CN1768240A - 用于产品的表面冷冻、冷却或深度冷冻处理的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于完全或部分冷冻产品(2)即食品的方法，其中由于使用振动支承件和放置在所述支承件上的低温液体薄膜，该产品与制冷面相接触以便在处理容器(1)内在产品的至少一个表面上冷冻该产品，该方法的特征在于进行以下操作：设置加热温度探针(10)，该探针位于处理容器内且就在所述产品从容器离开的出口之前，所述探针能够测量其所处位置的温度；设置装置(4，12)以向容器提供低温液体，所述装置具有比例阀(12)；设置用于数据采集和处理的单元(11)，所述单元可接收由探针提供的温度信息，并且可在必要时反作用于比例阀的开度。

Description

用于产品的表面冷冻、冷却或深度冷冻处理的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于产品尤其是食品的低温处理的方法和设备的领域，所述的处理尤其是表面冷冻(深度冷冻产品的一些或全部表面)、冷却或深度冷冻处理。

背景技术

通常在冷冻隧道内冷冻食品，在该冷冻隧道内通过机械装置实现冷却。

这些待冷冻的食品通常有黏性且粘附在其上运载食品的冷冻隧道的输送带上，从而带来维护和卫生方面的问题。

此外，这些产品不是非常紧凑且易于变形，从而在被处理时会失去它们预期的形状。例如，非常难处理的蔬菜丸子就是这种情况。

在文献EP-A-505 222中，申请人对冷冻食品的方法提出了一种新概念，根据该概念，使产品与通过使用振动支承件和液化气体而产生的制冷面相接触，该制冷面包括设置在该支承件上的液化气体薄膜。

根据该现有技术，尽管薄膜的厚度可能非常小，但是该产品决不会粘附在支承件上，即使产品非常粘也是如此，而且这样处理的产品很可能由于发暖作用而漂浮在液化气体薄膜的表面上，并定期地在该薄膜内翻滚以避免任何粘附在支承件上的危险。

通常，此系统按以下方式操作：将大量液态氮注入容器，该容器例如构造成稍微向上倾斜。液体溢出而将产品留在该设备内。然后使用设置在该设备的出口处的格栅使氮与产品分离。使以此方式回收的氮再循环：将氮收集在贮液器内然后利用活塞泵抽吸并使其返回处理容器。

氮的液面由于被探针驱动的阀而在贮液器内基本保持恒定，该探针测量贮液器内液态氮的液面。

因此，氮在半封闭回路内流动，并仅通过与产品相接触的蒸发而离开该回路；氮的这种损失通过贮液器的供给连续补充。产品仅通过容器一次。

应强调，该现有技术的系统具有许多优点，包括：

-液态氮的液面是稳定的；

-对产品的处理是均匀的；

-可通过改变容器的倾斜情况来调整处理强度；

-可通过改变振动的幅度来调整处理时间；

-原理简单，易于使用并且易于调整；

-将氮大量注入容器(注入速率＝泵的速率)使得可非常有效地处理产品。

但是，申请人已认识到此系统应进行改进，尤其是在以下方面：

-已发现某些与作为该系统的关键元件的泵的存在相关联的缺陷：该泵消耗数量不可忽略的压缩空气，并且当待处理的产品的通过量非常大时，该泵由于其抽取能力而限制系统总的冷却能力，

-此外，对于小的和粉末产品该系统会带来问题：这是因为产品的尺寸可能小于格栅的孔的尺寸，从而该产品与氮一起在闭合回路内流动，这在卫生方面显然不会令人满意。

由此可见，上面列出的缺陷主要与泵的存在有关。

发明内容

在此文中，本发明的目的是提供这样的工作条件，即，该工作条件使得可除去泵，可使用能够确保在处理之后产品温度恒定的装置来代替泵，并可保持在处理容器内氮的液面恒定而不需要氮再循环。

为此，本发明涉及一种用于完全或部分冷冻产品尤其是食品的方法，根据该方法，为了在产品的至少一个表面上冷冻该产品，使该产品在处理容器内与由于使用振动支承件和置于所述支承件上的低温液体的薄膜而产生的制冷面相接触，其特征在于使用以下步骤：

