CN110131942B - 一种超冰温冰箱的温度调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超冰温冰箱的温度调节装置，包括相变材料腔和浓度调节装置，相变材料腔内设有相变点随溶质浓度变化而变化的相变材料，浓度调节装置包括溶液罐、纯水罐、水泵和高压风机，水泵设置于相变材料腔与溶液罐之间，高压风机设置于溶液罐与纯水罐之间，纯水罐与相变材料腔相连；相变材料腔、水泵、溶液罐、高压风机、纯水罐依次连接形成蒸发冷凝循环；相变材料腔、水泵、溶液罐依次连接形成溶液旁通循环。本发明同时还公开了一种超冰温冰箱的温度调节方法。本发明通过蒸发冷凝循环和溶液罐旁通循环，可实现对相变材料相变点的主动式调节，进而实现对超冰温区的高精度恒温控制。

Description

一种超冰温冰箱的温度调节装置及方法

技术领域

本发明涉及超冰温贮藏技术，具体涉及一种超冰温冰箱的温度调节装置及方法。

背景技术

超冰温贮藏技术是近几年出现的一种保存时间较长、能维持生鲜产品高品质的冰温技术，是通过调节冷却速度等特殊技法将生鲜产品温度维持在低于冰点的过冷状态而不结冰，保持了生鲜产品特有的风味，相比冰温保存，其贮藏期可延长1倍以上。

在超冰温贮藏过程中要求贮藏温度在生鲜产品的冰点和破坏点之间，该温度区域称为超冰温领域，一般生鲜食品的超冰温领域较窄，需要极高的温度控制精度。传统冰箱采用风冷冷却食品，温控范围宽，温控精度差，温度波动大，不易实现生鲜食品的超冰温保存。利用如冰浆等相变材料吸热过程中发生相变而不改变自身温度的特点，可以比较容易的维持生鲜食品周边温度的恒定。然而不同种类的生鲜产品的超冰温领域差别较大，单一的相变材料相变点无法满足多种生鲜产品在冰箱中的贮藏，因此，需要可以主动调节相变材料相变点的装置来实现多个不同温度点贮藏。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种超冰温冰箱的温度调节装置及方法，通过有效的相变点调节方式，满足多种生鲜产品在超冰温区的贮藏。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种超冰温冰箱的温度调节装置，包括相变材料腔和浓度调节装置，相变材料腔内设有相变点随溶质浓度变化而变化的相变材料，浓度调节装置包括溶液罐、纯水罐、水泵和高压风机，溶液罐用于储存浓度较高的相变材料，纯水罐用于储存蒸发冷凝的纯净水，水泵设置于相变材料腔与溶液罐之间，高压风机设置于溶液罐与纯水罐之间，纯水罐与相变材料腔相连；

相变材料腔、水泵、溶液罐、高压风机、纯水罐依次连接形成蒸发冷凝循环，高压风机为溶液罐创造一个负压环境，相变材料被水泵泵入溶液罐后在负压下水分低温蒸发，经高压风机进入纯水罐，在纯水罐内冷凝后送入相变材料腔；

相变材料腔、水泵、溶液罐依次连接形成溶液旁通循环，水泵将相变材料腔内的溶液输送进溶液罐后，通过旁通管直接循环回相变材料腔内。

作为本发明的一种改进，所述的浓度调节装置还包括固体颗粒物浓度检测装置，相变材料腔、水泵、固体颗粒物浓度检测装置依次连接形成周期性检测循环，水泵将相变材料腔内的溶液通过固体颗粒物浓度检测装置后直接流回相变材料腔内。

