CN107846942B - 温度受控的解冻方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种解冻方法和一种用于设施该方法的设备。

Description

温度受控的解冻方法和设备
技术领域
本发明涉及一种解冻方法和一种用于实施该方法的设备。
背景技术
食物产品中冻结了的水的融化称做解冻。相变需要能量，并且对于纯水来说是在恒定的温度下发生的。然而，对于水、脂肪、蛋白质、碳水化合物和灰分的混合物，比如食品来说，这种相变会在渐变的温度下发生。此外，由于在解冻过程中水的相变，在解冻过程中食品的热特性和密度将会改变。还有，随着解冻继续进行而增加的热流阻力导致了过程运行越来越慢直到解冻完成。
在解冻过程中可以使用的最大温差(ΔT)是受到质量原因限制的。使用太高的解冻介质温度可以导致蛋白质变性，结果是带来化学、视觉和感官上的品质下降。由于这个原因，典型的温差(即该过程的驱动力)在10℃到20℃的范围内。这些以及其他方面导致解冻过程在可预见性和可控性方面是难以执行的。
已知的使用比如空气的流动介质来对食品进行解冻的方法具有各种缺陷。食品的没有被包装保护的表面层容易达到与周围空气流的温度相等的温度。这导致潮气从产品输送到空气流中，从而导致脱水，即产品的干燥，这对于感官品质具有负面影响。通过向空气中引入水湿气可以避免脱水。然而，人类环境对于细菌活性具有促进作用，这是不理想的。也就是，尤其在使用流动空气的解冻系统的情况下，因为细菌可以在系统中循环并且沉积在难以清洁的系统表面上。
使用空气温度传感器、表面温度传感器和测量被解冻的产品的核心温度的传感器来控制已知过程的方法也是麻烦的。尤其是在大量单个产品上布置单独的传感器是耗时的。在单个包装的产品或者份包装(portion pack)上使用核心温度传感器还可能损坏产品，导致产品流出。此外，布置在单个包装好的产品或者份包装的外部上的传感器可能不会给出精确的测量结果，这也可以导致降低解冻品质。另一方面，单个包装好的产品或份包装在卫生方面是有利的。
例如，已知化冻设备，如在US 4,812,622中描述的化冻设备，是用于容纳要被化冻的物品。该设备不监测要被化冻的物品内的热的传递阻力，从而不会对阻力的动态变化做出反应，导致对施加到物品上的热的控制较差。
因此，可以用于以恒定的品质在短时间内对份包装中的大量的比如食品的有机材料进行解冻的新的方法和设备会是有利的。每个份包装应该有利地在相同的时间点被解冻并且经历相同的解冻过程。这种方法和过程尤其对于从生产设施到商店、大户家庭、酒店、自助餐厅等等的分配是有利的。短时间意味着从进行解冻过程开始直到产品被充分解冻并可以与新鲜产品媲美的持续时间是大约45分钟到3小时。此外，有利的是该过程是可以由没有特别培训或其他熟练技能的人员进行控制。此外，需要解冻后的产品呈现与类似的新鲜产品相同的口感和纹理。
发明目的
本发明的目的是提供一种方法和设备，用于以高速度将冰冻的有机材料快速解冻而该有机材料品质不会退化。
可以看作本发明的一个目的是提供一种方法和设备，用于将冰冻的有机材料快速解冻同时保持其高品质，在解冻的同时该有机材料的品质不会退化。
本发明的另一个目的是提供一种方法和设备，用于将冰冻的有机材料快速解冻，而不需要专业操作人员。
本发明的一个目的是提供一种现有技术的替代方式。
特别地，其可以看作本发明的另一个目的是提供一种方法和设备，用于在短时间内将比如冻鱼块的冰冻的有机材料解冻，同时避免由于变性或由于细胞壁破坏而导致的对解冻后的材料的破坏。
发明概要
在有机材料解冻过程中，产品核心温度TC将会低于产品表面温度TS。因此产品的热核心/中心将会经历最慢的解冻过程，从而在整个解冻过程中的任何时间经历的都是最低的温度。在这方面，可以将热传递过程分为两个步骤。从周围介质到产品表面的热传递和从产品表面到产品热核心的热传递。
