CN1240532C - 多通道冷却模 - Google Patents

Abstract

一种用于制造挤出食品的冷却模，它包括：多个构成冷却模主体部分的芯部元件，它们位于冷却模的入口端和出口端之间，并且以相邻的方式围绕着冷却模的轴线设置；多个由相邻芯部元件之间的间隙所形成的、从冷却模的入口端到出口端延伸贯通冷却模的挤出流通道；在每一个芯部元件中的、供冷却液流过的至少一个孔；一个用以保证芯部元件相对于冷却模的轴线不发生径向运动的封闭构件；连接装置，用以将冷却模连接至食品挤出机的出口、冷却液供应源和冷却液贮存容器；以及挤出流的分配装置，它位于冷却模的入口端附近，用于把从食品挤出机的出口送出的挤出流引入到选定的挤出流通道中。

Description

多通道冷却模

技术领域

本发明涉及一种在蛋白质食品的组织化处理制造过程中与食品挤出机配合使用的冷却模。

更具体地，本发明涉及一种在纤维状肉丝，例如鱼、鸡、牛、羊的肉丝等挤出食品的制造过程中所使用的冷却模。该冷却模以可拆卸的方式安装在挤出机的出口处，挤出机可具有一个或多个螺杆，并且在温度110°～180℃之间将熔软的挤出物输送到所述的冷却模。

背景技术

在许多食品的制造中，例如香肠、鱼糕、仿制的肉制品和水产品等的制造过程中，有时采用各种的蛋白质组织化处理工艺(protein texturisationprocess)。纤维状结构可以通过多种方式来获得，其中包括低湿度(通常为10-30％重量比)的挤出冷却。高湿度(即，水分通常为30-80％重量比)的挤出冷却是一种非常新的工艺，业已发现它主要用于蛋白质食品的组织化处理。

高湿度的挤出冷却工艺现已研究成为各种天然的蛋白质资源的重构方式，例如用于碎鱼肉、鱼浆、去骨肉、大豆粉、精饲料、谷物粉、乳品蛋白质等，以获得黏性的纤维状或层状的结构[例如参见J C Cheftel等人所著的“高湿度蛋白质挤出冷却的组织化处理新工艺(New Protein TexturisationProcesses by Extrusion Cooling at High Moisture Levels)”，刊登于MarcelDekker公司出版的“食品国际文集(Food Reviews International)”1992年8(2)235-275页]。

不同于低湿度的挤出冷却工艺，高湿度的挤出冷却需要使用冷却模，以用于冷却、胶凝和/或固化从食品挤出机中流出的食品挤出物。冷却模散逸掉积聚在食品混合物中的热量和机械能量，提高该混合物的黏度，并且防止挤出流从模口处涌出，这种涌出会造成不希望的挤出物的过度膨胀。

已知有三种主要类型的冷却模使用在这一技术/应用领域。其中最广为人知的是矩形或圆柱形的细长的冷却模，带有沿着模的长度方向而延伸的矩形或圆柱形的通道。通道周围的区域用水进行冷却，因而使得从中经过的受挤压的食品被冷却。另外还有环形的冷却模，其内腔具有由内芯和外部筒体所确定的环形横截面。对内芯和外部筒体进行冷却，因而使得流经内腔的食品被冷却。

还已知有多通道(或称多管道)的冷却模，其中，从挤出机送出的挤出物被“分流”，使其流入到围绕着模的纵向轴线而设置的一些独立的冷却通道中，于是在冷却模的出口处就输出了固化的、具有某种组织结构的、独立的多条产品。

因此，多通道的冷却模具有提高生产率的潜能，而不会影响产品的性能和增加冷却时间。这也许是单通道的冷却模通过增加其横截面面积才能达到的效果。

以往所作出的努力还包括使用较大横截面面积的单通道冷却模，通过采用较大的流速来提高冷却模的生产率。这种方法需要较长的冷却模。它具有一系列的不良后果，例如，较长的冷却模增加了在食品中出现问题、以及冷却模发生堵塞的可能性。而且，这种冷却模显然占据了工厂内很大的面积或楼层空间，这导致成本增加。

