CN107072262A - 冷却调味酱和液体的装置、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种处理可流动的食品的装置，其包括：由第一种塑料材料构造的容器；布置在容器内的注射腔室，并且注射腔室包括与注射腔室流体地连通的入口和出口；由第二种塑料材料构造的至少一个喷嘴，至少一个喷嘴包括第一端和第二端，第一端与致冷剂源流体地连通，第二端与腔室流体地连通，以将致冷剂提供给腔室。还提供了相关的系统和方法。
Description
技术领域
本发明涉及在食品加工和制备工业中所用的降低液体温度的装置和方法。
背景技术
快速地冷却食品允许更大规模地生产食品，并对处理不同类型的高热负荷输入的产品有更大的灵活性。例如，在肉类加工工业中，加工者通常限于16小时的工作日。增加的、更有效的加工由此会消除周末的倒班，因为加工者现在一周期间内可在完全的生产中进行操作，和/或减少加班时间。
加快产品的冷却速度减慢了细菌在产品上的生长；同时，产品温度、产品的一致性、变坏速率和质量都可得到改善。
食品工业目前用已知的机械系统来减少冷却循环时间，所述机械系统包括氟利昂/冷水/乙二醇的加夹套的容器。
在蜜饯加工、面包烘焙和肉类加工业中，为了冷却诸如饼馅、披萨调味酱、肉汁和卤水那样的液体食品，食品工业采用了诸如水-对-调味酱型的热交换器那样的机械冷却系统以及其他方法来冷却液体食品。在如此的方法中，例如，使用了液体的调味酱，调味酱则直接从热源(烹饪/巴氏杀菌)抽出，并地通过40°F(4.4℃)的区域而快速地冷却下来以控制细菌生长。液体批量冷却得越快，则产品产量越高，和/或冷却过程中所需的冷却罐/桶/容器越少。
大多数已知的机械冷却系统包括压缩机、盘管和膨胀阀以及诸如氟利昂或阿摩尼亚那样的用来冷却乙二醇的制冷剂，乙二醇通过加夹套的容器来转换温度。所有的机械冷却系统受其部件尺寸的限制，局限于制冷循环的效率。大家还知道使用水来循环通过夹套和/或壳体，以及用于传热的管型热交换器。
机械冷却方法局限于其冷却容量，并需要较长的时间段来耗散食品中的热负荷。如此的局限性包括如下的因素：
-局限于机械系统/单元的尺寸和设计，即，初始热负荷越高，例如夏天的温度，则需要更多冷却时间；
-局限于较暖和的冷却温差，即，温差大小为冷却负荷在-20°F(-29℃)和-40°F(-4.4℃)之间(局限于冷却系统和容量和制冷剂)；
-大的热负荷压倒性地占据系统并形成增加的冷却时间。机械单元是闭环系统，其设计是吸收有限的热输入，主要依赖于通过盘管的热量传导。当首先引入热负荷时，系统力图除去热量。随着时间的推移，制冷系统将变得越来越有效，但这要花费很长时间；
-来自热负荷的水汽蒸发和冷凝，然后沉淀并覆盖热交换器盘管，由此大大地降低冷却/冷冻效率并增加处理时间；以及
-使用热除霜来消除形成在盘管上的结霜，这因此会引入了附加的热量并对过程添加了时间/电气的成本。
历史上看，大多数注射器和喷嘴/喷枪是用诸如不锈钢那样材料构造的。这些材料提供了极好的通过金属表面传导热量到产品。然而，这在操作上是不理想的，因为当液体产品快速结冰并形成在接触表面上时容易造成堵塞，直到结冻的产品堵塞或阻碍管道流动或使液体结冰成块在喷枪表面上。其结果，工业用气行业和食品行业还未开发出有效的调味酱冷却方法或相关的装置。
因此，已知的机械冷却系统易遭受到处理过程的缺陷以及对于冷凝所需附加的维护和清洁。已知系统需要相当量的维护和修理，这转化为增加照管工作量和运行的支持，以运行用来在食品加工过程中降低液体温度的传统的机械冷却系统，所述液体例如是调味酱等。
附图说明
为了更完整地理解本发明实施例，可参照以下结合附图所作的描述，附图中：
图1示出注射器装置的实施例，该装置安装在本发明的系统实施例中；
图2示出用于另一系统实施例中的注射器装置的实施例；以及
图3示出根据本发明的另一系统实施例。
具体实施方式
