RU2777110C1 - Tunnel device for freezing water-containing foodstuffs - Google Patents
Tunnel device for freezing water-containing foodstuffs Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777110C1 RU2777110C1 RU2021139522A RU2021139522A RU2777110C1 RU 2777110 C1 RU2777110 C1 RU 2777110C1 RU 2021139522 A RU2021139522 A RU 2021139522A RU 2021139522 A RU2021139522 A RU 2021139522A RU 2777110 C1 RU2777110 C1 RU 2777110C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric field
- bath
- freezing
- electrode
- matrices
- Prior art date
Links
- 238000007710 freezing Methods 0.000 title claims abstract description 79
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 37
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 59
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 56
- 235000013305 food Nutrition 0.000 claims abstract description 52
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 52
- 230000003068 static Effects 0.000 claims abstract description 37
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N EtOH Substances CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000003334 potential Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 14
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 9
- 235000013611 frozen food Nutrition 0.000 claims description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 241000220223 Fragaria Species 0.000 description 3
- 241000227653 Lycopersicon Species 0.000 description 3
- 235000007688 Lycopersicon esculentum Nutrition 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000021012 strawberries Nutrition 0.000 description 3
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 2
- 210000004369 Blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 235000021028 berry Nutrition 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structures Anatomy 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organs Anatomy 0.000 description 1
- 239000000825 pharmaceutical preparation Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предлагаемая группа изобретений относится к скороморозильному оборудованию для замораживания продуктов питания и предназначена для организации непрерывного технологического процесса замораживания продуктов питания без кристаллизации воды в замораживаемых продуктах при фазовом переходе вода - лед.The proposed group of inventions relates to quick-freezing equipment for freezing foodstuffs and is intended for organizing a continuous technological process for freezing foodstuffs without crystallization of water in frozen products during the water-ice phase transition.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
На протяжении многих десятилетий усилия по оптимизации процессов замораживания объектов органического и неорганического происхождения были направлены на уменьшение размеров кристаллов льда за счет повышения эффективности удаления тепла. В последние годы проводилось множество исследований, в которых авторы пытаются воспользоваться воздействием магнитных и электрических полей на свойства воды для улучшения процессов замораживания продуктов питания, кубиков льда, кормовых средств, живых клеток (например, крови, тканей животных и органов), растений, а также химических и фармацевтических продуктов.For many decades, efforts to optimize the freezing of objects of organic and inorganic origin have been aimed at reducing the size of ice crystals by increasing the efficiency of heat removal. In recent years, many studies have been carried out in which the authors try to use the effect of magnetic and electric fields on the properties of water to improve the freezing of food, ice cubes, feed, living cells (for example, blood, animal tissues and organs), plants, as well as chemical and pharmaceutical products.
К настоящему времени разработано большое количество методов заморозки продуктов. Все эти методы направлены на решение задач снижения энергопотерь при заморозке, а также уменьшения размеров кристаллов льда. Способы решения этих задач можно классифицировать на способы ускорения теплоотвода от продукта в устройствах и способы воздействия на несвязанную воду в продуктах с целью замедлить или предотвратить образование кристаллов льда. Ускорение теплоотвода решается либо совершенствованием воздушного обдува продукта, либо применением жидкого хладагента от воды до жидкого азота.To date, a large number of methods for freezing products have been developed. All these methods are aimed at solving the problems of reducing energy losses during freezing, as well as reducing the size of ice crystals. Methods for solving these problems can be classified into methods of accelerating heat removal from the product in devices and methods of influencing free water in products in order to slow or prevent the formation of ice crystals. The acceleration of heat removal is solved either by improving the air blowing of the product, or by using a liquid refrigerant from water to liquid nitrogen.
Так, известен воздушный туннельный скороморозильный аппарат (RU 2278336 С2, опубликован 20.06.2006), который обеспечивает рациональное распределение воздуха для создания симметричных условий замораживания, сокращения продолжительности процесса замораживания, уменьшения капитальных затрат, а также сохранение качества пищевых продуктов. Аппарат содержит теплоизолированную камеру с транспортирующим органом для замораживания продуктов и воздухораспределительное устройство, выполненное в виде двух воздуховодов коробчатой формы, смонтированных параллельно по обе стороны транспортирующего органа и сужающихся в направлении продукта, соединенных между собой П-образным коллектором, подключенным к магистральному трубопроводу. Каждый воздуховод имеет размещенный продольно в его объеме стержень с шарнирно закрепленными поперечными пластинами изогнутой формы для прохождения охлажденного воздуха из турборефрежераторного агрегата. За счет минимального расстояния между потолком камеры и верхней ветвью транспортирующего органа, составляющего от 100 до 110 мм, а также за счет поперечного обдува холодным воздухом продукта на транспортирующем органе длительность процесса замораживания снижается на 30-35%.Thus, an air tunnel quick freezer is known (RU 2278336 C2, published on 06/20/2006), which provides rational air distribution to create symmetrical freezing conditions, reduce the duration of the freezing process, reduce capital costs, and also preserve the quality of food products. The device contains a heat-insulated chamber with a transporting body for freezing products and an air distribution device made in the form of two box-shaped air ducts mounted in parallel on both sides of the transporting body and tapering in the direction of the product, interconnected by a U-shaped manifold connected to the main pipeline. Each air duct has a rod placed longitudinally in its volume with hinged transverse curved plates for passing cooled air from the turborefrigerator unit. Due to the minimum distance between the ceiling of the chamber and the upper branch of the transporting body, which is from 100 to 110 mm, as well as due to the transverse blowing of cold air on the product on the transporting body, the duration of the freezing process is reduced by 30-35%.
Также известен (RU 2623242 C1, опубликован 23.06.2017) туннельный морозильный аппарат, который может быть использован в медицине и фармакологии, в агропромышленном комплексе, в пищевой и мясомолочной промышленностях для быстрого замораживания широкого ассортимента различных продуктов путем принудительной циркуляции охлажденного воздуха. Охладители воздуха в морозильной камере установлены сверху и снизу металлической перфорированной ленты конвейера, несущей подлежащий охлаждению продукт.Электроконвективное устройство аппарата в виде подключенной к источнику напряжения электрогазодинамической системы содержит расположенные параллельно друг другу два электродных блока, один из которых размещен в зоне морозильной камеры под верхним охладителем, а другой - в зоне морозильной камеры под нижним охладителем. Каждый из блоков состоит из электродов проволочного типа: генерирующего и заземленного. В вариантном исполнении блока генерирующий электрод может быть снабжен ЭГД элементами игольчатой формы. При подаче высокого напряжения на электроды блока возникает коронный разряд и, как следствие, электрический ветер, формирующий условия вынужденной электроконвекции. Зоны размещения электродных блоков соединяются байпасом, имеющим на входе и выходе встроенные электродные блоки, интенсифицирующие конвекцию. Регулирование влажности воздуха и инееобразования обеспечивается размещенным между верхним охладителем и зоной выходного канала байпаса электродным блоком с ЭГД элементами проволочного типа, подключаемым к источнику напряжения через делитель напряжения. В результате повышается экономическая и технологическая эффективность аппарата за счет снижения энергопотребления, сокращения продолжительности процесса замораживания, снижения усушки продукта, обеспечения его электроантисептирования.Also known (RU 2623242 C1, published on June 23, 2017) is a tunnel freezer that can be used in medicine and pharmacology, in the agro-industrial complex, in the food and meat and dairy industries for quick freezing of a wide range of different products by forced circulation of chilled air. The air coolers in the freezer are installed above and below the metal perforated conveyor belt carrying the product to be cooled. and the other in the freezer area under the bottom cooler. Each of the blocks consists of wire-type electrodes: generating and grounded. In a variant version of the block, the generating electrode can be equipped with needle-shaped EHD elements. When a high voltage is applied to the electrodes of the block, a corona discharge occurs and, as a result, an electric wind forms the conditions for forced electroconvection. The areas where the electrode blocks are located are connected by a bypass, which has built-in electrode blocks at the inlet and outlet, which intensify convection. The regulation of air humidity and frost formation is ensured by an electrode block with wire-type EHD elements placed between the upper cooler and the zone of the bypass outlet channel, which is connected to a voltage source through a voltage divider. As a result, the economic and technological efficiency of the apparatus is increased by reducing energy consumption, reducing the duration of the freezing process, reducing product shrinkage, and ensuring its electroantiseptic treatment.