-设置加热温度探针，该加热温度探针位于处理容器内且在产品从容器离开的出口之前并靠近该出口，并且可测量其所处位置的温度；

-设置用于向容器供给低温液体的装置，该装置具有比例阀；

-提供数据采集和处理单元，该单元可接收由所述探针提供的温度信息，并且可在必要时反作用于所述比例阀的开度系数(opening factor)。

根据本发明的方法还可具有一个或多个以下特征：

-振动支承件稍微向下倾斜并在端部稍微升高，从而可容纳一定量的低温液体，并且所述温度探针基本位于低温液体积聚的位置，

-振动支承件向上倾斜。在此情况下，有利地在振动支承件的一些或全部表面上设置格栅，该格栅可在产品向上前进时过滤产品夹带的一些或全部低温液体，

-还可使用以下温度调节：

i)在处理容器出口处的产品通道内设置产品温度探针，该产品温度探针可测量处理后的产品的温度；

j)设置数据采集和处理单元，该单元可接收由所述产品温度探针提供的温度信息，并且可在必要时反作用于用于改变支承件的倾斜度的装置和/或用于改变支承件的振动频率的装置和/或所述比例阀的开度系数，

-还可使用以下安全调节：

a)在处理容器内设置安全温度探针，该安全温度探针位于产品从容器离开的出口之前并靠近该出口，并且可测量其所处位置的温度；

b)所述用于向容器供给低温液体的装置具有开关阀(安全阀)；

c)设置数据采集和处理单元，该单元可接收由所述安全温度探针提供的温度信息，并且可在必要时施加反作用以打开或关闭所述开关(安全)阀。

-该低温液体是液态氮。

本发明还涉及用于全部或部分冷冻产品尤其是食品的设备，其包括一处理容器，该容器包括能够接纳低温液体的薄膜的振动支承件，其特征在于它包括：

-加热温度探针，该加热温度探针位于处理容器内且在产品从容器离开的出口之前并靠近该出口，并且可测量其所处位置的温度；

-用于向容器供给低温液体的装置，该装置具有比例阀；

-数据采集和处理单元，该单元可接收由所述探针提供的温度信息，并且可在必要时反作用于所述比例阀的开度系数。

根据本发明的设备还可具有一个或多个以下特征：

-振动支承件稍微向下倾斜，并在端部稍微升高，从而可容纳一定量的低温液体，并且所述温度探针基本位于低温液体积聚的位置，

-振动支承件向上倾斜。在此情况下，有利地在振动支承件的一些或全部表面上设置格栅，该格栅可在产品向上前进时过滤产品夹带的一些或全部低温液体，

-该设备还包括：

i)位于处理容器出口处的产品通道内的产品温度探针，该产品温度探针可测量处理后的产品的温度；

j)数据采集和处理单元，该单元可接收由所述产品温度探针提供的温度信息，并且可在必要时反作用于用于改变支承件的倾斜度的装置和/或用于改变支承件的振动频率的装置和/或所述比例阀的开度系数，

