CN1771418A - 用于对罐中的产品单元进行回火的方法和系统及其使用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回火的方法，例如用形式为冰块和水的混合物的冷却剂对许多包装好的产品单元(袋子)进行冷却的方法，其特征在于使用水和冰粒形成的冰浆，并且为了冷却这些单元，使混合物绕这些单元循环。优选用喷嘴将冰浆泵送到袋子周围和袋子之间。本发明还涉及一种系统和使用。

Description

用于对罐中的产品单元进行回火的方法和系统及其使用

本发明涉及到在处理罐中用形式为冰块和水的混合物的冷却剂对许多包装好的产品单元进行回火、例如冷却的方法。

本发明还涉及到实施本发明的装置及其使用。

本发明的目的在于提供一种新的方法和装置，它可以充分利用冰浆(即冰粒在水中的悬浮液)的换热质量，为了降低混合物的凝固点，要向混合物中加盐。

本发明的方法、系统和用途的特征在于后面的各权利要求1-10和11-15分别提到的特征。

根据本发明，权利要求1-15所述的方法和系统被用于处理待冷却的真空包装食品。

根据第二方面，权利要求1-15所述的方法和系统被用于处理许多并排挂在架子上的真空袋，这些真空袋刚刚在炉子中经过热处理，之后，架子及袋子被送到冷却罐中，然后在所需的时段内完全漫在冰浆罐中冷却。

冰浆的生产是已知的。这种冰浆也被称为“二元冰”、“液态冰”等。冰浆是小的冰晶或冰片在水中的混合物，这种混合物形成冰浆。冰浆有极佳的热性质和换热性质。

冰浆要么是由特殊的冰浆机(二元制冰机)制成，要么是将冰片或冰块放在搅拌器内磨制而成，冰在搅拌器内研磨并与水混合形成冰浆。通过添加添加剂、例如NaCl盐或各种酒精的混合物，可以使冰浆保持为实际上均匀的物质，这种物质甚至在低温下(例如-10℃)也可以泵送。一些冰浆机具有内置的自动系统，它在预定温度下生产成品冰浆。

本发明的一个目的在于在一种新的工艺中使用这种冰浆，在这种新的工艺中，先对所谓的 “dyp-trekking”工艺中的食品进行真空包装，然后对包装中的原料进行热处理。热处理之后，重要的是要尽可能快地使产品单元冷却下来，然后根据下面限定的方法使用冰浆。

本发明的方法的特征在于权利要求1的特征部分提及的特征。优选的实施方式在各独立权利要求中作了说明。

本发明的系统的特征在于权利要求1的特征部分提及的特征，而优选的实施方式在各独立权利要求中作了说明。

下面将参照附图详细解释本发明，其中：

图1展示了本发明的冰浆循环装置的原理图。

图2展示了一个处理罐的示意图，在该处理罐中用冰浆对产品单元进行处理使之冷却。

下面将借助引言介绍图1，图1展示了所述装置，它包括一个罐20，用于储存冰粒/冰片、水和盐的浆状混合物(冰浆)；一台制冰机10，用于生产所谓的冰粒；一个具有比例进料器的供盐器20，用于向缓冲罐20定量供给盐；以及一个处理罐50，用于处理产品单元。

制冰机10：

管子12将制冰机10和冰浆罐20连起来，管子12通往冰浆罐20的上层。冷却水的管子16从冰浆罐20的底部引出，并回到制冰机以生产新冰。制冰机由电机组14(electrical aggregate)供电。

定量供盐罐30：

设置向罐30中供应盐(也可以是酒精)和水，用于产生盐或酒精的水溶液(例如盐水)。盐可以包括一般的食盐或其他盐。水从水源(未示)经从主水管32分出的支管36输送到罐30。盐从供源(未示)供应到罐30。用温度计和含盐量测定仪确保盐水混合物(盐水)具有适当的含盐量，这是为了根据将在罐20中与来自制冰机10的冰粒或冰片混合的水的比例，实现所需的凝固点降低。