根据本发明的各个方面和各个实施方式的解冻方法是基于发明人在被解冻的有机材料的热传递阻力方面的意想不到的发现。在解冻过程中，有机材料的热传递阻力最开始是以外部热传递阻力为主。在该阶段中，提供到产品表面的热量被有效地传递进入核心中，并且TC和TS以相同的速率增大。然而，随着解冻继续进行，热传递阻力转变为以内部热传递阻力为主。当在热传递阻力、或热传递阻力占优的这种变化或转变发生时，最重要的是调节解冻介质(比如流动空气)的温度，以防止由于例如有机材料的退化(比如蛋白质变性)而对有机材料造成破坏。如果随着热传递阻力的变化施加了过高的温度，那么解冻后的产品的表面层的温度将会迅速升高到解冻介质的温度。在这方面，需要注意的是，解冻介质的恒定的较低的温度对有机材料不会有负面影响。然而，由于较低的温度而导致的对解冻过程的较低的驱动力会具有延长解冻时间从而延长解冻过程长度的缺点。设计出本发明的发明人观察到，当热传递阻力的转变发生时，这将导致解冻介质的温度变化的可测量的增加。因此，通过监测解冻介质的温度变化或者由温度变化而引起的其他参数的变化，可以确定发生上面解释过的热传递阻力变化的时间。用于确定热传递阻力变化的这种方法可以有利地用在解冻过程中，以确定应该何时调节解冻介质的温度，以避免对有机材料造成破坏。这尤其适用于包括大量单个包装的产品的解冻过程的情况下，因为该方法不需要在每个产品上使用单独的传感器，也不关注在每个产品上使用单独的传感器是否可行。
因此，上述目的和其他的多个目的在本发明的第一方面旨在通过提供一种对有机材料进行解冻的方法来实现，所述方法包括：将有机材料布置在解冻设备的解冻隔室中，其中该有机材料与解冻介质接触；通过使在解冻隔室内达到第一温度T1的解冻介质穿过解冻隔室循环而对有机材料进行解冻；监测有机材料的热传递阻力，以检测有机材料的外部热传递阻力与内部热传递阻力之间的转变；当检测到该转变时：将解冻介质的温度下降到第二温度T2，其中T2低于T1；以及通过使达到所述T2的解冻介质穿过解冻隔室循环来进一步对有机材料进行解冻。
根据第一方面，比如冻鱼块的有机材料布置在解冻隔室中，所述解冻隔室比如是解冻设备的化冻隔室，所述解冻设备比如是化冻柜。当布置在解冻隔室中时，可以例如通过使用设置在单个产品或成批产品上的条形码或电子标签来识别成批的或单个的有机材料。这可以确保仅是被授权的产品布置在解冻隔室中。
为此，有机材料可以包括记录设施使得可以正确识别该有机材料。
在解冻隔室中，有机材料与解冻介质接触，所述解冻介质比如是加热过的流动空气，其穿过解冻隔室循环。由于解冻介质的温度高于有机材料的温度，在解冻介质循环的同时，有机材料将解冻。在解冻过程的第一阶段，以平均温度T引入解冻介质以便于达到第一温度T1。
因此，在一些实施方式中，可以以温度T1引入解冻介质。
在其他一些实施方式中，可以以稍高于T1的温度引入解冻介质。
T1可以在10℃和30℃之间。解冻过程中使用的温度与被解冻的有机材料的类型紧密相关，因此，解冻隔室中包含的有机材料的识别还提供了对设定点温度T1的指示。
例如，解冻过程中使用的温度，比如T1和T2，可以从信息条形码或电子标签中收集。在一些实施方式中，有机材料是冰冻的有机材料，比如冻鱼块。
例如，三文鱼(大西洋鲑)(salmon(Salmon salar))是一种具有高脂肪含量的鱼，其例如可以比诸如鳕鱼(大西洋鳕)(cod(Gadus morhua))之类的具有较低脂肪含量的鱼承受更高的温度。类似地，相同类型的有机材料的不同批次由于材料的变化可能需要不同的温度，所述材料的变化例如由肉中的水含量、肉的品质或者鱼被捕获时那一年的季节、或者鱼所生活的水的温差造成的，因此也是由鱼所生活的纬度造成的。可以改变T1的其他因素是有机材料的形状。
因此，总的来说，温度设定点T1和T2取决于需要被解冻的有机材料的类型和状况。
因此热传递阻力的监测被定义为监测从介质向有机材料传递热或能量递的阻力。
如上所述，可以将热传递过程分为：从周围的介质到产品表面的热传递和从产品表面向产品热核心的热传递。
根据解冻介质的性质及其循环特性、以及解冻目标的成分和几何尺寸，无论是从解冻介质到所述表面的能量传递还是穿过解冻后的材料进入冻结前锋的传递将会是该过程的速度限制。本发明的方法的目的在于识别这两个过程的在占优之间发生转变的点，以便于采取适当的动作来避免要被解冻的有机材料品质退化。
通过监测热传递阻力可以检测到外部热传递阻力或外部热传递阻力占优与内部热传递阻力或内部热传递阻力占优之间的转变或变化。
根据本发明，对热传递阻力的监测以及对热传递阻力的转变或变化的检测可以通过监测由于热传递阻力的变化而引起变化的合适的参数来实现。
当检测到转变时，通过使平均温度T等于T2或者更低的解冻介质穿过解冻隔室循环而将解冻隔室的温度降低到温度T2。
