CN115769035A - 用于冷冻消耗品的方法和设备 - Google Patents

用于冷冻消耗品的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN115769035A
CN115769035A CN202180038098.8A CN202180038098A CN115769035A CN 115769035 A CN115769035 A CN 115769035A CN 202180038098 A CN202180038098 A CN 202180038098A CN 115769035 A CN115769035 A CN 115769035A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchange
exchange fluid
temperature
consumable
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180038098.8A
Other languages
English (en)
Inventor
布伦特·欧文斯
肖恩·卡梅伦
布莱恩·泰勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitrafi Life Sciences Co ltd
Original Assignee
Vitrafi Life Sciences Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2020901100A external-priority patent/AU2020901100A0/en
Application filed by Vitrafi Life Sciences Co ltd filed Critical Vitrafi Life Sciences Co ltd
Publication of CN115769035A publication Critical patent/CN115769035A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
    • F25D11/04—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators specially adapted for storing deep-frozen articles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/36—Freezing; Subsequent thawing; Cooling
    • A23L3/363—Freezing; Subsequent thawing; Cooling the materials not being transported through or in the apparatus with or without shaping, e.g. in form of powder, granules, or flakes
    • A23L3/364—Freezing; Subsequent thawing; Cooling the materials not being transported through or in the apparatus with or without shaping, e.g. in form of powder, granules, or flakes with packages or with shaping in form of blocks or portions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D13/00—Stationary devices, e.g. cold-rooms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23B—PRESERVING, e.g. BY CANNING, MEAT, FISH, EGGS, FRUIT, VEGETABLES, EDIBLE SEEDS; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES; THE PRESERVED, RIPENED, OR CANNED PRODUCTS
    • A23B4/00—General methods for preserving meat, sausages, fish or fish products
    • A23B4/06—Freezing; Subsequent thawing; Cooling
    • A23B4/066—Freezing; Subsequent thawing; Cooling the materials not being transported through or in the apparatus with or without shaping, e.g. in the form of powder, granules or flakes
    • A23B4/068—Freezing; Subsequent thawing; Cooling the materials not being transported through or in the apparatus with or without shaping, e.g. in the form of powder, granules or flakes with packages or with shaping in the form of blocks or portions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23C—DAIRY PRODUCTS, e.g. MILK, BUTTER OR CHEESE; MILK OR CHEESE SUBSTITUTES; MAKING THEREOF
    • A23C3/00—Preservation of milk or milk preparations
    • A23C3/04—Preservation of milk or milk preparations by freezing or cooling
    • A23C3/05—Preservation of milk or milk preparations by freezing or cooling in packages
    • A23C3/055—Freezing in packages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/04—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection
    • F25D17/06—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection by forced circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D25/00—Charging, supporting, and discharging the articles to be cooled
    • F25D25/005—Charging, supporting, and discharging the articles to be cooled using containers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/006—Other cooling or freezing apparatus specially adapted for cooling receptacles, e.g. tanks
    • F25D31/007—Bottles or cans
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23V—INDEXING SCHEME RELATING TO FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES AND LACTIC OR PROPIONIC ACID BACTERIA USED IN FOODSTUFFS OR FOOD PREPARATION
    • A23V2002/00—Food compositions, function of food ingredients or processes for food or foodstuffs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2303/00—Details of devices using other cold materials; Details of devices using cold-storage bodies
    • F25D2303/08—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid
    • F25D2303/083—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid using cold storage material disposed in closed wall forming part of a container for products to be cooled
    • F25D2303/0831—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid using cold storage material disposed in closed wall forming part of a container for products to be cooled the liquid is disposed in the space between the walls of the container
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2317/00—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2317/04—Treating air flowing to refrigeration compartments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2317/00—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2317/06—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass with forced air circulation
    • F25D2317/061—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass with forced air circulation through special compartments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2317/00—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2317/06—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass with forced air circulation
    • F25D2317/068—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass with forced air circulation characterised by the fans
    • F25D2317/0682—Two or more fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2331/00—Details or arrangements of other cooling or freezing apparatus not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2331/80—Type of cooled receptacles
    • F25D2331/803—Bottles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2331/00—Details or arrangements of other cooling or freezing apparatus not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2331/80—Type of cooled receptacles
    • F25D2331/812—Trays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/28—Quick cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/30—Quick freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D25/00—Charging, supporting, and discharging the articles to be cooled
    • F25D25/02—Charging, supporting, and discharging the articles to be cooled by shelves
    • F25D25/021—Charging, supporting, and discharging the articles to be cooled by shelves combined with trays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D25/00—Charging, supporting, and discharging the articles to be cooled
    • F25D25/02—Charging, supporting, and discharging the articles to be cooled by shelves
    • F25D25/022—Baskets
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2200/00—Indexing scheme relating to G06F1/04 - G06F1/32
    • G06F2200/20—Indexing scheme relating to G06F1/20
    • G06F2200/201—Cooling arrangements using cooling fluid
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/18—Network design, e.g. design based on topological or interconnect aspects of utility systems, piping, heating ventilation air conditioning [HVAC] or cabling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Freezing, Cooling And Drying Of Foods (AREA)

Abstract

一种用于保存消耗品的设备，包括，布置在外部绝缘壳体内的内部壳体，其中，所述内部壳体的壁限定用于接收消耗品的隔室，所述壁包括用于将热交换流体流入所述隔室的入口壁，用于将热交换流体流体流出所述隔室的相对的出口壁，侧壁，以及底座；所述侧壁和所述底座邻接所述入口壁至所述出口壁，其中，所述入口壁和所述出口壁各自包括一系列孔，以容纳通过所述设备的连续热交换流体流，从而在操作中，使得容纳在所述内部壳体的所述隔室中的消耗品浸入所述热交换流体中以与所述热交换流体进行热交换。

Description

用于冷冻消耗品的方法和设备
技术领域
本发明涉及冷冻消耗品的方法和用于保存消耗品的设备。
背景技术
食品冷冻保存广泛应用于家庭和商业环境中。产品的温度降低到一个点，所有的变质过程(如化学和酶反应，以及微生物繁殖)都被减缓。通常情况下，酶促反应如脂肪酶活性可以通过冷冻前的产品焯水来停止。
现有的国内冷冻系统已设计成平衡操作成本与适当的冷冻温度，以增加产品的保质期。这类系统的温度范围是预先确定的，用户无法轻易改变。大多数国内冷冻系统采用直立显示设计，方便消费者使用，但可能会影响系统的冷却效率。
商用冷冻系统包括液氮单项速冻(individual quick-freezing,IQF)系统、液氮浸渍系统和风冷冷冻。虽然其中一些技术可以实现高传热率，杀死微生物和直接接触食品，但它们都降低了感官效果(味道、质地、外观)，通常只适用于低价值的产品。
虽然冷冻食品保存的好处众所周知，但现有的方法可能会导致质量的损失，主要的质量损失是质地和味道的变化，通常是由产品外层脱水引起的。另一个问题是“滴漏损失”，即冰晶在产品内生长并刺穿细胞壁，导致果汁外流，导致产品在解冻时质量损失。这反过来又会导致失去紧实度、营养和风味。当缓慢的冷冻过程或多次冷冻/解冻循环发生时，由于液体从细胞内部迁移到细胞外空间，冰晶生长的速度更严重。快速冷冻可以最大限度地减少水向细胞外空间的迁移，从而促进细胞内更小冰的形成，产生更同质的结构，对组织的损伤更小，滴漏损失更小。低温冷冻系统在生物医学领域经常用于保存细胞以备日后使用。冷冻保存过程通常由两个主要步骤组成:
1.控制冷却和保存细胞
在这一步中，液体从细胞中取出，用冷冻保护剂代替，然后放入受控的液氮浴中，实现玻璃化；
2.液氮长期保存
一旦细胞通过控制冷却保存下来，就会被放入液氮储容器中保存数年或直到需要的时候。
IQF技术和用于食品保存的液氮浸泡系统主要基于第二步，但如上所述，该过程可能会对产品造成损害，而且效率低下。第一步通常不是用来保存食品的解决方案，因为食品不能把液体取出来，用冷冻保护剂代替。
此外，食品的相变与保存的食品的质量高度相关。玻璃是非结晶的，具有类似于液体或非晶态的无序结构。在玻璃状态下，参与变质的化合物只能在分子距离上非常缓慢地扩散。因此，低于玻璃化转变温度的食物在数月甚至数年内都具有高度稳定性。玻璃化转变温度通常被报道为纯成分而不是真正的食物，因为食物是由多种成分的混合物组成的，因此很难预测整体性能。这是食品保存领域的一个持续挑战，在该领域没有一致和准确的数据，即使不是不可能，也很难实现。
在这种情况下，需要一种可靠的冷冻食物保存方法，它能成功地平衡a)达到减少或消灭微生物的目标温度的需要，b)减少冰晶形成从而减少细胞损伤所需的冷冻速率，c)经济可行性。
虽然存在用于冷冻食物的浸泡容器，但迄今为止的系统都遇到了在较低温度下液体粘度高和保持液体不受有机污染物污染的问题。如果包装是用来装食品和防止污染的，在快速冷却过程中，包括使用液氮过程的冷冻过程中，包装往往会破裂或发生其他损坏。
需要改进以具有成本效益的方式保存消耗品(例如鱼、肉、奶等)的系统，以保持原始食品的完整性，如减少对味道和营养价值的负面影响，并增加产品的安全性。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出了一种用于保存消耗品的设备，包括，布置在外部绝缘壳体内的内部壳体，其中，所述内部壳体的壁限定用于接收消耗品的隔室，所述壁包括用于将热交换流体流入所述隔室的入口壁，用于将热交换流体流体流出所述隔室的相对的出口壁，侧壁，以及底座；所述侧壁和所述底座邻接所述入口壁至所述出口壁，其中，所述入口壁和所述出口壁各自包括一系列孔，以容纳通过所述设备的连续热交换流体流，从而在操作中，容纳在所述内部壳体的所述隔室中的消耗品浸入所述热交换流体中以与所述热交换流体进行热交换。
根据本发明的第二方面，提出了一种使用热交换流体在保存设备中保存消耗品的方法，所述方法包括：
a、确定待冷冻的消耗品的近似几何形状的总表面积；
b、基于由于容器的几何形状和所述容器中食品的预定布置，以及所述热交换流体的温度的预定增加而引起的流动约束，对所述设备内的所述消耗品进行计算流体动力学分析；
c、确定在预定产品表面温度下所述消耗品的传热系数；
d、通过将在步骤c中确定的最低传热系数四舍五入到最接近的十来选择传热系数；
e、将所述消耗品的所述近似几何形状划分为预定数量的均匀分布的体积增量；
f、估计所述消耗品的热特性；
g、基于能量守恒分析，使用在步骤d中确定的所述传热系数，计算对于预定热交换流体温度和热交换流体的预定流速，每个增量从预定初始温度达到预定最终温度所需的时间；
h、基于在步骤f计算的所述时间确定可实现的平均冷却速率；
i、如果确定的可实现的平均冷却速率为每分钟0.5℃或更高，则选择所述预定热交换流体温度，并且如果确定的可实现的平均冷却速率小于每分钟0.5℃，选择完全低于预定热交换流体温度的热交换流体温度，使得可实现的冷却速率至少为每分钟0.5℃；
j、将所述消耗品布置在所述设备中以进行保存；和
k、使用步骤i中确定的温度对所述消耗品进行冷却，并以每分钟至少0.5℃的速率冷却所述消耗品。
总表面积可以是消耗品的简化几何估计的总表面积。例如，牛奶瓶可以近似地表示为圆柱体，因此总表面积就是这些圆柱体的总表面积。
消耗品可以是食品，例如鱼或肉、蔬菜或其他食品。消耗品也可包括液体产品，如牛奶或其他饮料或液体成分。本办法所称消耗品，也可以是指除包装(如瓶子、塑料膜等)外所消耗的产品。
本文披露的方法和设备的优选实施例可将冰晶的形成最小化并在保存过程中防止细胞损伤。
本文披露的方法和设备的优选实施例提供了不使用任何糖或合成添加剂的保存。
本文披露的方法的优选实施例规定了在不升华的情况下保存消耗品。
与常规冷冻相比，本文披露的方法和设备的优选实施例提供了更少的滴漏损失。
本文披露的方法和设备的优选实施例提供了对消耗品的保存，其中产品的营养价值被保留，产品的安全性被保留或与新鲜产品相比得到改善。
附图简要说明
本发明的实施例现在将仅通过非限制性示例的方式描述，并参考附图，其中:
图1示出了用于保存消耗品的容器的仰视立体图；
图2示出了用于保存消耗品的容器的俯视立体图；
图3示出了装有牛奶瓶的容器的俯视立体图；
图4示出了装有鱼或肉的托盘的容器的俯视立体图；
图5示出了装有鱼或肉的托盘的容器的容器俯视立体图；
图6示出了装有用来装瓶子的空篮子的容器的俯视立体图；
图7示出了装瓶子的篮子的俯视立体图；
图8示出了用于支持用来放置肉或鱼的托盘的支架的俯视立体图；
图9示出了用于支持肉或鱼的单独的托盘；
图10示出了装有100瓶1L牛奶的容器内温度的计算流体动力学分析的图表；
图11示出了计算流体动力学对容器内流体速度的计算的图表；
图12示出了图10所示分析的电导率俯视图；
图13示出了各排的瓶子之间的切线图，示出了容器内的温度分布；
图14示出了一排瓶子的切线图，示出了容器内的温度分布；
图15示出了一排瓶子的切线图，示出了容器内的速度分布；
图16示出了全脂牛奶比焓与温度的关系图表；
图17示出了牛奶的电导率；
图18示出了在第一种保存牛奶的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图19示出了在第一种保存牛奶的情况下，能量水平随时间变化的图表；
图20示出了在第二种保存牛奶的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图21示出了在第二种保存牛奶的情况下，能量水平随时间变化的图表；
图22示出了在第三种保存牛奶的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图23示出了在第三种保存牛奶的情况下，能量水平随时间变化的图表；
图24示出了在第四种保存牛奶的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图25示出了在第四种保存牛奶的情况下，能量水平随时间的变化的图表；
图26示出了鱼的比焓与温度的关系图表；
图27示出了鱼产品的电导率的图表；
图28示出了第一种保存鱼的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图29示出了在第一种保存鱼的情况下，能量水平随时间的变化的图表；
图30示出了在第二种保存鱼的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图31示出了在第一种保存鱼的情况下，能量水平随时间的变化的图表；
图32示出了在容器中的肉的温度的计算流体动力学分析的图像；
图33示出了在容器中的肉的速度的计算流体动力学分析的图像；
图34通过肉托盘的切线图，示出了容器内的温度分布；
图35通过肉托盘的切线图，示出了容器内的速度分布；
图36示出了在第三种保存鱼的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图37示出了在第三种保存鱼的情况下，能量水平随时间变化的图表；
图38示出了在第四种保存鱼的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图39示出了在第四种保存鱼的情况下，能量水平随时间变化的图表；
图40示出了肉的比焓与温度的关系图表；
图41示出了肉制品的电导率的图表；
图42示出了在第一种保存鱼的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图43示出了在第一种保存鱼的情况下，能量水平随时间变化的图表；
图44示出了在第二种保存鱼的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图45示出了在第二种保存鱼的情况下，能量水平随时间变化的图表；
图46示出了在第三种保存鱼的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图47示出了在第三种保存鱼的情况下，能量水平随时间变化的图表；
图48示出了在第四种保存鱼的情况下，温度随时间以11个平均分布的增量下降的图表；
图49示出了在第四种保存鱼的情况下，能量水平随时间变化的图表；以及
图50是制冷系统的管路和装置图。
具体实施方式
浸没容器
图1和图2示出了用于保存消耗品的浸没容器1。在这个例子中，浸没容器1示出了包含瓶子，有能力支持100个牛奶瓶。容器1由钢构造，符合ASTM A240。容器1有两个热交换流体入口2和两个热交换流体出口3，入口2位于入口壁4上，出口3位于出口壁5上。图2示出了位于容器1外墙内部的内部壳体10。内部壳体10具有入口壁14、出口壁15和底座16，每一个都包括孔11，以允许热交换流体流入和流出内部壳体10。孔11在入口壁14和出口壁15上设置有四排，每排十个，在底座16上设置有十排，每排十个。入口壁14和底座16上的孔11直径为10mm，出口壁15上的孔11直径为20mm。入口壁14距离入口壁2的内表面12 100mm，从而提供空隙13。在出口壁15和出口壁5的内表面之间提供类似的空隙。底座上进一步设置了100mm的空隙空间。内表面12由距离入口壁2 50mm处的钢板模壳定义，并由支架固定，钢板模壳提供一个在制造容器1时泵入聚氨酯泡沫绝缘体的空腔。从容器顶到容器壁向下约595mm处的所有四壁都以类似的方式提供绝缘。各排30mm直径的孔22沿着肋条23设置，该肋条23沿着每个壁的底部以大约45°的角度位于底座7和容器壁之间。这些肋条23用于支撑容器结构，也可以用作引导，以防止托盘或篮子靠在壁或内部壳体的底座10上。可以理解的是，如果有其他可能的安排，也可以支撑容器结构并发挥引导作用。这些孔22有助于减少热交换流体的停滞，这种停滞可能由于肋条23的存在而积累在容器内的这些区域。
从容器1的底座7处设置有排水管6，其形状为弯管，直接延伸到容器1的出口壁5以外，在热交换流体出口3以下。热交换流体入口2和热交换出口3的直径为80mm。
该容器1还包括由钢板形成的盖子(未显示)。容器1的底座7包括支撑容器1中心重量的四个中心腿部分8，以及位于容器1角并形成在容器壁两端的脚16。容器壁的下端设有切割部分9，为容器的底座7的维护提供通道。容器1的高度约为1.105米，设置为正方形配置，边长为1.705米。在冷冻牛奶的情况下，如图3所示，一个由瓶篮17组成的结构由在其相对的两端有钩子的杆18从盖子(未显示)悬挂，杆18通过附件部分19连接到盖子。
如图4所示，一个由40公斤的支架托盘21组成的结构可以从盖子上悬吊下来，用于保存肉和鱼。
图5示出了容器1中肉/鱼的支架托盘21的俯视立体图。图6示出了容器1中的瓶篮17。该瓶篮17包括用于容纳瓶侧的容纳孔20。
图7示出了分离的瓶篮17。篮子17具有底座254和相对的边30。边30附加到杆18的相对的末端，杆18通过附件部分19附加到盖子。瓶稳定部分20a包括瓶接收部分20，并通过卡进提供在相对边30的槽31连接到篮17。进一步地，在瓶接收部分20之间设有孔20b，当篮子17装满瓶子并浸在热交换流体中时，促进流体在瓶子之间流动。
图8示出了分离的肉/鱼支架托盘21。支架托盘21还包括相对的边30，单独的托盘28可以通过边30卡在槽31。每个单独的托盘都用锁扣25关闭。支架托盘21悬挂在杆18的相对两端，并通过附件部分19连接到容器的盖子的底侧。用户可以抓住手柄29从支架21上滑出单独的托盘28。
图9示出了分离的单独的托盘28。托盘上有成形部分26，用来装单个的肉或鱼块。托盘28在铰链接头27处关闭，并由锁扣25固定。
容器1内充满热交换液，在-70℃以上不会结冰。热交换流体通过热交换流体入口2进入腔体13，以每小时17立方米的体积流速泵入容器1。当热交换流体被迫通过小孔11的限制区域时，压力在腔体13中建立起来，从而降低了体积流速，但增加了流体进入内部壳体10的速度。一些流体也会在内部壳体10的下方流动，并被迫向上流动到出口壁5的相对空腔中，一些流体也会向上通过内部壳体10的底座7中设置的孔11。孔11改善了冷流体在容器内所有部位的分布(例如，见图10，示出了整个容器内的温度分布)，并最大限度地减少了热点的出现，否则热点很可能出现在入口区域以外的地方。当热交换流体连续通过容器1时，牛奶和奶瓶中的热量被带走，离开容器1的加热热交换流体随后与制冷系统进行交换，制冷系统不断冷却热交换流体。热交换液体本身与制冷系统中的制冷剂交换热量。
优选地，低范围传热流体被用作容器的浸没流体，有利地，这种流体即使在非常低的温度下也具有相对较低的粘度，从而降低了系统对泵功率的要求。下表(表1)规定了传热流体的一些热特性。
表1：传热液体的热特性
温度 密度 比热 导电率 粘度
[℃] [kg/m3] [J/kg-K] [W/m-K] [Pa-s]
-73.3 827 1630 0.1591 0.154
-59 820 1717 0.1585 0.038
-45.6 815 1760 0.1574 0.016
-17.8 791 1840 0.1539 0.005
23.9 755 2010 0.1504 0.0015
在上述每一种温度下，热交换流体的密度都非常低，小于水的密度。有利地，如果在容器运行期间发生任何破损或溢出，破碎或溢出的物质将倾向于下沉到容器较低的部分，有利于该物质的排水，而不会大量损失热交换流体。任何合适的热交换流体都可以被使用，只要它具有足够低的粘度，在所需的低温下不需要过多的泵功率来保存。热交换流体最好是食品安全的。
表2:在20kW(-50℃)的不同温差下，传热流体的流速
温差 质量流率 体积流率
[℃] [kg/s] [m3/hr]
1 11.5 50.9
2 5.8 25.5
3 3.9 17
4 2.9 12.7
5 2.3 10.1
10 1.15 5.1
以上表2给出了不同热交换流体流速下，假设从容器内流体中提取热量为20kW时，容器内进出口的温差。从表2可以看出，当质量流量约为4kg/s时，入口和出口之间的温差可达3℃。就所需的蒸发器负荷和所需的产品冷却而言，这个温差被认为是可接受的温升。可接受的温升必须与使该系统具有商业可行性的可一次性加工的最大产品数量相关的成本相平衡。应该认识到，在增加热交换流体和消耗品之间的传热时，可能需要更高的流速。然而，更高的流速也会导致更高的流动阻力，因此需要更高的泵送功率。
牛奶的计算流体动力学分析
对容器进行计算流体动力学分析，以可视化热交换流体在容器内的流动情况，估算热交换流体与消耗品之间的传热系数，并确定热交换流体流经容器时的压力损失。
图10示出了在瓶表面温度指定为-30℃的情况下，容器内热交换流体模拟流动分析的侧视图。该图用阴影编码来表示容器内不同点的不同温度，黑色表示最温暖的区域，白色表示最冷的区域。箭头表示液体在容器内和瓶体周围流动的轨迹。由于孔11提供的分布，-50°C的冷流体能够包围瓶子。从图中可以看出，热交换流体在大约-50℃的温度下通过图中容器左侧的入口壁进入容器。由于热交换流体从消耗品(在本例中为牛奶瓶)中吸收热量，稍热的热交换流体大约-47℃，在通过出口壁排出之前，会在容器的顶部积聚。热交换液温度升高3℃被认为是可以接受的。
图11是同一情况下容器内热交换流体模拟流动分析的侧视图，尽管图用阴影编码来表示不同的流速。牛奶瓶周围的流速非常低，即小于0.02米/秒。然而，当流体通过孔时，在入口壁处(图像左侧)流速较高，在底座的不同孔处流速较高，而在出口壁处(图像右侧)流速略高。
图12是与图10和11相同条件下的容器俯视图，对温度分布进行了阴影编码。
在其他不同的瓶表面温度下进行了类似的分析过程，得出了下表(表3)，其中示出了牛奶(包括瓶子)和热交换流体之间确定的平均传热系数。
表3:牛奶瓶的计算流体力学分析结果
Figure BDA0003964387120000081
由于热交换流体的流速设置得很低，从瓶到热交换流体的对流热交换在很大程度上是由流体局部加热引起的流体自然运动和相应的密度差驱动的，即浮力驱动流动。当流速为4kg/s时，从入口到出口的压降约为660帕斯卡。
牛奶的传热分析
进一步分析了不同输入参数对制冷系统性能的影响。这可能包括产品的几何形状，产品的温度，包装的特性和使用的支架系统的特性。该方法包括将消耗品分成几何增量(例如，瓶的圆柱形外壳)。对于每一个增量，一个能量守恒方程就被解出，即对于给定的时间步骤，一定数量的能量从外壳中被移走，导致该外壳的温度下降。被移走的能量是相邻外壳温度的函数，也是外壳间热流阻力的函数。这涉及到作为温度函数的消耗品的热特性。
在进行分析时，假设牛奶可以被处理为固体质量，起始温度为2℃，并具有ASHRAE工程手册-食品的冷藏、热特性(包括蛋白质、脂肪和水分含量)中给出的属性。图16是从手册中获得的全脂牛奶在不同温度下的比焓值图。图14示出了用Kopelman法测定全脂牛奶的电导率的图表。
研究了许多情况，以评估不同形状的牛奶瓶产品和不同温度的热交流体。下表(表4)是研究的情况的简要说明。
表4:不同牛奶瓶几何形状和热交换液入口温度的研究的情况
Figure BDA0003964387120000091
根据计算流体力学分析的结果如表3所示，估计保守传热系数为130W/m2.K，它是通过取模拟传热系数的最低值并取四舍五入到最接近的10而得到的。下表(表5)为模拟软件预测的上述研究的情况的冻结时间结果。
表5:牛奶的冷冻时间结果
Figure BDA0003964387120000092
图18示出了研究的情况#1中从瓶子表面到核心的11个几何平均分布增量处的温度-时间关系图。从图18中可以看出，在瓶子的最外层的前5分钟内观察到温度的快速下降，而直到大约41分钟才观察到核心温度的显著下降。此外，核心温度直到大约43.5分钟才达到-30℃。假设这一结果可能使冰晶的形成最小化。
图19示出了研究的情况#1的总焓随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能级相比较。根据若干因素，选择-10℃和-30℃作为相关目标温度。例如，微生物的活性在不同的温度下被杀死或减慢，这取决于所涉及的微生物，以及在目标温度下不同的冷却速度和持续时间。特别是，食物在-10℃下储存几天对某些微生物是致命的，包括刚地弓形虫、内阿米巴和锥虫。然而，这些温度必须在商业可行性的合理时间内达到，此外，快速冷冻是必要的，以减少冰晶形成导致细胞损伤。所选择的值平衡了经济考虑、潜在的细胞损伤(导致食品感官退化)和微生物破坏和/或迟滞等因素。
制冷系统必须在35分钟内保存100个1L牛奶瓶，从4℃到最终温度-30℃。
牛奶的质量计算为103.8公斤
牛奶在4℃时的比焓为369kJ/kg
牛奶在-30℃时的比焓为18.5kJ/kg
从牛奶中去除所需的能量由以下公式给出:
m(hinitial-hfinal) (1)
其中：
M＝牛奶的质量
hinitial＝牛奶的初始比焓(4℃时)
hfinal＝牛奶的最终比焓(-30℃)
因此，从牛奶中除去的热量为:
103.8(369-18.5)＝36382(kJ)
对于35分钟的冷冻时间，所需的除去的热量的速率为:
36 382/(35(mins)×60(secs)＝＝17.3(kW)
假设从大气中获得1kW的热量，所需的制冷系统负荷为18.3kW。冷冻牛奶被视为制冷系统的最高负荷，因此该系统必须指定至少能够在35分钟内保存100瓶1L的牛奶，即至少18.3千瓦。因此，假设制冷系统的初始设计条件为蒸发器负荷20kW，其中安全裕度为1.7kW。容器入口温度可为-50℃或-70℃。
回到情况#1，直径为85毫米的牛奶玻璃瓶被热交换流体冷却，其入口温度为-50℃，流速为4千克/秒，传热系数为130W/m2.K。玻璃外层厚度为1mm。
图20示出了情况#2在等分布增量时的温度分布。在这种情况下，牛奶装在直径85mm，厚度1mm，容量1L的玻璃瓶里。热交换流体入口温度为-70℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为130W/m2.K。
图21示出了研究的情况#2的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
图22示出了情况#3等分布增量时的温度分布。在这种情况下，牛奶装在直径69mm，厚度1.5mm，容积500mL的塑料瓶中。热交换流体入口温度为-50℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为130W/m2.K。
图23示出了研究的情况#3的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
图24示出了情况#4在等分布增量时的温度分布。在这种情况下，牛奶装在直径69mm，厚度1.5mm，容积500mL的塑料瓶中。热交换流体入口温度为-70℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为130W/m2.K。
图25示出了研究的情况#4的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
从图18、20、22和24的对比可以看出，直径85mm的瓶子和直径69mm的瓶子的冻结时间没有明显的变化。厚度1.5mm的塑料瓶比厚度1mm的玻璃瓶具有更高的耐热性。500mL瓶的表面积明显小于1000mL瓶的表面积。
鱼的传热分析
表6:肉和鱼块的计算流体动力学结果
Figure BDA0003964387120000111
鱼的起始温度也假设为2℃。鱼的类型被假设为鳕鱼，其特性从ASHRAE工程手册-食品的制冷，热特性中获得。图26示出了得到的鱼的比焓值。图24示出了获得的鱼的电导率值。
根据计算流体动力学分析的结果如表6所示，估计保守传热系数为100W/m2.K，它是通过取模拟传热系数的最低值并取四舍五入到最接近的10而得到的。
下表(表7)列出了对鱼类的研究的情况。
表7:针对不同鱼的几何形状和不同热交换流体入口温度的研究的情况
Figure BDA0003964387120000121
如上所示，对于上述每种情况，热交换流体流量和因此热交换系数(HTC)保持相同。下表(表7)为模拟软件预测的上述研究的情况的冻结时间结果。
表8:鱼的冷冻时间结果
Figure BDA0003964387120000122
针对上述每种情况，计算了从鱼体表到鱼心的11个平均分布增量的温度随时间的变化。图28示出了情况#1的温度图。在这种情况下，鱼的厚度50mm，长和宽分别为100mm和50mm。鱼被装在0.1毫米的塑料里。热交换流体入口温度为-50℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为100W/m2.K。
图29示出了研究的情况#1的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
图30示出了情况#2的温度图。在这种情况下，鱼的厚度50mm，长和宽分别为100mm和50mm。鱼被装在0.1毫米的塑料里。热交换流体入口温度为-70℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为100W/m2.K。
图31示出了研究的情况#2的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
图36示出了情况#3的温度图。在这种情况下，鱼的厚度25mm，长和宽分别为100mm和100mm。鱼被装在0.1毫米的塑料里。热交换流体入口温度为-50℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为100W/m2.K。
图37示出了研究的情况#3的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
图38示出了情况#4的温度图。在这种情况下，鱼的厚度25mm，长和宽分别为100mm和100mm。鱼被装在0.1毫米的塑料里。热交换流体入口温度为-70℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为100W/m2.K。
图39示出了研究的情况#4的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
从上面的结果可以看出，较薄的鱼块比较厚的鱼块可以更快地被冷冻。
肉的传热分析
肉的起始温度也假设为2℃。肉类的类型被假定为瘦里脊肉，其特性从ASHRAE工程手册-食品的冷藏，热特性中获得。图40示出了得到的鱼的比焓值。图41示出了鱼的电导率值。
下表(表9)列出了研究的肉类情况。
表9:针对不同肉类几何形状和不同热交换流体入口温度的研究的情况
Figure BDA0003964387120000131
如上所示，对于上述每种情况，热交换流体流量和因此换热系数(HTC)保持相同。下表(表10)为模拟软件预测的上述研究的情况的冻结时间结果
表10:肉类冷冻时间的结果
Figure BDA0003964387120000132
对于上述每种情况，计算了从肉类的表面到核心的11个平均分布增量的温度随时间的变化。图42示出了情况#1的温度图。在这种情况下，肉的厚度为50mm，长度和宽度分别为100mm和50mm。肉包含在0.1毫米的塑料。热交换流体入口温度为-50℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为100W/m2.K。
图43示出了研究的情况#1的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
图44示出了情况#2的温度图。在这种情况下，肉的厚度为50mm，长度和宽度分别为100mm和50mm。肉包含在0.1毫米的塑料。热交换流体入口温度为-70℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为100W/m2.K。
图45示出了研究的情况#2的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
图46示出了情况#3的温度图。在这种情况下，肉的厚度为25mm，长度和宽度分别为100mm和100mm。肉包含在0.1毫米的塑料。热交换流体入口温度为-50℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为100W/m2.K。
图47示出了研究的情况#3的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
图48示出了情况#4的温度图。在这种情况下，肉的厚度为25mm，长度和宽度分别为100mm和100mm。肉包含在0.1毫米的塑料。热交换流体入口温度为-70℃，质量流量为4kg/s，热交换系数为100W/m2.K。
图49示出了研究的情况#4的计算能量随时间的变化，与产品平均温度分别为-10℃和-30℃时的能量水平进行了比较。
从上面的结果可以看出，较薄的肉块比较厚的肉块可以更快地冷冻。
在本发明的优选的实施例中，消耗品包含在包装中或用于浸没在容器中的篮子或托盘结构内。有利的是，这防止了产品在保存过程中的升华，这是现有的浸入式保存方法的一个问题，由于开裂的问题不使用包装。
有利的是，利用上述分析，该系统可用于在所需的时间(如30分钟)内以所需的流速(如4kg/s)将食品温度降低到目标温度(如-50℃)。根据分析结果确定了设备器的输入参数。这允许用户在使用系统时简单地选择产品(例如，“鱼片”)。最好是使用最小空气空间的薄包装，如真空密封或热收缩包装。
虽然每分钟10℃或每分钟100℃的理论冷冻速率可能会对消耗品中的微生物水平产生更大的消除效果，以及更小的细胞损伤，但这样的速率对于商业冷冻系统是不可用的。此外，令人惊讶的是，人们发现在较慢的冷却速度下，例如约每分钟1℃的冷却速度下，可以实现显著的微生物减少水平，同时保持高度的感官质量并防止包装损坏。
