EA002199B1 - Устройство для инфузионного нагревания жидкого пищевого продукта - Google Patents

Abstract

Изобретение касается устройства для инфузионной тепловой обработки. Устройство (1) содержит автоклав (2) с впускным отверстием (3) в его верхней области для продукта, подлежащего тепловой обработке, и выпускным отверстием (7), расположенным в его нижней области, для уже обработанного продукта. Впускное отверстие (3) снабжено распределительной камерой (4), которая разделяет продукт на мелкие капли (20), когда продукт поступает в автоклав (2). Устройство (1) также содержит впускное отверстие (8) для пара, которое расположено в нижней области автоклава (2). Устройство (1) также снабжено, по меньшей мере, одним температурным датчиком (15), расположенным в верхней области автоклава (2). Температурный датчик (15) расположен так, чтобы управлять клапаном (14) для неконденсируемых газов, которые собираются в "холодной" области (19), образованной в верхней области автоклава благодаря расположению впускного отверстия (8) для пара в нижней области автоклава (2).

Description

Настоящее изобретение касается устройства для инфузионного нагревания жидкого пищевого продукта, причем устройство этого типа содержит автоклав с впускным отверстием для продукта, расположенным в его верхней области, и это впускное отверстие приспособлено для разделения поступающего в автоклав продукта на маленькие капельки, причем это устройство также имеет впускное отверстие для водяного пара, расположенное в нижней области автоклава, а также выпускное отверстие для неконденсируемых газов, расположенное в верхней области.

Тепловая обработка пищевых продуктов для увеличения срока хранения на полке является известным и часто используемым способом. Например, пищевым продуктом может быть различная молочная продукция типа молока, сливок или йогурта. Тепловую обработку можно осуществлять множеством различных способов, прямым или косвенным образом. Косвенные способы нагрева используют, например, нагрев посредством различных теплообменников. Среди способов прямого (или непосредственного) нагревания имеются две основные группы: инжекции или инфузии водяным паром. Посредством прямого способа достигается чрезвычайно быстрое нагревание, к которому сегодня стремятся, поскольку для улучшения вкусовых качеств, например, молока, желательно нагревать его до высокой температуры в течение короткого времени.

Настоящее изобретение касается устройства, в котором используется инфузионное нагревание. Инфузия (паром) приводит к нагреву высокодисперсной жидкости, находящейся в паровой камере. Принцип нагревания жидкости, например, жидкого пищевого продукта, путем нагнетания пищевого продукта в заполненную водяным паром камеру был известен еще с начала девятнадцатого века.

Первые установки инфузионного нагревания были основаны на том же принципе, что и конденсаторы, посредством которых конденсировался избыточный водяной пар из различных химических процессов. Таким образом, на более ранних установках использовали инфузионное устройство, состоящее из автоклава с впускным отверстием для продукта в верхней области автоклава. Впускное отверстие открывалось в распределительную камеру, в которой поступающий продукт разделялся на маленькие, высокодисперсные капельки. В основании автоклава имелось выпускное отверстие для нагретого продукта. Автоклав, кроме того, был снабжен впускным отверстием для водяного пара, которое, в этих ранних инфузионных устройствах располагали в нижней области автоклава.

Первые инфузионные устройства со впускным отверстием для пара, расположенным в более низкой области автоклава, вследствие этого неизбежно имели «холодную» область в верхних областях автоклава. В этой «холодной» области инфузионного устройства естественно накапливаются неконденсируемые газы, которые всегда содержатся в продукте. Неконденсируемыми газами могут быть, например, кислород, азот и диоксид углерода, которые выделяются при нагревании продукта. Незначительное количество газов также может поступать из водяного пара, используемого в технологическом процессе. Таким образом, получая естественный сбор газов с очень незначительной добавкой водяного пара, их легко вывести наружу посредством выпускного отверстия, расположенного в верхней области автоклава.

