Холодильное устройство для охлаждения пищевых продуктов и способ охлаждения пищевых продуктов

 

Использование: в пищевой промышленности при охлаждении пищевых продуктов. Сущность: холодильное устройство для охлаждения пищевых продуктов содержит по меньшей мере две ступени охлаждения, первая из которых включает водяной холодильник, а вторая - морозильную камеру на жидком азоте. Также устройство содержит источник охлаждающей воды, средства для передачи тепла от продукта к воде на первой и второй ступенях, средство для передачи тепла от охлаждающей среды криогенному пару, образовавшемуся из жидкого криоагента на второй ступени, средство для подачи охлажденной криогенными парами воды на первую ступень. Последнее средство содержит насос, эжекторное средство и подающее средство. Эжекторное средство соединено через насос с источником охлаждающей воды и со второй ступенью. Подающее средство включает фазовый разделитель для отделения криогенных паров от охлаждающей воды перед подачей ее на первую ступень. Способ замораживания пищевых продуктов предусматривает подачу криогена, подачу охлаждающей воды, передачу части тепла от продуктов воде на первой ступени, передачу тепла от продуктов криогену на второй ступени с выкипанием криогена и превращением его в криогенный пар, передачу тепла от охлаждающей воды криогенному пару, для чего воду насосом подают на эжекторное средство, куда подсасывается криогенный пар из второй ступени с образованием смеси криогенного пара с охлаждающей водой. Затем производят отделение криогенного пара от охлажденной воды и осуществляют подачу последней на первую ступень. 2 с.п.ф-лы, 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно, к устройствам и способам охлаждения пищевых продуктов.

Известно устройство для охлаждения пищевых продуктов, содержащее источник охлаждающей воды, имеющий температуру ниже температуры охлаждаемого продукта для создания температурного перепада между охлаждаемым продуктом и охлаждаемой водой, и по меньшей мере две последовательные охлаждающие ступени для передачи количества тепла от охлаждаемого продукта, достаточного для охлаждения этого продукта, первая из которых включает средство для передачи части указанного количества тепла от охлаждаемого продукта охлаждающей воде пропорционально температурному перепаду между указанным продуктом и охлаждающей водой, а вторая включает средство для передачи оставшейся части указанного количества тепла от продукта криогену, так что продукт охлаждается, а некоторое количество криогена выкипает с образованием криогенного пара и тем самым расходуется, средство для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару, повышая при этом температурный перепад между охлаждаемым продуктом и охлаждающей водой, соединенное со второй из двух ступеней и с источником охлаждающей воды, и средство для подачи охлаждающей воды из последнего упомянутого средства на первую из двух последовательных охлаждающих ступеней, в результате чего часть количества тепла, передаваемого охлаждаемым продуктом охлаждающей воде, возрастает пропорционально повышенному температурному перепаду между продуктом и охлаждающей водой, а остальная часть количества тепла, передаваемого от продукта охлаждающей смеси, при этом уменьшается вместе с расходуемым количеством криогена (1).

Известен способ охлаждения пищевых продуктов, предусматривающий подачу криогена, подачу охлаждающей воды с температурой ниже температуры пищевых продуктов для создания температурного перепада между пищевыми продуктами и охлаждающей водой, передачу от пищевых продуктов количества тепла, достаточного для их охлаждения в по меньшей мере двух последовательных охлаждающих стадиях посредством передачи части указанного количества тепла от пищевых продуктов к охлаждающей воде в первой из по меньшей мере двух охлаждающих ступеней со скоростью, пропорциональной температурному перепаду между пищевыми продуктами и охлаждающей водой и передачи оставшейся части указанного количества тепла от изделий к криогену во второй из двух последовательных охлаждающих ступеней, так, что некоторое количество криогена выкипает с превращением в криогенный пар, а также передачу дополнительного тепла от охлаждающей воды криогенному пару с обеспечением повышения температурного перепада между пищевыми продуктами и охлаждающей водой, и последующую подачу охлаждающей воды на первую из двух последовательных охлаждающих ступеней, в результате чего увеличивается часть тепла, передаваемого пищевыми продуктами охлаждающей воде, а оставшаяся часть тепла, передаваемая от пищевых продуктов криогену, в результате уменьшается вместе с уменьшением расхода криогена (1).

