СПОСОБ СУШКИ ПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DRYING PRODUCTS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к области пищевой промышленности, а именно к способу и устройству, предназначенным для сушки овощей, фруктов, ягод, трав, грибов и других влагосодержащих продуктов в бытовых условиях.
На сегодняшний день известны различные способы сушки и сушильные устройства, предназначенные для бытового использования. Среди них большое распространение получили сушильные устройства конвективного типа, в которых процесс дегидрации происходит благодаря циркуляции теплого воздуха. В конструкцию данных устройств, как правило, входит корпус с нагревательным элементом и вентилятором, на котором располагаются поддоны для размещения пищевых продуктов. Во время работы нагревательный элемент повышает температуру внутри устройства, а вентилятор обеспечивает циркуляцию нагретого воздуха вокруг высушиваемых продуктов, снижая содержание в них влаги.
Однако функции управления данных устройств очень ограничены. Известны отдельные устройства, которые оснащены термостатами (тепловыми реле), либо термостатами в сочетании с механическими таймерами для отключения устройства по истечении заданного пользователем времени. Известны отдельные устройства, которые оснащены датчиками температуры и предусматривают необходимость ручной регулировки температуры и настройки термостата для получения заданной температуры. Этот процесс требует вмешательства пользователя и означает, что каждый раз при использовании устройства пользователь должен вручную регулировать температуру, опытным путем стараясь получить желаемое показание датчика.
Из уровня техники известен дегидратор Presto 06301 (http://dehydratorreview.ru/reviews/presto-06301-dehydrator.html) с электронным блоком управления, расположенным в нижней части устройства. Встроенная электронная система позволяет пользователю самостоятельно устанавливать необходимое время и температуру для сушки. На лицевой части дегидратора расположены кнопки управления. Пользователь может самостоятельно регулировать температуру и время сушки с помощью таймера, который автоматически по истечению заданного времени прерывает процесс сушки.
Известна также электросушилка бытовая (ЭСБ) «ВОЛТЕРА-1000» ЛЮКС с таймером и электронным блоком управления (http://volteralux.ru/Sushilka_bytovaya_Voltera.pdf). Поддержание температуры в заданном режиме осуществляется автоматически с помощью электронного блока управления в пределах 40…70°С с дискретностью 1°С. Время сушки задается с помощью электронного блока управления в интервале 1-48 часов, с дискретностью 1 час и автоматически контролируется. Внутри тепловентиляторного блока размещены электродвигатель с крыльчаткой и электронагреватель. Вентилятор закачивает воздух из нижней части электросушилки и подает его на нагреватель, где воздух нагревается и через кольцевую щель между корпусом и крышкой диффузора подается на решета. На панели управления расположены кнопка включения-выключения, кнопка времени сушки, кнопка установки температуры сушки и информационное табло. При повторном нажатии кнопки установки времени в процессе сушки на информационном табло высвечивается остаток времени сушки от установленного ранее пользователем.
По окончании заданного времени сушки известные электросушилки автоматически отключаются от питания электросети. Как правило, высушенный продукт после завершения сушки остается на поддонах достаточно продолжительное время до момента его упаковки в тару, что может привести к контакту с насекомыми, оседанию пыли и других посторонних частиц, и, как следствие, порче готового продукта. В процессе работы в устройства с потоком всасываемого воздуха также могут попадать загрязняющие инородные элементы (например, ворс, шерсть животных, волос), которые в последствии оседают на продукте и могут привести к его порче. Другим недостатком известных устройств является то, что после завершения сушки продукт может иметь неравномерно просушенные участки, что также приводит к снижению качества продукта, уменьшению срока его хранения. Для снижения рисков порчи пищевых продуктов при их хранении требуется соблюдение санитарно-гигиенических правил заготовки, которые особенно важны при осуществлении заготовок в домашних условиях в теплое время года, а также в плохо проветриваемых помещениях.
Предлагаемое решение позволяет устранить указанные недостатки за счет оптимально подобранных режимов работы вентилятора и нагревательного элемента, обеспечивающих предотвращение контакта продукта с возбудителями порчи, и в то же время обеспечивающих стабилизацию влаги в продуктах, исключающую его недосушку или пересушку.
