专利名称：用于挤压机的流量分配装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在组织化处理的蛋白质食品生产中与食品挤压机有关的冷却模及其用途，以及涉及一种可用于从食品挤压机的出口直接流到多通道冷却模入口的流量分配装置。本发明尤其涉及一种装置，其被设计为提高冷却模的操作效率并也能促进在冷却模每一通道内压出物流量的均匀分布。
背景技术：
在商业食品生产领域，尤其是商业宠物食品生产领域，为了保证这种食品具有一可信的“肉状的”外表，而并不引起与瘦肉相关的高原料成本，通常需要生产一种廉价的用于包括在食物基体中的人造肉。生产这种人造肉的一种特别有效的工艺由埃弗姆食品有限公司(Effem Foods Pty Ltd.)公开于专利文献WO00/69276中。其中所描述的工艺包括使用一冷却模来实现高湿度的，蛋白质基压出物的逐渐固化，从而形成一“纤维状的”内部结构。
当然，冷却模的商业用途在高湿度挤压应用中受到限制，这种冷却模有不能适应高压出物流速的倾向，该高压出物流速在生产商业上适用的食品时是必需的，例如每挤压单元每小时超过200kg的产品。
为了克服这个问题，因此有必要提高冷却模压出物的整体效率。一种改进的设计由埃弗姆食品有限公司(Effem Foods Pty Ltd.)公开于专利文献WO01/49474中。该文献公开了一种多通道冷却模，其能在每挤压单元每小时内以全部的质量流速生产出大约一吨组织化处理的、高湿度的压出物。
但是，多通道冷却模的一个潜在问题出现了，在那里排出挤压机的一单个产品流分裂为大量单一的流量而进入冷却模中。每一压出物冷却通道内获得的产品质量，在很大程度上取决于确保在每一单个通道之间以及单个通道内的流速相对均匀地分布。依照WO01/49474的多通道模具制造的操作中，已经注意到在穿过冷却模每一单个通道的压出物流速的变化可能倾向于不同，特别是在高流速操作过程中。
在文献WO01/49474中建议，即使通道内的流量分布是极限值，在挤压机出口和冷却模入口之间放置一些限流装置可能是有利的。其目的是在该过渡中产生一压力降。因此，如果该限压装置使得通道具有该特征，即其与冷却模通道精确对准，并且在每一通道内对流量实现相同的限制，穿过该限流装置每一通道的压出物流量事实上将是相同的，从而在每一冷却模通道内促使相对均匀的流动。
但是，这种系统的一个缺点是，用于一些商业宠物食品生产所需要类型的压出物，在离开挤压机时将倾向于开始固化。如同分层一样，在该固化过程中为了生产指标内部结构，单向流动是合乎需要的，迫使这些被部分固化了的物质通过流量限制将有助于破坏已经形成的结构，并且有助于将湍流引入压出物的静止液态组分中。这就破坏了已经形成的结构，为了获得所需的层状内部组织，随后必须重新形成结构。
该问题一个明显的解决方案是确保离开挤压机的压出物处于一足够高的温度水平，例如180℃，这样其将不会开始部分固化直到其已经通过限制，并在冷却模主体内已调整为相对的层流。但是，这是一种相对限制实际优点的解决方法，当然，提供给冷却模具有显著高温的原料将极大地增加该冷却模所需要的冷负荷。反过来这将减小最大流速，该最大流速可在仍然提供可接受质量的产品的同时通过冷却模而形成，这将可能使得提供增加效率的冷却模的目的遭到失败。
此外，将压出物加热到比挤压工艺所严格需要的更高温度时，将导致产品的局部燃烧。
因此，本发明的一个目的是提供一种装置或设备，其能在一食品挤压机和一多通道冷却模之间实现改进的压出物流动路径，该装置或设备通过挤压机和冷却模系统能有助于提高材料的生产效率。本发明的进一步目的是提供一改进的压出物流动路径，其能在几乎全部冷却模通道中有助于促进均匀的流量分布。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种挤压机出口流量分配装置，该装置用于从一挤压机传送高湿度食品压出物到多通道冷却模的入口，挤压机具有一个或多个挤压螺杆，所述装置具有一内部压出物通道，该压出物通道对于从挤压机出口到所述冷却模的入口通过的压出物的任何给定元件限定了一流动路径，其中穿过所述通道的所述压出物流动路径长度与任意一单个挤压机螺杆外径长度的比值，大于或等于约0.75∶1。优选地，该比值大于约1.2∶1，更优选地该比值大于约1.7∶1。
本发明所提供的显著优点在于，挤压机和冷却模之间的通道的增加的长度和体积容许压出物维持基本上单向的层流，该压出物可进行初步的固化。因此，在该压出物内形成的所期望的结构不会受到破坏性的湍流，正如背景技术文献中所提及的，该湍流需要在无效率的高温条件下操作挤压机。