Но поскольку эти ранние инфузионные устройства страдали от другого недостатка, от этой концепции отказались. Недостаток состоял в том, что, когда такие устройства использовали, например, для молока, водяной пар, который нагнетался на нижнем уровне в автоклаве в направлении к высокодисперсным капелькам жидкости, вызывал изменение направления капелек, и многие из капелек попадали на горячие внутренние стенки устройства, на которых происходило немедленное подгорание продукта. Подгорание продукта на таких горячих стенках влечет за собой основные гигиенические проблемы, и такой подгоревший продукт чрезвычайно трудно отмыть.

Для устранения проблемы подгорания продукта на внутренних стенах устройства впускное отверстие для пара располагали в его верхней области. Водяной пар подавали сверху, над распределительной камерой, так, чтобы капельки не разрушались при падении вниз через паровую камеру. Но введение водяного пара одновременно с введением продукта также имеет свои недостатки. Этот тип введения пара может вызывать подгорание продукта вокруг или внутри распределительных отверстий или щелей, имеющихся в распределительной камере. Это нарушает нагревание продукта, температура продукта падает, и таким образом, давление пара придется повысить, и между продуктом и водяным паром образуются более высокие перепады температур. Путем выполнения распределительных отверстий с очень тонкой кромкой, направленной наружу к паровой камере, эту проблему можно решить, поскольку здесь будут образовываться очень тонкие слои подгоревшего продукта, которые легко удалить, прежде чем они нарушат работу устройства.

Однако одновременное введение водяного пара также приводило к тому, что становилось невозможным создать «холодную» область в верхней области автоклава, и неконденсируемые газы теряли естественное место сбора. Неконденсируемые газы могут также легко оставаться захваченными в «карманах» протекающего вниз потока водяного пара, и здесь очень легко происходит добавление водяного пара в неконденсируемые газы. Это приводит к значи тельно более низкой степени нагревания продукта, которое приходится компенсировать излишне высоким давлением пара и большим перепадом температур между водяным паром и продуктом. Потребление водяного пара в технологическом процессе будет также значительно выше, поскольку трудно разделить водяной пар и неконденсируемые газы при выпуске газов.

Одной из задач настоящего изобретения является, путем объединения низко расположенного впускного отверстия для пара с температурным датчиком, который управляет выпуском неконденсируемых газов, получение естественного разделения газов и водяного пара и автоматического выпуска этих газов.

Еще одной задачей изобретения является снижение потребления водяного пара в технологическом процессе благодаря тому, что водяной пар и неконденсирумые газы не смешиваются так легко.

Эти и другие задачи изобретения решаются устройством описанного во введении типа, имеющего отличительные признаки, заключающиеся в том, что устройство для инфузионного нагревания имеет, по меньшей мере, один температурный датчик, расположенный в верхней области автоклава, и манометр, который, через терморегулятор, служит для управления клапаном для выпуска неконденсируемых газов.

Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения, имеющие дополнительные отличительные признаки, изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Ниже будет более подробно описан предпочтительный вариант выполнения изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 - вид сбоку, частично в разрезе инфузионного устройства по изобретению инфузора и фиг. 2 - схема установки для тепловой обработки посредством инфузионного нагревания.

Прилагаемые чертежи показывают только те детали и части, которые необходимы для понимания настоящего изобретения.

На фиг. 1 показано при виде сбоку инфузионное устройство 1 по изобретению. Устройство 1 состоит в основном из обычного автоклава 2. В своей верхней области автоклав 2 имеет впускное отверстие 3 для продукта, который подлежит обработке нагреванием в устройстве

1. Впускное отверстие 3 для продукта оканчивается распределительной камерой 4. Распределительная камера 4 расположена по центру в автоклаве и имеет на своей нижней стенке 5 множество отверстий или щелей. Отверстия или щели предназначены для тонкого разделения поступающего продукта так, чтобы продукт, при его поступлении в автоклав 2, образовывал большое количество мелких, высокодисперсных капелек 20, падающих вниз через автоклав 2.

В нижней, предпочтительно самой нижней области автоклава 2, где автоклав 2 образует конический конец 6, расположено выпускное отверстие 7 для продукта, термообработанного в устройстве 1. Нижняя область конического конца 6 автоклава 2 выполняет функцию удерживающей камеры, в которой продукт остается в течение некоторого времени перед его последующей откачкой на дополнительную обработку.

