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CN1384911A - 冷却液体混合物并使其发生状态变化的方法和系统 - Google Patents

冷却液体混合物并使其发生状态变化的方法和系统 Download PDF

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CN1384911A CN00814896A CN00814896A CN1384911A CN 1384911 A CN1384911 A CN 1384911A CN 00814896 A CN00814896 A CN 00814896A CN 00814896 A CN00814896 A CN 00814896A CN 1384911 A CN1384911 A CN 1384911A
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Abstract

一种冷却液体混合物(2)并使其发生状态变化的方法和系统,其中液体混合物(2)被雾化,形成一种雾化的液体混合物(29),并被冷却,改变其物理状态;冷却基本上使用气态制冷剂完成。

Description

冷却液体混合物并使其发生状态变化的方法和系统
技术领域
本发明涉及冷却液体混合物并使其发生状态变化的方法和系统，本发明特别涉及冷却食品、药品、肥料、清洁剂、化妆品、催化剂、酶或杀虫剂的液体混合物并使其发生状态变化的方法和系统。
背景技术
冷却液体混合物并使其发生状态变化通常使用两种类型的系统。
在第一种系统中，液体混合物被放置并保存在具有冷却内表面的容器中，直到混合物被冷却到非液体状态。
在第二种系统中，该液体混合物沿一个冷却管道输入，该冷却管道具有冷却内表面并且其长度足以能够冷却液体混合物并使其发生状态变化。
由于该液体混合物具有较小的冷却表面，并从最外层逐渐向内冷却，因此上述公知的系统有几个缺陷，主要缺陷是要用较长的时间冷却液体混合物并使其发生状态变化。
上述公知系统的另一个缺陷在于，其产量与冷却容器和管道的大小成正比，因此为了获得较高的产量，这些系统必须相当大，因此生产成本高、运行时消耗能量大。
发明描述
本发明的一个目的是提供一种冷却液体混合物并使其发生状态变化的方法，该方法被设计用于消除上述缺陷。
根据本发明，提供了一种冷却液体混合物并使其发生状态变化的方法，其特征在于该方法包括：雾化步骤，其中液体混合物被雾化形成雾化的液体混合物；及冷却步骤，其中所述雾化的液体混合物受到冷却，形成具有非液态的物理状态的冷却混合物；所述冷却步骤基本采用气态冷却剂完成。
本发明还涉及一种冷却液体混合物并使其发生状态变化的系统。
根据本发明，提供了一种冷却液体混合物并使其发生状态变化的系统，其特征在于包括：雾化装置，用于雾化液体混合物，形成雾化的液体混合物；及冷却装置，用于冷却所述雾化的液体混合物，形成具有非液态的物理状态的冷却混合物；所述冷却装置基本使用气态冷却剂。
附图简述
现在将参照附图借助实例描述本发明的几个非限定性实施例，其中：
图1表示根据本发明系统的一个最佳实施例的部分剖视侧视图；
图2表示图1的轴向剖面，其中为了清楚起见部分被放大了；
图3表示图2的详细透视分解图；
图4表示根据本发明系统的另一个实施例的部分剖视侧视图。
实施本发明的最佳方式
图1中附图标记1表示整个系统，用于冷却液体混合物2并使其发生状态变化，其中液体混合物是食品、药品、肥料、清洁剂、化妆品、催化剂、酶或杀虫剂的液体混合物。
