УСТАНОВКА ДЛЯ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ

Полезная модель относится к сушильной технике, а именно к установкам для сублимационной сушки, и может быть использована для сушки продуктов растительного и животного происхождения [А23В4/037, А23В5/03, А23В7/024].
Сублимационная сушка (иначе лиофилизация; лиофильная сушка) (англ. freeze drying или lyophilization) — процесс удаления растворителя из замороженных растворов, гелей, суспензий и биологических объектов, основанный на сублимации затвердевшего растворителя (льда) без образования макроколичеств жидкой фазы.
Сублимационная сушка позволяет хранить продукты значительное время без потери органолептических свойств и без затрат энергии, в отличие, например, от замораживания продуктов.
В настоящее время известно много способов и устройств для сублимационной сушки различных продуктов и материалов. Устройства для сублимационной сушки могут быть емкостные, ленточные, барабанного типа, конвейерно-циклические и т.д., а продукт для сушки может быть в различных агрегатных и структурных состояниях (жидкость, лед, суспензия, паста, гранулы и т.д.).
Из уровня техники известны МЕТОД И УСТРОЙСТВО ВАКУУМНОЙ СУШКИ И СТЕРИЛИЗАЦИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ [WO2019085736 (A1), опубл.: 09.05.2019], ВАКУУМНАЯ МОРОЗИЛЬНАЯ КАМЕРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ [KR20070096144 (A), опубл.: 02.10.2007], МЕТОД ЗАМОРАЖИВАНИЯ И АППАРАТ ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ [JP2010054064 (A), опубл.: 11.03.2010]. Общим недостатком этих аналогов является высокая сложность применения в бытовых условиях.
Также известны ЛИНИЯ ДЛЯ СУБЛИМАЦИИ КОРМОВ И ПРОДУКТОВ [RU2581232 C1, опубл.: 20.04.2016], УСТАНОВКА ДЛЯ СУБЛИМАЦИИ КРУПНОКУСКОВЫХ ПРОДУКТОВ И КОРМОВ [RU2597196 C1, опубл.: 10.09.2016], МНОГОСЕКЦИОННАЯ ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШИЛКА ПОТОЧНО-ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ [RU2486419 C1, опубл.: 27.06.2013], ВАЛЬЦЕВАЯ ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШИЛКА [RU2119621 C1, опубл.: 27.09.1998], СУБЛИМАЦИОННАЯ УСТАНОВКА С КРИОГЕННЫМ ДЕСУБЛИМАТОРОМ [RU20573 U1, опубл.: 10.11.2001].
Основным общим недостатком этих устройств является высокая сложность применения в бытовых условиях и в условиях малого предприятия или фермерского хозяйства.
Это обусловлено тем, что, например, для работы ЛИНИИ ДЛЯ СУБЛИМАЦИИ КОРМОВ И ПРОДУКТОВ [RU2581232 C1, опубл.: 20.04.2016], требуется подача жидкого аммиака, обеспечивающего работу десублиматора. Как известно, аммиак является очень токсичным веществом и не рекомендуется для бытового применения. Более того, камеры сублимации и десублимации выполнены разделенными, что увеличивает габаритные размеры линии и усложняет технологию сушки.
Для работы УСТАНОВКИ ДЛЯ СУБЛИМАЦИИ КРУПНОКУСКОВЫХ ПРОДУКТОВ И КОРМОВ [RU2597196 C1, опубл.: 10.09.2016], также как и в упомянутом ранее аналоге МЕТОД ЗАМОРАЖИВАНИЯ И АППАРАТ ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ [JP2010054064 (A), опубл.: 11.03.2010] требуется подача пара для нагрева продукта, подвергаемого сублимационной сушке. Это усложняет применение установки в бытовых условиях, требует монтажа дополнительных инженерных сетей. Кроме того, камеры сублимации и десублимации в установке также выполнены разделенными, что увеличивает габаритные размеры линии и усложняет технологию сушки.
