контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов .

область техники.

изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к устройствам для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением теплом, выделяемым при экзотермической химической реакции.

предшествующий уровень техники.

из достигнутого уровня техники известен контактный нагреватель пищевых продуктов, который содержит гибкий контейнер, включающий один отсек с реагентом в жидком состоянии и несколько одинаковых отсеков с реагентом в твердом состоянии, при этом полость каждого отсека с реагентом в . твердом состоянии отделена от отсека с реагентом в жидком состоянии посредством соответствующего затвора, разрушаемого вручную при инициировании экзотермической химической реакции (см. патент US - а - N' 5035230, 1991) .

основной недостаток известного контактного нагревателя заключается в том, что он неудобен при использовании, поскольку с увеличением площади нагреваемой поверхности пропорционально увеличивается число разрушаемых вручную затворов. кроме того, при транспортировке и хранении известного контактного нагревателя необходимо принимать меры предосторожности, поскольку используемые разрушаемые затворы в виде нитевидных перетяжек с развязывающимся узлом характеризуются низкой надежностью.

известен также контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов, взятый в качестве прототипа и содержащий выполненный из гибкого пористого нетканного материала контейнер с двумя одинаковыми и расположенными напротив друг друга тепло- передающими стенками, а также с замкнутой полостью с расположенным в ней спеченным в виде пластины реагентом в твердом состоянии, при этом контейнер размещен в поддоне, заполняемым водой при инициировании экзотермической химической

заменяющий лист (правило 26)

реакции между реагентом в твердом состоянии и водой (ем. патент US - A - N' 5355869, 1994) .

прототип имеет следующие недостатки: низкую эффективность использования тепла, выделившегося в результате экзотермической химической реакции между магнием и водой в присутствии железа, так как тепловой контакт с контактным нагревателем может осуществляться только с одной стороны; неудобство при использовании вследствие выделения водорода при протекании упомянутой выше экзотермической химической реакции;

- невозможность расположения контактного нагревателя в вертикальном положении.

раскрытие изобретения.

настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению эффективности использования тепла, выделившегося в результате экзотермической химической реакции, за счет обеспечения возможности теплового контакта упакованных пищевых продуктов с двумя противоположными сторонами контактного нагревателя, находящегося как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, при одновременном повышении безопасности при его использовании и обеспечении длительности выделения тепловой энергии 8-10 мин.

поставленная задача решена тем, что контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов, содержащий выполненный из гибкого, пористого нетканного материала контейнер с двумя одинаковыми и расположенными напротив друг друга теплопередающими стенками, а также с замкнутой полостью для инициируемого водой экзотермического состава, согласно изобретению, дополнительно содержит кожух из газоводонепроницаемого материала, упомянутый выше контейнер снабжен чехлом из газо-водопроницаемой стеклоткани и размещен в полости кожуха, при этом замкнутая полость контейнера заполнена инициируемым водой экзотермическим составом в виде однородной заменяющийлист (правило 26)

смеси окиси кальция , с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,5-6,0 вес. частей окиси кальция, а кожух выполнен с двумя теплоотдающими поверхностями, расположенными с противоположных сторон кожуха, и с входным отверстием, закрываемым; после налива воды в полость кожуха.

преимущество предложенного контактного нагревателя упакованных пищевых продуктов перед прототипом заключается в том, что размещение контейнера, снабженного чехлом из газоводопроницаемой стеклоткани, в полости дополнительно введенного кожуха из газо-водонепроницаемого материала с двумя теплоотдающими поверхностями, расположенными с противоположных его сторон, и с входным отверстием, закрываемым после налива воды в полость кожуха, обеспечивает повышение эффективности использования тепла, выделившегося в результате экзотермической химической реакции, так как за счет возможности размещения нагреваемых упакованных пищевых продуктов с двух противоположных сторон расположенного как горизонтально, так и вертикально контактного нагревателя приводит к снижению потерь тепловой энергии в окружающую среду.

использование в качестве инициируемого водой экзотермического состава однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем (иными словами силикагеля, из которого удалена адсорбированная на поверхности его зерен вода) позволило не только повысить безопасность при использовании контактного нагревателя (избежать выделения водорода) , но и увеличить время выделения тепловой энергии более чем в два раза по сравнению с теми же показателями, полученными при использовании одной окиси кальция. как показали эксперименты реакция между окисью кальция и водой длится не более трех минут, при этом чем больше избыточной воды (по сравнению с тем количеством, которое требуется в соответствии с реакцией) , тем быстрее происходит срыв реакционного процесса.

остальные преимущества предложенного контактного нагревателя упакованных пищевых продуктов будут рассмотрены в

заменяющий лист (правило 26)

следующих разделах описания изобретения.

краткое описание чертежей.

на фиг. 1 изображен контактный нагреватель упакованных пищевых продуктов, общий вид, ступенчатый разрез; на фиг .2 - то же, вид сверху фиг.l, ступенчатый разрез; на фиг. 3 схематично показано использование контактных нагревателей для нагрева одной упаковки с пищевым продуктом; на фиг. 4 и 5 -то же, но для нагрева нескольких упаковок с пищевыми продуктами.

лучший вариант осуществления изобретения.

контактный нагреватель 1 упакованных пищевых продуктов содержит контейнер 2 (фиг. 1 и 2) с двумя одинаковыми и расположенными напротив друг друга теплопередающими стенками 3 и 4, а также о замкнутой полостью, которая заполнена инициируемым водой экзотермическим составом 5, а именно, однородной смесью окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,5- 6,0 вес. частей окиси кальция. в качестве безводного силикагеля (иными словами силикагеля, из которого удалена адсорбированная на поверхности его зерен вода, например путем нагревания до 150-200 ⁰ C) может быть использован силикагель технический (гост 3956-76) марки MCKM с размерами зерен от 1,0 до 3,0 мм, а также марки кскг, ксмг с размером зерен от 2,8 до 5,0 мм. контейнер 2 выполнен из гибкого, пористого нетканного материала, предпочтительно полимерного, например полипропилена, и имеет форму плоского пакета, мешка, параллелепипеда, высота боковых стенок которого, по крайней мере, на порядок меньше других его размеров, и т.п. в предложенном, контактном нагревателе 1 не предъявляются каких-либо жестких требований к термостойкости материала, из которого изготовлен контейнер 2. однако используемый для изготовления контейнера 2 нетканный материал должен, с одной стороны, обеспечить целостность контейнера 2 при транспортировке и хранении контактного нагревателя 1, а с другой стороны, обеспечить хорошую газо-водопроницаемость . заменяющийлист (правило 26)

контейнер 2 снабжен чехлом б из газо-водопроницаемого теплостойкого материала - стеклоткани. чехол б изготавливается из плоской или трубчатой заготовки из стеклоткани путем: либо завертывания контейнера 2 в плоскую заготовку из стеклоткани с последующим закреплением края заготовки; либо надевания трубчатой заготовки из стеклоткани на контейнер 2 с последующим загибом обоих краев заготовки и закрепления их с помощью любых из числа известных средств. на фиг. 1 и 2 загнутый верхний край трубчатой заготовки из стеклоткани обозначен позицией 7.

кроме того, контактный нагреватель 1 упакованных пищевых продуктов содержит кожух 8 из газо-водонепроницаемого материала, например, алюминиевой фольги (фиг. 1, 2), пропитанной стеклоткани и т.п. в предпочтительном варианте осуществления изобретения кожух 8 имеет такую же форму, что и контейнер 2, при этом внешние поверхности противоположных стенок 9 и 10 кожуха 8 являются соответственно теплоотдающими поверхностями 11 и 12 контактного нагревателя 1. снабженный чехлом б контейнер 2 размещен с зазором (предпочтительно 1,0- 1,5 мм) в полости кожуха 8, который выполнен с входным отверстием 13, закрываемым после налива воды в полость кожуха 8, например, путем сжатия (сплющивания) в результате приложения механической нагрузки P (фиг. 2) входного отверстия 13 с последующим загибом в одну и ту же сторону на 180° прилегающих к отверстию 13 участков стенок 9 и 10 из алюминиевой фольги по линии сгиба 14, показанной на фиг. 1 штриховой линией. каждая теплоотдающая поверхность 11 и 12 контактного нагревателя имеет площадь, которая соответствует либо площади нагреваемого каждым контактным нагревателем 1 участка поверхности упаковки 15 с пищевым продуктом (фиг. 3), либо суммарной площади нагреваемых каждым контактным нагревателем 1 участков поверхностей нескольких упаковок 15', 15'' и 15''' с пищевыми продуктами (фиг. 4) . на фиг. 5 теплоизолирующий корпус и крышка обозначены соответственно позициями 16 и 17. контейнер 1 может быть выполнен с полостью, разделенной, по крайней мере, на два отсека (путем например, формирования термошва) , при этом смесь

заменяющий лист (правило 26)

- б - окиси кальция с безводным силикагелем распределена между отсеками пропорционально их объемам. следствием вышесказанного является лучшая сохраняемость формы наполненного однородной смесью окиси кальция с безводным силикагелем контейнера 2 при транспортировке, хранении и использовании контактного нагревателя 1.

контактный нагреватель 1 упакованных пищевых продуктов используется следующим образом. в исходном состоянии предназначенный для нагрева пищевой продукт находится в упаковке 15, а инициируемый водой экзотермический состав 5 (смесь окиси кальция с безводным силикагелем) находится в контейнере 2, который снабжен чехлом 6 и размещен в полости кожуха 8 внешние поверхности противоположных стенок 9 и 10 которого являются соответственно теплоотдающими поверхностями 11 и 12 контактного нагревателя 1. инициирование экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой осуществляется путем налива определенного экспериментально объема воды в полость кожуха 8 через входное отверстие 13. для осуществления этой операции может быть, например, использована мерная емкость, прилагаемая к контактному нагревателю 1 аналогично тому, как описано в прототипе (см. позицию 21 на фиг. 1 патента US - A - N' 5355869, 1994) . после налива соответствующего количества воды в полость кожуха 8 входное отверстие 13 закрывается. в случае выполнения кожуха 8 из фольги, предпочтительно алюминиевой, затвор формируется, например, путем сжатия (сплющивания) входного отверстия 13 (при приложении к ее стенкам механического усилия P) с последующим загибом в одну и ту же сторону на 180° прилегающих к отверстию 13 участков противоположных стенок 9 и 10 кожуха 8 по линии сгиба 14 (фиг. 1 и 2) . в случае выполнения кожуха 8 из материалов, остаточная деформация которых не достаточна для хорошей изоляции полости кожуха 8 от окружающей среды (например, пропитанной стеклоткани) , отверстие 13 может быть закрыто либо с помощью пружинных зажимов, либо с помощью язычков (лепестков) , предварительно сформированных,

заменяющий лист (правило 26)

предпочтительно, за одно целое с кожухом 8 и имеющих липкое покрытие .

после этого контактный нагреватель 1 используется для нагрева одного или нескольких упакованных пищевых продуктов. нагрев упакованного пищевого продукта или нескольких упакованных пищевых продуктов может быть осуществлен с помощью одного или двух одинаковых контактных нагревателей 1. в первом случае упаковка 15 с пищевым продуктом (фиг. 3) или упаковки 15' , 15'' и 15''' с пищевыми продуктами (фиг. 4) соответственно размещается или размещаются на одной из теплоотдающих поверхностей, например 11, контактного нагревателя 1. во втором случае упаковка 15 с пищевым продуктом (фиг. 3) или упаковки 15', 15'' и 15''' с пищевыми продуктами (фиг. 4) соответственно размещается или размещаются между двумя одинаковыми контактными нагревателями 1 (на фиг. 3 и 4 второй контактный нагреватель 1 показан штриховой линией) . предложенный контактный нагреватель 1 может быть использован для одновременного нагрева нескольких упаковок с пищевым продуктом путем размещения в чередующейся последовательности и вплотную друг к другу вертикально расположенных одинаковых контактных нагревателей 1 и также расположенных вертикально одинаковых упаковок 15 с пищевым продуктом в общем теплоизолирующем корпусе 16, предпочтительно с крышкой 17 (фиг. 5) . здесь необходимо отметить, что в отличие от используемого в прототипе горизонтального расположения контактных нагревателей и упаковок с пищевым продуктом, во-первых, отпадает необходимость в использовании перегородок внутри теплоизолирующего корпуса, а во-вторых, повышается эффективность использования тепла, генерируемого контактными нагревателями 1, расположенными между упаковками 15 с пищевым продуктом.

контактный нагреватель 1 упакованных пищевых продуктов функционирует следующим образом. вода, поступающая в полость кожуха 8, проходит сначала через поры в чехле б, далее через поры в стенках 3 и 4 контейнера 2, а затем поступает в

заменяющий лист (правило 26)

замкнутую полость контейнера 2, заполненную однородной смесью окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,5-6,0 вес. частей окиси кальция. вследствие однородности смеси окись кальция и безводный силикагель одновременно вступают в контакт с водой, поступающей в замкнутую полость контейнера 2. в результате одновременно с экзотермической химической реакцией между окисью кальция и водой происходит интенсивный процесс сорбции воды безводным силикагелем, а следовательно, обеспечивается распределение избыточной (с точки зрения обеспечения на начальной стадии протекания экзотермической химической реакции требуемого количества производимого тепла) воды в связанном состоянии по всему объему замкнутой полости контейнера 2. таким образом, использование в качестве инициируемого водой экзотермического состава однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем обеспечивает снижение темпа протекания экзотермической химической реакции на ее начальной стадии за счет аккумулирования равномерно распределенным по всему объему замкнутой полости контейнера 2 безводным силикагелем избыточного количества воды, поступающей в полость контейнера 2. это во-первых. во-вторых, связанное с протеканием экзотермической химической реакции увеличение температуры в полости контейнера 2 (реакционной зоне) приводит к тому, что начинается обратный процесс - десорбции аккумулированной в силикагеле воды, обеспечивающий дальнейшее протекание экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой одновременно во всей замкнутой полости контейнера 2.

следствием вышесказанного является увеличение до 8-10 мин длительности выделения тепловой энергии. иными словами более чем в два раза по сравнению с тем же показателем, полученным при отсутствии безводного силикагеля. тепло, выделяющееся в результате протекания экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой, сначала через теплопередающие стенки 3 и 4 контейнера 2, а затем через пропитанный водой материал заменяющийлист (правило 26)

_ Q _

(стеклоткань) чехла б передается соответственно стенкам 10 и 9 кожуха 8. при этом наличие чехла 6 из стеклоткани обеспечивает, во-первых, хорошую теплопроводность (за счет заполненных водой достаточно больших пор в стеклоткани) ; во-вторых, нагрев стенок 9 и 10 кожуха 8 до температуры (порядка 105-120 ⁰ C), не вызывающей нарушения целостности упаковки 15 с пищевым продуктом при температуре в реакционной зоне (полости контейнера 2), превышающей 200 ⁰ C. кроме того, наличие чехла б из стеклоткани исключает возможность возникновения локальных перегревов стенок 9 и 10 кожуха 8 при нарушении целостности стенок 3 и 4 контейнера 2 в процессе протекания экзотермической химической реакции. далее тепло от контактирующей с упаковкой 15 (или упаковками 15' , 15' ' и 15' ' ' ) теплоотдающей поверхности 11 (12) через материал упомянутой выше упаковки передается находящемуся в ней пищевому продукту.

количество окиси кальция выбирается, во-первых, исходя из того количества тепла, которое теоретически необходимо для нагрева заданного количества пищевого продукта до требуемой температуры, а во-вторых, с учетом неизбежных тепловых потерь в окружающую среду, величина которых зависит от конкретных условий, при которых осуществляется нагрев пищевого продукта, а именно, использования средств уменьшающих теплообмен с окружающей средой .

что касается содержания безводного силикагеля в смеси, заполняющей полость контейнера 2, то выбор верхнего предела содержания безводного силикагеля (в количестве 1 части на 3,5 вес. частей окиси кальция) обусловлен тем, что при большем содержании безводного силикагеля максимально достигаемая температура теплоотдающих поверхностей 11 и 12 контактного нагревателя 1 становится меньше 100 ⁰ C. нижний предел содержания безводного силикагеля (в количестве 1 части на 6,0 вес. частей окиси кальция) обусловлен тем, что максимально достигаемая температура теплоотдающих поверхностей 11 и 12 контактного нагревателя 1 составляет 125-13O ⁰ C, а при дальнейшем уменьшении содержания безводного силикагеля быстро возрастает до величины, заменяющийлист (правило 26)

вызывающей нарушение целостности упаковок с пищевыми продуктами. здесь необходимо отметить, что размер зерен безводного силикагеля (как было установлено) влияет на величину парообразования при осуществлении экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой. при этом с увеличением размеров зерен (например, при использовании технического силикагеля марок кскг и ксмг) количество водяного пара существенно уменьшается.

для нормального функционирования предложенного контактного нагревателя 1 упакованных пищевых продуктов необходимо использовать количество воды, которое существенно превышает то количество воды, которое теоретически необходимо для осуществления реакции между находящимся в замкнутой полости контейнера 2 окиси кальция и водой, поскольку значительное количество воды находится в порах материала чехла б . в соответствии с вышесказанным конкретное количество воды, наливаемое через отверстие 13, зависит не только от количества используемого в данном контактном нагревателе 1 окиси кальция, но и от конструктивных особенностей самого контактного нагревателя 1. поэтому конкретное количество воды, необходимое для нормальной работы конкретного контактного нагревателя 1 определяется заранее экспериментально. так для нагрева упакованного пищевого продукта массой 210 г использовался контактный нагреватель 1, в замкнутой полости которого находилась однородная смесь 50 г окиси кальция с 10 г безводного силикагеля марки MCPCM. инициирование экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой осуществлялось путем налива через отверстие 13 85 г воды. после закрывания входного отверстия 13 контактный нагреватель 1 и расположенная вплотную к одной из его теплоотдающих поверхностей упаковка с пищевым продуктом помещались в картонную коробку соответствующего размера. через 10 мин коробку открыли, при этом температура теплоотдающих поверхностей контактного нагревателя составляла соответственно 104 ⁰ C, 105 ⁰ C, температура двух противоположных сторон упаковки, с пищевым продуктом

заменяющий лист (правило 26)

составляла соответственно 96°C и 100 ⁰ C, а после перемешивания содержимого упаковки (без ее вскрытия) температура тех же поверхностей упаковки практически выравнилась и была равна соответственно 74°C и 75 ⁰ C.

промышленная применимость .

промышленная применимость изобретения подтверждается приведенным выше примером, а также возможностью его реализации при использовании широко известных в пищевой промышленности технологического оборудования и материалов.

заменяющий лист (правило 26)