-所述用于向容器供给低温液体的装置具有开关型安全阀，并且该设备还包括：

a)位于处理容器内的安全温度探针，该安全温度探针位于产品从容器离开的出口之前并靠近该出口，并且可测量其所处位置的温度；

b)数据采集和处理单元，该单元可接收由所述安全温度探针提供的温度信息，并且可在必要时施加反作用以打开或关闭所述开关阀。

附图说明

从下面参照附图并仅作为示例给出的说明中可了解本发明的其他特性和优点，其中：

-图1是根据现有技术的具有振动支承件的冷冻设备的示意图；

-图2是根据本发明的具有振动支承件的冷冻设备的示意图(向下倾斜情况)；

-图3是根据本发明的具有振动支承件的冷冻设备的示意图(向上倾斜情况)；

-图4是根据本发明的具有振动支承件的冷冻设备的另一个实施例的示意图(向下倾斜情况)；

-图5是根据本发明的具有振动支承件的冷冻设备的另一个实施例的示意图(向上倾斜情况)。

具体实施方式

如在本说明书中先前提及的文献EP-A-505222所示，图1表示根据现有技术的具有振动支承件的冷冻设备的示意图。

该示意图示出容器1(为清楚起见，此处未示出其振动装置)，该容器被供给待冷冻的产品2，并经由进口装置4被供给液态氮。

对于此实施例，容器处于向上倾斜情况。

低温液体溢出而将产品留在该设备内。然后通过格栅系统5将氮和产品分开。

从图中可见，按以下方式使这样回收的氮再循环(环路3)：将氮收集在贮液器4内，然后用活塞泵抽取氮，从而使其返回处理容器(回液管6)。

贮液器内氮的液面由于被探针8驱动的阀7而基本保持恒定，该探针测量液态氮的液面。

总之：

-氮在半封闭回路内流动：其仅通过与产品相接触的蒸发而离开该回路。氮的这种损失可通过由贮液器供给新的低温液体9而连续补充。

-产品仅通过该容器一次。

图2继而示出本发明的一个实施例，下文将详细说明该实施例。

这里，处理容器1设定为稍微向下倾斜并且端部稍微升高，以容纳少量的低温液体。

在处理容器内设置有温度探针10，该探针稍稍位于产品出口之前并基本处于液态氮积聚且液面稳定的位置。

当容器内氮的液面升高时，此探针读取的温度降低，其效果是(经由调节器11)减小比例阀12(可被称为“处理”阀)的开度，从而减小新液态氮10的进入量。由于氮的供给减少，因此液面再次降低且稳定。

类似地，如果观测到液态氮的液面降低，探针10读取的温度将升高，其效果是增大阀12的开度系数。由于氮的注入量增加，因此氮的液面再次升高且稳定。

因此，在现有技术的设备内的氮床由使用闭合回路循环泵的溢出作用控制，但本发明不管设备的消耗如何，而是通过连续改变注入该机器的氮的量来动态地控制氮床。

根据本发明，温度探针是“加热”型探针。这是因为申请人进行的工作表明在此情况下使用常规探针并不明智。实际上，当低温液体的液面升高并接触探针时，该探针通常将探测到例如接近-200℃的温度。当液面再次降低时，探针最初保持被非常冷的气相(其温度接近-200℃)包围，这意味着探针探测到(并因此报告)探针接触低温液体薄膜的情况与探针没有接触低温液体薄膜的情况之间仅有非常小的差别。

因此，连续加热探针是有益的。

下文将说明这种加热探针的一个示例性实施例，具体地是在温度测量领域内大量供应商在市场上销售的“double Pt100”型探针。

所述的探针包括：

-具有铂电阻器的按以下方式工作的温度探针，该(铂电阻器的)电阻根据温度而变化：例如在0℃电阻为100欧姆，并且当温度升高时电阻增大。类似地，当温度降低时电阻减小(例如，在100℃为138.51欧姆，而在-100℃为60.26欧姆)。连接到此电阻器的仪器可测量电阻值，并通过使用换算表从该电阻值推断出温度。

-具有铂电阻器的第二温度探针，该探针可以相同方式使用，从而可核对第一探针测量的温度。

-两条连接到第一铂电阻器的连接线，和两条连接到第二铂电阻器的连接线。

-围绕此组件的不锈钢保护件：在其两端被塞紧且允许该连接线通过的不锈钢管。

-位于铂电阻器温度探针和不锈钢保护件之间的热连接材料。

这种“double Pt100”探针的常规应用如下：

铂电阻器的电阻值根据温度而变化。当温度升高时电阻增大。类似地，当温度降低时电阻减小(例如，在100℃为138.51欧姆，而在-100℃为60.26欧姆)。

第一铂电阻器连接到测量电阻值并通过使用换算表从该电阻值推断出温度的仪器上。第二铂电阻器温度探针以同样的方式使用，并且因此可核对第一探针测量的温度。

根据本发明，通过以下方式使该探针成为“加热探针”，从而以另一种方式利用该探针，方式如下。

向第一铂电阻器连续供给5伏的电压。因此，该第一铂电阻器会消耗根据其温度而变化的功率(在0℃为0.25瓦)，这会导致轻微发热，该发热也根据温度(根据环境温度从+10到+80℃)而变化。