Недостатками известных устройств является низкая скорость заморозки за счет невысокой теплопроводности воздуха. По этой же причине кристаллы льда успевают вырасти до размеров, разрушающих стенки клеточной структуры продуктов, что приводит к ухудшению вкуса и товарного вида размороженных продуктов. В прототипе не обеспечивается бактерицидная обработка продуктов.The disadvantages of the known devices is the low freezing rate due to the low thermal conductivity of the air. For the same reason, ice crystals have time to grow to a size that destroys the walls of the cellular structure of products, which leads to a deterioration in the taste and presentation of thawed products. The prototype does not provide bactericidal treatment of products.
Еще одним аналогом предлагаемого решения является изобретение по патенту RU 2472080 C2 (опубликован 10.01.2013), в котором раскрыты способ и устройство производства замороженных продуктов. Устройство для производства замороженных продуктов согласно изобретению содержит установленные в морозильной камере морозильную ванну, в которой находится замораживающий агент для погружения в него замораживаемых продуктов, агрегаты для обдува продуктов, замороженных в морозильной ванне, газом с температурой 0°C или ниже с целью удаления замораживающего агента, оставшегося на продуктах, и устройство для переноса продуктов, подлежащих заморозке, в морозильной камере таким образом, что продукты, подлежащие заморозке, погружаются в замораживающий агент, находящийся в морозильной ванне, после чего поднимаются и выводятся из морозильной ванны, а замораживающий агент, оставшийся на продуктах, удаляется с помощью агрегатов для обдува газом. Способ производства замороженных продуктов посредством их замораживания в морозильной камере согласно изобретению включает: операцию мокрого замораживания путем погружения продуктов, подлежащих заморозке, в замораживающий агент (спиртовой раствор), находящийся в морозильной ванне, установленной в морозильной камере для обеспечения замораживания продуктов, операцию подъема продуктов, подлежащих заморозке, с выведением их из морозильной ванны. Заморозка в спиртовом растворе предложена также в патенте CN 112210350 A (опубликован 12.01.2021). Способ производства замороженных продуктов, согласно изобретению, может осуществляться при установке вокруг морозильной ванны разбрызгивающих средств для орошения продуктов, подлежащих заморозке, замораживающим агентом. При этом при выполнении операции мокрого замораживания в замораживающий агент, находящийся в морозильной ванне, погружают только части указанных продуктов, а посредством разбрызгивающих средств орошают те части указанных продуктов, которые не были погружены в замораживающий агент.Аналогичное решение предложено в патентном документе JP 2003322452 (опубликован 14.11.2003).Another analogue of the proposed solution is the invention according to patent RU 2472080 C2 (published on January 10, 2013), which discloses a method and device for the production of frozen foods. The device for the production of frozen products according to the invention contains a freezing bath installed in the freezer, in which there is a freezing agent for immersing the frozen products in it, units for blowing the products frozen in the freezing bath with gas at a temperature of 0°C or lower in order to remove the freezing agent left on the products, and a device for transferring the products to be frozen in the freezer so that the products to be frozen are immersed in the freezing agent in the freezing bath, and then lifted up and taken out of the freezing bath, and the freezing agent remaining on products, removed with gas blowing units. The method for producing frozen products by freezing them in a freezer according to the invention includes: a wet freezing operation by immersing the products to be frozen in a freezing agent (alcohol solution) located in a freezer bath installed in the freezer to ensure freezing of the products, the operation of lifting the products, to be frozen, with their removal from the freezer bath. Freezing in an alcohol solution is also proposed in patent CN 112210350 A (published on 01/12/2021). The method for the production of frozen products according to the invention can be carried out by installing sprinklers around the freezer bath to spray the products to be frozen with a freezing agent. At the same time, when performing the wet freezing operation, only parts of these products are immersed in the freezing agent in the freezing bath, and those parts of these products that have not been immersed in the freezing agent are irrigated by means of spraying agents. A similar solution is proposed in the patent document JP 2003322452 (published 11/14/2003).
В качестве недостатков известных аналогов можно указать то, что, прежде всего, они не являются туннельными устройствами и, следовательно, не могут быть использованы для заморозки потока продуктов (например, на конвейере). Кроме того, они не позволяют равномерно и полностью заморозить продукт и требуют дополнительного обдува холодным газом, что повышает сложность устройства и его цену. Неравномерная заморозка влечет за собой растрескивание и деформацию продукта. Также, из описания аналогов неясно, как разделяются пары хладагента и воздух для предотвращения его потерь на испарение.As disadvantages of the known analogs, it can be pointed out that, first of all, they are not tunnel devices and, therefore, cannot be used to freeze a product stream (for example, on a conveyor). In addition, they do not allow uniform and complete freezing of the product and require additional cold gas blowing, which increases the complexity of the device and its price. Uneven freezing causes cracking and deformation of the product. Also, from the description of analogues it is not clear how the refrigerant vapor and air are separated to prevent its loss to evaporation.
В патентных документах JP 2003161558 (опубликован 06.06.2003), RU 2720377 C2 (опубликован 29.04.2020) описаны устройства и способы, в которых на молекулы воды в продукте воздействуют различными электромагнитными или акустическими полями, при этом целью воздействия является вибрация молекул воды, препятствующая образованию крупных кристаллов льда (JP 2003161558 - процесс заморозки происходит под действием ультразвука, RU 2720377 C2 - продукт подвергается воздействию СВЧ поля при охлаждении воздухом). В результате два вышеупомянутых эффекта делают возможным пройти диапазон температур 0°С (-20°С, в котором кристаллы свободной воды растут во время замораживания, в очень короткий промежуток времени. При этом образуются мелкие кристаллы льда.Patent documents JP 2003161558 (published on 06/06/2003), RU 2720377 C2 (published on 04/29/2020) describe devices and methods in which water molecules in a product are affected by various electromagnetic or acoustic fields, while the purpose of the impact is the vibration of water molecules, preventing the formation of large ice crystals (JP 2003161558 - the freezing process occurs under the action of ultrasound, RU 2720377 C2 - the product is exposed to a microwave field when cooled by air). As a result, the above two effects make it possible to pass through the temperature range of 0°C (-20°C, in which free water crystals grow during freezing, in a very short period of time. In this case, fine ice crystals are formed.
В качестве наиболее близкого аналога может быть выбран патентный документ RU 2270407 С2 (опубликован 20.02.2006), который раскрывает способ быстрого замораживания и установку быстрого замораживания (варианты). В известном решении предлагается способ быстрого охлаждения. Предусматривает понижение температуры воздуха вокруг объекта замораживания до -30…-100°C и приложение к нему однонаправленного магнитного поля. На объект воздействуют потоком воздуха, имеющим скорость 1…5 м/с.На этот поток воздуха накладывают звуковую волну слышимого частотного диапазона. Возможно приложение электрического поля к объекту замораживания. Установка содержит морозильник, способный понизить температуру до -30…-100°C, генератор пульсирующего магнитного поля, вентилятор для циркуляции холодного воздуха в морозильнике, генератор звуковой волны. Для прикладывания электрического поля интенсивностью 100…1000 кВ/м к центральной части морозильника установка содержит генератор электрического поля. Генератор пульсирующего магнитного поля включает постоянные магниты для прикладывания статического магнитного поля к центральной части морозильника с интенсивностью заданного опорного уровня и электромагнитные катушки для приложения пульсирующего магнитного поля, которое пульсирует в пределах предварительно заданного диапазона относительно статического магнитного поля в центральной части морозильника.Patent document RU 2270407 C2 (published on February 20, 2006) can be chosen as the closest analogue, which discloses a quick freezing method and a quick freezing installation (options). The known solution proposes a method of rapid cooling. It provides for lowering the air temperature around the object to be frozen to -30…-100°C and applying a unidirectional magnetic field to it. The object is affected by an air stream having a speed of 1 ... 5 m / s. A sound wave of an audible frequency range is applied to this air stream. It is possible to apply an electric field to the object of freezing. The installation contains a freezer capable of lowering the temperature to -30…-100°C, a pulsating magnetic field generator, a fan for circulating cold air in the freezer, and a sound wave generator. To apply an electric field with an intensity of 100...1000 kV/m to the central part of the freezer, the installation contains an electric field generator. The pulsating magnetic field generator includes permanent magnets for applying a static magnetic field to the central part of the freezer with the intensity of a given reference level and electromagnetic coils for applying a pulsating magnetic field that pulsates within a predetermined range relative to the static magnetic field in the central part of the freezer.
