專利名稱：一種冷凍設(shè)備與冷凍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到冷凍設(shè)備與冷凍方法，具體地說，本發(fā)明涉及到將一種可以冷凍的流動物質(zhì)轉(zhuǎn)變成一種固體顆粒狀制品，或者將離散的食物如對蝦、龍蝦以及豌豆等冷凍起來。流動物質(zhì)可以是諸如乳制品(如奶油、鮮奶、酸奶等)、液蛋、羹湯、藥劑、微生物培養(yǎng)物或醬等。
以往有多種先有技術(shù)涉及到將奶制品冷凍成離散的顆粒形式的方法。英國專利GB-A-1，264，439說明了用液化的氣體冷凍劑直接接觸蛋或奶制品從而形成爆米花狀的顆粒。英國專利GB-A-1，376，972說明了一種小型系統(tǒng)，此系統(tǒng)通過使蛋從噴嘴下落至液化的氣體或冷凍劑中而生產(chǎn)小蛋團。
GB-A-2，092，880公開了一種通過使液滴下落至或落入液化的氣體而較好地生產(chǎn)出液體奶油的懸浮冷凍顆粒的方法與設(shè)備。英國專利GB-A-2，117，222和美國專利US-A-4，843，840公開了通過使液體脈沖流流進或流至一液態(tài)氣體流而生產(chǎn)出如奶油的冷凍液體顆粒體的方法與設(shè)備。
前述各申請中所述及的設(shè)備與方法的一個缺點為特別是在對顆粒狀物體有較大的需求時，很難有效地使用液態(tài)氣體。
在英國專利GB-A-2，023，789中，業(yè)已提出了用將海鮮諸如對蝦或龍蝦等放置在一個具有水平轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)鼓的外表面上、把轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)表面曝露于冷凍介質(zhì)，比如液態(tài)氮，使此內(nèi)表面冷卻的方法或用將液態(tài)氮直接噴泄到海鮮上的方法。但這種設(shè)備不適于冷凍液體物質(zhì)。依照本發(fā)明，提供有一種用于冷凍顆粒體的設(shè)備，此設(shè)備包括一個旋轉(zhuǎn)部件，此部件具有通常為水平的冷凍表面;將所述顆粒體散布在所述冷凍表面上的裝置;將所述冷凍表面冷卻至冷凍溫度的裝置;以及從所述冷凍表面上收集至少外層上已冷凍了的所述顆粒的裝置。
本發(fā)明還提供了一種冷凍顆粒體的方法，此方法包括將所述顆粒體散布至一個旋轉(zhuǎn)部件的通常為水平的冷凍表面上;將所述冷凍表面冷卻至一冷凍溫度;通過與已冷卻的表面相接觸而至少使每一顆粒體的外層冷凍;以及從所述冷凍表面上收集上述至少外層已冷凍了的顆粒體。
根據(jù)本發(fā)明提供的方法與設(shè)備的一個優(yōu)點是可以獲得較高的冷凍表面利用率，因而能以相對較高和生產(chǎn)率從給定面積的冷凍表面上生產(chǎn)至少部分被冷凍了的物體。所述面積的利用率要大于使用上述先有文件GB-A-2，023，789所公開的設(shè)備所能達到的面積的利用率。
所述物體可以是液體，也可以是固體。液體可由一種單一的成分構(gòu)成，但通常包括兩種或兩種以上的成分，它們是呈乳狀液、懸浮液、稀漿或溶液的形式。一般來說，所述液體是液狀的。本發(fā)明的設(shè)備適用于冷凍粘性或膠質(zhì)液體。如果液體的粘性使得該液體在室溫下無法順利地流動從而在這種溫度下難以泵送的話，可將該液體加熱至使液體的粘性足夠低的溫度，以便能將該液體泵送至所述的散布裝置。根據(jù)本發(fā)明可以冷凍的顆粒狀食物包括諸如對蝦和龍蝦等海鮮、豌豆以及打破的蛋類。
旋轉(zhuǎn)部件最好是一平板，此平板具有一用作冷凍表面的水平上表面。平板一般呈圓盤狀。旋轉(zhuǎn)部件最好由在運行溫度下不會變脆的導(dǎo)熱材料制成。適合的材料包括銅、鎳、鋁與不銹鋼。一種特別合適的圓盤包括一具有相對高的導(dǎo)熱率如銅或鋁的基底組件，此基底組件上鍍有如不銹鋼的惰性層。具有惰性且容易清洗的不銹鋼特別適合于和食物接觸，而具有相對高的導(dǎo)熱率的基底則能使食物迅速冷卻。
所述散布裝置最好包括至少一個噴嘴。
