CN110326733A - 一种超高压快速冻结设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高压快速冻结设备，涉及食品及医疗用品冷冻冷藏设备技术领域。该设备包括制冷装置、超高压反应釜和增压器。所述的制冷装置包括制冷机组和设置于所述超高压反应釜内的冷却盘管。所述超高压反应釜的左、右两端分别设置有第一法兰管和第二法兰管。所述的第一法兰管上密封设置有密封缸筒，所述的密封缸筒内设置有密封活塞，所述密封活塞的活塞杆穿过所述密封缸筒的封闭端后与密封油缸的活塞杆固定连接。所述密封缸筒的中部设置有与物料口。所述的超高压反应釜内设置有用于输送和盛放物料的传送单元。该设备通过改变压力控制水的物性参数，实现超高压冻结工艺，解决常压冷冻冷藏的食品易冻裂、营养损失等难题。
Description
技术领域
本发明涉及食品及医疗用品冷冻冷藏设备技术领域，具体地说是一种超高压快速冻结设备。
背景技术
食品等在冻结的过程中，冻结速度越快，食品内部形成的冰晶就越小越均匀，对食品的品质影响就越小。传统的速冻方法通常借助低温制冷机组实现常压速冻，通过吹冷风等方式实现速冻，速冻的产品组织细胞会出现不可逆的变化，如表面破裂和汁液流失等等造成的食品营养损失。出现该现象的主要原因是在食品快速冻结时是从食品表面到食品内梯级降温冻结的，这个过程中内外冻结速率、温度不同，导致发生用超低温断裂现象。
为了解决这一问题，目前解决的方式主要有两种：
第一是针对低温速冻制冷机组及系统进行节能优化设计；
第二是针对不同的应用场景，提供一种有利于速冻均匀结构或者工艺；
这些方法虽然能够在一定程度上得到优化，但是往往存在着能耗高，且治标不治本。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种超高压快速冻结设备，该设备通过改变压力控制水的物性参数，实现超高压冻结工艺，解决常压冷冻冷藏的食品易冻裂、营养损失等难题，实现速冻装置的速冻时间快、能耗低、营养保持好等特点。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种超高压快速冻结设备，包括制冷装置，还包括超高压反应釜和对超高压反应釜加压的增压器；
所述的制冷装置包括制冷机组和设置于所述超高压反应釜内的冷却盘管，所述的冷却盘管通过辐射制冷的方式制冷；
所述超高压反应釜的左、右两端分别设置有第一法兰管和第二法兰管，且所述第二法兰管的开口端密封设置有封板；
所述的第一法兰管上密封设置有密封缸筒，所述的密封缸筒内设置有密封活塞，所述密封活塞的活塞杆穿过所述密封缸筒的封闭端后与密封油缸的活塞杆固定连接；
所述密封缸筒的中部设置有与物料口；
所述的超高压反应釜内设置有传送单元，所述的传送单元包括设置于所述第二法兰管内的支撑滑块，所述的密封活塞和支撑滑块之间固定设置有一方形框架，所述的方形框架内设置有主动辊、从动辊和传送带，所述主动辊的外侧设置有与所述的方形框架转动连接的主动轴，所述的主动轴上设置有主动直齿轮，所述的主动辊上设置有与所述的主动直齿轮相啮合的从动直齿轮。
进一步地，所述密封缸筒的物料口上固定设置有安装板，所述安装板的上方设置有滑动板，且所述的滑动板通过导柱与所述的安装板滑动连接，所述的导柱上位于所述的安装板和滑动板之间套设有弹簧，所述的滑动板上转动设置有驱动轴，所述驱动轴的下端穿过安装板延伸至物料口内，且所述驱动轴的下端固定设置有主动锥齿轮，所述的主动轴上固定设置有从动锥齿轮，所述驱动轴的上端设置有手柄。
进一步地，所述安装板的两端分别铰接有定位拉杆，所述的定位拉杆上设置有定位螺母，所述滑动板的两端分别设置有与所述的定位拉杆相配合的缺口。
进一步地，所述的方形框架上位于所述传送带的两侧固定设置有挡板。