管子34可以将盐水从盐水罐30输送到冰浆罐20。主水管32继续将所需体积的水直接供应到罐20。为了得到正确的剂量，所有的管子都包括所需的调节装置(未示)、截止阀等。

盐的作用是降低水的凝固点。盐的重量含量达2％的盐水的凝固点约为-2.5℃，并且可以作为混合物和冰粒一起泵送。在上述温度下，即-2.5℃时，盐水和冰粒之间可实现平衡。也可以用除了盐之外的其他化学物质，例如酒精或其他有机物质，也可以产生这种效果。

冰浆罐20

管子22从冰浆罐20的上层通向处理罐50，用于将冰浆供应到罐50中，泵54也同样用于这一供应。附图展示了管子22将冰浆输送到罐50的底部。

带有泵/截止阀23的管子24可以从罐50的底部输出一定量的水，并使其回到冰浆罐20。从而在冰浆罐20和处理罐50之间产生循环流动。

外理罐50

图1的右手侧已经示意性地展示了产品单元的处理罐50，图2更详细地展示了它放大的垂直截面。在罐中安装有许多喷嘴，图中展示了3个-60，62和64。一个溢流槽58安装在罐的顶部(带有一根管子52的槽，管子52从该槽的底部引出，并与3个向罐50中喷射冰浆的喷嘴60、62、64相连)。收集在槽中准备泵送的冰浆由泵56经管子52输送到喷嘴60、62、64，并以相当大的力喷射到罐内。各喷嘴可以按各不相同的角度设置以喷射冰浆(例如水平或垂直喷射)，或者按各自用途所需的角度设置。随着冰浆升温并融化，新的冰浆从罐20输入，而冰融化而形成的水则经管子24返回。在罐50的不同高度处，安装了所需的温度传感器，用于监测罐中的冰/水混合物。冰浆有上浮的趋势，并在罐中形成一个上层，而水保持在罐的底部。当罐50中冰粒的体积达到限定的水平时，从罐的底部来的水经管子24从罐输送回罐20中，而一部分新的冰浆则从罐20经管子22输入。

为了得到所需的处理能力，可以将几个处理罐50串联或并联组装在一起，用管子将它们与罐20连起来。

由于水中的冰粒或冰片有上浮的趋势，并积聚在罐50的上部，因此最好从罐的上层取出用于喷嘴的冰浆。随后，将收集槽58放在合适的位置，因此可从罐的上部去掉冰/水化合物。同时，实际的喷射过程有助于连续搅拌水中的冰。

过程：

A)制冰机10向冰浆罐20供应冰。制冰机具有内置的自动系统，该系统控制冰的温度，冰的温度和含盐量反映了冰的浓度。也就是说，盐罐30自动地将盐定量供应到冰浆中，并且冰的温度和浓度由制冰机的PLS控制器自动控制。在冰浆罐中用黏度计，冰浆罐持续地使冰浆循环，因此黏度值与冰浆中冰的浓度成正比。这样，就可以模拟冰浆罐中冰的浓度。

图2展示了一个具有框架结构的架子70，它被设置为放在罐50内。架子70被安排用来在其上悬置许多的产品单元72，架子的容纳物需要快速冷却(或加热)。产品单元72按照系统的方式悬置/平放或直立，因此各产品单元72有一定的间隔。为了泵送产品单元72之间的冰浆必须有这样的间隔。这在冰浆和产品单元72的外表面之间形成了有益而快速的换热接触。

在图1和2展示的设计图中，产品单元分批处理。然而，也可以传送产品单元通过传送带上安置的罐50，传送带连续地传送产品单元通过罐而冰浆被循环并被喷洒到罐中，并且产品单元在罐中具有所需的时段。