В известном холодильном устройстве средство для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару содержит теплообменник. Известный способ охлаждения предусматривает закачивание в теплообменник криогенного пара и разбрызгивание навстречу поступающему пару воды, последующий сбор ее в резервуаре перед подачей на первую охлаждающую ступень.

Недостатком известных устройства и способа охлаждения пищевых продуктов является недостаточно эффективный теплообмен между криогенным паром и водой.

Технический результат, достигаемый в устройстве и способе охлаждения пищевых продуктов, согласно данному изобретению, заключается в улучшении теплообмена между водой и криогенным паром и повышении экономичности работы.

Для достижения этого технического результата описанное выше холодильное устройство отличается тем, что средство для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару включает насос с приемным патрубком, соединенным с источником охлаждающей воды и выпускным патрубком, и эжекторное средство, соединенное с выпускным патрубком насоса и со второй из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней для образования смеси криогенного пара с охлаждающей водой и тем самым для осуществления теплообмена между охлаждающей водой и криогенными парами, и подающее средство для подачи охлаждающей воды от эжекторного средства на первую из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней.

Подающее средство может включать фазовый разделитель для отделения криогенных паров от охлаждающей воды.

Эжекторное средство может содержать выпускное отверстие, через которое отводится смесь охлаждающей воды и криогенных паров, при этом указанный фазовый разделитель может включать фазоразделительную емкость, установленную ниже выпускного отверстия эжекторного средства для отделения криогенных паров от охлаждающей воды, для сбора охлаждающей воды и для выпуска криогенных паров из верхней зоны фазоразделительной емкости, и подающий трубопровод, соединяющий фазоразделительную емкость с первой из двух охлаждающих ступеней.

Устройство может отличаться тем, что первая из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней содержит слив для дренирования охлаждающей воды после передачи к ней части количества тепла, а подающее средство может содержать первый циркуляционный трубопровод со встроенным в него насосом, при этом первый циркуляционный трубопровод сообщает между собой указанные слив и фазоразделительную емкость для рециркуляции охлаждающей воды обратно в фазоразделительную емкость, и второй циркуляционный трубопровод, соединяющий между собой днище фазоразделительной емкости и приемный патрубок насоса, при этом источником охлаждающей воды является охлаждающая вода, собранная в фазоразделительной емкости.

Фазоразделительная емкость может иметь верхнюю стенку с двумя отверстиями, канал, присоединенный к верхней стенке соосно с одним из двух отверстий для выпуска криогенных паров, а эжекторное средство соединено с верхней стенкой так, что его выходное отверстие соосно с другим из двух отверстий.

Криогенный пар может подаваться в охлаждающую воду со скоростью, пропорциональной перепаду давлений криогенного пара, определенному между точкой, в которой криогенный пар поступает в эжекторное средство, и между выходным отверстием эжекторного средства, а канал фазоразделительной емкости содержит заслонку для открытия и перекрытия этого канала и тем самым для уменьшения и увеличения перепада давлений внутри эдукторного средства и, таким образом, скорости подачи криогенного пара в охлаждающую воду.

Криоген может включать жидкий азот, причем первая, из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней содержит водяной холодильник, выполненный в виде водяного резервуара, а вторая из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней содержит закрытую лоткообразную морозильную камеру для жидкого азота, содержащую входной трубопровод для приема жидкого азота и вентиляционный патрубок для выпуска паров азота, а эжекторное средство соединено с этим вентиляционным патрубком.

Для достижения технического результата, заключающегося в улучшении теплообмена между водой и криогенным паром и повышении экономичности работы, согласно данному изобретению, описанный выше способ отличается тем, что передача дальнейшего тепла от охлаждающей воды далее предусматривает подачу охлаждающей воды насосом через эжекторное средство, соединенное со второй из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней для образования смеси криогенного пара с охлаждающей водой, при этом охлаждающую воду затем подают из эжекторного средства на первую из по меньшей мере двух охлаждающих ступеней.