МНОГОСЕКЦИОННАЯ ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШИЛКА ПОТОЧНО-ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ [RU2486419 C1, опубл.: 27.06.2013] кроме указанных выше недостатков имеет и дополнительные. Очередная загрузка секции осуществляется путем установки очередной секции с жидким продуктом в низ многосекционной установки между нагревателем и самой нижней секцией, что осложняет процесс автоматизации работы сушилки. Процесс сублимационной сушки в данном устройстве основан на самозамораживании при понижении температуры, поэтому требуется в секции укладывать продукт с высоким содержанием влаги, например, жидкий продукт, то есть сухие продукты подвергнуть сублимации будет проблематично. Также камеры сублимации и десублимации разделены, что увеличивает габариты сушилки.
ВАЛЬЦЕВАЯ ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШИЛКА [RU2119621 C1, опубл.: 27.09.1998] технически сложна, она имеет подвижные части, которые выходят за пределы вакуумной камеры, которые необходимо дополнительно уплотнять в местах сопряжений вала и вакуумной оболочки. Более того, указанная сушилка работает с продуктом, находящимся в структурном состоянии типа пасты, а твердый продукт в нее загрузить не представляется возможным.
Наиболее близкой по технической сущности является СУБЛИМАЦИОННАЯ УСТАНОВКА С КРИОГЕННЫМ ДЕСУБЛИМАТОРОМ [RU20573 U1, опубл.: 10.11.2001], состоящая из сублимационной вакуумной камеры для объектов высушивания и десублиматора, охлаждаемого жидким азотом, отличающаяся тем, что она состоит из последовательно соединенных стандартного негерметизированного сосуда Дьюара для перевозки и хранения жидкого азота, десублиматора, блока термолифтинга, компрессора и фильтра.
Основной технической проблемой прототипа является использование в качестве охладителя десублиматора жидкого азота, требующего высокой квалификации у работающего с ним персонала, усложняющего работу с установкой в бытовых условиях, а конструкция установки обладает значительными массогабаритными показателями из-за применения в составе установки сосуда Дьюара с жидким азотом и низкой надежностью из-за необходимости соблюдения требований к устойчивости материалов к низким температурам.
Задачей полезной модели является устранение недостатком прототипа, создание установки сублимационной сушки для бытового применения, имеющей компактные размеры, не требующей дополнительного подключения особых инженерных сетей (подача пара, жидкого азота, жидкого аммиака и т.д.) с адаптивно настроенной системой «человек-машина» с автоматизацией процессов сублимационной сушки продуктов в любом агрегатном и структурном состоянии, обладающей ко всему прочему высокой надежностью.
Технический результат полезной модели заключается в уменьшении массогабаритных показателей установки для сублимационной сушки, повышение ее надежности и обеспечении простоты ее использования.
Указанный технический результат достигается за счет того, что установка для сублимационной сушки, содержащая сублиматор и десублиматор, отличающаяся тем, что сублиматор и десублиматор объединены в единый осушитель цилиндрической формы, размещенный горизонтально внутри корпуса и снабженный плотно прилегающей дверцой с замком, внутри осушителя смонтирован стеллаж с полками для размещения на них гастроемкостей, при этом к упомянутым полкам снизу смонтированы электрические нагревательные элементы обеспечивающие нагрев продукта для сублимации, а вокруг осушителя снаружи по всей его площади навита трубка испарителя холодильной установки с циркулирующим по ней хладагентом, в корпусе под осушителем смонтирован компрессор холодильной установки, вентилятор охлаждения конденсатора холодильной установки, при этом упомянутый конденсатор снабжен пластинчатым радиатором, к осушителю подключен вакуумный насос, холодильная установка, вентилятор, нагревательные элементы и вакуумный насос подключены к блоку коммутации, к которому подключен блок управления, выполненный с возможностью управлением установкой и изменением ее режимов работы.
В частности, трубка испарителя навита с плотностью, зависящей от площади осушителя и мощности холодильной установки.
В частности, трубка испарителя выполнена медной.
В частности, внутри осушителя смонтированы датчики контроля температуры, давления.