所述噴嘴最好與一個泵的出口相連通。該泵最好是一蠕動泵。一蠕動泵能提供一個液體原料的脈沖流。如果需要的話，為了使向所述噴嘴供應(yīng)原料的速率在較大的范圍內(nèi)可變，蠕動泵的入口端可以與一具有旋轉(zhuǎn)或往復(fù)原動機的第二臺泵相通連。最好，有多個沿徑向設(shè)置在冷凍表面上方的噴嘴。噴嘴的數(shù)量按下列方式選定，即在本發(fā)明的設(shè)備的連續(xù)運行過程中，在任何時刻都至少有50%和最好至少有75%的冷凍表面的面積被所述的物體所占據(jù)。
所述噴嘴最好就是一個垂直管的出口端。噴嘴最好是面向冷凍表面。從所述噴嘴至冷凍表面的垂直距離最好是可調(diào)的。如果需要的話，噴嘴可以具有與之相聯(lián)的加熱裝置。
冷凍表面的冷凍溫度最好是在負50℃至負100℃的范圍內(nèi)。最好，所述冷凍溫度是通過使冷凍表面與低溫冷凍劑作直接或間接的熱接觸而產(chǎn)生的。(這里所用術(shù)語“低溫的”意是指-100℃或其以下的溫度)。此外，可以使用諸如液態(tài)二氧化碳等液態(tài)氣體。低溫冷凍劑最好能以液態(tài)或液氣混合態(tài)與冷凍表面作熱接觸。低溫液體的汽化所產(chǎn)生的冷蒸氣最好能橫過旋轉(zhuǎn)部件導(dǎo)入，以便與旋轉(zhuǎn)部件和/或物體作熱交換。
如果旋轉(zhuǎn)部件是一平板，根據(jù)該平板的厚度及導(dǎo)熱率低溫冷凍劑(最好為液氮)可以與冷凍表面自身或者與平板的下側(cè)相接觸。但是，通常最好采用使液態(tài)低溫冷凍劑噴向冷凍表面自身的工作裝置，以便能使低溫冷凍劑與物體及冷凍表面相接觸。一般來說，液態(tài)低溫冷凍劑(或液態(tài)二氧化碳)通過噴布而與選定的表面相接觸。當選定的與低溫冷凍劑相接觸的表面是冷凍表面時，需要小心以避免噴布的動能使物體脫離平板。為此，液態(tài)低溫冷凍劑最好從包括至少一個噴嘴的裝置中噴布出來，該噴嘴能將渦旋運動傳遞給低溫冷凍劑并能使冷凍劑以擴散錐狀的形式由所述噴嘴噴出。而且，該噴嘴通常位于距冷凍表面一定的距離處，此距離要大于100毫米(mm)。如果需要的話，冷凍表面的外邊緣可以與一止動壁相鄰接，該止動壁起一障礙物的作用，以防止因噴布所引起的被冷凍物質(zhì)或食物由冷凍表面移開。
最好，液態(tài)低溫冷凍劑噴布裝置以這樣的方式設(shè)置，即在運行過程中，物體在被液態(tài)低溫冷凍劑噴射之前由平板承載行進了至少為90°的弧度。
旋轉(zhuǎn)部件最好位于一外罩之內(nèi)。如果冷凍表面是通過與低溫液體相接觸而冷卻的，那么，就要求設(shè)有一個所產(chǎn)生的蒸氣的出口，此出口具有這樣的位置，即在運行過程中，蒸氣橫著流過冷凍表面，從而因冷凍表面而升溫。如果需要的話，可用一風扇來幫助蒸氣流動。
收集裝置最好包括至少一個帶有與冷凍表面相接觸的邊緣的葉片，所述葉片具有這樣的朝向，即物體(每個外層全部均已冷凍)被該葉片引導(dǎo)至平板的邊緣。而所述邊緣最好被彈簧偏置而與冷凍表面相接觸。最好設(shè)有多個這類葉片。
以下，將參照附圖通過具體實施例來說明本發(fā)明的冷凍方法與冷凍設(shè)備，本發(fā)明在此描述了一種冷凍方法及冷凍設(shè)備。附圖中

圖1是本發(fā)明一冷凍設(shè)備的側(cè)視示意圖;
圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線的剖面示意圖;
圖3是圖1與圖2所示冷凍設(shè)備的另一種側(cè)視示意圖;
圖4是圖1至圖3所示冷凍設(shè)備的罩蓋的平面示意圖;
圖5是說明用于控制將液態(tài)氮與所要冷凍的物質(zhì)提供給圖1至圖4所示的設(shè)備的供應(yīng)量的裝置的流程示意圖;
圖6是更詳細說明構(gòu)成圖1至圖4所示的設(shè)備一部分的液態(tài)原料散布器的示意圖;
圖7是更詳細說明構(gòu)成圖1至圖4所示的設(shè)備一部分的成品收集裝置的示意圖;以及圖8是圖7所示的刮削部件的透視示意圖。
上述諸圖均不是按比例繪制的。
參照圖1至圖4，冷凍設(shè)備包括一帶有一罩蓋4的外殼2。外殼2與罩蓋4界定出一個通常為立方體形的冷凍箱室6。外殼2與罩蓋4兩者均由一不銹鋼的內(nèi)壁或內(nèi)表面8以及一不銹鋼的外壁或外表面構(gòu)成10。外壁10與相應(yīng)的內(nèi)壁8之間留有一定間隔，該間隔內(nèi)包含有諸如泡沫塑料材料(例如泡沫聚胺脂一類)的絕熱材料。