该系统产生了三个单独并各自起作用的回路：

—冲罐20和处理罐50之间分别通过管子22和24构成的循环，

—缓冲罐20和制冰机10之间通过管子12、16构成的循环，并且

本发明的主回路是：

—罐50中的冰浆通过管子52构成的循环。

在第一回路中，罐20中的冰浆从罐的上部输出，并通过管子22输送到处理罐50。

在罐50的底部，一定体积的水(在冰已经熔化并使袋子冷却之后)通过管子24从罐中输出，并通过管子24回到缓冲罐中。为了保持悬浮液“均匀”，使一个具有倾斜的旋转轴线和浆叶44的浆叶机构40运转/旋转，因此悬浮液不会分成上部的浓缩冰层和下部的水层。由于真冰的密度低于水，因此如果不搅拌，那么冰随后会上浮，并形成上部冰层。图中只有一个罐50，但可以用几个相邻的罐来依次处理(具有产品单元/袋子的架子浸入)。

在第二回路中，一定体积的冷水通过管子16从罐20的底部回到制冰机10，用于产生新冰，然后，新冰通过管子12回到罐20。

一个单独的回路被连接到处理罐50上，并用来输送/控制冰浆，通过喷嘴60、62、64将冰浆输送到待处理的单元的袋子之间的处理罐50内。

使用特别设计的控制器和测量设备，可以分别优化处理与罐中的回路以及罐20和50之间的回路工作相关的整个过程。并且可以实现高度自动化。

在缓冲罐20中，通过管子34从供源30添加盐水，通过管子32加水，从制冰机10中添加冰粒，可以连续调节冰粒和盐在缓冲罐20中水的体积。使用合适的测量设备可以使上述的整个过程实现自动化。由于下述原因，此方法大大节约了能量：

B)在冰浆罐中使用频率控制的浆叶机构40可使冰浆保持恒定、均匀的运动。冰浆罐20和制冰机通常安装在单独的机房中。

C)将罐50中的冰浆排到冷却罐中。冷却罐50被构造为可以适应生产热的食品时(例如对所谓的“真空烹饪”生产)所用的现有设备。对于样机，设计方案涉及到有3个独立罐的冷却罐系统，因此这些罐可以单独工作。也就是说，三个冷却罐中的每一个都适合加热/烹饪(或真空烹饪处理)真空包装食品所用的专用架子。原料(调味料、肉、鱼、蔬菜、甜点、炖菜等)包装在真空袋内，并且在专用的蒸汽炉(组合蒸汽机)内进行热处理。

然后用真空烹饪工艺(即完全密闭的系统)对真空袋进行热处理(实际上是煮沸)，因此在煮沸过程中，营养、汤汁等不会流失。一旦完成热处理，就将整个架子(大约有100个真空袋，每个重1.2kg)浸在罐内。然后向罐中加入冰粒。

冰的体积(水平控制)一旦合适，就启动循环泵56，使冰浆循环，差不多就像在游泳池中一样。浮到罐表面上的冰晶被吸入到冰浆上层的水平面处的像撇渣器一样的结构58中，然后通过泵吸入，并用很大的力由喷嘴60、62、64通过架子再次喷射到真空袋之间。

该工艺在冰浆和热的真空袋之间产生了非常有效的换热效率。不用详细说明约-1.5℃的冰浆相对0℃的冰水的潜能(焓)，可以肯定冰浆的潜能大于水。在试验期间，使用-1.5℃的冰粒时产品的冷却速度可比使用例如+0.5℃的冰水时快2-3倍。这是因为冰含量约为25％的冰晶的冰浆的冷潜能大约比0℃的水高20倍。冰的含量为20-25％时，冰浆的黏度实际与水相同，这就使得冰像水一样易于泵送。换句话说，在需要的时候可以准确地产生最多的能量。安装在水中不同高度层的温度传感器80向该过程的控制系统发送信号，该系统激发机房中的泵和冰浆罐20，如果罐50中水的温度超过例如+1℃，那么特定体积的熔融水就会通过管子24从罐中传送到大冰浆罐中，且罐20中有更多的冰浆通过管子22输送到处理罐50中。这就允许控制并监测罐中冰浆的温度，罐中浸有热真空袋用于冷却。

在冷却过程中，在罐中使用PLS温度控制器可以用温度差/时间参数模拟冷却真空袋的中心温度。进行了如下试验：在60分钟内将重量例如为120kg的肉球从中心温度为+90℃冷却到+2℃。为了实现这一点，使用了20％的冰浆，其温度为-1.5℃。

