контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов

Формула изобретения

Контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов, содержащий выполненный из гибкого, пористого нетканого материала контейнер с двумя одинаковыми и расположенными напротив друг друга теплопередающими стенками, а также с замкнутой полостью для инициируемого водой экзотермического состава, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кожух из газоводонепроницаемого материала, упомянутый выше контейнер снабжен чехлом из газоводопроницаемой стеклоткани и размещен в полости кожуха, при этом замкнутая полость контейнера заполнена инициируемым водой экзотермическим составом в виде однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,5-6,0 вес.ч. окиси кальция, а кожух выполнен с двумя теплоотдающими поверхностями, расположенными с противоположных сторон кожуха, и с входным отверстием, закрываемым после налива воды в полость кожуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к устройствам для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением теплом, выделяемым при экзотермической химической реакции.

Из достигнутого уровня техники известен контактный нагреватель пищевых продуктов, который содержит гибкий контейнер, включающий один отсек с реагентом в жидком состоянии и несколько одинаковых отсеков с реагентом в твердом состоянии, при этом полость каждого отсека с реагентом в твердом состоянии отделена от отсека с реагентом в жидком состоянии посредством соответствующего затвора, разрушаемого вручную при инициировании экзотермической химической реакции (см. патент US-А №5035230, 1991).

Основной недостаток известного контактного нагревателя заключается в том, что он неудобен при использовании, поскольку с увеличением площади нагреваемой поверхности пропорционально увеличивается число разрушаемых вручную затворов. Кроме того, при транспортировке и хранении известного контактного нагревателя необходимо принимать меры предосторожности, поскольку используемые разрушаемые затворы в виде нитевидных перетяжек с развязывающимся узлом характеризуются низкой надежностью.

Известен также контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов, взятый в качестве прототипа и содержащий выполненный из гибкого пористого нетканого материала контейнер с двумя одинаковыми и расположенными напротив друг друга теплопередающими стенками, а также с замкнутой полостью с расположенным в ней спеченным в виде пластины реагентом в твердом состоянии, при этом контейнер размещен в поддоне, заполняемом водой при инициировании экзотермической химической реакции между реагентом в твердом состоянии и водой (см. патент US-А №5355869, 1994).

Прототип имеет следующие недостатки:

- низкую эффективность использования тепла, выделившегося в результате экзотермической химической реакции между магнием и водой в присутствии железа, так как тепловой контакт с контактным нагревателем может осуществляться только с одной стороны;

- неудобство при использовании вследствие выделения водорода при протекании упомянутой выше экзотермической химической реакции;

- невозможность расположения контактного нагревателя в вертикальном положении.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению эффективности использования тепла, выделившегося в результате экзотермической химической реакции, за счет обеспечения возможности теплового контакта упакованных пищевых продуктов с двумя противоположными сторонами контактного нагревателя, находящегося как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, при одновременном повышении безопасности при его использовании и обеспечении длительности выделения тепловой энергии 8-10 мин.

Поставленная задача решена тем, что контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов, содержащий выполненный из гибкого пористого нетканого материала контейнер с двумя одинаковыми и расположенными напротив друг друга теплопередающими стенками, а также с замкнутой полостью для инициируемого водой экзотермического состава, согласно изобретению дополнительно содержит кожух из газоводонепроницаемого материала, упомянутый выше контейнер снабжен чехлом из газоводопроницаемой стеклоткани и размещен в полости кожуха, при этом замкнутая полость контейнера заполнена инициируемым водой экзотермическим составом в виде однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,5-6,0 вес. частей окиси кальция, а кожух выполнен с двумя теплоотдающими поверхностями, расположенными с противоположных сторон кожуха, и с входным отверстием, закрываемым после налива воды в полость кожуха.

Преимущество предложенного контактного нагревателя упакованных пищевых продуктов перед прототипом заключается в том, что размещение контейнера, снабженного чехлом из газоводопроницаемой стеклоткани, в полости дополнительно введенного кожуха из газоводонепроницаемого материала с двумя теплоотдающими поверхностями, расположенными с противоположных его сторон, и с входным отверстием, закрываемым после налива воды в полость кожуха, обеспечивает повышение эффективности использования тепла, выделившегося в результате экзотермической химической реакции, так как за счет возможности размещения нагреваемых упакованных пищевых продуктов с двух противоположных сторон расположенного как горизонтально, так и вертикально контактного нагревателя приводит к снижению потерь тепловой энергии в окружающую среду.

Использование в качестве инициируемого водой экзотермического состава однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем (иными словами силикагеля, из которого удалена адсорбированная на поверхности его зерен вода) позволило не только повысить безопасность при использовании контактного нагревателя (избежать выделения водорода), но и увеличить время выделения тепловой энергии более чем в два раза по сравнению с теми же показателями, полученными при использовании одной окиси кальция. Как показали эксперименты, реакция между окисью кальция и водой длится не более трех минут, при этом чем больше избыточной воды (по сравнению с тем количеством, которое требуется в соответствии с реакцией), тем быстрее происходит срыв реакционного процесса.

Остальные преимущества предложенного контактного нагревателя упакованных пищевых продуктов будут рассмотрены в следующих разделах описания изобретения.

На фиг.1 изображен контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов, общий вид, ступенчатый разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху фиг.1, ступенчатый разрез; на фиг.3 схематично показано использование контактных нагревателей для нагрева одной упаковки с пищевым продуктом; на фиг.4 и 5 - то же, но для нагрева нескольких упаковок с пищевыми продуктами.

Контактный нагреватель 1 упакованных пищевых продуктов содержит контейнер 2 (фиг.1 и 2) с двумя одинаковыми и расположенными напротив друг друга теплопередающими стенками 3 и 4, а также с замкнутой полостью, которая заполнена инициируемым водой экзотермическим составом 5, а именно однородной смесью окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,5-6,0 вес. частей окиси кальция. В качестве безводного силикагеля (иными словами силикагеля, из которого удалена адсорбированная на поверхности его зерен вода, например, путем нагревания до 150-200°С) может быть использован силикагель технический (ГОСТ 3956-76) марки МСКМ с размерами зерен от 1,0 до 3,0 мм, а также марки КСКГ, КСМГ с размером зерен от 2,8 до 5,0 мм. Контейнер 2 выполнен из гибкого пористого нетканого материала, предпочтительно полимерного, например полипропилена, и имеет форму плоского пакета, мешка, параллелепипеда, высота боковых стенок которого, по крайней мере, на порядок меньше других его размеров, и т.п. В предложенном контактном нагревателе 1 не предъявляется каких-либо жестких требований к термостойкости материала, из которого изготовлен контейнер 2. Однако используемый для изготовления контейнера 2 нетканый материал должен, с одной стороны, обеспечить целостность контейнера 2 при транспортировке и хранении контактного нагревателя 1, а с другой стороны, обеспечить хорошую газоводопроницаемость.

Контейнер 2 снабжен чехлом 6 из газоводопроницаемого теплостойкого материала - стеклоткани. Чехол 6 изготавливается из плоской или трубчатой заготовки из стеклоткани путем либо завертывания контейнера 2 в плоскую заготовку из стеклоткани с последующим закреплением края заготовки; либо надевания трубчатой заготовки из стеклоткани на контейнер 2 с последующим загибом обоих краев заготовки и закрепления их с помощью любых из числа известных средств. На фиг.1 и 2 загнутый верхний край трубчатой заготовки из стеклоткани обозначен позицией 7.

Кроме того, контактный нагреватель 1 упакованных пищевых продуктов содержит кожух 8 из газоводонепроницаемого материала, например алюминиевой фольги (фиг.1, 2), пропитанной стеклоткани и т.п. В предпочтительном варианте осуществления изобретения кожух 8 имеет такую же форму, что и контейнер 2, при этом внешние поверхности противоположных стенок 9 и 10 кожуха 8 являются соответственно теплоотдающими поверхностями 11 и 12 контактного нагревателя 1. Снабженный чехлом 6 контейнер 2 размещен с зазором (предпочтительно 1,0-1,5 мм) в полости кожуха 8, который выполнен с входным отверстием 13, закрываемым после налива воды в полость кожуха 8, например, путем сжатия (сплющивания) в результате приложения механической нагрузки Р (фиг.2) входного отверстия 13 с последующим загибом в одну и ту же сторону на 180° прилегающих к отверстию 13 участков стенок 9 и 10 из алюминиевой фольги по линии сгиба 14, показанной на фиг.1 штриховой линией. Каждая теплоотдающая поверхность 11 и 12 контактного нагревателя имеет площадь, которая соответствует либо площади нагреваемого каждым контактным нагревателем 1 участка поверхности упаковки 15 с пищевым продуктом (фиг.3), либо суммарной площади нагреваемых каждым контактным нагревателем 1 участков поверхностей нескольких упаковок 15', 15'' и 15''' с пищевыми продуктами (фиг.4). На фиг.5 теплоизолирующий корпус и крышка обозначены соответственно позициями 16 и 17. Контейнер 1 может быть выполнен с полостью, разделенной, по крайней мере, на два отсека (путем, например, формирования термошва), при этом смесь окиси кальция с безводным силикагелем распределена между отсеками пропорционально их объемам. Следствием вышесказанного является лучшая сохраняемость формы наполненного однородной смесью окиси кальция с безводным силикагелем контейнера 2 при транспортировке, хранении и использовании контактного нагревателя 1.

