термический модуль для генерации парогазовой смеси

Формула изобретения

Термический модуль для генерации парогазовой смеси, содержащий корпус, фильтрующий элемент, замкнутую емкость из эластичного материала с реагентом в жидком состоянии, реагент в твердом состоянии и активатор, отличающийся тем, что корпус выполнен с перегородкой, разделяющей полость корпуса на два смежных отсека, при этом реагент в твердом состоянии размещен в полости первого отсека, который сверху закрыт фильтрующим элементом, активатор выполнен с прокалывающим элементом, расположенным со стороны внутренней поверхности участка крышки второго отсека, который выполнен прогибающимся при приложении к нему пользователем внешней нагрузки, при этом дно второго отсека выполнено с наклоном в направлении к упомянутой выше перегородке, в которой выполнено, по крайней мере, одно отверстие, расположенное вблизи дна второго отсека, а замкнутая емкость с реагентом в жидком состоянии выполнена из способного к прокалыванию эластичного материала и установлена во втором отсеке с возможностью взаимодействия ее с прокалывающим элементом активатора при его запуске.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к устройствам для нагрева пищевых продуктов тепловой энергией, выделяемой при экзотермических химических реакциях.

Из достигнутого уровня техники известны два альтернативных подхода к решению технической задачи по обеспечению путем инициирования экзотермической химической реакции нагрева пищевых продуктов перед их употреблением. Так, в первом случае для нагрева пищевого продукта либо используют размещаемый в нагреваемом пищевом продукте термический модуль с внешними стенками, выполненными из материала с высокой теплопроводностью (см. патенты US №3970068 А, 1976; US №4791324 А, 1988; US №4773389 А, 1988; US №4819612 А, 1989; заявки GB №2089970 А, 1982; PCT/WO №32656 A1, 1995) либо используют термический модуль, интегрированный с частично расположенным в нем контейнером с нагреваемым пищевым продуктом (см. заявку FR №2624365 A1, 1989; патенты RU №2271972 C1, 2005 и RU №2286934 С1, 2006). В упомянутых выше технических решениях нагрев пищевого продукта осуществляется в результате передачи тепла только через стенку, отделяющую объем реакционной камеры термического модуля от нагреваемого пищевого продукта. Следствием же одностороннего нагрева пищевого продукта является увеличение времени, необходимого для нагрева пищевого продукта до требуемой температуры, а также существенные ограничения сверху на объем нагреваемого пищевого продукта.

Согласно другому направлению нагрев пищевого продукта осуществляется путем воздействия либо непосредственно на нагреваемый пищевой продукт, либо на упаковку, в которой он находится, нагретой парогазовой смесью, образующейся в результате протекания экзотермической химической реакции (см. заявки PCT/WO №2240 A1, 1989; AR №2607692 A1, 1988 и РСТ/WO №7491 A1, 1987; FR №2536979 A1, 1984). В результате обеспечивается увеличение площади обогреваемой поверхности, а следовательно, уменьшается время нагрева пищевого продукта до требуемой температуры. Кроме того, в данном случае повышается удобство пользования устройством для нагрева пищевого продукта, поскольку не нужно переворачивать устройство перед запуском термического модуля для генерации парогазовой смеси.

Таким образом, известен термический модуль для генерации парогазовой смеси, содержащий корпус со ступенчато уменьшающимся в направлении к его днищу поперечным сечением, перфорированную перегородку, замкнутую емкость из эластичного материала с реагентом в жидком состоянии и активатор, при этом перегородка установлена внутри корпуса с образованием нижнего отсека, который частично заполнен реагентом в твердом состоянии. Сверху реагента в твердом состоянии размещен активатор, а замкнутая камера с реагентом в жидком состоянии размещена между перфорированной перегородкой и активатором (см. заявку FR №26076 A1 92, 1988, фиг.4).