作为本发明的一种改进，所述的浓度调节装置还包括设置在相变材料腔内的液位传感器。

作为本发明的一种改进，所述的相变材料腔设置有可自动开启的通气孔，所述的纯水罐液位高度不低于相变材料腔液位，纯水罐与相变材料腔连接的管路上设置有流量计。

作为本发明的一种改进，所述的纯水罐与相变材料腔连接的管路上也设置有水泵。

作为本发明的一种改进，所述的溶液罐外表面设置有加热装置，所述的纯水罐外表面设置有冷却装置。

作为本发明的一种改进，所述高压风机吸入口处设置有止回阀。

作为本发明的一种改进，所述的纯水罐内初始设置有一定液位的纯净水，设置于高压风机后的管道被纯净水浸没。

作为本发明的一种改进，所述的溶液罐内设有压力传感器和温度传感器，所述的溶液罐和纯水罐的底部设有称重传感器。

一种超冰温冰箱的温度调节方法，采用上述的温度调节装置，其特征在于：包括如下步骤：

(1)用户设定超冰温区储存温度；

(2)判断用户设定温度和现有相变材料相变点的差值；

(3)若差值＝0，开启周期性检测循环，判断固体颗粒物浓度是否满足要求，若满足要求则放入生鲜产品，若不满足要求则开启相变材料腔外的制冷系统；

(4)若差值＞0，需提高相变材料相变点，降低相变材料的溶质浓度，根据相变材料相变点和浓度的关系确定浓度差值和水泵开启时间，开启蒸发冷凝循环，回到步骤(2)进行循环；

(5)若差值＜0，需降低相变材料相变点，提高相变材料的溶质浓度，先开启溶液罐旁通循环，充分混合后溶质浓度上升，回到步骤(2)进行循环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、利用相变材料实现生鲜食品的超冰温稳定贮藏，温度控制精度高。

2、采用蒸发冷凝法改变相变材料的溶质浓度，可以实现对相变材料相变点的主动式调节。

附图说明

图1为本发明的一种超冰温冰箱的温度调节装置的俯视图；

图2为本发明的一种超冰温冰箱的温度调节装置的右视图；

图3是本发明的一种超冰温冰箱的温度调节方法的流程图；

图4是为本发明另一实施例的一种超冰温冰箱的温度调节装置的俯视图；

附图标记说明：1-相变材料腔；2-浓度调节装置；3-通气孔；4-纯水罐；5-高压风机；6-溶液罐；7-水泵；8-冷却装置；9-加热装置；10-称重传感器；11-固体颗粒物浓度检测装置；12-液位传感器；V1～V5-阀门；V6-止回阀，m-流量计；p-压力传感器；t-温度传感器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种超冰温冰箱的温度调节装置，包括相变材料腔1和浓度调节装置2。相变材料腔1内设置有相变点随溶质浓度变化而变化的相变材料，如盐溶液、乙二醇溶液等，相变材料腔1通过冰箱的制冷系统进行制冷或制热。在相变材料腔1顶面设置有可自动开启的通气孔3，在进行下述的蒸发冷凝循环之前开启，待该循环结束后关闭。

浓度调节装置2包括纯水罐4、高压风机5、溶液罐6、水泵7、冷却装置8、加热装置9、称重传感器10、固体颗粒物浓度检测装置11、以及配套的管道和阀门。溶液罐6用于储存浓度较高的相变材料(从相变材料腔1出来的溶液在其内经负压低温蒸发水分后形成)，纯水罐4用于储存纯净水(包括可从外部补充的纯净水和从溶液罐6蒸发的水蒸气在纯水罐4中冷凝后形成的纯净水)。相变材料腔1的出口与水泵7的入口相连，流量泵7的出口分为两路，一路经阀门V5与溶液罐6的进液口相连，一路经阀门V4与固体颗粒物浓度检测装置11的一端相连，溶液罐6的出液口通过阀门V3连接在阀门V4与固体颗粒物浓度检测装置11之间的管道上，溶液罐6的出气口依次经阀门V2、止回阀V6、高压风机5与纯水罐7的进气口相连，纯水罐4的出液口经阀门V1、流量计m与相变材料腔1的入口相连，固体颗粒物浓度检测装置11的另一端连接在阀门V1与流量计m之间的管道上。

