CN217658043U - 磁场辅助冻结装置及冻结设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及食品冷冻领域，提供一种磁场辅助冻结装置及冻结设备，磁场辅助冻结装置包括温度感应系统，用于采集食品表面的温度；扫描分析系统，用于得到食品的形状和尺寸；食品冻结模型计算模块，与扫描分析系统连接，用于根据食品的形状和尺寸计算出食品中心温度渡过最大冰晶带的时间；磁场发生系统，用于产生磁场；电磁场控制器，与磁场发生系统、食品冻结模型计算模块以及温度感应系统分别连接，用于根据食品表面的温度降低到预设温度上限值开启磁场发生系统，并在达到食品中心温度渡过最大冰晶带的时间关闭磁场发生系统。本实施例能够实现调节磁场强度、缩短相变时间，减小冰晶尺寸等效果，而且可以减少磁场作用时间，进而节能、减排。

Description

磁场辅助冻结装置及冻结设备

技术领域

本实用新型涉及食品冷冻技术领域，尤其涉及一种磁场辅助冻结装置及冻结设备。

背景技术

我国各项易腐食品的总产量巨大且逐年递增，但由于季节性、地域性且食品含水率较高等因素，极易腐烂变质，与发达国家的5％腐损率相比较，损失十分严重，造成极大的直接经济损失。而冷冻是一种应用广泛的食品贮藏方法，可延长食品的贮存期。冻结过程形成的冰晶会对食品基质的微观结构造成不可逆的损伤，故冻品质量很大程度取决于冰晶的形态。若要进一步提升冻结食品的营养品质，现行的主要方法是通过降低冻结介质温度或提高冻结介质与食品对流换热以提升冻结速率。磁场辅助冻结是指在传统冻结方式的基础之上，施加不同强度或频率的恒定磁场等，改变食品的冻结特性，改善食品的冻结品质。已有研究发现弱磁场能缩短相变过程，减小冰晶尺寸，对猪肉、牛肉等食品材料的冻结后的含水率和品质保持等有非常好的效果。大部分食品的最大冰晶生成带在-1℃～-5℃之间，因此在食品冻结过程的最大冰晶带温度区间施加磁场，即可实现食品的过冷，进而降低食品组织内冰晶颗粒的大小，保证食品的品质，如果在保证冻结品质相同情况下介质温度提高也可以节能。

当前的磁场辅助冻结装置多用于速冻机、冰箱和冷柜的冷冻空间，能够利用磁场对食品的冻结过程进行影响，来达到保证冻结后食品品质的目的，但是没有对磁场辅助冻结的有效作用时间或温度区间进行控制，导致电磁线圈长时间的开启，造成能源浪费。

实用新型内容

本实用新型提供一种磁场辅助冻结装置，用以解决现有技术中没有对磁场辅助冻结的有效作用时间或温度区间进行控制，导致电磁线圈长时间的开启，造成能源浪费的缺陷，实现调节磁场强度、缩短相变时间，减小冰晶尺寸等效果，而且可以减少磁场发生装置的作用时间，进而节能、减排。

本实用新型提供一种磁场辅助冻结装置，包括：

温度感应系统，用于采集食品表面的温度；

扫描分析系统，用于得到食品的形状和尺寸；

食品冻结模型计算模块，与所述扫描分析系统连接，用于根据食品的形状和尺寸计算出食品中心温度渡过最大冰晶带的时间；

磁场发生系统，用于产生磁场；

电磁场控制器，与所述磁场发生系统、所述食品冻结模型计算模块以及温度感应系统分别连接，用于根据食品表面的温度降低到预设温度上限值开启所述磁场发生系统，并在达到食品中心温度渡过最大冰晶带的时间关闭所述磁场发生系统。

根据本实用新型的一个实施例，所述电磁场控制器在食品表面的温度降低到预设温度上限值开启所述磁场发生系统的同时关闭所述温度感应系统。

根据本实用新型的一个实施例，所述食品冻结模型计算模块内存储有常见食品的热力学参数及多种食品形状的冻结温度经验公式，其中，所述食品形状包括长方体、圆柱体、球体或片状体。

根据本实用新型的一个实施例，所述扫描分析系统包括扫描装置和用户输入界面，所述扫描装置用于得到食品的形状和尺寸，所述用户输入界面用于输入并显示食品的类型。

根据本实用新型的一个实施例，所述磁场发生系统包括电磁线圈和与所述电磁线圈连接的可调交直流稳压电源，所述可调交直流稳压电源用以调节磁场频率和磁场强度大小。

根据本实用新型的一个实施例，所述电磁线圈包括相对设置的一对，一对所述电磁线圈均与所述电磁场控制器电连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述温度感应系统包括至少一个红外热感应探头，用于设于冻结设备的内部空间中。

根据本实用新型的一个实施例，所述食品冻结模型计算模块集成于所述电磁场控制器中。

本实用新型还提供一种冻结设备，包括上述磁场辅助冻结装置，所述温度感应系统设于所述冻结装置的内部空间，所述冻结装置外设有温度数据处理传输端口，所述温度感应系统与所述温度数据处理传输端口连接，所述温度数据处理传输端口与所述电磁场控制器连接。