Вышеописанные известные решения уменьшают размеры кристаллов льда в поликристаллической структуре замороженной воды, но не предотвращают их возникновение в процессе замораживания, а также срастание и дальнейший их рост за счет молекул связанной воды в процессе хранения. Процессы неизбежного срастания первичных кристаллов и их дальнейшего роста (за счет дегидратации прилегающих к кристаллам тканей замороженного объекта) приводят к полному или частичному механическому разрушению клеточных и межклеточных структур и, следовательно, к неизбежному ухудшению качества потребляемого продукта. Это замечание относится ко всем существующим на данный момент методам заморозки.The above-described known solutions reduce the size of ice crystals in the polycrystalline structure of frozen water, but do not prevent their occurrence during the freezing process, as well as their accretion and further growth due to the molecules of bound water during storage. The processes of inevitable accretion of primary crystals and their further growth (due to dehydration of the tissues of the frozen object adjacent to the crystals) lead to complete or partial mechanical destruction of cellular and intercellular structures and, consequently, to an inevitable deterioration in the quality of the consumed product. This remark applies to all currently existing freezing methods.
Таким образом, проведенный анализ уровня техники показал, что существует необходимость создания устройства, которое устранило бы все приведенные недостатки известных решений.Thus, the analysis of the prior art has shown that there is a need to create a device that would eliminate all the disadvantages of the known solutions.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемая группа изобретений, является:The technical result to be achieved by the proposed group of inventions is:
- обеспечение предотвращения образования кристаллов льда при замораживании продуктов питания,- ensuring the prevention of the formation of ice crystals when freezing food,
- обеспечение непрерывного поточного замораживания продуктов питания,- ensuring continuous in-line freezing of food products,
- обеспечение быстрого и эффективного теплоотвода от продукта питания,- ensuring fast and efficient heat removal from the food product,
- обеспечение длительного сохранения органолептических свойств и физико-химических характеристик продукта питания,- ensuring long-term preservation of the organoleptic properties and physico-chemical characteristics of the food product,
- обеспечение сокращения времени заморозки продуктов питания по сравнению с другими методами заморозки.- providing a reduction in the time of freezing food compared to other methods of freezing.
Технические результаты достигаются тем, что в качестве первого варианта технического решения разработано устройство замораживания водосодержащих продуктов питания, которое представляет собой скороморозильное оборудование туннельного типа и содержит теплоизолированную камеру, цепное транспортирующее устройство, снабженное прижимными кронштейнами, подводящую и отводящую транспортировочные ленты, контейнеры, ванну для жидкого хладагента, охлаждающую систему, фильтрационную и насосную установки, блок вентиляторов, блок управления и контроля и парные модули с матрицами электродов, снабженные генератором электрического поля, при этом ванна для жидкого хладагента выполнена одноканальной, с возможностью быстрого охлаждения продукта питания в канале до достижения им температуры хранения, заданной в диапазоне от -15°C до -20°C, а парные модули с матрицами электродов содержат матрицы электродов верхние, сгруппированные в верхние электродные пластины, на которые подается высоковольтный потенциал переменного тока от генератора электрического поля, и матрицы электродов нижние, сгруппированные в нижние электродные пластины, которые заземлены, верхние электродные пластины смонтированы над горизонтом движения контейнеров, нижние электродные пластины смонтированы непосредственно на дне канала ванны для жидкого хладагента, при этом парные модули матриц электродов обеспечивают одновременно с началом быстрого охлаждения продукта питания создание вокруг замораживаемого продукта питания неоднородного переменного электрического поля со статичными градиентами напряженности, а блок управления и контроля управляет включением потенциалов электродов на матрицах электродов, осуществляемым до момента завершения фазового перехода вода-лед.The technical results are achieved by the fact that, as the first variant of the technical solution, a device for freezing water-containing food products has been developed, which is a tunnel-type quick-freezing equipment and contains a heat-insulated chamber, a chain conveying device equipped with clamping brackets, inlet and outlet conveyor belts, containers, a bath for liquid coolant, cooling system, filtration and pumping units, fan unit, control and monitoring unit and paired modules with electrode matrices, equipped with an electric field generator, while the liquid coolant bath is made single-channel, with the possibility of rapid cooling of the food product in the channel until it reaches temperature storage, set in the range from -15°C to -20°C, and paired modules with electrode matrices contain upper electrode matrices, grouped into upper electrode plates, to which a high-voltage potential is applied. alternating current from the electric field generator, and the lower electrode arrays, grouped into the lower electrode plates, which are grounded, the upper electrode plates are mounted above the container movement horizon, the lower electrode plates are mounted directly on the bottom of the liquid coolant bath channel, while the paired modules of the electrode arrays provide simultaneously with the start of rapid cooling of the food product, the creation of an inhomogeneous alternating electric field around the frozen food product with static intensity gradients, and the control and monitoring unit controls the switching on of the electrode potentials on the electrode matrices until the water-ice phase transition is completed.
Матрицы электродов могут быть плоскостными или объемными. Электроды матриц электродов могут быть точечными или линейными. Шаг электродов в матрицах электродов составляет не менее 5 мм, а расстояние между матрицами электродов от 20 до 500 мм.Matrices of electrodes can be planar or volumetric. The electrodes of the electrode arrays can be point or linear. The step of the electrodes in the electrode matrices is at least 5 mm, and the distance between the electrode matrices is from 20 to 500 mm.
Напряжение на электродах матриц электродов от 3 до 70 кВт, а частота переменного поля от 1 кГц до 20 кГц.The voltage on the electrodes of the electrode arrays is from 3 to 70 kW, and the frequency of the alternating field is from 1 kHz to 20 kHz.
Момент завершения фазового перехода вода-лед определяется по снижению электропроводности продукта питания более, чем в 5 раз.The moment of completion of the water-ice phase transition is determined by a decrease in the electrical conductivity of the food product by more than 5 times.
Циклическая частота перемещения областей статичного градиента напряженности неоднородного переменного электрического поля составляет от 5 до 150 Гц. Каждая смена направления перемещения статичных градиентов напряженности неоднородного переменного электрического поля сопровождается инверсией областей статичных градиентов неоднородного переменного электрического поля на 180 градусов.The cyclic frequency of movement of the areas of the static gradient of the inhomogeneous alternating electric field is from 5 to 150 Hz. Each change in the direction of movement of the static gradients of the inhomogeneous alternating electric field is accompanied by an inversion of the areas of static gradients of the inhomogeneous alternating electric field by 180 degrees.
Контейнеры являются сменными и выполнены с широкими бортиками для прижимания их к бортам ванны для жидкого хладагента посредством прижимных кронштейнов цепного транспортирующего устройства. Контейнеры могут иметь перфорированное дно.The containers are replaceable and are made with wide sides for pressing them against the sides of the liquid coolant bath by means of the clamping arms of the chain transport device. Containers may have a perforated bottom.
Температура жидкого хладагента в ванне поддерживается в диапазоне от -40°C до -45°C. Толщина слоя хладагента, в который погружается контейнер, составляет от 3 до 10 см.The temperature of the liquid refrigerant in the bath is maintained in the range from -40°C to -45°C. The thickness of the refrigerant layer in which the container is immersed is from 3 to 10 cm.
В качестве жидкого хладагента выступает этанол.Ethanol acts as a liquid refrigerant.
Время замораживания продукта питания в канале ванны для жидкого хладагента составляет от 3 до 15 минут.The freezing time of the food product in the channel of the liquid coolant bath is 3 to 15 minutes.
