СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО КУХОННОГО КОТЛА И ОХЛАЖДАЕМЫЙ КУХОННЫЙ КОТЕЛ
METHOD OF INDUSTRIAL KITCHEN BOILER COOLING INCREASING AND COOLED KITCHEN BOILER

Настоящее изобретение относится к способу повышения охлаждения промышленного кухонного котла, в котором используется котел с внутренней рубашкой и наружной рубашкой, между которыми образовано промежуточное пространство, в которое охлаждающая среда подается посредством подающих элементов и выпускается посредством выпускных элементов, причем согласно способу охлаждающую среду подают в промежуточное пространство по существу в том же количестве, в котором ее выпускают из него.
Изобретение относится также к охлаждаемому промышленному кухонному котлу с внутренней рубашкой и наружной рубашкой, между которыми образовано промежуточное пространство, в которое охлаждающая среда подается посредством подающих элементов и выпускается посредством выпускных элементов.
В промышленных кухнях, таких как больничные и централизованные кухни, а также в ресторанах, пекарнях и пищевой промышленности, одновременно готовят большое количество пищи, как правило, в промышленных кухонных котлах, объемы которых обычно находятся в диапазоне приблизительно 40-500 литров. Часто необходимо выдавать пищу каждый день недели, что может быть реализовано, например, используя подход «приготовь и охлади». В этом случае пищу готовят только в рабочие дни и в то же время предварительно готовят порции, необходимые для выходных дней. После предварительного приготовления партий пищи их охлаждают до температуры ниже 8°С и хранят при подходящей температуре. Затем партия пищи может быть нагрета вся сразу или по порциям для употребления. Недостатком подхода «приготовь и охлади» является то, что, поскольку пища хранится до ее разогрева, это может привести к проблемам с точки зрения гигиены. В этом случае критическим фактором является не хранение при температуре ниже 8°С, поскольку при этих температурах микроорганизмы, такие как бактерии и плесень, не могут легко размножаться. В качестве критического фактора следует рассматривать стадию охлаждения, в течение которой температура продуктов снижается с 55°С до конечной температуры ниже 8°С. В этом температурном диапазоне предварительно приготовленная пища имеет оптимальные условия для размножения микроорганизмов, которые, таким образом, могут размножаться с особой интенсивностью в течение стадии охлаждения.
Для удержания размножения микроорганизмов на стадии охлаждения в допустимых пределах важно, чтобы предварительно приготовленные продукты охлаждались до конечной температуры в течение как можно более короткого времени. Целью должна быть реализация стадии охлаждения менее чем за 120 минут, в частности, менее чем за 90 минут.
Обычно охлаждение котла происходит так, что холодная текучая среда подается в паровую рубашку либо из водопровода, либо из отдельного хранилища льда. Впуск для текучей среды находится в нижней части рубашки, а выпуск- в верхней части рубашки. В подобном известном решении трудно достичь эффективной скорости потока, поэтому коэффициент теплопередачи в рубашке остается относительно низким.
Из публикации KR 20110041837 А известен охлаждаемый промышленный кухонный котел с внутренней рубашкой и наружной рубашкой, между которыми образовано промежуточное пространство, в которое охлаждающая среда подается посредством подающих элементов и выпускается с посредством выпускных элементов. В промежуточном пространстве размещены управляющие лопасти, функционирующие в качестве охлаждающих ребер. Из публикации F 1123987 известно решение, в котором нагревающая или охлаждающая среда подается в корпус смешивающего вала. Из публикации GB 331606 известен охлаждаемы смесительный сосуд, заключенный в рубашку, которая предназначена для теплопередающей текучей среды и в которую подают теплопередающую текучую среду с обеспечением ее циркуляции.
Настоящее изобретение направлено на создание решения, в котором относительно простым образом может быть усилена скорость потока в рубашке. Для решения этой задачи предлагается способ охлаждения промышленного кухонного котла, отличающийся тем, что скорость потока охлаждающей среды в промежуточном пространстве увеличивают, используя насос, установленный в соединении с промежуточным пространством, причем посредством упомянутого насоса охлаждающую среду отводят из промежуточного пространства во вспомогательный циркуляционный поток вне промежуточного пространства и возвращают в промежуточное пространство.
Количество, поступающее во вспомогательный циркуляционный поток, находится при использовании хладагента предпочтительно в диапазоне приблизительно от 5 л/мин до приблизительно 200 л/мин.
Предпочтительно охлаждающую среду отводят во вспомогательный циркуляционный поток из верхней части промежуточного пространства и подают обратно в промежуточное пространство в области нижней части промежуточного пространства. Предпочтительно охлаждающую среду из вспомогательного циркуляционного потока подают в промежуточное пространство по существу тангенциально.
В свою очередь, охлаждаемый промышленный кухонный котел в соответствии с изобретением отличается тем, что в соединении с промежуточным пространством установлен насос, обеспечивающий возможность значительного увеличения скорости потока охлаждающей среды без увеличения количества свежей охлаждающей среды, подаваемой в промежуточное пространство. Вход насоса предпочтительно подсоединен к области верхней части промежуточного пространства, а выход насоса подсоединен к области нижней части промежуточного пространства.
В решении согласно изобретению теплопередача в котле может быть значительно увеличена путем значительного повышения скорости потока охлаждающей среды в промежуточном пространстве без увеличения потребления охлаждающей среды. Эффективность теплопередачи зависит, в частности, от скорости потока среды близ стенки внутренней рубашки.
Далее изобретение описано более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 схематично изображает сечение в вертикальной плоскости известного из уровня техники решения для охлаждения промышленного кухонного котла,
фиг. 2 схематично изображает вид сбоку решения для охлаждения промышленного кухонного котла в соответствии с изобретением, и
фиг. 3 изображает сечение промышленного кухонного котла в горизонтальной плоскости на высоте обратного соединения вспомогательного циркуляционного потока.
На фиг. 1 показано охлаждение котла 1 с двойной рубашкой традиционного исполнения с использованием воды в качестве хладагента. Внутренняя рубашка 3 образует внутреннее пространство котла для приготовления пищи, в котором в общем случае расположены смешивающие элементы (не показаны), которые в общем случае вращаются посредством моторных элементов (не показаны) под котлом. Наружная рубашка 4 расположена на расстоянии от внутренней рубашки 3, и между ними образовано промежуточное пространство 2, в которое во время приготовления пищи может подаваться пар или другая нагревающую среду для повышения эффективности приготовления пищи. Также внутри промежуточного пространства в общем случае расположены нагреватели сопротивления (не показаны) для нагрева котла. Когда приготовление пищи закончено, пищу как можно быстрее охлаждают, выключая нагреватели сопротивления и направляя затем холодную охлаждающую воду в промежуточное пространство 2, например, со скоростью 25 л/мин, с температурой охлаждающей воды, например, 0,5°С.
Холодную охлаждающую воду подают в промежуточное пространство 2 между внутренней рубашкой 3 и наружной рубашкой 4 из водопровода или из отдельного хранилища льда. Охлаждающую воду подают из нижней части охлаждающей рубашки через подающий фитинг 5, а нагретую охлаждающую воду выпускают через выпускную трубу 6 на верхнем крае рубашки. Холодную охлаждающую воду непрерывно подают в промежуточное пространство в том же количестве, в котором она из него выпускается. При охлаждении, выполняемом таким образом, поток охлаждающей воды довольно слаб для достижения эффективной скорости потока в промежуточном пространстве, поэтому эффективность теплопередачи в рубашке остается низкой. Путем увеличения скорости подачи охлаждающей воды можно повысить скорость потока и, тем самым, эффективность теплопередачи, однако при этом увеличивается потребление охлаждающей воды.
На фиг. 2 показан один пример варианта осуществления решения согласно изобретению. В нем, в дополнение к обычным элементам 5, 6 циркуляционного охлаждения, с наружной стороны котла размещен насос 9, который отбирает нагретую охлаждающую воду из верхней части промежуточного пространства через трубу 7 и прокачивает ее ниже в промежуточное пространство через трубу 8. Во вспомогательный циркуляционный поток отводится предпочтительно больше охлаждающей воды, чем подается свежей охлаждающей воды в промежуточное пространство. Например, если подаваемое количество охлаждающей воды составляет 50 л/мин, во вспомогательный циркуляционный поток отводят количество предпочтительно в диапазоне 75 л/мин - 150 л/мин. Эту воду подают обратно в промежуточное пространство с высокой скоростью, тангенциально из одного или нескольких фитингов, что вынуждает текучую среду вращаться на большой площади в промежуточном пространстве.
На фиг. 3 схематично показано сечение промышленного кухонного котла у обратного соединения 8 вспомогательного циркуляционного потока. Обратное соединение предназначено для направления охлаждающей воды из обратного циркуляционного потока по существу тангенциально в промежуточное пространство 2 для создания в нем вращательного движения воды в направлении, указанном стрелками. Это значительно улучшает теплопередачу и сокращает время, затрачиваемое на охлаждение, без увеличения потребления охлаждающей воды. Как альтернативный вариант, может быть уменьшено количество воды, используемой при охлаждении. При использовании водопроводной воды в качестве охлаждающей воды можно дополнительно оптимизировать поток охлаждающей воды с помощью клапана и сэкономить больше воды. Дополнительным преимуществом решения согласно изобретению является то, что вода, возвращающаяся в промежуточное пространство из внешнего циркуляционного потока, в некоторой степени нагревается, при этом она не стремится опускаться в нижнюю часть промежуточного пространства и, таким образом, замедляет циркуляцию воды в нижней части промежуточного пространства. Охлаждение может быть усилено путем установки в промежуточном пространстве управляющих лопастей (не показаны), которые заставляют охлаждающую воду подниматься по спирали в промежуточном пространстве. В то же время, управляющие лопасти функционируют в качестве охлаждающих ребер, способствуя эффективному охлаждению. Кроме того, охлаждение может быть улучшено с помощью использования в котле миксера (не показан), который может быть сформирован в виде охлаждающего миксера, например, как описано в более раннем патенте ЕР 1357806 заявителя по настоящей заявке. В этом случае будет дополнительно повышено охлаждение пищи в котле.
Влияние технического решения согласно изобретению на эффективность охлаждения было проверено расчетами (с использованием CFD-моделирования (моделирование с применением методов вычислительной гидродинамики)) для котла с внутренним объемом 300 л. Объем промежуточного пространства в котле составлял 100 л. Охлаждающей средой была вода. Материалом рубашки была кислотостойкая сталь.
При моделировании было обнаружено, что решение согласно изобретению существенно улучшает эффективность теплопередачи. Например, когда скорость подачи охлаждающей воды составляла 50 л/мин при температуре котла 60°С, решение согласно изобретению, в котором охлаждающую воду вводилась во вспомогательный циркуляционный поток в количестве 100 л/мин, обеспечивало расчетное улучшение общей теплопередачи приблизительно на 30% по сравнению с обычным способом. Когда температура котла составляла 5°С, при использовании той же скорости подачи охлаждающей воды в промежуточное пространство и такого же количества во вспомогательный циркуляционный поток, улучшение охлаждения составляло приблизительно 45%.
В описанном выше изобретении в качестве средства для увеличения скорости циркуляции охлаждающей воды используется насос, создающий вспомогательную циркуляцию вне промежуточного пространства. Вместе с тем, предусмотрена возможность осуществления изобретения с использованием других средств увеличения скорости потока охлаждающей среды, таких как, например, пропеллер или крыльчатка или поршень, расположенных внутри промежуточного пространства. В качестве альтернативных вариантов можно рассмотреть также лопасть, вращающуюся вокруг промежуточного пространства или применение сжатого воздуха для увеличения скорости среды.
Теплопередача котла может быть дополнительно повышена в некоторой степени за счет выполнения опорных конструкций в промежуточном пространстве так, чтобы они как можно меньше перекрывали поток, а также за счет расположения фитинга подачи свежей охлаждающей воды ближе к средней части рубашки и ближе к нижнему краю котла.
Горячая вода предпочтительно выпускается из промежуточного пространства до начала охлаждения, что способствует повышению скорости охлаждения. Когда охлаждение закончено, охлаждающая вода может быть отведена из промежуточного пространства с помощью насоса.
Изобретение было описано выше применительно к охлаждению котла, однако оно может быть использовано также для повышения нагрева при использовании жидкой теплопередающей среды.
В качестве теплопередающей среды вместо воды, используемой в вышеприведенных примерах, могут выступать, например, гликоль, масло, специальная теплопередающая текучая среда, газ или сочетание различных теплоносителей.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 котел
2 промежуточное пространство
3 внутренняя рубашка
4 наружная рубашка
5 подача в промежуточное пространство
6 выпуск из промежуточного пространства
7 вход в насос из промежуточного пространства
8 выход из насоса в промежуточное пространство
9 насос