Кроме того, устройство 1 в нижней области автоклава 2 снабжено впускным отверстием 8 для пара 21. Впускное отверстие 8 для пара расположено достаточно низко в автоклаве 2, предпочтительно над коническим концом 6 автоклава 2, и на расстоянии от поверхности 9 жидкости, образованной термообработанным продуктом, когда продукт остается в автоклаве 2 при определенной температуре до вывода из автоклава 2. Впускное отверстие для пара 8 соединено через изолированную распределительную камеру 10 с концентрическим отверстием 11, предусмотренным в поверхности 12 корпуса автоклава 2.

В верхней области автоклава 2 расположено отверстие 13 для выпуска неконденсируемых газов. Выпускное отверстие 13 снабжено управляемым клапаном 14. В верхней области автоклава 2 также расположен, по меньшей мере, один температурный датчик 15, который через терморегулятор 16 управляет выпускным клапаном 14. В предпочтительном варианте автоклав 2 снабжен двумя дополнительными температурными датчиками 17, 18, предпочтительно расположенными так, что один датчик 17 расположен на более высоком уровне, чем датчик 15, а другой датчик 18 находится на более низком уровне, чем датчик 15.

Поступающий продукт, входящий в инфузионное устройство 1, закачивают по трубопроводу во впускное отверстие 3 в верхнюю область автоклава 2 . Поступающий продукт (который может состоять, например, из молока) обычно имеет температуру 75-82°С, в некоторых случаях до 120°С. Поступающий из впускного отверстия 3 и распределительной камеры 4 продукт проходит через большое количество отверстий или щелей, предусмотренных в нижней стенке 5 распределительной камеры 4. Вследствие этого продукт образует большое количество мелких капель 20, которые свободно падают вниз через автоклав 2, пока не достигнут поверхности 9 жидкости. На их пути вниз через автоклав 2 капли 20 продукта встречают находящийся под давлением водяной пар 21, который имеет температуру приблизительно 120170°С, предпочтительно 140-150°С.

При своей конденсации пар 21 быстро нагревает капли 20 продукта до требуемой температуры, и когда капли 20 достигают поверхности 9 жидкости, продукт получает требуемую температуру. Расстояние между распредели тельной камерой 4 для продукта и поверхностью 9 жидкости должно быть настолько большим, чтобы капли 20 продукта имели время для нагревания до требуемой температуры. Уже нагретый продукт в течение некоторого периода времени остается в коническом конце 6 автоклава 2 перед выходом из устройства 1 через выпускное отверстие 7.

Благодаря концентрическому введению водяного пара 21 в автоклав 2 получают очень равномерное распределение водяного пара 21 внутри автоклава 2, и имеется лишь самый незначительный риск, что поступающий пар 21 разрушит капли 20 продукта. При условии, что капли 20 продукта могут падать вниз относительно прямо без разрушения, разбрызгивание продукта на горячие внутренние стенки автоклава 2 сведено к минимуму, и вследствие этого также уменьшается подгорание продукта на стенках автоклава 2.

Во время процесса нагревания из продукта выделяются неконденсируемые газы 22 типа кислорода, азота и диоксида углерода. Некоторое количество неконденсируемых газов 22 будет также поступать из используемого в технологическом процессе водяного пара 21. Поскольку инфузионное устройство 1 имеет впускное отверстие 8 для пара, расположенное в нижней области автоклава 2, то здесь, естественно, образуется «холодная» область 19 в верхних областях автоклава 2. Вполне естественно, что неконденсируемые газы 22 накапливаются в этой «холодной» области 19 с очень небольшой примесью водяного пара 21 из технологического процесса. «Холодная» область предохраняет отверстия или щели в нижней стенке 5 распределительной камеры 4 от нагревания водяным паром при повышенной температуре, и вследствие этого избегается подгорание продукта в отверстиях или щелях или на нижней стенке 5 распределительной камеры 4.