系统1包括一个大体为杯形的圆柱形容器3，该容器3具有基本垂直的纵轴4，并在顶部被盖子5限定，盖子5垂直于轴4并与容器3一起确定冷却室6。
系统1还包括一个公知的超声波雾化装置7(图2和3)，该装置安装在盖子5上，延伸通过盖子5并面对室6内部；雾化装置依次包括一个圆柱形组件8，该圆柱形组件在超声波频谱内或优选在15kHz至150kHz内以未示出的公知方式振动。组件8基本与轴4同轴，并包括宽的顶部9，窄的底部10和连接顶部9与底部10的中间部分11。
装置7还包括一个基本沿底部10和中间部分11延伸的管状头部12。头部12包括一个管状体13，它安装成能够沿组件8轴向滑动，并通过几个相对于轴4等间隔围绕着和在轴横向延伸的螺丝钉14，以其一端安装在顶部9上。头部12还包括一个与轴4同轴的管状体15，管状体15依次包括在管状体13周围延伸和螺固在管状体13上的宽顶部16，以及突出于管状体13和包围底部10的窄底部17。应当指出的是，在使用中采用这种连接可以定位顶部16，使其与螺固在管状体13上的环形螺帽18接触，从而沿管状体13选择性地控制管状体15的轴向位置。
装置7还包括雾化回路19，并顺序包括两个沿轴4串联布置的环形室20和21。室20由体13和15以及部分10限定，在顶部由绕部分10伸出的密封环22限定，并通过一个径向通过该体15的孔23朝外打开，与供应给液体混合物2的管道24(图1)连通；同时室21被限定在部分10和17之间，并沿部分10延伸，以便与冷却室6连通。
系统1还包括一个容纳在室6内部的冷却装置25，并依次包括两个与轴4同轴的管形环26。每个环26连接到一个公知的液氮供应装置(未示出)，并包括几个公知的喷嘴27，每个喷嘴具有各自的纵轴28，可相对于各自的轴28调节，并可相对于两个彼此垂直的轴(未示出)和垂直于轴28的轴调节，为雾化和蒸发提供液氮，以产生基本为气态氮的冷却流。
每个喷嘴27有一个圆形或长方形的出口部分，因此通过使每个喷嘴27出口部分的形状与喷嘴相对于轴4的方位进行组合，能够选择由装置25生产的气态氮流的层流或湍流状态。
现在将参照图1描述系统1的工作，其中液体混合物2通过重力的作用及基本在大气压的作用下，沿管道24输入到雾化装置7特别是到回路19。由于部分10的所有点在回路19以恒定频率和振幅振动，由于室20和21的各个径向尺寸沿轴4是恒定的，因此液体混合物2被雾化，产生雾化的液体混合物29，该混合物包括各种成分基本均匀的完全球形液滴。
还应该指出的是每个液滴的直径设想具有给定值，该值的范围通过调节组件8的振动频率和/或振幅及室21的径向尺寸选择性地进行控制。
在室21的出口，雾化液体混合物29通过重力的作用沿平行于轴4的路线P流动，并通过冷却装置25的环26。在装置25，雾化的液体混合物29接触所述冷却流，该冷却流被喷嘴27以低于雾化液体混合物的温度喷射出，以便冷却雾化的液体混合物29并使其产生状态变化，获得冷却的混合物30。
最后，冷却的混合物30通过重力的作用沿轴4流动，被收集在室6底部的捕集池30a中。
鉴于以上所述，应当指出的是：
装置25出口处雾化液体混合物29的物理状态可以通过调节液氮供应和/或冷却室6的温度来选择性地进行控制(在图1所示的实例中，冷却混合物30是糊状的)；及
冷却流还可以通过使用冷却空气、冷却的或液化的惰性气体或二氧化碳获得。
图4的变型表示一个系统31，该系统包括一个雾化和冷冻单元32以及一个冷冻干燥单元33。
雾化和冷冻单元32与系统1的区别在于，室6包括一个大体为截顶圆锥形的底端34，以及一个与轴4同轴并优选具有长方形或正方形横截面的底部出口通道35。
