用於施行兩種低溫液體的噴射來冷卻和/或深度冷凍產品的方法和裝置的製作方法

2023-08-05 03:59:46 4

專利名稱：用於施行兩種低溫液體的噴射來冷卻和/或深度冷凍產品的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於利用低溫液體來冷卻和/或深度冷凍一腔室的內容物的方法的領域。本發明尤其涉及在以下類型的裝置中冷卻食品隧道、混合器、攪拌器、研磨器或揉面器、攪乳器、鼓(書面語言中為「滾筒」)等，該裝置的內容物然後可成為固態或糊狀一如肉的情況，或者成為液體。
背景技術：
儘管在下文中更具體地說明食品的情形，但本發明決不應局限於它們的情形，本發明更加普遍地涉及許多其它產品，且尤其是經歷此類低溫冷卻操作的化學品、生物產品、幹細胞等。
在下文中，更詳細地描述研磨攪拌器的情形以便更好地理解所面臨的問題的概念。在此類使用低溫液體來冷卻研磨攪拌器中的食品的應用中，優選使用CO2,原因在於其在狀態變化時傳遞大量製冷量的能力。考慮肉混合器的示例，公知存在大量與使用液態CO2——尤其是通過噴射到攪拌器的底部中——來改善低溫液體與肉之間的熱交換條件有關的文獻。例如，參見文獻US4476686 和 EP744578。在肉領域的應用實際上相當廣泛並標誌著(所涉及的產品範圍很寬，例如碎牛肉(牛肉，小牛肉)、肉末、絞肉(香腸等)、碎禽肉(奶酪火腿、炸塊等))攪拌器中的溫度控制必須非常有效的領域-需要補償與混合和切碎有關的機械加熱；-希望獲得適合隨後的加工的質地。但應注意，由於若干原因，該行業對研磨攪拌器的溫度控制的需求指向液氮的使用。不過公知對於液氮而言，狀態變化時的製冷量的利用率為對於CO2的情況下的一半。在下文中，隨後歸納用於在此類攪拌器中高位或低位噴射CO2或氮的方法的主要特徵。高位COo啼射:-僅利用CO2的固相，但冷凍效率在20bar下有利地為64kcal/kg。-該技術要求最佳進料水平並需要出料喇叭筒(噴射器)的數量適於將乾冰沉積在肉的整個表面上而不形成成團的乾冰，但必須了解高位噴射方案較容易。-其特徵在於固態肉/固態乾冰相非常容易混合，乾冰在產品的中心生成。-該技術仍具有萃取乾冰的風險，因此優選採用溢流萃取法。-該技術通常局限於小型混合器和小的產量(通常每年不足100噸)。-CO2還具有抑制細菌效果，其限制了微生物的生長。筒位氣噴射:
-如上所述，該技術受在I.5bar下約為36kcal/kg的低冷凍效率限制。-其特徵還在於該技術具有冷點的風險並因此難以分配。-因此，高位氮噴射使得需要監控和控制低噴射壓力。-由於所有這些原因，應注意，高位氮噴射使用得不是很多。低位CO2和氮噴射它使得可利用低溫流體的狀態變化的潛熱以及氣體的一部分比熱。氣體的這種利用取決於與產品的接觸時間。儘管在高位噴射中液氮與CO2相比具有很大的冷凍效率障礙，但在低位噴射中，氮的冷凍效率接近CO2的冷凍效率(氣體與產品之間的接觸時間使得可利用這些氣體)。此外，氮具有提供了比CO2低得多的脂肪與水的溶解度的優點。在低位氮噴射中，所觀察到的流體消耗比低位CO2噴射大20%左右。 在本申請全文中，應理解，並且這是本發明的目的之一，能夠具備一種用於在此類裝置中且尤其在低位噴射流體的攪拌器中冷卻產品的新穎方法將是有利的，該方法使得能夠更好地利用氣體且尤其是使得可利用在現有方法中目前未被利用的氣體的部分。

發明內容
如在下文中將更詳細地看到的，用於利用與產品相接觸的低溫液體在冷卻裝置中冷卻產品的根據本發明的方法的特別之處在於，由於不是噴射單一流體而是噴射兩種流體——液氮和液態CO2——並通過CO2與氮之間的製冷量/負大卡(frigorie)交換而將獲得氣體的更好利用，根據本發明，液氮和液態CO2可在所述裝置的至少兩個噴射點分開噴射，或者通過在噴射點本身執行混合而噴射。通過再次理解在攪拌器中的低位噴射的示例的情形中的概念，根據本發明的用於利用在腔室的底部中的材料團塊內噴射的低溫液體冷卻被容納在該腔室(混合器、攪拌器、研磨器等類型)中的產品團塊的方法的特別之處在於，由於兩種流體一氮和co2—而不是單一流體的噴射，並且通過CO2與氮之間的製冷量交換，將獲得氣體的更好利用。因此，本發明涉及一種用於利用在腔室的底部中的材料團塊內噴射的低溫液體在冷卻裝置中冷卻產品、尤其是食品的方法，所使用的裝置為混合器、攪拌器或者研磨器或揉面器類型的腔室，所述腔室可容納待冷卻的產品的團塊，其特徵在於，將兩種低溫液體——氮和CO2—噴射到所述腔室的底部中的材料團塊內，所述液氮和所述液態CO2要麼在所述裝置的至少兩個噴射點分開噴射，要麼通過在至少一個噴射點就地產生混合物而噴射。應注意，在大量與將低溫液體噴射到低溫冷卻裝置中有關的文獻當中，發現文獻EP1887296涉及用於供應產品冷卻裝置的低溫混合物的生產。該文獻認為經由分開的路線噴射不同流體是不理想的，其推薦在冷卻腔室上遊產生混合物並噴射該預先製成的混合物，該混合物然後通過使用上遊混合腔室等而以很常見的方式與致冷劑(氣態和/或液態和/或固態致冷劑)混合。下文將尤其經由比較示例而且經由極為有效的在攪拌器型裝置上的連接點處產生混合物的方法證實，該文獻所作出的分析在低位噴射的攪拌器的情形中是錯誤的一方面分開噴射液氮和液態CO2而另一方面通過在攪拌器上的噴射點處產生混合物而低位噴射液氮和液態CO2的混合物提供了良好的結果，並且通過CO2與氮之間的製冷量交換有效地實現了氣體的更好利用。
根據本發明的方案之一，在所述腔室的頂部另外設有強制對流系統，所述強制對流系統使得可回收並利用低溫液體的低位噴射所致的冷氣體的冷凍能力。該強制對流系統可利用例如風扇或者利用渦輪形成，例如，舉例而言，配設有5個傾斜45 °的葉片的O. 38kff型風扇。根據本發明的實施方法之一，通過在所述裝置的至少一個噴射點產生所述混合物而在所述噴射點噴射氮和CO2這兩種低溫液體，所使用的噴射器使得可以在所述噴射點處執行所述兩種液體之間的製冷量交換。根據這種在噴射點處執行混合的方案的形式之一，所使用的噴射器是同心、雙管式噴射器，液態CO2優選經過外管(「最冷」溫度經過內側，「最高」溫度經過外側，與環境溫 度相接觸)。根據這種在噴射點處執行混合的方案的另一形式，所使用的噴射器為同心、三管式噴射器，優選地採用以下方式使用流體-液氮經過內管；-液態CO2進入第一管和與第一管同心的第二管之間的環形空間；-液氮進入最外側的第三管和與第三管同心的第二管之間的環形空間。如下文將更好地說明的，申請人進行的實驗清楚表明，噴射兩種低溫液體而不是一種液體對支配這種冷卻方法的若干參數和性能有積極作用。在絕不受申請人以下提出的說明限制的前提下，可認為很有利地發生以下現象。兩種低溫液體被噴射到所述裝置中，並且CO2與氮之間發生製冷量交換，所述交換如將要可見的那樣非常有價值。尤其是見證了所形成的乾冰的過冷卻(sous-refroidissement)(公知在大氣壓下，所噴射的液態CO2轉化為乾冰和氣體形式)，該過冷卻增加了向產品傳遞製冷量的能力。此外，通過考慮混合器、攪拌器等中的此類低位噴射情形，在此很可能見證以下事實液氮通過將其熱量/卡路裡釋放到產品中而在裝置頂部產生具有非常低的溫度的氣體，並且朝裝置頂部上升的氣態CO2隨後在與該氣體頂部空間(ciel)中存在的極冷的氮氣相接觸時固化，該乾冰可再次返回而與產品相接觸並將其製冷量傳遞至該產品(以與「高位噴射」方法中相同的方式)。此外，應理解，對這種混合器的頂部增加的強制對流的存在(例如，通過設置風扇)也可增加這些傳遞。此外，本發明可採取以下技術特徵中的一個或多個-所述兩種流體在所述裝置上的至少兩個噴射點處分開噴射，並且施行以下三個用於控制所述方法的步驟i)連續噴射所述兩種流體直到在被處理的產品團塊中獲得設定點溫度；j )在給定的停止時間期間(例如數十秒，例如30秒)停止噴射；k)測量被處理的團塊中的溫度如果測得的溫度大致等於期望的設定點溫度，則將所述攪拌器轉換至停機模式，而如果測得的溫度大於設定點溫度，則重新起動噴射直到達到所述設定點溫度。用語「停機模式」應理解為意味著攪拌(以及噴射)的停止，操作人員然後可在他認為合適的時候清空攪拌器。
此實施例對於處理顯著不同(數量，質量，尤其是脂肪含量等方面)批次的材料特別有利，並且尤其適合以下事實如將進一步看到的，本發明能夠實現處理時間的明顯縮短和因此大幅提高的生產率，從而在任何時間都不面臨與被處理的產品的量相應地產生不同溫度的風險的前提下縮短了必須執行的循環時間。-根據本發明的一種實施方法，為了避免將乾冰帶入冷卻裝置的萃取系統，需要促進產品對在所述腔室頂部中生成的乾冰的吸收，於是提出將萃取系統確定大小為不會促進能夠傳送乾冰的氣體速率。儘管期望的氣體速率將因冷卻裝置的構造而異，但根據本發明，將優選使用稱為「溢流萃取」的萃取。需要提及的是，冷卻或冷凍設備領域中的技術人員了解這些稱為「溢流萃取」的萃取(如以下在圖7中高度示意性地示出)的原理，其中要麼在設備與萃取管路之間留下空間，要麼在一個位置切割萃取管路本身。
本發明情形中的這種構型的優點尤其如下―「中斷」使得此類冷氣體的排出所致的冷凝物能夠排出，同時限制這些冷凝物返回設備中的風險；―「中斷」使得可限制排出速率，且尤其可避免超速排出和因此將使得不僅可排出氣體而且可排出在攪拌器的頂部中形成的乾冰的速率(根據如由於本發明而獲得的上述製冷量交換機制)。-根據本發明的一種優選實施方法，對供應所述裝置的液氮儲器採用液相的壓力調節(對罐底部的調節)，以便促進到達所述裝置的液氮的量被調節的狀態，而不管氮儲器的充填水平和因此液體的高度(「液柱」)如何。對於罐底部的這種調節的實施例，可參考文獻W02004/005791A2，例如，通過調節儲器頂部的氣體的壓力，例如通過使從儲器底部抽取的液體蒸發以便形成輸送到所述儲器頂部的氣體。


本發明的其它特徵和優點因而將從以下結合附圖經由說明但不隱含任何限制而給出的描述變得更加顯而易見，在附圖中-圖I是現有技術常規混合器(例如肉混合器)的示意性表示，該混合器具有兩個槽，在混合器的每一側採用位於混合器底部的一系列液氮噴嘴；-圖2示出了在具有一個槽的攪拌器中實施本發明的一種方法，其中利用在槽的同一側執行的兩種流體的兩個分開噴射；-圖3提供了根據本發明的方案之一的混合腔室的頂部(罩蓋)的局部視圖，該頂部設有通過具有五個傾斜45°的葉片的兩個風扇形成的強制對流系統；-圖4提供了本發明的方案的試驗以及比較試驗的一覽表；-圖5提供了使得可在噴射點處執行混合的雙管式噴射器的一個示例；-圖6提供了使得可在噴射點處執行混合的三管式噴射器的一個示例；以及-圖7提供了結合混合器的頂部示出溢流萃取結構的局部圖。