通常，第二铂电阻器通过连接到计算和显示温度的电阻测量装置而使用。因此，这样测量的温度会受消耗功率的另一铂电阻器的影响。

然后，该装置准备好接近低温液体例如液态氮的液面进行操作。

当探针位于液态氮上方而不与该液体接触时，气体的环境温度非常接近-196℃，但是由于第一铂电阻器的功率消耗，探针组件的温度和从而测量的温度大约为-130℃。

当探针组件与液态氮相接触时，探针与液体之间的热传递远大于当探针位于气体介质中时的热传递。则温度迅速降低并接近-196℃。

因此，此装置非常容易判定液态氮的液面是高于还是低于此双温度探针：如果测量的温度低于-180℃，则意味着探针与液体相接触，但是如果测量的温度高于-180℃，则意味着探针与液体没有接触。

经验表明，此装置简单、便宜、可靠、易于得到且不需要维护。此外，由于在操作期间该装置可很好地承受振动支承件导致的振动，因此该装置完全适于测量和调整此类机器内的低温液体的液面。

作为举例说明，如果处理容器被供给大量待处理产品，则大量液体将蒸发，然后阀12将充分打开以补偿此需求，同时在机器的出口保持产品的温度恒定。相反，如果机器不再被供给产品，则阀12的开度将减小以便仅输送足以维持容器内的液面(保持机器冷却)的量。

图2中还可看出存在第二注入控制装置，其目的不是调整液态氮的注入量，而是如果系统(探针13、调节器14，开关阀15)出现偏差则切断供给。如果如上所述的对注入的调节因未知原因而出现偏差，则液态氮将积聚在设备的低点，积聚在容器的倾斜情况改变的位置。然后，探针13将检测到由温度下降导致的氮液面的任何异常升高。当液面到达允许的最大值(设定点)时，将在液体能到达容器的边缘之前经由安全阀15切断对系统的氮供给。从而可防止任何溢出的危险。

另外，考虑到其(使用)情况，该安全探针优选地为“加热”型探针。

则阀15根据以下逻辑工作：

-液面低于最大容许液面→阀打开；

-液面高于或等于最大容许液面→阀关闭。

图2恰好示出向下倾斜的构造。在倾斜情况改变的位置，通常形成深度接近0.5cm(这仅作为数量级的举例说明)的小“池”，而在朝向装置4的出口的斜坡的上游，深度几乎为0(氮溢出)。

图3继而示出处于向上倾斜位置的容器，该容器具有相同的组成元件，从而具有相同的参考标号。

实际上，尽管图2的设备尤其适合于小产品(例如马铃薯粉、搓碎干酪等)，但是向下倾斜的处理容器的氮的液面可能不适用于某些较大的产品(例如家禽肉块)。

使容器稍微向上倾斜使得可在产品进入侧上在容器的底部形成氮床(通常，在斜坡的上游深度接近2cm，而在向上斜坡的端部处的深度接近0)。

由于这样产生的“浴盆”效应，处理会更集中。

应指出，在这种向上倾斜的情况下，在振动支承件1的一些或全部表面上设置格栅(未示出)是非常有利的，在产品向上前进时，该格栅可过滤产品夹带的一些或全部低温液体。然后，这样“过滤”的低温液体再次朝向上斜坡的上游侧落回。

在图2或图3的情况下，低温液体的损失非常小。

总之，如图2和3所示的本发明的实施例使得可省略现有技术的泵，同时保持产品接收到的冷却量(负卡路里)恒定。

此处所说明的实施例在下文将被称为“液面调节”。

图4和5示出本发明的有利实施例(分别在向下倾斜和向上倾斜情况下)，其中还使用了用于测量产品出口温度的探针。

实际上，已发现对于输入产品的初始温度从一天内的一个时间到另一个时间可能变化很大的一些使用场合，以上图2和图3所示的液面调节不能令人满意地起作用。根据本发明，如下所述另外对产品出口温度进行调节是尤其有利的。可以看出，这种调节还可改变产品的温降。