转变或变化是在外部热传递阻力与内部热传递阻力之间，或者在这两者中的占优的一个之间。
当热传递的阻力在50％以上是归因于这二者中的一个时，出现一个或另一个占优。例如，如果50％以上的热传递阻力是归因于有机材料的表面的阻力，就可以合适地称之为外部热传递阻力占优。
在一些实施方式中，光谱监测，即对暴露给电磁辐射(诸如在紫外-可见和近红外范围内)的有机材料的在紫外-可见或近红外范围内的光反射或吸收、颜色变化的监测，可以用作评估转变的合适的参数。
在一些其他实施方式中，声波监测，即对暴露给声波的有机材料的声波响应的监测，可以用作评估转变的合适的参数。
在一些实施方式中，这种监测是或者包括在循环过程中监测解冻介质从T1起的温度变化。
总之，最佳的解冻仅在能量均匀分布时才可以实现。如上所述，因为在解冻过程中能量吸收是不同的因而该过程是挑战性的。
在解冻的第一阶段或时期内，化冻柜与产品的核心之间的热阻力主要在产品周围的解冻介质中。在解冻过程中的最大的能量交换发生在该第一阶段过程中。
只要解冻介质温度是在第一温度T1(即设计的设定点)周围波动，产品的外表面就仍然是冰冻的并且可以观察到热交换中的线状发展。
然而，一旦产品开始融化，热阻力就从解冻介质转移到产品。这导致交换的热量对比时间的结果非常显著的降低。如果在该阶段时，保持温度T1，那么产品的外表面温度就可能快速升高，由此造成产品退化，并且造成在从冰冻到新鲜的解冻时产品品质退化。
本发明的方法建议在该阶段降低温度，以便于防止产品表面温度升的太高而对产品质量带来永久的负面影响。
根据本发明，可以通过对温度的变化或波动进行监测(比如连续监测)来检测热传递阻力占优之间的转变。
因此，随着在温度变化之前向产品供应尽可能多的能量的目的变得是必要的，根据第一方面的方法监测能量传递的发展，并且当基于温度的波动而检测到转变时将温度降低到T2，从而在能量交换的发展不再是线性时切换到解冻的第二阶段。
根据本发明的方法，热/能量交换的占优的这种发展可以通过对化冻柜中平均温度的波动的监测来直接识别。
根据本发明一些方面，这种转变还可以通过对化冻柜中不同元件的能量消耗的读取来识别。
根据本发明的第一方面的方法通过将有机材料尽可能快地解冻从而避免退化来使得解冻过程最优化，即通过在热传递更快并且有机材料仍然冰冻时提供最大热量以及通过在热量由于热传递阻力的变化而减慢时(即当有机材料开始解冻时)降低热量的量来实现。
这样，温度T1和T2以及有机材料暴露给T1和T2的周期的长度关联了起来。
确实，使有机材料化冻所必需的热量/能量同样是独立于该热量/能量是如何释放到有机材料的。
然而，根据本发明的第一方面的方法使得这种对有机材料的热量/能量释放最优化，即，通过在有机材料吸收较多热量时释放最多的热量以及通过在有机材料吸收较少热量时减少这种释放来实现。
因此从T1起的平均温度波动的程度是有机材料的热阻力的间接指示。
在一些实施方式中，该监测包括在循环过程中监测解冻介质从T1起的温度变化的频率。
在一些其他实施方式中，该监测包括在循环过程中监测解冻介质从T1起的温度变化的幅度。
在一些其他实施方式中，该监测包括在循环过程中监测解冻介质从T1起的温度变化的幅度和频率。
温度波动的变化可以定量为温度变化的频率和幅度。
在一些实施方式中，当监测显示监测到的从T1起的温度变化的频率和/或幅度与平均幅度值和/或平均频率值偏差至少5％时检测到转变。
在一些另外的实施方式中，当监测显示从T1起的温度变化的监测到的频率和/或幅度与平均幅度值和/或平均频率值偏差在5％和30％之间(比如是至少10％)时检测到转变。
在一些另外的实施方式中，当监测显示从T1起的温度变化的监测到的频率和/或幅度与平均幅度值和/或平均频率值偏差在10％和25％之间(比如至少20％时)检测到转变。
偏差至少5％定义为在数值上高或低5％。因此，变化可以是至少高或低5％、10％、20％或25％。
当这种波动超出特定值时，就发生了热阻力转变。该特定值是在特定时间周期内所记录的值的平均频率或平均幅度。
该特定时间周期可以在1-120秒之间。
平均幅度或频率是在实际监测到之后计算出的，即测量到的温度在特定时间范围内对于设定点温度(即设定点温度T1)超调(over-shoot)或欠调(under-shoot)至少两次之后。该特定时间范围可以在1和120秒之间，比如5和100秒之间。例如，该特定时间范围可以是20、40、60或80秒。然后从下一次关于T1超调/欠调起计算平均值。
