CN100434847C - 快速冷冻-解冻的循环器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对物料冷冻-解冻的循环器。快速冷冻-解冻的循环器，其特征在于它包括自动控制装置(01)、加热恒温器(02)、冷冻恒温器(03)三个主要功能块，物料容器(25)置于冷冻恒温器(03)内并可以进行冷冻和解冻的周期交替，加热恒温器(02)对水介质进行的加热并可以恒温控制，自动控制装置(01)控制冷冻和解冻周期、控制水介质循环周期、控制水介质在加热恒温器(02)和冷冻恒温器(03)内的液位。本发明的主要功能是在空气介质中进行物料的冷冻，在循环的水介质中进行物料的解冻，冷冻和解冻自动交替进行，冷冻和解冻的周期可以设定。本发明具有高效、环保的特点。本发明可以广泛应用于地质、工程、医药卫生、食品加工等方面的科研和工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种对物料冷冻-解冻的循环器。
背景技术
在现有技术中，对物料的冷冻-解冻一般是采用在空气、水、油或防冻液等多种介质中进行热交换的方法，如德国某公司生产的加热制冷循环器，所有仪器的共同特点都是采用单一的介质。单一介质的缺点在于每个周期总有一个环节热交换效率低下：在空气介质中进行冷冻-解冻的方法，解冻效率低，冷冻-解冻周期长；单一使用水介质，虽然没有环境污染问题，但是水介质在冷冻过程中要释放出大量的热，在解冻过程中也要吸收大量的热，因此效率同样低下；单一使用油介质，一是效率低下，这与前面两种情况一样，二是油介质具有荧光性，因此不适于需要检测荧光光谱的样品处理；用防冻液存在两重问题，一是效率低下，以往防冻液完全放置在样品室，冷冻和解冻两个进程都要额外提供能量，因此大大降低了冷冻和解冻的效率，二是造成环境污染，以往所使用的防冻液基本上是乙二醇水防冻液，乙二醇具有一定的毒性，对人体的肾、肝、胃、肠道等内脏有损伤作用。
总之，在单一的水介质、油介质或防冻液介质中进行冷冻-解冻的循环器，冷冻和解冻的效率都低下，增加了对介质的升温或降温的能量消耗，冷冻-解冻的周期长；同时，防冻液的使用还要污染环境，是最为不利的设计方案。因此急需对现有的冷冻-解冻设备进行更新和改造。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的不足，而提供一种高效、环保的快速冷冻-解冻的循环器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：快速冷冻-解冻的循环器，其特征在于它包括自动控制装置01、加热恒温器02、冷冻恒温器03、第一电磁阀10、第一水泵11、第二水泵12、第二电磁阀13、第一水管23、第二水管24、物料容器25；加热恒温器02包括第一容器21、加热管04、第一热电偶05、水介质，第一容器21内盛有水介质，加热管04、第一热电偶05分别位于水介质中，加热管04由控制线与自动控制装置01的加热恒温控制器17的控制输出接脚相联，第一热电偶05由数据线与自动控制装置01的加热恒温控制器17的信号输入接脚相联；冷冻恒温器03包括第二容器22、制冷机07、第二热电偶08，制冷机07、第二热电偶08分别位于第二容器22内，制冷机07由控制线与自动控制装置01的冷冻恒温控制器16的控制输出接脚相联，第二热电偶08由数据线与自动控制装置01的冷冻恒温控制器16的信号输入接脚相联；第一水管23的一端与第一容器21的底部相连通，第一水管23的另一端与第二容器22的上部相连通，第一水管23上设有第一电磁阀10、第一水泵11，第一电磁阀10、第一水泵11分别由控制线与自动控制装置01的第一液位控制器18的控制输出接脚相联，第二水管24的一端与第一容器21的上部相连通，第二水管24的另一端与第二容器22的底部相连通，第二水管24上设有第二水泵12、第二电磁阀13，第二水泵12、第二电磁阀13分别由控制线与自动控制装置01的第二液位控制器20的控制输出接脚相联；物料容器25置于第二容器22内。