При подаче охлаждающей воды на первую ступень криогенный пар отделяют от охлаждающей воды.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематичное изображение устройства, предусмотренного настоящим изобретением; фиг.2 фрагментарный вид в разрезе устройства, изображенного на фиг.1; фиг. 3 поперечный разрез эжектора в соответствии с настоящим изобретением, используемого в устройстве, изображенном на фиг.1.

Холодильное устройство для охлаждения пищевых продуктов 1, например, морских моллюсков, содержит источник охлаждающей воды, имеющей температуру ниже температуры охлаждаемого продукта по меньшей мере две, а согласно данному изобретению, три охлаждающие ступени для передачи количества тепла от охлаждаемого продукта, достаточного для охлаждения этого продукта. Первая из этих ступеней включает средство в виде водяного холодильника 2 для передачи части указанного количества тепла от охлаждаемого продукта охлаждающей воде пропорционально температурному перепаду между ними.

Вторая ступень включает средство 3 в виде иммерсионной морозильной камеры для передачи оставшейся части указанного количества тепла от продукта криогену, так, что продукт охлаждается, а некоторое количество криогена выкипает с образованием криогенного пара и тем самым расходуется.

Третья ступень включает механическую морозильную камеру 4.

Также устройство содержит средство для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару, повышая при этом температурный перепад между охлаждаемым продуктом и охлаждающей водой, соединенное со второй из двух ступеней и с источником охлаждающей воды.

Устройство содержит средство для подачи охлаждающей воды из средства для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару на первую охлаждающую ступень в виде подающего трубопровода 5, в результате чего часть количества тепла, передаваемого охлаждаемым продуктом воде, возрастает пропорционально повышенному температурному перепаду между ними.

Средство для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару включает насос 6, приводимый в действие электрическим двигателем 7 и имеющий приемный патрубок 8 и выпускной патрубок 9, и эжекторное средство 10, соединенное трубопроводом 11 с выпускным патрубком насоса 6, вентиляционным трубопроводом 12 со второй из последовательных охлаждающих ступеней.

Также это средство для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару содержит подающее средство для подачи охлаждающей воды от эжекторного средства 10 на средство 2 первой охлаждающей ступени. Это подающее средство содержит фазовый разделитель 13 для отделения криогенных паров от охлаждающей воды, включающий фазоразделительную емкость 14, установленную ниже выпускного отверстия эжекторного средства 10 для отделения криогенных паров от охлаждающей воды, для сбора охлаждающей воды и для выпуска криогенных паров из верхней зоны емкости 14 и подающий трубопровод 15, соединяющий фазоразделительную емкость со средством 2 первой охлаждающей ступени.

Трансферный трубопровод 16 соединяет приемный патрубок 8 насоса 6 и днище емкости 14 фазового разделителя 13.

Фазоразделительная емкость 14 может быть открыта сверху, но предпочтительно, чтобы она имела верхнюю стенку 17 с двумя отверстиями 18,19, вентиляционный патрубок 20, соединенный со стенкой 17 соосно с отверстием 19.

Эжекторное средство 10 содержит корпус 21 с центральным каналом 22. С одного конца центрального канала 22 внутреннее сопло 23 соединено с корпусом 21. Внутреннее сопло 23, в свою очередь, соединено с другого конца с выходным трубопроводом 11. Другой конец внутреннего сопла 23 образует выходное отверстие сопла 24 внутри центрального канала 22. За выходным отверстием сопла 24 центральный канал 22 постепенно сужается в поперечном сечении до центральной зоны 25, а затем постепенно расширяется с образованием выпускного отверстия 26, через которое отводится смесь охлаждающей воды и криогенных паров.

Корпус 21 также имеет участок для ввода газа, соединенный с вентиляционным трубопроводом 12. Участок для ввода газа имеет входной канал 27, сообщенный с центральным каналом 22 рядом с сужающимся отверстием 24. Эжекторное средство 10 соединено с верхней стенкой так, что его выходное отверстие 26 соосно с отверстием 18 фазоразделительной емкости 14.

Первая из последовательных охлаждающих ступеней 2 выполнена в виде водяного холодильника, содержит водяной резервуар 28 для охлаждающей воды, которую подают с помощью подающего трубопровода 15 и отводят через слив 29 для дренирования.