Терморегулятору 16 задают значение нормы, которое превышает температуру поступающего продукта на несколько градусов. Когда температурный датчик 15 считывает это значение нормы, в управляемый выпускной клапан 14 проходит сигнал. Клапан 14 открывается, и неконденсируемые газы 22 удаляются. Для получения достаточно большой «холодной» области 19, в предпочтительном варианте используют два дополнительных температурных датчика 17, 18, которые в принципе функционируют, как датчики максимальной и минимальной температуры, соответственно. «Холодная» область 19 не должна продолжаться дальше вниз в автоклав 2, поскольку это может неблагоприятно повлиять на нагревание продукта. И при этом «холодная» область не должна сократиться до такого небольшого объема, что нельзя будет осуществить естественный сбор неконденсируемых газов 22. В качестве альтернативы можно использовать только датчики 15, 17, где первый датчик 15 регулирует клапан 14, а второй датчик 17 функционирует либо как датчик максимальной температуры, либо как датчик минимальной температуры, в зависимости от того, где он расположен относительно первого датчика 15.

На фиг. 2 показано, каким образом инфузионное устройство 1 включено в качестве составной части установки для тепловой обработки жидких пищевых продуктов инфузионным нагреванием. Поступающий продукт 30 проходит через уравнительный резервуар 31 и насос 32. В теплообменнике 33, например пластинчатом теплообменнике, продукт подвергается предварительному нагреву до требуемой температуры, обычно порядка 75-82°С, но могут встречаться температуры до 120°С. Нагретый таким образом продукт подводится по трубопроводу в инфузионное устройство 1 и подвергается в нем тепловой обработке, используя описанный выше способ.

Уже обработанный продукт выводится из устройства 1 в расширительный бак 34, где снова удаляется избыток воды, которую продукт получил в результате инфузионного нагревания. Через насос 35 и, возможно, гомогенизатор 36 продукт направляется дальше в охладитель 37, например, в пластинчатый теплообменник, где он охлаждается до требуемой температуры. Затем продукт выходит из установки по трубопроводу 38 для дальнейшей обработки или для заключительного розлива и упаковывания в потребительские упаковки.

Как должно быть понятно из предшествующего описания, настоящее изобретение реализует устройство 1 для инфузионного нагревания, которое позволяет вводить водяной пар 21 в автоклав 2 на нижнем уровне без разрушения потоком водяного пара 21 капель 20 продукта, падающих вниз через автоклав 2. При условии, что впускное отверстие для пара расположено в нижней области автоклава 2, в верхней области автоклава 2 также будет образована «холодная» область 19, которая способствует удалению образуемых в технологическом процессе неконденсируемых газов 22, просто и без излишних количеств сопровождающего их пара 21.

Настоящее изобретение не должно рассматриваться как ограниченное приведенными выше описанием и чертежами, поскольку возможно множество модификаций без выхода из объема прилагаемой формулы изобретения.

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство (1) для инфузионного нагревания жидкого пищевого продукта, содержащее автоклав (2) с впускным отверстием (3) для продукта, расположенным в его верхней области, причем упомянутое впускное отверстие (3) приспособлено для разделения поступающего в автоклав (2) продукта на мелкие капли (20), и устройство (1) также содержит впускное отвер7 стие (8) для водяного пара, расположенное в нижней области автоклава (2), а также выпускное отверстие (13), расположенное в верхней области, для неконденсируемых газов, отличающееся тем, что устройство (1) имеет, по меньшей мере, один температурный датчик (15), расположенный в верхней области автоклава (2), причем упомянутый температурный датчик (15) служит для управления через терморегулятор (16) выпускным клапаном (14) для неконденсируемых газов (22).
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расположение впускного отверстия (8) для пара в нижней области автоклава (2) создает «холодную» область (19) в верхней области автоклава (2).
3. 3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что терморегулятору (16) задано значение нормы, которое превышает температуру поступающего в автоклав (2) продукта на несколько градусов.
4. 4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что автоклав (2) имеет в своей верхней области три температурных датчика (15, 17, 18), из которых один датчик (17) расположен выше температурного датчика (15), а другой датчик (18) расположен ниже температурного датчика (15), при этом они расположены так, что верхний датчик (17) служит в качестве датчика максимальной температуры, а нижний датчик (18) служит в качестве датчика минимальной температуры.