一個旋轉(zhuǎn)的、水平放置的、呈圓盤狀的冷凍平板14位于箱室6內(nèi)。該平板14具有一個平的冷凍表面16。平板14最好用具有相對較高導(dǎo)熱率并不會因接觸低溫介質(zhì)而變脆的金屬制成。銅、鋁、鎳以及不銹鋼等都是適當?shù)倪x擇材料。平板具有足夠的厚度以提供適當?shù)臋C械強度，從而避免了在使用中變形;然而在這些限制下，要求使冷凍平板14的質(zhì)量為最小，以便在將冷凍表面16的溫度減少至冷凍點以下的所需的溫度而使該冷凍表面的溫度保持在該溫度時避免不必要地消耗冷凍量。如果平板14是由不銹鋼制成的，則根據(jù)該平板14的直徑而確定的4毫米(mm)至8毫米(mm)范圍內(nèi)的厚度一般都是合適的。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，用一種復(fù)合材料制成一平板14可以獲得特別好的性能。一具有相對較高導(dǎo)熱率諸如銅或鋁有基底層上可以鍍有一層較薄的諸如不銹鋼等惰性金屬。不銹鋼鍍層雖然具有一相對低的導(dǎo)熱率，但它能構(gòu)成一層惰性的且易于清洗的表面，此表面特別適于食品相接觸。高導(dǎo)熱率的基底層能從食物中汲取熱量?？梢杂枚喾N已知技術(shù)中的任何一種例如稱為等離子噴鍍法或感應(yīng)銅焊法等方法或兩種方法進行鍍層。
平板14居中地安裝在一貫穿于外殼2基座的垂直驅(qū)動軸18上。驅(qū)動軸18是由一位于外殼2外部的軸承20來支承的。由于軸承20位于箱室6的外面，所以，它在正常運轉(zhuǎn)中其不會受到低溫的影響，因而可以是通常類型的軸承。在箱室6之外，軸18裝有一第一齒輪22。電機26驅(qū)動著一第二齒輪24。從第二齒輪24至第一齒輪22的傳動是通過一環(huán)鏈28進行的。第二齒輪24的直徑大大地小于第一齒輪22的直徑。因此，在運轉(zhuǎn)過程中，冷凍平板14每分鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)小于第二齒輪24每分鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。一般來說，電機26可以每分鐘50轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速驅(qū)動第二齒輪24，而冷凍平板14則以每分鐘0.6至6轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
如圖3所示，冷凍設(shè)備包括多個散布嘴30。(為了容易說明，在圖1及圖2中省略了散布噴嘴30)。散布嘴30的底端在平板14的冷凍表面16的上方沿著一個半徑配置。散布嘴30是可伸縮的或者是具有其他能在冷凍表面16的上方調(diào)節(jié)其端部高度的結(jié)構(gòu)。散布嘴30的端部最好是位于靠近冷凍表面16的位置處。在冷凍一具有相對較低粘度的液體時，每一個散布嘴30的端部在平板14的冷凍面16的表面上方的高度可以大約為10毫米(mm)。一般來說，所要散布液體的粘性越大，則所述高度也要越高。每一個散布嘴30都被容納于一輔助管32中，或者與該輔助管32構(gòu)成一整體。輔助管32與一集流腔34相通連并穿過一個由透明材料(如有機玻璃等透明塑料材料)制成的蓋36，而蓋則蓋裝在一個位于冷凍箱室6的罩蓋4的狹縫38上。
如圖3所示，集流腔34與一液體原料或顆粒狀固體原料的供應(yīng)源(未示出)相連通。可以根據(jù)需冷凍的物質(zhì)的性質(zhì)而使用任何一種方便類型的泵40，以產(chǎn)生朝向散布嘴30的原料流。如果所要冷凍的物質(zhì)是液體，則可通過在集流腔34中或在其上游處使液體經(jīng)受有規(guī)則的脈沖而使該液體形成離散體或小球團。有規(guī)則的脈沖會有助于形成大小均勻的顆粒并能以較高的速度將繼續(xù)的原料從每個散布嘴30噴射至平板14的冷凍表面16上。典型的脈沖速率是在每秒2至20個脈沖范圍內(nèi)，從而使散布速率比在靠重力從一噴嘴中滴落來送入液體的系統(tǒng)中至少要高十倍。適當?shù)拿}沖系統(tǒng)的例子包括有;(a)一帶有轉(zhuǎn)輪的蠕動泵40，轉(zhuǎn)輪壓在一撓性供應(yīng)管上;(b)一帶有大尺寸滾輪以給出較長脈沖的蠕動泵;(c)一帶有滾輪和一脈沖氣體供應(yīng)裝置的蠕動泵40;(d)一帶有一脈沖氣體供應(yīng)裝置的齒輪泵40;以及(e)一被其它機械式、螺線管式或氣動式作用反復(fù)擠壓的撓性管。