Подающее средство содержит первый циркуляционный трубопровод 30 со встроенным в него насосом 31 и необязательным фильтром 32, используемым в случае, когда охлаждающую воду также используют для очистки продукта 1. Циркуляционный трубопровод 30 сообщает между собой слив 29 и фазоразделительную емкость 14.

Вторым циркуляционным трубопроводом подающего средства является трубопровод 16, соединяющий между собой днище фазоразделительной емкости 14 и приемный патрубок 8 насоса 6.

Источником охлаждающей воды является охлаждающая вода, собранная в фазоразделительной емкости 14.

Криоген включает жидкий азот 33.

Вторая из последовательных охлаждающих ступеней содержит закрытую лоткообразную погружную морозильную камеру 34 для жидкого азота, который подают через входной патрубок 35, имеющий отверстие 36. Камера 34 закрыта изолирующей крышкой 37, снабженной вентиляционным патрубком 38. Трубопровод 12, соединяющий эжекторное средство 10 со второй охлаждающей ступенью, подсоединен к вентиляционному патрубку 38.

Вентиляционный патрубок 20 фазоразделительной емкости 14 содержит заслонку 39 для открытия и перекрытия этого канала и тем самым для уменьшения и увеличения перепада давления внутри эжекторного средства 10 и, таким образом, скорости подачи криогенного пара в охлаждающую воду.

Холодильное устройство содержит транспортер 40, расположенный в водяном резервуаре 28, горизонтальный транспортер 41, наклонный транспортер 42, приемный транспортер 43 лоткообразной морозильной камеры 34, погружной транспортер 44, выходной транспортер 45 и вибростол 46.

Способ охлаждения пищевых продуктов в устройстве по данному изобретению осуществляют следующим образом.

Продукт сначала загружают на ленточный транспортер 40, установленный внутри водяного холодильника 2. Охлаждающую воду в него подают через трубопровод 15 и отводят через слив 29 для дренирования. Охлаждающая вода имеет температуру, более низкую по сравнению с температурой продукта 1 для создания температурного перепада, за счет которого тепло отводится от продукта 1 к охлаждающей воде. После такого отвода тепла продукт 1 перемещают из водяного холодильника 2 с помощью транспортера 40 и помещают на центральный, горизонтальный транспортер 41. Далее продукт помещают на наклонный транспортер 42, который перемещает продукт 1 на приемный транспортер 43 морозильной камеры 34 на жидком азоте 33.

Продукт 1 погружают в жидкий азот 33 посредством транспортера 44 и извлекают с помощью выходного транспортера 45 на вибростол 46.

Во время погружения продукта 1 тепло отводится от продукта 1 к жидкому азоту 33. Такой теплообмен вызывает выпаривание жидкого азота 33 с превращением в криогенные пары с температурой около 77^oK.

Вибростол 46 направляет продукт 1 в механическую морозильную камеру 4, которая может представлять собой морозильную камеру с псевдоожиженным слоем.

В холодильном устройстве водяной холодильник 2 выполняет функцию предварительного охлаждения и очистки пищевого продукта 1 перед тем, как подвергаются замораживанию с образованием ледяной корки в иммерсионной морозильной камере 3 на жидком азоте. После образования ледяной корки в погружной морозильной камере 3 на жидком азоте замораживание завершают, то есть продукт 1 полностью замораживают в механической морозильной камере 4.

В холодильном устройстве количество тепла, необходимое для передачи от продукта 1 при его замораживании с образованием корки, распределено между водяным холодильником 2 и иммерсионной морозильной камерой 3 на жидком азоте. Другими словами, часть тепла, необходимую для передачи от продукта 1, передают охлаждающей воде, а оставшуюся часть тепла необходимо передать жидкому азоту 33. Как можно оценить, чем больше количество тепла, передаваемое пищевыми продуктами 1 охлаждающей воде, тем меньший теплообмен будет необходим между продуктом 1 и жидким азотом 33. Чем ниже этот последний теплообмен, тем меньше количество жидкого азота 33, которое будет выпариваться с превращением в пары, и следовательно, тем ниже доля жидкого азота 33 потребуется для подачи в иммерсионную морозильную камеру 3 на жидком азоте.