在同样的试验中，用+0.5℃的水进行相似的过程，所用的时间约为150分钟。这表明使用本发明的冷却具有明显的进步。

D)达到中心温度时，通过管子24将所用的温度约为+1℃的熔融水泵送回冰浆罐20。随后，实际上是用所有的能源来冷却热的真空袋，而制冰机只需2.5℃的温差(1℃到-1.5℃之间)即可产生新冰。这保护了能量，没有消耗新水，也没有排出废水。因此本发明的方法非常好地利用了能量。

例子

在工厂中用下面的主要零部件试验新方法：

1.带有制冰机的冰浆机，它每24小时能产生2吨冰晶。

2.盐罐(300升)，用于控制冰浆的含盐量。

3.体积约为5300升的冰浆罐，带有图1所示的浆叶机构。

4.具有三个独立腔室的冷却罐(容器)。每个腔室的容积都约为650升，并且每个腔室都装有专门的注射器(喷嘴)，这些注射器用于使冰浆绕浸在该罐内的热的真空包装产品循环。浸在罐内的架子是来自所谓的组合蒸汽机的最初的架子，该蒸汽机通过所谓的“dyp-trekker”工艺对真空包装的食品进行热处理(设计并开发的这种容器也包括在本申请中)。

5.进料泵、排料泵、循环泵、管子接头和带有控制板以手动或自动操作并监测该过程的调节设备。

除了上述极佳的冷却效果之外，还具有如下特点：

1.食品工业中没有已知的方法有能力比现有方案更快地冷却新鲜货物，这是由于真空包装食品不会像用例如液氮或在冻结隧道中一样出现“边缘冻结”。

2.在需要时，大量的冷能随时能使用。

3.非常快速的制冷增加了产量，防止了生产中的瓶颈。

4.由于冷却得更快，因此将要冷却的产品的保存期限极有可能更长。

5.试验表明食品更加一致，并且风味更佳。

6.大大节省能量。

7.比其它常规的方法占的空间少很多。

8.改善了冷却罐周围区域的工作环境(没有来自机器的热辐射或噪音)。

根据本发明，提出了一种方法，其中制冷过程成为商业厨房中的后勤过程的一部分，商业厨房生产、包装、热处理、冷却真空包装食品，并将其分配给小的附属厨房。相应地，还开发了一种冷却罐，它以纯机械方式利用了冰浆的性质，这是因为上述方法使用泵、注射器、温度控制器和罐的几何形状使上述盐水中的冰晶绕热的真空袋循环。

冰与大约2％的盐水一起可以由专门的冰片机生产，并与淡水混合，因此所需浓度的冰浆包括大约25％的冰晶和2％的NaCl(食盐)，其余为淡水。使用盐溶液可使实际冰浆中水的温度降低到大约-2℃而水不会结冰。这是一个理想的温度，它可防止真空袋“在边缘”冻结—这是冻结隧道(气流冷却器)中常见的问题，在冻结隧道中，要快速达到中心温度需要低气温。生产的冰由制冰机30供应到冰浆罐20，并由过程控制系统控制。

使用以倾斜方式安装在冰浆罐中并且形状特殊的浆轮的专门浆叶机构可以使冰保持均匀运动，并形成某种形式的涡流，这可防止运动中的冰分离、结晶或凝结和冻结成大的冰片。这些年来许多人都打算实现这一过程，并且已经确定将浆叶机构恰当定位在对角面上、使用特殊形状/设计的浆叶机构的铲状物、对浆叶机构的旋转速度和铲状物相对浆叶在罐中的离心位置的旋转方向进行频率控制可产生涡流，涡流可保持冰恒定运动，而不会对冰的浓度产生不利影响。

如果冰层静止并在要冷却的热产品周围融化，冰浆就无法充分利用冰的焓。热产品周围的冰会融化，并且会形成一个绝缘层，因此在与产品袋接触时，冰晶内的“冷能”(焓)不会实现充分的作用。在所有点处都使冰晶保持运动，因此这些实现了与热包装产品的换热。如果冰晶不在整个罐的周围连续循环，那么冰晶相对水的能量就无法达到满意的功能级。这是本发明已经解决的一个重要特点。