进一步地，所述支撑滑块的圆柱侧面上沿圆周方向均布设置有多个弹簧万向球。
进一步地，所述的增压器包括增压油缸，且所述的增压油缸为双杆双作用缸，所述增压油缸的两侧分别设置有增压气缸，所述增压油缸两侧的活塞杆分别与所述增压气缸的活塞杆固定连接，所述增压气缸的一端设置有与增压气缸无杆腔相连通的进气口和出气口，所述的进气口上设置有单向阀，所述增压气缸的另一端设置有与增压气缸有杆腔相连通的第一连通气孔，两个所述增压气缸的出气口分别通过第一进气管和第二进气管与所述的超高压反应釜相连，所述的第一进气管和第二进气管上均设置有单向阀。
进一步地，所述的第一进气管和第二进气管并联在总进气管上，所述的总进气管上设置有蓄能器。
进一步地，所述的制冷机组和冷却盘管之间设置有储液桶，所述制冷机组的制冷剂通过管路进入储液桶的管侧，所述储液桶的壳侧通过管路与超高压反应釜内的却盘管形成循环回路，且所述的循环回路上设置有用于驱动载冷剂循坏的循环泵。
进一步地，所述的载冷剂采用乙二醇。
本发明的有益效果是：
1、该设备通过改变压力控制水的物性参数，实现超高压冻结工艺，解决常压冷冻冷藏的食品易冻裂、营养损失等难题。
2、该发明应用超高压速冻技术可以解决速冻食品能耗大，品质不佳等问题，可以很好的保持其品质和原有状态。
3、通过设置传送单元，可以在较小的空间内实现物料的取放，这样高压反应釜便可以制作呈整体结构，相对于分体结构而言，在超高压的状态下，更加安全，密封性更好。
4、该设备取放物料的过程，操作简单、方便，具有较高的实用性。
附图说明
图1为本发明的结构原理图；
图2为超高压反应釜的立体结构示意图；
图3为图2中A部分的放大结构示意图；
图4为图2的半剖视图；
图5为图4中B部分的放大结构示意图；
图6为传送单元的俯视图；
图7为图6中的A-A剖视图；
图8为传送单元的架体的立体结构示意图；
图9为图8中C部分的放大结构示意图；
图10为轴承座的立体结构示意图；
图11为驱动组件的立体结构示意图。
图中：1-超高压反应釜，11-第一法兰管，12-第二法兰管，13-封板，2-密封缸筒，21-密封活塞，22-物料口，3-密封油缸，4-传送单元，41-横梁，42-连接板，43-加强梁，44-主动辊，441-从动直齿轮，45-从动辊，46-传送带，47-主动轴，471-主动直齿轮，472-从动锥齿轮，48-挡板，49-支撑滑块，51-安装板，511-导柱，52-滑动板，53-弹簧，54-驱动轴，541-主动锥齿轮，55-定位拉杆，551-定位螺母，6-轴承座，71-制冷机组，72-储液桶，73-冷却盘管，81-增压油缸，82-增压气缸，83-第一进气管，84-第二进气管，85-总进气管，91-蓄能器，92-单向阀。
具体实施方式
如图1所示，一种超高压快速冻结设备包括超高压反应釜1，为超高压反应釜1提供冷量的制冷装置，给超高压反应釜1增加的增压器，和设置于超高压反应釜1内用于盛放、输送物料的传送单元4。
如图1所示，所述的制冷装置包括制冷机组71和设置于所述超高压反应釜1内的冷却盘管73，所述的冷却盘管73通过辐射制冷的方式进行制冷。
优选的，如图1所示，所述的制冷机组71和冷却盘管73之间设置有储液桶72，所述制冷机组71的制冷剂通过管路进入储液桶72的管侧，并与储液桶72内的载冷剂进行热量交换。所述储液桶72的壳侧通过管路与超高压反应釜1内的冷却盘管73形成循环回路，且所述的循环回路上设置有用于驱动载冷剂循坏的循环泵(图中未视出)，优选的，所述的载冷剂采用乙二醇。
如图1所示，所述的增压器包括增压油缸81，且所述的增压油缸81为双杆双作用缸。所述增压油缸81的两侧分别设置有增压气缸82，且所述增压油缸81两侧的活塞杆分别与所述增压气缸82的活塞杆固定连接。所述增压气缸82的一端设置有与所述增压气缸82无杆腔相连通的进气口和出气口，且所述的进气口上设置有只允许气体进入的单向阀92，所述增压气缸82的另一端设置有与所述增压气缸82有杆腔相连通的第一连通气孔。两个所述增压气缸82的出气口分别通过第一进气管83和第二进气管84与所述的超高压反应釜1相连通，所述的第一进气管83和第二进气管84上均设置有只允许气体进入超高压反应釜1的单向阀92。
当增压油缸81的活塞向左侧移动时，左侧增压气缸82的活塞杆会被推动向左侧移动，此时，由于出气口被单向阀92截止，左侧增加气缸内的气体只能通过第一进气管83进入超高压反应釜1内。由此同时，右侧增压气缸82的活塞杆会被拉动向左侧移动，此时右侧增压气缸82有杆腔内的气体通过第一连通气孔排出，外界的空气通过与右侧增压气缸82无杆腔相连通的进气口进入到右侧增压气缸82的无杆腔内。同理，当增压油缸81的活塞向左侧移动时，左侧增压气缸82进气，右侧增压气缸82排气。如此往复循环，实现超高压反应釜1的连续进气，从而达到加压的目的。
进一步地，为了稳定超高压反应釜1内的压力，如图1所示，所述的第一进气管83和第二进气管84并联在总进气管85上，所述的总进气管85与所述的超高压反应釜1相连通，所述的总进气管85上设置有蓄能器91。
如图1和图2所示，所述超高压反应釜1的左端设置有第一法兰管11，所述超高压反应釜1的右端设置有第二法兰管12，且所述第二法兰管12的开口端设置有封板13，并与所述的封板13密封连接。
所述超高压反应釜1的左端设置有密封缸筒2，所述的密封缸筒2为一端开口一端封闭的筒状结构，所述密封缸筒2的开口端与所述第一法兰管11的法兰盘密封连接。所述的密封缸筒2内设置有密封活塞21，所述的密封活塞21与所述的密封缸筒2密封连接。所述密封活塞21的活塞杆穿过所述密封缸筒2的封闭端延伸至所述密封缸筒2的外部，并与密封油缸3的活塞杆固定连接。在密封油缸3的作用下，所述的密封活塞21可沿所述的密封缸筒2轴向滑动。所述密封缸筒2的封闭端设置有与外界相连通的第二连通气孔。
如图3所示，所述密封缸筒2的中部设置有与外界相连通的用于取放物料的物料口22。优选的，所述的物料口22为一方形口。
如图4所示，所述的传送单元4包括设置于所述第二法兰管12内的呈圆柱状的支撑滑块49，且所述的支撑滑块49与所述的第二法兰管12之间为间隙配合。
优选的，所述的支撑滑块49的圆柱侧面上沿圆周方向均布设置有多个弹簧53万向球(图中未视出)。在这里设置弹簧53万向球的作用主要是为了减小支撑滑块49与第二法兰管12之间的摩擦力。
所述的超高压反应釜1内位于所述的密封活塞21和支撑滑块49之间设置有一方形框架。如图8所示，所述的方形架体包括两根横梁41，两根所述横梁41的两端分别通过连接板42相连，所述的横梁41和连接板42共同形成了所述的方形框架。进一步地，为了提高所述方形框架的刚性，如图8所示，所述的方形框架内位于两根所述的横梁41之间均布设置有多个加强梁43。
如图6所示，所述方形框架两端的连接板42分别通过螺栓与所述的密封活塞21、支撑滑块49固定连接。
如图8所示，所述的方形框架内位于所述方形框架的两端分别设置有主动辊44和从动辊45，且所述的主动辊44和从动辊45分别通过轴承组件与所述的方形框架转动连接。如图6所示，所述的主动辊44和从动辊45之间设置有传送带46。
如图5所示，所述的方形框架内位于所述主动辊44的外侧(以远离从动辊45的一侧为外侧)设置有主动轴47，且所述主动轴47的两端分别通过轴承组件与所述的方形框架转动连接。所述的主动轴47上位于所述方形框架的外部固定设置有主动直齿轮471，所述的主动辊44上设置有与所述的主动直齿轮471相啮合的从动直齿轮441。
所述的超高压反应釜上设置有用于测量超高压反应釜内温度的温度计。
冻结工作过程如下：