Технической проблемой группы изобретений является повышение качества готового продукта за счет введения конструктивных элементов, обеспечивающих новые технологические возможности процесса сушки при ее автоматизации.
Техническим результатом является повышение качества готового продукта и срока его хранения за счет предотвращения загрязнения продукта, его заражения различными насекомыми и развития микроорганизмов, способных вызвать порчу продукта. Кроме того, обеспечивается более равномерная просушка продукта и стабилизация в нем влаги на уровне ≤13%, что также увеличивает длительность хранения готового продукта.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для сушки пищевых продуктов, включающем корпус c отверстиями для забора воздуха; съемные поддоны для размещения продуктов; крышку с отверстием для удаления влажного воздуха; расположенные в корпусе электродвигатель, нагревательный элемент и крыльчатое колесо, соединенное с электродвигателем; блок управления нагревательным элементом и электродвигателем, обеспечивающий основной режим сушки; панель индикации для ввода значений температуры и времени работы устройства; согласно предлагаемому техническому решению,блок управления выполнен с возможностьюавтоматического переключения на щадящий режим сушки после завершения основногорежима, характеризующийся поддержанием температуры30°±5°C внутри корпуса при одновременном вращении крыльчатого колеса.
Блок управления может быть выполнен с возможностьюобеспечения снижения скорости циркуляции воздушного потока в щадящем режиме сушке на 20-30% по сравнению с основным режимом сушки.
Блок управления может быть выполнен с возможностью обеспечения щадящего режима сушки в течение не менее 24 часов после завершения основного режима.
Блок управления включает микропроцессор с кварцевым генератором.
Блок управления включает терморезистор, контролирующий температуру воздуха в корпусе.
Блок управления включает управляемые выключатели, выполненные на симисторах, для управления подключением и отключением нагревательного элемента и электродвигателя, соответственно.
Устройство может содержать, по меньшей мере, один фильтр для очистки воздуха от посторонних частиц, расположенный на корпусе в области отверстий для забора воздуха. При этом фильтр может быть закреплен на основании корпуса с его внешней стороны.
В качестве фильтра может быть использован фильтр с увеличивающейся плотностью материала по направлению потока воздуха.
Указанный технический результат достигается также тем, что в способе сушки пищевых продуктов, включающем размещение продуктов в заявленном устройстве и осуществление основного режима сушки, при котором в условиях циркуляции воздуха через устройство осуществляют нагрев продуктов до температуры, обеспечивающей испарение влаги из продуктов, с последующим их выдерживанием при данной температуре в течение времени, обеспечивающем удаление влаги из продуктов, при этом в процессе сушки удаляют влажный воздух из устройства наружу, согласно предлагаемому техническому решению, после завершения основного режима сушки осуществляют щадящий режим сушки, при котором высушенный продукт выдерживают при температуре 30°±5°C в условиях циркуляции воздушного потока в устройстве.
В щадящем режиме сушки скорость циркуляции воздушного потока снижают на 20-30% по сравнению с основным режимом сушки.
Щадящий режим сушки осуществляют в течение не менее 24 часов.
Поступающий в устройство воздух предварительно подвергают фильтрации от посторонних частиц.
Таким образом, особенностью заявляемого изобретения является то, что после завершения «основной» сушки в предустановленных автоматических программах производится дополнительно «щадящая» сушка продуктов, при которой осуществляется циркуляция воздуха в корпусе сушилки, а температура в корпусе опускается до примерно 30°С, и поддерживается на этом уровне длительное время, которое зависит от готовности пользователя начать упаковку сухих продуктов в подготовленную тару (например, через 24 часа после окончания основной сушки). «Щадящая» сушка обеспечивает стабилизацию содержания воды в высушенном продукте до уровня ≤13% и качественную защиту продукта от контакта с насекомыми, обеспечивая тем самым санитарное состояние продукта, находящегося в сушилке.