本发明实施例使用致冷剂来冷却液体食物，例如是调味酱和卤水，从而大大地减少了调味酱的冷却时间。术语“致冷剂”意指-80°F至-20°F(-62℃至-29℃)的温度。
该注射器装置用食品级材料构造，诸如用于特殊构造的注射器、喷枪或喷嘴的塑料，它们用来注射致冷剂并直接与待要降温或冷却的液体相混合。包括用于装置的喷枪或喷嘴的装置的壁或外壳也可用聚合物构造，所述聚合物是以商标名销售的聚合物(TEFLON是E.I DuPont De Nemours&Co.的注册商标)。TEFLON或塑料(它们可以在这里联合地称作为“塑料材料”)是绝热体，其大大地降低了通过注射器/喷嘴/喷枪的热传导并避免堵塞装置的问题。
本发明实施例的低温调味酱冷却方法的优点包括提供：
-较高的生产率和较快的冷却/循环时间；
-较低的单元冷却成本；
-较佳的冷却灵活性/控制性以适应较大和/或较热的液体载荷(顺序)；
-减少停机时间和降低维护/更换成本；
-成本效率和设备占地面积不大于已知的系统，将产品冷却到至少类似的生产质量和数量；
-以较快和较可靠的冷冻/冷却方式改进产品质量并降低细菌数量；以及
-减少或消除热除霜，这降低能量成本并对液体产品提供较快的冷却循环时间。
氮气(N2)或二氧化碳(CO2)致冷剂可引入到翻新的冷却系统或内置到新的冷却系统。实现更加快的冷却的原因有好几个，与用于机械单元的-20°F至-40°F(-29℃至-40℃)相比，诸如N2和CO2可以用在更加冷的-109°F至-321°F(-78℃至-196℃)的设定点；而N2和CO2采用了直接接触式的对流式热传导，它比通过热交换器的已知机械方法所采用的传导式热传导更快且更加有效地传热。
一般地说，氮气/CO2是开放或直接的冷却系统，其利用特别设计的食品级塑料材料注射器、喷枪或一组喷嘴直接被射入到液体中。可用温度控制环路来控制注射，该温度控制环路根据预设的设定点来控制致冷剂流动。该单元可用调制电磁阀或开/关电磁阀进行操作，与闭路的机械系统不同，其必须装备有排气回路。通向外面的排气可将用过的或热的氮气/CO2排放掉，氮气/CO2已经从产品中汲取了热量和水分。该直接的注射在极其冷的液态致冷剂和热液体或调味酱之间产生传导的相互作用，这允许在产品处更快地传热并排出加载有水分的热气体。还可实现快速地冷却下来，因为可引入大量的氮气/CO2而从产品中抽取热量，且冷却容量不受限制。可容易地升级低温冷却系统而提供更大的冷却容量。机械的冷却系统或冷水传热系统更加受到限制。
特别地参照图1，图中显示安装的直列式冷却注射器装置10，用于直列式调味酱的冷却系统12。应该理解到，可安装一个以上的注射器装置10用于系统12。还可理解到，尽管该描述仅是为了举例而采用了待要被冷却的“调味酱”，但其他的液体或可流动的产品也可用装置10在系统12内进行处理。
注射器装置10包括由塑料材料侧壁16构造的外壳14，侧壁16在外壳内限定出腔室18。外壳14还设置有入口20和出口22，两者与腔室18流体地连通。
借助于管道24将待要冷却的流体引入到冷却系统12内，待要冷却的流体例如是诸如热的液体调味酱26或卤汁之类的可流动的食品，管道的尺寸和形状做成可被接纳在装置10的入口20处。管道24可用不锈钢构造。调味酱26流过管道24并直接流入装置10的腔室18内，调味酱在腔室中立即经受低温物质作用，例如，低温物质是液氮(LIN)或CO2。替代地，也可借助于注射将气态氮提供到腔室18内。LIN28来源于远处的源头，例如是体积庞大的储罐(未示出)，并借助于管道30引入到系统12和装置10内。管道30可用不锈钢构造。因此，调味酱26通过与腔室18内的LIN28或其他致冷剂接触直接经受传热。
现被冷却的调味酱26通过出口22从腔室18中排出到另一管道32内，在一个实施例中，该管道32延伸入远端开口34内，进入到罐38或容器的液面空间36内，以便接纳冷却的调味酱。管道32可用不锈钢构造。气相空间36存在于容器38中冷却的调味酱37的表面之上。