圖6中更詳細地顯示出了一種用于散布液體原料的適合的結(jié)構(gòu)。一個蠕動泵40包括一主體部件90，此部件界定出一彎曲的導(dǎo)向表面92。硅橡膠管94(圖6中只示出其中的一個)從一集流腔34在導(dǎo)向表面92上伸展并穿過一有機玻璃蓋36，每一根硅橡膠均終止于相應(yīng)的散布管32處，散布管32一般由不銹鋼制成，其遠端部構(gòu)成一散布噴嘴30每一散布噴嘴30均位于旋轉(zhuǎn)平板14的冷凍表面16上方的一選定距離處。一臺電機(圖6中未示出)驅(qū)動一系列滾輪96，以便在多個選定的位置處把橡膠管94擠壓在導(dǎo)向表面92上。這種作用就會使液體原料從集流腔34斷續(xù)地流至散布管32。這樣，就能以離散體98的方式將液體從噴嘴30中散布出來。離散物體的大小部分地取決于每一散布嘴30的內(nèi)徑，該內(nèi)徑一般在2毫米(mm)至20毫米(mm)的范圍內(nèi)。
由于蓋36是由透明材料制成的，所以，能很容易地觀察到原料的散布情況，因此，是否需要調(diào)整噴嘴30在冷凍表面16上方的高度、是否需要調(diào)整將原料泵送至噴嘴30的速率、或者是否需要調(diào)整原料流的脈沖速率均可很容易地被該冷凍設(shè)備的操作者檢測到。
如圖3和圖4所示，冷凍設(shè)備具有一噴射頭42，此噴射頭用于將液態(tài)氮噴射至平板14的冷凍表面16上。為容易說明起見，在圖1與圖2中省略了噴射頭42。噴射頭42與液態(tài)氮的供應(yīng)源(未示出)相連通并具有多個面朝平板14的冷凍表面16的噴嘴44。噴射頭42位于罩蓋4的上方，而其噴嘴44則伸進到罩蓋4上形成的狹縫46內(nèi)。另外噴射頭42也可以位于外殼2的內(nèi)部。一般地說，液態(tài)氮是在超大氣壓力下供給到噴射頭42的。一典型的供給氣壓是在1至4巴的范圍內(nèi)。要求在液態(tài)氮與平板14的冷凍表面16或平板14上正在冷凍的物體接觸處的上游把液氮的機械能耗散掉。因此，噴射頭42的噴嘴44最好將渦旋運動傳遞給流經(jīng)其中的液態(tài)氮(或其它液態(tài)氣體)。更好一些的形式是，液態(tài)氮以擴散錐形流或噴氣的形式離開每一噴嘴44。為了獲得這一結(jié)果，每一噴嘴44較好的是均具有一個將湍流傳遞給液態(tài)流的內(nèi)部葉片(未示出)。這樣噴射液態(tài)氮不僅有助于減少它在平板14的冷凍表面16上的動量，而且能增加液態(tài)氮所接觸的表面面積，從而，有利于將熱量從正在冷凍的原料很好地傳導(dǎo)給氮。減少噴射進冷凍箱室6中的液態(tài)氮的動量也會減少氮將正在冷凍的原料物體移離冷凍表面16的可能性(存在這種可能性的原因?qū)⒃谝韵掠枰哉f明)。為此，較好的是使噴嘴44位于平板14的冷凍表面16的上方至少100毫米(mm)的高度處。盡管可用上述方法減少液態(tài)氮將原料體移離冷凍表面的可能性，但最好在平板14邊緣處設(shè)置一圓形護檔45(見圖3)，因而，如果某些原料物體發(fā)生了移動，這些原料物體也會被留在平板14的冷凍表面16上。
原料散布嘴30與液態(tài)氮噴嘴44的相對位置是使得原料物體在與液態(tài)氮直接接觸之前行進了至少90°的弧度，較好的是行進約180°的弧度。散布嘴30之間的相對間隔是使當平板14旋轉(zhuǎn)時原料物體沿相互間隔和同心圓形線路散布。由噴嘴44噴出的液態(tài)氮錐形射流接觸各個原料物體以及平板14的冷凍表面16裸露出的區(qū)域。由于平板14與原料均處于超出液態(tài)氮沸點很多的溫度狀態(tài)下，所以，會從平板14及原料中排放出熱量，從而，平板14和原料即被冷凍，液態(tài)氮被氣化。因此在如附圖所示的設(shè)備的運行過程中，平板14通過與液態(tài)氮的接觸，不斷地被冷卻。