專利名稱：連續式液態食品通電加熱設備的制作方法
技術領域：
連續式液態食品通電加熱設備本實用新型涉及一種連續式液態食品通電加熱設備，可以對液態食品進行連續式加熱，也可以對某些固液混合物進行加熱。食品物料的加熱處理在食品工程單元操作中占有非常重要的地位，同時它的熱處理過程也在向著高效率、低能耗、高品位方向發展。但是，如何進一步降低能耗、提高產品質量仍是技術改進的焦點。在液態食品的熱處理單元操作中，間壁式換熱器具有非常重要的地位和作用，但食品中的某些成分，如蛋白質、脂肪、碳水化合物和礦物質等極易在換熱器的加熱表面上形成污垢層。這樣不僅降低傳熱效率、增加能耗、降低產品質量，而且還會增 加環境負擔和清洗費用。因此，換熱器加熱表面的結垢問題是食品工業特別是對富含蛋白質液體食品加熱中的一個嚴重的問題。盡管人們可以通過優化方法來改善換熱器的幾何形狀和液體的流動通道以達到減少換熱器表面污染的目的，但換熱器表面的污染與結垢仍然是使用間壁式換熱器的最大制約因素。另外，為了保證食品的質量與安全，必須定期對加熱設備進行清洗與維護，例如，牛奶加熱殺菌用的換熱器必須每天清洗。根據van Asselt等人的研究結果，奶制品加工成本中的80%是由于加工設備的污垢和清洗加工設備的污垢而引起的。因此，開發高效、低能耗、低排放、無加熱面污染的連續熱處理新技術和設備一直是商業界和科學界最為關注的熱點。近年來，食品的電加工與處理技術，如通電加熱(Ohmic Heating，也稱為歐姆加熱)技術、微波加熱技術、高壓脈沖電場殺菌技術和射頻加熱技術等受到了人們的重視。其中，由于通電加熱技術具有加熱均勻、快速、無加熱面、易控制、電能轉化率可達95%和環境友好，并能實現固體食品和含有顆粒的液固混合食品的高溫快速殺菌等優點，該項技術被認為是食品加工操作過程中最具有發展潛力的熱處理技術之一。為了解決上述問題，本實用新型提供了一種對食品進行熱處理的設備，在對食品兩端施加雙極性方波電壓時，物料中有電流流過，物料表現出電阻特性，使其自身產生熱量。根據食品物料的特點，通過調整電源頻率、占空比、電流密度等參數，來減少加熱過程中的極板污染，調整食品加熱速度。根據食品物料的電導率和沸點，調整食品的流速和壓力。一種連續式液態食品通電加熱裝置，由液路系統和電源系統組成；所述的液路系統由泵、加熱室、壓力控制閥、壓力表、未加工完成的食品存儲罐、加工完成的食品存儲罐和管道組成；所述泵的入口通過管道與未加工的食品存儲罐連接，泵的出口通過管道與加熱室一端連接；所述加熱室另一端與壓力表連接；所述壓力表出口與所述壓力控制閥連接；所述的加熱室包括接口、加熱室主體、蓋板和墊圈；所述加熱室主體內安裝有至少一對電極極板，電極極板平行放置，電極極板的外面加有墊圈，墊圈外裝有蓋板，通過螺栓壓緊蓋板；所述的電源系統包括變壓器、整流電路、濾波電路、逆變電路、保護電路和控制系統；所述電源系統逆變電路的輸出端連接到所述加熱室的電極極板上。其中所述泵采用符合食品安全的流量可調離心泵或正位程泵；所述壓力表采用機械壓力表或壓力傳感器，并在壓力表前安裝濾網保護其不受到食品影響；[0009]所述管道采用符合食品衛生要求的材料制作；所述壓力控制閥用于調節液路系統的工作壓力；所述變壓器直接與外部的工頻交流電連接，變壓器的輸出接整流電路的輸出，整流電路的輸出通過濾波電路，與逆變電路的輸入連接，逆變電路的輸出直接接至被加熱食品上。保護電路與逆變電路中的IGBT直接連接，保護IGBT不被損壞。控制系統與逆變電路的驅動和整流電路的控制端口直接連接，并通過連接采樣電路的輸出，確定逆變電路和整流電路的輸出信號；所述變壓器采用市售的隔離變壓器；