在一替代的实施例中，另一直列式注射器装置100可插入在装置10下游处的管道32内，其包括类似的元件并基本上与装置10相同地操作。当流入的调味酱26处于判断需要降低温度而不损害系统12的冷却下来的时间的温度或体积时，那么，在系统12内使用附加的装置100是特别合适的。此外，装置100现能够吸收某些传热的负荷，该装置100将允许装置10保持其原始的尺寸和形状，不必是不寻常大的体积，因为该装置100可吸收系统12的某些传热操作。此外，有了多个装置10、100能让系统12有灵活性，这样，可根据引入到系统12内的调味酱26或其他液体的类型和/或数量，运行其中的一个或两个装置。如果使用装置100的话，则出口222与管道33流体地连通，所述管道33也具有通向容器38的远端34。管道33可用不锈钢构造。
LIN28通过管道30引入，管道30包括用来控制来自管道30的LIN流动的电磁阀40。阀40的下游处，管道30分叉而提供至少一个喷嘴42，对于某些应用来说，提供多个喷嘴，用来将LIN28引入到外壳14的腔室18内。喷嘴42也可用TEFLON或塑料构造，或替代地，喷嘴42可以是诸如不锈钢或其他对LIN的使用是有益的合金的金属构造。LIN28直接注射到装置10的腔室18中的调味酱26内。
如果在系统12中使用装置100的话，则另一电磁阀44设置在管道分支46内，该分支46的一端与管道30流体地连通以接纳LIN28，而另一端与一个或多个喷嘴142流体地连通。管道46可用不锈钢构造。类似于装置10，注射器装置100用塑料材料加工制造，喷嘴142可类似地用塑料材料加工制造，或用不锈钢或其他对LIN使用有益的合金构造。再者，LIN28直接注射到装置110的腔室118中的调味酱26内。
另一管道分支48具有一端与管道30流体地连通以接纳LIN28，具有的远端终止在设置在容器38内的至少一个喷枪50，对于某些应用来说，可以是多个喷枪50。管道分支48可由不锈钢制成。喷枪50也可用塑料材料构造，每个喷枪50具有至少一个用来将冷却的调味酱注射到容器38内的出口52或喷嘴，对于大多数应用来说，则是多个出口52或喷嘴。容器38内的调味酱大约为59°F(15℃)。另一电磁阀54设置在管道分支48内，用来控制LIN28向喷枪50的流动。
容器38设置有盖子56和排放导管58，盖子56用来进入到容器的内部，而排放导管58与容器的气相空间36流体地连通。
温度控制板60分别通过连接线62、64、66连接到或接线到如图所示的电磁阀40、44、54中的每一个阀。控制板60通过接线70还与容器38处的温度/液位指示器68连通。
温度控制板60因此可接收来自指示器68的温度和/或液位信号输入，并且此后，将信号传输到一个或多个电磁阀40、44、54，以调整引导到注射器装置10或装置10、100以及喷枪50的LIN28的量。
当LIN28暴露于较暖的氛围中时，气体便会出现在容器38的气相空间36内，并蒸发汽化，甚至在通过管道33的传输过程中蒸发汽化，于是，气态氮可从容器排出，用于其他的用途，并降低容器内的压力。
参照图2，图中显示了直列式冷却注射器系统的还有另一实施例71，其用来降低供应到其中的液体或调味酱的温度。在该实施例中，注射器装置10的出口22与管道72的弓形部分流体地连通，管道72例如可用不锈钢加工制造。该弓形的管道部分72类似于管道宽的弯肘，其延伸到罐76或容器的内部74并与内部74流体地连通。罐74维持并可保证调味酱、卤汁或流体的进一步冷却，调味酱、卤汁或流体借助于泵78已经移动，泵78原先提供液体到注射器装置10。
静态混合器78部分插入在管道部分72内，静态混合器78部分与管道部分流体地连通。静态混合器78包括内部腔室80或空间，所述空间可包括其中扭转的或不规则形状的金属或塑料构件82，用来形成涡流和湍流以进一步混合经过管道部分72的液体和致冷剂。
除气分离器或分相器84与静态混合器78流体地连通。当液体氮一旦与待要冷却的液体接触便蒸发时，蒸气可不利地影响液体通过管道部分的流动。除气器84可减小LIN蒸发效应。
