一种海水鱼的快速预冷系统及海水鱼的快速预冷方法与流程

[0001]
本发明属于渔业机械领域，特别涉及一种海水鱼的快速预冷系统及海水鱼的快速预冷方法。


背景技术：

[0002]
远洋捕捞的海鱼在打捞后需要进行冷冻或冰鲜处理，以便进行保鲜。部分大型鱼类，例如金枪鱼，在捕捞后需要立刻进行加工并进行冷冻处理。在进行冰鲜 /冷冻保藏以及加工之前，都需要对海水鱼进行快速预冷。
[0003]
现有的预冷设备通常较为粗放，通常是直接将冷水鱼放入冷库中或者进行覆冰处理。将常温的鱼类放入冷库中会导致其短期功耗波动，使得制冷设备脱离最佳能耗区域，导致制冷设备能效降低。覆冰处理通常采用过量的冰块覆盖在海水鱼表面，冰块暴露在室温下，会造成能源浪费。在远洋渔船上，所有的电能均来源于船只携带的柴油，其能源成本远远高于陆地上的用电成本，因此现有技术中粗放的预冷方式会浪费大量能源，造成捕捞成本上升。
[0004]
此外，现有技术中的冷却方式的冷却速度较低，在冷库中鱼类与冷空气进行热交换，而空气的热阻非常高，远远高于其他液体介质。覆冰方式的热交换速度更快，但是估计的冰渣无法和鱼类表面充分接触，二者之间通常存在大量的气隙，同样会导致冷却速度不够理想。此外，覆冰的冷却方式还存在冷却速度不均匀，冷却温度难以控制的问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种海水鱼的快速预冷系统及海水鱼的快速预冷方法，该装置通过采用冷海水喷淋的方式对鱼类进行冷却，并根据鱼类的重量调节冷海水的喷淋速度，实现了海水鱼类的快速且高能效的冷却。
[0006]
本发明的技术方案是，一种海水鱼的快速预冷系统，其包括：
[0007]
快速预冷设备，其包括初级输送带以及次级输送带，所述初级输送带的上方设置有初级喷淋装置；所述次级输送带的起始端设置在所述初级输送带的末端下方；所述次级输送带的上方设置有次级喷淋装置；
[0008]
冷海水供给装置，分别向所述初级喷淋装置以及次级喷淋装置供应冷海水；
[0009]
控制组件，包括初级红外及灰度图像采集装置、次级红外及灰度图像采集装置以及控制器；所述控制器通过所述初级红外及灰度图像采集装置以及次级红外及灰度图像采集装置分别采集所述初级输送带以及所述次级输送带的鱼类输送参数，根据所述鱼类输送参数分别计算所述初级输送带以及所述次级输送带的所需冷海水流量，并根据计算结果控制所述冷海水供给装置供应的冷海水流量，以调节所述初级喷淋装置以及所述次级喷淋装置的喷淋流量。
[0010]
本发明的进一步改进在于，所述初级输送带以及所述次级输送带的下方分别设置有用于回收冷海水的初级承接槽以及次级承接槽；
[0011]
所述冷海水供给装置的海水输入口分别通过第一换热器以及第二换热器与海水存储箱连接；所述第一换热器以及所述第二换热器分别与所述初级承接槽以及所述次级承接槽通过管路连接，以使用回收的冷海水对所述海水存储箱向所述冷海水供给装置供应的海水进行预冷。
[0012]
本发明的进一步改进在于，所述冷海水供给装置包括第一冷海水机组、第二冷海水机组(7b)、喷淋泵以及三通阀；其中，
[0013]
所述第一冷海水机组用于对海水进行初步冷却，其进水口为所述冷海水供给装置的海水输入口，其出水口通过喷淋泵与所述三通阀的输入口连接；
[0014]
所述三通阀的一个出口与所述初级喷淋装置连接，另一个出口与所述第二冷海水机组(7b)的进水口连接；所述第二冷海水机组(7b)用于对海水进行二次冷却，其的出水口与所述次级喷淋装置连接；
[0015]