在此情况下，与在容器出口处的温度探针相比，“产品”温度探针所处的环境不那么恶劣，因此“产品”温度探针可以是常规(未加热)类型的探针。

图4示出容器1，该容器被供给待冷冻的产品2，并经由进口装置4被供给液态氮。此处，处理容器1设定为稍微向下倾斜并且端部轻微升高，以容纳少量的低温液体。

根据本发明，在处理容器内设置有加热温度探针10，该探针稍稍位于产品出口之前并基本处于液态氮积聚和液面稳定的位置处，并且如上所述，可经由阀12和调节器11调节重新注入该系统的新的低温液体的量。

但是，此实施例还经由探针20监控处理之后的产品的最终温度，并且根据此监控的结果，适当地反作用于容器1的倾斜度和/或振动频率(经由用于改变容器的倾斜度和/或振动频率的单元21和装置22)。

作为变型(未示出)，也可反作用于阀12的开度系数。

系统因此改变其操作以使产品的温度恒定，而不管输入速度的初始情况和初始温度如何。

此实施例在下文将被称为“温度调节”。

作为举例说明：

-在反作用于振动频率的情况下：如果重新进入系统的产品因未知的或多方面原因而过热，则上述提供恒定温降的液面调节可能不适合，并且会得到同样过热的产品。

因而，系统将反作用于振动频率以改变通过容器的产品的运送时间，在所述示例内是通过减小振动频率来实现的，这样可沿产品的路径较慢地摇动产品，从而使产品在液态氮内存留较长时间(并从而通过连续重复操作来达到预期的低温)。

-在反作用于容器的倾斜度的情况下：该调节将影响产品暴露在其中的液态氮的深度。

还是在重新进入系统的产品过热的示例中，在此情况下系统将减小向下的倾斜度，或甚至在特定情况下产生向上倾斜，以便首先减慢产品通过容器的前进速度，其次产生低温液体床，并根据需求增加该床的深度。

处理时间将会较长，并且产品与液体的接触更完全、更密集，这样通过连续重复操作可使产品的最终温度降低到预期水平。

应指出，尽管此处在图4和图5的上下文中没有说明以上在图2和图3的上下文内说明的安全控制(13/14/15)，但是该安全控制同样可以容易地乃至非常有利地存在，以补充“液面”和“温度”调节。

因而，本发明(可选地由“温度调节”补充的“液面调节”)的优点如下所述：

-避免了泵(的使用)和由氮再循环导致的交叉污染；

-不管输入产品的速度以及它们在处理之前的温度如何，处理后的产品的温度稳定；

-可通过改变设备的倾斜情况来调节处理时间；

-可处理粉末(已成功处理马铃薯粉或巧克力粉)；

-由于其包含很少的机构，所以该设备非常易于清洁；

-系统的可靠性大大提高。尤其是，可消除与泵相关联的故障发生的危险。

-不存在再循环回路，因此可使氮的损失最小。

对于中等尺寸的产品，使用图5的实施例是有利的，除了容器处于向上倾斜情况之外，该实施例在所有方面与图4的实施例相同。

尽管上文已参照液态氮具体说明了本发明，但是在决不背离本发明的范围内可设想使用其它低温液体。

同样，除了本发明尤其涉及的食品之外，本发明还可处理工业产品，例如其熔点接近环境温度的脂肪物质或蜡。

Claims (17)

1.一种用于完全或部分冷冻产品(2)尤其是食品的方法，根据该方法，为了在产品的至少一个表面上冷冻该产品，使该产品在处理容器(1)内与由于使用振动支承件和置于所述支承件上的低温液体薄膜而产生的制冷面(1)相接触，其特征在于使用以下步骤：

-设置加热温度探针(10)，该加热温度探针位于处理容器内且在产品从容器离开的出口之前并靠近该出口，并且可测量其所处位置的温度；

-设置用于向容器供给低温液体的装置(4，12)，该装置具有比例阀(12)；

-设置数据采集和处理单元(11)，该单元可接收由所述探针提供的温度信息，并且可在必要时反作用于所述比例阀的开度系数。

2.根据权利要求1所述的冷冻方法，其特征在于，所述振动支承件稍微向下倾斜并在端部稍微升高，从而可容纳一定量的低温液体，并且所述温度探针基本位于低温液体积聚的位置。