对于图2中实施例的许多应用来说，如附图所示，安装静态混合器78和除气分离器84被安装用在管道部分72的水平段处。
参照图3，图中示出根据本发明的另一个系统的实施例。直列式冷却注射器装置10布置成与用于加热诸如调味酱之类的可流动食品85的容器86或罐共同作用，并与用来接纳和保持已经冷却或制冷的可流动的食品容器88或罐共同作用。加热容器86包括与管道90流体地连通的出口，管道90中具有一阀92。冷却容器88具有与管道94流体地连通的出口，管道94其中具有一阀96。管道98与阀门92的下游端和阀门96的下游端流体地连通。在某些应用中，阀96可以是球阀。另一管道102与阀96流体地连通，管道102可连接到另一装置(未示出)，或用于如图3所示实施例下游的另一处理。
管道98其中已经插入直列式注射器10，其操作如下。加热的可流动的食品85，例如是液体卤汁或调味酱，被保持在加热容器86中，直到它必须从中释放出来用于其后的冷却和处理的时候为止。此后，阀92被打开，允许调味酱从管道90通过，并如箭头104所示地传送到注射器装置10。调味酱传递到装置10并通过装置10，那里，调味酱直接和立即与致冷剂混合，此后，如箭头106所示地被引导而排放到冷却容器88内。容器88的构造和运行可类似于图1中所示的罐48。即，诸如LIN的致冷剂可通过喷枪50提供。
由于冷却的可流动液体食品现被容纳在冷却容器88内，在某些点容器将变得充满，或液体食品将需要其后进行处理。此时，阀96可被打开而释放冷却的液体食品，如箭头108所示地通过管道102，以备其后的使用或处理。替代地，阀96可以转动(球阀)，液体食品通过管道98返回到注射器装置10，以便后续的冷却，再次重复该循环，直到液体食品在容器88中达到要求的温度以备其后的使用或处理的时候为止。
在本文描述的装置、系统和方法的某些实施例中，注射器装置10、100和喷嘴42用同样的塑料材料构造。在某些应用中，只是举例来说，可流动的食品85达到至少为35°F(1.6℃)的温度。
本发明的实施例不要求与机械冷却系统相关的高的投资成本。以有效的方式更大规模生产冷却的食品，转变为较少的加班时间和较高的生产率。更高生产率等同于较低的单位成本。具有装置10(和100)的系统的灵活性，允许操纵较高的热负荷并提供有关温度和细菌的产品质量控制。温度较快的下降改进了产品质量和提高了生产率。
将会理解到，本文描述的实施例只是示范性的，本技术领域内的技术人员可作出各种变化和修改，而不会脱离本发明的精神和范围。所有如此的变化和修改都要被纳入到本文所描述和所主张的本发明范围之内。此外，所披露的所有实施例不必是替代的，因为本发明各种实施例可以组合起来提供理想的结果。
Claims (20)
1.一种处理可流动的食品的装置，其包括：
由第一种材料构造的容器，所述第一种材料选自以下的组群：TEFLON、塑料以及TEFLON和塑料；
布置在所述容器内的注射腔室，并且所述注射腔室包括与注射腔室流体地连通的入口和出口；以及
由第二种材料构造的至少一个喷嘴，所述第二种材料选自以下的组群：TEFLON、塑料以及TEFLON与塑料，所述至少一个喷嘴包括第一端和第二端，所述第一端与致冷剂源流体地连通，所述第二端与腔室流体地连通，以将致冷剂提供给腔室。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括与所述至少一个喷嘴的第一端流体地连通的阀，用来控制致冷剂向喷嘴的流动。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所选的第一种和第二种材料是相同的。
4.一种处理可流动的食品的系统，其包括：
容器，所述容器由选自以下组群的材料构成：TEFLON、塑料以及TEFLON与塑料；
布置在所述容器内的注射腔室，并且所述注射腔室包括与注射腔室流体地连通的入口和出口；