Согласно настоящему изобретению, жидкий азот дополнительно экономится за счет выделения охлаждающего потенциала паров азота в охлаждающей воде. Охлаждающий потенциал паров азота используется за счет передачи дополнительного тепла от охлаждающей воды парам азота перед вводом охлаждающей воды в водяной холодильник 2. В результате такого дополнительного теплообмена между охлаждающей водой и парами азота температура охлаждающей воды снижается, и, таким образом, существует большая степень теплопередачи между охлаждающей водой и продуктом 1 по сравнению с известным техническим решением. Следовательно, потребности в азоте дополнительно снижаются.

Основная проблема в извлечении охлаждающего потенциала паров азота состоит в том, что пары азота, выделяющиеся из иммерсионной морозильной камеры 3 на жидком азоте, могут иметь столь низкую температуру, как 77^oK, или, другими словами, достаточно низкую для замерзания воды. Эта проблема решена в настоящем изобретении за счет осуществления теплопередачи между охлаждающей водой и выпаренными парами азота в эжекторе 10, соединенном с фазовым разделителем 13, в котором скапливается охлаждающая вода. Собранная охлаждающая вода предпочтительно вытекает под действием силы тяжести из выпускного патрубка фазоразделителя в водяной холодильник 2 через трубопровод 15, соединенный с выпускным патрубком. После отдачи продуктом 1 тепла охлаждающей воде охлаждающая вода дренируется через слив 29 водяного холодильника 2 и возвращается в фазоразделительную емкость 14 через циркуляционный трубопровод 30, в который встроены циркуляционный насос 31 и фильтр 32.

Охлаждающую воду прокачивают насосом 6 через эжектор 10, который, в свою очередь, всасывает выпаренные пары азота из камеры 3. В результате их смешения тепло непосредственно передается от охлаждающей воды парам азота. Хотя охлаждающая вода может до некоторой степени замерзнуть в центре центрального канала 22 эжектора 10, постоянный поток охлаждающей воды предотвращает замерзание по всему поперечному сечению центрального канала 22. Любая такая замерзшая вода должна в дальнейшем растаять в фазовом разделителе 13.

В эжекторе 10 охлаждающая вода подвергается при прохождении через сужающиеся отверстие 24 падению давления, образуя зону низкого давления в центральном канале 22 эжектора 10, которая подсасывает пары азота из камеры 3 через вентиляционный трубопровод 12, образуя смесь с прокачиваемой охлаждающей водой. Смешение паров азота и охлаждаемой воды происходит внутри центрального канала 22, за выходным отверстием сопла. Максимальное смешение происходит в центральной зоне 25. После этого смесь охлаждающей воды 28 и паров азота отводят из эжектора 10 через его отверстие 26.

Отверстие 26 эжектора 10 может быть установлено на подставке (не показана) для непосредственной подачи охлаждающей воды на эжекторе 10 в водяной холодильник 2. Однако, поскольку поток выходящей охлаждающей воды является очень неритмичным, предпочтительно сначала отделять пары азота от охлаждающей воды перед подачей ее в водяной холодильник 2. Также предпочтительно отделять пары азота от охлаждающей воды так, чтобы пары азота отводились на некоторое расстояние от рабочей зоны, окружающей все холодильное устройство для того, чтобы обезопасить здоровье рабочих. Помимо изложенного, важно, чтобы никакого сужения потока не имелось на пути движения охлаждающей воды и выхода паров азота из эжектора 10. Такое сужение потока могло бы вызвать переполнение эжектора 10. Смесь паров азота и охлаждающей воды отводят из эжектора 10 без ограничения потока благодаря выпуску охлаждающей воды из эжектора 10 в фазовый разделитель 13 через отверстие 26 эжектора 10, соосное с отверстием 18 фазоразделительной емкости 14.

