循环的液氮浸浴和用于在该浸浴中冷冻产品的方法

专利名称：循环的液氮浸浴和用于在该浸浴中冷冻产品的方法
循环的液氮浸浴和用于在该浸浴中冷冻产品的方法
背景技术：
使用液氮冷冻散装食物或非食物材料已商业化实践数年。虽然已使用各种各样的低温设备来完成冷冻，但是它们大部分可以分组为五种典型的设备分隔式冷冻机、沉浸式冷冻机、隧道式冷冻机、螺旋式冷冻机和制粒机。分隔式冷冻机通常是采用风扇和液氮喷射器的组合来实现货架上的产品的快速冷却的封闭机柜。顾名思义，分隔式冷冻机并非用于连续的冷冻过程，而是常常用于完成不同的上游冷冻过程弓I发的冷冻。沉浸式冷冻机采用主要装载有移动通过液氮浴的固体产品的 传送带。通常，它针对单独地快速冷冻(IQF)应用而用于部分或完全冷冻食品。通常，部分或完全冷冻的产品从冷冻机传送带被引导到另一个传送带，以便在另一个低温设备中进行进一步冷冻。U. S. 6，349，549B1中公开的一种特殊类型的沉浸式冷冻机采用相同的传送带和浴结构，但是代替在浴上游装载固体产品，喷射器将液体或半固体甜点蜜饯预混物从浴表面之上喷射到浴中。得到的固体颗粒在从浴中传出时由传送带收集并转移到另一个传送带。US 5，522，237中公开的另一个特殊类型的沉浸式冷冻机将产品滴入充填有液氮的开放式U形管的入口侧。液氮流向下并朝管的出口侧的底部引导产品。螺旋输送器螺杆将产品向上引导到相对侧并且连同一定量的液氮一起将产品堆放在横向移动的传送带上。传送带捕集冷冻产品，而带中的孔允许液氮滴下并进入延伸到管的入口侧的向下倾斜的斜槽中。隧道式冷冻机通常采用移动经过风扇的装载有产品的传送带，所述风扇使来自顶部液氮喷头的冷氮气再循环。冷氮气被引导到产品的所有表面。这些冷冻机中的一部分适合于通过产品与液氮喷雾的直接接触而快速冷冻产品的顶部表面。这种冷冻机的三个示例包括可以从Air Liquide公司购得的ZIP FREEZETM 3、可以从Praxair公司购得的ColdFrontTM Ultra Performance Tunnel Freezer、以及可以从Air Products 公司购得的Freshline CQ Tunnel。一些隧道式冷冻机使传送带经过位于产品装载上游的液氮浴，以实现产品底部表面的快速冷冻(结壳)。这种变型的一个示例可以从Air Liquede公司获得，其名称为CRUST FLO"W V2。这种变型的另一个示例可以从Linde Industrial Gases公司获得，其名称为Cryoline SC - Super Contact Tunnel Freezer。Cryoline SC 使传送带经过液氮冷却板上方，以用于产品的底部结壳而不是将传送带浸溃在液氮浴中。螺旋式冷冻机通常采用移动经过风扇的装载有产品的传送带，所述风扇使来自顶部液氮喷头的冷氮气再循环。冷氮气被引导到产品的所有表面。与隧道式冷冻机中的传送带采用的直线路径相反，螺旋式冷冻机使传送带绕中心以螺旋方式运行。一些冷冻机是沉浸式和隧道式的混合体。在一个示例中，隧道式冷冻机将传送带传送通过产品装载上游的液氮浴，以实现快速的底部冷冻-结壳。在装载之后，带被传送通过单独的液氮浴以进行总体冷冻，然后使来自顶部液氮喷头的冷氮气在一系列风扇下方再循环。这种混合体可以从Air Liquide公司获得，其名称为CRUST FIX>W P2。在US5，522，227公开的另一个示例中，沿向下倾斜的槽提供液氮湍流。供给到槽的固体食物经液氮湍流从槽的头部并在液氮喷头下方沿槽移动。在经过喷头下方之后，食物和液氮湍流从槽的端部作为瀑布倾泻到穿孔的传送带上。穿孔的传送带捕获食物并传送它们以进行进一步处理。倾泻的液氮瀑布被收集在池中并泵送回到位于槽头部的堰。液氮倾泻到堰壁的顶部上方并进入槽中。壁的高度设定成确保从壁顶部下落到槽中，从而在槽中形成湍流。制粒机通常允许液体或半固体材料滴落或喷射到静止的液氮浴中或闸沟中的液氮流中，在其中任一种情形中液滴冷冻成颗粒。在静止浴的情形中，沉淀在浴底部的冷冻颗粒通常由诸如旋转螺旋输送器之类的装置向上传送并离开浴，并且被引导以进行进一步处理。在闸沟的情形中，液氮流从闸沟的端部作为瀑布倾泻到传送带上。