Контактный нагреватель 1 упакованных пищевых продуктов используется следующим образом. В исходном состоянии предназначенный для нагрева пищевой продукт находится в упаковке 15, а инициируемый водой экзотермический состав 5 (смесь окиси кальция с безводным силикагелем) находится в контейнере 2, который снабжен чехлом 6 и размещен в полости кожуха 8, внешние поверхности противоположных стенок 9 и 10 которого являются соответственно теплоотдающими поверхностями 11 и 12 контактного нагревателя 1. Инициирование экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой осуществляется путем налива определенного экспериментально объема воды в полость кожуха 8 через входное отверстие 13. Для осуществления этой операции может быть, например, использована мерная емкость, прилагаемая к контактному нагревателю 1 аналогично тому, как описано в прототипе (см. позицию 21 на фиг.1 патента US-А №5355869, 1994). После налива соответствующего количества воды в полость кожуха 8 входное отверстие 13 закрывается. В случае выполнения кожуха 8 из фольги, предпочтительно алюминиевой, затвор формируется, например, путем сжатия (сплющивания) входного отверстия 13 (при приложении к его стенкам механического усилия Р) с последующим загибом в одну и ту же сторону на 180° прилегающих к отверстию 13 участков противоположных стенок 9 и 10 кожуха 8 по линии сгиба 14 (фиг. 1 и 2). В случае выполнения кожуха 8 из материалов, остаточная деформация которых не достаточна для хорошей изоляции полости кожуха 8 от окружающей среды (например, пропитанной стеклоткани), отверстие 13 может быть закрыто либо с помощью пружинных зажимов, либо с помощью язычков (лепестков), предварительно сформированных, предпочтительно, за одно целое с кожухом 8 и имеющих липкое покрытие.

После этого контактный нагреватель 1 используется для нагрева одного или нескольких упакованных пищевых продуктов. Нагрев упакованного пищевого продукта или нескольких упакованных пищевых продуктов может быть осуществлен с помощью одного или двух одинаковых контактных нагревателей 1. В первом случае упаковка 15 с пищевым продуктом (фиг.3) или упаковки 15', 15'' и 15''' с пищевыми продуктами (фиг.4) соответственно размещается или размещаются на одной из теплоотдающих поверхностей, например 11, контактного нагревателя 1. Во втором случае упаковка 15 с пищевым продуктом (фиг.3) или упаковки 15', 15'' и 15''' с пищевыми продуктами (фиг.4) соответственно размещается или размещаются между двумя одинаковыми контактными нагревателями 1 (на фиг.3 и 4 второй контактный нагреватель 1 показан штриховой линией). Предложенный контактный нагреватель 1 может быть использован для одновременного нагрева нескольких упаковок с пищевым продуктом путем размещения в чередующейся последовательности и вплотную друг к другу вертикально расположенных одинаковых контактных нагревателей 1 и также расположенных вертикально одинаковых упаковок 15 с пищевым продуктом в общем теплоизолирующем корпусе 16, предпочтительно с крышкой 17 (фиг.5). Здесь необходимо отметить, что в отличие от используемого в прототипе горизонтального расположения контактных нагревателей и упаковок с пищевым продуктом, во-первых, отпадает необходимость в использовании перегородок внутри теплоизолирующего корпуса, а во-вторых, повышается эффективность использования тепла, генерируемого контактными нагревателями 1, расположенными между упаковками 15 с пищевым продуктом.

Контактный нагреватель 1 упакованных пищевых продуктов функционирует следующим образом. Вода, поступающая в полость кожуха 8, проходит сначала через поры в чехле 6, далее через поры в стенках 3 и 4 контейнера 2, а затем поступает в замкнутую полость контейнера 2, заполненную однородной смесью окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,5-6,0 вес. частей окиси кальция. Вследствие однородности смеси окись кальция и безводный силикагель одновременно вступают в контакт с водой, поступающей в замкнутую полость контейнера 2. В результате одновременно с экзотермической химической реакцией между окисью кальция и водой происходит интенсивный процесс сорбции воды безводным силикагелем, а следовательно, обеспечивается распределение избыточной (с точки зрения обеспечения на начальной стадии протекания экзотермической химической реакции требуемого количества производимого тепла) воды в связанном состоянии по всему объему замкнутой полости контейнера 2. Таким образом, использование в качестве инициируемого водой экзотермического состава однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем обеспечивает снижение темпа протекания экзотермической химической реакции на ее начальной стадии за счет аккумулирования равномерно распределенным по всему объему замкнутой полости контейнера 2 безводным силикагелем избыточного количества воды, поступающей в полость контейнера 2. Это во-первых. Во-вторых, связанное с протеканием экзотермической химической реакции увеличение температуры в полости контейнера 2 (реакционной зоне) приводит к тому, что начинается обратный процесс - десорбции аккумулированной в силикагеле воды, обеспечивающий дальнейшее протекание экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой одновременно во всей замкнутой полости контейнера 2. Следствием вышесказанного является увеличение до 8-10 мин длительности выделения тепловой энергии. Иными словами, более чем в два раза по сравнению с тем же показателем, полученным при отсутствии безводного силикагеля. Тепло, выделяющееся в результате протекания экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой, сначала через теплопередающие стенки 3 и 4 контейнера 2, а затем через пропитанный водой материал (стеклоткань) чехла 6 передается соответственно стенкам 10 и 9 кожуха 8. При этом наличие чехла 6 из стеклоткани обеспечивает, во-первых, хорошую теплопроводность (за счет заполненных водой достаточно больших пор в стеклоткани); во-вторых, нагрев стенок 9 и 10 кожуха 8 до температуры (порядка 105-120°С), не вызывающей нарушения целостности упаковки 15 с пищевым продуктом при температуре в реакционной зоне (полости контейнера 2), превышающей 200°С. Кроме того, наличие чехла 6 из стеклоткани исключает возможность возникновения локальных перегревов стенок 9 и 10 кожуха 8 при нарушении целостности стенок 3 и 4 контейнера 2 в процессе протекания экзотермической химической реакции. Далее тепло от контактирующей с упаковкой 15 (или упаковками 15', 15'' и 15''') теплоотдающей поверхности 11 (12) через материал упомянутой выше упаковки передается находящемуся в ней пищевому продукту.

Количество окиси кальция выбирается, во-первых, исходя из того количества тепла, которое теоретически необходимо для нагрева заданного количества пищевого продукта до требуемой температуры, а во-вторых, с учетом неизбежных тепловых потерь в окружающую среду, величина которых зависит от конкретных условий, при которых осуществляется нагрев пищевого продукта, а именно использования средств, уменьшающих теплообмен с окружающей средой.

Что касается содержания безводного силикагеля в смеси, заполняющей полость контейнера 2, то выбор верхнего предела содержания безводного силикагеля (в количестве 1 части на 3,5 вес. частей окиси кальция) обусловлен тем, что при большем содержании безводного силикагеля максимально достигаемая температура теплоотдающих поверхностей 11 и 12 контактного нагревателя 1 становится меньше 100°С. Нижний предел содержания безводного силикагеля (в количестве 1 части на 6,0 вес. частей окиси кальция) обусловлен тем, что максимально достигаемая температура теплоотдающих поверхностей 11 и 12 контактного нагревателя 1 составляет 125-130°С, а при дальнейшем уменьшении содержания безводного силикагеля быстро возрастает до величины, вызывающей нарушение целостности упаковок с пищевыми продуктами. Здесь необходимо отметить, что размер зерен безводного силикагеля (как было установлено) влияет на величину парообразования при осуществлении экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой. При этом с увеличением размеров зерен (например, при использовании технического силикагеля марок КСКГ и КСМГ) количество водяного пара существенно уменьшается.

Для нормального функционирования предложенного контактного нагревателя 1 упакованных пищевых продуктов необходимо использовать количество воды, которое существенно превышает то количество воды, которое теоретически необходимо для осуществления реакции между находящимися в замкнутой полости контейнера 2 окисью кальция и водой, поскольку значительное количество воды находится в порах материала чехла 6. В соответствии с вышесказанным конкретное количество воды, наливаемое через отверстие 13, зависит не только от количества используемого в данном контактном нагревателе 1 окиси кальция, но и от конструктивных особенностей самого контактного нагревателя 1. Поэтому конкретное количество воды, необходимое для нормальной работы конкретного контактного нагревателя 1, определяется заранее экспериментально. Так для нагрева упакованного пищевого продукта массой 210 г использовался контактный нагреватель 1, в замкнутой полости которого находилась однородная смесь 50 г окиси кальция с 10 г безводного силикагеля марки МСКМ. Инициирование экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой осуществлялось путем налива через отверстие 13 85 г воды. После закрывания входного отверстия 13 контактный нагреватель 1 и расположенная вплотную к одной из его теплоотдающих поверхностей упаковка с пищевым продуктом помещались в картонную коробку соответствующего размера. Через 10 мин коробку открыли, при этом температура теплоотдающих поверхностей контактного нагревателя составляла соответственно 104°С, 105°С, температура двух противоположных сторон упаковки с пищевым продуктом составляла соответственно 96°С и 100°С, а после перемешивания содержимого упаковки (без ее вскрытия) температура тех же поверхностей упаковки практически выравнилась и была равна соответственно 74°С и 75°С.

Промышленная применимость изобретения подтверждается приведенным выше примером, а также возможностью его реализации при использовании широко известных в пищевой промышленности технологического оборудования и материалов.