CN1111342A - 一种吸热并在预定温度下保藏新鲜产品的方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于吸热和将新鲜产品保藏 在最佳状况的方法和设备。产品被放进冷藏室内，冷 藏室壁面至少70％，最好是多于80％由盒状中空板 构成，中空板中注有一种热容流体，其冻结温度与冷 藏温度相比，温度差ΔT为-1℃到-4℃之间，中空板 内部空间中装有循环回路，回路中含有一种盐水溶 液，其注入温度与冷藏温度相比，温度差为-5℃和 -30℃之间。盐水溶液回路被安装在中空板的内部 空间中，以便使热交换分布在盐水溶液和热容流体之 间，这样，壁上最高温度与最低温度点的温度差保持 在5℃以下，最好是不高于2℃，最理想情况是不高于 1℃。

Description

本发明涉及一种用于冷却和/或保藏易腐败产品使其处于最佳状况的方法和设备，特别涉及新鲜食品或其它不同于食品的材料。

已知的低温保藏方法是把待保藏的产品放在冷藏箱中，例如，内部装配有保持内部低温的冷冻回路蒸发板的用于货物运输的货厢。由于存在着不连续的热交换表面，这些货厢中各处的温度是不一致的，与蒸发器的距离不同，各个区域的温度或高或低，在货厢内使用空气循环系统同样也存在这种情况。此外，还应考虑到局部的温度变化，由于其本身的性质，上述冷冻系统在控制货厢内部温度时都有不可排除的滞后现象，因此，上述温度会在相当宽的范围内波动。温度的稳定性也由于冷却系统应该提供但实际上并不存在的热存储而减弱了。实际上，冷却系统在运行中的短暂中断导致货厢内温度的迅速上升。此外，这些系统的典型的开/关型运行方式也导致连续的温度波动。另一个由于热交换表面不连续而引起的不希望有的影响是，热交换器的温度显著地低于货厢室内部的温度，因此，待保藏产品所失去的水分会凝结在热交换器上。由于上述原因，上述类型的货厢很适合于冷冻货物的运输，因为对于保藏这些货物来说，重要的只是预定的最高温度不能超过，保藏温度在其最大值下的波动恰恰是允许的，而且，货厢内相对温度的减小也是无关紧要的。

相反，为了确保新鲜产品，如水果、蔬菜、鲜花、海产品、肉等等的最佳保藏状况，必须使其保持在尽可能接近最大冷冻点的温度，其误差不大于1℃。为了达到这样的结果，有必要提供一个非常精确的温度控制，有效地排除外形如正弦波的波动，或者在任何情况下，衰减值好于1∶60，任何超过这一最小值的温度变化都会使保藏情况恶化。特别是，常规系统所具有的温度波动的特性，意味着热循环促成了产品的加速老化。此外，上述产品的任何水分丧失都是非常有害的，因为这将导致产品的快速枯萎，并且，常规货厢的强迫通风系统（用来试图使货厢内不同点的温度差足够小）导致重量减小和枯萎，使得产品快速变坏。由于低相对温度（通常低于70%）和高通风速率（通常高于每秒5米）导致的水分丧失的综合影响，加速了这一过程。

在申请日为1989年5月23日的意大利专利1229358号中，公开了一种冷冻运输设备，该设备包括一个可以冷却运输设备货仓内的含水溶剂的冷冻循环回路和一个热存储器。在溶剂被完全冷冻、初级冷冻循环处于非活性状态之后，次级交换装置引起盐水溶液循环，使得安装在货厢内的热存储器和热交换部件产生热交换。使用了上述系统，既实现了在一较长时间间隔能源消耗减小的可能性，又达到了热交换表面温度稳定性的增加，因为，为了盐水溶液循环装置的运转只需少量的能源。然而，由于冷冻系统在任何情况下都是以盐水溶液在其中循环的热交换部件为基础的，而这些热交换部件是不连续的，因此，对于新鲜产品的最佳保藏来说，其本身的温度稳定性不能给出令人满意的结果。

美国专利US-A-3280568号描述了一个移动式冷藏库，该冷藏库的壁上装有相互距离相等的热交换部件，热交换部件由一个方形盒状的壳体构成，壳体内部空腔内注有热容流体，一个盐水溶液在其中循环的热交换器浸在热容流体之中。盐水溶液循环，使得整个移动式冷藏库内的热交换通过冷冻的热容流体和存在于盐水溶液回路和壁之间的热桥，起到了综合的作用。这样，提供了热存储器，使其充分确保与移动式冷藏库腔体相接触的热交换表面的温度的良好稳定性。然而，美国专利3280568号没有注意实现热交换表面和空气之间特别低的温度差△T，此外，也没有注意腔体内尽可能统一的温度。事实上，热交换表面仍然是不连续的，也没有作用到移动式冷藏库的全部内表面。此外，不同的热交换部件安装了一系列盐水溶液回路，在溶液入口和溶液出口之间存在着高温度差。结果，这只是其中之一，不可能实现具有较大尺寸和宽热交换表面的冷藏库实施例，因为在溶液循环时会发生过分的压力下降。

上文所述事项，加上盐水溶液和移动式冷藏库的内部之间存在着许多热桥，这些热桥没有和腔体内的热容流体相隔离，产生了不可接受的局部低温区域。此外，浸在有待冷冻的热容流体中的热水溶液回路通常安装有与管道轴线成径向的平板上的肋片，这将妨碍热容流体从盐水溶液回路到壁的均匀冷冻，也不允许热容流体和移动式冷藏腔体之间的合适的热传递。这样，就会存在一些区域，在这些区域，会形成盐水溶液回路和热交换壁之间的冰桥，而其它区域仍然处于液体状态。结果，冷藏库内壁区域具有不同温度，而导致腔体温度的不均匀和凝结物的形成，这将引起内部环境温度的丧失。

事实上，在美国专利中描述的移动式冷藏库（无论如何都不适用于经受热蒸发）只有在供应有限的热储备时才有用，并且不能控制热交换壁的温度。因此，只有当它处于稳定状态，也就是说，只有当腔体内的液体完全冷冻、冷藏库内的货物温度处于预想的数值时，易腐败的货物才能很好地保藏。相反，对于货物冷藏是完全不适用的，也就是说，例如，使货物从外部温度开始，进入到保藏温度，并且使冷藏库内的所有部位保持恒定的温度。也不能使部分溶化的液体均匀地回到固体状态，以便保持移动式冷藏库热交换表面恒定一致的温度。

因此，这种系统就小型自主性较低的移动式冷藏库来说是有用的，例如，那些设计成基本上用于当地运输和产品分销的短距离运行的冷藏库，因为在内部装有产品情况下，从外部再冷冻或安装一体化再冷冻系统是不可能的。

应该指出的是，植物产品具有高产热量（例如，每吨一百瓦特范围），因此，已知的移动式冷藏库，不能在使用中再冷冻，热容量受到限制，不大的热交换表面只能在很短的时间间隔中才能保持内部温度恒定。

本发明的总目的是通过提供一种冷藏新鲜产品的方法和设备来排除上述缺点，可以通过壁上温度以及相应的内部空气温度的控制使产品保藏在最佳的环境状况下。

考虑到上述目的，设计了一种用于吸热和保持产品处于预先设定的温度的最佳保藏状况的方法，按照这一方法，产品被放进一个冷藏室内，冷藏室壁面至少70%，最好是多于80%由盒状中空板构成，中空板中注有一种热容流体，其冻结温度与预先设定的温度相比，温度差△T在-1℃和-4℃之间，上述中空板的内部空间中装有盐水溶液回路，回路中含有致冷剂或盐水溶液，其注入温度与冷藏温度相比，温度差△T为-5℃到-30℃之间，上述回路被安装在中空板的内部空间中，以便在内部空间中实现盐水溶液和热容流体之间的热交换，这样，壁上最高温度点与最低温度点的温度差△T保持在5℃以下，最好是不高于2℃，更理想的情况是不高于1℃。

根据上述方法，设计了一种用于吸热和保持产品处于预先设定的温度的最佳保藏状况的设备，该设备包括一个冷藏室，产品被放进冷藏室内，冷藏室壁面至少70%，最好是多于80%由盒状中空板构成，中空板中注有一种热容流体，其冻结温度与预先设定的温度相比，温度差△T在-1℃和-4℃之间，上述中空板的内部空间中装有盐水溶液回路，回路中含有致冷剂，其注入温度与冷藏温度相比，温度差△T为-5℃到-30℃之间，上述回路被安装在中空板的内部空间中，以便在内部空间中实现盐水溶液和热容流体之间的热交换，这样，壁上最高温度点和最低温度点的温度差△T保持在5℃以下，最好是不高于2℃，更理想的情况是不高于1℃。

为了更好地解释本发明的革新原理和所提供的超越已知技术的优越性，下面通过无限制的例子和附图的帮助，给出一个将革新原理运用于实际的本发明的可能的实施例，其中，

图1是根据本发明的一个货厢即保藏设备的局部剖面透视示意图;

图2是图1所示设备的水平剖面示意图;

图3是沿图2中Ⅲ-Ⅲ线的横剖面示意图;

图4是图1所示的设备的一部分，热交换部件的剖面示意图;

图5是图1所示的设备的壁的不连续的示意图和局部剖面图，包括图4中的热交换部件;

图6是图4所示的热交换部件连接液体回路的侧视图。

参照这些附图，根据本发明的一种设备如图1所示，总体上由参数10所标明，由具有向外绝热壁（用已知的绝热材料31）的货厢11和围绕成一个保藏区的入口门12、冷藏室27组成。举例来说，该设备可以被制作成一个标准尺寸的集装箱（例如，10、20、30、40英尺长），可以用传统的运输方式运输。

如图2和图3清楚地显示，起到与货厢冷藏室热交换作用的平板14固定在货厢壁上，平板基本上占据了货厢的整个内表面范围，术语“基本上占据了整个范围”意味着至少内表面的70%到80%，最好是至少80%的壁面被上述平板所占据。

根据其要点是带走热量（或实现冷却运转），已经发现，通过保持冷藏室内壁最高温度点与最低温度点的温度差△T在5℃以下，可以达到最佳结果，最好是不高于2℃，更理想的情况是不高于1℃。这样的结果用已知技术的保藏和冷却方法是无法达到的。热交换板相互连接在一起，这点在下文中将更好地阐明，构成一个来自已知设计的冷冻装置13的盐水溶液流动回路。供应到回路或管道中的盐水溶液的温度与冷藏室27打算冷却的温度比较，其温度差△T在-5℃和-30℃之间。

如图4所示，每个平板14由两个面对面的壁23、24组成，由横向隔板25相互连接，形成一个盒状结构，成为一个总体上沿壁的纵向延伸的多个内部空间或腔体22。盒状结构由具有合适的导热率的材料构成，为了达到一个良好的重量-机械性能-热性能比，举例来说，可以是铝或者复合材料。

每一内部空间22中注有一种可冻结的液体，选择其冻结温度接近冷藏室27希望维持的温度。特别是，液体的冻结温度与所希望的冷藏温度相比，其温度差在-1℃到-4℃的范围。

内部空间在注入流体时，必须留有相当于空间体积10%的空隙，空气可以从中通过，以便可以容纳液体冷冻时所产生的膨胀而使结构不受任何应力。

如图6所示，每个内部空间22的里面是回路17，在空腔的中部，与壁23、24平行延伸，作为盐水溶液循环系统的一部分。每一回路17配有与平板壁23、24平行的肋片18，固定在一个中间支撑板上，肋片的两个相对的端部可以滑动地固定在支撑板26上。

再看一下图4和图6，平板14具有内部平行的回路17，其一端用一个U型管接头30成对地连接，这样，在分隔的内部空间22之间形成一个通路，另一端通过导管19、20，从平板的侧面伸出。这样，有利的是，每块平板可以通过挤压成形构成其外部结构，即平整的整体结构。

作为一个替代方案，平板也可以由多个标准件构成，每个都包括一个U型液体通路，相互连接在一起，构成基本上连续的热交换表面，暴露在冷藏室27中。

每个构成上述成对的回路17的U型液体通路和相应的管接头30，可以在其自己的内部空间中沿着与回路17的轴平行的方向自由延伸，肋片18在支撑板26上可以滑动。按照这种方式，该结构可以吸收相应于60/80℃温度差的高热膨胀。

