Многофункциональная трехъярусная печь с использованием современных электрофизических методов нагрева пищевых продуктов
MULTIFUNCTIONAL THREE-STORIED FURNACE WITH THE USE OF MODERN ELECTROPHYSICAL METHODS OF HEATING FOODSTUFFS

Изобретение относится к пищевой промышленности, общественному питанию, а именно к производству пищевых продуктов, в том числе мясных изделий.
Развитие рыночных отношений и предпринимательской активности населения привело к резкому увеличению в стране сетей мелких и средних предприятий общественного питания. Их насчитывается порядка сотен тысяч, объемы реализации только в Москве превышают 40 млн. долл. США в месяц. Значительный удельный вес в технологии приготовления продуктов питания занимает тепловая обработка пищевых продуктов в различных греющих средах и условиях энергоподвода. Для этого широко используются пароконвектоматы, микроволновые печи с режимами СВЧ-нагрева, комбинированные с СВЧ- и последующей ИК-обработкой, режимы «Гриль», при которых продукты подвергают воздействию инфракрасного облучения.
Однако в сложившейся ситуации на пищевых предприятиях среднего и малого бизнеса во многих случаях применяется устаревшее оборудование различных фирм-производителей, либо кустарного производства. При этом режимы тепловой обработки зачастую далеки от рациональных, следствием чего является перерасход электроэнергии и неудовлетворительное качество готовых пищевых продуктов.
На сегодняшний день совершенствование функционирования оборудования для тепловой обработки пищевых продуктов - проблема актуальна и своевременна, не достаточно научно обоснованных рациональных режимов подвода энергии в процессах термообработки не только мясных полуфабрикатов, но и пищевой продукции в целом, необходимо повышение технического уровня аппаратурного оформления, условий эксплуатации, резервов экономии электроэнергии и обеспечение заданного стабильного уровня качества готовой продукции. Поэтому дальнейшее развитие таких электрофизических методов нагрева, как электротермия (ВЧ и СВЧ, инфракрасный нагрев, электростатическое поле, ультразвук, импульсная техника) для интенсификации процессов теплообмена и совершенствования аппаратов, в которых осуществляется тепловая обработка, является социально значимым и актуальным.
При организации функционирования точек быстрого питания перед предпринимателем встает вопрос о рациональном и разумном использовании площади помещения, для открытия бизнеса в этой сфере помещения приходится арендовать, арендная плата высокая, поэтому необходима экономия площади помещений, а также рациональное и эффективное ее использование.
Изобретение направлено на решение этих проблем и устранение существующих недостатков, а именно при использовании маленькой площади помещения предложить конструктивные проектные решения, позволяющие повысить производительность, качество продукции и эффективное ее использование.
Цель изобретения в создании многофункциональной трехъярусной печи, в комплектацию которой входят две печи: ИК-печь, в качестве нагревательных элементов используются кварцевые лампы КГТ 220-1000, комбинированная печь с ИК- и СВЧ-нагревом, также шкаф для подогрева пищевых продуктов, в качестве нагревателей используют ТЭНы, в комплектации печи предусмотрен шкаф для хранения сыпучих продуктов.
Многофункциональная трехъярусная печь состоит из корпуса с термоизоляцией - 1 и рабочих камер или печей, на рис. 1 представлен эскиз общего вида проекта конструкции многофункциональной трехъярусной печи (в аксонометрии) ИК-печь (рабочая камера ИК-печи) - 2; печь (рабочая камера) с комбинированным нагревом (ИК-СВЧ-) - 3; шкаф для подогрева пищевой продукции (нагревательные элементы - тэны) - 4; шкаф для хранения сыпучих пищевых продуктов и хозяйственного инвентаря - 5; дверцы печей (рабочих камер) со смотровыми окнами из жаропрочного стекла - 6; печь оснащена панелью управления или блоком управления с таймером времени и регулированием режимов - 7, 9; для удобного пользования двери ИК-печи и печи с комбинированным нагревом снабжены большими ручками - 8.
Обе печи верхняя ИК-печь, затем комбинированная СВЧ + ИК-печь, оснащены дверями, состоящие из смотрового окна, выполненного из жаропрочного стекла для наблюдения за готовностью продукта, в ИК-рабочей камере верхние ИК-излучатели, установлены в устройстве для регулирования его положения, нижние ИК-излучатели, закреплены стационарно, под или поддон установлены в пазы, встроенные на боковых стенках рабочей камеры, для фиксации расстояния от излучателей продукта до объекта, регулятора режимов или регулятора напряжения подачи мощности; вторая камера предусматривает комбинированный ИК- СВЧ-нагревы: сверху установлены ИК-излучатели по принципу верхней камеры, внизу рабочей камеры комбинированного нагрева установлен магнетрон, средняя камера предназначена для поддержания на определенном уровне температуры для подогрева мясных, мучных кулинарных изделий и пиццы, нижний встроенный шкаф предусмотрен для хранения хозяйственного инвентаря и сыпучих продуктов.