На фигуре показан общий вид установки для сублимационной сушки, на которой показано: 1 – корпус, 2 – осушитель, 3 - стеллаж для гастроемкостей, 4 – блок коммутации, 5 – дверца осушителя, 6 –холодильный компрессор, 7 – испаритель, 8 – блок вентилятора, 9 – радиатор конденсатора, 10 – блок управления, 11 – ниппель подключения вакуумного насоса, 12 – опоры корпуса.
Осуществление полезной модели.
Установка для сублимационной сушки содержит корпус 1, выполненный в виде рамы на которой смонтированы задняя, боковые и передняя стенки, дно и крышка. Стенки, дно и крышка корпуса выполнены съемными, а в одном из вариантов реализации – раздельно съемными, с возможностью доступа к внутреннему монтажу корпуса 1 через один из этих элементов. По крайней мере в боковых стенках корпуса 1 выполнены вентиляционные отверстия с возможностью естественного охлаждения элементов внутреннего монтажа корпуса с целью исключения их перегрева.
В корпусе 1, например, в его верхней половине, через переднюю стенку смонтирован осушитель 2, выполненный в виде горизонтально расположенного цилиндрического барабана с открытым в передней части основанием. Внутри осушителя 2 смонтирован стеллаж для гастроемкостей 3, содержащий горизонтальные направляющие для удержания на них гастроемкостей (на фигурах не показаны), смонтированные по высоте упомянутого стеллажа 3 на расстоянии друг от друга, равным, по крайней мере высоте гастроемкостей. Гастроемкости могут быть выполнены в виде любой подходящей по размеру емкости из пищевого, устойчивого к воздействию температур, материала, например из нержавеющей стали.
Осушитель 2 в установке для сублимационной сушки является одновременно сублиматором и десублиматором.
К упомянутым направляющим стеллажа для гастроемкостей 3 снизу смонтированы полки из листового металла. Снизу к упомянутым полкам смонтированы электрические нагревательные элементы (на фигурах не показаны), подключенные к блоку коммутации 4, смонтированному в корпусе 1.
Спереди осушитель 2 снабжен дверцой осушителя 5, выполненной герметично закрывающейся с помощью уплотнительной прокладки, смонтированной на внутренней поверхности упомянутой дверцы 5 и замка (на фигурах не показаны).
Внутри корпуса 1, предпочтительно на его дне смонтирован холодильный компрессор 6 холодильной установки, питание которого осуществляется от блока коммутации 4. Испаритель 7 холодильного компрессора 6 выполнен в виде металлической трубки, преимущественно медной, навитой вокруг осушителя 2 с равным шагом между витками. Форма осушителя 2 в этом случает оптимальна для навивки вокруг нее трубки испарителя 7.
Напротив холодильного компрессора 6 у одной из боковых или задней стенки корпуса 1 смонтирован блок вентилятора 8, выполненный с возможностью принудительной вентиляции воздуха внутри корпуса и отвода нагретого воздуха через вентиляционные отверстия в стенках корпуса 1 наружу, а также охлаждения элементов внутреннего монтажа установки, преимущественно, конденсатора холодильной установки (на фигурах не показан), заключенного для увеличения площади внешней поверхности конденсатора в пластинчатый радиатор конденсатора 9.
В корпусе 1 установки смонтирован блок управления 10, выполненный с возможностью управления режимами работы и контролем за работой установки. Блок управления 10 выполнен, например, в виде контроллера. Органы управления блока управления 10 смонтированы снаружи установки на одной из ее стенок, преимущественно передней и выполнены в виде кнопок, переключателей, сенсорного экрана и т.д. Блок управления 10 подключен к блоку коммутации 4. Блок коммутации 10 выполнен в виде блока реле.
В верхней дальней точке барабана осушителя 2 смонтирован ниппель подключения вакуумного насоса 11, выведенный наружу через крышку или заднюю стенку корпуса 1 наружу к которому подключен вакуумный насос (на фигурах не показан).
Вакуумный насос также подключен к блоку коммутации 4. Упомянутый вакуумный насос в различных вариантах реализации может быть как встроенным в корпус 1 установки, так и смонтированным снаружи нее.
