采用自适应冷柜压力控制和添加清洁空气的极端真空冷却的制作方法

本专利的主题涉及用于商业厨房和食品处理厂的食物处理和制备。更具体地说，本专利涉及一种用于被称为极端真空冷却(evc)的新技术的方法和装置。基于evc构建的装置可以在极端低压状况下工作，以快速冷却食物。此外，该装置配备了自适应压力控制，以避免由未控制的低压状况引起的真空冷柜内部潜在的液体飞溅。将清洁的干燥空气或惰性气体添加到真空冷柜中，以便可以自动地控制冷柜压力，使其跟踪预先设定的设定点轨迹，从而避免潜在的液体飞溅。

背景技术：

1、烹饪和冷藏对于食物服务运营至关重要。当食物被烹饪但不马上食用时，需要使食物迅速离开温度危险区。温度危险区通常定义在41℉至135℉(5℃至57℃)之间的范围内，在该温度危险区内有害细菌生长良好。在该区内，细菌在70℉至125℉(21℃至52℃)之间生长得更快。新烹饪的食物必须迅速通过并离开这个温度危险区，以便将来的食用安全。

2、usda(美国农业部)、fda(美国食品和药物管理局)和其它政府机构认可haccp(危害分析和关键控制点)是保证食物从收获到食用的食物安全的有效和合理手段。防止问题发生是haccp系统的首要目标。关于食物烹饪和冷藏操作，haccp法规要求烹饪过的食物被冷却：(1)在两小时内从135℉冷却到70℉(57℃到21℃)，(2)在接下来的四小时内从70℉冷却到41℉(21℃到5℃)或更低。

3、在商业厨房中，需要在一定的时间限制内制备大量食物。如何烹饪和冷藏食物并满足食物安全法规可能是一个很大的挑战。市场上有利用不同科学原理来冷藏食物的商业产品。它们包括步入式冷藏室和急速冷却器。

技术实现思路

1、在本专利中，我们公开了一种极端真空冷却(evc)的方法和装置，其中evc冷却器能在超低压状况下工作，具有自适应压力控制，可以处理大量食物，满足政府食物安全法规，节省能源和时间，并实现均匀冷却以保持良好的食物质量。该新颖的evc装置与现有技术相比的主要区别和独特的特征和益处如表1所列。

2、表1.

3、

4、步入式冷藏室基于制冷技术，并且在食品工业中很受欢迎，其中被制冷的冷空气通过对流将较低温度转移到食物表面以冷却食物。急速冷却器通过风扇将大量被制冷的冷空气吹到食物表面，以加速冷却。

5、极端真空冷却(evc)技术可以被定义为在极端低压状况下以真空冷柜压力控制和添加的清洁干燥空气或惰性气体进行的真空冷却。

6、真空冷却基于蒸发冷却的原理，其中水会吸收大量的热，以便从液体蒸发到气体。水蒸发可以发生在冰点以上的任何温度。当evc装置的冷柜压力有意降低时，食物内部的水的蒸气压力可以变得高于冷柜压力，从而导致食物内部的水迅速转化成蒸气。这种水蒸发将能量转移，以在整个食物物质中均匀地将食物冷却。水转化为蒸气可快速发生，以便由此产生的能量转移可以均匀且快速地冷却食物。

7、然而，如果冷柜压力与食物内部的水的蒸气压力之间的压力差太高，则由于快速蒸发而可能发生过度发泡。当气泡在食物表面破裂时，气泡表面张力的力可能引起冷柜内部的飞溅。这对于固体食物不是问题，如牛肉和鸡肉，因为当蒸汽穿过食物进入到真空冷柜时，食物结构不会分开。对于低粘度食物，诸如汤和酱汁，这可能是一个大问题。我们称之为这些低粘度食物的液体飞溅事件。

