ПАРОВАРОЧНО-КОНВЕКТИВНЫЙ АППАРАТ
STEAMER-CONVECTIVE APPARATUS

Заявленное изобретение относится к области теплового оборудования для предприятий общественного питания, в частности, к пароварочно-конвективным аппаратам и может быть использовано как самостоятельно, так и в составе технологической линии для приготовления продуктов питания, также возможно его использование в качестве бытового устройства для приготовления продуктов питания.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является пароварочно-конвективный аппарат (Патент №67420, A47J 27/04, опубл. 27.10.2007 Бюл. №30), содержащий содержащий корпус и теплоизолированную рабочую камеру, установленные на основании, дверку, панель управления, вентилятор, установленные вокруг вентилятора нагревательные элементы, систему водоснабжения и водоотведения, держатели полок, парогенератор.
Недостатки прототипа: выполненный в парогенераторе отбойник водяной пены не позволяет осуществлять сепарацию пены от воды, поэтому поступление пара в теплоизолированную рабочую камеру сопровождается попаданием в нее водяной пены в виде брызгов воды, что вызывает намокание готовящихся в рабочей камере продуктов, существенно снижая качество (органолептические свойства) приготовленной продукции.
Технической проблемой пароварочно-конвективного аппарата является то, что при работе устройства на режимах с использованием пара парогенератор, не имеющий сепаратора, вместе с паром выделяет водяную пену, которые попадают в рабочую камеру в виде брызгов воды и следовательно - на приготавливаемые продукты. Попавшая на готовящиеся продукты вода существенно снижают их качество и товарный вид, происходит порча продуктов вследствие их намокания.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение эффективности работы пароварочно-конвективного аппарата, что достигается за счет того, что в рабочую камеру устройства поступает эффективно (максимально) очищенный от водяной пены пар, т.к. парогенератор выполнен с сепаратором пены, как следствие, получение продуктов высокого качества с хорошим товарным видом (с сохранением органолептических свойств).
Технический результат достигается тем, что пароварочно-конвективный аппарат, содержащий кожух и теплоизолированную рабочую камеру, установленные на основании, дверку, панель управления, вентилятор, установленные вокруг вентилятора нагревательные элементы, систему водоснабжения и водоотведения, держатели полок, парогенератор, причем парогенератор имеет сепаратор пены в виде цилиндрического корпуса, вставленного в парогенератор сверху так, что верхняя часть цилиндрического корпуса сепаратора пены выполнена выступающей над верхней поверхностью парогенератора, а нижняя его часть расположена во внутреннем объеме парогенератора, в боковой поверхности цилиндрического корпуса выполнен тангенциальный патрубок входа пара и водяной пены, в верхней части цилиндрического корпуса выполнен осевой патрубок выхода пара, очищенного от водяной пены, а нижняя часть цилиндрического корпуса выполнена с патрубком слива пенной эмульсии и воды. При этом все патрубки корпуса сепаратора пены выполнены цилиндрической формы. При этом патрубок слива пенной эмульсии и воды выполнен криволинейным.
Новыми существенными отличительными признаками заявленного технического решения являются следующие признаки:
- парогенератора выполнен с сепаратором пены в виде цилиндрического корпуса, вставленного в парогенератор сверху так, что верхняя часть цилиндрического корпуса сепаратора пены выполнена выступающей над верхней поверхностью парогенератора, а нижняя часть его часть расположена во внутреннем объеме парогенератора;
- выполнение цилиндрического корпуса сепаратора со вставленным в его боковую поверхность тангенциальным патрубком входа пара и водяной пены;
- выполнение в верхней части цилиндрического корпуса сепаратора осевого патрубка выхода пара, очищенного от водяной пены;
- выполнение нижней части цилиндрического корпуса со вставленным в него патрубком слива пенной эмульсии и воды.
Совокупность новых существенных отличительных признаков с известными из уровня техники признаками достаточна для получения обеспечиваемого изобретением технического результата, заключающегося в повышении эффективности работы пароварочно-конвективного аппарата за счет подачи в рабочую камеру пара, полностью очищенного от водяной пены и как следствие - получение продуктов высокого качества с хорошим товарным видом.