单元32还包括一个打开和关闭通道35的装置36，并依次包括两个摆动壁37，壁37垂直于图4的平面延伸，并安装在通道35内部，并利用一个公知的驱动装置(未示出)，相对于容器3围绕各个平行的轴38(轴38垂直于图4的平面)，位于分别打开和关闭通道35的打开位置(图4)和关闭位置(未示出)之间摆动。
冷冻干燥单元33包括一个公知的沿横向轴4的方向40在单元32下方延伸的冷冻干燥通道39，并通过通道35与室6连通；及一个在通道39内部延伸并平行于方向40的供应装置41。
装置41包括两个滑轮42(在图4中只表示出一个)，其中一个滑轮被驱动，这些滑轮被安装到一个固定框架上(未示出)，绕平行于轴38的各个平行轴43连续转动；及一个封闭环绕两滑轮42和面对通道35的传输带。应该指出的是，单元33内的冷冻干燥步骤可以使用一种公知的未示出的方式完成，使用的冷冻流也与装置25中使用的相同，在单元32的出口，该冷冻流基本专门确定为干燥的气态氮，即没有水分。
下面将描述系统31的工作，其中假定装置25用于在装置25本身的出口获得冷冻的混合物45，装置36的壁37被设置于打开通道35的打开位置，带44在通道35下面移动。
在装置25的出口，冷冻的混合物45通过重力的作用沿轴4和通道35流动至带44上，并沿冷冻干燥通道39连续输入，在通道内，冷冻混合物45以公知的方式在大气压下被冷冻干燥。
在未示出的另一种变型中，在通道35的出口，冷冻混合物45被收集在箱内，以公知的方式被真空冷冻干燥。
系统1和31具有几个优点，其中主要的优点在于：
超声波雾化装置7用于获得一种雾化的液体混合物29，该混合物含有数个液滴，每个液滴中液体混合物2的组分均匀分布，每个液滴优选是球形的，直径较小；
确定雾化的液体混合物29的液滴一起形成一个较广泛的交换表面，因此保证雾化液体混合物29和所述气态氮流之间的热交换比较有效；及
雾化液体混合物29的状态变化会直接受到雾化装置7出口下游的影响，即当雾化的液体混合物29完全均匀一致时，能够防止雾化液体混合物29中组分的任何进一步分离。
系统31还具有的优点是，形成冷冻混合物45的液滴的形状和直径也保证冷冻干燥步骤的热交换比较有效。
此外，当在大气压下进行冷冻干燥时，形成冷冻混合物45的液滴能够被完全和均匀一致地冷冻干燥，不会受到进一步过热。不会改变和/或破坏冷冻干燥液滴的组分；因此，当进行真空冷冻干燥时，冷冻干燥的持续时间和成本比较受到限制。
系统31还具有的优点是，雾化液体混合物2、冷冻雾化液体混合物29和冷冻干燥冷冻混合物45基本是连续的，因此大大地减少了系统31的整个冷冻干燥循环的持续时间。
参照图4，应该指出的是，系统31还可以包括一个消除液体混合物2中细菌的单元46，它位于雾化和冷冻单元32的上游。在一种未示出的变型中，系统1还可以设置有一个单元46。
单元46(公知型)包括一个具有基本平行于轴4的纵轴48的室47，及两个容纳在室47内的超声波变换器49，其位于轴48的相对端；一个供应管道50，用于在高于大气压力的压力下将液体混合物2输入室47内；及一个位于室47和单元32之间的容纳箱51，它通过管道24与雾化装置7连接，并具有一个压力调节器52。
在实际使用中，液体混合物2被连续地输入：
在室47内，其中两个转换器49用于以公知的方式消除细菌；
在箱51内，其中压力调节器52将液体混合物2的压力降低至大气压；及
在单元32内，其中冷冻干燥循环象系统31所述那样完成。
最后，应该指出的是，上述描述还适于最后将一种固态组分扩散到液体混合物2内，该组分在雾化装置7进行的雾化步骤过程中被微封装入雾化的液滴内。

