一种高效隧道式冷冻设备以及冷冻方法

本发明涉及冷冻技术，具体涉及一种高效隧道式冷冻设备以及冷冻方法。

背景技术：

1、随着速冻技术在食品行业的蓬勃发展，逐渐出现了各种各样的冷冻设备。其中，隧道式冷冻设备因其高效、节能的优点而在食品行业中得到广泛应用。但是目前隧道式冷冻设备在作业过程中普遍存在着产品冷冻不均的问题。

2、现有的隧道式冷冻设备的喷头大多采用直排或矩形排列的方式进行布局，虽然能够向输送带上的产品喷洒制冷介质，但是不仅喷洒范围小，而且存在喷洒死角，喷洒不够均匀，冷冻效率仍需提高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种高效隧道式冷冻设备，该冷冻设备采用全新的排列布局，不仅可以扩大喷洒范围，而且喷洒更加均匀，有利于提高冷冻效率。

2、本发明的另一个目的在于提供一种高效隧道式冷冻方法。

3、本发明的目的通过以下技术方案实现：

4、一种高效隧道式冷冻设备，包括隧道本体、输送机构以及喷洒组件；

5、所述输送机构包括输送带，该输送带穿过隧道本体的内腔；

6、所述喷洒组件设有两组且分别设置在输送带的上半部分的上方和下方，每组喷洒组件均包括喷洒管和喷头，所述喷洒管沿着s形路线水平延伸，所述喷头设有多个且等距设置在喷洒管上；两组喷洒组件的喷洒管的走向相反。

7、上述高效隧道式冷冻设备的工作原理为：

8、工作时，液氮从液氮储存罐流入到s形的喷洒管中，并沿着s形的喷洒管进入各处的喷头，这样可以有效地引导液氮移动至每一个部位，喷洒更加均匀，有利于提高冷冻效率。进一步，由于两组喷洒组件的喷洒管的走向相反，上下相互对称的喷洒管可以很好地弥补不同位置喷头的喷洒方向上的不足，可以优化隧道式冷冻腔中温度的分布。

9、本发明的一个优选方案，其中，所述喷头包括固定管、旋转安装组件、分岔件以及喷嘴；

10、所述固定管的一端通过螺纹结构与所述喷洒管连接；

11、所述旋转安装组件包括旋转壳体、旋转管以及轴承；所述旋转壳体的一端与固定管的另一端螺纹连接；所述旋转管的一端位于旋转壳体的内腔中，该旋转管的另一端与分岔件螺纹连接；所述轴承设置在旋转壳体的内腔中且与旋转管同轴固定连接；

12、所述分岔件上至少设有三个分流道；其中一个分流道平行于旋转管的轴线；其余的分流道沿着圆周方向均匀排列，该其余的分流道的出口朝向与该圆周对应位置的切线的夹角非直角；

13、所述喷嘴设有多个且数量与分流道的数量相同，该喷嘴连接在分流道的出口出。通过上述结构，当冷冻流体从分流道的出口喷出时，会产生相对应的反作用力，带动分岔件和旋转安装组件进行旋转，从而实现旋转喷淋；进一步，由于旋转不需要添置额外的动力，仅仅通过冷冻流体的反作用力就可以实现喷嘴的旋转，增加作业空间，节省动力和成本。

14、进一步，所述旋转壳体由两个半壳体构成，两个半壳体之间通过可拆卸结构连接，该可拆卸结构包括翻转组件和锁紧组件；所述翻转组件包括合页和螺钉，所述螺钉将合页固定在两个半壳体上；所述锁紧组件包括螺栓和螺母，通过螺栓和螺母将两个半壳体固定在一起。通过上述结构，由于轴承在长期作业过程中会不可避免受到一定程度的磨损，通过可拆卸结构可以将旋转壳体拆卸，以便将轴承和其他零部件能及时更换，保证喷头的正常工作，维持腔内温度的均匀性。