Эжектор 10 соединен с верхней стенкой 17 фазоразделительной емкости 14 посредством своего отверстия 26, соосного с отверстием 18. Пары азота отделяются от охлаждающей воды и отводятся через патрубок 20 на некоторое расстояние от рабочей зоны, окружающей холодильное устройство. Охлаждающая вода, собранная в фазовом разделителе 13, постепенно подается в водяной холодильник 2 через трубопровод 15. Следует отметить, что несмотря на то, что охлаждающую воду можно циркулировать по циркуляционному трубопроводу 30, это совершенно необязательно, и вместо этого охлаждающую воду можно просто дренировать в городскую канализационную систему с большим, конечно, сопутствующим расходом непрерывно подаваемой охлаждающей воды.

Выходной патрубок 20 для выпуска азота, имеющий вращательную заслонку 39, может быть соединен с вентиляционным патрубком. Степень всасывания эжектором 10 паров азота зависит от перепада давления криогенных паров, измеренного между входным каналом 27 и выпускным отверстием 26. Чем больше этот перепад давления, тем больше скорость, с которой пары азота всасываются эжектором 10. Вращательная заслонка может управлять изменением площади выходного отверстия патрубка 20 в результате вращения между положениями, в которых выходное отверстие патрубка 20 открыто и закрыто. Когда выходное отверстие патрубка 20 закрыто заслонкой, противодавление внутри эжектора 10 увеличивается. Это приводит к тому, что при этом пары азота всасываются в эжектор 10 с меньшей степенью, и, таким образом, обеспечивается снижение температуры охлаждающей воды в меньшей степени.

В изображенном предпочтительном варианте электродвигатель 7 имеет мощность приблизительно на 15 л.с. Эжектор 10 сконструирован для всасывания паров азота с производительностью приблизительно 2000 кг/ч и при температуре приблизительно 200^oK. Охлаждающую воду прокачивают через эжектор 10 с производительностью приблизительно 227 л/мин. Циркуляционный насос 31 идентичен насосу 6 и приводится в действие электродвигателем также мощностью приблизительно 15 л.с. так что насос рециркулирует охлаждающую воду 28 с производительностью приблизительно 113 л/мин. Давление охлаждающей воды 28 на входе в эжектор 10 составляет приблизительно 4,05·10⁵ Паскалей, а смесь охлаждающей воды и паров азота выводят при приблизительно атмосферном давлении. Эжектор 10 выполнен с суженным отверстием 24, диаметр которого составляет приблизительно 1,50 см /15,0 мм/, участком для входа газа с каналом 27, имеющим внутренний диаметр приблизительно 25,4 см /254 мм/; центральной зоной 25 диаметром приблизительно 10,16 см /101,6 мм/; и отверстием 26 диаметром приблизительно 25,4 см /254 мм/. Водяной холодильник 2 выполнен вместимостью приблизительно 400 литров, а фазовый разделитель 13 выполнен так, чтобы в нем могло скапливаться 340 литров охлаждающей воды.

Холодильное устройство для охлаждения пищевых продуктов, описанное выше, сконструировано для замораживания съедобных морских моллюсков с производительностью около 2200 кг/ч, с подачей при этом жидкого азота с расходом приблизительно 2000 кг/ч. В соответствии с настоящим изобретением, охлаждающую воду можно охладить до температуры приблизительно 275^oK /+2^oC/. Повышенный температурный диапазон между съедобными морскими моллюсками и охлаждающей водой приводит к экономии жидкого азота до 20% Процентное уменьшение в расходе азота будет, конечно, уменьшаться с возрастанием термических недостатков установки. И наоборот, оно увеличивается с уменьшением температуры паров азота, отводимых из погружной морозильной камеры.

Хотя предпочтительный вариант изображен со ссылкой на холодильное устройство для охлаждения продукта 1 с тремя охлаждающими ступенями, настоящее изобретение должно бы в равной степени быть применимо к другим установкам охлаждения пищевых продуктов с двумя или большим количеством охлаждающих ступеней. Например, если бы было необходимо просто замораживать пищевой продукт без образования сначала ледяной корки, установка охлаждения пищевых продуктов должна включать водяной холодильник и иммерсионную морозильную камеру на жидком азоте. Ленточный транспортер, связанный с такими иммерсионными морозильными камерами на жидком азоте, должен быть установлен так, чтобы он двигался с такой скоростью, при которой время пребывания пищевых изделий в иммерсионной морозильной камере было бы достаточно для полного замораживания пищевых изделий. В подобном варианте установки было бы также возможно заменить иммерсионную морозильную камеру спиральной ленточной морозильной камерой на двуокиси углерода. В таком варианте холодильного устройства выпуск паров двуокиси углерода из такой морозильной камеры должен всасываться эжектором для смешивания с охлаждающей водой, проходящей в водяной холодильник. Помимо изложенного выше, настоящее изобретение могло бы быть принято для использования в устройстве по обработке пищевых продуктов, в котором иммерсионная морозильная камера на жидком азоте использовалась бы в качестве холодильника. В такую установку должны быть добавлены водяной холодильник и эжектор.

Эжектор 10 и насос 6 образуют изобретение по их собственному праву. Такое изобретение в своих самых широких сторонах включает устройство и способ охлаждения изделия с помощью движущейся текучей среды. В устройстве для охлаждения пищевых продуктов 1 движущаяся текучая среда представляет собой охлаждающую воду, которую прокачивают через эжектор 10 для всасывания криогенных паров в смесь с охлаждающей водой, обеспечивая тем самым снижение температуры охлаждающей воды.

Охлаждающую воду после того, как ее температура снизилась, затем подают в теплообменное устройство, водяной холодильник 2, для осуществления усиленного переноса тепла от изделия, которое заключает в себя пищевой продукт 1, к охлаждающей воде.

Как можно признать, такое изобретение имеет более широкие области применения, выходящие за границы устройства для охлаждения пищевых продуктов 1. Например, движущуюся текучую среду, такую как вода, можно было бы перекачивать через эжектор, соединенный с любым источником криогенных паров, и вывод воды можно было бы направить навстречу охлаждаемому изделию с повышенной степенью теплопереноса.

Хотя предпочтительные варианты подробно изображены и описаны, специалисты в данной области техники могли бы легко понять и оценить то, что в изобретении могут быть сделаны многочисленные исключения, изменения и добавления, без отхода от идеи и объема изобретения.

Формула изобретения

1. Холодильное устройство для охлаждения пищевых продуктов, содержащее источник охлаждающей воды, имеющий температуру ниже температуры охлаждаемого продукта для создания температурного перепада между охлаждаемым продуктом и охлаждающей водой, и по меньшей мере две последовательные охлаждающие ступени для передачи количества тепла от охлаждаемого продукта, достаточного для охлаждения этого продукта, первая из которых включает средство для передачи части указанного количества тепла от охлаждаемого продукта охлаждающей воде пропорционально температурному перепаду между указанным продуктом и охлаждающей водой, а вторая включает средство для передачи оставшейся части указанного количества тепла от продукта криогену, так что продукт охлаждается, а некоторое количество криогена выкипает с образованием криогенного пара и тем самым расходуется, средство из двух последовательных охлаждающих ступеней для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару с повышением при этом температурного перепада между охлаждаемым продуктом и охлаждающей водой, соединенное с второй из двух ступеней и с источником охлаждающей воды, и средство для подачи охлаждающей воды из последнего упомянутого средства на первую из двух последовательных охлаждающих ступеней, в результате чего часть количества тепла, передаваемого охлаждаемым продуктом охлаждающей воде, возрастает пропорционально повышенному температурному перепаду между продуктом и охлаждающей водой, а остальная часть количества тепла, передаваемого от продукта охлаждающей смеси при этом уменьшается вместе с расходуемым количеством криогена, отличающееся тем, что средство для передачи тепла от охлаждающей воды криогенному пару включает насос с приемным патрубком, соединенным с источником охлаждающей воды, и выпускным патрубком, и эжекторное средство, соединенное с выпускным патрубком насоса и с второй из двух последовательных охлаждающих ступеней для образования смеси криогенного пара с охлаждающей водой и тем самым для осуществления теплообмена между охлаждающей водой и криогенными парами, и подающее средство для подачи охлаждающей воды от эжекторного средства на первую из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подающее средство включает фазовый разделитель для отделения криогенных паров от охлаждающей воды.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что эжекторное средство содержит выпускное отверстие, через которое отводится смесь охлаждающей воды и криогенных паров, при этом фазовый разделитель включает фазоразделительную емкость, установленную ниже выпускного отверстия эжекторного средства для отделения криогенных паров от охлаждающей воды, для сбора охлаждающей воды и для выпуска криогенных паров из верхней зоны фазоразделительной емкости, и подающий трубопровод, соединяющий фазоразделительную емкость с первой из двух последовательных охлаждающих ступеней.

4. Устройство по любому из пп.1 3, отличающееся тем, что первая из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней содержит слив для дренирования охлаждающей воды после передачи к ней части количества тепла, а подающее средство далее содержит первый циркуляционный трубопровод с встроенным в него насосом, при этом первый циркуляционный трубопровод сообщает между собой указанный слив и фазоразделительную емкость для рециркуляции охлаждающей воды обратно в фазоразделительную емкость, и второй циркуляционный трубопровод, соединяющий между собой днище фазоразделительной емкости и приемный патрубок насоса, при этом источником охлаждающей воды является охлаждающая вода, собранная в фазоразделительной емкости.

5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что фазоразделительная емкость имеет верхнюю стенку с двумя отверстиями, канал, присоединенный к верхней стенке соосно с одним из двух отверстий для выпуска криогенных паров, а эжекторное средство соединено с верхней стенкой так, что его выходное отверстие соосно с другим из двух отверстий.

6. Устройство по любому из пп.1 5, отличающееся тем, что криогенный пар подается в охлаждающую воду со скоростью, пропорциональной перепаду давлений криогенного пара, определенному между точкой, в которой криогенный пар поступает в эжекторное средством, и между выходным отверстием эжекторного средства, а канал фазоразделительной емкости содержит заслонку для открытия и перекрытия этого канала и тем самым для уменьшения и увеличения перепада давлений внутри эжекторного средства и, таким образом, скорости подачи криогенного пара в охлаждающую воду.

7. Устройство по любому из пп.1 6, отличающееся тем, что криоген включает жидкий азот, причем первая из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней содержит водяной холодильник, выполненный в виде водяного резервуара, а вторая из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней содержит закрытую лоткообразную погружную морозильную камеру для жидкого азота, содержащую входной трубопровод для приема жидкого азота и вентиляционный патрубок для выпуска паров азота, а эжекторное средство соединено с этим вентиляционным патрубком.

8. Способ охлаждения пищевых продуктов, предусматривающий подачу криогена, подачу охлаждающей воды с температурой ниже температуры пищевых продуктов для создания температурного перепада между пищевыми продуктами и охлаждающей водой, передачу от пищевых продуктов количества тепла, достаточного для их охлаждения в по меньшей мере двух последовательных охлаждающих стадиях посредством передачи части указанного количества тепла от пищевых продуктов к охлаждающей воде в первой из по меньшей мере двух охлаждающих ступеней со скоростью, пропорциональной температурному перепаду между пищевыми продуктами и охлаждающей водой, и передачи оставшейся части указанного количества тепла от изделий к криогену во второй из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней так, что некоторое количество криогена выкипает с превращением в криогенный пар, передачу дополнительного тепла от охлаждающей воды криогенному пару с обеспечением повышения температурного перепада между пищевыми продуктами и охлаждающей водой и последующую подачу охлаждающей воды на первую из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней, в результате чего увеличивается часть тепла, передаваемого пищевыми продуктами охлаждающей воде, а оставшаяся часть тепла, передаваемая от пищевых продуктов криогену, в результате уменьшается вместе с уменьшением расхода криогена, отличающийся тем, что передача дальнейшего тепла от охлаждающей воды далее предусматривает подачу охлаждающей воды насосом через эжекторное средство, соединенное с второй из по меньшей мере двух последовательных охлаждающих ступеней для образования смеси криогенного пара с охлаждающей водой, при этом охлаждающую воду затем подают из эжекторного средства на первую из по меньшей мере двух охлаждающих ступеней.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что при подаче охлаждающей воды на первую из по меньшей мере двух охлаждающих ступеней криогенный пар отделяют от охлаждающей воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3