УСТРОЙСТВО С НАГРЕВАТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ИНФРАКРАСНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Предполагаемая полезная модель относится к области электротермических процессов в пищевой промышленности и может быть использована для тепловой обработки или подогрева продуктов питания, приготовления мясных, рыбных, овощных блюд, выпечки кондитерских и хлебобулочных изделий в быту и на предприятиях общественного питания. Устройство предназначено для установки в электротермические установки и приборы камерного, конвейерного и подового типа.
Известно устройство для тепловой обработки пищевых продуктов /Патент РФ №2064286 A47J 37/00, 27.07.96/, содержащее корпус, установленные в нем верхний и нижний электронагреватели, причем верхний электронагреватель выполнен в виде светлых источников ИК-излучения, расположенное между электронагревателями приспособление для размещения продуктов, при этом рабочая зона каждого источника ИК-излучения закрыта экраном с окнами, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга, а мощность верхнего электронагревателя превышает мощность нижнего электронагревателя, выполненного в виде темного источника ИК-излучения, в 2-5 раз.
Известно устройство для приготовления пищевых продуктов с датчиком инфракрасного излучения /Патент РФ №2145403 F24C 7/00, Н05В 6/68 10.02.2000/ включающее в себя камеру для размещения пищевых продуктов, магнетрон для нагревания пищевых продуктов, размещенных в камере, поворотный столик для размещения на нем пищевых продуктов в камере, электродвигатель поворотного столика для привода поворотного столика, датчик инфракрасного излучения для регистрации инфракрасного излучения, идущего от пищевых продуктов, и блок управления для определения температуры пищевых продуктов. Блок управления приводит в действие магнетрон для нагревания пищевых продуктов до первой температуры в первом режиме, и затем приводит в действие магнетрон для нагревания пищевых продуктов до второй температуры, которая выше первой температуры, и для поддержания пищевых продуктов на второй температуре во втором режиме.
Известна многофункциональная трехъярусная печь с использованием современных электрофизических методов нагрева пищевых продуктов /Патент РФ №2649824 A47J 37/00, 04.04.2018/ состоящая из корпуса с изоляцией и трех камер: в верхней рабочей камере установлены верхние ИК-излучатели (четыре штуки КГТ-220-1000), вставленные в устройства для регулирования его положения, нижние ИК-излучатели (четыре штуки КГТ 220-1000), закреплены стационарно, пода или лотка, установленного в пазы, встроенные на боковых стенках рабочей камеры, для фиксации расстояния от излучателей продукта до объекта, регулятора режимов или регулятора напряжения подачи мощности; вторая камера предусматривает комбинированный нагрев ИК- СВЧ-, для этого сверху установлены ИК-излучатели по принципу верхней камеры, вдоль камеры, если в верхней камере и верхние, и нижние нагревательные элементы расположены поперек рабочей камеры, то в нижней камере вдоль поверху, внизу установлен магнетрон, дверцы обеих рабочих камер состоят из смотровых окон, выполненных из жаропрочного стекла для наблюдения за готовностью продукта, следующая (сверху вниз) камера предназначена для поддержания на определенном уровне температуры или подогрева мясных, мучных кулинарных изделий, пиццы, и далее печь включает встроенный шкаф для хранения хозяйственного инвентаря и сыпучих продуктов.
Ближайшим аналогом является ИК-печь камерного типа для тепловой обработки пищевых продуктов /Патент РФ №2304884 A23L 1/025, A47J 37/00, F24C 15/00, Н05В 6/00, 27.08.07/, состоящая из корпуса с изоляцией, рабочей камеры, смотрового окна из жаропрочного стекла для наблюдения за готовностью продукта, верхних ИК-излучателей, установленных в устройстве для регулирования его положения, нижних ИК-излучателей, установленных стационарно, пода, установленного в пазы, встроенные на боковых стенках рабочей камеры, для фиксации расстояния от излучателей продукта до объекта, регулятора режимов или регулятора напряжения подачи мощности. На панели печи предусмотрен таймер времени.