溶液罐6内设有压力传感器p和温度传感器t用于控制溶液罐6内的蒸发速率；流量计m用于控制进入相变材料腔1内的纯净水流量；称重传感器10设置在纯水罐4和溶液罐6的底部，用于监测纯水罐4和溶液罐6内的溶液重量；固体颗粒物浓度检测装置11用于检测相变材料的固体颗粒物浓度(即冰浆的浓度)，以控制制冷系统的启停；冷却装置8设置在纯水罐4外表面，用于加速水蒸气的冷凝；加热装置9设置在溶液罐6外表面，用于加速相变材料水分的蒸发。

相变材料腔1出口、水泵7、阀门V5、溶液罐6、阀门V4、高压风机5、纯水罐6、阀门V1、流量计m、相变材料腔1入口依次相连，构成降低相变材料溶质浓度的蒸发冷凝循环。相变材料腔1出口、水泵7、溶液罐6、阀门V3、固体颗粒物浓度检测装置11(可以通过设置并联管道避开)、流量计m、相变材料腔1入口依次相连，构成提高相变材料溶质浓度的溶液罐旁通循环，该循环可将相变材料的溶质浓度回到初始的最高值。相变材料腔1出口、水泵7、阀门V4、固体颗粒物浓度检测装置11、流量计m、相变材料腔1入口依次相连，构成检测相变材料固体颗粒物浓度的周期性检测循环。

蒸发冷凝循环的运行过程如下：首先，开启水泵7和阀门V5，将一定体积的相变材料溶液送入溶液罐6内。然后，关闭水泵7和阀门V5，开启阀门V2和高压风机5，利用高压风机5为溶液罐6创造一个负压环境，相变材料在负压下水分低温蒸发，此时，可选择性开启加热装置9加速水分蒸发，产生的水蒸气经高压风机5进入纯水罐4，设置在高压风机5入口的止回阀V6可防止水蒸气回流，纯水罐4内设置有一定液位的纯净水，设置于高压风机5出口的管道伸入纯水罐4内被纯净水浸没，水蒸气被低温的纯净水冷凝，此时，可选择性开启冷却装置8加速水蒸气冷凝。最后，待水蒸气在纯水罐4内冷凝完全后，关闭阀门V2和高压风机5，开启阀门V1，本实施例中，纯水罐4液位高于相变材料腔1液位，可通过液位差将纯净水送入相变材料腔1内，降低相变材料溶质浓度从而提高相变点，待相变材料溶质浓度达到要求后，关闭阀门V1，完成整个循环。在其他可行的实施例中，可以在纯水罐4与相变材料腔1连接的管路上设置水泵，此时，不对纯水罐4的液位高度做要求。

溶液旁通循环的运行过程如下：开启水泵7、阀门V3和V5，利用水泵7将相变材料腔1内溶液输送进溶液罐6后，直接循环回相变材料腔1内。循环多次后相变材料腔1内的溶质浓度回到最高值。

周期性检测循环的运行过程如下：开启水泵7和阀门V4，利用水泵7将相变材料腔1内的溶液通过固体颗粒物浓度检测装置11后直接流回相变材料腔1内，以监测冰浆浓度，根据冰浆浓度的变化控制相变材料腔配套的制冷系统的启停。周期性检测循环在设定的时间间隔内周期性运行，该时间间隔需要根据相变材料腔容量进行设置。

如图3所示，本发明还提供一种超冰温冰箱的温度调节方法，通过上述的温度调节装置实现，包括以下步骤：

(1)用户设定超冰温区储存温度T；

(2)判断用户设定温度T和现有相变材料相变点T1的差值；

(3)差值＝0，开启周期性检测循环，判断固体颗粒物浓度是否满足要求，若满足要求则放入生鲜产品，若不满足要求则开启相变材料腔外的制冷系统；

(4)差值＞0，需提高相变材料相变点，降低相变材料的溶质浓度，根据相变点和浓度的关系确定浓度差值和水泵开启时间，开启蒸发冷凝循环，回到步骤(2)进行循环；

(5)差值＜0，需降低相变材料相变点，提高相变材料的溶质浓度，先开启溶液罐旁通循环，充分混合后溶液浓度上升，回到步骤(2)进行循环；

实施例2

一种超冰温冰箱，与实施例1不同的是，本实施例去掉了固体颗粒物浓度检测装置11，在相变材料腔1内设置液位传感器12，用于检测固液混合物的高度，由于液体相变后体积会发生变化，通过整个固液混合物的总体高度变化计算出固液混合物的固体颗粒物含量。当混合物高度达到上限位时，说明固体颗粒物含量够了，关闭制冷，当混合物高度低于下限位时，开启制冷。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于：包括相变材料腔和浓度调节装置，相变材料腔内设有相变点随溶质浓度变化而变化的相变材料，浓度调节装置包括溶液罐、纯水罐、水泵和高压风机，溶液罐用于储存浓度较高的相变材料，纯水罐用于储存蒸发冷凝的纯净水，水泵设置于相变材料腔与溶液罐之间，高压风机设置于溶液罐与纯水罐之间，纯水罐与相变材料腔相连；

相变材料腔、水泵、溶液罐、高压风机、纯水罐依次连接形成蒸发冷凝循环，高压风机为溶液罐创造一个负压环境，相变材料被水泵泵入溶液罐后在负压下水分低温蒸发，经高压风机进入纯水罐，在纯水罐内冷凝后送入相变材料腔；

相变材料腔、水泵、溶液罐依次连接形成溶液旁通循环，水泵将相变材料腔内的溶液输送进溶液罐后，通过旁通管直接循环回相变材料腔内。

2.根据权利要求1所述的一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于：所述的浓度调节装置还包括固体颗粒物浓度检测装置，相变材料腔、水泵、固体颗粒物浓度检测装置依次连接形成周期性检测循环，水泵将相变材料腔内的溶液通过固体颗粒物浓度检测装置后直接流回相变材料腔内。

3.根据权利要求1所述的一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于：所述的浓度调节装置还包括设置在相变材料腔内的液位传感器。

4.根据权利要求2所述的一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于：所述的相变材料腔设置有可自动开启的通气孔，所述的纯水罐液位高度不低于相变材料腔液位，纯水罐与相变材料腔连接的管路上设置有流量计。

5.根据权利要求2所述的一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于：所述的纯水罐与相变材料腔连接的管路上也设置有水泵。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于，所述的溶液罐外表面设置有加热装置，所述的纯水罐外表面设置有冷却装置。

7.根据权利要求4所述的一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于：所述高压风机吸入口处设置有止回阀。

8.根据权利要求5所述的一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于，所述的纯水罐内初始设置有一定液位的纯净水，设置于高压风机后的管道被纯净水浸没。

9.根据权利要求1所述的一种超冰温冰箱的温度调节装置，其特征在于：所述的溶液罐内设有压力传感器和温度传感器，所述的溶液罐和纯水罐的底部设有称重传感器。

10.一种超冰温冰箱的温度调节方法，采用权利要求2所述的温度调节装置，其特征在于：包括如下步骤：

(1)用户设定超冰温区储存温度；

(2)判断用户设定温度和现有相变材料相变点的差值；

(3)若差值＝0，开启周期性检测循环，判断固体颗粒物浓度是否满足要求，若满足要求则放入生鲜产品，若不满足要求则开启相变材料腔外的制冷系统；

(4)若差值＞0，需提高相变材料相变点，降低相变材料的溶质浓度，根据相变材料相变点和浓度的关系确定浓度差值和水泵开启时间，开启蒸发冷凝循环，回到步骤(2)进行循环；

(5)若差值＜0，需降低相变材料相变点，提高相变材料的溶质浓度，先开启溶液罐旁通循环，充分混合后溶质浓度上升，回到步骤(2)进行循环。

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