Сущность предлагаемой изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются чертежами, где представлены:
на фиг. 1 - общий вид пароварочно-конвективного аппарата в разрезе (вид слева);
на фиг. 2 - вид на пароварочно-конвективный аппарат сзади (без задней крышки);
на фиг. 3, 4 - вертикальный и горизонтальный разрезы парогенератора;
на фиг. 5 - пароварочно-конвективный аппарат аксонометрической проекции.
На представленных чертежах имеются следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - рабочая (теплоизолированная) камера;
3 - основание;
4 - дверь с ручкой;
5 - перегородка (стенка промежуточная);
6 - вентилятор;
7 - нагревательные элементы (воздушные ТЭНы);
8 - электродвигатель;
9 - датчик температуры;
10 - контроллер релейной платы;
11 - термовыключатель;
12 - держатели полок;
13 - гастроемкости;
14 - лоток для сбора влаги;
15 - выходной патрубок;
16 - панель управления;
17 - кабельный герметичный ввод;
18 - электромагнитный клапан;
19 - парогенератор;
20- сепаратор пены;
21 - герметичный бак;
22 - патрубок подвода воды в парогенератор;
23 - патрубок слива отработанной воды из парогенератора, с заглушкой;
24 - патрубок слива в канализацию из рабочей камеры и лотка двери;
25 - теплоизолирующий материал;
26 - водяные ТЭНы;
27 - длинный электрод;
28 - короткий электрод;
29 - тангенциальный патрубок входа пара и пены;
30- криволинейный патрубок слива пенной эмульсии и воды;
31 - осевой патрубок выхода в рабочую камеру пара, очищенного от пены;
32 - цилиндрический корпус сепаратора;
33 - термовыключатель парогенератора.
Пароварочно-конвективный аппарат (фиг. 1, 2, 5) содержит размещенную в корпусе 1 (фиг. 1, 5), выполненном из нержавеющей стали по ГОСТ 5632-2014, рабочую (теплоизолированную) камеру 2 (из коррозионно-стойкой стали, например, марки 12Х18Н10Т), установленные на основании 3 (фиг. 1). Для доступа и герметизации рабочей камеры 2 (фиг. 1, 5) на лицевой стороне корпуса 1 выполнена дверь 4 со стеклом и ручкой (на фиг. не показаны).
Внутренний объем рабочей камеры 2 разделен на две зоны: технологическую зону (на фиг. не показана) и рабочую зону (на фиг. не показана) при помощи перегородки 5 (фиг. 1), т.е. стенки промежуточной. В технологической зоне установлен вентилятор 6 (крыльчатка с приводом), вокруг которого расположены нагревательные элементы 7 (трубчатые воздушные электронагревательные элементы - ТЭНы по ГОСТ 13268-88, например, в количестве двух штук), предназначенные для нагрева воздуха в рабочей камере 2 (фиг. 1, 5). Нагревательные элементы 7 (фиг. 1) расположены на равном расстоянии от вентилятора 6 с целью обеспечения равномерного нагрева рабочей камеры 2 (фиг. 1, 5) и, соответственно, улучшения качества приготавливаемых продуктов. Запуск привода вентилятора 6 (фиг. 1), осуществляемого от стандартного электродвигателя 8 мощностью, например, 0,37кВт и закрепленного на задней стенке технологической зоны (на фиг. не показана) рабочей камеры 2 (фиг. 1, 5), происходит по заложенному в устройстве алгоритму. Циркуляция воздуха в рабочей камере 2 обеспечивается всасыванием вентилятором 6 (фиг. 1) воздуха из рабочей камеры 2 (фиг. 1, 5) и нагнетанием его обратно с использованием тепловой энергии, полученной от нагревательных элементов 7 (фиг. 1). Контроль температуры в рабочей камере 2 (фиг. 1, 5) осуществляется при помощи датчика температуры 9 (фиг. 1), контакты которого подключены к контроллеру 10 (релейной платы). При достижении в рабочей камере 2 (фиг. 1, 5) температуры (плюс) 320°С рабочий элемент термовыключателя 11 (фиг. 2) обесточивает цепь управления, предотвращая температурный перегрев рабочей камеры 2 (фиг. 1, 5) и возникновение аварийной ситуации в пароварочно-конвективном аппарате. В рабочей зоне (на фиг. не показана) расположены держатели полок 12 (фиг. 1) в виде вертикальных стоек для установки гастроемкостей 13 например, в количестве шести штук, а также многозонный щуп (на фиг. не показан) на специальном кронштейне (на фиг. не показан), который определяет внутреннюю температуру продукта. Сбор влаги с двери 4 (фиг. 1, 5) происходит в лоток 14. В дверь 4 вмонтирована лампа (на фиг. не показана), например, BJB 77.705.U103.23-25, предназначенная для освещения рабочей камеры 2.