Группа изобретений поясняется чертежами и блок-схемами, где: на фиг. 1 показан общий вид сушилки со снятой крышкой и продуктами для сушки на верхнем поддоне, на фиг. 2 - вид панели управления режимами сушилки; на фиг. 3 представлен продольный разрез заявляемого устройства; на фиг. 4 - структурная схема блока управления, реализующего способ сушки, на фиг. 5 - пример электрической принципиальной схемы сушилки, на фиг. 6 - циклограмма работы сушилки, показывающая пример реализации способа сушки в одном из возможных автоматических режимов.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - корпус, 2 - камера нагнетания, 3 - поддон, 4 - крышка, 5 - верхняя стенка камеры нагнетания, 6 - нижняя стенка камеры нагнетания, 7 - электродвигатель, 8 - крыльчатое колесо, 9 - нагревательный элемент, 10 - центральный канал для удаления влажного воздуха, 11 - воздушный кольцевой зазор, 12 - основание корпуса, 13 - отверстия в основании корпуса, 14 - блок управления, 15 - сетевой блок, 16 - блок преобразователя напряжения ~220 В/-12 В, 17 - блок стабилизатора напряжения +5В, 18 - блок контроля и управления режимами работы сушилки, 19 - блок индикации, 20 - блок контроллера, 21 - блок развязки с цепями нагревательного элемента, 22 - блок развязки с цепями электродвигателя, 23 - блок управления нагревательным элементом 9, 24 - блок управления электродвигателем 7 вентилятора, 25 - панель управления режимами работы, 26 - индикатор подключения к сети, 27 - кнопка питания (включения) сушилки, 28 - кнопки установки температуры сушки, 29 - кнопки установки времени работы сушилки, 30 - кнопки выбора автоматических режимов сушки, 31 - дисплей, 32 - термопредохранитель, 33 - фильтр.
На фигуре 3 показан разрез устройства, которое включает корпус 1 с камерой нагнетания 2, выполненной в верхней части корпуса, и установленный на корпусе сушильный блок в виде лежащих друг на друге съемных поддонов 3 для размещения высушиваемых продуктов, накрытых крышкой 4. При этом камера нагнетания 2 выполнена сужающейся от центра к периферии и образована верхней стенкой 5, являющейся также крышкой корпуса 1, и нижней стенкой 6, являющейся отражателем воздушного потока. В нижней части корпуса 1 расположен электродвигатель 7, приводящий во вращение расположенное в камере нагнетания 2 крыльчатое колесо 8. При этом электродвигатель 7 закреплен на стенке 6 в ее центральной части двумя винтами с гайками через пружинные шайбы, а вал электродвигателя проходит в камеру нагнетания 2 через отверстие в стенке 6. Крыльчатое колесо 8 надето на вал электродвигателя и зафиксировано на нем специальной пружинной шайбой. В камере нагнетания 2 также расположен нагревательный элемент 9, выполненный, например, в виде спирали, уложенной вокруг крыльчатого колеса. Поддоны 3 и крышка 4 могут быть снабжены центральными отверстиями, образующими воздушный центральный канал 10 для удаления влажного воздуха из сушильного блока наружу. Стенки поддонов 3 могут быть выполнены тройными, с образованием воздушного кольцевого зазора 11, сообщающегося с камерой нагнетания 2 и рабочим пространством над основанием каждого поддона. Основание 12 корпуса снабжено отверстиями 13 (впускные отверстия) для сообщения с внешней средой и забора воздуха из вне. Устройство может содержать, по меньшей мере, один фильтр 33, расположенный снаружи корпуса в области впускных отверстий (подвода воздуха в корпус). При этом фильтр может быть выполнен из тканого или волокнистого нетканого материала, содержащего природные, искусственные, синтетические волокна или их смеси. Фильтр может быть выполнен на основе полиакрилонитрильного (нитрон) и полиэфирного (лавсан) волокон, или изготовлен из волокон полиэстера. Фильтр может быть выполнен многослойным, полученным комбинированием нетканых материалов и/или обработанных синтетических искусственных волокон. Кроме того, фильтр может быть обработан антибактериальными веществами. В одном из частных вариантов реализации устройства, в качестве фильтра может быть использован фильтр с прогрессивной структурой волокон по направлению потока воздуха (с постепенно увеличивающейся плотностью), в частности, углеродный фильтр. Одна из сторон фильтра, соприкасающаяся с корпусом, при этом обладает повышенной твердостью и практически не содержит свободных нитей. Фильтр может представлять собой плоский отрезок материала любой формы, обеспечивающей перекрытие отверстий для забора воздуха в корпус устройства. В частности, фильтр может быть выполнен кольцевой формы, в форме многоугольника или любой другой формы, отвечающей форме корпуса устройства. Фильтр может быть закреплен на основании корпуса посредством клеевого соединения (при выполнении впускных отверстий в основании корпуса) и может быть снабжен вырезами под ножки сушилки (фиг. 7, 8).