具體實施方式
圖I示出了現有技術常規混合器(例如肉混合器)的下部，該混合器具有兩個槽2和3，其中在該裝置的每一側採用了一系列低溫流體例如液氮噴嘴。圖中通過標號5象徵性地示出了連接到混合器的壁的低溫液體噴嘴，噴嘴本身由有利地如該圖I中所示那樣位於噴嘴之上的輸送和供應軌道7經由軟管6供應。為了不多餘地使該圖雜亂，混合器的轉子軸的軸線由具有標號4的簡單十字代表，如圖I所示的混合器的每個槽一個軸線。如在審視該圖I時可理解的，噴嘴沿各槽的壁的位置(角度β )以及各噴嘴相對於水平方向的傾角(角度α )在此情形中對於以下目的具有有利的值一方面，防止低溫液體射流的路徑與混合器的軸和轉子交叉(避免形成冷點的任何風險)，同時包含被容納在混合器中的待冷卻產品團塊的最大部分，而且，另一方面，由於噴嘴相對於水平方向的傾斜，當隨後用水清洗混合器時，防止該水能夠回流到低溫液體供應管路中。因此，認為大約45°的相對於豎直方向的角度β提供了良好的結果，並且至少 10°的相對於水平方向的角度α是有利地採用的設置。如上所述，圖3提供了混合腔室(罩蓋)的頂部的局部視圖，其頂部在此設有由具有五個傾斜45°的葉片的兩個風扇形成的強制對流系統。在此示出的方法當然只是一個示例性實施例，可設想諸多其它構造(風扇數量、每個風扇的葉片數量、傾斜度等)而不偏離本發明的範圍。圖3所示的對流系統是用於以下提出的實踐示例和比較示例(具有或不具有高位對流)的對流系統。圖5提供了雙管式噴射器的一個示例，其使得可在噴射點處執行混合併因此在同一噴射點處實現兩種氣體之間的製冷量交換。如根據本發明優選的，液態CO2經過外管，這促進了氮對CO2的冷卻，限制了熱增量，並且使得可易於對氮產生文丘裡效應。如本領域的技術人員將顯而易見的，這種噴射器將尤其由於本領域的技術人員眾所周知的可清洗性原因而優選地通過快速連接機構連接到所涉及的裝置，例如具有低位噴射的攪拌器。圖6本身示出了使得可在噴射點處執行混合的三管式噴射器的一個示例。在此示出的方法採用以下方式使用流體-液氮經過內管；-液態CO2進入第一管和與第一管同心的第二管之間的環形空間；-液氮進入最外側的第三管和與第三管同心的第二管之間的環形空間。在此還應理解，這種布置促進了旨在冷卻液態CO2的兩種流體之間的接觸。如上所述，根據本發明的雙管式或三管式噴射器(其使得可在攪拌器上的噴射點處執行混合)，諸如圖5和6的情形中所示的噴射器，可通過很簡單的噴射器供應部件和快速連接機構供應並連接到所述的裝置，但也可設想使用更複雜的噴射器供給閥，以使得能夠自動控制流體在噴射器的各個通道之間的分配(例如由氣動致動器驅動的閥)。在下文中詳細說明了在用於冷卻肉團塊的攪拌器的情形中本發明的實施例和比較示例的條件-使用Hobart牌攪拌器，其具有單個槽(如圖2示意性地所示，並且當存在對流時其與附圖3相對應)；-低位噴射系統使用位於所述槽的同一側的兩個噴射器，以及被同時驅動的兩個電磁閥(將清楚地理解，可設想在每一側上、在同一側上等的其它噴射構型、數量並且將根據運行狀況且尤其是根據攪拌器的類型、攪拌器的大小等進行選擇)。