Рабочая камера 2 соединена с внешней средой через выходной атмосферный патрубок 15 (фиг. 2), через который отработанный пар поступает в окружающую атмосферу.
Электрооборудование заявленного устройства расположено под верхней стенкой (на фиг. не показана), причем для охлаждения электронных блоков имеются два вентилятора (на фиг. не показаны).
Управление работой пароварочно-конвективного аппарата осуществляется при помощи панели 16 (фиг. 1, 5) управления, которая выполнена на лицевой поверхности корпуса 1.
Подвод питания к пароварочно-конвективному аппарату осуществляется через кабельный герметичный ввод 17 (фиг. 2), выполненный на задней поверхности заявленного устройства.
Контроллер 10 (фиг. 1) состоит из двух плат: платы (на фиг. не показана) индикации контроллера, которая расположена за панелью 16 (фиг. 1, 5) управления и релейной платы (на фиг. не показана) контроллера, установленной на щите монтажном (на фиг. не показан). Плата индикации и релейная плата соединены через плоский шлейф (на фиг. не показан).
Система водоснабжения и водоотведения заявленного устройства содержит электромагнитный клапан 18 (фиг. 2) уровня воды в парогенераторе 19 (фиг. 1, 2), герметичный бак 21 (фиг. 3) с длинным электродом 27 (фиг. 4) и коротким электродом 28 (фиг. 3, 4), термовыключатель 33 (фиг. 4) парогенератора 19 (фиг. 1, 2), патрубок 22 (фиг. 2, 3, 4) подвода воды в парогенератор 19 (фиг. 2), а также пробку 24 (фиг. 2) слива воды в канализацию из рабочей камеры 2 (фиг. 1, 5) и лотка двери 4, также имеется патрубок 23 (фиг. 2, 4) с заглушкой слива отработанной воды из парогенератора 19 (фиг. 1, 2). Патрубок 22 (фиг. 2, 3, 4) подвода воды из водопроводной сети и патрубок 23 (фиг. 2, 4) с заглушкой слива отработанной воды выполнены с внешней стороны герметичного бака 21 (фиг. 3). Для подведения к системам водоснабжения и канализации в устройстве используются шланги (на фиг. не показаны). Подключение пароварочно-конвективного аппарата к системе водоснабжения осуществляют через водоумягчительную установку водородно-ионного обмена, например, BRITA PURITY С150 Quell ST.
Парогенератор 19 (фиг. 1, 2) имеет сепаратор 20 (фиг. 2, 3) пены, который выполнен вваренным в его верхнюю поверхность посредством полуавтоматической сварки по ГОСТ 14771-76. Парогенератор 19 (фиг. 1, 2) вырабатывает и обеспечивает подачу пара в рабочую камеру 2 (фиг. 1, 5) при различных заданных режимах устройства. Парогенератор 19 (фиг. 1, 2) представляет собой герметичный бак 21 (фиг. 3), выполненный сваренным из нержавеющей стали (например, 12Х18Н10Т), который снаружи покрыт теплоизолирующим материалом 25, например, минеральной ватой НПБ-6 по ГОСТ 4640-2011. Парогенератор 19 (фиг. 1, 2) обеспечивает нагрев воды при помощи нагревательных элементов 26 (фиг. 4) («водяных» ТЭНов), расположенных внутри герметичного бака 21 (фиг. 3), где также имеются электроды контроля уровня воды: длинный электрод 27 (фиг. 4) и короткий электрод 28 (фиг. 3, 4). Короткий электрод 28 (фиг. 3, 4) контролирует верхний уровень воды в парогенераторе 19 (фиг. 1, 2). Длинный электрод 27 (фиг. 4) контролирует нижний уровень воды в парогенераторе 19 (фиг. 1, 2). Уровень воды в парогенераторе 19 поддерживается автоматически с помощью электромагнитного клапана 18 (фиг. 2). При снижении уровня воды в баке 21 (фиг. 3) ниже заданного значения (т.е. короткого и длинного электродов 27, 28 - см. на фиг. 3, 4) контроллер 10 (фиг. 1) выдает сигнал на включение и выключение электромагнитного клапана 18 (фиг. 2), который открывается и парогенератор 19 (фиг. 1, 2) заполняется водой. При подъеме воды в баке 21 (фиг. 3) до верхнего уровня контроллер 10 (фиг. 1) выдает сигнал на отключение электромагнитного клапана 18 (фиг. 2), который закрывается и подача воды прекращается.