所述三通阀以及所述喷淋泵的控制端均与所述控制组件连接；所述控制组件通过控制喷淋泵的流量控制总的喷淋流量，并通过控制所述三通阀的两个出口的流量比例调节所述初级喷淋装置以及所述次级喷淋装置的喷淋流量。
[0016]
本发明的进一步改进在于，还包括一个暂存仓，所述暂存仓中设置有暂存仓输送装置，暂存仓输送装置连接有中继输送装置；所述中继输送装置的末端位于所述初级输送带的起始端的上方；所述初级红外及灰度图像采集装置设置在所述中继输送装置的上方。
[0017]
本发明的进一步改进在于，所述初级红外及灰度图像采集装置以及所述次级红外及灰度图像采集装置均用于采集其下方包含海水鱼的红外图像p1(i)以及灰度图像p2(i),计算所述初级输送带以及所述次级输送带的所需冷海水流量的过程中采用的鱼类输送参数包括：海水鱼最大容量s、海水鱼所需冷量平均值 q
eve
、海水鱼停留时间、冷海水比热容c
ps
、喷淋的冷海水温度t以及目标温度，对于所述初级输送带以及所述次级输送带中任意一个输送带，所述控制组件被配置为：
[0018]
从所述红外图像p1(i)以及灰度图像p2(i)中获取图像中各海水鱼的平均温度t0(i)、轮廓最大长度leng(i)、累计计数s1，根据所述轮廓最大长度leng(i) 以及经验数据推断各海水鱼的质量m1(i)；
[0019]
根据各海水鱼的比热容c
pf
、平均温度t0(i)、质量m1(i)以及目标温度ts计算各海水鱼所需的冷量q(i)；
[0020]
根据各海水鱼所需的冷量q(i)以及累计计数s1计算海水鱼所需冷量平均值 q
eve
；
[0021]
根据鱼类输送参数计算相应输送带所需的冷海水流量。
[0022]
本发明的进一步改进在于：
[0023]
对于次级输送带，其目标温度为ts，其取值范围-1℃至4℃，所述冷海水温度t
b
为ts-0.5；
[0024]
对于初级输送带，其目标温度为其中为2℃至5℃，所述冷海水温度t
a
为
[0025]
本发明还包括一种海水鱼的快速预冷方法，采用上述的海水鱼的快速预冷系统进行实现，其特征在于包括以下步骤：
[0026]
(s1)暂存仓将海水鱼输送至中继输送装置，所述中继输送装置将所海水鱼输送至初级输送带；
[0027]
(s2)所述初级输送带将海水鱼输送至次级输送带，输送过程中通过设置在所述初级输送带上方的初级喷淋装置向海水鱼喷淋冷海水，使其冷却至初级目标温度其中ts为次级目标温度ts,为2℃至5℃；
[0028]
(s3)所述次级输送带承接所述初级输送带落下的海水鱼并对其进行输送，输送过程中通过设置在所述次级输送带上方的次级喷淋装置向海水鱼喷淋冷海水，使其冷却至次级目标温度ts；次级目标温度ts为-1℃至4℃；
[0029]
在步骤(s2)和步骤(s3)中，控制组件通过初级红外及灰度图像采集装置以及次级红外及灰度图像采集装置分别采集所述初级输送带以及所述次级输送带的鱼类输送参数，根据所述鱼类输送参数分别计算所述初级输送带以及所述次级输送带的所需冷海水流量，并根据计算结果控制所述冷海水供给装置供应的冷海水流量，以调节所述初级喷淋装置以及所述次级喷淋装置的喷淋流量。
[0030]
本发明的进一步改进在于，所述初级输送带以及所述次级输送带的鱼类输送参数包括：海水鱼最大容量s、海水鱼停留时间、冷海水比热容c
ps
、喷淋的冷海水温度t以及目标温度；对于所述初级输送带以及所述次级输送带中任意一个输送带，控制组件获取海水鱼所需冷量平均值q
eve
包括以下步骤：
[0031]
(s231)通过与输送带对应的红外及灰度图像采集装置采集该输送带所输送的海水鱼的红外图像p1(i)以及灰度图像p2(i)；