3.根据权利要求1所述的冷冻方法，其特征在于，所述振动支承件向上倾斜。

4.根据权利要求3所述的冷冻方法，其特征在于，在所述振动支承件的一些或全部表面上设置格栅，该格栅可在产品向上前进时过滤产品夹带的一些或全部低温液体。

5.根据前面权利要求中任一项所述的冷冻方法，其特征在于：

-还在处理容器的出口处的产品通道内设置产品温度探针(20)，该产品温度探针可测量处理后的产品的温度；

-设置数据采集和处理单元(21)，该单元可接收由所述产品温度探针提供的温度信息，并可在必要时反作用于用于改变支承件的倾斜度的装置和/或用于改变支承件的振动频率的装置和/或所述比例阀的开度系数。

6.根据前面权利要求中任一项所述的冷冻方法，其特征在于：

-在处理容器内设置安全温度探针(13)，该安全温度探针位于产品从容器离开的出口之前且靠近该出口，并且可测量其所处位置的温度；

-所述用于向容器供给低温液体的装置具有开关阀(15)；

-设置数据采集和处理单元(14)，该单元可接收由所述安全温度探针提供的温度信息，并且可在必要时施加反作用以打开或关闭所述开关阀。

7.根据权利要求6所述的冷冻方法，其特征在于，所述安全温度探针是加热探针。

8.根据前面权利要求中任一项所述的冷冻方法，其特征在于，所述低温液体是液态氮。

9.根据前面权利要求中任一项所述的冷冻方法，其特征在于，所述加热温度探针或安全探针是所谓的双探针，其具有双电阻器并按以下方式使用：

-将两个电阻器中的一个连接到测量电阻值并使用换算表从该电阻值推导出温度的仪器；

-向两个电阻器中的另一个持续供给电压以在其中产生热。

10.一种用于全部或部分冷冻产品尤其是食品的设备，该设备包括处理容器(1)，该容器包括能够安放低温液体薄膜的振动支承件，其特征在于它包括：

-加热温度探针(10)，该加热温度探针位于处理容器内且在产品从容器离开的出口之前并靠近该出口，并且可测量其所处位置的温度；

-用于向容器供给低温液体的装置(4，12)，该装置具有比例阀(12)；

-数据采集和处理单元(11)，该单元可接收由所述探针提供的温度信息，并且可在必要时反作用于所述比例阀的开度系数。

11.根据权利要求10所述的冷冻设备，其特征在于，所述振动支承件稍微向下倾斜并在端部稍微升高，从而可容纳一定量的低温液体，并且所述温度探针基本位于低温液体积聚的位置。

12.根据权利要求10所述的冷冻设备，其特征在于，所述振动支承件向上倾斜。

13.根据权利要求12所述的冷冻设备，其特征在于，在所述振动支承件的一些或全部表面上设置有格栅，该格栅可在产品向上前进时过滤产品夹带的一些或全部低温液体。

14.根据权利要求10-13中任一项所述的冷冻设备，其特征在于，该设备还包括：

-位于处理容器出口处的产品通道内的产品温度探针(20)，该产品温度探针可测量处理后的产品的温度；

-数据采集和处理单元(21)，该单元可接收由所述产品温度探针提供的温度信息，并可在必要时反作用于用于改变支承件的倾斜度的装置和/或用于改变支承件的振动频率的装置和/或所述比例阀的开度系数。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的冷冻设备，其特征在于，所述用于向容器提供低温液体的装置具有开关阀(15)，并且该设备还包括：

-位于处理容器内的安全温度探针(13)，该安全温度探针位于产品从容器离开的出口之前且靠近该出口，并且可测量其所处位置的温度；

-数据采集和处理单元(14)，该单元可接收由所述安全温度探针提供的温度信息，并且可在必要时施加反作用以打开或关闭所述开关阀。

16.根据权利要求15所述的冷冻设备，其特征在于，所述安全温度探针是加热探针。

17.根据权利要求10-16中任一项所述的冷冻设备，其特征在于，所述加热温度探针或安全探针是所谓的双探针，其具有双电阻器并按以下方式使用：

-将两个电阻器中的一个连接到测量电阻值并使用换算表从该电阻值推导出温度的仪器；

-将两个电阻器中的另一个持续连接到电压电源上，以向其供给电压并在其中产生热。

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