Сепаратор 20 (фиг. 2, 3) пены выполнен в виде цилиндрического корпуса 32 (фиг. 3) из нержавеющей стали 08X15Н5 по ГОСТ 5582-75, вставленного в парогенератор 19 (фиг. 1, 2) сверху так, что верхняя часть сепаратора 20 (фиг. 2, 3) пены выполнена выступающей над верхней поверхностью (на фиг. не показана) герметичного бака 21 (фиг. 3) парогенератора 19 (фиг. 1, 2) и имеет высоту равную, например 63 мм, а нижняя часть цилиндрического корпуса 32 (фиг. 3) сепаратора пены 20 (фиг. 2, 3) расположена во внутреннем объеме герметичного бака 21 (фиг. 3) парогенератора 19 (фиг. 1, 2). Цилиндрический корпус 32 (фиг. 3) сепаратора 20 (фиг. 2) имеет диаметр, равный 50,8 мм и высоту, равную 131 мм. Сепаратор 20 (фиг. 2, 3) пены парогенератора 19 (фиг. 1, 2) выполнен с патрубками 29, 30, 31 (фиг. 3, 4) из нержавеющей стали 08X15Н5 по ГОСТ 5582-75, ввареными в него посредством полуавтоматической сварки по ГОСТ 14771-76: в его боковой поверхности (на фиг. не показана) выполнен ввареным (как показано на фиг. 3, 4) на глубину 14 мм тангенциальный патрубок 29 входа пара и пены, имеющий диаметр 10 мм и длину 27 мм; криволинейный патрубок 30 (фиг. 3) слива пенной эмульсии и воды, выполненный посредством гибки трубы под углом 120° и имеющий диаметр 10 мм, выполнен приваренным к нижней части сепаратора 20 (фиг. 2), где длина криволинейного патрубка 30 до места изгиба равна 45,8 мм, а его общая длина равна 116 мм; в верхней части выполнен вваренным осевой патрубок 31 (фиг. 3) выхода в рабочую камеру 2 (фиг. 1, 5) пара, очищенного от водяной пены, который имеет диаметр, равный 22 мм и длину, выступающую над верхней поверхностью сепаратора 20 (фиг. 2, 3), равную 32 мм. Нижняя часть криволинейного патрубка 30 (фиг. 3) расположена в объеме воды, находящемся в герметичном баке 21 так, как показано на фиг. 3. Герметичный бак 21 и сепаратор 20 (фиг. 2, 3) пены представляют единую сварную конструкцию, выполненную посредством полуавтоматической сварки по ГОСТ 14771-76. Тангенциальный патрубок 29 (фиг. 3, 4) выполнен непосредственно под верхней поверхностью (на фиг. не показана) герметичного бака 21 так, как показано на фиг. 3. Ось симметрии (на фиг. не показана) тангенциального патрубка 29 (фиг. 3, 4) расположена эксцентрично по отношению к оси симметрии (на фиг. не показана) цилиндрического корпуса 32 (фиг. 3) сепаратора 20 (фиг. 2, 3). Осевой патрубок 31 (фиг. 3) выполнен соосно с цилиндрическим корпусом 32 сепаратора 20 (фиг. 2, 3). Все патрубки 29, 30, 31 (фиг. 3, 4) имеют цилиндрическую форму. Нижняя поверхность сепаратора 20 (фиг. 2, 3) заканчивается на высоте 25 мм над поверхностью воды, расположенной в герметичном баке 21 (фиг. 3).