超调是发生了信号超出其目标，即发生了测量到的温度超出设定点温度(即T1)，即在设定点温度以上的情况。
欠调正好相反，是发生了信号在其目标以下，即发生了测量到的温度在设定点温度(即T1)以下。
例如，如果T1被设定为22℃，并且如果温度在22.5和21.5℃之间振荡，为了检测转变阻力何时发生，则监测在22.5和21.5℃之间的波动。当温度振荡与特定值(即在1到120秒之间的特定时间周期内所记录的值的平均频率或平均幅度)偏差至少5％时发生转变。
平均幅度或频率的计算是在测量到的温度在1和120秒之间的特定时间范围内在设定温度T1以上和以下至少两次之后发生的。然后从下一次关于T1超调/欠调起计算平均值。
然后监测在所述循环过程中解冻介质从T1起的温度变化的频率和/或幅度。当该监测显示监测到的从T1起的所述温度变化的频率和/或幅度与平均幅度值和/或平均频率值偏差至少5％时检测到转变。
如果我们将温度的波动考虑为波动函数，那么当一阶导数(即该函数的切线的斜率)连续两次等于零时进行记录平均幅度或频率。
在一些实施方式中，平均幅度值和/或平均频率值是在第一解冻周期过程中监测到的幅度值或频率值的算术平均值。
在第一解冻周期过程中监测到的幅度值或频率值的算术平均值可以是在解冻介质的平均温度在T1以上持续第一周期P1(在1和60秒之间)，接下来在T1以下持续第二周期P2(在1和60秒之间)并且接下来在T1以上持续第三周期(在1和60秒之间)之后计算出的算术平均值。
在一些另外的实施方式中，平均幅度值和/或平均频率值可以是已经预设的优选幅度值和/或优选频率值。例如，预设的值可以从在线或本地数据库中重新获得。
例如，所述预设值可以是与幅度和/或频率相对应的值，其中已经显示出所述幅度和/或频率是对于要被解冻的特定有机材料来说最合适的值。
在一些另外的实施方式中，第一解冻周期在1和60秒之间的范围内，比如在10和50秒之间。
在一些实施方式中，当在第二解冻周期内监测到从T1起的温度变化的监测到的频率值和/或幅度值中的至少一个与平均幅度/频率至少一次偏差至少5％时检测到转变。
第二解冻周期可以在1和120秒之间的范围内，比如在10和100秒之间。
在一些实施方式中，解冻介质的平均温度是由位于解冻设备中(比如在所述解冻隔室中)的一个或多个温度传感器测量到的温度值。
解冻隔室或化冻柜可以包括一个或在不同位置上的温度传感器。
在一些另外的实施方式中，平均温度是在在1到60秒之间的时间周期内由位于解冻设备中(比如在所述解冻隔室中)的一个或多个温度传感器测量到的至少两个温度值的算术平均值。
平均温度可以是在在1到60秒之间的时间周期内由位于解冻设备中(比如在解冻隔室中)的至少两个温度传感器测量到的至少两个温度值的算术平均值。
在一些实施方式中，监测包括在介于1和10秒之间(比如介于2和7秒之间，例如每5秒)的时间间隔内测量或确定平均温度。
在一些另外的实施方式中，将通过使达到T2的解冻介质穿过解冻隔室循环来进一步对有机材料进行的解冻执行一段时间周期，直到有机材料被按预期地解冻。
按预期地解冻定义为化冻到在有机材料中，相对于所有的水含量来说，存在少于15％的冻结的水(即冰)，比如在10％和0％之间，比如少于7％，例如少于5％。在一些示例中，按预期地解冻可以是化冻到在有机材料中，相对于所有的水含量来说，存在少于3％的冻结的水，比如少于1％，例如少于0.1％。
例如，按预期地解冻可以是化冻到在有机材料中存在非常低微量的冻结的水(即冰)。
在一些实施方式中，按预期地解冻可以是化冻到在有机材料中没有冻结的水(即冰)的痕迹。
获得预期的解冻程度所必需的时间周期的长度取决于有机材料的类型以及有机材料暴露给温度T1的时间周期。
例如，实验室数据可能建议施加温度T1持续X分钟，以及施加温度T2持续Y分钟。然而，通过对热传递阻力的监测，施加T1仅持续X-Z分钟的时间周期。在这种情况下，需要施加T2持续Y+{[(T1+16)/(T2+1)]*Z}分钟。
换言之，需要提供给有机材料的能量的量是相同的，虽然给有机材料施加的该能量的方式是不同的。因此，如果以较少的时间施加温度T1，就需要以较长的时间施加温度T2。
