УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА ПЕРЕД ЕГО УПОТРЕБЛЕНИЕМ
DEVICE FOR FOOD PRODUCT HEATING BEFORE USE

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 известно устройство для нагрева пищевого продукта перед его употреблением, содержащее цилиндрический корпус, вместилище для нагреваемых пищевых продуктов, выполненное в виде цилиндрического стакана, при этом стакан размещен соосно в полости корпуса заподлицо с верхним краем боковой стенки корпуса и соединен с ней посредством кольцевого элемента, а в полости между корпусом и стаканом размещены реагент в твердом состоянии и находящийся в замкнутой камере из эластичного материала реагент в жидком состоянии (см. заявку WO - А1 - №03660, 1993).
В этом устройстве благодаря размещению вместилища для пищевых продуктов в полости корпуса (иными словами, в полости реакционной камеры) обеспечивается нагрев пищевых продуктов, находящихся в тепловом контакте с боковой стенкой и дном стакана, как за счет теплопередачи через боковую стенку стакана, так и за счет теплопередачи через дно стакана, В результате обеспечивается быстрый нагрев пищевых продуктов, а также повышается эффективность использования тепла, выделившегося в результате экзотермической химической реакции между реагентами в твердом и жидком состояниях.
Однако это устройство имеет существенные недостатки, а именно сложную конструкцию, а следовательно, высокую стоимость, а также большие габариты. Кроме того, при транспортировке и хранении этого устройства необходимо принимать меры по обеспечению целостности замкнутой камеры из эластичного материала с реагентом в жидком состоянии, поскольку при ее разрушении устройство становится не пригодным для дальнейшего использования.
Известные из уровня техники технические решения (см. патенты US - A - №3512516, 1970; US - A - №5220909, 1993), направленные на обеспечение уменьшения габаритов устройства для нагрева пищевого продукта перед его употреблением путем использования одностороннего нагрева пищевых продуктов, не позволяют достичь тех же показателей ни по скорости нагрева пищевых продуктов, ни по эффективности использования тепловой энергии, выделившейся в результате экзотермической химической реакции, которые могут быть получены в описанном выше устройстве, которое обеспечивает нагрев пищевых продуктов как снизу, так и с боков.
Известно также устройство для нагрева пищевого продукта перед его употреблением, взятое в качестве прототипа и содержащее корпус в виде поддона, в котором размещен контейнер с двумя расположенными напротив друг друга стенками из пористого материала, которые соединены по краям между собой с образованием полости для размещения в ней спеченного в форме пластины реагента в твердом состоянии, при этом поддон снабжен патрубком для подачи в его полость реагента в жидком состоянии - воду (см. патент US - А - №5355669, 1994, фиг.9).
Безусловным преимуществом прототипа перед описанными выше устройствами является отсутствие в нем замкнутой камеры из эластичного материала с реагентом в жидком состоянии. В результате отпадает необходимость в использовании специальных мер при транспортировке и хранении устройства, известного из прототипа.
Однако прототип имеет следующие недостатки:
- низкую скорость нагрева пищевого продукта теплом, выделившимся в результате экзотермической химической реакции между магнием и водой в присутствии железа, так как нагреваемые пищевые продукты находятся только с одной стороны в тепловом контакте с устройством для нагрева;
- неудобство при использовании вследствие выделения водорода при протекании упомянутой выше экзотермической химической реакции, а также непосредственного контакта упаковки пищевых продуктов с продуктами экзотермической химической реакции.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению одновременного двухстороннего нагрева пищевых продуктов при одновременном исключении контакта их с продуктами экзотермической химической реакции, протекающей без выделения водорода. Таким образом, достигаемый технический результат заключается в повышении скорости нагрева пищевых продуктов при одновременном повышении удобства пользования устройством.