При запуске описанного выше термического модуля для генерации парогазовой смеси с помощью активатора осуществляют механическое разрушение стенки замкнутой емкости из эластичного материала с реагентом в жидком состоянии. Вследствие этого все количество реагента в жидком состоянии (воды) одновременно выливается на поверхность реагента в твердом состоянии. В результате начавшейся сразу же экзотермической химической реакции происходит образование нагретых газообразных, жидких и твердых продуктов экзотермической химической реакции, а также паров реагента в жидком состоянии, поскольку часть реагента в жидком состоянии, не успев прореагировать с реагентом в твердом состоянии и поглотив часть выделившегося в результате экзотермической химической реакции тепла, нагреется до температуры парообразования. Газообразные продукты экзотермической химической реакции и пар вместе с увлекаемыми ими жидкими и твердыми продуктами экзотермической химической реакции, пройдя через отверстия в перегородке, воздействуют на упаковку с пищевым продуктом.

Таким образом, одним из недостатков известного термического модуля для генерации парогазовой смеси является наличие дисперсных продуктов экзотермической химической реакции в воздействующей на упаковку с пищевым продуктом нагретой парогазовой смеси. Другой недостаток упомянутого выше термического модуля заключается в том, что он не обеспечивает возможности управления длительностью экзотермической химической реакцией в зависимости от количества нагреваемого пищевого продукта.

Известен также термический модуль для генерации парогазовой смеси, взятый в качестве прототипа и содержащий корпус, размещенные в нем замкнутую емкость с реагентом в твердом состоянии, замкнутую емкость с реагентом в жидком состоянии, при этом обращенные друг к другу стенки упомянутых выше замкнутых емкостей выполнены с общим клапаном, соединенным с активатором, который выполнен в виде ленточной тяги, один конец которой выведен через боковую стенку корпуса наружу, а другой соединен с упомянутым выше общим клапаном. Кроме того, корпус закрыт сверху фильтрующим элементом (см. заявку РСТ/WO №2240 A1, 1989, фиг.4).

Наличие в прототипе фильтрующего элемента позволяет формировать нагретую парогазовую смесь, которая не содержит дисперсных продуктов реакции, а следовательно, позволяет осуществлять нагрев также и пищевых продуктов без упаковки.

Недостаток прототипа заключается в том, что размещение реагентов в соответствующей каждому из них замкнутой емкости из эластичного материала с общим клапаном, связанным с активатором, с одной стороны, приводит к усложнению конструкции устройства, а, с другой стороны, приводит к ухудшению его технико-эксплуатационных параметров. Действительно, выполнение замкнутых емкостей для реагентов из эластичного материала приводит к тому, что размер отверстия, формируемого при активации экзотермической химической реакции, в значительной степени зависит от величины силового воздействия, прикладываемого пользователем к концу ленточной тяги активатора. Иными словами, размер отверстия между реагентами может изменяться в диапазоне от размеров, которые меньше размера клапана, до размеров, превышающих размер клапана. В результате не обеспечивается воспроизводимость динамики процесса экзотермической химической реакции, что приводит к разбросу температур нагрева пищевого продукта.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению воспроизводимости динамики смешения реагентов экзотермической химической реакции, обеспечивающей нагрев заданного количества пищевого продукта до требуемой температуры, при одновременном упрощении конструкции термического модуля для генерации парогазовой смеси.

Поставленная задача решена тем, что в термическом модуле для генерации парогазовой смеси, содержащем корпус, фильтрующий элемент, замкнутую емкость из эластичного материала с реагентом в жидком состоянии, реагент в твердом состоянии и активатор, согласно изобретению корпус выполнен с перегородкой, разделяющей полость корпуса на два смежных отсека, при этом реагент в твердом состоянии размещен в полости первого отсека, который сверху закрыт фильтрующим элементом, активатор выполнен с прокалывающим элементом, расположенным со стороны внутренней поверхности участка крышки второго отсека, который выполнен прогибающимся при приложении к нему пользователем внешней нагрузки, при этом дно второго отсека выполнено с наклоном в направлении к упомянутой выше перегородке, в которой выполнено, по крайней мере, одно отверстие, расположенное вблизи дна второго отсека, а замкнутая емкость с реагентом в жидком состоянии выполнена из способного к прокалыванию эластичного материала и установлена во втором отсеке с возможностью взаимодействия ее с прокалывающим элементом активатора при его запуске.

