МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЫПУЧИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к пищевой промышленности, в частности, к аппаратам для термической обработки сыпучих пищевых продуктов в потоке горячего воздуха и может быть использована при создании малогабаритных мобильных установок для сушки и обжаривания семян подсолнечника, арахиса, фундука, сухарей и других продуктов.
Известна установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов в потоке горячего теплоносителя, включающая открытый контур нагрева и соединенные последовательно трубопроводами горелочное устройство, сушильно-обжарочную камеру, циклон и вентилятор (см. просп. «Оборудование для производства кофе и какао» фирмы EMF NEUHAUS NEOTEC Maschinen und Anlagenban GmbH. Установка RFB - G Speciality Roaster D - 2000 Norderstedt. Gutenberging 46).
Недостатками известной установки являются сравнительно низкий к.п.д. из-за высоких тепловых потерь с уходящими газами при работе по открытому циклу, а также недостаточное качество обработки сыпучих пищевых продуктов из-за использования в качестве теплоносителя продуктов сгорания жидкого или газообразного углеводородного топлива, газообразные компоненты которого легко абсорбируются, например, в зернах кофе и какао.
Известна установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов, содержащая замкнутый воздушный контур с рабочей камерой, циклоном, вентилятором воздушного дутья и блоком нагрева воздуха, (см. патент РФ №84194, МПК A23N 12/00, опублик. 10.07.2009).
Особенностью известной установки является то, что блок нагрева воздуха содержит последовательно соединенные газовую горелку, первый смеситель продуктов сгорания с воздухом, вспомогательный и основной теплообменники, второй смеситель продуктов сгорания с воздухом, выходной трубопровод, вентилятор эвакуации продуктов сгорания и регулятор их расхода, причем замкнутый воздушный контур содержит последовательно соединенные по ходу нагретого воздуха рабочую камеру, циклон, вспомогательный теплообменник, вентилятор воздушного дутья и основной теплообменник. Кроме того, первый и второй смесители могут быть выполнены с возможностью регулирования степени смешения продуктов сгорания с воздухом, регулятор расхода продуктов сгорания может быть снабжен шибером, а вспомогательный теплообменник может быть выполнен в виде коаксиально расположенных внутренней и внешней полостей, разделенных стенкой из жаропрочного металла так, что внутренняя полость включена в тракт продуктов сгорания блока нагрева воздуха, а внешняя включена в замкнутый воздушный контур.
К недостаткам известной установки следует отнести значительные массогабаритные характеристики, а также сложность эксплуатации, связанную с обеспечением функционирования в заданном режиме вентиляторной газовой горелки, смесителей продуктов сгорания с воздухом, основного и вспомогательного теплообменников и средств для регулирования температурного режима рабочей камеры.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов, содержащая установленные в корпусе рабочую камеру, вентилятор воздушного дутья, блоки нагрева воздуха и регулирования режимов работы установки (см. патент РФ №2080796, МПК A23F 3/00, опублик. 10.06.1997 - прототип).
Особенностью известной установки для сушки и обжаривания пищевых продуктов в потоке горячего воздуха является то, что она содержит расположенные в общем корпусе и включенные в замкнутый контур вентилятор, регулятор расхода воздуха в контуре, блок нагрева воздуха, сушильно-обжарочную рабочую камеру, циклон с шибером для очистки воздуха и шиберы для переключения режима работы контура, причем в контур дополнительно включен регулятор расхода воздуха, выпускаемого в атмосферу, соединенный с контуром между вентилятором и регулятором расхода воздуха в контуре, сетчатый фильтр, установленный в выходном патрубке циклона, и шибер, соединяющий выход вентилятора с выходом циклона.
Недостатком известного технического решения является повышенная сложность и сравнительно высокая стоимость установки, содержащей замкнутый рабочий контур с встроенными в него указанными агрегатами и многочисленными регулирующими устройствами в виде шиберов для переключения режимов работы сушильно-обжарочной камеры и регулирования расхода воздуха в контуре. Указанные особенности установки увеличивают ее габариты, усложняют эксплуатацию и ограничивают применение в индивидуальных и малых фермерских хозяйствах.
Решаемой задачей является создание экономичной мобильной установки для сушки и обжаривания сыпучих пищевых продуктов в потоке незагрязненного продуктами сгорания горячего воздуха.
Технический результат полезной модели состоит в устранении недостатков известных технических решений, упрощении конструкции и эксплуатации, повышении надежности и снижении стоимости малогабаритной мобильной установки для применения в частных и малых фермерских хозяйствах при сушке и обжаривании небольших количеств сыпучих пищевых продуктов в потоке чистого горячего воздуха.