Технические результаты также достигаются тем, что в качестве второго варианта технического решения разработано устройство замораживания водосодержащих продуктов питания, которое представляет собой скороморозильное оборудование туннельного типа и содержит теплоизолированную камеру, цепное транспортирующее устройство, снабженное прижимными кронштейнами, подводящую и отводящую транспортировочные ленты, контейнеры, ванну для жидкого хладагента, охлаждающую систему, фильтрационную и насосную установки, блок вентиляторов, блок управления и контроля и парные модули с матрицами электродов, снабженные генератором электрического поля, при этом ванна для жидкого хладагента выполнена многоканальной, с возможностью быстрого охлаждения продукта питания до достижения им температуры хранения, заданной в диапазоне от -15°C до -20°C, а цепное транспортирующее устройство выполнено с возможностью обеспечения синхронного движения контейнеров по всем каналам многоканальной ванны для жидкого хладагента, а парные модули с матрицами электродов содержат матрицы электродов верхние, сгруппированные в верхние электродные пластины, на которые подается высоковольтный потенциал переменного тока от генератора электрического поля, и матрицы электродов нижние, сгруппированные в нижние электродные пластины, которые заземлены, верхние электродные пластины смонтированы над горизонтом движения контейнеров, нижние электродные пластины смонтированы непосредственно на дне каждого канала ванны для жидкого хладагента, при этом парные модули матриц электродов обеспечивают одновременное с началом быстрого охлаждения продукта питания создание вокруг замораживаемого продукта питания неоднородного переменного электрического поля со статичными градиентами напряженности, а блоки управления и контроля управляют включением потенциалов на матрицах электродов, осуществляемым до момента завершения фазового перехода вода-лед.The technical results are also achieved by the fact that, as the second variant of the technical solution, a device for freezing water-containing food products has been developed, which is a tunnel-type quick-freezing equipment and contains a heat-insulated chamber, a chain conveying device equipped with clamping brackets, inlet and outlet conveyor belts, containers, a bath for liquid refrigerant, cooling system, filtration and pumping units, fan unit, control and monitoring unit and paired modules with electrode matrices, equipped with an electric field generator, while the liquid refrigerant bath is multi-channel, with the possibility of rapid cooling of the food product until it reaches the storage temperature , set in the range from -15°C to -20°C, and the chain conveying device is designed to ensure synchronous movement of containers through all channels of the multi-channel bath for liquid refrigerant, and pa Rigid modules with electrode matrices contain upper electrode matrices, grouped into upper electrode plates, to which a high-voltage alternating current potential is supplied from an electric field generator, and lower electrode matrices, grouped into lower electrode plates, which are grounded, the upper electrode plates are mounted above the container movement horizon , the lower electrode plates are mounted directly on the bottom of each channel of the liquid coolant bath, while the paired modules of the electrode matrices provide, simultaneously with the start of rapid cooling of the food product, the creation of an inhomogeneous alternating electric field around the frozen food product with static intensity gradients, and the control and monitoring units control the switching on potentials on the electrode arrays, carried out until the completion of the water-ice phase transition.
Матрицы электродов могут быть плоскостными или объемными. Электроды матриц электродов могут быть точечными или линейными. Шаг электродов в матрицах электродов составляет не менее 5 мм, а расстояние между матрицами электродов от 20 до 500 мм.Matrices of electrodes can be planar or volumetric. The electrodes of the electrode arrays can be point or linear. The step of the electrodes in the electrode matrices is at least 5 mm, and the distance between the electrode matrices is from 20 to 500 mm.
Напряжение на электродах матриц электродов от 3 до 70 кВт, а частота переменного поля от 1 кГц до 20 кГц.The voltage on the electrodes of the electrode arrays is from 3 to 70 kW, and the frequency of the alternating field is from 1 kHz to 20 kHz.
Момент завершения фазового перехода вода-лед определяется по снижению электропроводности продукта питания.The moment of completion of the water-ice phase transition is determined by the decrease in the electrical conductivity of the food product.
Циклическая частота перемещения областей статичного градиента напряженности неоднородного переменного электрического поля составляет от 5 до 150 Гц. Каждая смена направления перемещения статичных градиентов напряженности неоднородного переменного электрического поля сопровождается инверсией областей статичных градиентов неоднородного переменного электрического поля на 180 градусов.The cyclic frequency of movement of the areas of the static gradient of the inhomogeneous alternating electric field is from 5 to 150 Hz. Each change in the direction of movement of the static gradients of the inhomogeneous alternating electric field is accompanied by an inversion of the areas of static gradients of the inhomogeneous alternating electric field by 180 degrees.
Контейнеры являются сменными и выполнены с широкими бортиками для прижимания их к бортам ванной для жидкого хладагента посредством прижимных кронштейнов цепного транспортирующего устройства. Контейнеры могут иметь перфорированное дно.The containers are interchangeable and are made with wide sides for pressing them against the sides of the liquid refrigerant bath by means of the clamping brackets of the chain transport device. Containers may have a perforated bottom.
Температура жидкого хладагента в ванне поддерживается в диапазоне от -40°C до -45°C. Толщина слоя хладагента, в который погружается контейнер, составляет от 3 до 10 см.The temperature of the liquid refrigerant in the bath is maintained in the range from -40°C to -45°C. The thickness of the refrigerant layer in which the container is immersed is from 3 to 10 cm.
В качестве жидкого хладагента выступает этанол.Ethanol acts as a liquid refrigerant.
Время замораживания продукта питания в каналах ванны для жидкого хладагента составляет от 3 до 15 минут.The freezing time of the food product in the channels of the liquid coolant bath is from 3 to 15 minutes.
Помимо вышеуказанных технических результатов второй вариант технического решения позволяет повысить производительность оборудования, снизить стоимость оборудования и затраты на его эксплуатацию (за счет уменьшения удельной потребности в хладагенте и затрат на его охлаждение).In addition to the above technical results, the second variant of the technical solution allows to increase the productivity of the equipment, reduce the cost of the equipment and the cost of its operation (by reducing the specific refrigerant demand and the cost of cooling it).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На Фиг. 1 схематически представлен общий вид спереди туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания.On FIG. 1 is a schematic front view of a tunnel device for freezing water-containing foodstuffs.
На Фиг. 2 показан в разрезе общий вид спереди туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания.On FIG. 2 is a sectional view of the front view of a tunnel freezer for water-containing foodstuffs.
На Фиг. 3 схематически представлен вид сверху туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания.On FIG. 3 is a schematic plan view of a tunnel device for freezing aqueous foodstuffs.
На Фиг. 4 показан вид сверху туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания с одноканальной ванной.On FIG. 4 shows a plan view of a tunnel freezer for water-containing foodstuffs with a single-channel bath.
На Фиг. 5 показан в разрезе вид сверху туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания с многоканальной ванной (в частности, с трехканальной ванной).On FIG. 5 is a top sectional view of a tunnel freezer for aqueous foodstuffs with a multi-channel bath (in particular a three-channel bath).
На Фиг. 6А и 6Б показан вид сбоку туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания с одноканальной ванной со стороны окна подачи, фиг. 6А - общий вид, фиг. 6Б - вид в разрезе.On FIG. 6A and 6B show a side view of a tunnel freezer for water-containing foodstuffs with a single-channel bath from the side of the supply window, FIG. 6A is a general view, Fig. 6B is a sectional view.
На Фиг. 7А и 7Б показан вид сбоку туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания с многоканальной ванной (в частности, с трехканальной ванной) со стороны окна подачи, фиг. 7А - общий вид, фиг. 7Б - вид в разрезе.On FIG. 7A and 7B show a side view of a tunnel freezer for water-containing foodstuffs with a multi-channel bath (in particular, a three-channel bath) from the side of the supply window, FIG. 7A is a general view, fig. 7B is a sectional view.
На Фиг. 8А и 8Б показан вид сбоку туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания с одноканальной ванной со стороны окна выдачи, фиг. 8А - общий вид, фиг. 8Б - вид в разрезе.On FIG. 8A and 8B show a side view of a tunnel freezer for water-containing foodstuffs with a single-channel bath from the side of the dispensing window, FIG. 8A is a general view, fig. 8B is a sectional view.
На Фиг. 9А и 9Б показан вид сбоку туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания с многоканальной ванной (в частности, с трехканальной ванной) со стороны окна подачи, фиг. 9А - общий вид, фиг. 9Б - вид в разрезе.On FIG. 9A and 9B show a side view of a tunnel freezer for water-containing foodstuffs with a multi-channel bath (in particular a three-channel bath) from the feed window, FIG. 9A is a general view, Fig. 9B is a sectional view.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Предложены два варианта туннельного устройства для замораживания водосодержащих продуктов питания, представляющего собой скороморозильное оборудование туннельного типа.Two variants of a tunnel device for freezing water-containing foodstuffs, which is a quick-freezing tunnel-type equipment, are proposed.
Элементы предлагаемых вариантов устройств обозначены на всех чертежах (Фиг. 1 - Фиг. 9Б) следующими позициями:The elements of the proposed device options are indicated on all drawings (Fig. 1 - Fig. 9B) with the following positions:
- теплоизолированная камера (1),- heat-insulated chamber (1),
- лента транспортировочная подающая (2),- transport feeding tape (2),
- цепное транспортирующее устройство (3),- chain conveying device (3),
- прижимной кронштейн (4),- clamping bracket (4),
- контейнер (5),- container (5),
- лента транспортировочная отводящая (6),- transport outlet tape (6),
- ванна для жидкого хладагента (7),- bath for liquid refrigerant (7),
- фильтрационная установка (8),- filtration plant (8),
- насосная установка (9),- pumping unit (9),
- охлаждающая система (10),- cooling system (10),
- блок вентиляторов (11),- fan unit (11),
- блок управления и контроля (12),- control and monitoring unit (12),
- матрицы электродов верхние (13),- top electrode matrices (13),
- матрицы электродов нижние (14),- lower electrode matrices (14),
- окно подачи (15),- feed window (15),
- окно выдачи (16),- dispensing window (16),
- канал (17),- channel (17),
- генератор электрического поля (18).- electric field generator (18).