На панели печи предусмотрен таймер времени и регулятор режимов.
Техническим результатом является многофункциональность конструкции, такая печь занимает небольшую площадь, предназначена для использования в сфере общественного питания, в организации малого бизнеса и имеет широкий спектр применения не только для приготовления кулинарных блюд, но и для разогрева готовых блюд.
На рис. 2. показан фронтальный разрез проекта разработанной многофункциональной многоярусной печи, 2, 3 - рабочие камеры верхняя ИК-печь, печь (рабочая камера) с комбинированным ИК- СВЧ-нагревом; 4 - выдвижной шкаф для подогрева мучных кулинарных изделий, пиццы и мясных изделий; 5 - шкаф для хозяйственного инвентаря и сыпучих продуктов; 7, 9 - панель управления.
На фронтальном разрезе четко показано расположение инфракрасных кварцевых излучателей КГТ- 200-1000, в верхней инфракрасной камере они расположены перпендикулярно (четыре сверху, четыре снизу), а в камере комбинированного нагрева расположены вдоль дверей и в количестве четырех штук сверху - 10,11, внизу рабочей камеры комбинированного нагрева встроен магнетрон - 12 для излучения сверхвысокочастотной энергии; шкаф для подогрева оснащен - ТЭНы (темные излучатели) - 13; для уменьшения теплопотерь в окружающую среду печь имеет слой теплоизоляционного материала - 14.
В основе создания многоярусной многофункциональной печи была положена идея интеграции двух печей, инфракрасной печи, на конструкцию которой авторами был получен патент [1], и комбинированной печи, такую печь имеют в своем арсенале разные фирмы-производители, одна из них Bork.
В предлагаемой многофункциональной и многоярусной печи система автоматического регулирования вместе с таймером времени или панель управления перенесены на левую сторону единым блоком для обеих печей, запирание и открывание обеих встроенных ИК-печи и комбинированной печи предусмотрено справа налево для более удобного использования с практической точки зрения, а также для красивого дизайна многофункциональной многоярусной печи, большие ручки как на ИК-печи - верхняя печь, так и комбинированная печь СВЧ + ИК-нагрев.
Функционирование разработанной трехъярусной печи состоит в том, что в верхней рабочей камере нагрев осуществляется ИК-излучением, в смотровое окно из жаропрочного стекла можно наблюдать за готовностью продукта, расположение ИК-излучателей можно менять с помощью регулятора режимов, имеются в комплектации подики или поддоны из металлического материала, сетчатые, керамические, ИК-излучатели установлены горизонтально в верхней и нижней частях камеры, причем нижние ИК-излучатели установлены стационарно, а верхние с возможностью регулирования расстояния до продукта при помощи устройства автоматического регулирования положения излучателя, представляющего собой разборную конструкцию, а расстояние до нижних ИК-излучателей регулируется установкой пода на предназначенные для этого пазы, встроенные на боковых стенках камеры, причем нижние ИК-излучатели в зависимости от обрабатываемого продукта можно отключать с помощью регулятора режимов.
Верхняя камера печи конструктивно представляет собой устройство, которое можно использовать для разогрева готовых блюд, для некоторых видов кулинарной продукции, в том числе и мясной, разработаны режимы, которые можно регулировать с помощью перестановки противней в соответствующие пазы и соответствующим программным обеспечением, также устройством автоматического регулирования ИК-излучателями, печь снабжена подами различной конфигурации и из различных материалов: керамические (различной толщины, оптимальная толщина керамического пода подбиралась методом планированного эксперимента), сетчатые и сплошные металлические, фарфоровые [1].
Авторы, основываясь на ранее полученных результатах и своих личных экспериментальных исследованиях, задачу изобретения направили на разработку способов теплового воздействия и устройства, в котором данные способы можно осуществить. В предлагаемом устройстве мясные изделия сохраняют свою пищевую ценность и обладают по сравнению с известными высокими органолептическими, вкусовыми и полезными для человека свойствами, сохраняющимися на протяжении длительного времени. Предлагается простой и экономичный способ тепловой обработки не только мясных изделий, но и других различных продуктов, а также устройство для осуществления предлагаемых способов [2, 3, 4].