虽然上述例子中的传热分析是对每种消耗性食品的11个体积增量进行的，但值得注意的是，这个数字是可以变化的。
下表提供了将牛奶浸泡在-50℃热交换流体中冷却45分钟至-30℃的结果。结果被描述为与巴氏杀菌过程相似。
表11生牛奶分析结果
Figure BDA0003964387120000151
制冷系统
图50是连续冷却热交换流体的制冷系统的管道和装置示意图。
制冷系统包括热交换器，用于在传热流体和制冷剂之间交热交换量，制冷剂可以为R404A。

Claims (25)

1.一种用于保存消耗品的设备，包括，布置在外部绝缘壳体内的内部壳体，其中，所述内部壳体的壁限定用于接收消耗品的隔室，所述壁包括用于将热交换流体流入所述隔室的入口壁，用于将热交换流体流体流出所述隔室的相对的出口壁，侧壁，以及底座；所述侧壁和所述底座邻接所述入口壁至所述出口壁，其中，所述入口壁和所述出口壁各自包括一系列孔，以容纳通过所述设备的连续热交换流体流，从而在操作中，使得容纳在所述内部壳体的所述隔室中的消耗品浸入所述热交换流体中以与所述热交换流体进行热交换。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述底座包括一系列孔。
3.根据权利要求1或2所述的设备，所述设备包括可容纳在所述隔室中用于保持所述消耗品的结构，其中，所述结构是托盘、支架和篮子中的一个或多个。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述结构悬挂在所述设备的盖上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述外部壳体包括：
入口侧，其对应于所述内部壳体的所述入口壁，并在所述入口侧和所述入口壁之间限定入口空间；和
出口侧，其对应于所述内部壳体的所述出口壁，并在所述出口侧和所述出口壁之间限定出口空间，
其中，所述入口侧包括从所述外部壳体的外部连通到所述入口空间的至少一个入口，并且，所述出口侧包括从所述出口空间连通到所述外部壳体的外部的至少一个出口，
其中，在操作中，所述热交换流体经由所述至少一个入口被引入所述设备中，并且经由所述至少一个出口被从所述设备排出。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述入口空间和所述出口空间流体地连接。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其中，所述至少一个入口和所述至少一个出口的直径均为80mm。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，在使用中，所述设备连接到外部制冷系统，由此所述热交换流体与制冷剂进行热交换。
9.一种使用热交换流体在保存设备中保存消耗品的方法，所述方法包括：
a、确定待冷冻的消耗品的近似几何形状的总表面积；
b、基于由于容器的几何形状和所述容器中食品的预定布置，以及所述热交换流体的温度的预定增加而引起的流动约束，对所述设备内的所述消耗品进行计算流体动力学分析；
c、确定在预定产品表面温度下所述消耗品的传热系数；
d、通过将在步骤c中确定的最低传热系数四舍五入到最接近的十来选择传热系数；
e、将所述消耗品的所述近似几何形状划分为预定数量的均匀分布的体积增量；
f、估计所述消耗品的热特性；
g、基于能量守恒分析，使用在步骤d中确定的所述传热系数，计算对于预定热交换流体温度和热交换流体的预定流速，每个增量从预定初始温度达到预定最终温度所需的时间；
h、基于在步骤f计算的所述时间确定可实现的平均冷却速率；
i、如果确定的可实现的平均冷却速率为每分钟0.5℃或更高，则选择所述预定热交换流体温度，并且如果确定的可实现的平均冷却速率小于每分钟0.5℃，选择完全低于所述预定热交换流体温度的热交换流体温度，使得可实现的冷却速率至少为每分钟0.5℃；
j、将所述消耗品布置在所述设备中以进行保存；和
k、使用步骤i中确定的温度对所述消耗品进行冷却，并以每分钟至少0.5℃的速率冷却所述消耗品。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述预定流速为约4kg/s。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述预定最终温度为-10℃。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述预定最终温度为-30℃。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，所述消耗品的特性包括比焓。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，所述消耗品的特性包括水含量。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中，所述消耗品的特性包括脂肪含量。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的方法，其中，所述消耗品的特性包括蛋白质含量。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，期望的时间量小于30分钟。
18.根据权利要求9至17中任一项所述的方法，其中，所述传热系数为130W/m2.K。
19.根据权利要求9至18中任一项所述的方法，其中，所述传热系数为100W/m2.K。
20.根据权利要求9至19中任一项所述的方法，其中，所述热交换流体的入口温度为-50°C，所述热交换流体的出口温度为-47℃。
21.根据权利要求9至20中任一项所述的方法，其中，所述确定的平均冷却速率为每分钟0.5℃至每分钟1.5℃，并且包括以每分钟0.5℃至每分钟1.5℃的速率冷却所述产品。
22.根据权利要求9至21中任一项所述的方法，其中，所确定的平均冷却速率为约每分钟1℃，并且包括以每分钟约1℃的速率冷却所述产品。
23.根据权利要求9至22中任一项所述的方法，其中，所述方法生产保存的消耗品，从而保持味道、质地和营养中的至少一种的质量。
24.根据权利要求9至23中任一项所述的方法，其中，所述设备是权利要求1至8中任一项所述的设备。
25.一种使用权利要求1至8中任一项所述的设备保存消耗品的方法，其中，所述热交换流体通过在所述设备外部的制冷循环中与制冷剂进行热交换而被连续冷却。
CN202180038098.8A 2020-04-08 2021-04-06 用于冷冻消耗品的方法和设备 Pending CN115769035A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2020901100 2020-04-08
AU2020901100A AU2020901100A0 (en) 2020-04-08 Method and Apparatus for Freezing of Consumable Products
PCT/AU2021/050313 WO2021203163A1 (en) 2020-04-08 2021-04-06 Method and apparatus for freezing of consumable products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115769035A true CN115769035A (zh) 2023-03-07

Family

ID=78022383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180038098.8A Pending CN115769035A (zh) 2020-04-08 2021-04-06 用于冷冻消耗品的方法和设备