传送带捕获固体颗粒，而液氮瀑布通常被收集在池中。液体或半固体食物的粒化也可以通过从Linde Industrial Gases公司购得的冷冻机实现，其名称为Cryoline DE Pellet Shooter。Cryoline DE Pellet Shooter 将带传送通过液氮浴。带包含空腔，液体或半固体食物从浴下游喷射到所述空腔内并从而冷冻。冷冻的颗粒然后可以从带排出到另一个带上，以进行进一步的冷冻。 虽然上述采用传送带的沉浸式和隧道式冷冻机已较成功地用于冷冻各种产品，但这些冷冻机中的许多冷冻机难以处理各种不同类型的待冷冻材料和/或难以处理不同的生产速度。通常，通过控制带速度来控制停留时间(材料保持浸溃在液氮浴中或保留在隧道中的时间)。当需要相对长的停留时间时，相对低的带速度可以产生期望的停留时间。然而，这种速度可能将生产速度降低到可接受的水平以下。为了针对这种长停留时间产品提高生产速度，可以增加带装载量，但材料在带上的装载密度迅速达到产品之间将发生粘附的最大值。当生产速度受带装载密度限制时，可以增大浸溃浴的尺寸，或者可以增加隧道的长度或隧道的数量。这会迅速增加低温装置的资本成本。另一方面，通过上述沉浸式冷冻机中的液氮浴的相对高的带速度会引起大量液氮转移(carryover)(也称为“带抛掷(belt slinging)”)。转移的液氮会积聚在冷冻机排出系统中或者溢出在设施地板上。这会导致人员的环境不安全，损坏地板，以及过量使用液氮。虽然不能完全消除带投掷，但可以通过在冷冻机的端部设置合适的液氮“捕捉”系统而加以改善。然而，这仍会导致过量使用液氮。通常，必须限制上述具有传送带的沉浸式冷冻机中的液氮深度。将高度提升超过该限制会消除带与待冷冻的产品之间必要的紧密接触。因此，它对稳定的产品传递有不利影响。由于深度受到限制，所以如果希望更大的冷冻程度，则可以降低带速度，或者可以增加浴的长度。如上文更详细地说明的，降低带速度会负面地影响生产速度。降低浴的长度会迅速增加低温装置的资本成本。上述采用传送带的沉浸式冷冻机和冷冻隧道通常负面地影响产品的形状。一些产品会粘附在带上，导致损坏底部表面。虽然其它产品可能不会粘附，但与带接触会在产品的底部表面上留下带形压痕。上述采用传送带的沉浸式冷冻机常常还出现难以处理的冷冻产品，其在液氮中的密度使得它们浮在传送带的表面之上。结果，待冷冻和已经冷冻的产品保持处于相对静止的位置，随着越来越多的产品由带引入浴中，所述位置导致产品互相粘附。可以通过使用具有加劲条(cleat)的传送带在一定程度上消除该问题。然而，除非夹板足够高而从浴的顶部表面突出，否则这最多是一个部分的解决方案。
视传送带的孔隙度而定，这些沉浸式和隧道式冷冻机通常不具有冷冻液体或半固体的能力。具有孔隙度足够低的带的这些冷冻机或Cryoline DE Pellet Shooter型冷冻机可以使液体和半固体粒化，但每平方英尺传送带的产品密度受仅一层产品可以在带上冷冻的事实限制。虽然上述制粒机也已较成功地用于使液体或半固体粒化，但它们通常浪费了液氮，因为在试图冷冻产品时过多液氮蒸发。一种减少液氮浪费的方式是使停留时间相对恒定。这可以通过使液氮沿向下倾斜的坡道或闸沟以相对恒定的速度流动来实现，其中液氮可以一直流动到它到达储槽或池为止。液氮移动经过坡道或闸沟所耗费的时间量相对恒定并且可控，视坡道或闸沟的长度和坡度而定。因此，可以通过在特定点将产品引导到闸沟上并且在特定点移除冷冻产品来控制产品在氮中的停留时间。然而，存在与如上所述的设备相关的问题，因为大于所需的量的液氮暴露于空气，这允许液氮的更大蒸发。此外，液氮的运动和一般搅动也会导致更大的气化/蒸发。由于液氮相当昂贵，所以不希望任何超过所需的液氮气化/蒸发。可由上述制粒机实现的生产速度受需要对清除喷射器或滴液器(dropper)之下的 空间进行清洁的限制，以便液滴或部分冷冻的颗粒不会冷冻在一起。由于已知的制粒系统中相对大的总液氮量在操作期间流经闸沟，所以返回储槽的液氮流的较小变化会形成储槽中的液氮的宽幅变化的液位。这些已知的制粒机通常采用液氮液位传感器来补充在操作期间消耗的液氮。