Поставленная задача решена тем, что устройство для нагрева пищевого продукта перед его употреблением, содержащее корпус из газоводонепроницаемого материала, первый контейнер с двумя расположенными напротив друг друга стенками из газоводопроницаемого материала, которые по краям соединены между собой с образованием замкнутой полости для реагента в твердом состоянии, и патрубок для подачи реагента в жидком состоянии, согласно изобретению дополнительно содержит второй контейнер, причем оба контейнера выполнены одинаковыми, корпус выполнен в виде двух одинаковых плоских емкостей, в каждой из которых размещен соответствующий ей и упомянутый выше контейнер, патрубок сопряжен со стенками плоских емкостей корпуса с обеспечением подачи реагента в жидком состоянии одновременно в полости обеих плоских емкостей, при этом расположенные напротив друг друга и контактирующие с нагреваемым пищевым продуктом стенки плоских емкостей имеют длину, которая больше продольного размера каждого контейнера, и сопряжены между собой с образованием ребра, делящего отверстие в патрубке пополам, а замкнутая полость каждого контейнера заполнена реагентом в твердом состоянии в виде однородной смеси оксида кальция с безводным силикагелем при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,0-6,0 вес. частей оксида кальция.
Кроме того, поставленная задача решена тем, что
- каждая стенка каждого контейнера выполнена двухслойной с внешним слоем из газоводопроницаемой стеклоткани и внутренним слоем - из полимерного пористого нетканного материала;
- соединение стенок контейнеров между собой и слоев в каждой стенке между собой выполнено в виде общего термошва;
- стенки плоских емкостей, расположенные напротив друг друга и контактирующие с нагреваемым пищевым продуктом имеют длину, которая не менее чем на половину толщины нагреваемого пищевого продукта больше продольного размера каждого контейнера;
- корпус выполнен из гибкого материала;
- по крайней мере, стенки плоских емкостей, расположенные напротив друг друга и контактирующие с нагреваемым пищевым продуктом, выполнены из материала с высокой теплопроводностью;
- в качестве материала с высокой теплопроводностью используется металлическая фольга.
Преимущество предложенного устройства для нагрева пищевого продукта перед его употреблением по сравнению с прототипом заключается в том, что выполнение корпуса в виде двух одинаковых плоских емкостей, в каждой из которых размещен соответствующий ей контейнер с реагентом в твердом состоянии, сопряжение патрубка со стенками плоских емкостей корпуса с обеспечением подачи реагента в жидком состоянии одновременно в полость обеих плоских емкостей, обеспечивает повышение скорости нагрева пищевого продукта за счет его двухстороннего нагрева. Кроме того, выполнение расположенных напротив друг друга и контактирующих с нагреваемым пищевым продуктом стенок плоских емкостей с длиной, которая больше продольного размера каждого контейнера (предпочтительно не менее чем на половину толщины нагреваемого пищевого продукта), обеспечивает хороший тепловой контакт нагреваемого пищевого продукта с теплогенерирующим и участками плоских емкостей, а следовательно, позволяет повысить скорость нагрева пищевого продукта. Благодаря сопряжению упомянутых выше стенок плоских емкостей между собой с образованием ребра, делящего отверстие в патрубке пополам, позволяет упростить процесс подачи равных количеств реагента в жидком состоянии одновременно в полость каждой из плоских емкостей. Дополнительные удобства при пользовании устройством обеспечиваются за счет заполнения замкнутой полости каждого контейнера реагентом в твердом состоянии в виде однородной смеси оксида кальция с безводным силикагелем, экзотермическая химическая реакция которой с водой не сопровождается выделением водорода.
Остальные преимущества предложенного устройства будут рассмотрены в следующих разделах описания данного изобретения.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения ожидаемого технического результата приведенной выше совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 изображено устройство для нагрева пищевого продукта перед его употреблением, вид спереди, частичный разрез; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - то же, вид сверху; на фиг.4 - то же, вид снизу; на фиг.5 - заготовки для изготовления корпуса и патрубка за одно целое.