所述的第一容器21内设有第一液位传感器06，第一液位传感器06由数据线与自动控制装置01的第一液位控制器18的信号输入接脚相联。
所述的第二容器22内设有第二液位传感器09，第二液位传感器09由数据线与自动控制装置01的第二液位控制器20的信号输入接脚相联。
所述的冷冻恒温器03的第二容器22是不透水的防冻容器。
本发明采用加热恒温器02的第一容器21与冷冻恒温器03的第二容器22由水管连通，使用时将待冷冻的物料放入物料容器25中，然后封闭物料容器25，物料容器25置于第二容器22内；由制冷机07(采用制冷压缩机在空气中制冷)对第二容器22内的空气介质进行制冷，因物料容器25位于第二容器22内，从而冷空气介质对物料容器25内的物料冷冻，冷冻温度可在-80℃与室温之间任意设定，即物料在空气介质中冷冻；当需要对物料容器25内的物料解冻时，关闭制冷机07，启动第一容器21内加热管04对水介质进行加热，水介质温度可在80℃与室温之间任意设定，加热后的水介质由第一水管23进入第二容器22内，注入一定高度并保持一段时间后由第二水管24抽出对第二容器22内水介质进行循环，此时，第二容器22内注有加热后的水介质，加热后的水介质对物料容器25内的物料解冻，即物料在循环的水介质中解冻；当物料容器25内的物料需再次冷冻时，关闭加热管04，由第二水管24抽出第二容器22内的所有水介质，启动制冷机07，物料又在空气介质中冷冻，从而完成冷冻-解冻的快速循环。冷冻和解冻的周期(时间和次数)可以分别设定，并自动交替。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.它利用制冷压缩机在空气中制冷，避免了对高热焓介质(水介质、油介质或防冻液)的制冷，其冷冻效率明显高于在水介质、油介质或防冻液介质中的效率。2.由于水介质的热焓高于空气介质，用水介质解冻的效率高于空气介质，它采用在循环水介质中解冻的效率大大高于浸泡于水介质、油介质、或防冻液介质条件下解冻的效率。3.它采用的冷冻、解冻的介质空气和循环水不会污染环境，具有安全和环保的特点。4.本发明的这种反复冷冻-解冻的循环器，可以广泛应用于地质、工程、医药卫生、食品加工等方面的科研和工业生产中。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是图1中自动控制装置01的结构框图；
图中：01-自动控制装置，02-加热恒温器，03-冷冻恒温器，04-加热管，05-第一热电偶，06-第一液位传感器，07-制冷机，08-第二热电偶，09-第二液位传感器，10-第一电磁阀，11-第一水泵，12-第二水泵，13-第二电磁阀，14-熔断器，15-第一定时控制器，16-冷冻恒温控制器，17-加热恒温控制器，18-第一液位控制器，19-第二定时控制器，20-第二液位控制器，21-第一容器，22-第二容器，23-第一水管，24-第二水管，25-物料容器(或称样品容器)。
具体实施方式
如图1、图2所示，快速冷冻-解冻的循环器，它包括自动控制装置01、加热恒温器02、冷冻恒温器03、第一电磁阀10、第一水泵11、第二水泵12、第二电磁阀13、第一水管23、第二水管24、物料容器25；加热恒温器02包括第一容器21、加热管04、第一热电偶05、第一液位传感器06、水介质，第一容器21内盛有水介质，加热管04、第一热电偶05分别位于水介质中，第一容器21内设有第一液位传感器06，加热管04由控制线与自动控制装置01的加热恒温控制器17的控制输出接脚B相联，第一热电偶05由数据线与自动控制装置01的加热恒温控制器17的信号输入接脚C相联，第一液位传感器06由数据线与自动控制装置01的第一液位控制器18的信号输入接脚D相联；冷冻恒温器03包括第二容器22、制冷机07、第二热电偶08、第二液位传感器09，制冷机07、第二热电偶08、第二液位传感器09分别位于第二容器22内，制冷机07采用制冷压缩机在空气中制冷，制冷机07由控制线与自动控制装置01的冷冻恒温控制器16的控制输出接脚E相联，第二热电偶08由数据线与自动控制装置01的冷冻恒温控制器16的信号输入接脚F相联，第二液位传感器09由数据线与自动控制装置01的第二液位控制器20的信号输