Claims (27)

1、一种冷却液体混合物(2)并使其发生状态变化的方法，其特征在于包括：雾化步骤，其中液体混合物(2)被雾化，以形成一种雾化的液体混合物(29)；及冷却步骤，其中所述雾化的液体混合物(29)被冷却，以形成一种非液态的物理状态的的冷却混合物(30)；所述冷却步骤采用基本气态冷却剂完成。
2、如权利要求1所述的方法，还包括收集步骤，其中所述冷却混合物(30)被收集起来。
3、如权利要求2所述的方法，其中所述雾化、冷却和收集步骤在沿给定路径(P)，在依次定位的各个雾化、冷却和收集站完成；所述液体混合物(2)、所述雾化的液体混合物(29)和所述冷却的混合物(30)沿所述路径(P)连续流动。
4、如权利要求3所述的方法，其中所述液体混合物(2)、所述雾化液体混合物(29)和所述冷却的混合物(30)通过重力的作用沿所述路径(P)流动。
5、如上述任何一项权利要求所述的方法，其中所述冷却的混合物(30)的物理状态通过调节所述冷却剂的供应选择性地进行控制。
6、如上述任何一项权利要求所述的方法，其中所述雾化步骤利用具有给定振动频率和给定振动幅度的超声波雾化装置(7)完成。
7、如权利要求6所述的方法，其中所述振动频率为15KHz和150kHz之间。
8、如权利要求6或7所述的方法，其中在所述雾化步骤过程中，所述液体混合物(2)被微粉化为具有各个直径的液滴，直径值在给定范围内；所述范围通过调节所述振动频率和/或所述振动幅度选择性地进行控制。
9、如上述任何一项权利要求所述的方法，还包括冷冻干燥步骤，其中所述冷却的混合物(30)基本被完全干燥。
10、如上述任何一项权利要求所述的方法，还包括消除所述液体混合物(2)内细菌的消除细菌步骤。
11、如权利要求10所述的方法，其中所述细菌消除步骤由另一个超声波装置(49)完成；所述液体混合物(2)在基本大于大气压力的第一压力下被输入另一个超声波装置(49)。
12、如权利要求11所述的方法，其中所述雾化步骤利用超声波雾化装置(7)完成；所述液体混合物(2)在基本不同于所述第一压力的第二压力下被输入所述超声波雾化装置(7)内。
13、如权利要求6-12任何一项权利要求所述的方法，其中固态组分被扩散在所述液体混合物(2)内；所述组分在所述雾化步骤过程中被微封装入具有不同直径的液滴内，直径值在给定范围内，该值的给定范围可以通过调节所述振动频率和/或所述振动幅度选择性地进行控制。
14、如上述任何一项权利要求所述的方法，用于冷却液体混合物(2)并使其发生状态变化，尤其液体混合物(2)是食品、化妆品、药品、肥料、清洁剂、催化剂、酶或除草剂的液体混合物。
15、一种冷却液体混合物(2)并使其发生状态变化的系统，其特征在于，包括雾化装置(7)，用于雾化液体混合物(2)形成雾化的液体混合物(29)；及冷却装置(25)，用于冷却所述雾化的液体混合物(29)，以形成一种具有非液态的物理状态的冷却的混合物(30)；所述冷却装置(25)基本采用气态冷却剂。
16、如权利要求15所述的系统，还包括收集所述冷却的混合物(30)的收集装置(30a；41)。
17、如权利要求16所述的系统，其中所述雾化装置(7)、所述冷却装置(25)和所述收集装置(30a；41)沿着给定路径(P)依次和按照顺序定位。
18、如权利要求17所述的系统，其中所述路径(P)在基本垂直的方向上延伸。
19、如上述权利要求15-18中任何一项权利要求所述的系统，其中所述雾化装置(7)是超声波雾化装置。
20、如上述权利要求17-19中任何一项权利要求所述的系统，其中所述雾化装置(7)有一个纵轴(4)基本平行于所述路径(P)的出口(21)；所述冷却装置(25)包括至少数个喷嘴(27)，它们设置在所述轴(4)的周围，用于释放所述冷却剂。
21、如权利要求20所述的系统，其中所述每个喷嘴(27)各自有第一纵轴(28)；所述喷嘴(27)可相对于所述第一轴(28)调节，可相对于垂直于该第一轴(28)的另两个轴调节。
22、如权利要求15-21所述任何一项权利要求所述的系统，还包括冷冻干燥装置(33)，用于基本完全地干燥所述冷却的混合物(30)。
23、如权利要求22所述的系统，其中所述冷冻干燥装置(33)包括一个冷冻干燥通道(39)；收集装置(41)，用于沿所述冷冻干燥通道(39)连续输入冷却的混合物(30)。
24、如权利要求15-23中任意一项权利要求所述的系统，还包括细菌消除装置(46)，用于消除所述液体混合物(2)内的细菌；输入装置(50)，它设置用来在基本大于大气压力的第一压力下将液体混合物输入所述细菌消除装置(46)。
25、如权利要求24所述的系统，其中所述细菌消除装置(46)包括超声波装置(49)。
26、如权利要求24或25所述的系统，进一步包括输入装置(24)，用于在不同于所述第一压力的第二压力下将所述液体混合物(2)输入给所述雾化装置(7)。
27、如权利要求15-26中任何一项权利要求所述的系统，用于冷却液体混合物(2)并使其发生状态变化，尤其液体混合物(2)是食品、化妆品、药品、肥料、清洁剂、催化剂、酶或除草剂的液体混合物。
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