Внутри осушителя 2 смонтированы датчики температуры, давления и т.д. с возможностью обеспечения контролируемого процесса сублимационной сушки.
Корпус 1 смонтирован на опорах корпуса 12, выполненные с возможностью выравнивания установки, преимущественно, осушителя 2 в горизонтальной плоскости.
В нижней передней точке барабана осушителя 2 смонтирован сливной клапан (на фигурах не показан), выполненный с возможностью слива конденсата, образовавшегося при сушке продуктов, при этом цилиндрическая форма осушителя 2 исключает необходимость дополнительного конструктивного решения для скопления влаги
Установку для сублимационной сушки используют следующим образом.
Подключают установку к электрической сети питания. Подготовленный продукт помещают в гастроемкости, при этом продукт может быть как замороженный, так и незамороженный. Упомянутые гастроемкости помещают на стеллаж для гастроемкостей 3 в осушитель 2 и плотно закрывают дверцу 5 осушителя 2. С помощью органов управления блока управления 6 устанавливают режимы работы установки или выбирают предустановленный рецепт сушки и запускают установку в работу, при этом рецепты могут дополнять.
Далее работа установки осуществляется в автоматическом режиме. Заморозку до требуемой температуры, обусловленной технологическим процессом сушки осуществляют путем циркуляции хладагента в замкнутом контуре холодильной установки, состоящей из холодильного компрессора 6, испарителя 7 и конденсатора. Отвод тепла от конденсатора холодильной установки осуществляют за счет увеличения его площади с помощью радиатора конденсатора 9 и блока вентилятора 8. Вакуум внутри осушителя 2 создают путем откачки воздуха вакуумным насосом через ниппель 4. Нагрев продукта для сублимации обеспечивают с помощью нагревательных элементов, смонтированных на поддонах направляющих стеллажа для гастроемкостей 3, а десублимация происходит на внутренней холодной стенке осушителя 2 вследствие отвода тепла через линии испарителя 7 холодильной установки, при этом заданный режим в блоке управления 6 обеспечивает необходимые для сублимационной сушки температурные режимы.
По окончании сублимационной сушки блок управления 10 оповещает об окончании процесса и гастроемкости с готовым продуктом извлекают из установки.
Новым в техническом решении является выполнение сублиматора и десублиматора в виде единого осушителя 2, выполненным цилиндрической формой, охлаждение стенок которого для десублимации осуществляют с помощью бытовой холодильной установки с циркулирующим в ее контуре хладагентом, размещенной в том же корпусе, что и осушитель, а нагрев продукта для сублимации осуществляют с помощью электрических нагревательных элементов, смонтированных ко дну полок стеллажа для гастроемкостей 3, смонтированного в упомянутом выше осушителе 2, при этом не требуется применение каких-либо особых по конструкции гастроемкостей для обеспечения их возможности помещения внутрь осушителя 2. В качестве гастроемкостей могут быть использована любая посуда, поддоны, противни и т.д., подходящие по размерам и материалу изготовления
Кроме того, за счет размещения в едином корпусе 1 в верхней его части осушителя 2, выполняющего функции сублиматора и десублиматора, и под ним холодильной установки под осушителем 2, испарителем 7 вокруг осушителя 2, конденсатора в радиаторе 9 и блока вентилятора 8, обеспечивающих полный технологический процесс сублимации и десублимации продуктов, установка для сублимационной сушки обладает оптимальным соотношением массогабаритных показателей. Цилиндрическая форма осушителя 2 обеспечивает более равномерно распределение температуры внутри него по сравнению с прямоугольными. Для работы установки требуется только ее подключение к сети питания и исключает необходимость подключения к инженерным сетям для подачи пара, жидкого азота, жидкого аммиака и т.д. Установка имеет блок управления 10 и все необходимые датчики температуры, давления, влажности и т.д. для полностью автоматизированного процесса сублимационной сушки, что облегчает ее использование. Запись рецептов в память блока управления 10 позволяет создать адаптированную систему «человек-машина» и обеспечить автоматизацию процесса сублимационной сушки. Техническое решение позволяет загружать продукт в любом агрегатном и структурном состоянии.