CN113331338B - 一种消毒用高压液态co2接触式速冻设备及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消毒用高压液态CO2接触式速冻设备及实现方法。本发明采取在增压环境下使用液态二氧化碳喷淋速冻的方法，确保二氧化碳以液态的形式存在，因此，本发明利用液态二氧化碳的消毒机理，杀灭食品表面的致病生物，尤其是低温下使用常规手段难以杀灭的病毒，这极大程度的提高了食品安全性；由于液态二氧化碳比固态二氧化碳与食品的接触面积更大，传热更快，因此本发明的方法其急冻率相较于目前常压的“液态”二氧化碳喷淋速冻工艺更好；在能效上相比于液氮法具有明显优势；使用缓冲舱，使得同一时间内在带压系统中能够处理三个批次的食品，大大提高了增压与卸压这一瓶颈环节的效率。
Description
技术领域
本发明涉及食品冷冻技术领域，具体涉及一种具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备及实现方法。
背景技术
目前冷链消毒手段较少，因为常见的消灭病毒的手段均无法使用于冷链环境：热处理不适用于低温冷链，以水为溶剂的消毒液会在冷链下结冰，而诸如酒精等消毒剂则成本高昂。紫外线虽然成本低廉，但其消毒效果受波长和照射量影响较大，要做到均匀照射则必须对食品不断翻动，因此无法同时对大量食品同时进行处理。
由于二氧化碳为非极性分子，因此液态二氧化碳具有脂溶性，在添加少许极性分子的脂溶性助溶剂后，可用于提取生物质当中的磷脂、胆固醇等。新冠病毒属于包膜病毒的一种，覆盖在其表面的包膜由宿主的脂质细胞膜组成；若用脂溶性溶剂（如肥皂水）溶解这层包膜，则病毒被破坏失活。这即为液态二氧化碳的病毒灭活机理。
虽然液态二氧化碳的单位制冷量成本相较于液氮更低，但目前在冷链当中的速冻工艺很少有使用液态二氧化碳直冷速冻的。其原因是二氧化碳在常温下不存在液态，需要增压至0.518MPa以上才可有液态存在。虽有仿照液氮喷淋速冻工艺的液态二氧化碳喷淋速冻工艺，但在此工艺中使用的液态二氧化碳于常压环境下迅速地转变为气态和固态（干冰），然后借助干冰缓慢升华过程中创造的低温来进行制冷。因此，这种喷淋速冻工艺冷冻速度缓慢，急冻率差，且不具备消毒能力。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备及实现方法，以液态二氧化碳组成的制冷剂兼消毒剂。
本发明的一个目的在于提出一种具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备。
本发明的具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备包括：第一缓冲舱、高压冷冻舱、第二缓冲舱、第一至第三压力表、第一至第三空气压缩机、第一至第三卸压阀、第一温度传感器、消毒制冷剂池、消毒制冷剂、消毒制冷剂储罐、截止阀、增压泵、常压余冷冷冻装置、温度控制系统以及压力控制系统；其中，第一和第二缓冲舱均为内部中空且封闭的腔体；第一缓冲舱的两端分别设置有第一入舱门和第一出舱门，在第一缓冲舱的侧壁上设有第一空气压缩机和第一卸压阀，在第一空气压缩机上设有第一压力表；高压冷冻舱为内部中空且封闭的腔体，在高压冷冻舱的两端分别设置有输入口和输出口，第一缓冲舱的第一出舱门连接高压冷冻舱的输入口；在高压冷冻舱的侧壁上设置第三空气压缩机和第三卸压阀，在第三空气压缩机上设置有第三压力表；高压冷冻舱内设置有消毒制冷剂池，消毒制冷剂池为敞口容器，在消毒制冷剂池内盛装消毒制冷剂，并在消毒制冷剂池内设有第一温度传感器；消毒制冷剂采用液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物；消毒制冷剂储罐通过管道连接至消毒制冷剂池，在连接消毒制冷剂储罐至消毒制冷剂池的管道上设置截止阀和增压泵；第二缓冲舱的两端分别设置有第二入舱门和第二出舱门，高压冷冻舱的输出口连接第二缓冲舱的第二入舱门；在第二缓冲舱的侧壁上设置第二空气压缩机和第二卸压阀，第二空气压缩机上设置有第二压力表；第二缓冲舱的第二出舱门连接至常压余冷冷冻装置；第一至第三卸压阀通过管道分别连接至消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置；第一至第三压力表、第一至第三空气压缩机、第一至第三卸压阀、截止阀和增压泵分别连接至压力控制系统，第一温度传感器连接至温度控制系统；