根據本發明，可使用很簡單的市售噴射器如簡單孔口式噴射器，或者更精密的噴射器，如申請人已如文獻EP744578和EP2041026中所述開發的噴射器。-所使用的低溫流體源·使用在15bar和_20°C下儲存的液態CO2的儲器，該儲器被放置在稱/天平上以便評估消耗；·使用處於3. 6bar的壓力下的液氮儲器，該儲器在此也被放置在稱上以便評估消耗； -所處理的產品為已進行第一粗磨的含有20%脂肪的無骨製造的散裝新鮮牛肉(冰點-1°C，含水量62%，冰點之上的比熱O. 85kcal/kg，冰點之下的比熱O. 36kcal/kg，潛熱55kcal/kg)；-預先研磨的肉的初始溫度在從3.5°C至4°C的範圍內，研磨後的基準溫度為大致-I。。。-利用低位CO2噴射，一個混合循環的平均時間在該工業現場通常為12分鐘。-所遵循的協議·結合在攪拌器中的新鮮無骨製造的散裝物的溫度測量。 連續噴射低溫液體，使用或不使用強制對流(63赫茲)，基於兩個聯繫並被監控的因素-研磨器中的肉的溫度為-O.6°C至_1°C ；-馬達電流強度為6安培。 同時ο通過鉗式電流表顯示攪拌器的電流強度。ο記錄攪拌器內部、攪拌器外側的溫度(與罩蓋的開啟/閉合相對應)和萃取氣體的溫度。·測量無骨製造的散裝物在研磨之後的溫度。·由生產負責人檢查研磨製造的散裝物以及在下遊形成的牛排的外觀和質地，所述檢查通過對所形成的產品進行細菌分析而補充。 對150kg批量的肉進行試驗(視所涉及的試驗而定，重複該試驗3到4次，以確保觀察結果的良好的可再現性和代表性)。 在所有情形中，所述試驗使用簡單型噴射器(連接到混合器的簡單管路)。-試驗No.I-對照例單獨噴射液氮，不使用附加對流。-試驗No.2-根據本發明不使用對流的試驗,按照圖2分開噴射兩種低溫液體(在混合器同一側的兩個噴射器)。-試驗No.3 :與No. 2相同的試驗，但在此另外使用高位對流。換言之，這些試驗的特徵在於恆定的在處理結束時的電流強度(6A)、恆定的冷凍保持(在處理結束時的電流強度仍相同)、恆定的所使用並預先研磨的無骨製造的散裝物、恆定的處理批次重量、恆定的在期望研磨之後的設定點溫度(大致-1°C)。將試驗結果集合在以下圖4中提供的表格中，所述結果使得可得出以下結論-通過實施本發明，清楚地觀察到處理時間的縮短，這種縮短甚至高於當使用附加高位對流時；-還清楚地觀察到所使用的流體的消耗的減少。這種消耗的減少必然與根據本發明執行的CO2的過冷卻有關，而且與加熱現象的限制有關，從而改善了熱傳遞；-強制對流的存在使得可進一步改善這些性能(處理時間和消耗)中的每一個；
-換言之，處理持續的時間越短，因此使用馬達的時間就越短，這使得能夠輸入更少的源自外部的卡路裡並且更低的馬達傳遞至系統的機械能；-相對於該場所的常規處理條件傳遞至團塊的製冷量相同，該傳遞因此已得以改善，不論所述處理是否存在對流或者不存在高位強制對流。更具體而言，該過程的優化必然與累積效應的協同作用有關。兩種流體的使用使得可通過在材料團塊內噴射的經過過冷卻的CO2進行操作，同時形成能夠使朝腔室頂部逸散的氣態CO2重新固化的冷氣體頂部空間。此外，當使用高位強制對流時，應理解這僅增強了這些效應。關於這種強制對流的作用，這些結果無疑證明了以下事實引入腔室頂部的這種強制對流對在被處理的團塊上執行的製冷量的整體傳遞有顯而易見和積極的作用。考慮到所處理的緊湊團塊，或者考慮到在處理期間可用的時間一該時間看起來可能過短，這看起來可能矛盾。可試圖提供以下解釋通過比較，在常規的低溫隧道中，安裝O. 20kff/m2的風扇以便實現80W/m/K的對流。根據本發明，且值得一提的是，通常可在每平方米上安裝7. 5kff,以便實現預計可在200W/m2/K左右的對流,這種對流強度相當大。 可認為本發明的狀況於是部分地接近衝擊型對流。