第一，放入物料
首先，密封油缸3的活塞杆缩回，带动密封活塞21在密封缸筒2内向左侧移动，直至所述的主动轴47和传送带46的端部移动至所述的物料口22处。然后向传送带46上放置已经盛放好物料的托盘，且放一份物料转动一下主动轴47，使传送带46带动物料进入超高压反应釜1的内部，然后再放一份物料。如此反复进行，直至所述的传送带46上放满物料。然后密封油缸3活塞杆伸出，直至密封活塞21移动至物料口22的右端，从而实现超高压反应釜1的密封，此时超高压反应釜1是一个完全封闭的容器。
第二，冷冻
开启制冷机组71，对超高压反应釜1内的物料进行预冷，当温度达到1℃～-3℃左右关闭机组。然后开启增压油缸81，在增压油缸81的活塞左右运动的过程中，会推动两侧的增压气缸82连续不断的向超高压反应釜1内充入气体，对超高压反应釜1进行加压，加压至200-300MPa左右(具体根据不同食品的特性确定)。根据水的物性参数可知，当压力为220MPa时，水的冰点从常压下的0℃降低至-22℃。此时，继续开启制冷机组，对物料进行降温至-20℃左右后关闭机组，维持3-5分钟，此时食品在该压力下未达到冰点温度，处于未冻结状态，食品内水为液态。开启密封液压缸，密封油缸3的活塞杆缩回，带动密封缸筒2内的密封活塞21向左移动，当所述的密封活塞21移动至物料口22左侧时，超高压反应釜1内的压力会骤然下降，恢复至常压状态，
由于压力的瞬时性和同步性，温度不变，造成食品内水具有均匀一致的过冷度，物料内的水会由液态瞬间变成固态，食品迅速形成均匀一致的冰晶，完成瞬间速冻过程。
第三，取出物料
与放入物料时相似，首先将暴露在物料口22处的物料取走，然后转动主动轴47，使传送带46上的物料移动至物料口22处，如此反复，直至取走所有物料。
进一步地，为了方便操作，所述的密封缸筒2的物料口22上设置有用于驱动所述主动轴47转动的驱动组件。如图3和图11所示，所述的驱动组件包括与所述的密封缸筒2固定连接的安装板51，所述安装板51的上方设置有滑动板52。所述的滑动板52上设置有驱动轴54，且所述的驱动轴54通过轴承组件与所述的滑动板52转动连接，所述驱动轴54的下端穿过所述的安装板51延伸至所述物料口22内，所述驱动轴54的下端固定设置有主动锥齿轮541，所述的主动轴47上位于两根所述的横梁41之间固定设置有从动锥齿轮472。所述驱动轴54的上端设置有手柄(图中未视出)。所述的安装板51上位于所述驱动轴54的两侧固定设置有导柱511，所述的滑动板52上设置有与所述的导柱511相配合的导向孔，所述的滑动板52可沿所述的导柱511上下滑动。所述的导柱511上位于所述的安装板51和滑动板52之间套设有弹簧53。
这样，当需要驱动主动轴47转动时(此时所述的主动轴47和传送带46的端部移动至所述的物料口22处)，下压驱动轴54，直至所述驱动轴54下端的主动锥齿轮541与主动轴47上的从动锥齿轮472处于啮合状态，然后转动驱动轴54上的手柄即可。当操作完毕时，释放滑动板52，滑动板52在弹簧53的作用下向上移动，主动锥齿轮541与从动锥齿轮472脱离。
进一步地，如图11所示，所述安装板51的两端分别设置有定位拉杆55，且所述定位拉杆55的下端与所述的安装板51相铰接，所述的定位拉杆55上设置有定位螺母551，所述滑动板52的两端分别设置有与所述的定位拉杆55相配合的缺口。
这样，只需要调节定位螺母551在定位拉杆55上的位置，从而使滑动板52的上侧面压紧在定位螺母551上时，所述的主动锥齿轮541刚好与所述的从动锥齿轮472相啮合。在需要转动主动轴47时，只需要转动定位拉杆55，使定位拉杆55卡到滑动板52的缺口内即可，此时滑动板52在弹簧53的作用下压紧在定位螺母551上。