例如，对于一给定的压出物形式，现有技术系统已经采用，需要冷却模将压出物的温度从160℃降低到低于100℃，其减小值大于60℃。但是，使用本发明，通过例如一安装在挤压机和多通道冷却模之间的流量分配装置，挤压机出口处的压出物的温度可在120℃温度下运行。因此，冷却模仅仅需要将压出物的温度降低20℃。这有效地容许整体压出物的产量增加200％，并将有助于降低产品燃烧的发生率。
优选地，通道的内部剖面(profile)在横断面上基本上为卵形。更优选地，通道具有一中间喉管的特征，其中所述喉管处的最大内部尺寸不大于挤压机出口的最小尺寸。该喉管特征所具有的显著优点在于，其能确保压出物任意元件的流动路程长度在从所述喉管到冷却模内的任何给定压出物通道的入口点上大体上相同。因此这将促进更均匀的非湍流流动。
提供了一个具有显著优点的实施例，其中，所述通道被一个中空连接件的内部剖面所限定，所述连接件包括一适合于连接到挤压机出口的压出物进入孔；一适合于连接到冷却模入口的压出物排出孔；以及一设置在进入孔和排出孔之间的压出物过渡部分。所述过渡部分的内部纵向横断剖面的特征为具有两个区域第一区域的特征是，在剖面上，一平滑曲线从挤压机出口的近似尺寸处过渡到一圆形或卵形喉管，该圆形或卵形喉管的最小直径不大于所述挤压机出口的最小直径；第二区域的特征是，在剖面上，一平滑曲线从所述圆形喉管膨胀到所述冷却模入口的近似尺寸处。所述内表面平滑曲率的一个显著优点在于，它们有助于减小流动“死点”的发生率，在该“死点”处能产生湍流并也能导致产品的燃烧。
这种剖面(profile)有助于在多通道冷却模内确保压出物的相对流动速度被均匀地分配到每一通道，并在该通道内被均匀地分布。提供了一个特别优选的实施例，其中，一喷嘴被设置在所述冷却模入口的中心和所述第二区域的内部，如此该喷嘴指向所述喉管，并且其中所述喷嘴的特征为一外部表面，即在剖面上，近似平行于所述第二区域的内表面，从而迫使流动的压出物流向在环形通道内的单个冷却模的入口孔，该环形通道的整体直径逐渐膨胀但是具有大致恒定的通道宽度。该实施例对于该目标的进一步贡献在于，压出物在从喉管流向任意一单个冷却模通道上的有效流动路程长度近似相等，这极大地促进了几乎所有所述通道中压出物流量的均匀分布。
根据本发明的另一方面，提供了一种通过上述流量分配装置而生产的挤压食品。
根据本发明的另一方面，提供了一种装配有上述流量分配装置的食品挤压生产线。
下面将参照附图并通过特定的非限定性的示例，描述本发明的优选实施例。
图1显示从被连接到圆形冷却模入口的端部观察，根据本发明一流量分配装置的透视图；图2显示从被连接到双螺杆挤压机出口的端部观察，图1中的流量分配装置；图3显示图1中的流量分配装置，但是所述冷却模的入口板重叠在适当位置；图4显示根据本发明流量分配装置的横端面示意图，该装置被连接到双螺杆挤压机和多通道冷却模上。
具体实施例方式
首先参照图1，描绘了一种流量分配装置5，其包括一压出物通道10，该通道10由一曲线剖面的内表面限定，一挤压机连接法兰15以及一冷却模连接法兰20。需要注意的是，当进行操作时，压出物42将通过挤压机连接法兰15进入装置5中，沿箭头25的方向穿过装置5并将离开装置5以及通过冷却模连接法兰20进入到冷却模50。参照图2，显示了该装置5的相对端的同样特征。
在实际操作中，通过所述挤压机的出口法兰30将流量分配装置5直接连接到例如在瑞士Bühler A G，9240 Uzwil所销售的双螺杆输送食品挤压机45的出口。同样地将装置5连接到多通道冷却模50上，该冷却模50的压出物流动通道40围绕圆形轴径向配置，例如专利文献WO01/49474中所公开的通过所述冷却模的入口法兰35设置。该附件部分地显示于图3中，其中也显示了压出物流动通道40的位置。
图4中的横断面图显示了装置5的结构及其基本的操作特征；尤其是其内部几何尺寸。所显示的装置5连接到双螺杆挤压机及多通道冷却模50上，该螺杆挤压机具有直径大约为D的压紧螺钉38。还显示了压出物流动通道40的位置。
特别需要注意的是，典型的压出物流动路径L的长度与直径D的比值，大于约1.7∶1。本领域普通技术人员，特别是那些熟悉压出物液体流动人员，将认识到该流动路径的相对长度将极大地帮助促进通过装置5并进入通道40的压出物42的层流。
装置5的特征为具有三个主要区域在流动方向上以减小整体内部直径的限流区55，并且其使装置5的内剖面从卵形(与压出物出口相配合)逐渐变换为大体上的圆形；大体上圆形剖面的喉管60，整体内径在该处达到最小；以及膨胀区65，在该区域内整体内径在压出物流动方向上增加(逐渐地而非迅速地)。
从该挤压机的螺杆38排出的压出物42将倾向于呈现湍流。喉管60挤压该材料并有助于减小流动的相对湍流度。此外，内部剖面从卵形到圆形的这种转换有助于近似平衡在喉管60和冷却模50之间的压出物42的任何元件的流动路径长度，这将有助于维持均匀的层流，并帮助确保对所有冷却模压出物通道40流量的均匀径向分布。
一近似抛物线剖面的喷嘴70放置在装置5内，其与装置5的中心线对准。该喷嘴70位于冷却模50入口面的中心上。喷嘴70的表面75的整体外径沿压出物的流动方向增加(逐渐地而非迅速地)。喷嘴70的形状和定位效果在于，该压出物42被迫穿过一环形通道流动，环形通道的整体直径沿压出物的流动方向增加，但是其环形宽度至少在膨胀区65的大部分上保持基本上恒定。
这种设置的实际效果在于，大大地促使在环形通道内流动的压出物42基本上采用层流而不是湍流，其附加的优点为在最终产品内形成所需要的组织。
此外，在装置5出口处通道的最终环形宽度最好大致上等于冷却模50内压出物通道40的高度，以进一步确保将已经建立在装置5内的层流基本上维持在冷却模50内。
很明显，对于本领域的普通技术人员来说，本发明的主要特征可由许多其它物理配置来体现，上述示例仅仅是这种实施例的一种。
权利要求
1.一种挤压机出口流量分配装置，用于从一挤压机中传送高湿度食品压出物材料，所述挤压机在朝向多通道冷却模的入口具有一个或多个挤压螺杆，所述流量分配装置具有内部压出物通道，该通道对于从该挤压机出口通向所述冷却模入口的任意给定的压出物元件限定一流动路径，其中穿过所述通道的所述压出物流动路径的长度与单个挤压机螺杆中的任意一个的外径长度的比值大于约0.75∶1。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述比值大于约1.2∶1。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述比值大于约1.7∶1。
4.如前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述通道的内剖面在横断面上基本上为卵形。
5.如前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述通道在流动路径上具有中间收缩的特征。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述收缩的最大内尺寸不大于挤压机出口的最小尺寸。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述通道由中空连接器的内部剖面所限定，所述连接器包括一适合于连接到挤压机出口的压出物进入孔；一适合于连接到冷却模入口的压出物排出孔；以及一设置在进入孔和排出孔之间的压出物过渡部分。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述过渡部分的所述内部纵向横断面剖面的特征为具有两个区域第一区域的特征为，在剖面上，一平滑曲线的过渡从挤压机出口的近似尺寸到一圆形或卵形收缩，该圆形或卵形收缩的最小直径不大于所述挤压机出口的最小直径；第二区域的特征为，在剖面上，一平滑曲线的膨胀从所述圆形收缩朝向所述冷却模入口。
9.如权利要求8所述的装置，其中一喷嘴被设置在所述冷却模入口的中心及所述第二区域的内部，这样该喷嘴指向所述收缩；并且其中所述喷嘴的特征为一外部表面，在剖面上，其近似平行于所述第二区域的内表面，从而迫使流动的压出物朝向在环形通道内的单个冷却模入口孔流动，该环形通道的整体直径逐渐膨胀但具有基本上恒定的通道宽度。
10.一种挤压食品，其由前述任意一项权利要求所限定的挤压机出口流量分配装置所生产。
11.一种用于生产挤压食品的生产线，其装配有如权利要求1-9中任意一项所限定的挤压机出口流量分配装置。
12.一种挤压机出口流量分配装置，用于从一挤压机传送高湿度食品压出物材料，参见说明书附图所充分描述的。
全文摘要
一种挤压机出口流量分配装置，其用于从挤压机中传送高湿度食品压出物，所述挤压机在朝向多通道冷却模的入口具有一个或多个挤压螺杆，所述流量分配装置具有内部压出物通道，该压出物通道对于从挤压机出口流向所述冷却模入口的任意给定压出物元件限定了一个流动路径。
文档编号B29K77/00GK1602766SQ20041009512
公开日2005年4月6日 申请日期2004年8月30日 优先权日2003年8月29日
发明者戴维·亚历山大, 凯文·里斯 申请人:马尔斯公司