本发明的方法和装置可以应用于其他功能，例如罐内可能有内置式传送系统的冷却模块(与包装线相适应的相似罐，例如在用到填热设备使用的所谓“dyptrekker”系统中)。

其他用途可以是直接适于例如商业厨房或食品加工厂中的直接用于蒸煮罐(蒸汽锅炉)或真空烹饪罐或高压锅或所谓的“dyptrekker”系统中的冰浆装置，因此冰浆装置被自动连接(接合)到烹饪-冷藏过程中；并且可能由热食品生产设备中使用的相同的仪器控制。在这种情况下，冰浆会自动或手动泵送到在线后勤过程中的这些机器内。

Claims (17)

1.使用冰块和水的混合物形式的冷却剂进行回火的方法，例如在处理罐中冷却许多包装好的产品单元的方法，其特征在于在处理罐中使用水和冰粒的冰浆，并且使混合物绕这些单元循环以使这些单元冷却。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于使用冰晶比例为25％、温度为-2.5℃的冰浆。

3.如权利要求1-2所述的方法，其特征在于通过使用带有喷嘴、例如3个喷嘴的泵送装置(56)，使混合物绕待冷却的单元循环，其中冰浆在处理罐中循环泵送，而产品单元浸在处理罐中。

4.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于水是约2％的盐水，盐水的形式为溶解在淡水中的盐的混合物，此时水与冰粒混合形成冰浆，冰浆具有泵送所需的浓度。

5.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于盐水含有重量含量大约25％的冰晶和2％的NaCl(食盐)，其余为淡水，因此盐水溶液允许实际冰浆中水的温度降低到约-2.5℃，而水不会结冰。

6.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于将从罐(50)中泵出的冰浆从罐的上层通过溢流槽取出。

7.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于当冰浆的温度达到约+0.5℃时，冰浆被泵送回供浆罐(20)，其中冰浆是在供浆罐中用比例适当的冰晶机中的冰晶、在适当的冷却温度下制备而成的，例如冰晶的比例为15-25％，尤其是25％，温度为-1到-2℃，尤其是-1.5℃。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于通过用浆叶机构搅拌使冰浆罐(20)中的冰浆保持适合泵送的条件。

9.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于冰浆在许多用于产品单元的处理罐(50)和供浆罐(20)之间循环，使用许多串联或并联的处理罐对产品单元进行回火处理。

10.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于处理罐(50)按照顺序一个接一个使用。

11.用于回火的系统，例如使用冰块和水的混合物(冰浆)形式的冷却剂对包装好的产品单元进行冷却的系统，其特征在于

a)一个或多个用于产品单元的处理罐(50)和

b)使冷却剂在浸在处理罐(50)中的产品单元周围和产品单元之间循环的装置。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于罐的上部包括用于冰浆出口的溢流槽(58)，该槽通过管子(52)及相连的泵(56)与许多用于喷射冰浆的喷嘴(60，62，64)连在一起。

13.如权利要求11-12所述的系统，其特征在于一个或多个处理罐被连到在其中制备冰浆的供浆罐(20)上，并且该系统还包括用于使冰浆在处理罐(50)和供浆罐(20)之间循环的装置。

14.如权利要求11-13中的任意一项所述的系统，其特征在于它还包括：

e)传送机构，例如传送带，用于将一组或许多产品单元连续传送到处理罐(50)中，并由悬浮预定的时段来冷却。

15.如权利要求11-14中的任意一项所述的系统，其特征在于使冰晶/水冷却剂在产品单元周围和产品单元之间循环的装置包括喷嘴和用于泵送冰浆/悬浮液的泵系统。

16.如上述权利要求所述的方法和系统的使用，用于处理待冷却的真空包装产品，尤其是食品。

17.如权利要求12所述的方法和系统的使用，将许多真空袋并排悬挂在架子上进行处理，并且这些袋子刚刚通过在炉子中进行的热处理过程，之后带有袋子的架子被传送到冷却罐，并完全浸在冷却浆罐内冷却预定的时段。

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