости 7, F - площадь поверхности стенки 10, tкип - температура кипения воды при атмосферном давлении,
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214023/981.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214005/8804.gif)
![устройство для тепловой обработки пищевых продуктов, патент № 2214146](/images/patents/254/2214010/916.gif)
где g=9,81 м/с2 - физическая константа. До начала кипения воды 3 давление под крышкой 24 уравнено с атмосферным давлением, и водяной пар не поступает из объема 22 в объем 21. После начала кипения избыточное давление под крышкой 24 возрастает до выполнения равенства (3). После этого крышка 24 поднимается над кромкой отверстия в буртике 23 и пар из объема 22 поступает в объем 21. Образующийся на стенке 10 конденсат стекает в нижнюю точку крышки 24, откуда по трубке 25 стекает в объем кипящей воды 3. Таким образом, крышка 24 препятствует циркуляции теплоносителя между объемами 21 и 22 только до закипания воды 3, после чего эта циркуляция обеспечивается механизмами естественной конвекции и диффузии. В качестве элемента, препятствующего циркуляции теплоносителя до закипания воды 3, может выступать крышка, плавающая на зеркале воды 3 и имеющая зазор с боковыми стенками камеры 2. Тогда до закипания воды 3 плавающая крышка плотно прилегает к зеркалу этой воды, препятствуя тепломассоуносу с этого зеркала. После закипания воды 3 под плавающей крышкой образуется слой пара, по которому пар через зазор между плавающей крышкой и боковой стенкой камеры 2 поступает в объем 8. Образующийся на стенке 10 конденсат возвращается в кипящий объем через тот же зазор. Устройство в варианте исполнения по фиг.3 работает следующим образом. При опорожнении емкости для теплообмена чайник 26 и кольцо 27 снимают с камеры 2 за ручку 28, наклоняют чайник 26 над приемником жидкости 7 и через носик чайника сливают нагретую жидкость 7 в приемник. После этого снимают с чайника крышку 12, устанавливают чайник под источником холодной жидкости 7 и заливают чайник из этого источника, накрывают чайник 26 крышкой 12 и устанавливают чайник 26 с кольцом 27 на камеру 2. Контроль за предельным состоянием жидкости 7 осуществляют по наличию устойчивого потока пара из патрубка 5. При работе устройства возникает задача полезного использования тепла, накопленного охлаждающей жидкостью 7. При использовании в качестве жидкости 7 воды она может быть использована, например, для мытья посуды. Для реализации этого варианта в качестве приемника 16 может быть использован дополнительный сосуд, аккумулирующий нагретую воду 7 до ее дальнейшего использования. Жидкость 7 может использоваться для подогрева готовых продуктов, не требующих кипячения. Для реализации этого варианта устройство может быть оснащено дополнительной камерой 20 с подогреваемым продуктом. Таким образом, заявленное выполнение устройства для тепловой обработки пищевых продуктов обеспечивает поддержание постоянного температурного режима тепловой обработки при минимальных потерях питательных веществ в атмосферу с одновременным обеспечением безопасности процесса тепловой обработки. В частных случаях выполнения дополнительно обеспечивается рациональное использование хладагента и удобство эксплуатации устройства. Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1692539, кл. А 47 J 27/00, 1989. 2. Кук Г. А. Процессы и аппараты молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1973, с. 281. 3. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Утвержд. Госгортехнадзором РФ 18.04.95. 4. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. М.: Энергия, 1977, с. 131. 5. Справочник машиностроителя. //Под ред. Н. С. Ачеркана. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Т. 2, 1960, с. 226. 6. Там же, с. 214.
Класс A47J27/00 Кухонная посуда для варки пищи
складная печка-кружка - патент 2527406 (27.08.2014) | ![]() |
электрическое устройство приготовления пищи (варианты) - патент 2525794 (20.08.2014) | ![]() |
чайник для плиты с газ-контролем - патент 2523259 (20.07.2014) | ![]() |
беспроводной электроприбор - патент 2523231 (20.07.2014) | ![]() |
чайник для газовой плиты - патент 2520715 (27.06.2014) | ![]() |
чайник и основание - патент 2518203 (10.06.2014) | ![]() |
устройство для приготовления пищи на пару - патент 2515462 (10.05.2014) | |
способ нагрева жидкости и устройство для его осуществления - патент 2489073 (10.08.2013) | ![]() |
сосуд высокого давления пара с защитным устройством - патент 2482782 (27.05.2013) | |
клапанное устройство для сосуда высокого давления - патент 2479241 (20.04.2013) | ![]() |
Класс A47J36/38 приспособления к кухонной посуде для отвода или конденсации паров, образующихся при варке