Блок управления 14 выполнен в виде печатных плат и/или отдельных объемных узлов с расположенными на них электронными компонентами, которые связаны между собой проводниками, выполненными на печатных платах и/или электрическими проводами с использованием электрических разъемов. Блок-схема блока управления представлена на фиг. 4, принципиальная схема, реализованная в примере конкретного выполнения - на фиг. 5.
Блок управления устройством для сушки продуктов включает следующие структурные блоки. Сетевой блок 15, содержащий термопредохранитель, выполненный на плате, расположенной, например, на нижней стенке камеры нагнетания вблизи нагревательного элемента и электродвигателя, и варистор. Сетевой блок 15 соединен с нагревательным элементом 9, электродвигателем 7 и статическим источником питания. Источник питания включает в себя блок преобразования напряжения 16, состоящий из преобразователя напряжения, выполненного с применением полупроводниковых диодов, соединенного посредством трансформатора с выпрямителем и блоком стабилизации напряжения 17, выполненного с применением интегрального стабилизатора напряжения.
Блок контроллера 20 включает в себя микроконтроллер, а также кварцевый генератор и блок кнопок, соединенные с соответствующими выходами микроконтроллера. Блок контроля и управления режимами работы сушилки 18, соединенный с соответствующим выходом микроконтроллера, представляет собой цепь, состоящую из терморезистора и резистора с фиксированным сопротивлением. Блок индикации 19 представляет собой жидкокристаллический дисплей и сигнальный светодиод, расположенные на панели 25 управления режимами работы, блок управления подсветкой и зуммер, соединенные с соответствующими выходами микроконтроллера.
Блок управления 23 нагревательным элементом 9 и блок управления 24 электродвигателем 7 представляют собой схемы, содержащие управляемый выключатель, выполненный на симисторе. Развязка цепей блока контроллера 20 и блоков управления 23 и 24 осуществляется с помощью блоков 21 и 22, выполненных с применением оптореле.
Блоки 20-24 выполнены на единой печатной плате, расположенной в нижней части корпуса устройства. На плате блока управления 14 смонтирован термодатчик (терморезистор), причем часть датчика находится в камере нагнетания (через отверстие в нижней стенке камеры) для контроля рабочей температуры внутри камеры.
На обмотки электродвигателя 7 установлены термопредохранители, которые срабатывают при коротком замыкании.
Сушилка подключается к сети ~220 В с помощью сетевого блока 15 (фиг. 4), который осуществляет защиту электронных компонентов сушилки от внешних перенапряжений, а также осуществляет подавление внутренних электрических помех, возникающих при работе с помощью предохранителя и варистора (фиг. 5).
Сетевой блок 15 питает блок преобразователя напряжения 16, а также электродвигатель вентилятора 7 и нагревательный элемент 9. Блок преобразователя напряжения 16 осуществляет преобразование переменного напряжения 220В в постоянное - 12В.
Блок стабилизатора напряжения 17 осуществляет понижение входного напряжения 12В с блока преобразователя напряжения 16 до величины 5 В, а также - его стабилизацию. Напряжение с блока 17 питает электронные компоненты сушилки.