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230157328A1 (zh)
EP (1) EP4133224A4 (zh)
JP (1) JP2023520943A (zh)
CN (1) CN115769035A (zh)
AU (1) AU2021253251A1 (zh)
WO (1) WO2021203163A1 (zh)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1640252A (en) * 1922-08-28 1927-08-23 Edward F Stella Refrigerator
US3019620A (en) * 1960-11-14 1962-02-06 Victory Metal Mfg Company Refrigerating apparatus
US3324783A (en) * 1965-05-19 1967-06-13 Clark Equipment Co Air directing grid construction
US3552143A (en) * 1968-11-20 1971-01-05 David Lee Johnson Fish cooling and preserving system
US4840040A (en) * 1988-09-22 1989-06-20 American Standard Inc. Island type refrigeration display cabinet
US5797270A (en) * 1997-04-21 1998-08-25 Halterman; Carl Rejuvenator chill device
ITPN20050020A1 (it) * 2005-04-05 2006-10-06 Electrolux Professional Spa "congelatore perfezionato con rete neutrale"
US7669429B2 (en) * 2006-01-19 2010-03-02 Bassler Sr G Scott Rapid food chiller
CN102906518B (zh) * 2010-03-10 2016-01-20 欧瑞尔有限公司 制冷柜
CN103340467B (zh) * 2013-07-25 2014-09-24 钦龙金属工业（昆山）有限公司 鲜活冻急速冷冻设备
US9140482B2 (en) * 2013-09-30 2015-09-22 Thermo Fisher Scientific (Asheville) Llc Removable storage basket and associated methods for storing items within a freezer
US20170030632A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-02 Des Moines Supply Co. Process and apparatus to super chill beer
US10724757B2 (en) * 2017-02-07 2020-07-28 Prince Castle LLC Refrigeration system and device
US20220015354A1 (en) * 2018-11-22 2022-01-20 Vitrafy Life Sciences Pty Ltd Method and apparatus for freezing of biological products

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023520943A (ja) 2023-05-22
AU2021253251A1 (en) 2022-12-08
EP4133224A1 (en) 2023-02-15
US20230157328A1 (en) 2023-05-25
WO2021203163A1 (en) 2021-10-14
EP4133224A4 (en) 2024-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Rapid cooling of porous and moisture foods by using vacuum cooling technology
EP2317256B1 (en) Equipment for ultra-rapid freezing of foods through direct metered contact with liquid nitrogen
CA2571539C (en) A method and apparatus for controlling heat transfer for a fluid immersed vessel
Khadatkar et al. Cryofreezing and cryofreezer
Ishevskiy et al. Freezing as a method of food preservation
KR101332273B1 (ko) 냉장고
US20220015354A1 (en) Method and apparatus for freezing of biological products
US4671079A (en) Chambered cooler
CN115769035A (zh) 用于冷冻消耗品的方法和设备
US5403609A (en) Method and equipment for storing foodstuffs, plants, vegetables, meats and other organic substances
CN211854561U (zh) 一种防护效果好的冷冻食品袋
AU2019424118A1 (en) Methods and apparatuses for tempering organic products
CN105300005A (zh) 一种静风冰鲜冷库
JP3960828B2 (ja) ウインナ等燻製物の冷却方法とそのシステム
Eek A convenience born of necessity: the growth of the modern food freezing industry
KR20040000807A (ko) 숙성/해동 기능을 갖는 김치 냉장고
Smith et al. Low-Temperature Preservation
CA3084770A1 (en) Methods and apparatuses for tempering organic products
JPH11332458A (ja) 食品の貯蔵方法および貯蔵容器
Rahman Chilling, Freezing and Thawing Process Design
Koelet et al. Food Products and their Preservation by Refrigeration
Camou-Arriola et al. Frozen meat: processing equipment
Gosney THE PRESERVATION OF FOOD BY COLD
JPWO2021203163A5 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination