CN100363695C - 气流增强的隧道式冷冻设备 - Google Patents

Abstract

通过在传送器上传送食品来在外壳腔室(20)内冷冻或冷却食品，该外壳腔室(20)由顶板(21)和底板(22)之间的侧壁(23，24)形成，并具有冷冻剂的供应源，食品传送器(38)延伸进入该腔室内，并设置在顶板和底板之间，该腔室包含设置在传送器上方的至少一个冲击罩(10)，冲击罩包括壳体(42)，该壳体包括顶部(43)、相对边缘(44，45，46，47)和支持由含孔的冲击器(13)的相对侧壁(48，49，50，51)。在混合物的冲击射流(11)内混合气体和固体的或液体的冷冻剂，并将其通过冲击板(60)引导到传送器上所输送的食品上。

Description

气流增强的隧道式冷冻设备

技术领域

本发明涉及用于冷藏和冷冻在传送带或其它移动基底上传送通过该装置的食品或其它物质的改进的方法和装置。

背景技术

商业上的冷冻设备通常依靠用风扇或鼓风机来从要冷藏的或冷冻的食品传递走热量。通常，风扇或鼓风机位于在其上传送食品的传送带附近。进入冷冻设备的食品具有包围它的空气边界层，该边界层将食品与周围大气隔离。传统的冷冻设备使用在许多方向产生冷却气流的鼓风机。但是，冷却气流的很大一部分并不在垂直方向接触食品。在这些情况下，不接触食品的冷却气流通常不具有显著减小围绕食品表面的边界层的厚度的充分能量。因此，需要产生定向的冷却气体的射流，以便扰乱边界层。

授予Smith的美国专利号4,479,776揭示了使用许多垂直管道、用于提供朝向食品的单向气流的一设备。

授予Henke的美国专利号4,626,661揭示了沿着食品的路径使用许多喷嘴，用于送出单向冷却空气的许多单独的射流。

但是，在冷却或冷冻装置中使用管子或喷嘴来引导空气仅仅获得了有限的成功，这是由于在管子或喷嘴内凝集了雪或冰形式的冷凝物。这样的凝集迅速地降低了冷却或冷冻装置的效能。

授予Appolonia等人的美国专利号5,487,908揭示了用于加热或冷却在一运动基底上的食品的方法和装置，其中越过运动基底的宽度的主要部分的连续流道将多向气流转变成单向气流。但是，这一装置具有这样的增加的气流速率，以致使食品会被夹带在该气流内，并因此很难对通过该装置的食品进行受控的处理。

冲击在食品上的冷却气体(或冷冻剂)的气流速度提高会以线性状态提高平均的传热系数。但是，在某位置，除非仔细控制冷却气体的冲击气流，否则该速度还可能足以损坏食品，或携带食品离开传送带，并进入在冷冻设备内别处不希望的位置。

总传热速率取决于局部的诸传热系数。即，从食品至冷冻剂的传热量取决于局部地在冷冻剂和食品之间的传热速率。通过控制从冲击气流源至食品的距离、冲击气流的速度、冲击气流中的涡流和冷冻剂流的效率，能够改变局部的诸传热速率。

因此，仍旧需要一种能利用对冷冻剂、例如CO2或N2的热传送迅速冷冻和/或冷冻食品、并同时通过从给定量的冷冻剂获取最大的冷冻效果来减少所需的冷冻剂数量的装置。该装置还必须从入口至出口传送食品而不损坏食品。此外，该装置必须能够控制食品的通过量，并必须防止由于凝集的雪和冰而冷冻和阻塞内部构件。

发明内容

提供一种用于冷却或冷冻食品的设备，它包括：具有形成在其中的一腔室的一外壳，所述腔室由在外壳的顶板和底板之间的多个侧壁形成；延伸进入该腔室、在顶板和底板之间的至少一个传送器；固体的或液体的冷冻剂的供应源；以及在该腔室内设置在传送器上方的至少一个冲击罩；该冲击罩包括：具有顶部、相对边缘和支持冲击器的相对侧壁的壳体，与冷冻剂的供应源连通的冷冻剂传送装置，冷冻剂递送装置被该壳体包围、并包括用于将气体和冷冻剂的混合物引向射器的气体循环装置，冲击器包括冲击板，冲击板含有用于将该混合物的冲击射流引导至在传送器上输送的食品上的孔。

提供了在外壳腔室内冷却或冷冻食品的加工过程，该加工过程包括：在该腔室内在运动基底上输送食品；在该物体上方的至少局部包围的冲击罩内混合气体和固体的或液体的冷冻剂；以及，将来自冲击罩的该混合物的加压的冲击射流选择地引导到在所述基底上输送的食品上。可以在冲击罩内和/或在冲击罩的外部的外壳腔室内引入冷冻剂，并且使气体和冷冻剂循环进入冲击罩，用于进一步与气体混合。

在一实施例中，外壳腔室包括至少一上和一下食品输送基底，其中上基底设有孔，用于允许冲击射流穿过这些孔到达下基底表面上的食品，该加工过程还包括引导冲击射流与在上基底上的和下基底上的食品接触。

该加工过程包括在气体和冷冻剂的混合物冲击到食品上之后使该混合物从外壳腔室再循环入该冲击罩。

还提供一种用于冷冻或冷却设备的冲击罩，它包括：具有顶部、相对边缘和支持冲击器的相对侧壁的壳体；该壳体适合于容纳冷却剂递送装置，该装置包括用于将气体和固体的或液体的冷冻剂的混合物引导至冲击器的气体循环装置，冲击器包括冲击板，冲击板含有用于提供在壳体外部的混合物的冲击射流的孔。

附图说明

本说明书包括附图，以提供对本发明的进一步理解，这些附图结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，并与叙述部分一起用于解释本发明的原理，但不是用于限制如任何形成本申请的一部分的权利要求所包含的本发明。

图1是第一实施例的隧道式冷冻设备的截面图。

图2的第二实施例的隧道式冷冻设备的截面图。

图3是第二实施例的隧道式冷冻设备的截面图，示出了冲击罩的结构位置。

图4是第二实施例的隧道式冷冻设备的侧视布置图。

图5是形成冲击器的冲击板的立体图。

图6是冲击板的一部分的俯视图。

图7是形成冲击器的一系列金属轨条的立体图。

图8是一系列金属轨条的一部分的截面图。

具体实施方式

本发明涉及用于冷却和/或冷冻食品的设备，其中在例如传送带或其它运动基底的传送器将食品传送入外壳腔室中，在该外壳腔室中，食物由于接触气态的、液态的或固态的冷冻剂、例如氮或二氧化碳而被冷却或冷冻。

在冷却或冷冻食品中所产生的热传送通常是从冷冻剂气流冲击在食品上来导致的。此外，还可以通过将液体的或固体的冷冻剂喷洒或混合进入冷冻剂气体的冲击射流来实现附加的热传送。

从一物品、例如食品至冷冻剂的热传送通过使用冲击罩达到最大状态，在使用例如冲击板的冲击器来产生冷冻剂的气流时，通过该冲击罩使固体的或液体的冷冻剂被喷射入在物品或食品处循环的气体(例如二氧化碳或氮气)。该装置的设计增加了从物品或食品至冷冻剂的热传送。将例如固体干冰霜或氮液的冷冻剂引入气体的冲击流，其中相对于该气体和食品产生热传送，以在冲击期间冷却食品。

利用冲击罩通过产生能够突破食品的热边界层、但不会损坏物品或食品的冲击射流，增加了从物品或食品至冷冻剂的热传送量。

在一实施例中，提供了按标准型式设计的食品冷藏和/或冷冻设备，它包括一模块和在其上输送食品的传送器或传送带。该模块包括冲击器，冲击器能够将冷冻剂气体的高速射流引入模块的冲击腔室，以在该腔室内进行热传送并提供食品的冲击冷却，即将冷却气体提供到食品的上表面。冲击器可以是具有圆的或有倒角的孔结构的冲击板。在另一实施例中，冲击器可以包括一系列流道。可在一个或多模块内可以提供一喷雾器，以便能使液体的或固体的冷冻剂的微滴夹带进入冷冻剂气体的射流内。在另一实施例中，在一个或多个模块内可以使用一喷雾器，以便将固体的或液体的冷冻剂直接分布在食品的表面上。

冲击罩提供了基本上来自冷冻设备的顶部的冲击的冷却/冷冻效果；冲击射流指向下，大体跨越传送带和食品的路径。使用冲击罩提供了冲击食品表面的冷冻剂气体的射流，而不会致使食品被夹带在冲击射流中。

而且，使用冲击罩提供了横越食品在其上行进通过冷冻设备的传送带宽度的、对食品的一致的冷却和/或冷冻。冲击罩使在传送带的、为了冷冻或冷却、食品沿着其运行的区域处的冷却剂压力增大。冲击罩可以进一步使食品的脱水减少，这是通过进入设备时食品外部的立即冷冻来完成的。

在一实施例中，使用冲击罩提供了冷冻剂气体返回到鼓风机或叶轮的再循环的有效路径，从而提高冷冻设备的效率。

在另一实施例中，使用气动的球振动器，以从冲击板去除凝集的雪和冰。

用于经受冲击处理的食品的整个流动路径能够提供持续的温度，即对整个设备腔室和冷冻/冷却处理能够提供恒温，而非在设备的入口和出处具有不同温度。通过检测设备冲击腔室的温度以控制恒温的持续性来易于实现该恒温状态。

冲击罩可具有改型的设计，它能够适合于提供关于食品加工要求的许多方案。在某一实施例中，例如可以使用改型组件来将诸如二氧化碳隧道式冷冻设备之类的采用轴流风机的标准冷冻通道改造成如本文所述的自顶向下冲击型气流装置，改造后的装置与标准系统比较能够使生产率加倍。

应该理解以上总体叙述和以下详细叙述是示例性的，用于提供如权利要求书所要求保护的本发明的进一步解释。

本发明涉及例如用标号10总体表示的那些的一冲击罩、以及采用冲击罩10的气流增强的隧道式冷冻设备20和30。能够将冲击罩10结合在作为原始设备的隧道式冷冻设备20和30内，或者当可能时，能够将冲击罩作为改型配件结合在现有设备内。

利用冲击罩10产生与通过冲击罩11循环的气体混合的固体的或液体的冷冻剂(例如CO₂或N₂)的诸冲击射流11，用于冷藏或冷冻食品12。实际上，冲击射流11是气体和冷冻剂的固体或液体的混合物14的射流，它增加了从食品至固体的或液体的冷冻剂的热传送量。亦即，通过采用其中将固体或液体形式的冷冻剂供应到冲击罩10的内部或外部并与循环气体混合、以及将随后产生的气体和冷冻剂混合物14引向冲击器13以产生冲击射流11的过程，使从食品至冷冻剂的热传送达到最大程度。

如图1所示，在隧道式冷冻设备20的内部设置冲击罩10，以及如图2-4所示，在隧道式冷冻设备30的内部设置冲击罩10。隧道式冷冻设备20包括隔热的顶板部分21、隔热的底板部分22、隔热的侧壁23和24、以及入口和出口门(未示出)。在隧道式冷冻设备20内部，可以利用连接托架25和26将冲击罩10连接于顶板21。连接于电动机28的电动机轴27穿过顶板21延伸。电动机28位于隧道式冷冻设备20的外部，并设置有电源(未示出)。电动机28驱动叶轮29，用于循环在冲击罩10内部的气体。

像隧道式冷冻设备20那样，隧道式冷冻设备30包括隔热的顶板部分31、隔热的底板部分32、隔热的侧壁33和34、入口35和出口36。可以由设置在底板部分32的四个角的每个角处的腿部37支承该隧道式冷冻设备30。而且，隧道式冷冻设备30包括至少两个冲击罩10。一个冲击罩10位于入口35附近和另一冲击罩10位于出口36附近。使用两个冲击罩10增加了冷冻设备30的热传送能力。可以利用连接托架(未示出)将冲击罩10连接于顶板10。

像隧道式冷冻设备20那样，隧道式冷冻设备30具有延伸穿过顶板21的电动机轴27。电动机轴27与冲击罩10的任一个对齐并连接于驱动叶轮29的电动机28。电动机28位于隧道式冷冻设备30的外部，并连接于电源(未示出)。电动机28驱动叶轮29，用于循环冲击罩10内的气体，以最终产生冲击流11。

在两隧道式冷冻设备20和30内的冲击罩10之下分别设置传送器系统38和40。传送器系统38和40分别具有第一和第二传送带39A和39B、以及第一和第二传送带41A和41B。如图1和4清楚地所示，第一传送带39A设置在第二传送带39B之上，以及第二传送带41A设置在第二传送带41B之上。从而，通过隧道式冷冻设备20和30具有用于移动食品12的两个路径。例如，在隧道式冷冻设备30内，第一传送带41A和第二传送带41B将放在其上的食品12从入口35移动到出口36。并且，传送带39A和39B、以及41A和41B较佳地由织造的不锈钢材料构成。因此，冲击射流11能够分别通过第一传送带39A、41A到达第二传送带39B、41B。所以，在第二传送带39B、41B上的食品能够与在第一传送带39A、41A上的食品分开地被冷却。从而，在第一传送带39A、41A上的食品能够被冷冻，以及在第二传送带39B、41B上的食品12能够被冷藏。

各冲击罩10包括截头棱锥形壳体42。壳体42包括具有第一相对边44、45和第二相对边46、47的矩形顶板43。壳体42还包括第一相对侧壁48、49和第二相对侧壁50、51。第一相对侧壁48、49和第二相对侧壁50、51从顶板43的相应边以一角度向下延伸。从而，第一相对侧壁48、49和第二侧壁50、51形成壳体42的截头棱锥形的倾斜部分。在某些实施例中，第一相对L形件52、53和第二相对L形件(未示出)从第一相对侧壁48、49和第二相对侧壁50、51向下延伸。各L形件具有腿部54和脚部55。脚部55用作为支持冲击器13的凸缘。

冲击器13可以采取冲击板60或用标号70集合地表示的的金属轨条70的形式。在图5中可以清楚地看到冲击板60，以及在图7中可清楚地看到一系列金属轨条。冲击板60包括孔的图案，以及在一实施例中可以由22号板金属制成。在某些实施例中，孔的面积可以在冲击器13的总面积的约3％和约6％之间。在一实施例中，孔的面积是冲击器13的总面积的约4％至约5％。

以举例的方式而不限制性的方式，对于某些实施例，孔的图案如图6所示，轴向节距61和侧向节距62都是约17/8英寸，孔的直径64是1/2英寸。在本实施例中，孔的中心偏距或错开距离63可以约为5/8英寸。此外，对孔可以设有倒角，以防止在孔内凝集冰，并产生具有在冷却或冷冻食品12方面是有效的速度分布图形的冲击射流11。并且，设置偏距或错开距离63，以产生横越传送带宽度对食品的均匀或一致地冷却或冷冻的冲击射流11。这些冲击射流11有利地减少或消除了在食品上的冲击线。

冲击板60还可以设置振动器65，如图5所示。振动器65可以是电动型式的，但是，在一实施例中，振动器65是通过导管66供应的、约65磅/平方英寸的压缩氮或二氧化碳气体所驱动的气动球阀。振动器65提供的振动防止在冲击板60上凝结雪和冰。并且，根据包括食品的水份含量、在隧道式冷冻设备20和30内部和外部的环境空气的湿度、以及隧道式冷冻设备的温度在内的加工条件，可以改变振动器65所提供的振动频率和振动时间间隔。

形成冲击器13的一系列金属轨条70包括在各轨条之间形成的流道71。在图8中清楚地示出了流道71。举例来说，在一实施例中，该流道宽度72可以是约3英寸，流道节距73可以是约12英寸，流道深度可以是约14英寸，以及流道孔口74可以是约5/8英寸。

采用冲击器13的任一形式，从冲击器13的底部至食品12的表面的距离可以从约1英寸变化到约5英寸，在一实施例中可以是约3英寸。设计将从冲击器13的底部至食品12的距离以及在冲击板60或一系列金属轨条上孔图案的布置，以增加总传热速率。

此外，冲击罩10的第一侧壁48、49可以设置有从壳体42朝外摆动的可枢转的门81、82。可枢转的门81、82与壳体42的形状一致，允许通到冲击罩10的内部。这些通路径允许对冲击罩13做清洁工作。此外，为防止外部热量通过入口35和出口36进入，隧道式冷冻设备30可以设置有第一和第二渗流罩83和84。第一渗流罩83位于入口附近35和第二渗流罩84位于出口36附近。

如以上所讨论的，在隧道式冷冻设备20和30内，由在冲击罩10内部的叶轮29循环的气体与所供应固体的或液体的冷冻剂的混合，以产生在冲击罩10的内部或外部供应的混合物14。混合物14被引向冲击器13，在那里最终产生冲击射流11。冲击射流11的速度由孔径64或流道宽度72和流道孔口74控制。增加冲击射流11的速度也增加了总的传热速率。但是，在某位置，冲击射流11的速度可能足以损坏食品12，或者携带食品离开传送带，并进入在隧道式冷冻设备20和30内别处不希望在的位置。因此，控制冲击射流11的速度，以使总的传热速率最大和损坏食品12的可能性最小。在这加工期间，冲击射流11能够突破食品12的热边界层，以致立即冷冻食品12，并减少食品12的脱水的可能性。

如以上所讨论的，将冲击射流11引向位于传送带上的食品。因为向下引导冲击射流11，所以减少了食品12被夹带在反射气流90中的危险。因此，能够使反射气流90再循环至冲击罩10。例如，利用叶轮29将混合物14引向冲击器13，但也可以利用叶轮29将反射气流90抽冲击罩10的内部。因此，在隧道式冷冻设备20和30内设置了再循环反射气流90的有效路径。反射气流90的再循环有利地增加了隧道式冷冻设备20和30的效率。并且，隧道式冷冻设备30可以装备有喷雾器91，用于进一步将固体的或液体的冷冻剂释放入隧道式冷冻设备30。因此，当反射气流90再循环至冲击罩10的内部时，能够将固体的或液体的冷冻剂的微滴捕获在反射气流内部。

因此提供了用于冷却或冷冻食品的设备，它包括：具有形成在其中的一腔室的一外壳，所述腔室由在外壳的顶板和底板之间的侧壁形成；延伸进入该腔室、在顶板和底板之间的至少一个传送器；以及液体的或固体的冷冻剂的供应源；其特点在于：在该腔室内具有设置在传送器上方的至少一个冲击罩；冲击罩包括：具有一顶部、相对边缘和支持冲击器的相对侧壁的一壳体，由该壳体包围的、包括气体循环装置的冷冻剂递送装置，气体循环装置用于将气体和固体的或液体的冷冻剂的混合物引向冲击器，冲击器包含用于将混合物的冲击射流引导到传送器上所输送的食品上的、含有许多孔的冲击板。可以使外壳构体具有隔热性能。

还提供了在由隔热的顶板和底板之间的隔热的侧壁所形成的外壳腔室内冷却或冷冻食品的加工过程，其中至少一传送器延伸进入设置在顶板和底板之间的该腔室内，以及包括冷冻剂的供应源，该加工过程包括在传送器上输送食品，其特点是：该腔室包括设置在传送器上方的至少一冲击罩，冲击罩包括包括顶部、相对边缘和支持冲击器的相对侧壁的一壳体，冲击器包括含有许多孔的冲击板，该加工过程还包括在冲击罩内的混合气体和固体的或液体的冷却剂，将混合物的冲击射流通过冲击板引导至在传送带上输送的食品上。

还设置有适合于用于冷冻或冷却设备的改型的冲击罩，它包括具有顶部、相对边缘和支持冲击器的相对侧壁的外壳；该外壳适合于容装冷冻剂递送装置，该装置包括用于将气体和固体的或液体的冷冻剂的混合物引导至冲击器的气体循环装置，冲击器包括冲击板，冲击板含有用于提供该壳体外部的该混合物的冲击射流的许多孔。

全部转让给BOC Group的美国专利号4,803,851、6,263,680和6,434,950以及美国已公布的专利申请号2001/0025495中揭示了食品冷冻设备和方法。这些专利和申请的全部内容援引于此以供参考。

虽然通过以上详细说明和上述例子已详细地叙述了本发明，但这些例子仅仅用于说明性的目的，应该理解，在不脱离本发明的原理和范围的情况下，该领域的熟练人员能够做出许多变化和修改。还应该理解上述诸实施例不仅是可以选取其一的，但也是能相互组合应用的。

Claims (21)

1.一种用于冷却或冷冻食品的设备，它包括：

具有形成在其中的一腔室的一隧道式外壳，所述腔室由外壳的顶板和底板之间的侧壁形成；

延伸进入该腔室、在顶板和底板之间的至少一个传送器；

固体的或液体的冷冻剂的供应源；以及

在该腔室内设置在传送器上方的至少一个冲击罩；

冲击罩包括：

具有顶部、相对边缘和支持冲击器的相对侧壁的壳体，

与冷冻剂的供应源连通的冷却剂递送装置，冷却剂递送装置被该壳体包围，冷却剂递送装置包括用于将气体和固体的或液体的冷冻剂的混合物引导至冲击器的气体循环装置，

冲击器包括冲击板，冲击板含有用于将该混合物的冲击射流引导到在传送器上输送的食品上的孔。

2.权利要求1的设备，其特征在于：冲击板含有孔的图案，冲击射流被引导通过这些孔，孔的面积在冲击板的总面积的3％和6％之间。

3.权利要求1的设备，其特征在于：该孔是有倒角的孔。

4.权利要求1的设备，其特征在于：冲击板含有诸轨条之间的敞开的流道，通过流道引导冲击射流。

5.权利要求1的设备，其特征在于：冷冻剂的供应源包括在冲击罩内的冷冻剂供应孔口。

6.权利要求1的设备，其特征在于：冷冻剂的供应源包括在外壳腔室内、冲击罩外部的冷冻剂供应孔口。

7.权利要求1的设备，其特征在于：包括至少一上和一下食品传送器，其中，上传送器有孔，允许冲击射流穿过这些孔到达下传送器表面上的食品。

8.权利要求1的设备，其特征在于：气体循环装置包括叶轮。

9.权利要求1的设备，其特征在于：气体循环装置包括轴流风机。

10.权利要求1的设备，其特征在于：冲击板设置有振动器。

11.权利要求1的设备，其特征在于：包括在外壳腔室内的多个模块，各模块包括设置在传送器上方的至少一个冲击罩。

12.一种用于在外壳腔室内冷却或冷冻食品的加工方法，它包括：

在该腔室内在运动基底上输送食品；

在基底上方的至少局部被包围的冲击罩内混合气体与固体的或液体的冷冻剂；该冲击罩包括支承一冲击器的壳体，该壳体容纳一用于将气体和固体的或液体的冷冻剂的混合物引导至冲击器的气体循环装置，所述冲击器包括冲击板，冲击板含有用于将加压的混合物冲击射流引导到壳体外侧的孔以及

将加压的混合物冲击射流从冲击罩选择地引导到在所述基底上输送的食品上。

13.权利要求12的加工方法，其特征在于：包括在冲击罩内引入固体的或液体的冷冻剂。

14.权利要求12的加工方法，其特征在于：包括在外壳腔室内、冲击罩外部引入固体的或液体的冷冻剂，并为了进一步与气体混合而使气体和冷冻剂循环进入冲击罩内。

15.权利要求12的加工方法，其特征在于：外壳腔室包括至少一上和一下食品输送基底，其中上基底具有孔，以允许冲击射流穿过这些孔到达在下基底表面上的食品，该加工方法还包括引导冲击射流接触在上基底上和在下基底上的食品。

16.权利要求12的加工方法，其特征在于：包括在气体和冷冻剂的混合物冲击到食品上之后使该混合物从外壳腔室再循环入冲击罩。

17.一种用于冷冻或冷却设备的冲击罩，它包括：

具有顶部、相对边缘和支持冲击器的相对侧壁的壳体；

该壳体容纳冷却剂递送装置，该装置包括用于将气体和固体的或液体的冷冻剂的混合物引导至冲击器的气体循环装置，

冲击器包括冲击板，冲击板含有将混合物冲击射流引导到壳体外侧的孔。

18.权利要求17的冲击罩，其特征在于：冲击板含有孔的图案，通过这些孔引导冲击射流。

19.权利要求17的冲击罩，其特征在于：冲击板包括在轨条之间的敞开流道，通过这些流道引导冲击射流。

20.权利要求17的冲击罩，其特征在于：侧壁具有可枢转的进出门。

21.如权利要求17的冲击罩，其特征在于，所述冲击罩适于被改装到一具有轴流风机的隧道式冷冻或冷却设备中。

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