至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴由选自以下组群的材料构成：TEFLON、塑料以及TEFLON与塑料，所述至少一个喷嘴包括第一端和第二端，所述第一端与致冷剂源流体地连通，所述第二端与腔室流体地连通，以将致冷剂提供给腔室；以及
混合器，所述混合器布置在腔室出口下游并与腔室出口流体连通，用来提供湍流以混合致冷剂和可流动的食品。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述混合器包括设置在其中的成形的构件，以便于形成致冷剂和可流动的食品的湍流。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，进一步包括与所述混合器流体地连通的除气器，用于从所述混合器中除去致冷剂蒸气。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，致冷剂是选自以下组群的物质：液氮、气态氮、液态二氧化碳以及气态二氧化碳。
8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，进一步包括：
用于容纳可流动的食品的第一容器；
用于容纳冷却下来的可流动的食品的第二容器；以及
互连第一容器、第二容器和容器的注射腔室的管路，让可流动的食品和冷却下来的可流动的食品被接纳在所述注射腔室内。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，进一步包括具有第一端和第二端的管道，第一端与混合器的下游出口流体地连通，第二端与第二容器流体地连通。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包括与第二容器流体地连通的另一致冷剂递送装置。
11.如权利要求4所述的系统，其特征在于，用于容器的材料进一步包括不锈钢。
12.一种处理可流动的食品的方法，其包括：
提供由选自以下组群的材料构造的壁：TEFLON、塑料以及TEFLON与塑料，壁的形状做成限定出具有入口和出口的腔室；
将至少一个喷嘴插过壁并通向腔室，所述至少一个喷嘴由选自以下组群的材料构造：TEFLON、塑料以及TEFLON与塑料；
通过腔室从入口到出口递送可流动的食品；以及
通过所述至少一个喷嘴，将致冷剂提供到可流动的食品中，以在腔室内与食品混合。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括控制致冷剂向至少一个喷嘴的流动。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，提供致冷剂包括：通过至少一个喷嘴注射致冷剂到腔室内。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括在出口下游处提供湍流给可流动的食品和致冷剂，以便将可流动的食品和致冷剂混合成为混合物。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括对蒸气混合物的除气并从所述混合物中排走蒸气。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述致冷剂是选自以下组群的物质：液氮、气态氮、液态二氧化碳以及气态二氧化碳。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括用所述致冷剂来降低可流动的食品的温度。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，可流动的食品是选自以下的物质：液体食物、调味酱和液体卤汁。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，递送可流动的食品是在至少为35°F的温度下进行。
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