由于液氮液位会宽幅变化，所以对液体液位的控制会复杂、低效并且未良好受控。这有时会引起储槽中的液氮量不足，这种不足使泵进料不足并导致泵失去充注(lose prime)o当失去充注时,液氮在闸沟中的向下流动中断，闸沟中的液氮逐渐枯竭，并且发生产品堵塞。这些产品堵塞会在恢复正常操作前有效地导致数小时的延迟和数百磅产品损坏。如上所述，现有技术具有若干个缺点。因此，本发明的一个目的是提供对以下问题中的一个或多个问题的解决方案-难以在保持资本费用受控制的同时处理宽范围的生产速度，-难以处理宽范围的生产速度而不损失待冷冻的材料与传送带之间的紧密接触，-难以处理用于使液体或半固体材料粒化的相对高的生产速度，-难以以用于液体或半固体的高产品装载密度来使液体或半固体粒化，-液氮从不同于待冷冻的产品的热源过量蒸发，_广品堵塞。

发明内容
公开了一种在循环的液氮浸浴中冷冻产品的方法。该方法包括以下步骤。沿流动路径提供液氮流，该流动路径由具有上游端和下游端的水平处理区段以及将下游端与上游端连接的返回区段组成，返回区段的所有竖直部分完全封闭液氮流。待冷冻的材料在供给点被供给到水平处理区段。允许供料的至少一部分通过液氮冷冻。从供给点下游的水平处理区段取出至少部分冷冻的材料。公开了另一种在循环的液氮浸浴中冷冻产品的方法。该方法包括以下步骤。提供液氮浴。使液氮采用以下次序以再循环方式流动沿浴的表面从第一侧流到相对的第二侧；沿浴的底部从相对的第二侧浸浴到第一侧；以及回到表面的第一侧。待冷冻的材料沿表面被供给到液氮流的一部分。允许供料至少部分通过液氮冷冻。从液氮取出至少部分冷冻的材料。还公开了一种用于使液氮流循环的浸浴，该浸浴包括水平槽；返回通道；以及泵。水平槽适合于将液氮流从水平槽上游引导到水平槽下游端。返回通道适合于将液氮流从槽下游端引导到槽上游端。返回通道的所有竖直部分在所有竖直侧被完全封闭。泵适合于引导液氮沿第一方向在挡板的顶部表面上流动，经过下游挡板与容器端部之间的间隙，沿与第一方向相对的第二方向在挡板的底部表面下方流动，并经过上游挡板与容器端部之间的间隙。还提供了另一种用于使液氮流循环的浸浴，该浸浴包括容器；水平挡板；以及泵。容器具有从底板向上延伸的第一壁、第二壁、第三壁和第四壁。第一壁和第三壁分别限定容器的上游端和下游端。容器具有高度、宽度和长度。水平挡板被固定在第二壁与第四壁之间，挡板具有上游端和下游端以及在二者之间延伸的上表面和下表面。挡板的长度比容器的长度短，并且挡板容器中的位置使得在上游挡板与容器端部之间留出间隙、下游挡 操作相关。泵和容器适合于引导液氮沿第一方向在挡板的上表面上方循环流动、通过下游挡板与容器端部之间的间隙、沿与第一方向相对的第二方向在挡板的下表面下方流动，并经过上游挡板与容器端部之间的间隙。所述方法和浸浴中的任何一者或多者可以包括以下方面中的一个或多个方面-待冷冻的材料是液体或半固体，并且通过允许液体或半固体材料滴入或喷射到水平处理区段中而将液体或半固体材料供给到水平处理区段。-待冷冻的材料为固体。-使用至少部分地在液氮上方延伸的供给传送带将待冷冻的材料供给到水平处理区段中。-使用至少部分地延伸到液氮中的多孔排出传送带从水平处理区段取出至少部分地冷冻的材料。-待冷冻的材料为固体，使用至少部分地在液氮上方延伸的供给传送带将待冷冻的材料供给到水平处理区段中，并且供给传送带以比排出传送带高的速度运行。-使用泵来完成沿流动路径提供液氮流的步骤。-通过经由泵来控制液氮流的速率以便控制待冷冻的材料在液氮内的停留时间。-通过控制排出带的速度来控制待冷冻的材料在液氮内的停留时间。-水平处理区段中的液氮深度大于待冷冻的材料的主尺寸。-当提高向水平处理区段供给待冷冻的材料的速度时，提高液氮的流速。-当降低向水平处理区段供给待冷冻的材料的速度时，降低液氮的流速。-待冷冻的材料为食物制品。-所述方法或浸浴还包括与容器操作相关的供料器，该供料器适合于在挡板上表面之上的供给点将待冷冻的液体、半固体或固体材料供给到液氮流中。-供料器为滴盘。-供料器为喷射器。