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений теплоизолированная камера (1) представляет собой туннельную камеру и снабжена окном подачи (15) и окном выдачи (16) контейнеров (5), выполненную с возможностью обеспечения герметичности устройства (Фиг. 1-2). Герметичность туннельной камеры предохраняет от выхода паров хладагента вовне и позволяет существенно снизить потери жидкого хладагента на испарение. Кроме того, герметичность позволяет избежать распространения запаха.In both versions of the proposed group of inventions, the thermally insulated chamber (1) is a tunnel chamber and is equipped with a supply window (15) and an output window (16) of containers (5), designed to ensure the tightness of the device (Fig. 1-2). The tightness of the tunnel chamber prevents refrigerant vapor from escaping to the outside and can significantly reduce the loss of liquid refrigerant to evaporation. In addition, tightness prevents the spread of odor.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений лента транспортировочная подающая (2), предназначена для подачи контейнеров (5) к цепному транспортирующему устройству (3) и сопряжена с окном подачи (15) без нарушения герметичности теплоизолированной камеры (1). Лента транспортировочная отводящая (6) предназначена для выдачи контейнеров (5) с цепного транспортирующего устройства (3) и сопряжена с окном выдачи (16) без нарушения герметичности теплоизолированной камеры (1) (Фиг. 2).In both variants of the proposed group of inventions, the conveying feeding belt (2) is intended for feeding containers (5) to the chain conveying device (3) and is associated with the supply window (15) without violating the tightness of the heat-insulated chamber (1). The transport outlet tape (6) is intended for issuing containers (5) from the chain conveying device (3) and is associated with the issuing window (16) without violating the tightness of the heat-insulated chamber (1) (Fig. 2).
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений контейнеры (5) представляют собой лотки для перемещения водосодержащих продуктов питания и выполнены с широкими бортиками для прижимания их к бортам ванны (7) для жидкого хладагента. Контейнеры (5) являются сменными. Контейнеры (5) могут иметь сплошное дно или перфорированное дно.In both versions of the proposed group of inventions, containers (5) are trays for moving water-containing food products and are made with wide sides for pressing them against the sides of the bath (7) for liquid refrigerant. Containers (5) are replaceable. The containers (5) may have a solid bottom or a perforated bottom.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений цепное транспортирующее устройство (3) снабжено прижимными кронштейнами (4), прижимающими контейнеры (5) к бортам ванны (7) для жидкого хладагента во время движения.In both versions of the proposed group of inventions, the chain conveying device (3) is equipped with pressure brackets (4) that press the containers (5) against the sides of the liquid refrigerant bath (7) during movement.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений ванна (7) предназначена для циркуляции потоков жидкого хладагента.In both versions of the proposed group of inventions, the bath (7) is designed to circulate liquid refrigerant flows.
Согласно первому варианту предлагаемой группы изобретений, ванна (7) содержит один канал (17) для жидкого хладагента, т.е. ванна (7) является одноканальной (Фиг. 4, 6А-6Б, 8А-8Б).According to the first variant of the proposed group of inventions, the bath (7) contains one channel (17) for the liquid refrigerant, i.e. bath (7) is single-channel (Fig. 4, 6A-6B, 8A-8B).
Согласно второму варианту предлагаемой группы изобретений, ванна (7) содержит несколько каналов (17) для жидкого хладагента, т.е. ванна (7) является многоканальной (Фиг. 5, 7А-7Б, 9А-9Б). Цепное транспортирующее устройство (3) выполнено с возможностью обеспечения синхронного движения контейнеров (5) по всем каналам (17) многоканальной ванны (7) для жидкого хладагента. Цепное транспортирующее устройство (3) содержит параллельные звенья по числу каналов (17) многоканальной ванны (7) для жидкого хладагента.According to the second version of the proposed group of inventions, the bath (7) contains several channels (17) for liquid refrigerant, i.e. bath (7) is multichannel (Fig. 5, 7A-7B, 9A-9B). The chain conveying device (3) is configured to ensure synchronous movement of the containers (5) along all channels (17) of the multi-channel bath (7) for liquid refrigerant. The chain conveying device (3) contains parallel links according to the number of channels (17) of the multi-channel bath (7) for liquid refrigerant.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений на входе контейнера (5) в ванну (7) температура замораживаемых продуктов составляет от +1°C до +5°C, на выходе контейнера (5) из ванны (7) температура замораживаемых продуктов составляет -20°C.In both versions of the proposed group of inventions, at the inlet of the container (5) into the bath (7), the temperature of the frozen products is from +1°C to +5°C, at the outlet of the container (5) from the bath (7), the temperature of the frozen products is -20° C.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений жидкий хладагент непрерывно циркулирует через охлаждающую систему (10) для поддержания заданной температуры. Температура жидкого хладагента поддерживается в диапазоне от -40°C до -45°C. Толщина слоя хладагента, в который погружается контейнер (5), составляет от 3 до 10 см.In both versions of the proposed group of inventions, the liquid refrigerant circulates continuously through the cooling system (10) to maintain the set temperature. The liquid refrigerant temperature is maintained between -40°C and -45°C. The thickness of the refrigerant layer into which the container (5) is immersed is between 3 and 10 cm.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений в качестве жидкого хладагента с высокой теплопроводностью и температурой замерзания значительно ниже температуры замерзания продукта автор настоящего изобретения предлагает использовать этанол. Этанол совершенно безвреден для человеческого организма. Кроме того, этанол обладает дезинфицирующими и стерилизующими характеристиками и очищает продукт (например, ягоды) или упаковку.In both versions of the proposed group of inventions, the author of the present invention proposes to use ethanol as a liquid refrigerant with high thermal conductivity and a freezing point well below the freezing point of the product. Ethanol is completely harmless to the human body. In addition, ethanol has disinfectant and sterilizing characteristics and cleans the product (eg berries) or packaging.
Также, автором настоящего изобретения было учтено, что этанол значительно лучше отводит тепло по сравнению с воздушным потоком и, кроме того, он недорог и безопасен по сравнению с жидким азотом. В то же время, небольшая разница температур между температурой продукта и температурой этанола (в отличие от жидкого азота) не дает продукту растрескаться. Кроме того, при размораживании, продукт, замороженный в туннельной камере на основе этанола, лучше проходит стадию размораживания, сохраняя оригинальную свежесть.Also, the author of the present invention has taken into account that ethanol removes heat much better compared to air flow and, in addition, it is inexpensive and safe compared to liquid nitrogen. At the same time, a small temperature difference between the temperature of the product and the temperature of ethanol (unlike liquid nitrogen) prevents the product from cracking. In addition, when defrosting, the product frozen in the ethanol-based tunnel chamber goes through the defrosting stage better while maintaining the original freshness.
В результате, в обоих вариантах устройства, согласно предлагаемому изобретению, продукт питания при использовании в качестве жидкого хладагента этанола, проходит диапазон температур кристаллизации (-1…-5°C) на высокой скорости, что, в совокупности с применением неоднородного переменного электрического поля со статическим градиентом напряженности, обеспечивает предотвращение образования кристаллов льда и отсутствие деградации внутренних клеток продукта.As a result, in both versions of the device, according to the invention, the food product, when used as a liquid refrigerant ethanol, passes the crystallization temperature range (-1 ... -5 ° C) at high speed, which, together with the use of a non-uniform alternating electric field static tension gradient, prevents the formation of ice crystals and the absence of degradation of the internal cells of the product.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений перед попаданием в охлаждающую систему хладагент фильтруется в фильтрационной установке (8) для очистки хладагента, т.е. для удаления загрязнений, которые могут быть на продукте питания или его упаковке. В качестве фильтрационной установки (8) может быть использована любая стандартная фильтрационная установка. Насосная установка (9) предназначена для прокачки хладагента через фильтрующую установку и охлаждающую систему (10) (Фиг. 2).In both versions of the proposed group of inventions, before entering the cooling system, the refrigerant is filtered in a filtration unit (8) to purify the refrigerant, i.e. to remove contaminants that may be on the food product or its packaging. As a filtration unit (8) any standard filtration unit can be used. The pump unit (9) is designed to pump the refrigerant through the filter unit and the cooling system (10) (Fig. 2).