Для предотвращения аварийной ситуации при отказе системы автоматической подачи воды в герметичном баке 21 (фиг. 3) парогенератора 19 (фиг. 1, 2) установлен термовыключатель 33 (фиг. 4), который при достижении в парогенераторе температуры 160°С отключает пароварочно-конвективный аппарат.
При включении парогенератора 19 (фиг. 1, 2) с сепаратором пены 20 (фиг. 2, 3) в работу вода, находящаяся внутри герметичного бака 21 (фиг. 3), под воздействием нагревательных элементов 26 (фиг. 4) нагревается и закипает до температуры кипения. В процессе кипения на поверхности воды образуется водяная пена и выделяется пар, которые под давлением попадают через входной тангенциальный патрубок 29 (фиг. 3, 4) в цилиндрическую часть корпуса 32 (фиг. 3) сепаратора 20 (фиг. 2, 3) и приобретают вращательное движение (создается закрученный поток). По мере движения по внутренней поверхности корпуса 32 (фиг. 3) сепаратора 20 (фиг. 2, 3) водяная пена под воздействием центробежной силы расслаивается на жидкую пленку, текущую по внутренней поверхности корпуса 32 (фиг. 3) сепаратора 20 (фиг. 2, 3), слои пенной эмульсии и пар. Образовавшаяся пленка жидкости под действием силы тяжести вытесняется потоком в виде капель и струй через криволинейный патрубок 30 (фиг. 3) слива в объем жидкости парогенератора 19 (фиг. 1, 2). За счет своей кинетической энергии капли и струи жидкости дополнительно разрушают водяную пену, движущуюся по спирали во внутренней части корпуса 32 (фиг. 3) сепаратора 20 (фиг. 2, 3). При этом влажность и плотность пены в этой зоне повышается, что способствует более интенсивному центробежному осаждению жидкой фазы пены и ее разделению и далее дальнейшему перемещению вниз и выведению через криволинейный патрубок слива 30 (фиг. 3). Очищенный от водяной пены пар из центральной части корпуса 32 сепаратора 20 (фиг. 2, 3) поступает вверх через цилиндрический осевой патрубок 31 (фиг. 3) выхода пара из сепаратора 20 (фиг. 2, 3) в рабочую камеру 2 (фиг. 1, 5) устройства.
Конденсат пара, образовавшийся в рабочей камере 2 и на двери 4, поступает по патрубку 24 (фиг. 2) на слив в канализацию.
Заявленное устройство работает следующим образом. Пароварочно-конвективный аппарат устанавливают в хорошо проветриваемом помещении и подключают к системе водоснабжения, канализации и электросети: закрывают дверь 4 (фиг. 1, 5) рабочей камеры 2 и устанавливают кран (на фиг. не показан) подачи воды в положение «Открыто»; подают электропитание на пароварочно-конвективный аппарат, включив автоматический выключатель (на фиг. не показан) в стационарной проводке, при этом на панели 16 (фиг. 1, 5) управления зажигается светодиод кнопки «Вкл/Откл», все остальные светодиоды и индикаторы погашены. Для включения пароварочно-конвективного аппарата нажимают и отпускают кнопку «Вкл/Откл» на панели 16 управления: гаснет светодиод «Вкл/Откл" (на фиг. не показан), включается лампа (на фиг. не показана) рабочей камеры 2, зажигается светодиод последнего выбранного режима, который был до выключения или выхода в дежурный режим; зажигаются индикаторы параметра «Температура», «Время/Щуп»/«Щуп» и «Влажность»/«Время». Затем выбирают режим приготовления пищи, для чего необходимо нажать и отпустить кнопку «больше» или «меньше» требуемого режима (на фиг. не показана). Для изменения значения параметров работы оператор может нажать и отпустить кнопку с параметром («Температура в камере», «Время/Щуп» или «Таймер») панели 16 (фиг. 1, 5) управления. Далее загружают продукт в рабочую камеру 2, установив щуп (на фиг. не показан) в приготавливаемый продукт. Для запуска пароварочно-конвективного аппарата в работу нажимают и отпускают кнопку «Пуск/Стоп», расположенную на панели 16 (фиг. 1, 5) управления. Для выхода из режима необходимо нажать и отпустить кнопку с символом «М». При открывании двери 4 работа устройства приостанавливается - останавливается вентилятор 6 (фиг. 1) и отключаются ТЭНы 7. После окончания работы выключают пароварочно-конвективный аппарат, нажав и отпустив кнопку «Вкл/Окл». Далее обесточивают пароварочно-конвективный аппарат, установив автоматический выключатель в стационарной проводке в положение «Вкл» (на фиг. не показан), открывают дверь 4 (фиг. 1, 5) и перекрывают краны подвода воды.