[0032]
(s232)利用ostu算法对红外图像p1(i)进行处理，以获得图像中各海水鱼的体表平均温度t0(i)；并利用canny边缘检测算法从灰度图像p2(i)中提取海水鱼的轮廓图像pf(i)并累计计数为s1；其中i为红外及灰度图像采集装置视野中海水鱼的编号；
[0033]
(s233)根据各海水鱼的轮廓图像pf(i)计算出各海水鱼的面积a1(i)以及轮廓图像最大长度leng(i)；根据此类型海水鱼的质量与面积、最大长度的经验数据库，获得第i条海水鱼的质量m1(i)；
[0034]
(s234)根据海水鱼的质量m1(i)、比热容c
pf
、体表平均温度t0(i)、其所在的输送带的目标温度ts计算在各条海水鱼需要的冷量；对于第i条海水鱼，冷量的计算公式为：
[0035]
q(i)＝c
pf
m1(i)(t0(i)-ts)
[0036]
计算红外及灰度图像采集装置视野中各条海水鱼所需的冷量总和q，其表达式为：
[0037][0038]
计算海水鱼所需的冷量平均值，其表达式为：
[0039][0040]
其中，q
eve
为输送带上各海水鱼所需冷量的平均值。
[0041]
本发明的进一步改进在于：
[0042]
计算所述初级输送带所需冷海水流量的表达式为：
[0043][0044]
其中，fl
sa
为初级输送带所需冷海水流量，s
a
为初级输送带的海水鱼最大容量，q
eve
为初级输送带上各海水鱼所需冷量的平均值，c
ps
为冷海水的比热容，η
a
为初级输送带喷淋海水的冗余系数，取值范围是2至5，为初级输送带的目标温度，t
a
为初级喷淋装置喷淋的冷海水温度；t
2a
为初级输送带的海水鱼停留时间；
[0045]
计算所述次级输送带所需冷海水流量的表达式为：
[0046][0047]
其中，fl
sb
为次级输送带所需冷海水流量，s
b
为次级输送带的海水鱼最大容量，q
eve
为次级输送带上各海水鱼所需冷量的平均值，c
ps
为冷海水的比热容，η
b
为次级输送带喷淋海水的冗余系数，取值范围是2至8，ts为次级输送带的目标温度，t
b
为次级喷淋装置喷淋的冷海水温度；t
2b
为初级输送带的海水鱼停留时间。
[0048]
本发明的有益效果为：
[0049]
(1)采用冷海水对鱼类进行预冷，使得海水和鱼类充分接触，与覆冰或者冷空气进行冷却相比换热效率更高；
[0050]
(2)喷淋过程中，喷淋后冷海水直接由相应的承接槽承接回收，避免冷海水在鱼类周围长时间停留导致其吸收后续冷海水的冷量；冷海水回收后可以对常温海水进行预冷，充分利用了能源；
[0051]
(3)在输送过程中，采用图像识别的方式识别鱼类的大小，并结合其他参数估算所需的冷海水流量，并根据估算值对喷淋流量进行动态调节，这种方式可及节约海水流量，还可节约冷却海水所需的能源；
[0052]
(4)对采用初级输送带以及次级输送带对鱼类进行分段冷却；采用分段冷却的方式，可以在次级输出带中根据初级输送带的冷却进行对次级的喷淋流量进行调节，避免喷淋控制不均匀导致海水鱼预冷效果不均匀现象。
附图说明
[0053]
图1是海水鱼的快速预冷系统的原理图。
具体实施方式
[0054]
如图1所示，本发明的实施例提供一种海水鱼的快速预冷系统，其包括：快速预冷设备3、冷海水供给装置以及控制组件。冷海水供给装置用于向快速预冷设备3提供冷海水，快速预冷设备3将冷海水喷淋至海水鱼表面，使其冷却至预定的温度。在此过程中，控制组件监控快速预冷设备3中海水鱼的重量，并据此控制冷海水供给装置提供的冷海水的流量，在保证冷却效果的前提下，节约冷海水，从而达到节约能源的目的。