入接脚G相联；第一水管23的一端与第一容器21的底部相连通，第一水管23的另一端与第二容器22的上部相连通，第一水管23上设有第一电磁阀10、第一水泵11，第一电磁阀10、第一水泵11分别由控制线与自动控制装置01的第一液位控制器18的控制输出接脚A相联，第二水管24的一端与第一容器21的上部相连通，第二水管24的另一端与第二容器22的底部相连通，第二水管24上设有第二水泵12、第二电磁阀13，第二水泵12、第二电磁阀13分别由控制线与自动控制装置01的第二液位控制器20的控制输出接脚H相联；物料容器25置于第二容器22内。
如图2所示，自动控制装置01可采用公知技术，自动控制装置01包括熔断器14、第一定时控制器15、冷冻恒温控制器16、加热恒温控制器17、第一液位控制器18、第二定时控制器19、第二液位控制器20，自动控制装置01的各部件之间全部为导线连接：接脚S的输入由熔断器14与电源相联(220伏的交流电源或稳压不间断交流电源相连)，接脚S的输出同时与第一定时控制器15和加热恒温控制器17联接；加热恒温控制器17同时与接脚B和接脚C相连；第一定时控制器15同时与冷冻恒温控制器16和第二定时控制器19相连；冷冻恒温控制器16同时与接脚E和接脚F相连；第二定时控制器19同时与第一液位控制器18和第二液位控制器20相连；第一液位控制器18同时与接脚A和接脚D相连；第二液位控制器20同时与接脚G和接脚H相连。
第一热电偶05、第二热电偶08都采用铂(Pt100)或铜(Cu100)热电偶，并配合数字显示(控制)仪表来实现温度显示和控制；第一液位传感器06、第二液位传感器09都是电极式液位传感器；第一定时控制器15、第二定时控制器19可进行1分-168小时(7天)的开关控制。
本发明运行方式是：通过冷冻恒温控制器16和第二液位控制器20分别控制冷冻恒温器03中冷冻的温度和水介质浸没的高度，通过加热恒温控制器17和算一液位控制器18分别控制加热恒温控制器02中水介质加热的温度和水介质转移的体积，利用第一定时控制器15控制冷冻周期和加热周期，利用第二定时控制器19控制解冻周期内水介质向冷冻恒温器03灌注水的周期和自冷冻恒温器03抽排水的周期。因此基本作业流程是，首先设置冷冻恒温器03的冷冻温度下限、设置加热恒温器02的温度上限，然后设置第一液位控制器18和第二液位控制器20所控制液位的高度，最后设置冷冻周期、加热周期、向冷冻恒温器03灌注水介质的周期以及自冷冻恒温控制器03排抽水介质的周期。合闭电源即开始全自动快速冷冻-解冻循环器的工作，在工作期间保持外接电源的不断电工作，最好配备220伏稳压器，自动控制装置01线路中安装熔断器14。
本发明的快速冷冻-解冻的方法，可以分为两个流程：第一个流程是冷冻过程，该流程是在空气介质中进行，通过制冷压缩机在空气中制冷，利用冷冻恒温控制器16控制制冷的温度，通过第一定时控制器15控制冷冻周期的长短；第二个进流程是解冻过程，该流程在循环水介质中进行，对水介质进行加热，通过加热恒温控制器17控制水介质的温度，通过水泵进行水介质循环，循环水进入第二容器22内进行解冻，通过第二定时控制器19控制循环水解冻周期的长短。
冷冻恒温器03的第二容器22以及物料容器25都是不透水的防冻容器，容器的抗冻材料是聚乙稀、聚丙稀或不锈钢等材料。如果物料容器25内的物料(或称样品)需要防水，则容器应采用防水密封措施。
制冷压缩机排出的热量可以预热循环水和用于水介质导管的防冻，比如采用空气对流的方式，将热量传递给水介质导管，使导管始终保持在0℃以上。
下列实例将进一步说明本发明的实际应用情况：
实例一：岩石样品进行碎裂实验，重现自然界物理风化的地质学过程。
样品量假定为2千克。
根据地球表面的气候条件，模拟寒带时设定最低温度为-30℃，最高温度为40℃；模拟温带时设定最低温度为-10℃，最高温度为50℃。冷冻周期为10小时，加热周期为2小时。水介质向冷冻恒温器灌注周期为8分钟，自冷冻恒温控制器排抽周期为2分钟。一天完成两次冷冻-解冻循环。
实例二：提高甘薯淀粉中抗消化淀粉含量的技术。
称取一定量的实验淀粉，分散于水中，配制成一定浓度的淀粉乳500毫升，调节pH为中性，在100℃的水浴中以130转/分钟的速度搅拌30分钟，糊化完全后取出，在常压下冷却至室温，然后放人4℃的冰箱中老化一定时间，再在本发明的全自动冷冻-解冻器中进行反复冷冻-解冻处理，经老化处理的淀粉胶真空干燥，粉碎，即为抗消化淀粉。
冷冻-解冻循环的设定：最低温度为-20℃，最高温度为60℃；冷冻周期为5小时，加热周期为1小时；水介质向冷冻恒温器灌注周期为8分钟，自冷冻恒温控制器排抽周期为2分钟。一天完成4次冷冻-解冻循环。
实例三：冷冻-解冻循环对动物蛋白质变性的影响。
将动物(如鱼类)500克置于冷冻-解冻循环器中，设定最低温度为-20℃，最高温度为10℃；冷冻周期为18小时，解冻周期为6小时；水介质向冷冻恒温器灌注周期为10分钟，自冷冻恒温控制器排抽周期为4分钟。一天完成1次冷冻-解冻循环。
随冷冻-解冻循环次数增加，动物蛋白质发生了变性，因此在加工中应避免反复冷冻-解冻，以保证动物食品的质量。
本发明的其它应用领域还有：(1)在地质年代学研究中，通过冷冻和解冻周期循环进行碎样，提高了粘土矿物的纯度。(2)在化工领域，利用冷冻-解冻的方法制备了PVA/膨润土杂化水凝胶；在临界条件下，缓慢改变体系冷冻-解冻循环次数，则会得到这些纺锤结构的花状聚集体。(3)在食品生产、加工领域，在条斑紫菜R-藻红蛋白提纯过程中采取冻融的方法。(4)在医药卫生和生物研究方面，采用循环冷冻-解冻法制备固定化细胞膜；采用冻融法提取培养细胞的酶液等。
Claims (4)
1.快速冷冻-解冻的循环器，其特征在于它包括自动控制装置(01)、加热恒温器(02)、冷冻恒温器(03)、第一电磁阀(10)、第一水泵(11)、第二水泵(12)、第二电磁阀(13)、第一水管(23)、第二水管(24)、物料容器(25)；加热恒温器(02)包括第一容器(21)、加热管(04)、第一热电偶(05)、水介质，第一容器(21)内盛有水介质，加热管(04)、第一热电偶(05)分别位于水介质中，加热管(04)由控制线与自动控制装置(01)的加热恒温控制器(17)的控制输出接脚相联，第一热电偶(05)由数据线与自动控制装置(01)的加热恒温控制器(17)的信号输入接脚相联；冷冻恒温器(03)包括第二容器(22)、制冷机(07)、第二热电偶(08)，制冷机(07)、第二热电偶(08)分别位于第二容器(22)内，制冷机(07)由控制线与自动控制装置(01)的冷冻恒温控制器(16)的控制输出接脚相联，第二热电偶(08)由数据线与自动控制装置(01)的冷冻恒温控制器(16)的信号输入接脚相联；第一水管(23)的一端与第一容器(21)的底部相连通，第一水管(23)的另一端与第二容器(22)的上部相连通，第一水管(23)上设有第一电磁阀(10)、第一水泵(11)，第一电磁阀(10)、第一水泵(11)分别由控制线与自动控制装置(01)的第一液位控制器(18)的控制输出接脚相联，第二水管(24)的一端与第一容器(21)的上部相连通，第二水管(24)的另一端与第二容器(22)的底部相连通，第二水管(24)上设有第二水泵(12)、第二电磁阀(13)，第二水泵(12)、第二电磁阀(13)分别由控制线与自动控制装置(01)的第二液位控制器(20)的控制输出接脚相联；自动控制装置(01)的第二定时控制器(19)同时与第一液位控制器(18)和第二液位控制器(20)相连；物料容器(25)置于第二容器(22)内。
2.根据权利要求1所述的快速冷冻-解冻的循环器，其特征在于：所述的第一容器(21)内设有第一液位传感器(06)，第一液位传感器(06)由数据线与自动控制装置(01)的第一液位控制器(18)的信号输入接脚相联。
3.根据权利要求1所述的快速冷冻-解冻的循环器，其特征在于：所述的第二容器(22)内设有第二液位传感器(09)，第二液位传感器(09)由数据线与自动控制装置(01)的第二液位控制器(20)的信号输入接脚相联。
4.根据权利要求1所述的快速冷冻-解冻的循环器，其特征在于：所述的冷冻恒温器(03)的第二容器(22)是不透水的防冻容器。
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