进一步地，如图7所示，所述的横梁41为一矩形管，所述的横梁41上设置有轴承座6，所述的主动轴47、主动辊44和从动辊45分别通过轴承组件有所述的轴承座6转动连接。如图10所示，所述的轴承座6包括圆柱筒体，所述圆柱筒体的一端设置有连接法兰，所述的横梁41上设置有用于容纳所述圆柱筒体的通孔，所述的连接法兰通过螺钉与所述的横梁41固定连接。
进一步地，为了防止无聊从传送带46上掉落，如图5所示，所述的横梁41上设置有截面呈L型的挡板48，所述的挡板48通过螺钉与所述的横梁41固定连接。
Claims (9)
1.一种超高压快速冻结设备，包括制冷装置，其特征在于：还包括超高压反应釜和对超高压反应釜加压的增压器；
所述的制冷装置包括制冷机组和设置于所述超高压反应釜内的冷却盘管，所述的冷却盘管通过辐射制冷的方式制冷；
所述超高压反应釜的左、右两端分别设置有第一法兰管和第二法兰管，且所述第二法兰管的开口端密封设置有封板；
所述的第一法兰管上密封设置有密封缸筒，所述的密封缸筒内设置有密封活塞，所述密封活塞的活塞杆穿过所述密封缸筒的封闭端后与密封油缸的活塞杆固定连接；
所述密封缸筒的中部设置有与物料口；
所述的超高压反应釜内设置有传送单元，所述的传送单元包括设置于所述第二法兰管内的支撑滑块，所述的密封活塞和支撑滑块之间固定设置有一方形框架，所述的方形框架内设置有主动辊、从动辊和传送带，所述主动辊的外侧设置有与所述的方形框架转动连接的主动轴，所述的主动轴上设置有主动直齿轮，所述的主动辊上设置有与所述的主动直齿轮相啮合的从动直齿轮。
2.根据权利要求1所述的一种超高压快速冻结设备，其特征在于：所述密封缸筒的物料口上固定设置有安装板，所述安装板的上方设置有滑动板，且所述的滑动板通过导柱与所述的安装板滑动连接，所述的导柱上位于所述的安装板和滑动板之间套设有弹簧，所述的滑动板上转动设置有驱动轴，所述驱动轴的下端穿过安装板延伸至物料口内，且所述驱动轴的下端固定设置有主动锥齿轮，所述的主动轴上固定设置有从动锥齿轮，所述驱动轴的上端设置有手柄。
3.根据权利要求2所述的一种超高压快速冻结设备，其特征在于：所述安装板的两端分别铰接有定位拉杆，所述的定位拉杆上设置有定位螺母，所述滑动板的两端分别设置有与所述的定位拉杆相配合的缺口。
4.根据权利要求1所述的一种超高压快速冻结设备，其特征在于：所述的方形框架上位于所述传送带的两侧固定设置有挡板。
5.根据权利要求1所述的一种超高压快速冻结设备，其特征在于：所述支撑滑块的圆柱侧面上沿圆周方向均布设置有多个弹簧万向球。
6.根据权利要求1所述的一种超高压快速冻结设备，其特征在于：所述的增压器包括增压油缸，且所述的增压油缸为双杆双作用缸，所述增压油缸的两侧分别设置有增压气缸，所述增压油缸两侧的活塞杆分别与所述增压气缸的活塞杆固定连接，所述增压气缸的一端设置有与增压气缸无杆腔相连通的进气口和出气口，所述的进气口上设置有单向阀，所述增压气缸的另一端设置有与增压气缸有杆腔相连通的第一连通气孔，两个所述增压气缸的出气口分别通过第一进气管和第二进气管与所述的超高压反应釜相连，所述的第一进气管和第二进气管上均设置有单向阀。
7.根据权利要求6所述的一种超高压快速冻结设备，其特征在于：所述的第一进气管和第二进气管并联在总进气管上，所述的总进气管上设置有蓄能器。
8.根据权利要求1所述的一种超高压快速冻结设备，其特征在于：所述的制冷机组和冷却盘管之间设置有储液桶，所述制冷机组的制冷剂通过管路进入储液桶的管侧，所述储液桶的壳侧通过管路与超高压反应釜内的却盘管形成循环回路，且所述的循环回路上设置有用于驱动载冷剂循坏的循环泵。
9.根据权利要求8所述的一种超高压快速冻结设备，其特征在于：所述的载冷剂采用乙二醇。
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