在申请号为4-214049的日本专利申请(公开号6-62821)中公开了一种用于由高湿度的蛋白质原料挤出细的、螺旋状食品的多通道冷却模。这种冷却模基本上被构造成类似于一个典型的“壳体-管体”式的热交换器，其中，在圆柱形壳体的轴向端部处的壳体覆盖物被专门制造的端板所代替。入口处的端板由法兰盘连接至挤出机上的模板保持件；而另一端的形状类似的端板则连接于热交换器的一个固定的管板上，即连接在一个多个内管的管端焊接和支承于其上的多孔板上。

在这种类型的冷却模中所用的多个薄壁内管保证了在挤出物高产量下的冷却效果。一般认为，各个管子具有很高的耐压性，因而与传统的单腔冷却模相比能够处理大量的原料。

这种冷却模的缺点之一是需要使用全套的工具，例如长杆，以清理挤出物在加工时所流经的各个内管。(由于杆的长度)在清理过程中可能会损伤管的光滑的内表面，由于各个管的表面粗糙度的增加(以及背压的增加)，这会导致各个管中来自挤出机的载荷的不均匀。而且，一旦其中一个管损坏到不再能够为熔软的挤出物提供流动路径的程度，也许就需要更换整个冷却模或各个管。由于各个管以密封方式装配在圆柱形壳体的端板上，更换过程意味着耗费大量的时间和劳动力。因此，为了更换其中的任何一个管，所有的管都必须被拆除和重新装配。

由Effem Foods Pty有限公司提出的申请号为PCT/AU00/00011的国际专利申请中公开了一种与食品挤出机配合使用的冷却模。通过针对现有的“壳体-管体”式冷却模所存在的一些缺陷或所有缺陷而提出的多通道冷却模，与这一领域中所用的单腔冷却模相比，上述这种冷却模具有很高的食品制造能力，而且基本上不增加挤出物流动腔的长度或横截面面积。该冷却模的主体由一些重叠的、固定到一起的板件所构成。每个板具有一些通孔，它们与相邻板件的相应的通孔相互对齐，因而确定了供产品流动和冷却液流动的多个通道(管道)。然而，这种专门设计的结构仍具有一些缺陷，概括如下：

a.冷却液流动方面

在冷却模组件的重叠的板件中，冷却液流过由所需数量的模芯元件用螺栓连接到一起所形成的多个通道。这些通道的直径依据其相对于模的纵向轴线的径向位置而变化。该设计选择了冷却液通道和产品通道之间的距离在模的整个横截面中保持不变的设计方案。然而，这也就意味着，外侧的冷却液通道将具有较高的冷却液流量。除非使用附加的冷却液流量限制元件，才能够实现在所有的冷却液通道中都流过相同的和不变的流量；否则，这种设计将对产品的质量和均匀性产生不良的影响：从冷却模中输出的产品可能导致质量不均，与远离冷却模中心的产品相比，靠近冷却模中心的那部分产品(由于冷却不良)将会略微地过度膨胀。由于从产品通道的内径到外径之间的速度梯度，产品还将偶尔地发生扭曲。此外，不均匀的热传导会导致某些产品通道中的运行慢于另一些产品通道中的运行。这使得产品以不同的滞留时间流过冷却模。因而某一部分产品可能会过度膨胀，而另一部分产品则膨胀不足。由于这种影响所产生的操作困难的一个例子是在某些通道中的流动可能会完全停止，而在另一些通道中的流动却快到使产品得不到适当冷却的程度，因而产品质量受到不良的影响。

b.产品从挤出机到冷却模之间的流动方面

产品从挤出机到冷却模之间的流动对于冷却模的稳定性起着非常重要的作用。从挤出机出口到冷却模的产品入口之间的平均流动路径具有尽可能小的基本偏差是很重要的。换句话说，从挤出机到冷却模通道的入口两者间最短路径和最长路径之间的差别应当尽可能地小。现已发现，大的偏差会在挤出机出口和冷却模入口之间的过渡元件中加剧产生停滞区。这会导致产品加热过度，造成劣质产品或堵塞主要的模孔。

c.模的组装和清理方面

如上所述，国际专利申请PCT/AU00/00011所公开的冷却模具有一些重叠在一起以构成冷却模主体的板，在这些板中形成了多个产品流动通道和与之相邻的多个冷却液通道。在一个典型的结构中，使用了20片板。这种结构的一个缺点是冷却模的组装耗费时间，而且需要相当熟练的操作工来使所有的板正确地定位和张紧夹紧螺栓。为了清理而拆卸该冷却模也需要相当的时间，尤其是如果在运行结束时残留在冷却模内的产品固化在通道中，因而各个板实际上粘接在一起，则更加耗费时间。去除这些固化的产品可能是费时费力的。因此，这种类型的冷却模的检修时间可能长达约4小时。缩短这一检修时间有着极大的益处。

d.运行成本方面

为了密封住挤出物通道和冷却液通道，PCT/AU00/00011号国际专利申请所公开的冷却模依赖于相邻板件之间的直接接触，否则就要在每个通道的连接处或界面处使用附加的密封元件。板件表面的轻微磨损可能导致挤出物泄漏到冷却液通道中、或泄漏到外部；或者冷却液泄漏到挤出物通道中、或泄漏到外部。即便是少量的泄漏也会造成质量问题或稳定性问题，因此要定期更换受损的板件。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中用来制造挤出食品的多通道冷却模的上述某些缺陷，最好是针对上述的所有缺陷，而探寻其另一种冷却模设计方案。

按照本发明的第一方面，提供了一种用于制造挤出食品的冷却模，该冷却模包括：

多个构成了该冷却模主体部分的芯部元件，它们位于冷却模的入口端和出口端之间，并且以相互间隔的方式围绕着冷却模的轴线而设置；

多个由相邻芯部元件之间的间隙所形成的、从冷却模的入口端到出口端延伸贯通冷却模的挤出流通道；

在每一个所述芯部元件中的、供冷却液流过的至少一个孔；

一用以保证芯部元件相对于冷却模的轴线不发生径向运动的封闭构件；

多个连接装置，用以将冷却模连接至食品挤出机的出口、冷却液供应源和冷却液贮存容器；以及

挤出流的分配装置，它位于冷却模的入口端附近，用于把从食品挤出机的出口送出的挤出流直接挤入到选定的所述的挤出流通道中。

各个芯部元件最好基本上沿着冷却模的整个长度而延伸，而且围绕着一个中央芯体径向地设置。

围绕着中央芯体径向地设置的芯部元件最好都具有楔形的或截头扇形的横截面，从而使得每两个相邻芯部元件之间所确定的挤出物通道能够保持恒定的宽度。同样有益的方式是：各芯部元件随着其沿着模的纵向轴线延伸的同时还径向地伸展，因而沿着模主体部分的纵向轴线，也就是在挤出物的流动方向上，这些芯部元件是“扩张的”。换句话说，从模的入口到出口，各芯部元件的径向尺寸逐渐增加。这种“扩张”有效地减小了挤出机和冷却模之间的挤出物路径长度上的偏差，有助于使冷却模每一通道中的流动更加一致。

每一芯部元件都包括沿着该芯部元件的长度方向延伸的一条或多条恒定横截面的冷却液通道。每一芯部元件最好包括沿着该芯部元件的长度方向延伸的一条或二条恒定横截面的冷却液通道。每一挤出物通道因而有相应的两条冷却液通道，分别位于挤出物通道的每一侧。这种设计的优点在于，整个的挤出物通道只需(一侧一条)两条冷却液通道进行冷却，只要冷却液均匀地分配到每一冷却液通道中，从挤出物向冷却液沿径向方向的热传导就是恒定的。通过把冷却液的分配增压室的面积设计成大于所有冷却液通道的总体横截面面积，就能够保证向每一通道中均匀地分配冷却液。

在芯部元件每一侧的冷却液通道其路径最好呈“之”字形，而且随着冷却液通道从芯部元件的一端向另一端的延伸，它们交替地位于芯部元件的顶部和底部。冷却液最好从分配增压室进入其通道的一端，然后连续地流过通道到达冷却液的排出室。

本发明提供了相对于冷却模的中心轴线向外张角的挤出流流动通道(或简称为挤出流通道)。因而本发明旨在针对现有技术的缺陷，通过确保最低程度的产品路径长度的偏差，以使挤出物均匀地流过所有的通道。本发明提出了使冷却模入口端的挤出物通道的节圆直径(PCD)小于模的出口端处的节圆直径，节圆直径的差值最好大约为30％。与现有技术相比，这种设计减小了挤出物流动路径的平均距离和基本偏差，而且能够缩短由于主要模孔的堵塞而造成的停机检修时间。

较之现有技术中所述的“重叠板”式的冷却模，本发明提出的冷却模组件非常容易组装。本发明的冷却模其冷却部分包括：一个主壳体(较小的芯部元件通过螺栓安装在该壳体中)，一个中央芯体和一个端板。本发明的冷却模组件这样进行组装：首先将中央芯体插入到主壳体中，然后用螺栓将它紧固到端板上。这一过程大约只需10分钟。拆卸工作同样简单。在生产运行结束时，拆下端板后中央芯体也随后拆下来。最好提供一个专门的锥式拆卸装置以进一步简化拆卸工作。然后可以用高压水方便地除去任何残留在模中的挤出物；或者，如果残留物太硬以致于水冲无效，可使用适当的工具来除去坚硬的挤出物。

就本发明来说上述工作是简单的，这是因为当中央芯体取出之后，挤出物通道的一端就完全拆开了。这意味着挤出物在所有侧面都不受到模体本身的约束，能够方便地插入清理工具。

较之现有技术的“重叠板”式的设计，本发明的冷却模在其挤出物通道和冷却液通道之间提供了很好的物理隔离。因此，由于冷却模的各个元件的物理磨损而导致诸如挤出物和冷却液之间的交叉污染的可能性非常小。也就是说，元件可以非常耐磨，不会影响产品质量和模的整体性。本发明冷却模的运行成本因此可以非常低。

最好是由一条冷却水通道在产品通道一侧的整个长度上进行冷却。这显著改善了热传导的均匀性，以及因此提高了产品质量。

按照本发明的第二方面，提供了一种用于制造挤出食品的冷却模，该冷却模包括：

多个构成了该冷却模主体部分的芯部元件，它们位于冷却模的入口端和出口端之间，并且围绕着冷却模的轴线而设置；

在每一个所述芯部元件中的、供挤出物流过的至少一个孔；

在每一个所述芯部元件中的、供冷却液流过的至少一个孔；

一个用以保证芯部元件相对于冷却模的轴线不发生径向运动的封闭构件；

连接装置，用以将冷却模连接至食品挤出机的出口、冷却液供应源和冷却液贮存容器；以及

挤出流的分配装置，它位于冷却模的入口端附近，用于把从食品挤出机的出口送出的挤出流直接挤入到选定的所述的挤出流通道中。

附图说明

下面结合附图以举例的方式描述本发明的优选实施例，并且详述本发明的进一步的优点和最佳特征。其中：

图1是本发明冷却模的优选实施例中的主要元件的分解立体图，但只表示了位于壳体结构外部的24个冷却楔条的其中之一；

图2是完整装配的冷却模的横截面视图；

图3是图2横截面的详细视图，表示了冷却液流动通道在其中一个冷却楔条中的位置；

图4是其中一个冷却楔条的立体图，表示了两个冷却液通道的内部流通路径。

具体实施方式

为了生产出挤压食品，例如仿制的纤维状肉丝，需要有一个能够对组成原料实施剪切和加压的挤出机，以及一个将这些物料送至冷却模的输送机。挤出机可具有一个或多个螺杆。这些都是公知的，这里将不再描述。

按照本发明的、用在高湿度蛋白质食品挤出机的输送终端处的冷却模组件，以分解立体图的形式表示在图1中。该冷却模组件主要包括：由围绕着一个中央芯体2呈径向布置的多个冷却楔条1所构成的多件式模主体。这个主体又装在管状的保持护套3中。从挤出机送出的挤出流通过由发散锥4a、孔板4b和槽板4c所构成的物流分配装置4被引入冷却模的入口端。分配装置4用以保证使挤出流均匀地流入到所有的通道7中。模板5通过螺栓安装在冷却模出口端的法兰盘10上，以此来约束内部组件，防止其由于挤出流的压力而被推出护套3。模板5的特征在于：它的挤出流排出口6的位置分别与贯通冷却模的挤出流的流动通道7的位置相对应，而且排出口6的形状与食品流从模中排出时所需要的形状相一致。保持护套3的特征在于：入口8和出口9专门用于使冷却液流入和流出增压通道的入口和出口，这些增压通道在护套3中构成了环形空间。间隔条11设在护套3的内表面上并且位于各个冷却楔条1之间，用以保证相邻冷却楔条1之间的正确定位。间隔棱12沿着中央芯体2的长度方向延伸，也是为了保证相邻冷却楔条1之间的正确定位。

24个挤出流通道7在冷却模的入口端和出口端之间轴向地延伸。这些通道的横截面通常是矩形的。图2的横截面图表示了挤出流通道7是如何确定的，即：长的第一边和第二边分别由冷却楔条1的侧壁构成，短的第三边由间隔条11构成，以及短的第四边由间隔棱12构成。

每个冷却楔条1的内部都具有冷却液通道13的流动路径。这些流动路径如图3详细图中的虚线和图4中的虚线所示。可以看出，冷却液通道13以“之”字的形式沿着冷却楔条1的长度方向延伸。冷却液通过冷却液入口15进入冷却楔条1，沿着冷却液通道13流动，然后从冷却液出口16流出冷却楔条1。沿着冷却楔条1的顶面出现的圆形凹部17不是开孔，它们只不过是一些封闭了的孔，是作为冷却楔条1中的冷却液路径13的制造工艺所需的副产品而出现的。

在图1中将会注意到：护套3的直径、中央芯体2的直径、以及每个冷却楔条1的径向高度，都是从冷却模的入口端到出口端而增加的，而挤出流通道7的宽度则保持不变。这种结构使得模的装配和拆卸都相当容易，同时保证了从挤出物中最大程度的热传导。这种“扩张的”挤出流路径也有效地减少了挤出机与冷却模之间的挤出物路径长度的变化，也减少了挤出物流过冷却模的每个挤出物通道时的变化。

挤出流通道7的主要尺寸，也就是其宽度，从冷却模的中心轴线大致沿径向方向而延伸。24个挤出流通道7等距离地相互间隔。

在该生产设备的使用中，熔软物(即挤出物)通过挤出机出口从挤出机流入相连的法兰件14，并且在进入冷却模的挤出流通道7之前流过挤出物的分配装置4。由于所有的挤出物路径都具有相同的长度，挤出流被均匀地分配至所有的挤出物通道7。然后挤出物沿着由冷却模中相邻的各个冷却楔条1所构成的挤出流通道7流经端板5被输送。按照具体的挤出物所需的热传导面积，冷却楔条的总体数量可加以改变。如果需要，可在专门准备的位置处将热电偶插入到冷却模中以控制该加工过程。

Claims (18)

1.一种用于制造挤出食品的冷却模，所述冷却模包括：

多个构成了该冷却模主体部分的芯部元件，它们位于冷却模的入口端和出口端之间，并且以相邻的方式围绕着冷却模的轴线而设置；

多个由相邻芯部元件之间的间隙所形成的、从冷却模的入口端到出口端延伸贯通冷却模的挤出流通道；

在每一个所述芯部元件中的、供冷却液流过的至少一个孔；

一用以保证芯部元件相对于冷却模的轴线不发生径向运动的封闭构件；

连接装置，用以将冷却模连接至食品挤出机的出口、冷却液供应源和冷却液贮存容器；以及

挤出流的分配装置，它位于冷却模的入口端附近，用于把从食品挤出机的出口送出的挤出流直接挤入到选定的所述的挤出流通道中。

2.如权利要求1所述的冷却模，其中每个芯部元件基本上沿着冷却模的整个长度而延伸。

3.如权利要求1或2所述的冷却模，其中各个芯部元件围绕着一个中央芯部元件而径向地设置。

4.如权利要求3所述的冷却模，其中围绕着中央芯部元件径向地设置的芯部元件都具有楔形的或截头扇形的横截面，以及由每两个径向设置的相邻芯部元件之间所确定的挤出物通道具有相同的径向延伸，以及在延伸边缘之间具有恒定的宽度。

5.如权利要求3或4所述的冷却模，其中径向设置的芯部元件从冷却模的入口端向出口端具有增加的径向尺寸，因而随着这些芯部元件沿模的纵向轴线在挤出物流动方向上的延伸，它们是扩张的。

6.如前面任一项权利要求所述的冷却模，其中每一芯部元件都包括沿着该芯部元件的长度方向延伸的一条或多条恒定横截面的冷却液通道。

7.如权利要求4至6中任一项所述的冷却模，其中每一挤出物通道具有至少两条与之相关的冷却液通道，所述的冷却液通道被设置成每一挤出物通道的每一侧都设置有一条冷却液通道。

8.如权利要求7所述的冷却模，其中在径向设置的每一芯部元件中延伸的冷却液通道其路径呈“之”字形，并且随着冷却液通道从每一芯部元件的纵向一端向其另一端的延伸，它在径向上交替地位于该芯部元件的上侧和下侧。

9.如权利要求8所述的冷却模，其中冷却液的分配增压室设置在冷却模的入口端处，冷却液由此进入各冷却液通道的一端；以及冷却液的排出室设置在冷却模的出口端处，以接受从各个冷却液通道中排出的冷却液。

10.一种用于制造挤出食品的冷却模，所述冷却模包括：

多个构成了该冷却模主体部分的芯部元件，它们位于冷却模的入口端和出口端之间，并且围绕着冷却模的轴线而设置；

在每一个所述芯部元件中的、供挤出物流过的至少一个孔；

在每一个所述芯部元件中的、供冷却液流过的至少一个孔；

一个用以保证芯部元件相对于冷却模的轴线不发生径向运动的封闭构件；

连接装置，用以将冷却模连接至食品挤出机的出口、冷却液供应源和冷却液贮存容器；以及

挤出流的分配装置，它位于冷却模的入口端附近，用于把从食品挤出机的出口送出的挤出流直接挤入到选定的所述的挤出流通道中。

11.如权利要求10所述的冷却模，其中每个芯部元件基本上沿着冷却模的整个长度而延伸。

12.如权利要求9或10所述的冷却模，其中各个芯部元件围绕着一个中央芯部元件而径向地设置。

13.如权利要求12所述的冷却模，其中围绕着中央芯部元件径向地设置的芯部元件都具有楔形的或截头扇形的横截面，以及由每两个径向设置的相邻芯部元件之间所确定的挤出物通道具有相同的径向延伸，以及在延伸边缘之间具有恒定的宽度。

14.如权利要求12或13所述的冷却模，其中径向设置的芯部元件从冷却模的入口端向出口端具有增加的径向尺寸，因而随着这些芯部元件沿模的纵向轴线在挤出物流动方向上的延伸，它们是扩张的。

15.如权利要求11至14中任一项所述的冷却模，其中每一径向设置的芯部元件都包括沿着该芯部元件的长度方向延伸的一条或两条恒定横截面的冷却液通道。

16.如权利要求11至15中任一项所述的冷却模，其中每一挤出物通道具有至少两条与之相关的冷却液通道，所述的冷却液通道被设置成每一挤出物通道的每一侧都设置有一条冷却液通道。

17.如权利要求15或16所述的冷却模，其中在径向设置的每一芯部元件中延伸的冷却液通道其路径呈“之”字形，并且随着冷却液通道从每一芯部元件的纵向一端向其另一端的延伸，它在径向上交替地位于该芯部元件的上侧和下侧。

18.如权利要求15至17中任一项所述的冷却模，其中冷却液的分配增压室设置在冷却模的入口端处，冷却液由此进入各冷却液通道的一端；以及冷却液的排出室设置在冷却模的出口端处，以接受从各个冷却液通道中排出的冷却液。

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