УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОПТИЛЬНОГО ДЫМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к пищевой промышленности и может быть использована для производства мясной и рыбной продукции горячего и холодного копчения.
Известно устройство для получения коптильного дыма с использованием энергии ИК-излучения (Пат. РФ №2280367, опубл. 27.07.2006), содержащее корпус с размещенными в нем и параллельно соединенными генераторами ИК-излучения, расположенные над генераторами ИК-излучения отражатели, ванну для пиролиза с направляющими для перемещения. Изобретение обеспечивает повышение производительности и упрощение конструкции устройства. Данное устройство является наиболее близким и принято за прототип. Недостаток его заключается в следующем.
В устройстве в качестве ИК-генераторов использованы кварцевые галогенные лампы КГТ-220-1000-1 мощностью 1 кВт. Проведенные исследования описанного выше устройства показали, что подводимая от генераторов ИК-излучения и в результате экзотермической реакции пиролиза древесного топлива энергия расходуется на нагрев топлива, частично поглощается образующейся дымовоздушной смесью, затрачивается на испарение избыточно-добавленной влаги и влаги, содержащейся в топливе, а также на нагрев конструкции. Затраты энергии на нагрев конструкции устройства и дымовоздушной смеси являются непроизводительными потерями и значительно снижают энергоэффективность устройства. С помощью тепловизионной диагностики был установлен суммарный непроизводительный поток от внешних поверхностей устройства, он составлял около 52% количества подводимой энергии, что недопустимо много.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении энергоэффективности устройства.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом устройстве для получения коптильного дыма осуществлены следующие технические решения:
1. в качестве генераторов ИК-излучения использованы трубчатые электронагреватели (ТЭНы), способные работать в агрессивных парогазовых средах при высоких температурах;
2. для повышения КПД генераторов ИК-излучения отражатели выполнены в виде объемной фигуры, верхним основанием которой является прямоугольник, боковые стороны представляют собой трапеции;
3. внешний контур корпуса снабжен теплоизоляцией из каменной ваты;
4. система автоматизации для контроля и поддержания заданной температуры пиролиза построена на микропроцессорных контроллерах для малых систем автоматизации.
При использовании в качестве генераторов ИК-излучения трубчатых ТЭНов электропроводка практически полностью выведена из рабочего объема дымообразования, таким образом, снижается риск остановки процесса в результате ее обрыва.
С учетом затрат генерируемого излучения на нагрев отражателей отражатель старой конструкции обеспечивает подвод не более 33%, а модернизированный - до 50% подводимой к топливу энергии.
С целью уменьшения величины непроизводительного теплового потока, а также выравнивания температурного поля на поверхности устройства произведена его тепловая изоляция.
Суммарный тепловой поток от устройства составляет около 7% количества подводимой энергии (5 кВт), для сравнения аналогичное значение до модернизации составляло 52%. Предложенные меры по модернизации устройства, уменьшив непроизводительные тепловые потоки более чем в 7 раз, позволили значительно повысить энергоэффективность аппарата, путем перенаправления непроизводительных тепловых потоков от его внешнего контура в рабочий объем дымообразования. Максимальное значение температуры на доступных при эксплуатации поверхностях не превышает 45°С, что соответствует требованиям нормативной документации.
Решена задача разработки схемы автоматизации процесса дымогенерации с ИК-энергоподводом, обеспечивающей соблюдение энергосберегающих режимов эксплуатации при поддержании заданных параметров дымообразования. Экономия энергии достигается путем сокращения длительности непрерывной работы ТЭНа в течение рабочего цикла устройства, а также учета особенностей экзотермической реакции пиролиза топлива.
В основе аппаратно-программной системы лежат микропроцессорные контроллеры для малых систем автоматизации. Состав программно-аппаратного комплекса представлен на фиг.5.
Для программирования и настройки микропроцессорных контролеров предусмотрено их подключение к компьютеру IBM-PC. Подключение МВА производится посредством интерфейса RS-485 при помощи автоматического преобразователя интерфейса «ОВЕН АС4». Преобразователь автоматически определяет направление и преобразует сигналы интерфейсов USB и RS-485. Настройка и программирование МВА-8 производится в утилите «Конфигуратор МВА-8». Программирование ПЛК-100 осуществляется в специальной SCADA-системе 3S CODESYS. Программа состоит из двух блоков, первый на языке FBD, второй - на языке ST. Во втором блоке выбирается максимальная температура из трех значений, полученных с датчиков в топливной кассете. В первом блоке на основании максимальной температуры задается управляющее воздействие: включение/выключение ТЭНа, включение/выключение насосов.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5.
На фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2 - схематично изображен объемный отражатель, на фиг.3 - функциональная схема автоматизации устройства, на фиг.4 - спецификация схемы автоматизации, на фиг.5 - состав программно-аппаратного комплекса.
Предлагаемое устройство для генерации дыма содержит (фиг.1) корпус 1, в котором размещены ванны 2 для пиролиза и три ряда генераторов ИК-излучения 3 (по три штуки в каждом ряду), соединенных между собой параллельно токоведущими, изолирующими проводами. Над генераторами 3 расположен блок отражателей 4, служащих для отражения потока излучения вверх от генераторов 3. Отражатели 4 (фиг.2) выполнены в форме объемной фигуры, верхним основанием которой является прямоугольник, а боковые стороны представляют собой трапеции. Дополнительная излучающая поверхность 5 предназначена для генерации длинноволнового инфракрасного спектра излучения и предохранения отражателей 4 от загрязнений и расположена между генераторами 3 и отражателем 4. Ванны 2 для пиролиза размещены под генераторами 3. На фальш-дне (не показано) ванны 2 расположена зона для топлива, а под ним зона для воды. Направляющие (на фиг.1 не показаны) предназначены для перемещения ванны 2 для пиролиза в зону действия генераторов 3 ИК-излучения. Позицией 6 обозначен бак с водой и шкаф управления.
Устройство работает следующим образом. Топливо с заданной начальной влажностью помещают на фальш-дно ванны 2 для пиролиза в среднюю зону. После чего ванну 2 для пиролиза по направляющим перемещают в корпус 1. Ванна 2 для пиролиза со стороны загрузки имеет торцевую стенку большей площади, чем площадь поперечного сечения отверстия, через которое ванна выдвигается из корпуса, тем самым в момент закрытия, соприкасаясь этой торцевой стенкой с наружной стенкой корпуса 1, закрывается нерегулируемый доступ воздуха через отверстие загрузки. Далее оператор выбирает требуемый режим работы ИК-излучателей: последовательная работа трех уровней излучателей, параллельная работа двух уровней и затем третьего, или параллельная работа всех излучателей. После чего осуществляют подачу питания на устройство включением выключателя в шкафу управления. При этом производят подачу воды из бака 6 в зону, расположенную под фальш-дном ванн 2. Воду подают в бак 6 из магистрального трубопровода через фильтр грубой очистки без участия персонала. По истечении непродолжительного нагрева начинается собственно дымообразование. Вначале происходит разогрев топлива, причем за счет сочетания потока инфракрасного излучения с определенной влажностью топлива имеет место явление термовлагопроводности, в результате интенсифицируется разогрев внутренних слоев древесных опилок. Через определенный промежуток времени начинает происходить пиролиз верхних слоев топлива. По мере протекания пиролиза уменьшается влажность слоя топлива, изменяется распределение влаги в слоях и под влиянием градиента влажности происходит перемещение влаги из фальш-дна в нижние слои топлива. Процесс ведут до полного термического разложения топлива, затем удаляют остаток от термического разложения и цикл повторяют.
После включения оборудования и программно-аппаратной системы управление полностью происходит автоматически. Обслуживающий персонал осуществляет только перезарядку топливных кассетНиже в таблице представлено сравнение процессов дымообразования заявляемого устройства и прототипа, из чего следует, что заявляемое устройство обладает более высокой энергоэффективностью.
Продолжительность основных этапов цикла дымогенерации
Период нагрева, мин
Продолжительность стационарногодымообразования, мин
Продолжительность процесса, мин
прототип
80
160
240
заявляемое устройство
40
120
160
Таким образом, в результате применения данной полезной модели достигается возможность получения технического результата - повышение энергоэффективности устройства при сохранении его высокой производительности и канцерогенной безопасности вырабатываемой дымовоздушной смеси путем поддержания оптимальной температуры пиролиза древесного топлива.