第一压力表实时监测第一缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第一卸压阀将第一缓冲舱内的压力降至大气压，第一缓冲舱内的压力降至大气压后将生鲜食品运输至第一缓冲舱内；压力控制系统通过控制第一空气压缩机向第一缓冲舱内加压，使第一缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同；第一缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同后将生鲜食品从第一缓冲舱运输至高压冷冻舱内的消毒制冷剂池；消毒制冷剂从消毒制冷剂储罐输送至消毒制冷剂池；第一温度传感器实时监测消毒制冷剂池内的温度并传输至温度控制系统，第三压力表实时监测高压冷冻舱内的压力并传输至压力控制系统；压力控制系统监测到高压冷冻舱内的压力低于冷冻压力后，通过开启第三空气压缩机，使得高压冷冻舱内的压力提高到冷冻压力，或者监测到压力高于冷冻压力后，通过开启第三卸压阀，使得高压冷冻舱内的压力降低到冷冻压力；温度控制系统实时监测消毒制冷剂池内的温度，通过截止阀的开启与关闭和增压泵的功率控制，控制消毒制冷剂的流量，温度越低流量越大，使得消毒制冷剂内的消毒制冷剂的温度达到冷冻温度，从而实现快速冷冻；同时，二氧化碳为非极性分子，消毒制冷剂中的液态二氧化碳具有脂溶性，在加入极性脂溶性助溶剂后的混合物能够提取生物质当中的极性脂质，覆盖在包膜病毒表面的包膜由宿主的脂质细胞膜组成，因此液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物能够溶解覆盖在包膜病毒表面的包膜，从而使得病毒内的物质外漏，病毒被破坏失活，从而在快速冷冻的同时实现消毒；冷冻和消毒完成后，第二压力表实时监测第二缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二空气压缩机向第二缓冲舱内加压，使第二缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同，第二缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同后将冷冻和消毒后的生鲜食品从高压冷冻舱运输至第二缓冲舱；压力控制系统通过控制第二卸压阀向第二缓冲舱内加压，压力控制系统通过控制第二卸压阀将第二缓冲舱内的压力降至大气压，第二缓冲舱内的压力降至大气压后将冷冻和消毒后的生鲜食品运输至常压余冷冷冻装置；在常压余冷冷冻装置当中，生鲜食品与高压冷冻舱废气进行进一步的换热，使生鲜食品缓慢的冷却，直至食物中心达到目标温度。
进一步，第一缓冲舱的第一入舱门连接料斗，生鲜食品通过料斗经第一入舱门进入至第一缓冲舱。
第二缓冲舱的第二出舱门通过传送带连接至常压余冷冷冻装置，第二缓冲舱的冷冻且消毒后的生鲜食品经第二出舱门通过传送带传送至常压余冷冷冻装置。
消毒制冷剂中，液态二氧化碳的摩尔百分比为80~99%；极性脂溶性助溶剂的摩尔百分比为1~20%；极性脂溶性助溶剂采用具有脂溶性的极性的有机小分子化合物，乙醇、丙酮。
高压冷冻舱内的冷冻温度视生鲜食品的种类不同而定，在≤0℃的范围内任意选择；高压冷冻舱内的冷冻压力为0.518MPa至5MPa，其中常用的压力区间为0.518MPa至2MPa；上述的冷冻压力还需要受到冷冻温度的限制，具体表现为冷冻压力的下限需要大于等于冷冻温度下二氧化碳的气液相平衡压力，温度越高，所需的冷冻压力的下限越高，反之亦然；并且无论冷冻温度多低，该下限都至少为0.518MPa。
第一至第三卸压阀采用节流膨胀阀，节流膨胀阀向外连接常压管道，这些常压管道相互连通，形成充满低温气体的低温常压管道网；低温常压管道网的末端连接三通阀门，并分成两个支路管道，一个支路管道连接至消毒制冷剂储罐，另一个管道连接至常压余冷冷冻装置，从而将低温常压管道网中经膨胀产生的低温废气分别运输至消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置，并分别与消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置内的换热器进行换热，从而利用第一和第二缓冲舱以及高压冷冻舱废气中的剩余冷量。
连接消毒制冷剂池与消毒制冷剂储罐的管道为中压管道，公称压力应大于等于6MPa。
常压余冷冷冻装置包括常压冷冻舱、换热器和第二温度传感器，常压冷冻舱为内部中空且封闭的腔体，常压冷冻舱的两端分别设置有第三入舱门和第三出舱门；第二缓冲舱的第二出舱门连接至常压冷冻舱的第三入舱门；常压冷冻舱的内壁上设置换热器，低温常压管道网的末端经三通阀门，再通过另一个管道连接至换热器；在常压冷冻舱内设置有第二温度传感器连接至温度控制系统，低温常压管道网的末端的三通阀门连接至温度控制系统；第二温度传感器实时监测常压冷冻舱内的温度，并传输至温度控制系统，温度控制系统控制三通阀门的开放程度；常压余冷冷冻装置中的制冷量来源为换热器，通过将生鲜食品与从高压冷冻舱内排出的废气进行换热，在常压下对生鲜食品进行缓慢的冷却，直至食物中心达到所需的温度。
新冠病毒属于包膜病毒的一种，覆盖在其表面的包膜由宿主的脂质细胞膜组成；采用脂溶性溶剂溶解这层包膜，则病毒内物质外漏，病毒被破坏失活。考虑到冷链环境的特殊性，这种制冷剂兼消毒剂必须能适用于低温环境，且不影响食物的品质与安全性。常见消毒剂通常不耐低温，且相当一部分的消毒剂不可直接接触食品。液态二氧化碳作为脂溶性溶剂，其无毒无味无残留的特点使其适用于食品冷链领域。本发明以液态二氧化碳作为主体，辅以少量的乙醇等极性脂溶性物质作助溶剂，来达到对冷链中的食品快速冷冻而全面消毒的目的。
本发明的另一个目的在于提出一种具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备的实现方法。
本发明的具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备的实现方法，包括以下步骤：
1) 第一压力表实时监测第一缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第一卸压阀将第一缓冲舱内的压力降至大气压，第一缓冲舱内的压力降至大气压后，打开第一缓冲舱的第一入舱门，将生鲜食品运输至第一缓冲舱内，关闭第一缓冲舱的第一入舱门；
2) 第一压力表实时监测第一缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过开启第一空气压缩机向第一缓冲舱内加压，使第一缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同；第一缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同后，打开第一缓冲舱的第一出舱门，将生鲜食品从第一缓冲舱运输至高压冷冻舱内的消毒制冷剂池，关闭第一缓冲舱的第一出舱门；在第一出舱门关闭后，压力控制系统通过开启第一卸压阀，使得第一缓冲舱内的压力降至大气压；
3) 消毒制冷剂从消毒制冷剂储罐输送至消毒制冷剂池；第一温度传感器实时监测消毒制冷剂池内的温度并传输至温度控制系统，第三压力表实时监测高压冷冻舱内的压力并传输至压力控制系统；压力控制系统监测到高压冷冻舱内的压力低于冷冻压力后，通过开启第三空气压缩机，使得高压冷冻舱内的压力提高到冷冻压力，或者监测到压力高于冷冻压力后，通过开启第三卸压阀，使得高压冷冻舱内的压力降低到冷冻压力；温度控制系统实时监测消毒制冷剂池内的温度，通过截止阀的开启与关闭和增压泵的功率控制，控制消毒制冷剂的流量，温度越低流量越大，使得消毒制冷剂内的液体的温度达到冷冻温度以下，从而实现快速冷冻；同时，二氧化碳为非极性分子，消毒制冷剂中的液态二氧化碳具有脂溶性，在加入极性脂溶性助溶剂后的混合物能够提取生物质当中的极性脂质，覆盖在包膜病毒表面的包膜由宿主的脂质细胞膜组成，因此液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物能够溶解覆盖在包膜病毒表面的包膜，从而使得病毒内的物质外漏，病毒被破坏失活，从而在快速冷冻的同时实现全面消毒；
4) 冷冻和消毒完成后，第二压力表实时监测第二缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二空气压缩机向第二缓冲舱内加压，使第二缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同，第二缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同后，打开第二缓冲舱的第二入舱门，将冷冻和消毒后的生鲜食品从高压冷冻舱运输至第二缓冲舱；
5) 第二压力表实时监测第二缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二卸压阀将第二缓冲舱内的压力降至大气压，第二缓冲舱内的压力降至大气压后，打开第二缓冲舱的第二出舱门，将冷冻和消毒后的生鲜食品运输至常压余冷冷冻装置，关闭第二缓冲舱的第二出舱门；在第二出舱门关闭后，压力控制系统通过开启第二空气压缩机，使得第二缓冲舱内的压力升至与消毒冷冻舱内的压力相同；
6) 在常压余冷冷冻装置当中，生鲜食品与冷冻舱废气进行进一步的换热，使生鲜食品缓慢的冷却，直至食物中心达到目标温度；
7) 得到的成品置于冷库中长期贮存。
其中，在步骤3）中，温度控制系统控制的高压冷冻舱内的冷冻温度为≤0℃；压力控制系统控制的高压冷冻舱内的冷冻压力为0.518MPa至5MPa；温度控制系统控制的高压冷冻舱内的冷冻压力的下限需要大于等于冷冻温度下二氧化碳的气液相平衡压力。
在步骤1）~5）中，第一至第三卸压阀将高压冷冻舱内排出的废气通过低温常压管道网分别运输至消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置，并分别与消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置内的换热器进行换热，从而利用第一和第二缓冲舱以及高压冷冻舱废气中的剩余冷量。
在同一时间内，当高压冷冻舱在通入消毒制冷剂进行消毒速冻过程的同时，第一缓冲舱正在打开空气压缩机增压，第二缓冲舱正在打开卸压阀卸压，使得同一时间内在带压系统中能够处理三个批次的食品，大大提高了增压与卸压这一瓶颈环节的效率。
本发明的优点：
(1) 本发明采取在增压环境下使用液态二氧化碳喷淋速冻的方法，确保二氧化碳以液态的形式存在，因此，本发明利用液态二氧化碳的消毒机理，杀灭食品表面的致病生物，尤其是低温下使用常规手段难以杀灭的病毒，这极大程度的提高了食品安全性；
(2) 由于液态二氧化碳比固态二氧化碳与食品的接触面积更大，传热更快，因此本发明的方法其急冻率相较于目前常压的“液态”二氧化碳喷淋速冻工艺更好；
(3) 虽然本发明的方法相比于成熟的液氮浸泡速冻方法，其需要额外付出增压的成本，但目前，原材料液态二氧化碳的成本略微低于液氮法，且本发明的方法在能效上相比于液氮法的优点有三：第一是同样的制冷量下，液二氧化碳的温度远高于液氮，因此蒸发过程中的㶲损失远小于液氮；第二是利用了液气相变潜热远大于单相内的温差显热的特点，因为液二氧化碳的蒸发热远大于液氮的蒸发热，所以同等质量下的液二氧化碳拥有更高的制冷量；第三是利用了绝热膨胀过程中气体温度降低的特点，将高压下高于食品温度的废气转化为常压下低于食品温度的气体，利用其来进一步冷却，进一步提高了能量利用效率，因此在未来，高能效的液二氧化碳相比于液氮的成本优势将会更加明显；
(4) 本发明使用了缓冲舱，使得同一时间内，当高压冷冻舱在通入消毒制冷剂进行消毒速冻过程的同时，第一缓冲舱正在打开空气压缩机增压，第二缓冲舱正在打开卸压阀卸压。由于增压和卸压的过程相对较慢，缓冲舱的设计使得同一时间内在带压系统中能够处理三个批次的食品，大大提高了增压与卸压这一瓶颈环节的效率。
附图说明
图1为本发明的具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备的一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本实施例的具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备包括：第一缓冲舱3、高压冷冻舱14、第二缓冲舱8、第一至第三压力表、第一空气压缩机4、第二空气压缩机9、第三空气压缩机12、第一卸压阀5、第二卸压阀10、第三卸压阀13、第一温度传感器、消毒制冷剂池15、消毒制冷剂、消毒制冷剂储罐16、截止阀19、增压泵18、常压余冷冷冻装置23、温度控制系统以及压力控制系统；其中，第一和第二缓冲舱8均为内部中空且封闭的腔体；第一缓冲舱3的两端分别设置有第一入舱门2和第一出舱门6，在第一缓冲舱3的侧壁上设有第一空气压缩机4和第一卸压阀5，在第一空气压缩机4上设有第一压力表；高压冷冻舱14为内部中空且封闭的腔体，在高压冷冻舱14的两端分别设置有输入口和输出口，第一缓冲舱3的第一出舱门连接高压冷冻舱14的输入口；在高压冷冻舱14的侧壁上设置第三空气压缩机12和第三卸压阀13，在第三空气压缩机12上设置有第三压力表；高压冷冻舱14内设置有消毒制冷剂池15，消毒制冷剂池15为敞口容器，在消毒制冷剂池15内盛装消毒制冷剂，并在消毒制冷剂池15内设有第一温度传感器；消毒制冷剂采用液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物；消毒制冷剂储罐16通过管道连接至消毒制冷剂池15，在连接消毒制冷剂储罐16至消毒制冷剂池15的管道17上设置截止阀19和增压泵18；第二缓冲舱8的两端分别设置有第二入舱门7和第二出舱门11，高压冷冻舱14的输出口连接第二缓冲舱8的第二入舱门；在第二缓冲舱8的侧壁上设置第二空气压缩机9和第二卸压阀10，第二空气压缩机9上设置有第二压力表；第二缓冲舱8的第二出舱门连接至常压余冷冷冻装置23；第一至第三卸压阀13通过管道分别连接至消毒制冷剂储罐16和常压余冷冷冻装置23；第一至第三压力表、第一至第三空气压缩机12、第一至第三卸压阀13、截止阀19和增压泵18分别连接至压力控制系统，第一温度传感器连接至温度控制系统；第一至第三卸压阀13采用节流膨胀阀，节流膨胀阀向外连接常压管道，这些常压管道相互连通，形成充满低温气体的低温常压管道网20；低温常压管道网的末端连接三通阀门，并分成两个支路管道，一个支路管道连接至消毒制冷剂储罐16，另一个管道连接至常压余冷冷冻装置23，从而将低温常压管道网中经膨胀产生的低温废气通过废气排放管道22分别运输至消毒制冷剂储罐16和常压余冷冷冻装置23，并分别与消毒制冷剂储罐16和常压余冷冷冻装置23内的换热器21进行换热，从而利用第一第二缓冲舱8以及高压冷冻舱14废气中的剩余冷量。
本实施例中，第一缓冲舱3的第一入舱门2连接料斗，生鲜食品通过料斗经第一入舱门2进入至第一缓冲舱3；第二缓冲舱8的第二出舱门11通过传送带连接至常压余冷冷冻装置23，第二缓冲舱8的冷冻且消毒后的生鲜食品经第二出舱门11通过传送带传送至常压余冷冷冻装置23；消毒制冷剂中，液态二氧化碳的摩尔百分比为95%，极性脂溶性助溶剂的摩尔百分比为5%；极性脂溶性助溶剂采用乙醇；高压冷冻舱14内的冷冻温度为-56.4℃至-30℃；高压冷冻舱14内的冷冻压力为0.518MPa至2MPa；连接消毒制冷剂池15与消毒制冷剂储罐16的管道为中压管道，公称压力应大于等于6MPa。
实施例一
在本实施例中，高压液态二氧化碳于-30℃冷冻鱼肉并使中心达到-18℃，事先清洗所需冷冻的鱼肉，擦净表面的水渍，先取一部分体积较大的鱼肉进行冷冻时间的测试：将热电偶置于鱼肉最厚部位的中心，分别测量其在消毒制冷剂浸泡环境中温度达到0℃以下所需的时间T1，以及在缓慢冷却环境下温度达到-18℃所需的时间T2，本实施例的具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备的实现方法，包括以下步骤：
1) 第一压力表实时监测第一缓冲舱3内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第一卸压阀5将第一缓冲舱3内的压力降至大气压，第一缓冲舱3内的压力降至大气压后，打开第一缓冲舱3的第一入舱门2，将生鲜食品从原料仓1运输至第一缓冲舱3内，关闭第一缓冲舱3的第一入舱门2；
2) 第一压力表实时监测第一缓冲舱3内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过开启第一空气压缩机4向第一缓冲舱3内加压，使第一缓冲舱3内的压力与高压冷冻舱14内的压力相同，即2MPa±5%范围内；第一缓冲舱3内的压力与高压冷冻舱14内的压力相同后，打开第一缓冲舱3的第一出舱门6，将生鲜食品从第一缓冲舱3运输至高压冷冻舱14内的消毒制冷剂池15，关闭第一缓冲舱3的第一出舱门6；在第一出舱门6关闭后，压力控制系统通过开启第一卸压阀5，使得第一缓冲舱3内的压力降至大气压；
3) 消毒制冷剂从消毒制冷剂储罐16输送至消毒制冷剂池15；第一温度传感器实时监测消毒制冷剂池15内的温度并传输至温度控制系统，第三压力表实时监测高压冷冻舱14内的压力并传输至压力控制系统；压力控制系统监测到高压冷冻舱14内的压力低于冷冻压力后，通过开启第三空气压缩机12，使得高压冷冻舱14内的压力提高到冷冻压力2MPa±5%；或者监测到压力高于冷冻压力后，通过开启第三卸压阀13，使得高压冷冻舱14内的压力降低到冷冻压力；温度控制系统实时监测消毒制冷剂池15内的温度，通过截止阀19的开启与关闭和增压泵18的功率控制，控制消毒制冷剂的流量，温度越低流量越大，使得消毒制冷剂内的液体的温度达到-56.4℃至-30℃范围内，且液态二氧化碳的液面足以没过生鲜食品，从而实现快速冷冻；同时，二氧化碳为非极性分子，消毒制冷剂中的液态二氧化碳具有脂溶性，在加入极性脂溶性助溶剂后的混合物能够提取生物质当中的极性脂质，覆盖在包膜病毒表面的包膜由宿主的脂质细胞膜组成，因此液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物能够溶解覆盖在包膜病毒表面的包膜，从而使得病毒内的物质外漏，病毒被破坏失活，从而在快速冷冻的同时实现全面消毒；
4) 经历在消毒制冷剂浸泡环境中温度达到0℃以下所需的时间T1后，冷冻和消毒完成后，第二压力表实时监测第二缓冲舱8内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二空气压缩机9向第二缓冲舱8内加压，使第二缓冲舱8内的压力与高压冷冻舱14内的压力相同，第二缓冲舱8内的压力与高压冷冻舱14内的压力相同后，打开第二缓冲舱8的第二入舱门7，将冷冻和消毒后的生鲜食品从高压冷冻舱14运输至第二缓冲舱8；
5) 第二压力表实时监测第二缓冲舱8内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二卸压阀10将第二缓冲舱8内的压力降至大气压，第二缓冲舱8内的压力降至大气压后，打开第二缓冲舱8的第二出舱门11，将冷冻和消毒后的生鲜食品运输至常压余冷冷冻装置23，关闭第二缓冲舱8的第二出舱门11；在第二出舱门11关闭后，压力控制系统通过开启第二空气压缩机9，使得第二缓冲舱8内的压力升至与消毒冷冻舱内的压力相同；
6) 在常压余冷冷冻装置23当中，生鲜食品与冷冻舱废气进行进一步的换热，使生鲜食品缓慢的冷却，直至达到在缓慢冷却环境下温度达到-18℃所需的时间T2后，食物中心达到目标温度；
7) 得到的成品置于冷库24中长期贮存。
不同批次之间，上述步骤与操作能够同时进行：第一批产品在第二缓冲舱8卸压的同时，第二批产品正在消毒制冷剂池15中接触式冷冻，第三批产品在第一缓冲舱3加压，之前生产的产品在常压余冷冷冻装置23中缓慢冷却。
实施例二
在本实施例中，高压液态二氧化碳于-40℃冷冻牛羊肉并使中心达到-30℃，事先清洗所需冷冻的牛羊肉，擦净表面的水渍，先取一部分体积较大的牛羊肉进行冷冻时间的测试：将热电偶置于鱼肉最厚部位的中心，分别测量牛羊肉在消毒制冷剂浸泡环境中温度达到0℃以下所需的时间T3，以及在缓慢冷却环境下温度达到-30℃所需的时间T4，本实施例的具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备的实现方法，包括以下步骤：
1) 第一压力表实时监测第一缓冲舱3内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第一卸压阀5将第一缓冲舱3内的压力降至大气压，第一缓冲舱3内的压力降至大气压后，打开第一缓冲舱3的第一入舱门2，将生鲜食品运输至第一缓冲舱3内，关闭第一缓冲舱3的第一入舱门2；
2) 第一压力表实时监测第一缓冲舱3内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过开启第一空气压缩机4向第一缓冲舱3内加压，使第一缓冲舱3内的压力与高压冷冻舱14内的压力相同，即1.5MPa±5%范围内；第一缓冲舱3内的压力与高压冷冻舱14内的压力相同后，打开第一缓冲舱3的第一出舱门6，将生鲜食品从第一缓冲舱3运输至高压冷冻舱14内的消毒制冷剂池15，关闭第一缓冲舱3的第一出舱门6；在第一出舱门6关闭后，压力控制系统通过开启第一卸压阀5，使得第一缓冲舱3内的压力降至大气压；
3) 消毒制冷剂从消毒制冷剂储罐16输送至消毒制冷剂池15；第一温度传感器实时监测消毒制冷剂池15内的温度并传输至温度控制系统，第三压力表实时监测高压冷冻舱14内的压力并传输至压力控制系统；压力控制系统监测到高压冷冻舱14内的压力低于冷冻压力后，通过开启第三空气压缩机12，使得高压冷冻舱14内的压力提高到冷冻压力1.5MPa±5%；或者监测到压力高于冷冻压力后，通过开启第三卸压阀13，使得高压冷冻舱14内的压力降低到冷冻压力；温度控制系统实时监测消毒制冷剂池15内的温度，通过截止阀19的开启与关闭和增压泵18的功率控制，控制消毒制冷剂的流量，温度越低流量越大，使得消毒制冷剂内的液体的温度达到-56.4℃至-40℃范围内，且液态二氧化碳的液面足以没过生鲜食品，从而实现快速冷冻；同时，二氧化碳为非极性分子，消毒制冷剂中的液态二氧化碳具有脂溶性，在加入极性脂溶性助溶剂后的混合物能够提取生物质当中的极性脂质，覆盖在包膜病毒表面的包膜由宿主的脂质细胞膜组成，因此液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物能够溶解覆盖在包膜病毒表面的包膜，从而使得病毒内的物质外漏，病毒被破坏失活，从而在快速冷冻的同时实现全面消毒；
4) 经历在消毒制冷剂浸泡环境中牛羊肉温度达到0℃以下所需的时间T3后，冷冻和消毒完成后，第二压力表实时监测第二缓冲舱8内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二空气压缩机9向第二缓冲舱8内加压，使第二缓冲舱8内的压力与高压冷冻舱14内的压力相同，第二缓冲舱8内的压力与高压冷冻舱14内的压力相同后，打开第二缓冲舱8的第二入舱门7，将冷冻和消毒后的生鲜食品从高压冷冻舱14运输至第二缓冲舱8；
5) 第二压力表实时监测第二缓冲舱8内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二卸压阀10将第二缓冲舱8内的压力降至大气压，第二缓冲舱8内的压力降至大气压后，打开第二缓冲舱8的第二出舱门11，将冷冻和消毒后的生鲜食品运输至常压余冷冷冻装置23，关闭第二缓冲舱8的第二出舱门11；在第二出舱门11关闭后，压力控制系统通过开启第二空气压缩机9，使得第二缓冲舱8内的压力升至与消毒冷冻舱内的压力相同；
6) 在常压余冷冷冻装置23当中，生鲜食品与冷冻舱废气进行进一步的换热，使生鲜食品缓慢的冷却，直至达到在缓慢冷却环境下牛羊肉温度达到-30℃所需的时间T4后，食物中心达到目标温度；
7) 得到的成品置于冷库中长期贮存。
不同批次之间，上述步骤与操作能够同时进行：第一批产品在第二缓冲舱8卸压的同时，第二批产品正在消毒制冷剂池15中接触式冷冻，第三批产品在第一缓冲舱3加压，之前生产的产品在常压余冷冷冻装置23中缓慢冷却。