從而，如果以恒定的速率和溫度散布原料并以恒定的速率經(jīng)由噴嘴44噴射液態(tài)氮，那么，平板14就會具有低于0℃的一個恒定溫度。這一溫度最好選在負50℃至負100℃的范圍內(nèi)。因此，各個原料物體一開始就會以低于0℃很多的溫度接觸冷凍表面16。如果原料是液體或者是具有潮濕外表的固體，那么，各個原料物體就會迅速地冷凍在表面16上。一般來說，是在室溫或高于室溫的溫度下散布原料的。因此，在原料駐留在平板14上的過程中，會因平板14而不斷地從原料物體內(nèi)汲取熱量。結(jié)果，每一原料物體的外表面會首先冷凍，此后再逐漸地向內(nèi)冷凍。通過與液態(tài)氮直接地接觸也會有助于冷凍，而且，如下所述，通過接觸來自液態(tài)氮的氮蒸氣也在較少的程度上有助于冷凍。
設(shè)置一排放口50(見圖4)會有利于氮蒸氣與正在冷凍的原料物體之間的接觸，排放口50位于本設(shè)備的罩蓋4上的一定區(qū)域處，以使得來自液態(tài)氮的氮蒸氣在原料物體被旋轉(zhuǎn)平板14從原料散布嘴30的下方運送到液態(tài)氮噴嘴44下方的過程中能橫著流過原料的路徑。因此，氮蒸氣在某種程度上會有助于在每一原料物體直接與液態(tài)氮接觸區(qū)域的上游對各個原料物體進行預(yù)冷卻。一般來說，如果如圖4所示散布嘴30位于“九點鐘”的位置而噴射頭42則位于“三點鐘”的位置，那么，排放口50就應(yīng)位于“十點半鐘”的位置。如果需要的話，還可以在氮蒸氣流經(jīng)的排放口50下游處使用一風扇以促進氮蒸氣的流動。
每一原料物體的冷凍均始于該原料物體表面與旋轉(zhuǎn)平板14的冷凍表面16相接觸的部分。如前所述，每一原料物體與冷凍表面16之間的冰粘結(jié)會迅速形成。一旦形成了冰粘結(jié)，冰粘結(jié)就會持續(xù)地將熱量傳遞給冷凍表面16。因此，冰粘結(jié)會受到熱收縮所引起的力。冰粘結(jié)會達到一個一般低于負50℃的溫度，在此溫度下冰粘結(jié)破裂。因此，某些原料物體會部分或全部地脫離冷凍表面16，從而，從原料物體至冷凍表面的熱流速率會減小。所以，要求使過早的冰粘結(jié)破裂保持在最小限度。液態(tài)氮(或其它液態(tài)低溫冷凍劑)與原料物體之間的直接接觸會有助于冷凍每一原料物體的表面不與冷凍表面16接觸的部分，從而減少了使每一原料物體外層全部冷凍所需的總體時間。因而，可以獲得相對較高和生產(chǎn)率。與液態(tài)氮的直接接觸會加速冰粘結(jié)的破裂。
為了避免每一正在冷凍的原料物體與冷凍表面16之間的冰粘結(jié)過早地破裂，應(yīng)避免冷凍表面16的過度冷卻，并且，最好要使液態(tài)氮與原料物體之間的接觸推遲到原料物體已在旋轉(zhuǎn)平板14上駐留了若干秒以后才進行。最好，大多數(shù)冰粘結(jié)的破裂產(chǎn)生于正在冷凍的原料物體與液態(tài)氮相接觸的下游處。最好在冰粘結(jié)將原料物體固定到冷凍表面16之后再開始與液態(tài)氮接觸，并且，在冰粘結(jié)有任何明顯的破裂之前結(jié)束這種接觸。如果在噴射液態(tài)氮的過程中發(fā)生某些冰粘接的破裂，則某些原料物體會獨立于冷凍表面，這些原料物體就會被液態(tài)氮移動。
正在冷凍的材料物體已被平板14帶著與液態(tài)氮噴射流脫離接觸之后，這些材料物體就接著到一個收集裝置52，如圖1與圖2所示，收集裝置52包括一支臂54，此支臂的一端固定在一個與外殼2的底面相連接的垂直軸56上。
為了容易說明起見，圖3與圖4省略了收集裝置52。仍以時鐘結(jié)構(gòu)來模擬，如果原料散布嘴30相對平板14位于“九點鐘”的位置處，那么，支臂54與其固定端相對的一端則位于約“七點半鐘”的位置處。換句話說，所冷凍的材料物體被旋轉(zhuǎn)著的冷凍平板14經(jīng)過一個約為315°的弧度從噴嘴30傳送至收集裝置52。