在一些实施方式中，布置在解冻隔室中的有机材料包括布置在分开的容器内的有机材料的多个分开的块，比如冻鱼块。
在一些另外的实施方式中，有机材料的多个分开的块中的每个被包装在构成分开的容器的紧密贴合的封闭的聚合物膜中。
在一些其他实施方式中，该方法还包括使有机材料接触达到第三温度T3的解冻介质，其中该温度在介于-3和0℃之间的范围内，比如-1℃。
T3是对于保存或分配化冻后的有机材料直到其被使用(例如用于食品制备)来说最佳的存放温度。
将冰冻的材料(比如食品)布置在分开的容器中以及在容器内污染的情况下对有机材料进行解冻提供了多个优点。例如，防止了有机材料的污染以及防止了有机材料的表层的脱水。这样，进而改善了最终解冻后的产品的感官品质。
这里获得了一种方法，其中在最高可行的温度下将有机材料解冻，同时防止材料受到损坏比如变性。通过能够使用最高可行的温度，改善了热传递并且有机材料被尽可能快地解冻，同时保持了材料品质。这样导致了更高的设备利用率和增加的解冻能力。
在第二方面中，本发明涉及一种用于解冻有机材料的解冻设备，其配置成由根据本发明的第一方面的方法来操作，该设备包括：壳体；设置在所述壳体内部用于接收有机材料的解冻隔室；用于使解冻介质(比如空气)穿过解冻隔室和所述壳体内部的循环通道循环的风扇；布置成对循环的解冻介质进行加热的加热元件；布置成对循环的解冻介质进行冷却的冷却元件；用于测量解冻介质的温度的一个或多个温度传感器；以及与所述一个或多个温度传感器、所述加热元件和所述冷却元件通讯的控制单元；其中该控制单元配置成当由一个或多个温度传感器测量出的从T1起的平均温度的频率和/或幅度的变化由于有机材料的热传递阻力的转变或者在有机材料的热传递阻力占优中的转变而超出了平均幅度值和/或平均频率值时，控制加热元件和冷却元件以将解冻介质的温度从第一温度T1下降到比T1低的第二温度T2。
在另一个方面中，本发明涉及一种用于解冻有机材料的解冻设备，包括：壳体；设置在所述壳体内部用于接收有机材料的解冻隔室；用于使解冻介质(比如空气)穿过解冻隔室和所述壳体内部的循环通道循环的风扇；布置成对循环的解冻介质进行加热的加热元件；布置成对循环的所述解冻介质进行冷却的冷却元件；用于测量解冻介质温度的一个或多个温度传感器；以及与所述一个或多个温度传感器、所述加热元件和所述冷却元件通讯的控制单元；其中该控制单元配置成当由一个或多个温度传感器测量出的从T1起的平均温度的频率和/或幅度的变化由于有机材料的热传递阻力的转变或者在有机材料的热传递阻力占优中的转变而超出了平均幅度值和/或平均频率值时，控制加热元件和冷却元件以将解冻介质的温度从第一温度T1下降到比T1低的第二温度T2。
在一些实施方式中，该解冻设备还包括布置在解冻室上游的流体可渗透壁，用于控制进入解冻室的解冻介质的流动，其中该流体可渗透壁包括多个穿孔，所述多个穿孔布置成允许解冻介质的在解冻隔室各处基本均匀的分布。
在一些另外的实施方式中，所述一个或多个温度传感器配置成每分钟测量解冻介质的温度12-60次。
在一些其他实施方式中，解冻隔室包括多个托盘，所述多个托盘适于接收布置在分开的容器中的有机材料的多个分开的块。
在一些实施方式中，该解冻设备还包括记录设施，所述记录设施用于识别要布置在解冻隔室中的有机材料、有机材料的批次、或者有机材料的多个分开的块中的每个，并且基于该识别从本地或在线数据库中接收关于识别到的有机材料的材料特定信息。
由于下面的原因，本发明在对分开包装的有机材料块进行解冻时尤其有利。当对分开包装的块进行解冻时，当前在工业厂房内不可能以足够的精确度来测量表面温度。此外，由于封闭的包装的缘故不可能布置用于测量材料核心温度的传感器。另外，在大量的单独包装上布置传感器是耗时的且不是很有效率。
在一些实施方式中，材料特定信息包括与特定的有机材料相关的关于合适的第一温度T1、第二温度T2和第三温度T3的信息，控制单元适于在解冻过程中使用关于T1和T2的信息来设定T1和T2。
在一些另外的实施方式中，记录设施是用于读取设置在所述有机材料的所述容器上的条形码的条形码读取器、或者适于从设置在有机材料的容器上的RFID标签接收信息的RFID读取器。
例如，记录设施还可以QR码或者用于向解冻设备传送关于有机材料的特定产品信息的任何设施。
材料的特定信息可以包含关于材料的类型、重量、体积、形状、捕获时间、保质期、优选的解冻温度、解冻该有机材料所需要的能量总量等信息。有机材料的识别还可以用于确保仅授权的有机材料才在解冻设备内被解冻。要被解冻的产品的识别因此可以是开始解冻过程的先决条件。这可以有助于改善产品品质和安全性，因为防止了无意中对该解冻设备的使用。
在一些实施方式中，在相同的过程中可以解冻不同类型的有机材料。
本发明的第一、第二和第三以及其他方面和/或实施方式每个可以与任意其他方面和/或实施方式进行结合。本发明的这些和其他方面和/或实施方式从下文中描述的实施方式中会变的显而易见且参照下文中描述的实施方式进行说明。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述根据本发明的解冻方法和设备。这些图示出了实施本发明的一种方式并且并不解释为限于落入所附权利要求所限定的范围内的其他可行实施方式。
图1是根据本发明的某一实施方式的解冻设备的3D视图。
图2是根据本发明的某一实施方式的解冻设备的截面图。
图3是根据本发明的某一实施方式布置在解冻设备的背部上的穿孔的概要性示意图。
图4是根据本发明的某一实施方式的方法的流程图。
图5是监测从设定温度(T1)起的频率振荡随着时间的特性曲线的概要性示意图。
图6是监测从设定温度(T1)起的幅度振荡随着时间的特性曲线的概要性示意图。
具体实施方式
解冻方法
在解冻过程中，对解冻介质的温度不断地监测以识别由于有机材料的热传递阻力的改变造成的变化。当温度的变化(频率和幅度)超出预定的温度范围时，使解冻介质的温度下降到比T1低的第二温度T2。例如，第二温度将会在6℃和17℃之间，还取决于被解冻的材料的类型。将有机材料在第二温度下保持在解冻隔室中直到充分解冻。将材料充分解冻所需的能量的总量以及由此所需的解冻时间取决于产品和解冻过程中使用的温度。这可以用于控制解冻过程的第二阶段持续的时间。
在第二阶段之后，可以将解冻介质的温度进一步降低到近似-1℃，用于解冻过程的第三阶段。在第三阶段中，有机材料接触相对冷的介质，其用于稳定有机材料的温度。使有机材料承受这样低的温度将有助于保存有机材料并确保合适的冷却。这样，表面温度降低，同时产品的核心内的温度达到了所期望的水平。
图4是根据本发明的某一实施方式的方法的流程图。
解冻有机材料的方法包括：S1，将有机材料布置在解冻设备的解冻隔室中，其中有机材料与解冻介质接触；S2，通过使达到第一温度T1的解冻介质穿过解冻隔室循环来对有机材料进行解冻；S3，监测有机材料的热传递阻力以检测在所述有机材料的外部热传递阻力与内部热传递阻力之间的转变；以及，当检测到该转变时：S4，使解冻介质的温度下降到第二温度T2，其中T2低于T1；和S5，通过使达到T2的解冻介质穿过解冻隔室循环来进一步对有机材料进行解冻。
解冻设备
图1是根据本发明的某一实施方式的解冻设备的3D视图。
根据本发明的示例性实施方式的解冻设备1包括壳体11，壳体11被提供有用于接收要被解冻的有机材料的解冻隔室2。风扇4被提供用于使空气形式的解冻介质穿过解冻隔室和循环通道3循环，如图2所示。循环通道包括与解冻隔室流体连通的入口和出口。此外，在循环通道中布置有用于对解冻介质加热的加热元件5和用于对解冻介质冷却的冷却元件6，以分别加热和冷却正在循环的解冻介质。
循环的解冻介质通过布置在解冻室的上游的穿孔的流体可渗透壁22进入解冻隔室2。可渗透壁22通过包括多个穿孔222来控制进入解冻室的解冻介质的流动，所述多个穿孔222布置成允许解冻介质的在解冻隔室各处基本均匀的分布。穿孔布置成排224并且聚集在多个区段226中，如图3所示。正如所看到的，相同区段中的排之间的距离小于两个不同区段中的顶排与底排之间的距离。
在冷却元件的下游，布置有温度传感器7用于测量解冻介质的温度。正如本领域技术人员可以构想到的，温度传感器可以替代性地布置在其他位置上并且可以使用多个传感器。最后，提供有用于控制解冻设备的操作的控制单元90。控制单元与温度传感器、加热元件和冷却元件通讯以控制解冻介质的温度。控制单元还控制风扇以确保解冻介质的合适的循环。不同区段226之间的距离对应于可以布置在解冻隔室中的托盘(未示出)。这里穿孔的每个区段位于布置在解冻隔室中的托盘附近，以控制解冻介质的流动。每个区段中穿孔的数量、尺寸和位置确保流动的解冻介质的体积在所有区段上是基本相同的。这里布置在解冻隔室中的所有产品，比如布置在不同托盘上的份包装，承受基本相同的条件，这样确保了均匀的解冻过程。