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备，其特征在于，所述高压液态二氧化碳接触式速冻设备包括：第一缓冲舱、高压冷冻舱、第二缓冲舱、第一至第三压力表、第一至第三空气压缩机、第一至第三卸压阀、温度传感器、消毒制冷剂池、消毒制冷剂、消毒制冷剂储罐、截止阀、增压泵、常压余冷冷冻装置、温度控制系统以及压力控制系统；其中，第一和第二缓冲舱均为内部中空且封闭的腔体；第一缓冲舱的两端分别设置有第一入舱门和第一出舱门，在第一缓冲舱的侧壁上设有第一空气压缩机和第一卸压阀，在第一空气压缩机上设有第一压力表；高压冷冻舱为内部中空且封闭的腔体，在高压冷冻舱的两端分别设置有输入口和输出口，第一缓冲舱的第一出舱门连接高压冷冻舱的输入口；在高压冷冻舱的侧壁上设置第三空气压缩机和第三卸压阀，在第三空气压缩机上设置有第三压力表；高压冷冻舱内设置有消毒制冷剂池，消毒制冷剂池为敞口容器，在消毒制冷剂池内盛装消毒制冷剂，并在消毒制冷剂池内设有温度传感器；消毒制冷剂采用液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物；消毒制冷剂储罐通过管道连接至消毒制冷剂池，在连接消毒制冷剂储罐至消毒制冷剂池的管道上设置截止阀和增压泵；第二缓冲舱的两端分别设置有第二入舱门和第二出舱门，高压冷冻舱的输出口连接第二缓冲舱的第二入舱门；在第二缓冲舱的侧壁上设置第二空气压缩机和第二卸压阀，第二空气压缩机上设置有第二压力表；第二缓冲舱的第二出舱门连接至常压余冷冷冻装置；第一至第三卸压阀通过管道分别连接至消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置；第一至第三压力表、第一至第三空气压缩机、第一至第三卸压阀、截止阀和增压泵分别连接至压力控制系统，温度传感器连接至温度控制系统；
第一压力表实时监测第一缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第一卸压阀将第一缓冲舱内的压力降至大气压，第一缓冲舱内的压力降至大气压后将生鲜食品运输至第一缓冲舱内；压力控制系统通过控制第一空气压缩机向第一缓冲舱内加压，使第一缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同；第一缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同后将生鲜食品从第一缓冲舱运输至高压冷冻舱内的消毒制冷剂池；消毒制冷剂从消毒制冷剂储罐输送至消毒制冷剂池；温度传感器实时监测消毒制冷剂池内的温度并传输至温度控制系统，第三压力表实时监测高压冷冻舱内的压力并传输至压力控制系统；压力控制系统监测到高压冷冻舱内的压力低于冷冻压力后，通过开启第三空气压缩机，使得高压冷冻舱内的压力提高到冷冻压力，或者监测到压力高于冷冻压力后，通过开启第三卸压阀，使得高压冷冻舱内的压力降低到冷冻压力；温度控制系统实时监测消毒制冷剂池内的温度，通过截止阀的开启与关闭和增压泵的功率控制，控制消毒制冷剂的流量，温度越低流量越大，使得消毒制冷剂内的消毒制冷剂的温度达到冷冻温度，从而实现快速冷冻；同时，二氧化碳为非极性分子，消毒制冷剂中的液态二氧化碳具有脂溶性，在加入极性脂溶性助溶剂后的混合物能够提取生物质当中的极性脂质，覆盖在包膜病毒表面的包膜由宿主的脂质细胞膜组成，因此液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物能够溶解覆盖在包膜病毒表面的包膜，从而使得病毒内的物质外漏，病毒被破坏失活，从而在快速冷冻的同时实现消毒；冷冻和消毒完成后，第二压力表实时监测第二缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二空气压缩机向第二缓冲舱内加压，使第二缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同，第二缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同后将冷冻和消毒后的生鲜食品从高压冷冻舱运输至第二缓冲舱；压力控制系统通过控制第二卸压阀将第二缓冲舱内的压力降至大气压，第二缓冲舱内的压力降至大气压后将冷冻和消毒后的生鲜食品运输至常压余冷冷冻装置；在常压余冷冷冻装置当中，生鲜食品与高压冷冻舱废气进行进一步的换热，使生鲜食品缓慢的冷却，直至食物中心达到目标温度。
2.如权利要求1所述的高压液态二氧化碳接触式速冻设备，其特征在于，所述第一缓冲舱的第一入舱门连接料斗，生鲜食品通过料斗经第一入舱门进入至第一缓冲舱。
3.如权利要求1所述的高压液态二氧化碳接触式速冻设备，其特征在于，所述第二缓冲舱的第二出舱门通过传送带连接至常压余冷冷冻装置，第二缓冲舱的冷冻且消毒后的生鲜食品经第二出舱门通过传送带传送至常压余冷冷冻装置。
4.如权利要求1所述的高压液态二氧化碳接触式速冻设备，其特征在于，所述消毒制冷剂中，液态二氧化碳的摩尔百分比为80~99%；极性脂溶性助溶剂的摩尔百分比为1~20%。
5.如权利要求1所述的高压液态二氧化碳接触式速冻设备，其特征在于，所述极性脂溶性助溶剂采用具有脂溶性的极性的有机小分子化合物。