如圖2所示，收集裝置52的支臂54不經(jīng)過平板14的中心，而是經(jīng)過一其中點靠近平板中心的弦。支臂54所述弦的中點延伸至與其固定端相對的一端的那一部分分別承載著前部和后部葉片58及60。葉片58和60均由塑料材料制成，并且，如圖8所示，是由塑料材料制成的通常為通道形部件62的相應(yīng)側(cè)邊所構(gòu)成的。前部葉片具有一底部邊緣64，而后部葉片60也具有一底部邊緣66，這些邊緣與平板14的冷凍表面16相接合(見圖8)。構(gòu)成葉片58及60的塑料材料與平板14相比相對較軟，以避免刮傷冷凍表面16，并且是一種在運行過程中在所經(jīng)受的低溫下不會脆化的材料。例如，所述塑料材料可以是聚四氟乙烯(PTFE)。
如圖1及圖7更詳細地所示，通過一個有彈簧負載的拉伸裝置68把塑料部件的邊緣端向旋轉(zhuǎn)平板14的冷凍表面16進行偏置而與之相接合，該拉伸裝置包括一拉伸桿69，此拉伸桿穿過外殼2的底部從支臂54垂直向下地延伸至外部區(qū)域。這種結(jié)構(gòu)能使與之相聯(lián)的壓縮彈簧70(其決定著由拉伸裝置68施加在葉片58及60的偏置力)保持在室溫左右。通過調(diào)節(jié)位于箱室6外部的螺母72可以設(shè)定所述偏置力。
葉片58和60與一出口滑槽74相配合，此滑槽穿過外殼2從旋轉(zhuǎn)平板14的下面延伸至一冷凍產(chǎn)品包裝位置。設(shè)置葉片58和60以使得從冷凍表面16脫落下來的冷凍原料物體能被引導(dǎo)至出口滑槽74且不會離開該滑槽。由于后部葉片60上游處的熱破裂，某些原料物體會與表面16脫離粘結(jié)，而且，另一些原料物體的粘結(jié)力也被削弱了，因此，只有相當小的一部分原料物體是完全因葉片58和60的刮削動作而與冷凍表面16脫離粘結(jié)的。
具體參照圖7所示，刮削部件62懸掛在支承臂54上，并通過垂直柱55與該支承臂連接。刮削部件62具有一外端63，此外端伸出平板14的邊緣而進入出口滑槽74的開口內(nèi)，從而使得刮削部件62的葉片58和60能將冷凍的原料物體引導(dǎo)進滑槽74。如果需要的話，滑槽74可把原料物體提供給若干容器(未示出)。滑槽74帶有一個瓣閥形式的封閉裝置(未示出)。在一種配置中當探測到的容器(未示出)內(nèi)的成品重量達到預(yù)定數(shù)值時，所述瓣閥會根據(jù)所產(chǎn)生的控制信號啟動，以關(guān)閉滑槽74。這就使得能用一空容器替換已達預(yù)定重量的容器。然后，所述瓣閥再度開啟。
仍然參照圖7所示，拉伸桿69被一塑性變形管71所包容，此管防止拉伸桿69直接與箱室6內(nèi)的冷氣接觸，從而有助于使壓縮彈簧70保持在室溫左右。
再參照圖1至圖4，外殼2一般支承在一工作臺上或者幾條腿上(未示出)。
在運行過程中，平板14的旋轉(zhuǎn)會使原料物體通過而不再與從噴射頭42的噴嘴44向下噴出的液態(tài)氮相接觸，并將原料物體運送至后部葉片60。盡管冷凍表面16與原料物體之間的接觸開始時會導(dǎo)致形成使原料物體固定在冷凍表面16上的冰粘結(jié)，但是，如前所述，原料物體與冷凍表面(以及原料物體與液態(tài)氮)之間的進一步接觸會使冰粘結(jié)受到因熱收縮所引起的應(yīng)力，造成冰粘結(jié)的破裂，這樣就使得某些原料物體與表面16解除粘結(jié)，而另一些原料物體的粘結(jié)力也被削弱了。因此，后部葉片60的邊緣66會很容易地使這些原料物體與旋轉(zhuǎn)平板14的冷凍表面16脫離粘結(jié)。葉片60的后面會阻止平板14的旋轉(zhuǎn)將已脫落的原料物體(或小團丸)向前傳送到前部葉片58。因此，原料小團丸會沿著葉片60的后面行進并越過平板14的邊緣落進滑槽74中。盡管如此，如果有任何固體原料仍牢固地粘結(jié)在平板14的冷凍表面16上，那么，由于后部葉片60可以克服拉伸彈簧70的偏置力移動，所以，后部葉片60可能越過該固體原料。而前部葉片58則能使在后部葉片60邊緣66下方通過的任何原料脫落并將它們收集起來。這樣，就能在出口滑槽74中以冷凍成小團丸的方式收集所有供給散布嘴30的原料。
原料物體或原料小團丸上從外向內(nèi)冷凍的。在每一小團丸進入滑槽74之前，這一冷凍過程一般還沒有完成。事實上，當每一小團丸進入滑槽74時，最好只有其“外殼”被冷凍，而每一小團丸的內(nèi)部則仍處于液態(tài)。一般來說，每一小團丸均被容納于滑槽74內(nèi)，而此滑槽則具有在負50℃至負100℃范圍內(nèi)的外部溫度。小團丸一般不一定呈圓盤狀或丸狀。例如，每一小團丸均具有0.4克的平均重量，而其最內(nèi)部仍處于冷凍點之上。如果所收集到的小團丸被傳送給一個被維持在冷凍點之下的存貯容器(未示出)，那么，每一小團的內(nèi)部溫度就會達到平衡，因而冷凍過程得以完成?？梢院苋菀椎孬@得一個負18℃左右的平衡溫度。
通過選擇適當數(shù)量的散布嘴30，原料小團丸占據(jù)冷凍表面16整個區(qū)域的絕大部分。因此，圖1至圖4所示的設(shè)備能以按冷凍表面16的單位面積計算的一相當快的速率冷凍原料。一般地說，為了充分地冷凍以便在經(jīng)由滑槽74放出時保持完整，平均直徑為6毫米(mm)的小團丸要求在平板14的冷凍表面16上駐留不超過10秒鐘。因此，可以以每分鐘6轉(zhuǎn)的速度驅(qū)動平板14。較大體積的小團丸一般需要在平板14上駐留更長的時間，因而需要較低的旋轉(zhuǎn)速度。
參照圖5所示，最好有一熱電偶80以與冷凍表面16具有熱傳導(dǎo)的關(guān)系放置在外殼2之內(nèi)或放置在排放口50的開口內(nèi)。熱電偶80將一表示已探測到的溫度的信號傳遞至一可編程的控制器82，此控制器用于設(shè)定在液態(tài)氮供應(yīng)管86內(nèi)的流量控制閥84的位置，而液態(tài)氮供應(yīng)管86則與噴射頭42相連通?？刂破?2最好是一種能實現(xiàn)電機26使平板4旋轉(zhuǎn)的速度以及第二電機88將脈沖施加給蠕動泵40導(dǎo)管的速度。二者都能用手動設(shè)定。在正常運行過程中，原料流向本冷凍設(shè)備的速率以及平板14的旋轉(zhuǎn)速度均保持不變，在有必要使熱電偶的溫度保持在一個給定溫度(比如-80℃)或者保持在兩給定溫度之間時，對控制閥84的設(shè)定進行調(diào)節(jié)。一旦所探測到的溫度降至表明所述控制系統(tǒng)失效的非所要求的低溫(如負150℃)時，控制器82就會發(fā)出信號，以切斷液態(tài)氮的供給并關(guān)閉電機26和88。
可對附圖所示的設(shè)備加以改進，以便使之適于冷凍例如對蝦。例如，可用一將對蝦送入到旋轉(zhuǎn)平板14上的裝置(未示出)來代替蠕動泵40?？捎檬褂靡苿尤~片而不是固定葉片的裝置代替收集裝置52。移動葉片可懸掛在一循環(huán)傳輸帶上，該傳輸帶具有能使移動葉片在冷凍表面上方沿一弦或直徑朝向平板邊緣行進的路線。這種收集裝置可以是可調(diào)的，以便使移動葉片以與冷凍表面相接觸的方式平滑地橫掃過該冷凍表面，從而將對蝦送進一收集滑槽的開口中。
權(quán)利要求
1.一種用于冷凍顆粒物體的設(shè)備，其包括有一旋轉(zhuǎn)部件，此部件具有一通常呈水平的冷凍表面；用于將所述顆粒物體散布至所述冷凍表面上的裝置；用于將所述冷凍表面冷卻至一冷凍溫度的裝置；以及用于從所述冷凍表面上收集所述至少外層已冷凍的顆粒物體的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)部件是一平板。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述平板呈圓盤狀。
4.如權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述散布裝置包括至少一個噴嘴。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，在所述冷凍表面的上方沿徑向設(shè)置有多個噴嘴。
6.如權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其特征在于，從所述噴嘴至冷凍表面的垂直距離是可調(diào)節(jié)的。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置包括用于使所述冷凍表面與一低溫介質(zhì)作直接或間接熱接觸的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置包括用于液態(tài)低溫介質(zhì)射向所述冷凍表面本身的裝置，以使液態(tài)低溫冷凍劑與所述顆粒物體及冷凍表面相接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述噴射裝置是這樣設(shè)置的，即在運行過程中，在液態(tài)低溫介質(zhì)噴射到所述顆粒物體上之前，該顆粒物體已被運載行進了至少90°的弧度。
10.如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述噴射裝置包括至少一個低溫液體噴嘴，該噴嘴能將一渦旋運動傳遞給液體并使其以擴散錐形的形式噴出。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述收集裝置包括至少一個葉片，該葉片具有與所述冷凍表面相接觸的邊緣，所述葉片以這樣的方式取向，即該葉片能將所述顆粒物體引導(dǎo)至平板的邊緣。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述葉片邊緣被彈簧偏置而與所述冷凍表面相接觸。
13.如前述任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)部件包括有一具有較高的導(dǎo)熱率的基底，以及一由具有相對較低導(dǎo)熱率的惰性材料構(gòu)成的鍍層。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述基底包括一圓盤，此圓盤是由從包括銅或鋁的族系中挑選出來的材料制成的，而且，所述鍍層包括有不銹鋼。
15.一種用于冷凍顆粒物體的方法，其包括將所述顆粒物體散布到一旋轉(zhuǎn)部件的通常呈水平的冷凍表面上;將所述冷凍表面冷卻至一冷凍溫度;通過與所述冷卻的表面相接觸，至少使每一顆粒物體的外層冷凍;以及從所述冷凍表面上收集外層已冷凍了的顆粒物體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述冷凍溫度在負50℃至負100℃的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述冷凍表面是通過直接或間接地與低溫介質(zhì)相接觸而冷卻的。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，液態(tài)低溫介質(zhì)射向所述冷凍表面的區(qū)域，使該低溫介質(zhì)與所述冷凍表面以及所述顆粒物體都接觸。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，在液態(tài)低溫介質(zhì)噴射到所述顆粒物體上之前，該顆粒物體已被運載行進了至少90°的弧度。
20.如權(quán)利要求17至19任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述低溫介質(zhì)是液態(tài)氮。
21.如權(quán)利要求15至20任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述顆粒物體是通過產(chǎn)生液體的脈沖流并將該脈沖流散布到所述冷凍表面上而形成的。
22.如權(quán)利要求15至21任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述顆粒物體包括一種顆粒狀的食物。
23.如權(quán)利要求15至19任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述顆粒物體包括對蝦或龍蝦。
全文摘要
一種用于冷凍顆粒物體的設(shè)備和方法，它包括有一旋轉(zhuǎn)部件(1，4)，此部件具有通常呈水平的冷凍表面(16)；用于將顆粒物體散布到冷凍表面(16)上的裝置(40)；用于將冷凍表面冷卻至一冷凍溫度的裝置，以及用于從冷凍表面(16)上收集至少外層已冷凍了的顆粒物體的裝置。
文檔編號A23L3/36GK1094504SQ9410344
公開日1994年11月2日 申請日期1994年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月26日
發(fā)明者D·G·華德爾 申請人:英國氧氣集團有限公司