Технологический цикл производства пищевых продуктов включает тепловую обработку продукта инфракрасными лучами, при котором инфракрасные излучатели встраивают с двух сторон в верхней и нижней частях корпуса печи камерного типа без защитных устройств, в связи с экономией расхода энергии на защитные устройства, так как некоторая часть энергии расходуется на нагрев защитных устройств.
Тепловую обработку можно производить на различных противнях или подах различной конфигурации и из различных материалов: керамический (различной толщины), фарфоровый, сетчатый, сплошной металлический.
Верхняя камера многофункциональной многоярусной печи снабжена фиксаторами расстояния от излучателей продукта до объекта, регулятором режимов или регулятора напряжения подачи мощности (не показаны), на панели печи предусмотрен таймер времени.
В инфракрасной установке предусмотрены режимы для различных мясных изделий: кускового мяса, мясных натуральных, мясных рубленых полуфабрикатов и др.
В комплект ИК-печи входят также керамические противни различной конфигурации и толщины, сплошные металлические, сетчатые.
В процессе тепловой обработки в зависимости от режима в печи предусмотрено отключение нижних излучателей с помощью регулятора режимов. Готовность продукта определяют либо визуально, либо в соответствии с отработанными режимами по отключению таймера времени.
Качество мяса, обработанное в предлагаемой печи, имело высокие органолептические показатели и достаточно высокую пищевую ценность, что подтверждается анализами аминокислотного состава по сравнению с приготовлением, осуществляемым в известных микроволновых печах, что и является подтверждением преимущества предлагаемого устройства и предлагаемых режимов [2, 3, 4].
На основе проведенного литературного обзора и анализа экспериментальной базы научно-исследовательских работ по тепловым процессам предлагаем конструктивные проектные решения, размер глубина 560 мм, ширина 550 мм, высота конструкции печи 1700 мм, нижний шкаф для сыпучих продуктов, может также служить подставкой со съемными мобильными колесами.
Конструктивные проектные решения дают возможность рационально использовать арендованную площадь, реализацию всевозможных приемов и способов тепловой обработки с различными технологическими решениями и регламентами:
1. Двусторонний обогрев одностадийный или в несколько стадий.
2. Нижние ИК-излучатели отключены, а верхние включены, поскольку их 4, система автоматическая, и схема цепи позволит нам попеременное включение и выключение то верхних, то нижних в зависимости от режима и обрабатываемого мясного полуфабриката, или два верхних отключены, два верхних в рабочем состоянии; два нижних отключены, два в рабочем состоянии; включены по два ИК-излучатели вверху и внизу;
3. Включены только верхние ИК-излучатели;
4. Включены только нижние ИК-излучатели;
Для экономии площади встроили вторую рабочую камеру, которая предусматривает верхние излучатели КГТ 220 1000 - 4 штуки и внизу магнетрон, в камере можно предусмотреть различные режимы:
1. Комбинированный, когда включены и магнетрон и ИК-излучатели;
2. Включены только верхние ИК-излучатели;
3. Включен только магнетрон;
4. Сначала продукт подвергают СВЧ-воздействию, далее подвергают ИК-обработке (включают верхние ИК-излучатели)
Для подогрева пищевых продуктов предусмотрен шкаф с темными излучателями, можно использовать его также для длительного поддержания температуры в пищевых продуктах.
Таким образом, предлагаемые проектные решения способствуют апробации всевозможных вариантов тепловой обработки, экономию площади помещения, за счет того, что конструкция узкая и высокая по габаритам, повышению производительности печи, при одновременной загрузке продукции.
1. Патент RU 2304884, Беляева М.А., Якушев О.И., Космодемьянский. ИК-печь камерного типа для тепловой обработки пищевых продуктов.
2. Беляева М.А. Многокритериальная оптимизация процессов тепловой обработки мясных полуфабрикатов при ИК-энергоподводе // авторефер. дисс. докт. техн. наук / - М.: МГУПБ, 2009. - 50 с.
3. Беляева, М.А. Системный анализ технологий и бизнес-процессов в мясном производстве / М.А. Беляева. - Москва: ФГБОУ ВО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», 2015. - 384 с. 18 ВИ 978-5-7307-1051-1.
4. Беляева М.А. Многокритериальная оптимизация тепловой обработки мясных полуфабрикатов с использованием современных электрофизических методов нагрева / RuScience. М. 2016. - 244 с.