6.如权利要求1所述的高压液态二氧化碳接触式速冻设备，其特征在于，所述第一至第三卸压阀采用节流膨胀阀，节流膨胀阀向外连接常压管道，这些常压管道相互连通，形成充满低温气体的低温常压管道网；低温常压管道网的末端连接三通阀门，并分成两个支路管道，一个支路管道连接至消毒制冷剂储罐，另一个管道连接至常压余冷冷冻装置，从而将低温常压管道网中经膨胀产生的低温废气分别运输至消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置，并分别与消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置内的换热器进行换热，从而利用第一和第二缓冲舱以及高压冷冻舱废气中的剩余冷量。
7.一种如权利要求1所述的具有消毒作用的高压液态二氧化碳接触式速冻设备的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：
1) 第一压力表实时监测第一缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第一卸压阀将第一缓冲舱内的压力降至大气压，第一缓冲舱内的压力降至大气压后，打开第一缓冲舱的第一入舱门，将生鲜食品运输至第一缓冲舱内，关闭第一缓冲舱的第一入舱门；
2) 第一压力表实时监测第一缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过开启第一空气压缩机向第一缓冲舱内加压，使第一缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同；第一缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同后，打开第一缓冲舱的第一出舱门，将生鲜食品从第一缓冲舱运输至高压冷冻舱内的消毒制冷剂池，关闭第一缓冲舱的第一出舱门；在第一出舱门关闭后，压力控制系统通过开启第一卸压阀，使得第一缓冲舱内的压力降至大气压；
3) 消毒制冷剂从消毒制冷剂储罐输送至消毒制冷剂池；温度传感器实时监测消毒制冷剂池内的温度并传输至温度控制系统，第三压力表实时监测高压冷冻舱内的压力并传输至压力控制系统；压力控制系统监测到高压冷冻舱内的压力低于冷冻压力后，通过开启第三空气压缩机，使得高压冷冻舱内的压力提高到冷冻压力，或者监测到压力高于冷冻压力后，通过开启第三卸压阀，使得高压冷冻舱内的压力降低到冷冻压力；温度控制系统实时监测消毒制冷剂池内的温度，通过截止阀的开启与关闭和增压泵的功率控制，控制消毒制冷剂的流量，温度越低流量越大，使得消毒制冷剂内的液体的温度达到冷冻温度以下，从而实现快速冷冻；同时，二氧化碳为非极性分子，消毒制冷剂中的液态二氧化碳具有脂溶性，在加入极性脂溶性助溶剂后的混合物能够提取生物质当中的极性脂质，覆盖在包膜病毒表面的包膜由宿主的脂质细胞膜组成，因此液态二氧化碳与极性脂溶性助溶剂的混合物能够溶解覆盖在包膜病毒表面的包膜，从而使得病毒内的物质外漏，病毒被破坏失活，从而在快速冷冻的同时实现全面消毒；
4) 冷冻和消毒完成后，第二压力表实时监测第二缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二空气压缩机向第二缓冲舱内加压，使第二缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同，第二缓冲舱内的压力与高压冷冻舱内的压力相同后，打开第二缓冲舱的第二入舱门，将冷冻和消毒后的生鲜食品从高压冷冻舱运输至第二缓冲舱；
5) 第二压力表实时监测第二缓冲舱内的压力并传输至压力控制系统，压力控制系统通过控制第二卸压阀将第二缓冲舱内的压力降至大气压，第二缓冲舱内的压力降至大气压后，打开第二缓冲舱的第二出舱门，将冷冻和消毒后的生鲜食品运输至常压余冷冷冻装置，关闭第二缓冲舱的第二出舱门；在第二出舱门关闭后，压力控制系统通过开启第二空气压缩机，使得第二缓冲舱内的压力升至与消毒冷冻舱内的压力相同；
6) 在常压余冷冷冻装置当中，生鲜食品与冷冻舱废气进行进一步的换热，使生鲜食品缓慢的冷却，直至食物中心达到目标温度；
7) 得到的成品置于冷库中长期贮存。
8.如权利要求7所述的实现方法，其特征在于，在步骤3）中，温度控制系统控制的高压冷冻舱内的冷冻压力的下限需要大于等于冷冻温度下二氧化碳的气液相平衡压力。
9.如权利要求7所述的实现方法，其特征在于，第一至第三卸压阀将高压冷冻舱内排出的废气通过低温常压管道网分别运输至消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置，并分别与消毒制冷剂储罐和常压余冷冷冻装置内的换热器进行换热，从而利用第一和第二缓冲舱以及高压冷冻舱废气中的剩余冷量。
10.如权利要求7所述的实现方法，其特征在于，在同一时间内，当高压冷冻舱在通入消毒制冷剂进行消毒速冻过程的同时，第一缓冲舱正在打开空气压缩机增压，第二缓冲舱正在打开卸压阀卸压，使得同一时间内在带压系统中能够处理三个批次的食品。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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