所述整流電路采用市售的晶閘管構成的橋式全控整流電路，通過改變晶閘管的導通角實現輸出直流電壓平均值的連續調節；所述濾波電路采用LC低通濾波器；所述逆變電路采用IGBT構成的電壓源逆變電路，通過控制IGBT的導通來實現電源頻率、占空比、以及電壓有效值的平滑調節。所述電源頻率從0-50kHz可調，占空比從0-1可調，功率能達到100kW。所述保護電路包括IGBT靜電保護，防止具有MOSFET結構的IGBT在使用過程中被靜電擊穿。與IGBT的柵極和漏極連接。逆變電路過流保護，防止在外部短路或者其他故障的情況下，逆變電路以及相關器件承受短路電流沖擊而燒壞。與IGBT的柵極和源極連接。逆變電路過壓保護，防止由于IGBT的通斷引起電流變化，從而在逆變電路的輸出上產生過電壓引起電力電子器件擊穿。與IGBT當的源極和漏極連接。所被加熱食品中央處理器系統，由單片機及其外圍電路構成，用于接收外部信號以及控制整流及逆變電路。人機交互系統，由液晶顯示器和鍵盤組成，其中，所述顯示器與中央處理器系統連接，通過中央處理器系統的輸出，顯示電源電壓有效值、電流有效值、電源頻率以及方波電壓占空比以及食品物料入口出口溫度。其中，所述鍵盤與中央處理器系統連接，用于輸入電源頻率、電壓峰值、方波電壓占空比。電壓電流溫度采集裝置為所述控制系統的測量系統，其輸入端接逆變電路的輸出信號，輸出端接入中央處理器系統。通過高頻電流互感器測量電流波形，發送給所述中央處理器系統，其特征在于通過測量電流峰值和占空比計算有效值，通過電壓傳感器將電壓峰值信號送入所述中央處理器系統，通過占空比計算電壓有效值。通過熱電偶采集溫度數據。圖I是液態食品通電加熱設備原理圖；圖2是加熱室結構圖；圖3是本實用新型的食品通電加熱電源系統框圖；圖4是整流電路及其過壓保護；圖5是逆變電路原理圖；圖6是傳統加熱與通電加熱的菌落對比圖圖7是不同電源頻率下加熱電流的變化曲線圖；圖中I.加熱電源；2.加熱室；3.壓力表；4.壓力控制閥；5.保溫室；6.加工完成的食品存儲罐；7.未加工的食品存儲罐；8.泵；9.加熱室主體；10.接口 ；11.墊圈；12.電極極板；13.加熱室內腔；14.螺檢；15. IXD液晶顯不；16.鍵盤；17.隔尚變壓器；18.晶閘管整流裝置；19. LC濾波裝置；20.逆變裝置；21.被加熱食品；22.電壓電流溫度采集裝置；23.逆變橋保護裝置以及柵極驅動；24.中央處理器系統；25. IGBT。以下實施方式用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。如圖I所示為本實用新型提供的液態食品通電加熱系統框圖。在圖I中，將未加工的食品存儲罐7中的液態食品由泵8吸入加熱室2，由加熱電源I給加熱室2通電，對食品進行加熱，通過壓力表3和壓力控制閥4調節加熱室內腔13中的壓力，防止因液體沸騰引起流量的突變，通過調節泵8的速度確定食品處理速度，加熱好的食品流入加工完成的食品存儲te 6中。如圖2所示為本實用新型提供的加熱器。在圖2中液態食品由加熱室接口 10流入加熱室內腔13，通過電極極板12直接給食品進行通電，通過食品自身的阻抗產生焦耳熱。圖2中的加熱器主體9材料采用復合食品安全要求的耐熱材料，通過螺栓14將加熱室的主體壓緊，以防在給食品加壓的時候加熱器漏水。如圖3所示為本實用新型提供的食品通電加熱電源的系統框圖。