Преимущество предложенного термического модуля для генерации парогазовой смеси по сравнению с прототипом заключается в том, что выполнение корпуса с перегородкой, разделяющей полость корпуса на два отсека, выполнение дна второго отсека с наклоном в направлении к перегородке, в которой выполнено, по крайней мере, одно отверстие, расположенное вблизи дна второго отсека, а также благодаря выполнению замкнутой емкости с реагентом в жидком состоянии из способного к прокалыванию эластичного материала, размещению этой замкнутой емкости во втором отсеке с возможностью взаимодействия ее с прокалывающим элементом активатора, расположенным со стороны внутренней поверхности участка крышки второго отсека, который выполнен прогибающимся под действием внешней нагрузки, обеспечивает гравитационную дозированную подачу реагента в жидком состоянии в первый отсек корпуса, в котором размещен реагент в твердом состоянии. Действительно, после прокалывания стенки замкнутой емкости весь реагент в жидком состоянии перетекает из нее в полость второго отсека, э затем под действием напора, создаваемого силами гравитации, через отверстие или отверстия в перегородке (выполняющие функцию дозатора с гидравлическим сопротивлением) поступает в первый отсек. Иными словами, обеспечивается высокая воспроизводимость динамики смешения реагентов экзотермической химической реакции. Кроме того, конструкция предложенного термического модуля позволяет использовать более простой и хорошо известный из уровня техники активатор с прокалывающим элементом (см. заявку PCT/WO №817 А1, 1992), а также исключить замкнутую емкость из эластичного материала для реагента в твердом состоянии. Иными словами, обеспечивается упрощение конструкции термического модуля для генерации парогазовой смеси.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанной выше совокупностью существенных признаков требуемого технического результата.

На фиг.1 изображен термический модуль для генерации парогазовой смеси, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху, частичный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - вариант устройства для нагрева пищевого продукта перед его употреблением, продольный разрез.

Термический модуль 1 для генерации парогазовой смеси содержит (фиг. 1 и 2) корпус 2, перегородку 3, фильтрующий элемент 4, замкнутую емкость 5 с реагентом 6 в жидком состоянии, предпочтительно водой, и реагент 7 в твердом состоянии. Перегородка 3 размещена внутри корпуса 2, предпочтительно вертикально, и разделяет полость корпуса 2 на два смежных отсека, при этом реагент 7 в твердом состоянии размещен в полости первого отсека, который сверху закрыт фильтрующим элементом 4, обеспечивающим очистку проходящей через него нагретой парогазовой смеси от дисперсных частиц и вредных продуктов экзотермической химической реакции и выполненным, например, из тканого или нетканого материала с включениями из активированного угля.

Замкнутая емкость 5 с реагентом 6 в жидком состоянии выполнена из способного к прокалыванию эластичного материала, предпочтительно резины, и установлена во втором отсеке, дно 8 которого выполнено с наклоном в направлении к перегородке 3. Дно 8 расположено под углом к горизонтальной плоскости, при этом угол в предпочтительном варианте осуществления изобретения составляет 25-60°. При углах меньше 25° существенно уменьшается величина напора реагента 6 в жидком состоянии, а при углах больше 60° увеличивается высота термического модуля 1. В перегородке 3 вблизи дна 8 второго отсека выполнено, по крайней мере, одно отверстие, а в предпочтительном варианте выполнения термического модуля 1 в перегородке 3 выполнено два отверстия 9, оси которых обозначены позицией 10 (см. фиг.2). В этом случае обеспечивается, как показали эксперименты, более стабильная (непрерывная) во времени подача всего реагента 6 в жидком состоянии в первый отсек полости корпуса 2. Размеры отверстий 9 (поперечное сечение и длина) выбираются исходя из требуемой величины подачи реагента 6 в жидком состоянии и в большинстве практически важных случаев сечение отверстий 9 составляет от 1,7 до 13,0 мм ². Целесообразно, чтобы нижний край отверстий 9 касался ребра, образованного внутренними поверхностями перегородки 3 и дна 8 второго отсека.