權利要求
1.一種用於利用在腔室的底部中的材料團塊內噴射的低溫液體在冷卻裝置中冷卻產品、尤其是食品的方法，所使用的裝置為混合器、攪拌器或者研磨器類型的腔室，所述腔室能夠容納待冷卻的產品的團塊，所述方法的特徵在於，在所述腔室的底部中的所述材料團塊內噴射兩種低溫液體一氮和CO2,所述液氮和所述液態CO2要麼在所述裝置的至少兩個噴射點處分開噴射，要麼通過在至少一個噴射點就地產生混合物而噴射。
2.如權利要求2所述的冷卻方法，其特徵在於，在所述腔室的頂部中另外設有強制對流系統，所述系統使得能夠回收並利用所述低溫液體的低位噴射所致的冷氣體的冷凍能力。
3.如前述權利要求中任一項所述的冷卻方法，其特徵在於，通過在所述裝置的至少一個噴射點產生所述混合物而在所述噴射點噴射氮和CO2這兩種低溫液體，所使用的噴射器使得能夠在所述噴射點處執行所述兩種液體之間的製冷量交換。
4.如權利要求3所述的冷卻方法，其特徵在於，所使用的噴射器為同心、雙管式噴射器，所述液態CO2優選地經過外管。
5.如權利要求3所述的冷卻方法，其特徵在於，所使用的噴射器為同心、三管式噴射器，所述噴射器優選地採用以下方式使用所述流體 -液氮經過內管； -液態CO2進入第一管和與所述第一管同心的第二管之間的環形空間； -液氮進入最外側的第三管和與所述第三管同心的所述第二管之間的環形空間。
6.如前述權利要求中任一項所述的冷卻方法，其特徵在於，在所述裝置上的至少兩個噴射點處分開噴射所述兩種流體，並且施行以下三個用於控制所述方法的步驟 i)連續噴射所述兩種流體直到在所處理的產品團塊中達到設定點溫度； j)停止所述噴射一給定的停止時間； k)測量所處理的產品團塊中的溫度，並且如果測得的溫度大致等於所述設定點溫度，則將所述攪拌器轉換為停機模式，而如果測得的溫度大於所述設定點溫度，則重新起動所述噴射直到達到所述設定點溫度。
7.如前述權利要求中任一項所述的冷卻方法，其特徵在於，所述裝置設有氣體萃取機構，並且這些機構屬於稱為溢流萃取的類型。
全文摘要
本發明涉及一種用於在冷卻裝置中冷卻材料、尤其是食品的方法，所述冷卻完全或部分通過使所述材料與低溫液體相接觸而執行。所述方法的特徵在於通過噴射兩種低溫液體——氮和CO2——來執行所述接觸。液氮和液態CO2要麼分開噴射到所述裝置的至少兩個噴射點中，要麼通過在所述噴射點處混合兩種低溫流體而噴射。本發明在所採用的裝置為混合、批量混合或研磨腔室的情況下有用，其中在所述腔室的底部執行向所述材料體部內的噴射。
文檔編號A23L3/375GK102781245SQ201080055335
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月7日 優先權日2009年12月8日
發明者F·庫贊, M·佩羅特米諾, N·法松, P·科瓦盧斯基, W·弗雷德裡克 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司