在圖3中，將單相交流電(市電)接入隔離變壓器17，將隔離后的交流電送入晶閘管整流裝置18，通過中央處理器系統24控制晶閘管的觸發角連續變化，從而將交流電變為可調的直流電，將直流電接入LC濾波裝置19進行低通濾波，減小直流電中的交流分量的值，使其變為穩定的直流電，直流電通過逆變裝置20變為雙極性方波脈沖交流電信號加載在被加熱食品21上，通過中央處理器系統24控制逆變裝置20中IGBT的導通與關斷，改變輸出電壓的頻率和占空比。其中，所述中央處理器系統24以單片機為核心，通過鍵盤16輸入需要設定的電壓最大值、電壓頻率和輸出電壓占空比，同時為了輸入方便，使用IXD液晶顯示15同步顯示輸入值。如圖4所示為整流電路，其作用為將市電變為可調的直流電。通過調節整流電路的觸發角改變輸出直流電壓的幅值。如圖5所示為IGBT逆變電路，其中，逆變電路的輸入與整流電路的直流輸出連接，通過IGBT25將直流電變為交流電，并給被加熱食品21提供電能。通過改變IGBT25的導通時間改變輸出電壓的頻率和占空比。如圖6所示為傳統水浴鍋加熱和通電加熱后的菌落總數的對比圖，其中傳統水浴鍋加熱和通電加熱的豆漿同時磨制，固形物含量為0. 050g/g。傳統水浴鍋加熱利用電磁爐加熱到100°C后保溫5分鐘，剩余菌落總數為200CFU/ml，通電加熱使用IOkHz頻率的交流電加熱到100°C后保溫5分鐘，剩余菌落總數為OCFU/ml。如圖7所示為不同電源頻率下加熱電流的變化曲線圖，其中使用IOOHz交流電對豆漿加熱時，電流迅速下降，隨即斷電后發現腐蝕嚴重，隨著電流頻率的提高，電流下降速度既腐蝕速度明顯降低，當電流頻率提高到IkHz后，加熱15分鐘電流無明顯下降。經試驗對比，使用高頻IOkHz的頻率加熱I小時后,極板無明顯的腐蝕現象,而使用IOOHz加熱5分鐘后，極板的顆粒吸附和腐蝕情況很嚴重。權利要求1.一種連續式液態食品通電加熱設備，其特征在于由液路系統和電源系統組成；所述的液路系統由栗、加熱室、壓力控制閥、壓力表、未加工完成的食品存儲te、加工完成的食品存儲罐和管道組成；所述泵的入口通過管道與未加工的食品存儲罐連接，泵的出口通過管道與加熱室一端連接；所述加熱室另一端與壓力表連接；所述壓力表出口與所述壓力控制閥連接；所述的加熱室包括接口、加熱室主體、蓋板和墊圈；所述加熱室主體內安裝有至少一對電極極板，電極極板平行放置，電極極板的外面加有墊圈，墊圈外裝有蓋板，通過螺栓壓緊蓋板；所述的電源系統包括變壓器、整流電路、濾波電路、逆變電路、保護電路和控制系統；所述電源系統逆變裝置的輸出端連接到所述加熱室的電極極板上。
專利摘要本實用新型涉及一種連續式液態食品通電加熱設備，由液路系統和電源系統組成；所述的液路系統由泵、加熱室、壓力控制閥、壓力表、未加工完成的食品存儲罐、加工完成的食品存儲罐和管道組成；所述的電源系統包括變壓器、整流電路、濾波電路、逆變電路、保護電路和控制系統；所述電源系統逆變裝置的輸出端連接到所述加熱室的電極極板上；本實用新型可以對液態食品進行連續式加熱，也可以對某些固液混合物進行加熱；不但能夠保證食品的加熱速度，同時也避免了在通電加熱中常見的電極污染情況。
文檔編號A23P1/00GK202406326SQ201120337500
公開日2012年8月29日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者張世福, 朱敏, 李法德, 王冉冉 申請人:山東農業大學