Недостатком данных устройств для приготовления продуктов питания с использованием инфракрасных нагревательных элементов является то, что с их помощью сложно обеспечить равномерное воздействие инфракрасного излучения на всю поверхность приготовляемого продукта и не возможно изменить площадь воздействия инфракрасного излучения, при изменении геометрических размеров приготовляемого продукта. Известно, что глубина проникновения в различные продукты питания различна, инфракрасное излучение с меньшей длиной волны обеспечивает приготовление и/или разогрев продукта изнутри, инфракрасное излучение с большей длиной волны обеспечивает приготовление и/или разогрев наружных слоем продукта. Если данные устройства могут обеспечить последовательное воздействие инфракрасного излучения на приготовляемый продукт разных длин волн, то одновременное равномерное воздействие инфракрасным излучением с различными длинами волн данными устройствами не возможно. Соответственно не возможно за счет одновременного равномерного воздействия инфракрасного излучения с различными длинами волн добиться равномерного приготовления и/или прогревания продукта по всему его объему.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание не дорогого в изготовлении устройства с нагревательными элементами инфракрасного действия для приготовления или разогрева различных продуктов питания, с помощью которого можно будет обеспечить равномерное воздействие инфракрасного излучения на всю поверхность приготовляемого продукта и обеспечить изменение площади воздействия инфракрасного излучения, при изменении геометрических размеров приготовляемого продукта. За счет одновременного равномерного воздействия инфракрасного излучения с различными длинами волн добиться равномерного приготовления и/или разогрева продукта по всему его объему, тем самым уменьшая время приготовления с увеличением качества приготовления.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство с нагревательными элементами инфракрасного действия для приготовления различных продуктов питания, содержащее раму каркас, с установленным в нем основной нагревательный элемент инфракрасного действия, расположенный параллельно поверхности (столика), на котором расположен приготавливаемый продукт, дополнительно с помощью поворотного шарнирного устройства с фиксатором, через шток с П-образным держателем прикреплены два нагревательных элемента инфракрасного действия, направленные под углом в сторону приготовляемого продукта, размер этих нагревательных элементов зависит от удаленности поверхности, где размещен приготовляемый продукт и от диапазона габаритных размеров или от изменения количества приготовляемых продуктов, а угол наклона регулируется поворотным шарнирным устройством и зависит от выбранного диапазона габаритных размеров или от диапазона количества приготовляемых продуктов, причем все нагревательные элементы изготовлены на стеклокерамической подложке (или любой другой подложке, обладающей анизотропными свойствами) с параллельным размещением на ней в виде пасты резистивных нагревательных слоев с общей контактной группой и с индивидуальными контактными группами, через которые нагревательные слои подключены к напряжению питания.
3
3
Паста для резистивных нагревательных слоев является проводниковым элементом и изготовлена на основе ультрадисперсных порошков борида никеля (NiB), борида хрома (CrB) и стекла в органическом связующем на основе ланолина марки ПРН 1.7. в соотношении: 60 мас. % - NiB; 10 мас. % - CrB; 30 мас. % - стекло марки С52-1, для корректировки свойств пасты в ее состав в процессе приготовления введены добавки: Si, Mo, ZnO.
3
3
Паста для общей контактной группы и индивидуальных контактных групп является проводниковым элементом и изготовлена на основе ультрадисперсного порошка борида никеля (NiB) и стекла в органическом связующем на основе ланолина марки ПРН 1.7. в соотношении: 90 мас. % - NiB; 10 мас. % - стекло марки С52-1.
Для изменения площади воздействия инфракрасного излучения нагревательные слои могут быть подключены как раздельно, так и совместно.
Для изменения диапазона длин волн величина питающего напряжения может быть установлена в соответствие с температурой, которая обеспечивает необходимый диапазон излучающей частоты.