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений парные модули с матрицами электродов снабжены генератором электрического поля (18). Генератор электрического поля (18) подключен к каждой матрице электродов. Парные модули с матрицами электродов содержат матрицы электродов верхние (13), сгруппированные в верхние электродные пластины, на которые подается высоковольтный потенциал переменного тока от генератора электрического поля (18), и матрицы электродов нижние (14), сгруппированные в нижние электродные пластины, которые заземлены.In both versions of the proposed group of inventions, paired modules with electrode matrices are equipped with an electric field generator (18). An electric field generator (18) is connected to each electrode array. Paired modules with electrode matrices contain upper electrode matrices (13), grouped into upper electrode plates, to which a high-voltage alternating current potential is supplied from an electric field generator (18), and lower electrode matrices (14), grouped into lower electrode plates, which are grounded .
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений парные модули матриц электродов выполнены с возможностью создания одновременно с началом быстрого охлаждения вокруг замораживаемого продукта питания неоднородного переменного электрического поля со статичными градиентами напряженности. Неоднородное переменное электрическое поле характеризуется статичными градиентами напряженности поля в каждой точке поля, управляемое перемещением областей которых организует циркуляцию диполей воды по замкнутым траекториям. Каждая область статичного градиента напряженности неоднородного переменного электрического поля представляет собой конус, обращенный вершиной к электроду.In both versions of the proposed group of inventions, the pair modules of the electrode matrices are made with the possibility of creating, simultaneously with the start of rapid cooling, an inhomogeneous alternating electric field with static strength gradients around the frozen food product. An inhomogeneous alternating electric field is characterized by static gradients of the field strength at each point of the field, controlled by the movement of the regions of which organizes the circulation of water dipoles along closed trajectories. Each region of the static gradient of the inhomogeneous alternating electric field is a cone with its apex facing the electrode.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений матрицы электродов могут быть плоскостными или объемными. Электроды матриц электродов могут быть точечными или линейными. Указанное относится и к матрицам электродов верхним (13), и к матрицам электродов нижним (14).In both variants of the proposed group of inventions, the electrode matrices can be planar or volumetric. The electrodes of the electrode arrays can be point or linear. This applies both to the upper electrode matrices (13) and to the lower electrode matrices (14).
Согласно первому варианту предлагаемой группы изобретений верхние электродные пластины матриц электродов верхних (13) смонтированы над горизонтом движения контейнеров (5), нижние электродные пластины матриц электродов нижних (14) смонтированы непосредственно на дне канала (17) ванны (7) для жидкого хладагента.According to the first version of the proposed group of inventions, the upper electrode plates of the upper electrode matrices (13) are mounted above the movement horizon of the containers (5), the lower electrode plates of the lower electrode matrices (14) are mounted directly on the bottom of the channel (17) of the bath (7) for liquid refrigerant.
Согласно второму варианту предлагаемой группы изобретений верхние электродные пластины матриц электродов верхних (13) смонтированы над горизонтом движения контейнеров (5), нижние электродные пластины матриц электродов нижних (14) смонтированы непосредственно на дне каждого канала (17) ванны (7) для жидкого хладагента.According to the second version of the proposed group of inventions, the upper electrode plates of the upper electrode matrices (13) are mounted above the movement horizon of the containers (5), the lower electrode plates of the lower electrode matrices (14) are mounted directly on the bottom of each channel (17) of the bath (7) for liquid refrigerant.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений, когда высоковольтный потенциал переменного тока прикладывается к верхним электродным пластинам, электрическое поле создается в пространствах между каждой верхней электродной пластиной и нижней электродной пластиной, а направление электрического поля периодически с частотой от 5 до 150 Гц меняется на противоположное. Шаг электродов в матрицах составляет не менее 5 мм, а расстояние между матрицами электродов от 20 до 500 мм. Заданные параметры электрического поля - напряжение на электродах матриц от 3 до 70 кВт; а частота переменного поля от 1 кГц до 20 кГц.In both versions of the proposed group of inventions, when a high-voltage alternating current potential is applied to the upper electrode plates, an electric field is created in the spaces between each upper electrode plate and the lower electrode plate, and the direction of the electric field periodically changes to the opposite with a frequency of 5 to 150 Hz. The step of the electrodes in the matrices is at least 5 mm, and the distance between the matrices of electrodes is from 20 to 500 mm. The specified parameters of the electric field - the voltage on the electrodes of the matrix from 3 to 70 kW; and the frequency of the alternating field is from 1 kHz to 20 kHz.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений блок управления и контроля (12) управляет включением потенциалов электродов на матрицах электродов, осуществляемого до момента завершения фазового перехода вода-лед.In both versions of the proposed group of inventions, the control and monitoring unit (12) controls the switching on of the electrode potentials on the electrode arrays, carried out until the completion of the water-ice phase transition.
Блок управления и контроля (12) определяет размер, форму областей статичных градиентов напряженности неоднородного переменного электрического поля, направление, скорость и характер их перемещений относительно продукта питания, которые задаются программным способом (динамическая программа управления потенциалами электродов на матрицах электродов). Также, блок управления и контроля (12) регулирует скорость движения цепного транспортирующего устройства (3) и скорость рециркуляции жидкого хладагента в зависимости от показателей процесса замораживания продуктов питания (температура, степень заморозки и т.д.).The control and monitoring unit (12) determines the size, shape of the areas of static gradients of the inhomogeneous alternating electric field, the direction, speed and nature of their movements relative to the food product, which are set programmatically (dynamic program for controlling electrode potentials on electrode matrices). Also, the control and monitoring unit (12) regulates the speed of movement of the chain conveying device (3) and the rate of recirculation of the liquid refrigerant depending on the indicators of the food freezing process (temperature, degree of freezing, etc.).
Управление изменениями направления, скорости и характера перемещений статичных градиентов напряженности неоднородного переменного электрического поля относительно продукта питания производится посредством поочередного включения потенциалов электродов на матрицах электродов. Образованное таким образом циклическое движение диполей воды по замкнутым траекториям (вихревое движение групп молекул воды) создает эффект вязкости, что приводит к образованию твердого льда со стеклообразной структурой. Т.е. включение потенциалов электродов на матрицах электродов организует циклическое движение диполей воды по замкнутым траекториям с образованием стеклообразного льда, не содержащего кристаллов. Циклическое движение диполей воды по замкнутым траекториям организуется посредством организации возвратно-поступательных циклов перемещения областей статичного градиента напряженности неоднородного переменного электрического поля вдоль горизонтальной плоскости охлаждаемого объекта.The control of changes in the direction, speed and nature of the movement of static gradients of the intensity of an inhomogeneous alternating electric field relative to the food product is carried out by alternately switching on the electrode potentials on the electrode matrices. The cyclic movement of water dipoles formed in this way along closed trajectories (vortex movement of groups of water molecules) creates the effect of viscosity, which leads to the formation of solid ice with a glassy structure. Those. Turning on the electrode potentials on the electrode arrays organizes the cyclic movement of water dipoles along closed trajectories with the formation of glassy ice that does not contain crystals. The cyclic movement of water dipoles along closed trajectories is organized by organizing reciprocating cycles of moving areas of a static gradient of the inhomogeneous alternating electric field along the horizontal plane of the cooled object.
Таким образом, в обоих вариантах предлагаемой группы изобретений управление направлениями, скоростью и характером перемещений статичных градиентов напряженности неоднородного переменного электрического поля в каждой точке поля осуществляется посредством организации возвратно-поступательных циклов перемещения областей статичного градиента напряженности неоднородного переменного электрического поля вдоль горизонтальной плоскости охлаждаемого объекта. Циклическая частота перемещения областей статичного градиента напряженности электрического поля составляет от 5 до 150 Гц.Thus, in both versions of the proposed group of inventions, the direction, speed and nature of the movements of the static gradients of the inhomogeneous alternating electric field at each point of the field are controlled by organizing reciprocating cycles of moving the areas of the static gradient of the inhomogeneous alternating electric field along the horizontal plane of the cooled object. The cyclic frequency of movement of the areas of the static gradient of the electric field is from 5 to 150 Hz.