Указанный технический результат достигается тем, что в мобильной установке для термической обработки сыпучих пищевых продуктов, содержащей размещенные в корпусе рабочую камеру, вентилятор воздушного дутья, блоки нагрева воздуха и регулирования режимов работы установки, согласно полезной модели, рабочая камера выполнена в виде вертикально установленного фигурного стакана с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, проходящей через его середину, до контакта с верхним краем наклонного лотка для выгрузки готового продукта в сборную емкость, верхняя часть фигурного стакана сопряжена по косому срезу с горловиной загрузочной воронки для периодической подачи в рабочую камеру порций необработанных сыпучих пищевых продуктов, узкая нижняя часть фигурного стакана сопряжена по косому срезу с выходным патрубком блока нагрева воздуха, оснащенного электронагревательными элементами, причем входной патрубок блока нагрева воздуха соединен с выходным патрубком вентилятора воздушного дутья, в нижней узкой части фигурного стакана установлена защитная решетка для предотвращения попадания сыпучих пищевых продуктов в блок нагрева воздуха, а блок регулирования режимов работы установки снабжен регулятором мощности блока нагрева и привода вентилятора по заданной температуре воздуха в рабочей камере.
Кроме того, фигурный стакан может быть оснащен приспособлением для его поворота, включающим верхний и нижний хомуты и соединяющую их опорную штангу, консольно закрепленную на поворотном валу, свободный конец которого снабжен поворотной рукояткой, расположенной за пределами стенки корпуса установки.
Такое выполнение полезной модели позволяет решить задачу создания экономичной малогабаритной установки для сушки и обжаривания небольших количеств сыпучих пищевых продуктов в потоке горячего воздуха по схеме кипящего слоя, устранить недостатки известных технических решений и достичь указанный технический результат за счет кардинального упрощения конструкции корпуса установки, поворотной сушильно-обжарочной рабочей камеры и блока нагрева воздуха, а также за счет использования недорогих комплектующих (вентилятора воздушного дутья, маломощного электропривода и т.п.). Это приводит к снижению стоимости изготовления малогабаритной мобильной установки, повышению ее надежности и упрощению эксплуатации в условиях частных и малых фермерских хозяйств. В предложенной мобильной установке можно производить термическую обработку сыпучих пищевых продуктов с различной степенью исходной влажности, дисперсности и насыпной плотности при сохранении высокого качества готового продукта за счет обработки сырья в потоке чистого горячего воздуха.
На фиг.1 представлен поперечный разрез мобильной установки для термической обработки сыпучих пищевых продуктов.
Мобильная установка содержит размещенные в корпусе 1 рабочую камеру 2, вентилятор 3 воздушного дутья с электродвигателем 4, блок 5 нагрева воздуха и блок 6 регулирования режимов работы установки. Рабочая камера 2 выполнена в виде вертикально установленного фигурного стакана 7 из термостойкого стекла с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, проходящей через его середину, до контакта с верхним краем наклонного лотка 8 для выгрузки готового продукта в сборную емкость. Верхняя часть фигурного стакана 7 сопряжена по косому срезу 9 с горловиной загрузочной воронки 10 для периодической подачи в рабочую камеру порций необработанных сыпучих пищевых продуктов. Узкая нижняя часть фигурного стакана 7 сопряжена по косому срезу 11 с выходным патрубком блока 5 нагрева воздуха, оснащенного электронагревательными элементами 12, причем входной патрубок блока 5 нагрева воздуха соединен с выходным патрубком вентилятора 3 воздушного дутья. В нижней узкой части фигурного стакана 7 установлена защитная решетка 13 для обеспечения фонтанирования слоя сыпучего продукта и предотвращения его попадания в блок 5 нагрева воздуха.
Блок 6 регулирования режимов работы установки снабжен регулятором мощности блока 5 нагрева и привода вентилятора 3 по заданной температуре воздуха на выходе из рабочей камеры 2, измеряемой с помощью термопары 14. Входы блока 6 могут быть связаны с выходами датчиков расхода воздуха и потребляемого тока блока 5 и привода вентилятора 3, а также с выходами органов их регулирования на пульте управления оператором (не показаны). Блок 6 регулирования режимов работы установки также может быть снабжен встроенной программой управления ее режимами. При этом управляющие выходы блока 6 регулирования могут быть связаны как напрямую с электронагревательными элементами 12 блока 5 и приводом вентилятора 3, так и через дополнительный регулируемый блок питания.
Фигурный стакан 2 оснащен приспособлением для его поворота в вертикальной плоскости на угол 30-40°. Данное приспособление включает верхний и нижний хомуты 15, 16 и опорную штангу 17, консольно закрепленную на поворотном валу 18, свободный конец которого снабжен поворотной рукояткой 19, расположенной за пределами стенки - прозрачной части 20 корпуса 1 установки. На фиг.1 показаны металлический поддон 21 для защиты нижнего приборного отсека корпуса 1, подставка 22 для сборной емкости 23, а также кнопочный пульт 24 управления установкой и регулируемый блок 25 питания блока 5 нагрева воздуха и электродвигателя 4 вентилятора 3 воздушного дутья. Поз 26 обозначено наклонное положение фигурного стакана 7 для выгрузки готового продукта из рабочей камеры 2 в сборную емкость 23.