Для внешнего управления изменения угла наклона дополнительных нагревательных элементов, шток изготовлен в виде трех параллельных металлических полос, причем средняя полоса имеет меньший коэффициент линейного расширения по сравнению с двумя крайними полосами, на которые прикреплены дополнительные нагревательные элементы.
Общий вид устройства показан на Фиг. 1,
где 1 - рама-каркас, 2 - основной нагревательный элемент инфракрасного действия, 3 - поворотное шарнирное устройство, 4 - фиксатор, 5 - шток, 6 - П-образный держатель, 7 - дополнительный нагревательный элемент инфракрасного действия.
Общий вид нагревательных элементов инфракрасного действия показан на Фиг. 2,
Где 8 - стеклокерамическая подложка, 9, 10, 11, 12, 13, 14 - резистивные нагревательные слои, 15 - общая контактная группа, 16, 17, 18, 19, 20 21 - индивидуальные контактные группы.
Общий вид штока с автоматическим изменением угла наклона показан на Фиг. З. (позиционные обозначения элементов совпадают или являются продолжением позиционных обозначений, приведенных на Фиг. 1), где 3 - поворотное шарнирное устройство, 6 - П-образный держатель, 22 - металлическая полоса с низким коэффициентом линейного расширения, 23, 24 - металлическая полоса с высоким коэффициентом линейного расширения, 25 - дополнительный нагревательный элемент.
Принцип работы устройства показан на Фиг. 4:
Нагревательные элементы инфракрасного действия 7 на раму-каркас 1 прикреплены с помощью поворотного шарнирного устройства 3 и фиксатора 4, через шток 5 с П-образным держателем 6 и направлены под углом в сторону приготовляемого продукта, размер этих нагревательных элементов зависит от удаленности поверхности, где размещен приготовляемый продукт и от диапазона габаритных размеров или от изменения количества приготовляемых продуктов. Угол наклона дополнительных нагревательных элементов инфракрасного действия 7 регулируется поворотным шарнирным устройством 3 с фиксатором 4 и зависит от выбранного диапазона габаритных размеров или от диапазона количества приготовляемых продуктов, причем все нагревательные элементы изготовлены на стеклокерамической подложке (или любой другой подложке обладающей анизотропными свойствами) с параллельным размещением на ней в виде пасты резистивных нагревательных слоев с общей контактной группой и с индивидуальными контактными группами, через которые нагревательные слои подключены к напряжению питания.
3
3
3
3
Сначала изготавливают нагревательный элемент. На стеклокерамическую подложку 8 (например, стеклокерамика фирмы Robax или любая стеклокерамика, применяемая для варочных поверхностей) наносят резистивные нагревательные слои (9, 10, 11, 12, 13, 14) из резистивной пасты, в которой проводниковым элементом является паста изготовленная на основе ультрадисперсных порошков борида никеля (NiB), борида хрома (CrB) и стекла в органическом связующем на основе ланолина марки ПРН 1.7. Паста готовится в соотношении: 60 мас. % - NiB; 10 мас. % - CrB; 30 мас. % - стекло марки С52-1, для корректировки свойств пасты в ее состав в процессе приготовления вводят добавки: Si, Mo, ZnO. Резистивную пасту наносят в 2 слоя, каждый слой подвергают сушке при температуре 250-300°С в течение 15-20 мин., после этого оба слоя одновременно вжигаются в конвейерной печи при температуре 780-800°С в течение 35-40 мин. Затем аналогичным способом наносят общую контактную группу (8) и индивидуальные контактные группы (16, 17, 18, 19, 20, 21) проводниковой пастой, изготовленной на основе ультрадисперсного порошка борида никеля (NiB) и стекла в органическом связующем на основе ланолина марки ПРН 1.7. в соотношении: 90 мас. % - NiB; 10 мас. % - стекло марки С52-1. Проводниковую пасту наносят в 2 слоя, каждый слой подвергают сушке при температуре 250-300°С в течение 15-20 мин., после этого оба слоя одновременно вжигаются в конвейерной печи при температуре 770-780°С в течение 45-50 мин.
Токоподводящие провода к общей контактной группе и индивидуальным контактным группам крепятся или механическим путем, или с помощью аналогичной проводниковой пасты, подвергая соединение сушке при температуре 250-300°С в течение 15-20 мин. и вжиганию в конвейерной печи при температуре 770-780°С в течение 45-50 мин.
Шток изготовлен в виде трех параллельных металлических полос 22,23 и 24, причем средняя полоса (22) имеет меньший коэффициент линейного расширения (например, сплав инвар) по сравнению с двумя крайними полосами (23,24), которые изготавливаются из материала с высоким коэффициентом линейного расширения (например, сплав ковар). На одной полосе, в зависимости в какую сторону необходимо изменять угол наклона, крепится нагревательный элемент (25), подавая напряжение на этот нагревательный элемент, будет образовываться градиент температуры между крайними полосами, что будет обеспечивать наклон дополнительных нагревательных элементов. Величина градиента температур будет определять угол наклона, чем выше градиент температуры, тем больше угол наклона.
Устройство работает следующим образом:
Если основной нагревательный элемент инфракрасного действия представить в виде отрезка АВ (Фиг. 4), то при его равномерном нагреве он будет излучать перпендикулярно своей поверхности равномерное инфракрасное излучение на поверхность, которая расположена напротив него и которое располагается параллельно с ним. Обозначим участок равномерного инфракрасного излучения отрезком CD, фактически, в нашем случае, этот отрезок является поверхностью приготавливаемого продукта. Фигура ABCD является прямоугольником, так как все углы этой фигуры равны 90°, основной поток инфракрасного излучения всегда излучается перпендикулярно излучающей поверхности, рассеянный инфракрасный поток излучения вне этой области теряет свою интенсивность пропорционально косинуса угла от нормали к поверхности излучения. Для того, чтобы обеспечить равномерное воздействие другим потоком инфракрасного излучения от дополнительных нагревательных элементов инфракрасного действия, дополнительные нагревательные элементы обозначим отрезками EF и HG, углы CEF, EFD, CHG, HGD должны быть равны 90°, этими параметрами определяется угол наклона дополнительных нагревательных элементов к основному нагревательному элементу, а расстояние между основным нагревательным элементом и поверхностью равномерного инфракрасного излучения определяется площадью излучения с дополнительных нагревательных элемент. Изменяя угол наклона и меняя количество подключенных нагревательных слоем, возможно, менять равномерное воздействие на приготавливаемый продукт различной высоты.
При изменении площади приготовляемого продукта или количества приготовляемых продуктов подключается разное количество нагревательных слоев. Например, если центр приготавливаемого продукта расположен в точке О, то (см. Фиг. 4) напряжение подается через индивидуальные контактные группы 16 и 17 на нагревательные слои 9 и 10, при увеличении площади через контактные группы 18, 19 на нагревательные слои 11, 12 и т.д.
В дополнительных нагревательных элементах аналогичным образом от точек Q и R подключаются нагревательные слои. Напряжение на нагревательных слоях определяется кулинарными рецептами на конкретный вид и тип приготовляемого продукта.
Если данная конструкция применяется при конвейерном приготовлении продуктов различного назначения, то (см. Фиг. 1) шток 5 с фиксатором 4 следует изготавливать с автоматическим изменением угла наклона.
Принцип работы штока 5 с управляемым изменением угла наклона основан на механическом воздействии друг на друга материалов с различными коэффициентами линейного расширения, аналогично работе биметаллических регуляторов. В данном случае, из-за того, что в зависимости от кулинарных рецептов температура в области устройства может меняться по различным законам,
Предлагаемое устройство с нагревательными элементами инфракрасного действия будет обеспечивать равномерное приготовление различных продуктов питания, будет являться экономичным, так как сократит время приготовления и увеличит качество тепловой обработки или подогрева продуктов питания, приготовления мясных, рыбных, овощных блюд, выпечки кондитерских и хлебобулочных изделий в быту и на предприятиях общественного питания.