В одном цикле перемещения областей статичного градиента напряженности электрического поля, величина пошагового (один шаг - минимальное расстояние между электродами) равномерного поступательного перемещения равна половине ширины области, величина пошагового возвратного перемещения - половине ширины области за вычетом минимального расстояния между электродами в матрице. За одну секунду смещение точки начала цикла по горизонтали составляет, соответственно, от 5 до 150 расстояний между электродами в матрице. Каждая смена направления перемещения статичных градиентов напряженности электрического поля сопровождается инверсией областей статичных градиентов переменного электрического поля на 180 градусов.In one cycle of movement of the areas of the static gradient of the electric field strength, the value of the step-by-step (one step is the minimum distance between the electrodes) uniform translational movement is equal to half the width of the region, the value of the step-by-step return movement is half the width of the region minus the minimum distance between the electrodes in the matrix. In one second, the horizontal displacement of the cycle start point is, respectively, from 5 to 150 distances between the electrodes in the matrix. Each change in the direction of movement of static gradients of the electric field intensity is accompanied by an inversion of the areas of static gradients of the alternating electric field by 180 degrees.
Области статичных градиентов напряженности электрического поля перемещаются относительно объекта замораживания (продукта питания органического или неорганического происхождения) с помощью подачи потенциалов на электроды для создания вихревого группового движения дипольных молекул воды в объеме объекта. В результате, диполь воды под действием статичных градиентов напряженности перемещается по циклической траектории.Areas of static gradients of the electric field strength move relative to the object of freezing (a food product of organic or inorganic origin) by applying potentials to the electrodes to create a vortex group motion of dipole water molecules in the volume of the object. As a result, the water dipole moves along a cyclic trajectory under the action of static strength gradients.
Инверсия областей статичного градиента переменного электрического поля внутри возвратно-поступательного цикла при смене направления их перемещения и смещение точки начала цикла в направлении поступательного перемещения после каждого цикла позволяет охватить вихревым движением все диполи воды. Частота цикла и шаг смещения формирует различные режимы вихревого движения и влияют на размеры конвективных ячеек (конвективная ячейка - замкнутая траектория диполя (или группы диполей) воды) и степень интенсивности их энергетического взаимодействия (передача тепла изнутри водного раствора к его поверхности). Чем меньше размер локальных областей поля, то есть чем меньше шаг между электродами, тем больше в жидкой среде объекта замораживания количество конвективных молекулярных ячеек воды. Чем выше скорость перемещения локальных областей статичных градиентных полей относительно объекта, тем меньше размеры этих конвективных ячеек. Размер и количество конвективных ячеек определяется спецификой продукта питания. Чем выше процент содержания воды в продукте, тем ниже скорость перемещения локальных областей и больше размер конвективных ячеек.The inversion of the regions of the static gradient of the alternating electric field inside the reciprocating cycle when changing the direction of their movement and the shift of the cycle start point in the direction of the translational movement after each cycle makes it possible to cover all water dipoles with the vortex motion. The cycle frequency and displacement step form different modes of vortex motion and affect the size of convective cells (a convective cell is a closed trajectory of a dipole (or a group of dipoles) of water) and the degree of intensity of their energy interaction (heat transfer from inside an aqueous solution to its surface). The smaller the size of the local areas of the field, that is, the smaller the step between the electrodes, the greater the number of convective molecular cells of water in the liquid medium of the object to be frozen. The higher the speed of movement of local areas of static gradient fields relative to the object, the smaller the size of these convective cells. The size and number of convective cells is determined by the specifics of the food product. The higher the percentage of water content in the product, the lower the speed of movement of local areas and the larger the size of convective cells.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений воздействие на продукт питания статичными градиентами напряженности электрического поля, движущимися относительно продукта питания, а также управление направлениями, скоростью и характером их перемещений осуществляется на протяжении всего фазового перехода вода-лед.In both versions of the proposed group of inventions, the impact on the food product by static gradients of the electric field strength moving relative to the food product, as well as the control of the directions, speed and nature of their movements, is carried out throughout the entire water-ice phase transition.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений момент окончания воздействия неоднородным переменным электрическим полем на продукт питания определяется моментом завершения фазового перехода вода-лед, который, в свою очередь, определяется по снижению электропроводности продукта питания. Электропроводность замороженного продукта питания снижается в 5 раз и более.In both versions of the proposed group of inventions, the moment of termination of exposure to a non-uniform alternating electric field on a food product is determined by the moment of completion of the water-ice phase transition, which, in turn, is determined by a decrease in the electrical conductivity of the food product. The electrical conductivity of a frozen food product is reduced by 5 times or more.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений после завершения фазового перехода вода-лед, т.е. после окончания воздействия неоднородным переменным электрическим полем на продукт питания, быстрое охлаждение продолжают до достижения продуктом питания температуры хранения, заданной в диапазоне от -15°С до -20°С.In both versions of the proposed group of inventions, after the completion of the water-ice phase transition, i.e. after the end of exposure to a non-uniform alternating electric field on the food product, rapid cooling is continued until the food product reaches the storage temperature specified in the range from -15°C to -20°C.
В обоих вариантах предлагаемой группы изобретений после выхода из ванны (7) для жидкого хладагента контейнеры (5) подвергаются обдуву воздухом посредством блока вентиляторов (11), при этом остатки хладагента в виде капель падают снова в ванну (7) для жидкого хладагента.In both versions of the proposed group of inventions, after leaving the liquid coolant bath (7), the containers (5) are blown with air by means of a fan unit (11), while the refrigerant residues fall in the form of droplets back into the liquid coolant bath (7).
Время прохождения контейнера (5) через устройство в обоих вариантах предлагаемой группы изобретений составляет от 3 до 15 минут и зависит от заданной в блоке управления и контроля (12) температуры продуктов на выходе контейнера (5) из ванны (7).The time for the container (5) to pass through the device in both versions of the proposed group of inventions is from 3 to 15 minutes and depends on the temperature of the products at the outlet of the container (5) from the bath (7) set in the control and monitoring unit (12).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Предлагаемые варианты устройства могут быть осуществлены следующим образом.The proposed device options can be implemented as follows.
Для подтверждения возможности реализации заявленного назначения и достижения заявленных технических результатов были смонтированы два устройства в комплектациях согласно первому и второму вариантам предлагаемой группы изобретений. Первый вариант (TF-1) - одноканальное туннельное устройство, второй вариант (TF-3) - трехканальное туннельное устройство. Приведенные ниже варианты осуществления изобретения являются частными случаями заявленной группы изобретения и не ограничивают объем притязаний.To confirm the possibility of implementing the stated purpose and achieving the stated technical results, two devices were mounted in configurations according to the first and second versions of the proposed group of inventions. The first option (TF-1) is a single-channel tunnel device, the second option (TF-3) is a three-channel tunnel device. The following embodiments of the invention are special cases of the claimed group of inventions and do not limit the scope of the claims.
Все устройства содержали теплоизолированную камеру (1) с окном подачи (15) и окном выдачи (16), цепное транспортирующее устройство (3), снабженное прижимными кронштейнами (4), контейнеры (5), ленты транспортировочные: подводящую и отводящую (2 и 6), ванну (7) для жидкого хладагента с каналом/каналами (17), фильтрационную установку (8), насосную установку (9), охлаждающую систему (10), блок вентиляторов (11), блок управления и контроля (12), парные модули с верхними (13) и нижними (14) матрицами электродов и генератор электрического поля (18).All devices contained a heat-insulated chamber (1) with a supply window (15) and an output window (16), a chain conveying device (3) equipped with clamping brackets (4), containers (5), transport tapes: inlet and outlet (2 and 6 ), bath (7) for liquid refrigerant with channel(s) (17), filtration unit (8), pumping unit (9), cooling system (10), fan unit (11), control and monitoring unit (12), steam modules with upper (13) and lower (14) electrode matrices and an electric field generator (18).
На всех устройствах был проведен ряд экспериментов по замораживанию продуктов питания (земляники и томатов). Для сопоставления результатов аналогичные эксперименты произведены на оборудовании компании XINXUDONG, Shandong, China. Оборудование для сопоставления представляет собой одноканальное и трехканальное устройство, соответственно SD-100 и SD-300.On all devices, a series of experiments on freezing food (strawberries and tomatoes) was carried out. To compare the results, similar experiments were carried out on the equipment of XINXUDONG, Shandong, China. The matching equipment is a single-channel and three-channel device, respectively SD-100 and SD-300.
Конструкционные особенности комплектаций устройств представлены в Таблице 1.Design features of device configurations are presented in Table 1.
Таблица 1Table 1
Условия и результаты проведения экспериментов для одноканальных устройств представлены в Таблице 2.The conditions and results of the experiments for single-channel devices are presented in Table 2.
Таблица 2table 2
Условия и результаты проведения экспериментов для многоканальных устройств представлены в Таблице 3.The conditions and results of experiments for multichannel devices are presented in Table 3.