Для наблюдения за процессом термообработки сырья верхняя часть 20 корпуса 1 установки выполнена прозрачной из органического стекла, а фигурный стакан 7 рабочей камеры 2 - из термостойкого стекла. Конфигурация фигурного стакана 7 имеет нижнюю сужающуюся и верхнюю цилиндрическую части, обеспечивающие поддержание устойчивого фонтана сыпучих продуктов в потоке воздуха при условии работы вентилятора 3 в штатном режиме, при котором в процессе термообработки не происходит выброс продукта за пределы рабочей камеры 2. В качестве электронагревательных элементов 12 блока 5 нагрева воздуха возможно использование покупных изделий ВГВ - 2000Б, в качестве вентилятора 3 - серийного вентилятора с электродвигателем ДКУ 64-60 с питанием от сети переменного тока напряжением 220 В.
Мобильная установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов работает следующим образом.
Первоначально осуществляется тестовая продувка или вывод установки на заданный температурный режим по теплоносителю при незагруженной рабочей камере 2. При этом фигурный стакан 7 рабочей камеры 2 находится в вертикальном положении, сопрягаясь по косым срезам 9, 11 с горловиной загрузочной воронки 10 и с выходным патрубком блока 5 нагрева воздуха. В этом случае запускается вентилятор 3 воздушного дутья, и включается блок 5 в режиме минимального нагрева воздуха. Затем с помощью кнопочного пульта 24 управления и регулируемого блока 25 питания устанавливается необходимый для сушки или обжарки данного вида сырья уровень потребляемой мощности электродвигателя 4 вентилятора 3 и блока 5 нагрева воздуха.
После выхода мобильной установки на заданный режим по температуре, контролируемой светодиодным индикатором на пульте 24 по данным измерения термопарой 14, в объем фигурного стакана 7 рабочий камеры 2 через загрузочную воронку 10 загружают порцию сырья заданного объема и массы. Через заданное время, определяемое параметрами горячего воздуха и сырья, происходит сушка или обжаривание продукта до нужной кондиции в соответствии с нормативами качества. При заданных мощности блока 5 нагрева воздуха, производительности вентилятора 4 и массе загрузки сырья в рабочем объеме 2 происходит интенсивный нагрев, перемешивание и фонтанирование сыпучего продукта. Время обработки порции сырья и моменты отключения питания блока 5 нагрева воздуха и вентилятора 3 воздушного дутья определяются оператором или программой блока 6 регулирования режимов работы установки. После их отключения оператор с помощью рукоятки 19 поворачивает фигурный стакан 7 рабочей камеры 2 в положение выгрузки порции готового продукта в наклонный лоток 8 и сборную емкость 23.
С помощью пульта 24 управления, связанного с блоком 6 и регулируемым блоком 24 питания, возможно осуществление режимов тестовой продувки рабочей камеры 2, сушки или обжаривания порции сырья или подбора необходимой высоты фонтанирования продукта в рабочей камере 2. Блок 6 регулирования может быть снабжен микроконтроллером и программным обеспечением, а агрегаты установки - системой автоматики (не показаны), обеспечивающими поддержание заданных температурного и временного режимов термообработки небольших порций семян подсолнечника, арахиса, фундука, кофейных зерен, цикория, какао-бобов, сухарей и других продуктов.
Изготовленный и испытанный образец предложенной мобильной установки для сушки и обжаривания сыпучих пищевых продуктов имеет следующие технические характеристики:
габариты корпуса, см
82×36×30;
масса установки, кг
10-12;
масса порции загружаемого сырья, г
50-100;
время термообработки, мин
1-4;
мощность блока нагрева воздуха, кВт
1,5-2;
расход воздуха, л/час
400-500;
создаваемый напор воздуха, Па
800-900;
диапазон изменения температуры воздуха, °С
70-250;
напряжение питания переменного тока, В
220
Предложенное выполнение малогабаритной мобильной установки для сушки и обжаривания сыпучих пищевых продуктов в потоке чистого горячего воздуха позволяет достичь указанный технический результат, заключающийся в снижении ее стоимости, упрощении эксплуатации и повышении надежности в условиях частных и малых фермерских хозяйствах при сушке и обжаривании в потоке чистого горячего воздуха небольших количеств сыпучих пищевых продуктов, например, в присутствии покупателя. Данная установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов разработана и прошла необходимые испытания, которые подтвердили основные технические данные и эффективность предложенного решения. Использование такой установки обеспечивает экологическую чистоту и высокое качество обработанного продукта, а также низкие затраты на ее изготовление.