解冻设备根据上面描述的方法操作，并且在解冻过程中自动调节解冻介质的温度水平。温度传感器连续测量解冻介质的温度并且向控制单元发送信号。当控制单元确定温度中的变化超出了预定温度时，向加热元件和冷却元件发送信号来降低解冻介质的温度。这里使解冻介质的温度从第一温度T1下降到第二温度T2。
图5是监测从设定温度(T1)起的频率振荡随着时间的特性曲线的概要性示意图。
从该示意图可以看出，通过监测在温度T1周围随着时间的频率，可以观察到频率1与频率2之间的在频率上的清楚的转变。这种转变确定了外部热传递阻力占优的区域3的结束。因此，频率2的出现是外部热传递阻力与内部热传递阻力占优之间转变的指示。
图6是监测从设定温度(T1)起的幅度振荡随着时间的特性曲线的概要性示意图。
从该示意图可以看出，通过监测在温度T1周围随着时间的幅度，可以观察到幅度4与幅度5之间的在幅度上的清楚转变。这种转变确定了外部热传递阻力占优的区域3的结束。因此，幅度5的出现是外部热传递阻力与内部热传递阻力占优之间转变的指示。
虽然已经结合具体实施方式描述了本发明，但是不应该解释为以任何方式局限于所呈现的示例。本发明的范围由所附的权利要求限定。在权利要求的上下文中，术语“包括”并不排除其他可行的元件或步骤。还有，提到的比如“一”等的参考不应该解释为排除多个。权利要求中与附图中所标示的元件相关的参考标记的使用也不应该解释为限制本发明的范围。此外，不同权利要求中提到的各个特征可以有利地结合，在不同权利要求中提到些特征并不排除特征的结合是不可行的和有利的。

Claims (23)

1.一种解冻有机材料的方法，所述方法包括：
-将所述有机材料布置在解冻设备的解冻隔室中，其中所述有机材料与解冻介质接触；
-通过使在所述解冻隔室内达到第一温度T1的所述解冻介质穿过所述解冻隔室循环来对所述有机材料进行解冻，所述第一温度T1在10℃和30℃之间；
-通过在所述循环过程中监测所述解冻介质的从T1起的温度变化以及通过在所述循环过程中监测从T1起的所述解冻介质的所述温度变化的频率和/或幅度来监测所述有机材料的热传递阻力，以检测所述有机材料的外部热传递阻力与内部热传递阻力之间的转变；
其中当所述监测显示从T1起的所述温度变化的所述监测到的频率和/或幅度与平均幅度值和/或平均频率值偏差至少5％时检测到所述转变，其中所述平均幅度或频率是在测量到的温度在特定时间范围内对于T1超调或欠调至少两次之后计算出的，以及
当检测到所述转变时：
-使所述解冻介质的温度下降到第二温度T2，其中T2低于T1；和
-通过使达到所述T2的所述解冻介质穿过所述解冻隔室循环来进一步对所述有机材料进行解冻。
2.根据权利要求1所述的解冻方法，其中当所述监测显示从T1起的所述温度变化的所述监测到的频率和/或幅度与所述平均幅度值和/或平均频率值偏差在5％和30％之间时检测到所述转变。
3.根据权利要求1所述的解冻方法，其中当所述监测显示从T1起的所述温度变化的所述监测到的频率和/或幅度与所述平均幅度值和/或平均频率值偏差在10％和25％之间时检测到所述转变。
4.根据权利要求1所述的解冻方法，其中所述平均幅度值和/或平均频率值是在第一解冻周期过程中监测到的所述幅度值或频率值的算术平均值。
5.根据权利要求4所述的解冻方法，其中在第一解冻周期过程中监测到的所述幅度值或频率值的所述算术平均值是在所述解冻介质的平均温度在T1以上持续在1和60秒之间的第一周期，接着在T1以下持续在1和60秒之间的第二周期，并且接着在T1以上持续在1和60秒之间的第三周期之后计算出的算术平均值。
6.根据权利要求1所述的解冻方法，其中所述第一解冻周期在1和60秒之间的范围内。
7.根据权利要求1所述的解冻方法，其中当在第二解冻周期内监测到从T1起的所述温度变化的所述监测到的频率值和/或幅度值中的至少一个与所述平均幅度/频率至少一次偏差至少5％时检测到所述转变。
8.根据前述权利要求中任一项所述的解冻方法，其中所述第二解冻周期在1和120秒之间的范围内。
9.根据权利要求1所述的解冻方法，其中所述平均幅度值和/或平均频率值是在第一解冻周期内监测到的所述幅度值和/或频率值的算术平均值，并且其中在第一解冻周期内的所述幅度值和/或频率值的所述算术平均值是在所述解冻介质的平均温度在T1以上持续在1和60秒之间的第一周期，接着在T1以下持续在1和60秒之间的第二周期，并且接着在T1以上持续在1和60秒之间的第三周期之后计算出的算术平均值，并且所述解冻介质的所述平均温度是由位于所述解冻设备中的一个或多个温度传感器测量到的温度值。
10.根据权利要求9所述的解冻方法，其中所述平均温度是在1到60秒之间的时间周期内由位于所述解冻设备中的一个或多个温度传感器测量到的至少两个温度值的算术平均值。
11.根据权利要求5所述的解冻方法，其中所述平均温度是在1到60秒之间的时间周期内由位于所述解冻设备中的至少两个温度传感器测量到的至少两个温度值的算术平均值。
12.根据权利要求5所述的解冻方法，其中所述监测包括在介于1和10秒之间的时间间隔内测量或确定所述平均温度。
13.根据权利要求1所述的解冻方法，其中将通过使达到所述T2的所述解冻介质穿过所述解冻隔室循环来进一步对所述有机材料进行的所述解冻执行一段时间周期，直到所述有机材料被按预期地解冻。
14.根据权利要求1所述的解冻方法，其中布置在所述解冻隔室中的所述有机材料包括布置在分开的容器中的有机材料的多个分开的块。
15.根据权利要求14所述的解冻方法，其中所述有机材料的多个分开的块中的每个被包装在构成所述分开的容器的紧密贴合的封闭的聚合物膜中。
16.根据权利要求1所述的解冻方法，其中该方法还包括：
-使所述有机材料接触达到第三温度T3的所述解冻介质，其中所述温度在介于-3和0℃之间的范围内。
17.一种用于解冻有机材料的解冻设备(1)，配置成由根据权利要求9所述的方法来操作，所述解冻设备包括：
-壳体(11)；
-用于接收有机材料的解冻隔室(2)，设置在所述壳体内部；
-风扇(4)，用于使解冻介质穿过所述解冻隔室和在所述壳体内部的循环通道(3)循环；
-加热元件(5)，布置成对被循环的所述解冻介质进行加热；
-冷却元件(6)，布置成对被循环的所述解冻介质进行冷却；
-一个或多个温度传感器(7)，用于测量所述解冻介质的温度；以及
-控制单元(90)，与所述一个或多个温度传感器、所述加热元件和所述冷却元件通讯；
其中所述控制单元配置成
-控制所述加热元件和所述冷却元件以将所述解冻介质的温度从第一温度T1下降到比T1低的第二温度T2；
-通过在循环过程中监测所述解冻介质的从T1起的温度变化以及通过在循环过程中监测从T1起的所述解冻介质的所述温度变化的频率和/或幅度来监测所述有机材料的热传递阻力；
-检测在所述有机材料的外热传递阻力和内热传递阻力之间的转变，当所述监测显示从T1起的所述温度变化的所述监测到的频率和/或幅度与平均幅度值和/或平均频率值偏差至少5％时检测到所述转变，其中所述平均幅度或频率是在测量到的温度对于特定时间范围对于T1超调或欠调至少两次之后计算出的。
18.根据权利要求17所述的解冻设备，还包括布置在所述解冻室的上游的流体可渗透壁(22)，用于控制进入所述解冻室的所述解冻介质的流动，其中所述流体可渗透壁包括多个穿孔(222)，所述多个穿孔(222)布置成允许解冻介质的在所述解冻隔室各处基本均匀的分布。
19.根据权利要求17所述的解冻设备，其中所述一个或多个温度传感器配置成每分钟测量所述解冻介质的温度12-60次。
20.根据权利要求17所述的解冻设备，其中所述解冻隔室包括多个托盘，所述多个托盘适于接收布置在分开的容器中的有机材料的多个分开的块。
21.根据权利要求17所述的解冻设备，还包括记录设施，所述记录设施用于识别要被布置在解冻隔室中的有机材料、有机材料的批次、或者有机材料的多个分开的块中的每个，并且基于这种识别从本地或在线数据库中接收关于识别到有机材料的材料特定信息。
22.根据权利要求21所述的解冻设备，其中所述材料特定信息包括与特定的有机材料相关的关于合适的第一温度T1、第二温度T2和第三温度T3的信息，所述控制单元适于在解冻过程中使用关于T1和T2的信息来设定T1和T2。
23.根据权利要求21所述的解冻设备，其中所述记录设施是用于读取设置在所述有机材料的所述容器上的条形码的条形码读取器、或者适于从设置在所述有机材料的容器上的RFID标签接收信息的RFID读取器。
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