Таблица 3Table 3
Момент окончания воздействия электрическим полем на продукт определялся путем измерения электропроводности. При падении электропроводности до 5 мкСм/см воздействие полем прекращалось (вода полностью перешла в твердую фазу). Измерение электропроводности проводилось кондуктометром компании Valagro.The end point of the electric field impact on the product was determined by measuring the electrical conductivity. When the electrical conductivity dropped to 5 μS/cm, the field action ceased (the water completely passed into the solid phase). The electrical conductivity was measured with a Valagro conductometer.
Все образцы, замороженные под воздействием неоднородного переменного электрического поля, хранятся уже на протяжении 36 месяцев, при этом выборочные проверки (путем размораживания единичных образцов), проводимые каждые полгода, показывают, что снижения их потребительских свойств и изменения физико-химических характеристик объектов замораживания не произошло.All samples frozen under the influence of an inhomogeneous alternating electric field have been stored for 36 months, while selective checks (by defrosting single samples) carried out every six months show that there has been no decrease in their consumer properties and changes in the physicochemical characteristics of objects to be frozen .
Результаты испытаний устройств согласно предлагаемой группе изобретений свидетельствуют о значительном росте производительности устройств по сравнению с туннельными скороморозящими устройствами, действующими на традиционных принципах. Об этом свидетельствует рост производительности одноканального и трехканального устройств соответственно на 54-67% в зависимости от вида продукции при идентичных объемах переработки.The results of tests of devices according to the proposed group of inventions indicate a significant increase in the performance of devices compared to tunnel quick-freezing devices operating on traditional principles. This is evidenced by the increase in the productivity of single-channel and three-channel devices, respectively, by 54-67%, depending on the type of product, with identical processing volumes.
При использовании обоих вариантов устройств согласно предлагаемой группе изобретений обеспечивается быстрый и эффективный теплоотвод от продукта питания. Об этом говорит значительное (четырехкратное) сокращение времени охлаждения продукта до 0°C. Также, результаты испытаний устройств согласно предлагаемой группе изобретений показывают, что обеспечивается полное предотвращения образования кристаллов льда при замораживании водосодержащих продуктов питания, а также непрерывное поточное замораживание водосодержащих продуктов питания. Об этом говорит то, что время необходимое для заморозки до температуры хранения (-20°C) сократилось при поточном производстве в 4 раза по сравнению с традиционным способом. Указанное также свидетельствует о том, что во время замораживания продукции обеспечено предотвращение образования кристаллов льда.When using both variants of devices according to the proposed group of inventions, fast and efficient heat removal from the food product is ensured. This is evidenced by a significant (fourfold) reduction in the cooling time of the product to 0°C. Also, the test results of devices according to the proposed group of inventions show that complete prevention of the formation of ice crystals during freezing of water-containing food products, as well as continuous in-line freezing of water-containing food products, is ensured. This is evidenced by the fact that the time required for freezing to storage temperature (-20°C) was reduced by 4 times in mass production compared to the traditional method. This also indicates that during the freezing of products, the prevention of the formation of ice crystals is ensured.
Кроме того, результаты испытаний свидетельствуют о том, что согласно второму варианту предлагаемой группы изобретений, увеличивается производительность оборудования, снижается стоимость оборудования и затраты на его эксплуатацию (за счет уменьшения удельной потребности в хладагенте и затрат на его охлаждение). При этом увеличение производительности происходит кратно количеству каналов ванны для жидкого хладагента устройства.In addition, the test results indicate that, according to the second version of the proposed group of inventions, the productivity of the equipment increases, the cost of the equipment and the cost of its operation are reduced (by reducing the specific refrigerant demand and the cost of cooling it). In this case, the increase in productivity occurs in multiples of the number of bath channels for the liquid coolant of the device.
Таким образом, проведенные испытания показали, что предлагаемая группа изобретений обеспечивает достижение всех заявленных технических результатов.Thus, the tests have shown that the proposed group of inventions ensures the achievement of all the claimed technical results.
Claims (26)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2022/050339 WO2023128819A1 (en) | 2021-12-29 | 2022-10-25 | Tunnel device for freezing water-containing food products |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2777110C1 true RU2777110C1 (en) | 2022-08-01 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808566C1 (en) * | 2023-03-15 | 2023-11-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые пищевые технологии" | Device for rapid cooling and freezing of products of plant origin |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07155154A (en) * | 1993-12-07 | 1995-06-20 | Matsushita Refrig Co Ltd | Refrigerator |
RU2236654C2 (en) * | 2001-04-26 | 2004-09-20 | Андрей Маркович Войтко | Method of freezing fruit and vegetables (versions) and device for realization of this method |
RU2270407C2 (en) * | 1999-10-01 | 2006-02-20 | Аби Лимитед | Quick-freezing method and plant |
JP2007267688A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Nichimo Co Ltd | Method and device for freezing food |
RU2472080C2 (en) * | 2008-03-11 | 2013-01-10 | Техникан Ко., Лтд. | Method and device for production of frozen products |
RU2525925C2 (en) * | 2009-06-26 | 2014-08-20 | Техникан Ко., Лтд. | Device and method for continuous freezing food |
RU2623242C1 (en) * | 2016-02-26 | 2017-06-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | Tunnel freezing device |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07155154A (en) * | 1993-12-07 | 1995-06-20 | Matsushita Refrig Co Ltd | Refrigerator |
RU2270407C2 (en) * | 1999-10-01 | 2006-02-20 | Аби Лимитед | Quick-freezing method and plant |
RU2236654C2 (en) * | 2001-04-26 | 2004-09-20 | Андрей Маркович Войтко | Method of freezing fruit and vegetables (versions) and device for realization of this method |
JP2007267688A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Nichimo Co Ltd | Method and device for freezing food |
RU2472080C2 (en) * | 2008-03-11 | 2013-01-10 | Техникан Ко., Лтд. | Method and device for production of frozen products |
RU2525925C2 (en) * | 2009-06-26 | 2014-08-20 | Техникан Ко., Лтд. | Device and method for continuous freezing food |
RU2623242C1 (en) * | 2016-02-26 | 2017-06-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | Tunnel freezing device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808566C1 (en) * | 2023-03-15 | 2023-11-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые пищевые технологии" | Device for rapid cooling and freezing of products of plant origin |
RU2811102C1 (en) * | 2023-11-17 | 2024-01-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Мск-Лидер" | Contact freezing table for food products |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7237400B2 (en) | Highly-efficient freezing apparatus and highly-efficient freezing method | |
Alabi et al. | Transport phenomena and their effect on microstructure of frozen fruits and vegetables | |
Dalvi-Isfahan et al. | The principles of high voltage electric field and its application in food processing: A review | |
JP4041673B2 (en) | Ultra-rapid freezing method and apparatus | |
JP4385075B2 (en) | Quick freezing equipment | |
CN106524635A (en) | Refrigerator with electromagnetic field assisted fresh keeping property | |
CN102483279B (en) | Continuous food freezing device and continuous food freezing method | |
You et al. | Control of ice nucleation for subzero food preservation | |
CN110671876B (en) | Supercooling freezing method, refrigerator and refrigerator control method | |
CN107965960A (en) | Based on the controllable cyclically-varying magnetic field auxiliary refrigerating plant of more magnetic poles and application | |
US6393975B2 (en) | Treatment apparatus and method for preserving pumpable food products in a pulsed electric field | |
JP4152695B2 (en) | Method for producing fresh frozen raw vegetables | |
RU2777110C1 (en) | Tunnel device for freezing water-containing foodstuffs | |
JP5805375B2 (en) | Quick freezing equipment | |
JP2003088347A (en) | High-performance freezing apparatus and high- performance freezing method | |
WO2013070359A2 (en) | Combined impingement/plate freezer | |
WO2023128819A1 (en) | Tunnel device for freezing water-containing food products | |
CN110946178B (en) | Atmospheric pressure low temperature plasma fruit fresh-keeping device | |
RU211504U1 (en) | Mobile device for freezing products of vegetable origin | |
RU2778148C1 (en) | Method for crystal-free freezing of water-containing foods | |
WO2023075645A1 (en) | Method of freezing water-containing food products without formation of ice crystals | |
JP3870230B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for hydrous frozen product | |
JP2003343961A (en) | Refrigerator | |
WO2004110179A1 (en) | Electric filed treatment device for applying alternating voltage of same polarity and its application device | |
RU2808566C1 (en) | Device for rapid cooling and freezing of products of plant origin |