Кроме того, термический модуль 1 для генерации парогазовой смеси содержит активатор, который выполнен с прокалывающим элементом 11 и который расположен со стороны внутренней поверхности участка 12 крышки 13 второго отсека, который выполнен прогибающимся при приложении к нему пользователем внешней нагрузки Р в направлении, показанном на фиг.1 стрелкой. Замкнутая емкость 8 расположена во втором отсеке полости корпуса 2 с возможностью взаимодействия ее с прокалывающим элементом 11 при запуске активатора.

Устройство для нагрева пищевого продукта перед его употреблением с использованием описанного выше термического модуля 1 для генерации парогазовой смеси изображено на фиг.3 и содержит теплоизолирующий кожух 14 со съемной крышкой 15, основание 16, выполненное из материала с высокой теплопроводностью, а также с гофрированной, по крайней мере, верхней поверхностью. Термический модуль 1 размещен внутри теплоизолирующего кожуха 14, в котором напротив участка 12 крышки 13 выполнено отверстие 17. Над фильтрующим элементом 4 в кожухе 14 установлено основание 16, в котором выполнены отверстия 18 предпочтительно в области впадин его верхней поверхности. На верхней гофрированной поверхности основания размещена упаковка 19 с нагреваемым пищевым продуктом.

Термический модуль 1 для генерации парогазовой смеси функционирует следующим образом. Упаковка 19 с нагреваемым пищевым продуктом помещается либо сверху фильтрующего элемента 4, который в этом случае выполняют с соответствующей жесткостью, например армированным, либо на гофрированную поверхность основания 16, после чего сверху теплоизолирующего кожуха 14 устанавливается крышка 15. После этого инициируют экзотермическую химическую реакцию между реагентом 7 в твердом состоянии и реагентом 6 в жидком состоянии, реагент 7 в твердом состоянии в виде гранул порошка, например смеси водорастворимых солей серной, соляной и других кислот (см. патент US - А - №4741324, 1988, столбец 3) с металлом (цинком, магнием и т.п.), размещен на дне полости первого отсека корпуса 2. Реагент 6 в жидком состоянии (вода) размещен в замкнутой емкости 5, находящейся во втором отсеке полости корпуса 2. Пользователь, прикладывая к участку 12 крышки 13 второго отсека внешнюю нагрузку Р, вызывает прогибание участка 12 крышки 13. В результате, прокалывающий элемент 11, взаимодействуя со стенкой замкнутой емкости 5, прокалывает ее и весь реагент 6 в жидком состоянии вытекает из разрушенной замкнутой емкости 5 в полость второго отсека. Далее под напором, создаваемым собственным весом, реагент 6 в жидком состоянии через отверстие или отверстия 9 (являющимися, по существу, дозаторами с гидравлическим сопротивлением) с соответствующим расходом поступает в первый отсек полости корпуса 2, где расположен реагент 7 в твердом состоянии. Таким образом, за счет дозированной гравитационной подачи реагента 6 в жидком состоянии в первый отсек полости корпуса 2 обеспечивается высокая воспроизводимость динамики смешения реагентов 6 и 7. При смешении реагентов 6 и 7 происходит экзотермическая химическая реакция, а образующаяся при ее протекании нагретая парогазовая смесь, пройдя через фильтрующий элемент 4 и очистившись от дисперсных частиц и вредных продуктов реакции, воздействует на упаковку 19. В результате происходит нагрев находящегося в упаковке 19 пищевого продукта до требуемой температуры.

Безусловным преимуществом использования термического модуля 1 для генерации парогазовой смеси совместно с внешним кожухом, особенно с теплоизолирующим кожухом 14, является более эффективное использование тепловой энергии, выделившейся в результате экзотермической химической реакции, вследствие уменьшения потерь тепла в окружающую среду. Предложенный термический модуль 1 может работать как в горизонтальном положении (фиг.1-3), так и в вертикальном положении при расположении второго отсека полости корпуса 2 вверху. Это обеспечивает расширение его технико-эксплуатационных возможностей.

Промышленная применимость предложенного термического модуля подтверждается возможностью изготовления его с использованием известных материалов и технологического оборудования.