专利名称：可以减小食品预冷中各部分温差的真空冷却机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及食品保存设备技术领域，具体涉及食品真空冷却设备技术领域，尤其是一种可以减小食品预冷过程中各部分温差的真空冷却机。
背景技术：
食品保存的质量直接关系到原料生产者、加工者、经营者和消费者的切身利益，其中食品的冷冻冷藏是最常用的措施之一。而预冷是冷冻冷藏过程中关键的一步。
预冷的方式有很多，通常有水冷、风冷、压差预冷和真空预冷。相比而言，真空预冷是当今技术含量最高的食品预冷技术，其优点是冷却速度快；干净卫生，可以杀菌或者抑制细菌的繁殖；延长产品的货架期和贮藏期；运行过程中能量消耗少。
目前，在真空预冷研究方面，有许多相关的报道，如真空预冷在蔬菜、花卉、熟食方面的应用，这些应用研究都是集中在找寻真空度与真空预冷效果之间的关系，以及找寻不同的食品的不同真空度，因为真空度对食品最终的终温有很大的影响，如果终温过低，会对食品，尤其是果蔬类食品造成冻害。但是由于不同食品的结构、各部分含水量和比热的不同，在采用真空预冷后，食品本身各部分之间都存在温度差异，有些差异达到20℃以上，这就阻碍了该技术的应用。特别是某些特殊食品，在采用现有的真空预冷工艺后，因为温差过大而达不到预冷效果。如图3所示，卷心菜在真空预冷中表面和中心的温度变化，即预冷结束时，二者的温差达到11.02℃，难以达到预冷的效果。
现有的真空冷却设备还无法消除这一弊端，对一些采用现有的真空预冷工艺后，各部分之间温差比较大的食品。尤其是各部分之间的最大温差大于2℃的食品，难以达到预冷的效果。
实用新型内容本实用新型的目的在于为了克服上述各部分温度差大缺点，通过研究真空预冷过程中食品温度的动态变化、水份汽化过程和传热方式，提供一种可以减小食品预冷过程中各部分温差的真空冷却机。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种可以减小食品预冷中各部分温差的真空冷却机，主要包括真空室、捕水器、制冷机组、真空泵、补气阀、感温装置、真空阀、充气阀，制冷机组与捕水器连接，为捕水器提供冷量，感温装置的探头插入食品中，真空泵的抽气口通过真空阀接入捕水器内，补气阀的接口接入真空室内，充气阀接入捕水器内，其特征在于还包括一压力检测装置，所述压力检测装置通过补气阀控制装置与补气阀连接。
所述补气阀控制装置可以为补气阀设定一个工作压力范围。
在真空预冷过程中，将食品放入真空室，同时将感温装置的探头插入食品中，根据食品的种类设定补气阀的工作压力范围，通过补气阀控制装置控制补气阀启闭，使真空预冷的工作压力在补气阀的工作压力范围的上、下限值之间来回折返并反复此操作，当感温装置检测到食品中某部分达到预定温度时，关闭真空泵并开启充气阀对真空室充气，复压至常压。
也就是在具体操作时，启动真空泵，使得真空室压力下降，当真空室的压力值降至补气阀的工作压力范围的下限值时，压力检测装置给补气阀控制装置一个信号，补气阀控制装置使补气阀开启，向真空室内补气，当真空室的压力值升至补气阀的工作压力范围的上限值时，压力检测装置给补气阀控制装置一个信号，补气阀控制装置使补气阀关闭，反复执行此操作，当感温装置检测到食品中某部分达到预定温度时，关闭真空泵并开启充气阀对真空室充气，复压至常压。
在上述技术方案中，感温装置的预定温度是由食品的种类和生产者的需要来决定。若没有特殊需要，预定温度一般可以选择食品的贮藏温度。
在上述技术方案中，补气阀工作压力范围的设定原则为花费较少的时间，使得食品表面达到预定的温度时，食品中各部分的最大温度差异同时达到了可以接受的数值。因此在本实用新型的真空冷却机中，补气阀设定的工作压力范围介于650～4000帕之间，即上限值不高于4000帕，下限值不低于650帕。
补气阀工作压力范围的下限值是食品的预定温度对应的饱和水蒸气分压力加上50～1000帕，补气阀工作压力范围的上限值为下限值加上100～500帕。
在本实用新型的真空冷却机中，补气阀的开启大小，只要能保证在空室条件下，压力能在这个压力范围内缓慢上升，不至于补气阀频繁地开关即可。
所用的感温装置是点温仪。压力检测装置采用真空表。
本实用新型的真空冷却机的工作原理是根据沸腾和蒸发的汽化剧烈程度不同，从而带走的热量也不同。
现设对应于某一食品的最佳补气阀工作压力范围下限值为Px，其对应的饱和水沸腾温度为Tx，那么当食品中降温最快的部位I降至Tx后，该部位I的汽化方式将是蒸发(因为真空泵不断地抽走水蒸气，水分蒸发的迁移势一直保持较大，使得此时的蒸发速度大于常压下的蒸发)，所以温度缓慢下降。其他温度高于Tx的部位II，此时则具有蒸发和沸腾这两种汽化方式，使得该部位II的温降大于部位I，缩小了他们之间的温差。若设定的下限值P1＞Px，则P1对应的饱和水沸腾温度T1＞Tx，那么依靠蒸发使T1降到预定温度T0(对应的饱和压力为P0)的时间就很长，真空泵需要一直运行，能耗较大，同时高温部分也可能会因为周围环境压力较高，使得汽化(包括蒸发和沸腾)的强度小，温差可能得不到减小。若下限值P2＜Px，则P2对应的饱和水沸腾温度T2＜Tx，那么依靠蒸发使T2降到预定温度T0的时间就很短，高温部分没有足够的时间来进一步缩小温差，同样达不到预冷效果。
由于采用了如上的设计方案，本实用新型的真空冷却机能够有效减小各部分的温度差异，提高了真空预冷效果，扩大了真空预冷的适用对象，促进了真空预冷的应用。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为现有真空预冷设备的卷心菜表面和中心温度变化图。
图3为现有真空预冷设备的卷心菜表面和中心温度差变化图。
图4为本实用新型的真空冷却机具体应用实例中卷心菜表面和中心温度变化图。
图5为本实用新型的真空冷却机具体应用实例中卷心菜表面和中心温度差变化图。
图1中1为真空室，2为制冷机组，3为捕水器，4为真空泵，5为真空阀，6为补气阀，7为压力检测装置，8为补气阀控制装置，9为充气阀。
具体实施方式
为使本实用新型实用的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。
参见图1，一种可以减小食品预冷中各部分温差的真空冷却机，主要包括真空室1、捕水器3、制冷机组2、真空泵4、补气阀6、点温仪、真空阀5、压力检测装置7、充气阀9，捕水器3置于在真空室1内，制冷机组2与捕水器3连接，为捕水器3提供冷量，点温仪的探头插入食品中，真空泵4的抽气口通过真空阀5接入捕水器3内，补气阀6的接口接入真空室1内，充气阀9接入捕水器3内，压力检测装置7的压力传感器置于真空室1内并通过补气阀控制装置8与补气阀6连接。压力检测装置7为一真空表7。
在具体操作时，补气阀控制装置8可以为补气阀6设定一个工作压力范围。启动真空泵4，使得真空室1压力下降，当真空室1的压力值降至补气阀6的工作压力范围的下限值时，真空表给补气阀控制装置8一个信号，补气阀控制装置8使补气阀5开启，向真空室1内补气，当真空室1的压力值升至补气阀的工作压力范围的上限值时，真空表给补气阀控制装置8一个信号，补气阀控制装置8使补气阀6关闭，反复执行此操作，当感温装置检测到食品中某部分达到预定温度时，关闭真空泵4并开启充气阀9对真空室1充气，复压至常压。
预定温度是由食品的种类和生产者的需要来决定。若没有特殊需要，预定温度一般可以选择食品的贮藏温度。如卷心菜和火腿的贮藏温度为0～1℃，预定温度最好为0.5℃。
补气阀6工作压力范围的设定原则为花费较少的时间，使得食品表面达到预定的温度时，食品中各部分的最大温度差异同时达到了可以接受的数值。因此在本实用新型的真空冷却机中，补气阀控制装置为补气阀设定的工作压力范围介于650～4000帕之间，即上限值不高于4000帕，下限值不低于650帕。
补气阀6工作压力范围的下限值是食品的预定温度对应的饱和水蒸气分压力加上50～1000帕，补气阀工作压力范围的上限值为下限值加上100～500帕，最好为200帕。
不同的食品，补气阀6工作压力范围是不同的。为了能更好地实现本实用新型的目的，帮助本领域的技术人员理解本实用新型。下面提供一种确定最佳的补气阀6工作范围的方法，可以分别设定下限值为P0+100帕、P0+200帕、P0+300帕、P0+400帕、P0+500帕、P0+600帕、P0+700帕、P0+800帕、P0+900帕、P0+1000帕(预定温度T0对应的饱和水蒸气分压力为P0)，分别进行实验，找出实验最好的综合效果对应的下限值P3，再分别设定下限值为P3-50帕、P3-40帕、P3-30帕、P3-20帕、P3-10帕、P3+10帕、P3+20帕、P3+30帕、P3+40帕、P3+50帕，分别进行实验，找出实验最好的综合效果对应的下限值P4，来确定该食品的补气阀6工作压力范围为[P4，P4+200]。不同食品的最佳补气阀6工作压力范围也不同，如果是卷心菜，建议设定为700～900帕。
根据本实用新型的原理，补气阀6的开启大小将直接影响到补气速率，而补气速率的确定原则是只要能保证在空室条件下，压力能在这个压力范围内缓慢上升，不至于补气阀6频繁地开关即可。如补气阀每次开启与下一次关闭之间的时间间隔不小于10秒。而补气阀每次关闭与下一次开启之间的时间间隔取决于真空泵的抽速。
下面通过本实用新型的运用实例来进一步说明本实用新型的效果。
实施例本实施例以上海杨浦区农户出产的卷心菜为例，选择无病虫害的大小和结构松紧度基本相当的新鲜菜体60Kg，每次实验使用约2.5Kg。
先做不采用本实用新型的真空冷却机(即补气阀一直关闭)的预冷试验，作为对照实验。该实验过程为首先，检查设备和数据采集系统，确认其处于正常状态；其次，将电子秤调零，简单处理卷心菜后，放入真空室，把点温仪的探头布置到卷心菜的表面和中心，真空表的真空表的压力传感器放置到真空室1固定位置；关闭箱门，确保箱体得到密封；最后，启动制冷机组2将捕水器3内折流板的表面冷却至要求的温度(-15℃)，启动真空泵4，同时运行计算机数据采集程序。工作过程中实时从计算机屏幕读取蔬菜各点参数的变化，当温度最低点达到预期的0.5℃时，停止抽真空并打开充气阀9，压力恢复至常压后停止数据采集，打开放水阀，真空预冷过程结束。
图2为卷心菜表面和中心的温度变化图。图3为卷心菜中心与表面的温度差变化图。从图3可以看出，卷心菜在真空预冷中中心与表面的温度差总体趋势逐渐变大，最终达到11.02℃。显然不能满足预冷的要求。
再采用本实用新型的真空冷却机的进行实验。
这组实验的过程为首先，检查设备和数据采集系统，确认其处于正常状态。真空表的压力传感器放置到真空室1固定位置，关闭箱门，确保箱体得到密封，启动制冷机组2将捕水器3内折流板的表面冷却至要求的温度(-15℃)，启动真空泵4，同时运行计算机数据采集程序。然后调节补气阀6的开启大小，使得空室的压力能在该压力范围内缓慢上升。停止抽真空并打开充气阀9，压力恢复至常压后停止数据采集；其次，将电子秤调零，简单处理卷心菜后，放入真空室1，把点温仪的探头布置到卷心菜的表面和中心，真空表的压力传感器放置到真空室1固定位置；关闭箱门，确保箱体得到密封；最后，启动制冷机组2将捕水器3内折流板的表面冷却至要求的温度(-15℃)，启动真空泵，同时运行计算机数据采集程序。工作过程中实时从计算机屏幕读取蔬菜各点参数的变化，当压力显示值达到下限值，则迅速打开补气阀6，当压力升到上限值时，再关闭补气阀6，如此反复，直到表面温度达到预期的0.5℃时，停止抽真空并打开充气阀9，压力恢复至常压后停止数据采集，打开放水阀，真空预冷过程结束。
其中，预冷终温0.5℃，对应的水的饱和蒸汽压力约为630帕，补气阀6的上限值取下限值加上200帕。则设定下限值分别为730帕、830帕、930帕、1030帕、1130帕、1230帕、1330帕、1430帕、1530帕、1630帕，分别进行实验，找出综合效果最好的下限值730，再分别设定下限值为680帕、690帕、700帕、710帕、720帕、740帕、750帕、760帕、770帕、780帕，分别进行实验，找出综合效果最好的下限值700帕，即补气阀工作压力范围为700～900帕。
从图4中可以看到，补气阀6工作压力范围为700～900帕时，卷心菜表面和中心的温度变化。从图5可以看出，卷心菜在真空预冷中表面和中心的温度差变化总体趋势是先变大后变小，最终为2.3℃。显然取得了比较好的预冷效果。
权利要求1.一种可以减小食品预冷中各部分温差的真空冷却机，主要包括真空室、捕水器、制冷机组、真空泵、补气阀、感温装置、真空阀、充气阀，制冷机组与捕水器连接，为捕水器提供冷量，感温装置的探头插入食品中，真空泵的抽气口通过真空阀接入捕水器内，补气阀的接口接入真空室内，充气阀接入捕水器内，其特征在于还包括一压力检测装置，所述压力检测装置通过补气阀控制装置与补气阀连接。
2.如权利要求1所述的真空冷却机，其特征在于所述补气阀控制装置为补气阀设定一个工作压力范围。
3.如权利要求1或2所述的真空冷却机，其特征在于，所用的感温装置是点温仪。
4.如权利要求1或2所述的真空冷却机，其特征在于，所用的压力检测装置为一真空表。
5.如权利要求1或2所述的真空冷却机，其特征在于，所述补气阀的工作压力范围介于650～4000帕之间，即上限值不高于4000帕，下限值不低于650帕。
6.如权利要求1或2所述的真空冷却机，其特征在于，补气阀工作压力范围的下限值是食品的预定温度对应的饱和水蒸气分压力加上50～1000帕，补气阀工作压力范围的上限值为下限值加上100～500帕。
专利摘要一种可以减小食品预冷中各部分温差的真空冷却机，主要包括真空室、捕水器、制冷机组、真空泵、补气阀、感温装置、真空阀、充气阀，制冷机组与捕水器连接，为捕水器提供冷量，感温装置的探头插入食品中，真空泵的抽气口通过真空阀接入捕水器内，补气阀的接口接入真空室内，充气阀接入捕水器内，其还包括一通过补气阀控制装置与补气阀连接的压力检测装置。所述补气阀控制装置可为补气阀设定一个工作压力范围。本实用新型真空预冷的工作压力可以在补气阀的工作压力范围的上、下限值之间来回折返并反复此操作。因此能够有效减小各部分的温度差异，提高了真空预冷效果，扩大了真空预冷的适用对象，促进了真空预冷的应用。
文档编号F25D7/00GK2881464SQ20062003919
公开日2007年3月21日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者谢晶, 韩志 申请人:上海水产大学