Блок контроля и управления режимами работы сушилки 18 служит для установки температуры и/или времени ее работы, а также позволяет выбирать одну из нескольких предустановленных автоматических программ, отвечающих основному режиму сушки, характеризующемуся достижением определенного параметра остаточной влажности для конкретного продукта (например, для зеленых салатов, нарезанных на дольки фруктов, грибов, целых фруктов и т.п.). При этом, нажатием одной кнопки производится выбор необходимой температуры (из ряда 35-40-45-50-55-60°С) и времени сушки. При необходимости, пользователь может вручную задать необходимое значение температуры и времени сушки во всем доступном для выбора диапазоне: температуру - от 30°С до 70°С, время - от 1 до 48 часов. Особенностью заявляемого решения является наличие «щадящего» режима сушки, который включается по окончании времени «основной» сушки (т.е., любой из числа автоматически задаваемых - 30…70°С) и продолжает поддерживать температуру в 30°С до тех пор, пока пользователь сам осуществит отключение сушилки или, например, в течение 24 часов после завершения основного режима (это время может быть изменено в случае необходимости).
Блок индикации 19 используется для визуального наблюдения величины температуры и/или времени сушки при их установке или контроле.
Вариант внешнего вида панели управления режимами работы 25 сушилки с дисплеем 31 от блока индикации 19, индикатором подключения к сети 26, с кнопками 27, 28, 29 и 30 для установки/контроля режимов работы сушилки представлен на фиг. 2.
Блок контроллера 20 осуществляет взаимодействие и управление другими блоками, для реализации выбранного режима работы сушилки. С помощью блока контроллера 20 производится установка режима сушки, посредством нажатия соответствующих кнопок, расположенных рядом с дисплеем блока индикации. Также, на блок контроллера 20 поступает сигнал от терморезистора, контролирующего температуру воздуха внутри сушилки. Блок контроллера обрабатывает рассогласование установленной температуры сушки и реальной - внутри сушилки. В зависимости от величины рассогласования, блок контроллера вырабатывает сигнал управления, поступающий через блок развязки с цепями нагревательного элемента 21, блок управления нагревательным элементом 23, на нагревательный элемент 9. При этом, происходит либо увеличение, либо уменьшение величины тока, протекающего через нагревательный элемент. Нагревательный элемент 9 соответственно, изменяет величину теплового излучения. Таким образом, осуществляется сначала нагрев воздуха внутри сушилки до заданной (установленной) температуры, а затем поддержка ее уровня. Блок контроллера 20 также реализует программы сушки - «основной режим» и «щадящий режим», при этом «щадящий режим» включается сразу после завершения «основного режима» и продолжает поддерживать температуру примерно 30°С до тех пор, пока пользователь сам осуществит отключение сушилки или, например, до истечения 24 часов с момента завершения основного режима сушки. При этом в «щадящем режиме» скорость циркуляции воздуха в сушилке снижается на 20-30%.
Блоки развязки 21 и 22 с цепями нагревательного элемента и электродвигателя соответственно, осуществляют гальваническую развязку цепей высокого (~220 В) и низкого (5 В) напряжений. Сигнал низкого напряжения с блока контроллера 20 после фотоэлектрического преобразования в блоках развязки 21 и 22 поступает в блоки управления 23 и 24 нагревательным элементом 9 и электродвигателем 7, соответственно.
Блоки управления 23 и 24 содержат симисторы, которые выполняют функции управляемых выключателей. Сигналы из блоков развязки 21 и 22 поступают на симисторы, при этом может меняться величина тока через нагревательный элемент 9 и электродвигатель 7, что приводит к изменению величины теплового излучения нагревательного элемента и температуры воздуха внутри сушилки, а также к изменению скорости вращения вентилятора и, соответственно, скорости циркуляции воздуха внутри сушилки.
Одновременное изменение величины теплового излучения нагревательного элемента и скорости вращения вентилятора позволяет реализовать в автоматических режимах (программах) оптимальные режимы сушки для различных продуктов, отличающихся своей структурой и начальным содержанием влаги, например, для ускоренных режимов сушки может быть увеличен ток через нагревательный элемент 9 с одновременным увеличением тока через электродвигатель 7, что приведет к интенсивному удалению влаги из продуктов в сушилке. По мере уменьшения влажности продуктов также одновременно и/или по отдельности может быть уменьшен ток через нагревательный элемент 9 и электродвигатель 7, что приведет к снижению интенсивности удаления влаги из продуктов.
Работа сушилки осуществляется следующим образом.