Алгоритм работы пароварочно-конвективного аппарата позволяет выбрать один из следующих режимов работы:
- режим «Конвекция» (сухой нагрев): нагрев происходит за счет воздушных ТЭНов без подачи пара в рабочую камеру, диапазон задания температуры в рабочей камере (плюс) (30-270)°С, влажность в рабочей камере не задается;
- режим «Конвекция + пар» (комбинированный режим): нагрев происходит за счет одновременной работы воздушных ТЭНов и водяных ТЭнов, диапазон задания температуры в рабочей камере (плюс) (30-250)°С, влажность в рабочей камере задается от 0% до 100% с шагом 10;
- режим «Разогрев с паром»: нагрев происходит за счет одновременной работы воздушных ТЭН-ов и водяных ТЭНов, диапазон задания температуры в рабочей камере (плюс) (30-160)°С, влажность в рабочей камере не регулируется, задана 100% влажность;
- режим «Низкотемпературный пар»: диапазон задания температуры в рабочей камере (плюс) (30-98)°С;
- режим «Пар»: нагрев происходит за счет водяных ТЭНов.
Изменение режимов работы пароварочно-конвективного аппарата и параметров приготовления пищи осуществляется оператором нажатием соответствующей кнопки на панели 16 управления.
В отличие от прототипа, где в парогенераторе используется отбойник пены, осуществляющий накапливание водяной пены от кипящей воды и прорыв в виде брызгов воды через патрубок выхода пара в рабочую камеру устройства, что приводит к порче выпекаемых продуктов и в том числе - их товарного вида, то в парогенераторе предложенного технического решения имеется сепаратор пены в виде цилиндрического корпуса, вставленного в парогенератор сверху так, что верхняя часть цилиндрического корпуса сепаратора пены выполнена выступающей над верхней поверхностью парогенератора, а нижняя часть цилиндрического корпуса сепаратора пены расположена во внутреннем объеме парогенератора, в боковой поверхности цилиндрического корпуса выполнен тангенциальный патрубок входа пара и водяной пены, в верхней части цилиндрического корпуса выполнен осевой патрубок выхода пара, очищенного от водяной пены, а нижняя часть цилиндрического корпуса выполнена с патрубком слива пенной эмульсии и воды, что позволяет эффективно (максимально) очищать от водяной пены пар, выходящий из парогенератора в рабочую камеру, тем самым повышается эффективность работы устройства за счет сохранения органолептических свойств (качества) готовой продукции, также повышается надежность работы заявленного устройства, что достигается за счет возможности приготовления качественных продуктов питания, которые «выходят» из устройства не намокшими, т.е. имеющими хороший товарный вид и полностью удовлетворяющими требования потребителей.
Предложенное устройство способствует решению технологических задач, которые предъявляются к устройствам для предприятий общественного питания, что увеличивает покупательский спрос на современном рынке.
Все составные части заявленного технического решения соединены между собой сборочными операциями, т.е. находятся в функционально-конструктивном единстве.
Осуществление предложенного изобретения с выполненным сепаратором пены в парогенераторе пароварочно-конвективного аппарата позволяет решить заявленную техническую проблему и обеспечить достижение заявленного технического результата. Предложенное техническое решение, имеющее конструктивное единство, реализует общее функциональное назначение (функциональное единство).
Предложенное техническое решение явным образом не следует из уровня техники. В процессе патентного поиска не выявлены технические решения, совпадающие с его существенными отличительными признаками, следовательно, оно удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень».
В уровне техники не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.
Заявитель апробировал заявленный пароварочно-конвективный аппарат, что подтвердило его назначение, реализуемость и работоспособность, в связи с этим заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость».