CN102462392B - 用于液态和半液态食品的均化和热处理的机器 - Google Patents

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Abstract

一种用于均化和热处理诸如冰淇淋、搅打奶油、奶油、巧克力、酸奶等液态和半液态食品的机器，包括：用于混合物的容纳箱(2)；离心泵(3)，与容纳箱(2)的底部流体连通，用于从箱体(2)抽吸混合物并将混合物送回箱体；加热和冷却装置(4)，在泵(3)处作用，用于加热在泵(3)内运送的混合物。加热和冷却装置(4)包括热力机器，该热力机器具有可逆热力循环并使用二氧化碳作为制冷剂。

Description

用于液态和半液态食品的均化和热处理的机器
技术领域
本发明涉及一种用于诸如冰淇淋、搅打奶油、奶油、巧克力、酸奶等液态和半液态食品的均化和热处理的机器。
背景技术
应当指出，用于诸如冰淇淋、搅打奶油、奶油、巧克力、酸奶等的液态和半液态食品的均化和热处理的机器，是进行诸如加热(用于例如便于混合物的成分的混合)、巴氏杀菌(在热处理的通常意义上)、均化(即是说，防止和/或延迟混合物中的物质分开的自然倾向)、熟化(即是说，允许产品搁置在适当的温度下)以及储存(即，将产品保存在低温下直至使用)之类操作的机器。
现有技术中已知用于诸如冰淇淋、搅打奶油、奶油、巧克力、酸奶等液态和半液态食品的均化和热处理的多种机器，包括容纳箱，该容纳箱在其底部上具有用于使混合物循环的容器泵并装备有电加热器和冷却回路。
在这类机器中，容器泵使混合物在箱体内循环并同时加热并然后冷却混合物本身。
更具体地，当泵叶片运行时，将箱体内的混合物泵吸到泵容器内，并然后返回箱体，由此搅打并混合混合物。
当触发电加热器时，通过泵循环的混合物被加热，该加热具有高换热系数的特征。通常来说，当混合物达到所要求温度(无论是对于低度、中度还是高度巴氏杀菌)时，关掉加热器并打开冷却回路，直到混合物在熟化或储存温度下(在约2℃至6℃的低温下)达到稳态为止。
电加热器通常由安装在泵和/或箱体的壁内并通过焦耳效应加热的电加热元件构成。
另一方面，冷却回路由围绕泵衬套和/或箱体侧壁盘绕的冷却系统的蒸发器构成。
上文简述的现有技术机器具有几个缺点。
将电加热器安装在容器泵的底部上或箱体的侧壁上不能确保热量至泵内循环的混合物的最佳传递。因此加热混合物可能花费非常长的时间，因为加热元件的运行温度不能升得太高(而没有局部过加热混合物的风险)。
控制加热元件的局部温度并防止形成热点(致使混合物的局部过加热和燃烧)也是极难的。
此外，业已证实以与冷却回路的蒸发器相同的方式安装电加热元件是极复杂的，因为可用于热交换的表面并不足够大以用于两者。
此外，由于完整的热处理循环包括加热、保持温度、冷却和再次保持温度，必须达到优化加热和冷却两个步骤的折中。
此外，再联系该方面，在从加热和/或保持温度至冷却的瞬态，该过程由于加热元件和混合物质量的热惯性而显著变慢，延迟食品混合物的处理。
最后，以上机器消耗大量的电，因此显著增加机器运行成本。
发明内容
在本文中，形成本发明基础的技术目的是提出克服现有技术上述缺点的均化、热处理和巴氏杀菌机器。
更具体地，本发明的目标是提供一种能够均匀且有效地加热混合物的巴氏杀菌机器。
本发明的另一目标是提供一种具有有限运行成本的均化、热处理和巴氏杀菌机器。
基本上通过包括如本文权利要求中一项或多项描述的技术特征的机器来实现所指出的技术目的和特定目标。
附图说明
参照附图中示出的用于均化和热处理液态和半液态食品的机器的较佳非限制性实施例，本发明的其它特征和优点可从以下详细说明书中显现出来，附图中：
-图1是根据本发明用于均化和热处理液态和半液态食品的机器的示意图；
-图2是图1的切除某些部件以更好示出其它部件的详细立体图；
-图3示出代表图1的机器的运行参数的图表；以及
-图4示意性地表示图1的机器的细节。
具体实施方式
参照附图，附图标记1在全文中标示用于例如冰淇淋、搅打奶油、奶油、巧克力、酸奶等的液态和半液态食品的均化和热处理的机器。
机器1包括用于混合物的容纳箱2和与容纳箱2底部流体连通的离心泵3，该离心泵3用于从箱体抽吸混合物并将其再送回箱体。
加热和冷却装置4在泵3处运行以加热和冷却泵3内运送的混合物。
有利的是，加热和冷却装置4包括具有可逆热力循环的热力机器。
具有可逆热力循环的热力机器根据跨临界点热力循环运行并使用二氧化碳(CO2)作为制冷剂。
换言之，具有可逆热力循环的热力机器可根据跨临界热力循环的方向而作为热泵或冷却机器运行。
二氧化碳和诸如HFC(R-134a和R-404A)和烃类传统制冷剂之间的基本区别在于临界温度值，对于二氧化碳来说临界温度值是31℃。
因此，在常规蒸发压缩循环中，向周围环境(即是说，当机器作为热泵运行时向食品混合物)的热传递不需要二氧化碳的冷凝而是其逐渐冷却直到获得致密气相。
因此具有可逆热力二氧化碳循环的热力机器不考虑冷凝器而是致密气体制冷机，称为气体冷却器。
相应的热力循环称为跨临界的，因为其在两个等压线之间进行，第一个等压线(在压缩机的入口处且因此在蒸发器的出口处)处于低于临界值的压力下，而另一个等压线处于高于临界值的压力下(在从压缩机进入气体冷却器的出口处)。
有利的是，热力机器包括围绕保持离心泵3的容纳体6盘绕的管5。
管5在触发冷却装置时作为蒸发器运行，在触发加热装置时作为气体冷却器运行。
管5内的二氧化碳相对于泵3内混合物的流动逆流流动。
换言之，当热力机器作为热泵工作时，管5加热流过泵3的混合物，且当热力机器以与热泵循环逆向的热力循环工作时(即是说当其作为冷却机器工作时)，同一管5冷却流过泵3的混合物。
在替代实施例(未示出)中，管5由与离心泵3的容纳体6一体的直接热交换蒸发器代替。
该蒸发器在触发冷却装置时通过直接膨胀工作，且在触发加热装置时作为气体冷却器工作。
换言之，蒸发器的目的与管5的目的完全相同，且因此，由管5执行的所有功能都由蒸发器来执行。
当热力机器4作为冷却机器运行时，作功以从混合物提取热量，并将该热量加上所作功的热当量传递至外部环境。
基本上，过热蒸汽压缩机由压缩机、蒸发器、冷凝器(或CO2情况下是气体冷却器)和膨胀元件(由例如毛细管和恒温阀组成)组成。在运行循环期间，例如二氧化碳的制冷剂被压缩并达到气体冷却器入口压力。
气体冷却器内的制冷剂在恒定压力下被冷却，直到达到致密气相为止，将热量传递至周围环境。
应当指出，在该阶段，二氧化碳不经受任何相变。
换言之，制冷剂未冷凝而是经受致密气体冷却。
接着，通过分层效应，二氧化碳从第二压力经受绝热膨胀到第一压力。
然后制冷剂进入蒸发器(由管5组成)，从通过泵3运送的混合物吸收热量，因此用等压加热步骤完成热力循环。
当热力机器作为热泵运行时，即是说，当通过泵运送的混合物必须被加热时，逆向进行上述热力循环。
这样，在用作气体冷却器的管5内发生热量至通过离心泵3运送的混合物的传递。
应当指出，热泵提供比压缩机所用的电能更多的热能(即传递至所要加热的混合物的热量)，因为其从外部环境吸热。
这样，通过泵运送的混合物以比混合物使用焦耳效应电加热元件(其中传递的热能比所用的电能少)加热的情况高得多的能量效率被加热。
应当指出，当热气体在气体冷却器内被冷却时可利用的大部分能量(即是说，当达到与参考环境平衡的状态时可从系统提取的最大机械功)被加热后的食品混合物部分回收，允许机器4获得与用诸如R-134a和R-404A的传统制冷剂运行的相同类型的机器相当或更大的效率等级。
二氧化碳的超临界等压线的形状显示，用该制冷剂运行的跨临界循环对于用于加热具有大流体温度变化的流体流的热泵来说是最佳的。
从图3可以推断以上结论，图3示出气体冷却器内从15℃至84℃(在y轴上示出温度值)二氧化碳在120巴压力下的温度曲线(实线)和在逆流中被加热的水流的温度曲线(虚线)。
如可从图表中注意到的，两条曲线非常好地匹配，说明与使用常规制冷剂的机器相比加热液体混合物的效率更好。
实际上，该图表还示出对于同一过程使用R-134a(点线)的热泵的冷凝器中的温度曲线(显然不太有利)。
结构上，泵3直接连接至箱体2的底部(参见图1)，并包括位于泵3顶部的进入开口(未示出)和位于泵3下部内的至少一个递送开口7。
递送开口7使被加热或冷却的混合物在箱体2内循环。
通过选择热循环(例如巴氏所需杀菌的类型(高度、低度或中度))来自动控制热泵，使得在正确的温度下和必要的时长内设置用于加热混合物的热力循环(还取决于所要处理的混合物的量)。
当巴氏杀菌结束时，热泵例如开始热力循环，出于均化和/或熟化和/或储存目的通过该热力循环对巴氏杀菌过的混合物进行冷却。
较佳地，离心泵3通过磁力驱动。
在这方面，泵3包括连接至驱动轴9的电动机8，较佳地是无刷电动机。
电动机8安装在泵3的容纳体6下方并与该容纳体关联，如图2所示。
驱动轴9从电动机8伸出并进入泵3的容纳体6。
驱动轴9具有与其关联的驱动磁体10，该驱动磁体较佳地径向围绕驱动轴9。
驱动磁体10由驱动轴9可转动地驱动。
从动磁体11与驱动磁体10操作地关联，使得驱动磁体10转动而使从动磁体11转动。
在本发明的较佳实施例中，从动磁体11径向围绕驱动磁体10。
应当指出，驱动磁体10和从动磁体11在物理上分开，且更具体地通过固定元件12分开。
固定元件与泵3的容纳体6一体形成，并从泵3的下部(即是说，面向电动机8的部分)延伸至泵3的上部(图2)。
较佳地，驱动磁体10位于壳体内，该壳体由固定元件12限定并且由泵3的混合物通过的区域密封分开。
此外，固定元件12具有配装到其的叶轮13，该叶轮13绕固定元件12转动以产生压位差。
叶轮13与从动磁体11一体形成，从而通过从动磁体11的转动而被转动地驱动。
离心泵3的容纳体6包括两个环形壁14，环形壁由诸如铝的具有高导热率的材料制成。
管5放置在两个环形壁之间的间隙内。
为了确保机器1的正确运行，机器1包括用于洗涤离心泵3和容纳箱2的装置15(图4)。
洗涤装置15包括至洗涤液源17的连接16。
连接16包括管道T和用于从洗涤液源17抽吸洗涤液的泵18。
洗涤液源17是容纳水和/或消毒液体的箱体，或者替代地其可以是自来水总管。
洗涤装置15还包括用于洗涤液的加热器19，例如煮器，用于产生过热蒸汽。
加热器连接至管道T，该管道T延伸至泵3(穿过煮器)，形成将液体和/或过热蒸汽通入离心泵3的回路。
洗涤装置15装备有控制装置20，该控制装置20包括中央处理单元，该中心处理单元又包括定时装置和用于调节加热器19的温度的装置。
使用时，当机器1内没有任何食品混合物时，触发第一步，该第一步包括加热洗涤液同时保持其处于液态，并然后通过管道T将其传送到泵3内。在该步骤期间，泵3打开，并使洗涤液在泵和箱体2内循环。在该步骤结束时，泵3关闭并将热的洗涤液馈送到泵本身内。
在循环中的第二步骤结束时，加热器19加热洗涤液以产生过热蒸汽，该过热蒸汽通过管道T馈送至离心泵3内(离心泵在该步骤期间关闭)。这样，机器1完全且彻底地被消毒。
可按要求重复上述步骤。
本发明可用若干方式来改进和改适而不由此脱离本发明概念的范围。

Claims (13)

1.一种用于均化和热处理液态和半液态食品的机器，包括：用于混合物的容纳箱(2)；离心泵(3)，所述离心泵(3)与所述容纳箱(2)的底部流体连通，用于从箱体(2)抽吸混合物并将混合物送回所述箱体；加热和冷却装置(4)，所述加热和冷却装置(4)在所述泵(3)处作用，用于加热和冷却在所述泵(3)内运送的混合物，其特征在于，所述加热和冷却装置(4)包括具有可逆热力循环的热力机器，所述泵(3)直接连接至所述箱体(2)的底部，并包括位于所述泵(3)顶部的进入开口和位于所述泵(3)下部内的至少一个递送开口(7)。
2.如权利要求1所述的机器，其特征在于，具有可逆热力循环的所述热力机器使用二氧化碳作为制冷剂。
3.如权利要求2所述的机器，其特征在于，所述热力机器根据跨临界热力循环运行。
4.如权利要求2或3所述的机器，其特征在于，所述热力机器包括围绕所述离心泵(3)的容纳体(6)环绕的管(5)；所述管(5)在所述加热和冷却装置冷却混合物时作为蒸发器运行，且在所述加热和冷却装置加热混合物时作为气体冷却器运行。
5.如权利要求2或3所述的机器，其特征在于，所述热力机器包括与所述离心泵(3)的容纳体(6)一体的直接交换蒸发器；所述蒸发器在所述加热和冷却装置冷却混合物时用直接膨胀来运行，且在所述加热和冷却装置加热混合物时作为气体冷却器运行。
6.如权利要求4所述的机器，其特征在于，穿过所述管(5)的运行流体用相对于穿过所述离心泵(3)的混合物的逆流流动运行。
7.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述液态和半液态食品包括冰淇淋奶油、巧克力和酸奶。
8.如权利要求7所述的机器，其特征在于，所述奶油是搅打奶油。
9.如权利要求1至3中任何一项所述的机器，其特征在于，所述离心泵(3)是磁力驱动型。
10.如权利要求7所述的机器，其特征在于，所述泵(3)包括：电动机(8)，所述电动机(8)连接至驱动轴(9)；驱动磁体(10)，所述驱动磁体(10)由所述驱动轴(9)可转动地驱动；从动磁体(11)，所述从动磁体(11)操作地与所述驱动磁体(10)关联并由所述驱动磁体(10)可转动地驱动；叶轮(13)，所述叶轮由所述从动磁体(11)可转动地驱动。
11.如权利要求10所述的机器，其特征在于，所述泵(3)包括与所述泵(3)的容纳体(6)一体的固定单元(12)，所述叶轮(13)可转动地配装在所述固定单元(12)上；所述固定单元(12)将所述从动磁体(11)与所述驱动磁体(10)物理上分开。
12.如权利要求1至3中任何一项所述的机器，其特征在于，包括用于洗涤所述离心泵(3)和所述容纳箱(2)的洗涤装置(15)。
13.如权利要求12所述的机器，其特征在于，所述洗涤装置(15)包括：至洗涤液源(17)的连接(16)、用于所述洗涤液以产生过热蒸汽的加热装置(19)、用于将所述洗涤液和/或过热蒸汽传送到所述离心泵(3)和/或所述容纳箱(2)内的回路。
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