В поддоны 3 закладывают продукты и закрывают крышкой 4. Сушилку подключают к электрической сети 220 В, при этом звучит однократный звуковой сигнал и индикатор подключения к сети 26 загорается красным цветом. Для включения сушилки нажимают кнопку питания 27. При этом прозвучит звуковой сигнал, на дисплее 31 отразятся температура 30° и время 5 часов, аппарат перейдет в режим ожидания. Для выбора автоматических программ сушки необходимо нажать одну из кнопок 30. Для ручного выбора режима сушки, необходимо кнопками установки температуры сушки 28 задать необходимую температуру, а кнопками установки времени сушки 29 - необходимое время. После этого, необходимо нажать кнопку питания 27 для запуска работы сушки. При этом включаются нагревательный элемент 9 и электродвигатель 7. Электродвигатель 7 вращает крыльчатое колесо, в результате чего атмосферный воздух через отверстия 13 в корпусе поступает в камеру нагнетания 2, где он нагревается нагревательным элементом 9. При этом предварительно воздух может быть очищен от посторонних частиц с помощью фильтра 33, закрепленного на основании корпуса 1. Нагретый воздух из камеры нагнетания поступает в кольцевой зазор и затем, распределяясь на несколько потоков, проходит вдоль каждого поддона 3. Испаряемая из продукта влага, увлекаемая проходящими над поддонами потоками воздуха, уносится через центральный выходной канал в атмосферу.
После выполнения основного режима сушки (истечения основного времени) устройство автоматически переходит в щадящий режим с поддержанием температуры 30°±5°С, при этом электродвигатель продолжает работу, вращая крыльчатое колесо.
Для ручного выключения сушилки в любое время необходимо нажать кнопку питания 27 и удерживать ее в течение 2-х секунд. После отключения сушилки индикатор 26 будет продолжать светиться, показывая, что сушилка все еще подключена к сети ~220В, можно ее отключить, отсоединив от сети ~220В. Открывают крышку 4 и извлекают поддоны 3 с высушенными продуктами.
На фиг. 6 представлен пример циклограммы работы сушилки по двум автоматическим программам сушки - программа 1 и программа 2. По программе 1 воздух в сушилке нагревается до температуры 60°С, а по программе 2 - до 45°С (точка А на шкале времени t=3 часам). После достижения установленных в программах температур, начинается период их поддержания на достигнутом уровне - горизонтальные участки графиков А-Б и А-Г (основной режим сушки). По истечении заданного времени сушки, а именно, для программы 1 - точка Б на шкале времени t=12 часов, для программы 2 - точка Г на шкале времени t=24 часа, происходит отключение нагревательного элемента 9 и температура в сушилке понижается до значения примерно 30°С (для программы 1 - точка В, для программы 2 - точка Д). На этом уровне нагревательный элемент 9 снова начинает работать и, таким образом, температура в сушилке поддерживается на уровне 30°С (щадящий режим сушки) до ручного отключения сушилки пользователем (точки Е и Ж), после чего, происходит естественное охлаждение воздуха в сушилке до температуры окружающей среды.
В процессе щадящей сушки происходит досушивание продукта, выравнивание его температуры по всему объему. Пользователь может оставить сушилку в щадящем режиме работы на длительное время, в том числе в условиях плохо проветриваемого помещения, что не скажется на качестве готового продукта. Постоянная циркуляция воздуха исключает оседание на продуктах пыли, насекомых, а также исключает смешение запахов. Предотвращение контакта продукта на этапе «щадящей сушки» с вредителями обеспечивает высокое качество готового продукта и соблюдение условий длительности его хранения. Более того, за счет возможной предварительной фильтрации воздуха, поступающего в корпус сушилки, уменьшается вероятность попадания внутрь устройства пыли, волос, ворса, шерсти животных и других посторонних частиц, которые всасываются в устройство снаружи, что также делает процесс сушки более гигиеничным и, безусловно, улучшает качество продукта.
Щадящий режим сушки характеризуется пониженным уровнем потребления электроэнергии, который может компенсироваться уменьшением времени основной сушки. Размещение фильтра на основании корпуса устройства будет способствовать снижению вибраций и уровня шума в процессе работы устройства за счет амортизирующего эффекта.