如图5和图6所示，壁上平板的U型液体通路具有供应管道19、20，分别与盒状管座21和29相连，这样，平板的U型液体通路可以互相平行连接。更具体地，冷藏库27的角落区域如图5和图6所示，角落壁上平板分别连接到盒状管道21、29，作为致冷剂的入口和出口。一个壁上的盒状入口管座通过较低的管接头28连接到另一壁上的出口管座。

有利的是，每一平板的盒状入口和出口管座21和29在热通路上互相连接，这样，就尽可能地减少了盐水溶液在流入平板的入口和流出平板的出口的温度差。

根据所描述的结构，盐水溶液在交换器内循环，保证在内部空间中的流体逐渐和均匀地冷冻，冷却作用唯一地通过热容流体发生在盐水溶液和冷藏室内壁之间，没有热的“短路”。

如图1概略地所示，冷藏室天花板有利地形成肋片32，以实现更好的热交换和利用天花板的热容量。

根据所述的革新的结构，可以在所有冷藏室壁之间基本上实现热的连续性，此外，来自装置13的盐水溶液入口温度和出口温度的影响基本上不存在。当产品在冷藏室内时，即使在再冷冻阶段（内部空间中的流体再冻结），冷藏室内壁最冷点和最热点的温度△T不超过2℃。此外，热交换表面和冷藏室内空气之间的温差△T被保持在非常低的水平，一般地，不大于2℃，这样，冷藏室内能保持高的相对温度。

壁的内部空间，含有可冷冻的热容流体，并有向外绝热的材料31，这样的壁的连续性和内外热桥的减少，构成一个热的过滤层，使得冷藏室内的温度和货厢外的温度能极好地隔绝，以便前者不受后者的影响。例如，已经通过实验发现，视在外部正弦曲线的衰减高于1∶150。在空货厢和外部温度在+20℃和+80℃范围情况下的试验表明，在24小时内的内部温度波动不大于±5℃，一小时的最大温度坡差为0.0416℃。作为对比，传统系统一小时的温度波动不小于±2.5℃，即大240倍。

由于不存在热应力或相对湿度应力，在待冷藏产品已经放入冷藏室内的情况下，也可以做到腔体内热容流体的冻结。事实上，热容流体的冻结基本上均匀地分布在整个内部空间，从管道肋片开始，延伸到热交换壁，不会产生导致壁上局部低温区的冻结桥和优先通路。

当放入冷藏室27内的产品的温度没有预先达到接近冷藏室内温度时，热量吸收和随之发生的产品冷却以完全逐步和均匀的方式进行，冷藏室内温度不会经历大的变动，因此，产品不会经受热应力或相对湿度应力。

为了使产品以较快的方式达到冷藏室内的保藏温度，可以设置一个低速通风系统15，这样可以实现极好的效果而不会产生不希望有的影响。事实上，与常规系统的风速每秒10-15米比较，通风设备15的空气速度低于每秒5米，最好是每秒1米，在使用这种通风设备时，高空气湿度可以使产品实现最佳的热交换和快速冷却，不会使产品脱水。通风装置可以采用分布型的，这样可以产生均匀的气流。在实施例中是用安装在冷藏室天花板上的正切型风扇。

由于内部空间的流体的均匀固化和熔化，即使在产品已经处于保藏状态时，也允许盐水溶液循环，以便使热存储器“再存储”或“再冷冻”。

该系统具有显著的存储能力，超过十万千卡。因此，有可能以最佳方式吸收植物型产品产生的热量。

应该指出，当内部温度处于非常接近产品良好保藏的最低可接受温度（最大冷冻点），以及相对湿度处于高值时，从新鲜水果和蔬菜中散发出来的热量急剧降低，因此，可以实现较大的自主性。即使当外部温度低于货厢内部的温度时，如果壁上内部空间的部分流体维持在液体状态，在接近的温度完成周期性液体循环（如果必要的话），本发明的设备仍然可以发挥使产品维持在预先设定的温度的功能。