-供料器为多孔传送供给带。-所述方法或浸浴还包括与容器操作相关并且向下延伸到下游容器与挡板端部之间的间隙中的多孔传送排出带。-容器第一壁具有内表面，该内表面构成为朝容器上游端弯曲的半圆柱面并且适合于将在挡板下表面下方沿第二方向流动的液氮重新定向回到挡板上表面上方的第一方向。-容器的第三壁具有内表面，该内表面构成为朝容器下游端弯曲的半圆柱面并且适合于重新引导在挡板上方沿第一方向流动的液氮回到挡板下表面下方的第二方向。-泵具有出口，泵位于邻近挡板上游端在挡板下表面之下的位置，并且泵定向成使得泵的出口将液氮流引向第一壁内表面的下部。-所述方法或浸浴还包括与容器操作相关的多孔排出传送带，该多孔排出传送带 向下延伸到下游容器与挡板端部之间的间隙中到达在挡板下游端之下并邻近挡板下游端的点，其中泵具有在其上表面上的入口和在其周面上的出口，泵布置在邻近挡板下游端在挡板下表面之下的位置，泵定向成使得加劲的多孔排出传送带下游的液氮流被吸入到泵的 A口中并在挡板下表面下方沿第二方向排出。


为了进一步理解本发明的性质和目的，应该参考下文结合附图进行的详细描述，附图中同样的元件被通过相同或类似的参考标号，并且其中图IA是示出了制粒过程的本发明的一个实施例的隐藏了一部分的立面示意图。图IB是图IA的实施例的平面示意图。图2A是示出了固体制品的冷冻的本发明的另一个实施例的隐藏了一部分的立面示意图。图2B是图2A的实施例的平面示意图。图3A是示出了制粒过程和泵的位置的本发明的一个实施例的隐藏了一部分的立面示意图。图3B是图3A实施例的隐藏了一部分的平面示意图。图4是示出了固体制品的冷冻和泵的位置的本发明的一个实施例的隐藏了一部分的立面示意图。图5是图3A和3B的实施例的一个变型的隐藏了一部分的立面示意图。图6是图4的实施例的一个变型的隐藏了一部分的立面示意图。图7是示出了制粒过程的本发明的另一个实施例的隐藏了一部分的立面示意图。图8是示出了固体制品的冷冻的另一个实施例的隐藏了一部分的立面示意图。
具体实施例方式术语“泵”是指用于提升、驱动、排出或压缩流体或气体的设备或机器，包括借助于活塞、柱塞或成套的旋转叶片，且其特别包括但不限于泵轮。本发明提供了一种克服了现有技术的缺点的用于冷冻材料的方法和系统。在最宽泛的意义上，本发明针对一种浸浴和使用方法，其中待冷冻的材料被供给到其中具有再循环的液氮流的浸浴，在供给材料的部位下游的位置从浴取出至少部分地冷冻的材料。更具体而言，材料被供给到浴并且液氮流将完全或部分地冷冻的材料引向材料在其中被捕获的多孔传送排出带。经过排出带的液氮流可以通过任何数量各种各样的结构再循环回到供给点。在一方面，排出带与供给点之间的流动路径的所有竖直部分完整地封闭液氮流。在另一方面，液氮流朝排出带沿一个方向在表面流动，但在浸浴的底部沿相反的方向流动，然后回到表面和供给点。在这方面，可以利用二者之间的挡板将相对的液氮流彼此分离。措辞“供给点”并不限于分散的点，而是还包括材料被供给到浸浴的区域。适合于通过本发明完全或部分冷冻的材料包括食物制品和非食物制品。食物制品包括液体食物、半固体食物(诸如液化冰淇淋)和固体食物。非食物制品包括液体化学成分和生物材料(诸如微生物酵素)的悬浮液、混合物或浆状物。如图IA和IB中最佳所示，根据本发明的浸浴的一个实施例包括沿流动路径在容器中再循环的液氮流，所述流动路径包括水平处理区段3和返回通道。在图IA中，壁10被隐藏以示出浸浴的内部。液氮沿第一方向9经挡板5的上表面28之上的水平处理区段3 从挡板5的上游端30流向挡板5的下游端。流继续通过挡板5的下游端32与容器的下游端4之间的间隙17。流然后继续通过挡板5的下表面26与容器的地板6之间的间隙13。流继续通过挡板5的上游端30与容器的上游端2之间的间隙15并回到水平处理区段3而完成回路。虽然图1A、1B示出了包括通过间隙17的竖直区段、通过邻近下表面26的间隙13的水平区段和通过间隙15的另一个竖直区段的返回通道，但应注意，除了返回通道的所有竖直部分应该总体上封闭流以外，返回通道无需任何特定的结构。竖直部分中总体上封闭的流意味着，当液氮向上流动或向下流动时，流的周边部分未与环境相通。这可以与已知的制粒机形成对比，已知的制粒机全部包括从闸沟作为瀑布倾泻、通过外部空气并进入储槽的液氮流。