15、进一步，所述轴承设有两个；所述旋转壳体内设有两个用于安装轴承的腔室，两个腔室之间设有分隔墙。

16、进一步，所述固定管上设有电磁阀和压力传感器。

17、一种高效隧道式冷冻方法，包括以下步骤：

18、将隧道本体的内腔分为多个区域，并在每个区域设置温度传感器；

19、通过温度传感器采集隧道本体内部的温度，并采集的温度信息输入到卡尔曼滤波器中，利用初始数据计算初始时刻的状态估计值和观测值；

20、计算卡尔曼滤波器的后验估计的协方差；

21、计算卡尔曼增益；当系统当前时刻的预测误差满足误差收敛时则输出滤除噪声后的温度数据。

22、本发明的一个优选方案，其中，利用初始数据和状态转移公式、观测公式计算初始时刻的状态估计值和观测值，具体为：

23、

24、其中：为k时刻的状态估计值；xk-1为k-1时刻的预测值；a和b为系统参数；th-1为系统的温度输入量；wh-1为系统噪声误差，它的协方差为q；

25、zk＝c·xk+vk；

26、其中，zk为k时刻的测量值；c为系统测量参数；vk为温度传感器测量的噪声误差，它的协方差为r。

27、进一步，根据系统参数a和系统噪声误差的协方差q来计算卡尔曼滤波器在k-1时刻的后验估计的协方差：

28、

29、其中，为k时刻的先验估计值；pk-1为k-1时刻的后验估计的协方差；t为矩阵的转置。

30、进一步，计算卡尔曼增益的方法为：

31、

32、其中，kk为k时刻的卡尔曼增益。

33、本发明的一个优选方案，其中，若滤除噪声后的温度与预设目标温度不同，则将其定义为ts；异常区域温度ts与预设目标温度tl的温度误差e和ec作为输入变量，其中ec为所述误差e相对时间的变化率，分别求出e、ec的伸缩因子∝(e)、∝(ec)，具体方法为：

34、

35、

36、进一步，计算δkp、δki和δkd的伸缩因子：

37、

38、通过计算得到的伸缩因子将基本论域模糊建立模糊论域。

39、进一步，在制定模糊控制规则之后，通过输入变量能够得到三个输出变量δkp、δki、δkd；其中δkp为比例系数p的修正量；δki为积分时间i的修正量；δkd为微分时间d的修正量；

40、温度传感器的实时温度输入变量伴随着输出变量的实时变化曲面图；其中kp0、ki0和kd0为pid控制器的初始值，δkp、δki和δkd为算法去模糊化后的比例系数p、积分时间i和微分时间d的修正量；计算得出修正后的pid控制系数kp、ki、kd：

41、

42、结合输出值kp、ki、kd计算得到喷嘴的流量变化量δl：

43、

44、通过pid控制器依据自适应模糊控制算法得到的输出结果δl对喷头进行实时流量控制。

45、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

46、1、本发明的冷冻设备采用s形的喷头布局，不仅可以扩大喷洒范围，而且喷洒更加均匀，有利于提高冷冻效率。

47、2、两组喷洒组件的喷洒管的走向相反，上下相互对称的喷洒管可以很好地弥补不同位置喷头的喷洒方向上的不足，可以优化隧道式冷冻腔中温度的分布。

48、3、由于温度传感器采集的信息易受到隧道式冷冻设备风扇旋转以及其他噪声的干扰，因此通过卡尔曼滤波技术对采集的温度信息进行优化，滤除隧道式冷冻设备中的噪音影响。若采集的六个区域温度中存在一个温度与预设目标温度不同，则通过编程直接选定异常区域中的喷嘴并利用自适应模糊控制算法计算流体变量从而进行控制，这种局部的喷嘴调节方式能够高效利用冷冻流体进行细致的调整，从而有效防止隧道式冷冻腔内温度出现剧烈波动。