本实用新型提供的磁场辅助冻结装置，电磁场控制器与磁场发生系统、食品冻结模型计算模块以及温度感应系统分别连接，用于根据食品表面的温度降低到预设温度上限值开启磁场发生系统，并在达到食品中心温度渡过最大冰晶带的时间关闭磁场发生系统。该装置不仅能够实现调节磁场强度、缩短相变时间，减小冰晶尺寸等效果，而且可以减少磁场发生装置的作用时间，进而节能、减排。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的磁场辅助冻结装置的一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供的磁场辅助冻结装置的另一个实施例的结构示意图；

图3是本实用新型提供的磁场辅助冻结方法的流程图。

附图标记：

1：红外热感应探头；2：温度数据处理传输端口；3：扫描分析系统；4：食品冻结模型计算模块；5：电磁场控制器；6：电磁线圈；7：内部空间；8：速冻机传送带；9：脚轮。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1-图2描述本实用新型的磁场辅助冻结装置。

如图1所示，本实用新型提供一种磁场辅助冻结装置，具体包括：

温度感应系统，用于采集食品表面的温度；

扫描分析系统3，用于扫描得到食品的形状和尺寸；

食品冻结模型计算模块4，与所述扫描分析系统3连接，用于根据食品的形状和尺寸计算出食品中心温度渡过最大冰晶带的时间；目前现有技术中已经有关于食品的形状与食品中心温度渡过最大冰晶带的时间之间的关系的研究。例如，《有限长圆柱状食品冻结时间的计算方法及实验验证》、《平板状食品冻结时间的数值计算》、《复杂形状食品冻结时间的几何因子预测法》等；此外，可以理解的是，食品的尺寸与食品中心温度渡过最大冰晶带的时间成正比，食品的尺寸越大，食品中心温度渡过最大冰晶带的时间越长，反之亦然。

磁场发生系统，用于产生磁场，磁场发生系统产生的磁场，可缩短冷冻的相变过程、减少生成的冰晶尺寸，提高冷冻速率，保证食品的品质；

电磁场控制器5，与所述磁场发生系统、所述食品冻结模型计算模块4以及温度感应系统分别连接，用于根据食品表面的温度降低到预设温度上限值开启所述磁场发生系统，并在达到食品中心温度渡过最大冰晶带的时间关闭所述磁场发生系统。大部分食品生成最大冰晶带的温度在-1℃～-5℃之间，在食品表面的温度降低到预设温度上限值例如0℃时开启磁场发生系统，并计算食品中心温度渡过最大冰晶带的时间，当达到食品中心温度渡过最大冰晶带的时间时关闭磁场发生系统。大幅缩短了磁场发生系统的作用时间，减少能源的浪费，实现节能减排。此外，在保证冻结品质相同情况下，磁场辅助冻结对温度要求可以降低，而介质温度提高可以节能。

根据本实用新型的一个实施例，所述电磁场控制器5在食品表面的温度降低到预设温度上限值开启所述磁场发生系统的同时关闭所述温度感应系统。在温度感应系统检测完食品表面的温度并传输给电磁场控制器5后，温度感应系统无需再继续工作，此时关闭温度感应系统能够节约能耗。

根据本实用新型的一个实施例，所述食品冻结模型计算模块4内存储有常见食品(例如肉类、鱼类、糕点类)的热力学参数及多种食品形状的冻结温度经验公式，具体经验公式已经在上述列举的论文中公开，在此不再赘述。其中，所述食品形状包括长方体、圆柱体、球体或片状体等，具体形状通过扫描分析系统3得出。

根据本实用新型的一个实施例，所述扫描分析系统3包括扫描装置和用户输入界面，扫描装置可以是扫描仪，所述扫描装置用于得到食品的形状和尺寸，所述用户输入界面用于输入并显示食品的类型，并将食品的类型以及形状和尺寸传输给食品冻结模型计算模块4，便于食品冻结模型计算模块4根据食品的类型以及形状和尺寸调取相应的经验公式，从而能够较为精确地计算出该食品的中心温度渡过最大冰晶带的时间，进而便于电磁场控制器5控制磁场关闭的时间，达到减少能源的浪费，实现节能减排的目的。

根据本实用新型的一个实施例，所述磁场发生系统包括电磁线圈6和与所述电磁线圈6连接的可调交直流稳压电源，所述可调交直流稳压电源用以调节磁场频率和磁场强度大小。将电磁线圈6放置在冷冻空间的上下部或左右两侧，可产生一定强度的静磁场，对食品冻结产生有益作用，同时避免电磁线圈6通电的热量对食品造成影响。可调交直流稳压电源能够直接调节磁场频率和磁场强度大小，便于根据食品的尺寸大小适应性调节磁场频率和磁场强度。

为了便于安装且磁场区域能够覆盖冷冻区域，根据本实用新型的一个实施例，所述电磁线圈6包括相对设置的一对，一对所述电磁线圈6均与所述电磁场控制器5电连接，由电磁场控制器5控制电磁线圈6的通断。