流入储槽的这种倾泻瀑布的使用最大程度地破坏了液氮流的动量。这种破坏的动量转化为储槽中无用的湍流。材料计量装置11使液体或半固体材料作为液滴I落入水平处理区段3中的液氮流中。装置11可以包括滴盘，由此允许液体或半固体通过重力经多个孔滴下。或者，装置11可以包括机械地致动的喷射器，美国已公布的专利申请No. 20070281067A1中公开了其一个示例。材料在其随着液氮流朝多孔传送排出带7移动时完全或部分地冷冻为颗粒12。排出带7捕获颗粒12，同时允许液氮流经和流入间隙17。为了避免过量液氮聚集在浸浴外侦牝允许从液氮离开后残留在颗粒12的表面上或残留在排出带7上的液氮经排出带7滴落并进入间隙17。根据产品是否具有趋于在其遇到排出带7时导致翻滚的结构(诸如球形)，多孔传送排出带7可以加劲以产生允许颗粒12以高装载密度聚集的主动牵引。虽然图1A、1B示出了在容器的下游端4之上终止的排出带7，但应理解，排出带7可以继续沿所示的向上角方向，或者可以使用滚筒促使它沿另一方向(例如，水平方向)移动。可以采用已知方式从排出带7移除颗粒12，以转移到另一个传送带或者转移到处理或包装装置等。该浸浴包括用于诱导液氮流的泵。虽然它可以内嵌布置在液氮流动路径中的任何位置，但它理想地布置在排出带7下游和材料计量装置11上游某个位置。通过避免泵的运动零件与液滴I或颗粒12之间的接触，抑制了颗粒12的粉碎。
如图2A和2B中最佳所示，根据另一个实施例的浸浴类似于图IA和IB所示的浸浴，以下除外代替用于允许液体或半固体材料的液滴落入液氮流中的计量装置11，传送供给带14将固体制品16供给到液氮中。虽然图2A和2B示出了延伸到液氮中并移动通过液氮的传送供给带14，但传送供给带14可改为仅延伸到液氮的表面上方的位置。在这种可选情形中，固体制品16在传送供给带14在终端滚筒逆转方向时从传送供给带14的边缘落下。通过对传送供给带14在液氮之上的高度进行适当调节，固体制品16缓和地落入液氮流中。完全或部分地冷冻的制品18在液氮流经并流入间隙17的同时由多孔传送排出带7收集。如图3A和3B中最佳所示，根据另一个实施例的浸浴类似于图IA和IB的浸浴，除了两个明显的差异。首先，泵23邻近上游端30布置在下表面26下方。泵23定向成使得液氮沿第二方向21 (与第一方向9相对)流向泵入口 27并由泵23经泵出口 25朝间隙15的下部排出。其次，容器的上游端2的内表面构成为半圆柱面29，以便将从出口 25流出并向上和四周流动的液氮重新定向为回到水平处理区段3中的第一方向9上。使用这种表面29减少了由于湍流而损失的流的动量。可选择地或另外，也可以使用相同的形式的半圆柱 面作为下游端壁4的内表面。在这种可选或附加布置中，另一个泵的排出端定向成使得液氮从排出端沿第二方向21经间隙13排出。在这种可选或附加布置中，另一个泵的入口可以在泵的顶部或底部表面上。图3B示出了图3A的浸浴的平面图。为了示出在此情形中为叶轮的泵23的位置和操作，隐藏了挡板5部分。泵下方的液氮被吸入泵入口 27中。离心力使液氮冲向叶轮壳体的周边部分并从泵出口 25冲出。半柱面29的上弯曲部的一部分也被隐藏，以示出邻近泵出口 25的下弯曲部。如图4中最佳所示，根据另一个实施例的浸浴类似于图2B和2B所示的浸浴，以下除外代替用于允许液体或半固体材料的液滴落入液氮流中的计量装置11，传送供给带14将固体制品16供给到液氮中。虽然图4示出了延伸到液氮中并移动通过液氮的传送供给带14，但传送供给带14可改为仅延伸到液氮的表面上方的点。在这种可选情形中，固体制品16在传送供给14在终端滚筒逆转方向时从传送供给带14的边缘落下。通过对传送供给带14在液氮之上的高度进行适当调节，固体制品16缓和地落入液氮流中。完全或部分地冷冻的制品18在液氮流经并流入间隙17的同时由多孔传送排出带7收集。如图5中最佳所示，根据另一个实施例的浸浴类似于图IA和IB的浸浴，除了一个明显差异。代替邻近上游端30布置在下表面26下方的泵23，两个浆式轮型泵31布置在液氮流中，一个泵在计量装置11上游位于水平处理区段3中，另一个泵邻近间隙17位于挡板下方的间隙13中。容器的上游端2的内表面构成为半圆柱面29以便将从出口 25流出并向上和四周流动的液氮重新定向回到水平处理区段3中的第一方向9上。使用这种表面
29减少了由于湍流而损失的流的动量。如图6中最佳所示，根据另一个实施例的浸浴类似于图5所示的浸浴，以下除外代替用于允许液体或半固体材料的液滴落入液氮流中的计量装置11，传送供给带14将固体制品16供给到液氮中。虽然图6示出了延伸到液氮中并移动通过液氮的传送供给带14，但传送供给带14可改为仅延伸到液氮的表面上方的位置。在这种可选情形中，固体制品16在传送供给14在终端滚筒逆转方向时从传送供给带14的边缘落下。通过对传送供给带14在液氮之上的高度进行适当调节，固体制品16缓和地落入液氮流中。完全或部分地冷冻的制品18在液氮流经并流入间隙17的同时由多孔传送排出带7收集。如图7中最佳所示，根据另一个实施例的浸浴类似于图3A和3B的浸浴。代替邻近上游端30布置在下表面26下方的泵23，泵23邻近挡板5的下游端32布置在间隙17之下，其中下游端32呈凹形以便接纳多孔传送排出带7的终端。泵23的入口 27形成在承滴盘34的端部与下游端32的侧向延伸部之间。挡板5的上游端30大致平行于表面29呈凸形。上游端30的凸形向上弯曲并且在四周弯曲，然后朝上表面28以阶梯方式降低(st印down)。如图8中最佳所示，根据另一个实施例的浸浴类似于图4的浸浴，除了一些明显差异。代替邻近上游端30布置在下表面26下方的泵23，泵23邻近挡板5的下游端32布置在间隙17之下，其中下游端32呈凹形以便接纳多孔传送排出带7的终端。泵23的入口 27形成在承滴盘34的端部与下游端32的侧向延伸部之间。挡板5的上游端30大致平行于 表面29呈凸形。上游端30的凸形向上弯曲并且在四周弯曲，然后朝上表面28以阶梯方式降低。应理解，虽然附图示出了供给点与排出带之间的某些长度，但这些长度可以按需增加或减少，以增加或减少所需的液氮的停留时间或体积量。此外，可以通过使用泵改变液氮的速率和/或通过改变多孔传送排出带的速度来改变停留时间。本领域的普通技术人员会认识到，随着速率降低，待冷冻的材料将保持浸溃在液氮中更长的时间，因为移动到排出带将耗费更长的时间。这种人员还会认识到，减慢排出带的速度将趋于形成筑坝效果，从而使得刚好在排出带上游的液氮中完全或部分地冷冻的材料的密度相对较高。本发明与已知的低温装置相比具有若干个优点。关于已知的沉浸式冷冻机导致的带抛掷问题，由于利用受控的液氮流来输送产品，所以冷冻过程在产品到达倾斜的排出带前通常已大部分完成。可以加劲(视产品而定)的排出带将允许冷冻的产品以高于液氮流中的深度和装载密度积聚在排出带上。因此，排出带可以以足够慢的速度操作，以使形式为滴状物的任何残留的液氮回流到浴中。因此可以实质上消除带抛掷。关于已知的沉浸式冷冻机导致的产品变形和带粘附，由于本发明依赖于液氮流来传送待冷冻的材料，所以可以通过使浴中的液氮的深度足够大来避免产品损坏或粘附到冷冻机的地板上。关于已知的制粒机的有限的生产能力，由于本发明的浸浴在水平液氮流中冷冻液滴，所以粒化能力仅受液氮流的速度并最终受泵的速度限制。在本发明中，可以通过提高泵速度而大幅增加这种流量而不会对工艺有任何不利影响。因此，如果更多液体或半固体产品滴落或喷射到液氮中，为了避免液滴/颗粒的粘附，技术人员仅须提高泵的速度，以形成用于接收下一个批次的落下的液滴的无液滴和颗粒的液氮部分。另一方面，当提高由已知的制粒机滴落或喷射液体或半固体材料的速度时，颗粒之间的粘附将趋于以足够高的速度发生。为了避免这一点，可以通过提高泵速度来提高已知的制粒机的闸沟中的液氮速率。然而，提高泵速度将使得必须提升闸沟侧面的高度，以便容纳液氮流的增加的高度和湍流。否则，液氮可能在闸沟的侧面上方发生飞溅。这种改造昂贵、复杂而且耗时。这对已知的制粒机实现各种各样的生产速度或停留时间的灵活性形成严重的限制。关于产品堵塞和 泵充注损失，本发明的浸浴具有更容易控制的相对恒定的液氮液位。这是因为，与在闸沟中具有一定深度的液氮和在储槽中具有不同深度的液氮的已知粒化系统相比，液氮在全部浴表面上的液位基本上一致。不论选择哪一种液氮流速，本发明的浸浴中的液氮液位不会发生变化。相反，提高已知的制粒机的泵速度会大幅改变储槽中的液氮液位。已知的制粒机使用泵将液氮提升到闸沟的头部，所述闸沟要么本身就是倾斜的闸沟，要么是对位于排出带下游的紧接的倾斜的斜槽进行供给的水平闸沟。沿倾斜闸沟或斜槽的流动由重力产生。由于一个或多个闸沟或斜槽是倾斜的，所以储槽与初始闸沟的“源头”之间的高度可以相当大。通过选择合适的倾斜角度和闸沟长度，已知的制粒机可以实现液氮的期望流速。另一方面，由于本发明主要采用具有内部再循环和惯性液氮流(非基于重力的流动)的浸浴，所以不需要达到已知的制粒机泵所需的相对高的液体高度。结果，本发明的泵消耗的能量少得多。此外，由于已知的制粒机采用暴露于空气的闸沟或斜槽，所以闸沟和斜槽起到用于使液氮升温的吸热作用，从而损失整体冷却能力。另一方面，本发明的浸浴不需要暴露于空气的长闸沟，结果，大幅减少了已知的制粒机所经历的吸热作用。已描述用于实施本发明的优选方法和设备。对技术人员而言应该理解和显而易见的是，可以对上述实施例作出许多变更而不脱离本发明的精神和范围。前述仅为说明性的且可采用一体的方法和设备的其它实施例而不脱离在以下权利要求中限定的本发明的真实范围。
权利要求
1.一种在循环的液氮浸浴中冷冻产品的方法，所述方法包括以下步骤 沿流动路径提供液氮流，所述流动路径由具有上游端和下游端的水平处理区段以及将所述下游端与所述上游端连接的返回区段组成，所述返回区段的所有竖直部分完全封闭所述液氮流； 在供给点将待冷冻的材料供给到所述水平处理区段； 允许所述供给材料的至少一部分由所述液氮冷冻；以及 从供给点下游的所述水平处理区段取出至少部分冷冻的材料。
2.根据权利要求I的方法，其中 待冷冻的材料为液体或半固体；并且 通过允许液体或半固体材料滴落或喷射到所述水平处理区段中而将所述液体或半固体材料供给到所述水平区段。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述待冷冻的材料为固体。
4.根据权利要求3所述的方法，使用至少部分地在所述液氮上方延伸的供给传送带将所述待冷冻的材料供给到所述水平处理区段中。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，使用至少部分地延伸到所述液氮中的多孔排出传送带从所述水平处理区段取出至少部分地冷冻的材料。
6.根据权利要求5的方法，其中 所述待冷冻的材料为固体； 使用至少部分地在液氮上方延伸的供给传送带将所述待冷冻的材料供给到所述水平处理区段中；并且 使所述供给传送带以大于所述排出传送带的速度运行。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，使用泵来完成沿流动路径提供液氮流的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过经由泵来控制液氮流的速率以便控制待冷冻的材料在所述液氮内的停留时间。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，通过控制所述排出带的速度来控制待冷冻的材料在所述液氮内的停留时间。
10.根据权利要求I所述的方法，其中，所述水平处理区段中的液氮深度大于待冷冻的材料的主尺寸。
11.根据权利要求I所述的方法，其中，当提高待冷冻的材料被供给到所述水平处理区段的速度时，提高液氮的流速。
12.根据权利要求I所述的方法，其中，当降低待冷冻的材料被供给到所述水平处理区段的速度时，降低液氮的流速。
13.根据权利要求I所述的方法，其中，待冷冻的材料为食品。
14.一种在循环的液氮浸浴中冷冻产品的方法，所述方法包括以下步骤 提供液氮浴； 使液氮采用以下次序以循环方式流动 沿所述浴的表面从第一侧流到相对的第二侧； 沿所述浴的底部从所述相对的第二侧流到所述第一侧；以及 回到所述表面的所述第一侧；将待冷冻的材料供给到沿所述表面的所述液氮流的一部分； 允许所述供给的材料由所述液氮至少部分地冷冻；以及 从所述液氮取出至少部分地冷冻的材料。
15.一种用于使液氮流再循环的浸浴，包括 水平槽，其适合于将液氮流从水平槽的上游引导到水平槽的下游端； 返回通道，其适合于将所述液氮流从槽的下游端引导到槽得上游端，所述返回通道的所有竖直部分在所有竖直侧被完全封闭；以及 泵，其适合于引导液氮沿第一方向在挡板的顶部表面上方流动，经过下游挡板与容器端部之间的间隙，沿与所述第一方向相对的第二方向在所述挡板的底部表面下方流动，并经过上游挡板与容器端部之间的间隙。
16.根据权利要求15所述的浸浴，还包括供料器，所述供料器与容器操作相关并且适合于在所述挡板的上表面之上的供给点将待冷冻的液体、半固体或固体材料供给到液氮流中。
17.根据权利要求16所述的浸浴，其中，所述供料器是滴盘。
18.根据权利要求16所述的浸浴，其中，所述供料器是喷射器。
19.根据权利要求16所述的浸浴，其中，所述供料器是多孔传送供料带。
20.根据权利要求15所述的浸浴，还包括与所述容器操作相关并且向下延伸到下游容器与挡板端部之间的间隙中的多孔传送排出带。
21.—种用于使液氮流循环的浸浴,包括 容器，其具有从底板向上延伸的第一壁、第二壁、第三壁和第四壁，所述第一壁和第三壁限定分别限定所述容器的上游端和下游端，所述容器具有高度、宽度和长度； 水平挡板，其被固定在所述第二壁与所述第四壁之间，所述挡板具有上游端和下游端以及在二者之间延伸的上表面和下表面，所述挡板的长度比所述容器的长度短，并且所述挡板在所述容器中的位置使得在上游挡板与容器端部之间留出间隙、下游挡板与容器端部之间留出间隙、并且挡板下表面与容器底板之间留出间隙；以及 泵，其与所述容器和挡板操作相关，其中所述泵和所述容器适合于引导循环的液氮流沿第一方向在挡板的上表面上方流动、通过下游挡板与容器端部之间的间隙、沿与所述第一方向相对的第二方向在挡板的下表面下方流动，并通过上游挡板与容器端部之间的间隙。
22.根据权利要求21所述的浸浴，还包括供料器，所述供料器与所述容器操作相关并且适合于在所述挡板的上表面之上的供给点将待冷冻的液体、半固体或固体材料供给到液氮流中。
23.根据权利要求22所述的浸浴，其中，所述供料器是滴盘。
24.根据权利要求22所述的浸浴，其中，所述供料器是喷射器。
25.根据权利要求22所述的浸浴，其中，所述供料器是传送带。
26.根据权利要求21所述的浸浴，还包括与所述容器操作相关的多孔排出传送带，所述多孔排出传送带向下延伸到下游容器与挡板端部之间的间隙中并到达在挡板下游端之下并邻近挡板下游端的点。
27.根据权利要求21所述的浸浴，其中，容器的第一壁具有内表面，所述内表面构成为朝容器上游端弯曲的半圆柱面并且适合于将在挡板下表面之下沿所述第二方向流动的液氮重新定向回到在挡板上表面上方的第一方向上。
28.根据权利要求21所述的浸浴，其中，容器的第三壁具有内表面，所述内表面构成为朝容器下游端弯曲的半圆柱面并且适合于将在挡板上表面上方沿所述第一方向流动的液氮重新定向回到在挡板下表面之下的第二方向上。
29.根据权利要求27所述的浸浴，其中 所述泵具有出口； 所述泵位于邻近挡板上游端在挡板下表面之下的位置；并且 所述泵定向成使得所述泵的出口将液氮流引向第一壁的内表面的下部。
30.根据权利要求28所述的浸浴，还包括与所述容器操作相关的多孔排出传送带，所述多孔排出传送带向下延伸到下游容器与挡板端部之间的间隙中并到达在挡板下游端之下并邻近挡板下游端的点，其中所述泵具有在其上表面上的入口和在其周面上的出口，所述泵布置在邻近挡板下游端在挡板下表面之下的位置，所述泵定向成使得多孔排出传送带下游的液氮流被吸入到泵的入口中并在挡板下表面下方沿所述第二方向排出。
全文摘要
将待冷冻的材料供给到浸浴，该浸浴具有在浸浴内循环流动的液氮，并且在供给待冷冻的材料的位置的下游从浸浴取出至少部分地冷冻的材料。
文档编号F25D3/10GK102713476SQ201080061551
公开日2012年10月3日 申请日期2010年11月22日 优先权日2009年11月23日
发明者C·雷德拉尔茨克, D·C·布雷思韦特 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司