[0055]
快速预冷设备3包括初级输送带8以及次级输送带13。初级输送带8的上方设置有初级喷淋装置9；次级输送带13的起始端设置在初级输送带8的末端下方，用于承接落下的海水鱼。次级输送带13的上方设置有次级喷淋装置14。
[0056]
暂存仓1用于原料鱼的暂存。暂存仓1具有保温层，可以避免原料鱼在暂存仓1内因长时间暴露在空气中而导致温度上升。暂存仓1中设置有暂存仓输送装置12，暂存仓输送装置12连接有中继输送装置2。中继输送装置2的末端位于初级输送带8的起始端的上方。输送过程中，海水鱼依次经过暂存仓输送装置 12、中继输送装置2输送至初级输送带8的起始
端。
[0057]
冷海水供给装置用于分别向初级喷淋装置9以及次级喷淋装置14供应冷海水。初级输送带8以及次级输送带13的下方分别设置有用于回收冷海水的初级承接槽10以及次级承接槽15。冷海水供给装置的海水输入口分别通过第一换热器6以及第二换热器5与海水存储箱4连接；第一换热器6以及第二换热器5分别与初级承接槽10以及次级承接槽15通过管路连接，以使用回收的冷海水对海水存储箱4向冷海水供给装置供应的海水进行预冷。
[0058]
具体的，初级承接槽10回收的海水经过一号回水泵19、一号截止阀20流入第一换热器6，并从第一换热器6的一号海水回水出口21排出。次级承接槽 15回收的海水经过二号回水泵22、二号截止阀23流入第二换热器5，并从第二换热器5的二号海水回水出口24排出。
[0059]
海水存储箱4供应海水的路径为：海水存储箱4设置有补充海水进口25用以补充常温海水。海水存储箱4的三号截止阀26用于输出常温海水，常温海水依次经过供水泵27、一号三通阀28后分别输送至一号电磁阀17以及二号电磁阀18。常温海水从一号电磁阀17以及二号电磁阀18分别流入第一换热器6以及第二换热器5。第一换热器6以及第二换热器5对常温海水进行预冷后，汇总输入至冷海水供给装置。
[0060]
本实施例中，冷海水供给装置包括第一冷海水机组7a、第二冷海水机组7b、喷淋泵29以及三通阀30。第一冷海水机组7a用于对海水进行初步冷却，其进水口为冷海水供给装置的海水输入口，其出水口通过喷淋泵29与三通阀30的输入口连接。三通阀30的一个出口与初级喷淋装置9连接，另一个出口与第二冷海水机组7b的进水口连接；第二冷海水机组7b用于对海水进行二次冷却，其的出水口与次级喷淋装置14连接。
[0061]
三通阀30以及喷淋泵29的控制端均与控制组件连接。控制组件通过控制喷淋泵29的流量控制总的喷淋流量，并通过控制三通阀30的两个出口的流量比例调节初级喷淋装置9以及次级喷淋装置14的喷淋流量。
[0062]
控制组件包括初级红外及灰度图像采集装置11、次级红外及灰度图像采集装置16以及控制器。控制器通过初级红外及灰度图像采集装置11以及次级红外及灰度图像采集装置16分别采集初级输送带8以及次级输送带13的鱼类输送参数，根据鱼类输送参数分别计算初级输送带8以及次级输送带13的所需冷海水流量，并根据计算结果控制冷海水供给装置供应的冷海水流量，以调节初级喷淋装置9以及所述次级喷淋装置14的喷淋流量。
[0063]
在一个具体实施例中，初级红外及灰度图像采集装置11设置在中继输送装置2的上方。次级红外及灰度图像采集装置16设置在次级输送带13的起始端的上方。初级红外及灰度图像采集装置11以及次级红外及灰度图像采集装置16均用于采集其下方包含海水鱼的红外图像p1(i)以及灰度图像p2(i)。
[0064]
计算初级输送带8以及所述次级输送带13的所需冷海水流量的过程中采用的鱼类输送参数包括：海水鱼最大容量s、海水鱼所需冷量平均值q
eve
、海水鱼停留时间、冷海水比热容c
ps
、喷淋的冷海水温度t以及目标温度，对于初级输送带8以及次级输送带13中任意一个输送带，获取鱼类输送参数的过程是相同的。在此过程中，控制组件被配置为：
[0065]
从红外图像p1(i)以及灰度图像p2(i)中获取图像中各海水鱼的平均温度 t0(i)、轮廓最大长度leng(i)、累计计数s1，根据所述轮廓最大长度leng(i) 以及经验数据推断各海水鱼的质量m1(i)；根据各海水鱼的比热容c
pf
、平均温度 t0(i)、质量m1(i)以及目标温度ts计算各海水鱼所需的冷量q(i)；根据各海水鱼所需的冷量q(i)以及累计计数s1计算海水
鱼所需冷量平均值q
eve
；根据鱼类输送参数计算相应输送带所需的冷海水流量。
[0066]
在上述过程中，对于次级输送带13，其目标温度为ts，其取值范围-1℃至 4℃，所述冷海水温度t
b
为ts-0.5；对于初级输送带8，其目标温度为其中为2℃至5℃，所述冷海水温度t
a
为
[0067]
本发明的实施例包括一种海水鱼的快速预冷方法，采用上述的海水鱼的快速预冷系统进行实现，其包括以下步骤：
[0068]
(s1)暂存仓1将海水鱼输送至中继输送装置2，中继输送装置2将所海水鱼输送至初级输送带8；
[0069]
(s2)初级输送带8将海水鱼输送至次级输送带13，输送过程中通过设置在初级输送带8上方的初级喷淋装置9向海水鱼喷淋冷海水，使其冷却至初级目标温度其中ts为次级目标温度ts,为2℃至5℃；
[0070]
(s3)次级输送带13承接初级输送带8落下的海水鱼并对其进行输送，输送过程中通过设置在次级输送带13上方的次级喷淋装置14向海水鱼喷淋冷海水，使其冷却至次级目标温度ts；次级目标温度ts为-1℃至4℃。
[0071]
在步骤(s2)和步骤(s3)中，控制组件通过初级红外及灰度图像采集装置11 以及次级红外及灰度图像采集装置16分别采集初级输送带8以及次级输送带13 的鱼类输送参数，根据鱼类输送参数分别计算初级输送带8以及次级输送带13 的所需冷海水流量，并根据计算结果控制冷海水供给装置供应的冷海水流量，以调节初级喷淋装置9以及次级喷淋装置14的喷淋流量。
[0072]
在一个具体实施例中，采集鱼类输送参数并计算冷海水流量的过程中，初级输送带8以及次级输送带13的输送速度是固定，海水鱼在二者表面平铺分布，且二者容纳海水鱼的数量存在上限，这是由其表面积和海水鱼的面积所决定的。
[0073]
该实施例中，对于初级输送带8以及所述次级输送带13采集鱼类参数的过程是相同的，鱼类输送参数有一些需要根据图像进行测量，有一些是对应输送带的固有参数。鱼类输送参数包括：海水鱼最大容量s、海水鱼停留时间、冷海水比热容c
ps
、喷淋的冷海水温度t以及目标温度。对于初级输送带(8以及次级输送带(13中任意一个输送带，控制组件获取海水鱼所需冷量平均值q
eve
包括以下步骤：
[0074]
(s231)通过与输送带对应的红外及灰度图像采集装置采集该输送带所输送的海水鱼的红外图像p1(i)以及灰度图像p2(i)；
[0075]
(s232)利用ostu算法对红外图像p1(i)进行处理，以获得图像中各海水鱼的体表平均温度t0(i)；并利用canny边缘检测算法从灰度图像p2(i)中提取海水鱼的轮廓图像pf(i)并累计计数为s1；其中i为红外及灰度图像采集装置视野中海水鱼的编号；
[0076]
(s233)根据各海水鱼的轮廓图像pf(i)计算出各海水鱼的面积a1(i)以及轮廓图像最大长度leng(i)；根据此类型海水鱼的质量与面积、最大长度的经验数据库，获得第i条海水鱼的质量m1(i)；
[0077]
(s234)根据海水鱼的质量m1(i)、比热容c
pf
、体表平均温度t0(i)、其所在的输送带的目标温度ts计算在各条海水鱼需要的冷量；对于第i条海水鱼，冷量的计算公式为：
[0078]
q(i)＝c
pf
m1(i)(t0(i)-ts)
[0079]
计算红外及灰度图像采集装置视野中各条海水鱼所需的冷量总和q，其表达式为：
[0080][0081]
计算海水鱼所需的冷量平均值，其表达式为：
[0082][0083]
其中，q
eve
为输送带上各海水鱼所需冷量的平均值。
[0084]
在一些具体实施例中，红外及灰度图像采集装置的视野宽度有限，无法采集到输送带上全部的海水鱼。为了解决这个情况，可以根据输送带的运行速度以及视野宽度，定时获取红外图像p1(i)以及灰度图像p2(i)；然后计算该视野区域中的海水鱼所需的冷量平均值；随后将本次得到冷量平均值之前若干次得到的冷量平均值求平均值，从而得到本输送带上的海水鱼所需的冷量平均值。在另外一些实施例中，鱼类的尺寸差异不大，输送带上某一段所需的冷量平均值可以代表输送带的整体情况。
[0085]
计算初级输送带8以及次级输送带13所需的冷海水流量的过程存在一定的区别。具体的：
[0086]
初级输送带8通过喷淋冷海水海水鱼进行预冷，采用大流量的冷海水进行喷淋，使得海水鱼的整体温度降低到尽量减少预冷的时间。计算所述初级输送带8所需冷海水流量的表达式为：
[0087][0088]
其中，fl
sa
为初级输送带8所需冷海水流量，s
a
为初级输送带8的海水鱼最大容量，由初级输送带的具体面积和海水鱼的所占的面积决定，q
eve
为初级输送带8上各海水鱼所需冷量的平均值，c
ps
为冷海水的比热容，η
a
为初级输送带8 喷淋海水的冗余系数，取值范围是2至5，为初级输送带8的目标温度， t
a
为初级喷淋装置9喷淋的冷海水温度；t
2a
为初级输送带8的海水鱼停留时间。
[0089]
在一个具体实施例中，对于初级输送带8，其目标温度为其中为2℃至5℃，冷海水温度t
a
为
[0090]
次级输送带13为低温小流量海水喷淋预冷，可以精准地将海水鱼温度降低到目标温度。对于次级输送带13，其目标温度为ts，其取值范围-1℃至4℃，所述冷海水温度t
b
为ts-0.5。在次级输送带冷却后，鱼类进入微冻或冰鲜状态。计算次级输送带13所需冷海水流量的表达式为：
[0091][0092]
其中，fl
sb
为次级输送带13所需冷海水流量，s
b
为次级输送带13的海水鱼最大容量，q
eve
为次级输送带13上各海水鱼所需冷量的平均值，c
ps
为冷海水的比热容，η
b
为次级输送带13喷淋海水的冗余系数，取值范围是2至8，ts为次级输送带13的目标温度，t
b
为次级喷淋装置14喷淋的冷海水温度；t
2b
为初级输送带8的海水鱼停留时间。
[0093]
本实施例中，从次级红外及灰度图像采集装置16拍摄的红外图像中可以获得落在次级输送带13上的鱼类的平均温度。如果平均温度较高，η
b
采用较大的数值，反之，η
b
可采用
较小的数值。此外，控制器还可统计次级输送带上鱼类温度的均方差，如果鱼类的温差较大，应采用较大的冗余系数η
b
使得各鱼类的温差更小。
[0094]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。