根据本实用新型的一个实施例，所述温度感应系统包括至少一个红外热感应探头1，用于设于冻结设备的内部空间7中，例如，可以并排间隔设置两个或三个红外热感应探头1，从而能够覆盖整个冷冻区域，使得采集的食品表面温度相对准确，通过多个红外热感应探头1采集的温度取平均值，能够提高采集的准确性，当然，可以根据冷冻的区域设置大于三个的红外热感应探头1，本实施例不做具体限定。

根据本实用新型的一个实施例，所述食品冻结模型计算模块4集成于所述电磁场控制器5中，一方面便于食品冻结模型计算模块4设置，另一方面可以减小占用体积，提高集成度。

本实用新型还提供一种冻结设备，以速冻机为例，包括上述磁场辅助冻结装置，如图2所示，所述温度感应系统设于所述冻结装置的内部空间7，所述冻结装置外设有温度数据处理传输端口2，所述温度感应系统与所述温度数据处理传输端口2连接，以便于温度感应系统采集的温度传输，所述温度数据处理传输端口2与所述电磁场控制器5连接。本实施例中，由于只需将温度感应系统和磁场发生装置安装在冷冻空间中，其他的控制元件都可放置在冷冻空间外，能够节约空间，而且更安全。

本实施例的速冻机还具有传送冷冻箱体的速冻机传送带8以及设于速冻机底部的脚轮9，便于移动速冻机。

本实施例中，当食品进入冻结设备的内部空间7时，输入食品的类型，扫描分析系统3开启获得食品的尺寸、形状，放入后，温度感应系统启动测温，同时食品冻结模型计算模块4开始工作；当测得食品表面温度达到上限值时，通过电磁场控制器5开启磁场，同时关闭温度感应系统，当时间达到食品冻结模型计算模块4计算的中心温度渡过最大冰晶带的时间时，通过电磁场控制器5关闭磁场。

本实施例的磁场辅助冻结装置可安装于家用冷柜、商用冷冻库、大型冷冻库、集装箱、冷冻机等中，能大幅减少磁场发生装置的作用时间，降低能源消耗。

如图3所示，本实用新型的磁场辅助冻结装置的冻结方法包括如下步骤：

S10、放入食品并提供冷量；

S20、获取食品表面的温度；

S30、获取食品的形状和尺寸；

S40、计算出食品中心温度渡过最大冰晶带的时间；

S50、判断食品表面的温度降低到预设温度上限值开启磁场，并在达到食品中心温度渡过最大冰晶带的时间关闭磁场。确认磁场辅助冻结的有效作用时间/温度区间，能够显著缩短电磁线圈6的工作时间，减少能耗，节能减排。

需要说明的是，S20和S30的顺序可以调换。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种磁场辅助冻结装置，其特征在于，包括：

温度感应系统，用于采集食品表面的温度；

扫描分析系统，用于得到食品的形状和尺寸；

食品冻结模型计算模块，与所述扫描分析系统连接，用于根据食品的形状和尺寸计算出食品中心温度渡过最大冰晶带的时间；

磁场发生系统，用于产生磁场；

电磁场控制器，与所述磁场发生系统、所述食品冻结模型计算模块以及温度感应系统分别连接，用于根据食品表面的温度降低到预设温度上限值开启所述磁场发生系统，并在达到食品中心温度渡过最大冰晶带的时间关闭所述磁场发生系统。

2.根据权利要求1所述的磁场辅助冻结装置，其特征在于，所述电磁场控制器在食品表面的温度降低到预设温度上限值开启所述磁场发生系统的同时关闭所述温度感应系统。

3.根据权利要求1所述的磁场辅助冻结装置，其特征在于，所述食品冻结模型计算模块内存储有常见食品的热力学参数及多种食品形状的冻结温度经验公式，其中，所述食品形状包括长方体、圆柱体、球体或片状体。

4.根据权利要求1所述的磁场辅助冻结装置，其特征在于，所述扫描分析系统包括扫描装置和用户输入界面，所述扫描装置用于得到食品的形状和尺寸，所述用户输入界面用于输入并显示食品的类型。

5.根据权利要求1所述的磁场辅助冻结装置，其特征在于，所述磁场发生系统包括电磁线圈和与所述电磁线圈连接的可调交直流稳压电源，所述可调交直流稳压电源用以调节磁场频率和磁场强度大小。

6.根据权利要求5所述的磁场辅助冻结装置，其特征在于，所述电磁线圈包括相对设置的一对，一对所述电磁线圈均与所述电磁场控制器电连接。

7.根据权利要求1所述的磁场辅助冻结装置，其特征在于，所述温度感应系统包括至少一个红外热感应探头，用于设于冻结设备的内部空间中。

8.根据权利要求1-7任一项所述的磁场辅助冻结装置，其特征在于，所述食品冻结模型计算模块集成于所述电磁场控制器中。

9.一种冻结设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的磁场辅助冻结装置，所述温度感应系统设于所述冻结装置的内部空间，所述冻结装置外设有温度数据处理传输端口，所述温度感应系统与所述温度数据处理传输端口连接，所述温度数据处理传输端口与所述电磁场控制器连接。

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