Устройство для нагрева пищевого продукта перед его употреблением содержит (фиг.1-4) двухсекционный корпус в виде двух одинаковых плоских емкостей 1 и 2, например, выполненных в форме пакета, и патрубок 3 для подачи в полость корпуса реагента в жидком состоянии, например воду. Патрубок 3 сопряжен со стенками плоских емкостей 1 и 2 корпуса с обеспечением одновременной подачи реагента в жидком состоянии в полости обеих плоских емкостей 1 и 2, при этом расположенные напротив друг друга и контактирующие с нагреваемым пищевым продуктом 4 стенки 5 и 6 соответственно плоских емкостей 1 и 2 сопряжены между собой с образованием ребра 7, делящего отверстие 8 в патрубке 3 пополам. В полостях плоских емкостей 1 и 2 размещены соответственно первый 9 и второй 10 контейнеры. Контейнеры 9 и 10 выполнены одинаковыми, при этом каждый контейнер 9 и 10 выполнен с двумя одинаковыми, расположенными напротив друг друга стенками из газоводопроницаемого материала, которые по краям соединены между собой с образованием замкнутой полости. Замкнутая полость каждого контейнера 9 и 10 заполнена реагентом 11 в твердом состоянии в виде однородной смеси оксида кальция с безводным силикагелем при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,0-6,0 вес. частей оксида кальция.
В предпочтительном примере осуществления изобретения каждая стенка каждого контейнера 9 и 10 выполнена двухслойной с внешним слоем 12 из газоводопроницаемой стеклоткани и внутренним слоем 13 из полимерного пористого нетканного материала, предпочтительно полипропилена. Кроме того, соединение стенок у каждого контейнера 9 и 10 между собой и слоев 12 и 13 в каждой стенке между собой выполнено в виде общего термошва 14.
Стенки 5 и 6 соответственно плоских емкостей 1 и 2 имеют длину L, которая больше продольного размера - l каждого контейнера 9 и 10, а в предпочтительном примере осуществления изобретения длина L не менее чем на половину толщины - Н нагреваемого пищевого продукта 4 больше l.
Стенки плоских емкостей 1 и 2 (корпуса) выполнены из газоводонепроницаемого материала, предпочтительно гибкого, жести, пластмассы, металлической фольги, пропитанной стеклоткани и т.п. Кроме того, для обеспечения лучшей теплопередачи к нагреваемому пищевому продукту 4, по крайней мере, стенки 5 и 6 плоских емкостей 1 и 2 выполнены из материала с высокой теплопроводностью, например жести, алюминиевой фольги, композиционного металлополимерного материала и т.п.
В качестве безводного силикагеля (иными словами силикагеля, из которого удалена адсорбированная на поверхности его зерен вода, например, путем нагревания его до 150-200°C) может быть использован силикагель технический (ГОСТ 3956-76) марки МСКМ, КСКГ иди КСМГ о размерами зерен от 1,0 до 5,0 мм.
На фиг.5 используются следующие обозначения: 15 и 16 - две одинаковые заготовки для внешних стенок плоской емкости 1 и плоской емкости 2; 17 - заготовка стенок 5 и 6 плоских емкостей 1 и 2. Пунктирными линиями 18, 19 и 20 показаны линии сгиба соответственно на заготовках 15, 16 и 17, линиями со стрелками показано, как совмещаются заготовки 15, 16 и 17 между собой, а штриховыми линиями 21 показано положение соединительных швов, формируемых после наложения упомянутых выше заготовок друг на друга. Кроме того, на фиг.3 и 4 позицией 22 обозначен теплоизолирующий кожух. Сопряжение стенок плоских емкостей с патрубком выполнено плавно сужающимся, при этом длина сужающихся участков не меньше Н/2 в предпочтительном случае.
Устройство для нагрева пищевого продукта перед его употреблением используется следующим образом. В исходном состоянии предназначенный для нагрева пищевой продукт 4, находящийся предпочтительно в упаковке, размещают между плоскими емкостями 1 и 2, а именно между их стенками 5 и 6. При длине стенок 5 и 6, удовлетворяющих соотношению L≥l+Н/2, обеспечивается хороший контакт теплогенерирующих участков стенок 5 и 6 с нагреваемой пищевым продуктом 4. Для уменьшения теплопотерь, а также для обеспечения удобства пользования устройством полученная оборка помещается в теплоизолирующий кожух 22 (показанный на чертежах штриховой линией), имеющий трубчатую и коробчатую форму с двумя расположенными сверху и снизу крышками. Вместо теплоизолирующего кожуха 22 может быть использован ленточный или веревочный бандаж, а также другие известные средства, обеспечивающие хороший прижим плоских емкостей 1 и 2 к нагреваемому пищевому продукту 4. Инициирование экзотермической химической реакции между оксидом кальция и водой осуществляют путем налива определенного экспериментально объема реагента в жидком состоянии в полости плоских емкостей 1 и 2 через отверстие в патрубке 3. Для осуществления этой операции может быть, например, использована мерная емкость, как это описано в прототипе. Поскольку стенки 5 и 6 соответственно плоских емкостей 1 и 2 сопряжены между собой с образованием ребра 7, делящего отверстие 8 в патрубке 3 пополам, то обеспечивается подача приблизительно равных (отличающихся, как показали эксперименты, на 3-4%) количеств воды в полость каждой плоской емкости 1 и 2. Вода, налитая в полость каждой плоской емкости 1 и 2, пройдя сначала через поры в слоях 12 и 13 стенок контейнеров 9 и 10, поступает в замкнутую полость соответствующего контейнера, которая заполнена однородной смесью оксида кальция с безводным силикагелем при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,0-6,0 вес. частей оксида кальция.
Вследствие однородности смеси оксид кальция и безводный силикагель одновременно вступают в контакт с водой, поступающей в замкнутую полость как контейнера 9, так и контейнера 10. В результате одновременно с экзотермической химической реакцией между оксидом 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 замкнутых полостей контейнеров 9 и 10. Таким образом, использование в качестве инициируемого водой экзотермического состава однородной смеси оксида кальция с безводным силикагелем обеспечивает снижение темпа протекания экзотермической химической реакции на ее начальной стадии за счет аккумулирования равномерно распределенным по всему объему замкнутых полостей контейнеров 9 и 10 безводным силикагелем избыточного количества воды, поступающей в полости контейнеров 9 и 10. Это, во-первых. Во-вторых, связанное с протеканием экзотермической химической реакции увеличение температуры в полостях контейнеров 9 и 10 (реакционных зонах) приводит к тому, что начинается обратный процесс десорбции аккумулированной в силикагеле воды, обеспечивающий дальнейшее протекание экзотермической химической реакции между оксидом кальция и водой одновременно во всем объеме каждой замкнутой полости. Следствием вышесказанного является увеличение длительности выделения тепловой энергии, а следовательно, обеспечиваются лучшие условия для нагрева пищевого продукта 4 за счет достаточно инерционного процесса теплопередачи.
Таким образом, использование в качестве инициируемого водой экзотермического состава однородной смеси оксида кальция с безводным силикагелем позволило не только повысить безопасность при нагреве пищевых продуктов (избежать выделения водорода), но и увеличить время выделения тепловой энергии более чем в два раза по сравнению с теми же показателями, полученными при использовании одного оксида кальция. Здесь необходимо отметить, что реакция между оксидом 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.
Тепло, выделившееся в результате протекания экзотермической химической реакции между оксидом кальция и водой сначала через стенки контейнеров 9 и 10, а затем через стенки 5 и 6 соответственно плоских емкостей 1 и 2, передается с двух противоположных сторон нагреваемому пищевому продукту 4. В результате на 58-73% (в зависимости от массы пищевого продукта) уменьшается время нагрева пищевого продукта 4 по сравнению с его односторонним нагревом (с помощью устройства с одной плоской емкостью 1 или 2). Выполнение, по крайней мере, стенок 5 и 6 плоских емкостей 1 и 2 из материала с высокой теплопроводностью позволяет уменьшить тепловое сопротивление, а следовательно, увеличить тепловой поток к нагреваемому пищевому продукту, а следовательно, уменьшить время нагрева. Что касается выполнения каждой стенки каждого контейнера 9 и 10 двухслойной (а именно с внешним слоем из газоводопроницаемой стеклоткани и с внутренним слоем из полимерного пористого нетканного материала), то внутренний слой каждой стенки, имеющий поры небольшого размера, с одной стороны, при хранении и транспортировке устройства препятствуют утечке через него находящегося в замкнутых полостях сыпучего (в виде гранул, порошка) реагента в твердом состоянии, а с другой стороны, обеспечивает хорошую газоводопроницаемость как при инициировании экзотермической химической реакции, так и в процессе ее протекания. Выполнение внешнего слоя каждой стенки контейнеров 9 и 10 из газоводопроницаемой стеклоткани обеспечивает (благодаря наличию достаточно больших пор) оптимальные условия для подачи воды в замкнутую полость каждого контейнера 9 и 10 (в связи с чем отпадает необходимость в использовании фитиля, как в прототипе), а также хорошую теплопроводность за счет заполнения пор водой в процессе функционирования устройства. Здесь необходимо также отметить, что высокая термостойкость стеклоткани обеспечивает также сохранение работоспособности активизируемого водой плоского нагревателя в случае нарушения целостности внутренних слоев стенок контейнера в случае возникновения местного перегрева.
Количество оксида кальция выбирается, во-первых, исходя из того количества тепла, которое теоретически необходимо для нагрева заданного количества пищевого продукта 4 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 полости контейнеров 9 и 10, то выбор верхнего предела содержания безводного силикогеля (в количестве 1 части на 3,0 вес. частей оксида кальция) обусловлен тем, что при большем содержании безводного силикагеля максимально достигаемая температура стенок 5 и 6 плоских емкостей 1 и 2 становится меньше 100°С. Нижний предел содержания безводного силикагеля (в количестве 1 части на 6,0 вес. частей оксида кальция) обусловлен тем, что при меньшем содержании безводного силикагеля в смеси температура стенок 5 и 6 становится выше 150°С, что может привести к разрушению материала упаковки нагреваемого пищевого продукта.
Для нормального функционирования предложенного устройства необходимо использовать количество воды, которое существенно превышает количество воды, которое теоретически необходимо для осуществления экзотермической химической реакции между оксидом кальция, находящимся в замкнутой полости контейнера 9 или 10, и водой, так как значительное количество воды находится в порах стенок контейнеров 9 и 10. Поэтому количество воды определяется для каждого конкретного выполнения предложенного устройства экспериментально. Здесь необходимо отметить, что для обеспечения многоразовости использования устройства вместо воды в качестве реагента в жидком состоянии может быть использован водный раствор перекиси водорода от 2 до 38 вес.%.
На фиг.5 схематично изображен процесс изготовления корпуса и патрубка 3 за одно целое. Сначала изготавливаются две одинаковые заготовки 15 и 16, а также заготовка 17 выполненных за одно целое стенок 5 и 6. У заготовок 15 и 16 по линиям сгиба 18 и 19 участки, соответствующие патрубку 3, отгибаются наружу (в направлении к наблюдателю). Затем на прямоугольных участках заготовки 17 размещают контейнеры 9 и 10 (не показаны), а сверху контейнеров 9 и 10 накладывают соответственно заготовку 15 и заготовку 16. Герметично соединяют заготовки 15 и 16 с заготовкой 17 по линиям 21. Сгибают полученное изделие по линии сгиба 20, накладывают отогнутые ранее участки заготовок 15 и 16 друг на друга и также по краям соединяют их между собой.
Промышленная применимость изобретения подтверждается приведенным выше примером его осуществления, а также возможностью его реализации при использовании широко известных в пищевой промышленности технологического оборудования и материалов.