很明显，上述应用本发明的革新的原理的描述只是为了说明的目的，因此，不应认为是本发明应用范围的限制。

例如，用于致冷剂循环并带走热量的装置13可以被制作成与货厢11分离的一个部件。按照这种方式，一旦壁上内部空间的热容流体被冻结，装置13就可以卸下，这一点，举例来说，可以通过一个分离式连接部件33（实施例中称为“微型插入式致冷器”）来实现，由于来自冷冻在壁中的大量连续体积的流体的大热容量和高绝热率，货厢内的温度可以保持一个长时期。

最后，为了使设备10能适应不同的冷藏室内温度的要求，设置了阀门40（技术工人可以容易地识别），用于快速更换内部空间的流体。为了这一目的，内部空间要形成一个回路，没有任何阻碍的小区域。

Claims (14)

1、一种用于吸热和在预先设定温度下使易腐败产品保持最佳保藏状态的方法，根据这一方法，易腐败的产品放入冷藏室内，冷藏室至少70%，最好大于80%的壁面由盒状中空板组成，中空板的内部空间注有一种热容流体，其冻结温度与预定的温度相比，温度差△T为-1℃和-4℃之间，上述中空板的内部空间中装有盐水溶液回路，回路中含有盐水溶液，其注入温度与保藏温度相比，温度差△T为-5℃和-30℃之间，上述回路设置在中空板的内部空间内，以便使热交换分布在内部空间的盐水溶液和热容流体之间，这样，壁上最高温度点与最低温度点的温度差保持在5℃以下，最好是不高于2℃，最理想的情况是不高于1℃。

2、根据权利要求1的一种方法，其特征在于，壁上内部空间的热容流体处于固态和液态同时存在的状态。

3、根据权利要求1的一种方法，其特征在于，当壁上内部空间的流体至少部分处于流体状态时，盐水溶液能够在其回路中周期性再循环。

4、根据权利要求1的一种方法，其特征在于，冷藏室内的空气以低于每秒5米的速度循环，最好是在每秒1米的范围。

5、一种用于吸热和在预先设定温度下使易腐败产品保持最佳保藏状态的设备，该设备包括：一个冷藏室（27），易腐败的产品放入冷藏室内，冷藏室至少70%，最好大于80%的壁面由盒状中空板（14）组成，中空板的内部空间或腔体（22）中注有一种热容流体，其冻结温度与预定的温度相比，温度差△T为-1℃和-4℃之间，上述中空板的内部空间（22）中装有盐水溶液回路（17），回路中含有盐水溶液，其注入温度与保藏温度相比，温度差△T为-5℃和-30℃之间，上述回路设置在中空板的内部空间（22）内，以便使热交换分布在内部空间的盐水溶液和热容流体之间，这样，壁上最高温度点与最低温度点的温度差保持在5℃以下，最好是不高于2℃，最理想的情况是不高于1℃。

6、根据权利要求5的一种设备，其特征在于，内部空间中的回路（17）带有与壁表面平行安装的肋片（18）。

7、根据权利要求5的一种设备，其特征在于，每个壁上的回路（17）互相平行，其一端成对地互相连接，其另一端，成对回路中的一个回路与盐水溶液入口管座（21）相连，另一个回路与盐水溶液出口管座（29）相连。

8、根据权利要求7的一种设备，其特征在于，入口管座和出口管座在热通路上是相互连接的。

9、根据权利要求7的一种设备，其特征在于，每对回路可以在相应的内部空间沿着回路的轴向自由延伸。

10、根据权利要求6或9的一种设备，其特征在于，回路肋片（18）有其自己的端部，可滑动地装设在各自内部空间的支撑板（26）上。

11、根据权利要求5的一种设备，其特征在于，装置（15）是用来使冷藏室内的空气流动，其速度低于每秒5米，最好在每秒1米的范围。

12、根据权利要求5的一种设备，其特征在于，它包括用于更换内部空间中的流体的装置（40）。

13、根据权利要求6的一种设备，其特征在于，在回路中循环的盐水溶液通过分离式连接部件（33），与用于冷冻液体的装置（13）相连。

14、根据权利要求5的一种设备，其特征在于，盒状中空板（14）由可以互相连接的组合式单元组成，以便基本上达到壁的连续性，每个组合式单元的内部至少包括一对上述回路。

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