8、在本专利中，我们将高粘度的固体食物定义为a型食物，将低粘度的液体食物定义为b型食物。例如，a型食物包括牛肉、猪肉、鸡肉、土豆、烘焙食物以及炒肉和蔬菜。b型食物包括汤、炖菜、酱汁和酱汁意大利面。实际的a型食物或b型食物可能有灰色区域。在任何情况下，粘度将用于食物冷却配方和冷柜压力设定点计算，以确保evc装置可以以良好且一致的性能冷却所有类型的食物。

9、由于内部冷柜表面和搁板固定装置被食物液体和酱汁涂覆，严重的飞溅事件将导致污染真空冷柜。对于b型食物，严格控制冷柜压力非常重要，以此能以自动化方式管控冷柜压力与蒸气压力之间的压力差，从而能够快速冷却并避免液体飞溅。evc装置的冷柜压力控制将在本说明书的部分b和部分c中公开。

10、总而言之，商用步入式冷藏室和急速冷却器是有用的，但它们的缺点也很明显。本专利介绍的evc冷却器可以通过自适应压力控制在超低压状况下工作，以处理大量食物，满足政府食物安全法规，节省能源和时间，并实现均匀冷却，

技术特征：

1.一种能够在极端低压状况下操作以用于冷却食物的装置，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述极端低压状况具有接近0.1atm或10kpa的冷柜压力。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括：

4.根据权利要求1所述的装置，还包括：

5.根据权利要求1所述的装置，还包括2输入-1输出(2x1)压力控制系统，以控制所述食物冷柜压力。

6.根据权利要求5所述的控制系统，包括：

7.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述1输入-2输出(1x2)压力控制器是无模型自适应(mfa)控制器，包括分程设定器，以产生控制输出1和2，从而操纵执行器1和2。

8.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述1输入-2输出(1x2)压力控制器是比例-积分-微分(pid)控制器，包括分程设定器，以产生控制输出1和2，从而操纵执行器1和2。

9.根据权利要求7所述的1x2压力控制器，其中，所述分程设定器产生以下形式的控制器输出：

10.根据权利要求9所述的1x2压力控制器，其中，所述分程设定器包括能够在分程范围内自由设定的单独控件，以产生控制器输出v1(t)和v2(t)，所述控制器输出v1(t)和v2(t)在所述控制器输出之间提供一个死区、一个重叠区，或一个连续点。

11.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述控制器输出v1(t)和v2(t)被布置成包括可选择的控制限或控制约束状况。

12.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述分程设定器以r1和r2的值设定，从而使得能够实现三种工作状况，其中：

13.根据权利要求12所述的控制器，其中，所述分程设定器以r1＝40和r2＝60来设定。

14.根据权利要求6所述的控制系统，其中，所述压力设定点轨迹计算机制以如下形式生成：

15.一种改变压力控制器的设定点的方法，用于控制食物冷柜压力从而避免液体飞溅事件，其中，设定点轨迹以如下形式生成：

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述设定点轨迹被用于冷却具有低粘度的液体食物。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，冷柜压力设定点斜坡下降到接近0.01atm(1kpa)或更低的预先确定的极端低压状况。

18.一种使用具有食物冷柜的极端真空冷却装置来冷却食物的方法，包括：

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述冷却配方包括预先确定的极端低压状况，所述冷柜压力降低到0.01atm(1kpa)或更低。

技术总结公开了一种与商业厨房中的食品处理和制备有关的方法和装置。所公开的极端真空冷却(EVC)技术和装置可以在具有自适应压力控制的超低压状况下工作，以避免由未控制的低压状况引起的真空冷柜内部的潜在的液体飞溅。将清洁空气或惰性气体添加到真空冷柜中，使得冷柜压力可以跟踪可能具有斜坡上升时间段的设定点轨迹，以避免液体飞溅事件。本发明的装置使用户能基于配方以最少的人工干预自动冷却各种食物，并且满足食品安全规定。可以基于食物的类型和体积以及相关的真空压力设定点轨迹来组建不同的冷却配方。高产能的食品预制厨房可以减轻劳力、提高时效和增加产量。技术研发人员：乔治·树行·程,大卫·公田·邵受保护的技术使用者：厨艺科技公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27