CN111238158A - 一种真空蒸发式饮料速冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种真空蒸发式饮料速冷装置，包括杯体、冷却水循环回路和PLC控制器，杯体包括冷却腔和蒸发腔，蒸发腔包裹设置在冷却腔外，冷却腔内存放饮品；冷却水循环回路包括进水管、真空泵、集水容器、蒸发模块和回水管，进水管与蒸发腔相接，进水管上设有补水阀；真空泵通过第一气管与集水容器通连，集水容器通过第二气管与蒸发腔顶端通连；集水容器内设有蒸发模块，集水容器底部通过回水管与蒸发腔通连，回水管上设有回水阀；PLC控制器分别与真空泵和蒸发模块电连接。在本申请中,装置充分利用水拥有较大的汽化潜热的特点，达到快速冷却的效果；装置占地空间较小、装置成本低，能源利用率高；采用PLC控制，注入饮料之后，一键控制，操作方便快捷。

Description

一种真空蒸发式饮料速冷装置
技术领域
本发明涉及制冷领域，尤其涉及一种真空蒸发式饮料速冷装置。
背景技术
炎热夏日，人们对冰镇饮料的需求非常庞大。目前用于冷却啤酒、果汁和矿泉水等饮料的常规方法包括以下几种：
①冷藏式冷却。此方法将饮料放置于冰箱或冰柜等冷藏装置中进行冷却，其原理为：用电能驱动冰箱或冰柜的制冷系统产生冷量，通过热传导、热辐射和热对流等传热方式将所产生的冷量传递给冰箱或冰柜中放置的饮料，以达到降低饮料温度的目的。
针对第①种常规方法，存在的不足主要有：冰箱或冰柜等冷藏装置结构较为复杂、成本较高，冷量由制冷系统传递给饮料需经过较多传热环节，造成该传热过程传热系数较低，冷量损耗较大，且冷却饮料的速度较慢。同时冰箱或冰柜等装置的内部容积虽然较大，但空间利用率却较低，且饮料置于冰箱内部无法对其进行精确的温度控制。
②蓄冷式冷却。此方法将所需冷却的饮料放置于含相变材料的特殊容器中进行冷却，该容器分为内、中、外三层，外层敷裹保温材料，中层填充相变材料，内层放置待冷却饮料。使用前，将此容器放置于冰箱或冰柜等装置中静置一段时间，使相变材料吸收并储存足够的冷量，之后将待冷却饮料倒入容器内层，饮料吸收相变材料中所储存的冷量从而使自身温度降低。
针对第②种常规方法，存在的不足主要有：虽然相变材料冷冻处理后，蓄冷量大、保冷性强，但是相变材料的配制较为复杂，而且相变材料的冷冻处理需要冰箱、冰柜等设备，存在成本高、操作过程复杂、能量损失大、无法精确控温等问题。
③小型速冷杯冷却。目前市面上存在一种利用半导体制冷的小型速冷杯，该速冷杯利用半导体片的帕尔贴效应，即当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端分别产生吸热效应和放热效应。将饮料置于半导体片冷端，以达到将饮料降温的目的。
针对第③种方法，存在的不足主要有：虽然半导体制冷系统有着无运动部件，无噪音，可靠性较高等优点，但是其成本高，能效比低。并且针对速冷杯而言，其降温效果集中在饮料的底部，换热效果较差。
④冰块冷却。直接将冰块或不锈钢冰块放入待冷却饮料中，达到快速冷却的效果。冰块或不锈钢冰块先在冰箱、冰柜等装置中获取冷量，之后再将其所获得的冷量传递给饮料，进而达到冷却的目的。
针对第④种方法，存在的不足主要有：冰块置入饮料中，虽然能够达到快速冷却的效果，但是会对饮料产生稀释，影响饮料的口感，目前也有用不锈钢块代替冰块的方法，来避免对饮料口感造成影响，但在饮用时存在冰块或不锈钢冰块会带来不方便，且存在误吞不锈钢块的危险。此方法只适合于冷却杯内饮料，不适用于大容器中饮料的冷却，且无法对被冷却饮料进行精确温度控制；此外，制作冰块需要的冰箱、冰柜等设备，存在成本高、操作过程复杂的问题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种真空蒸发式饮料速冷装置，半自动电控进行冷却降温，避免冷却速度慢、精准控温差、能耗高和操作过程复杂等问题。
为了实现上述目的，本发明提出一种真空蒸发式饮料速冷装置，包括杯体、冷却水循环回路和PLC控制器，所述杯体包括冷却腔(7)和蒸发腔(8)，所述蒸发腔(8)包裹设置在所述冷却腔(7)外侧，所述冷却腔(7)内存放饮品；
所述冷却水循环回路包括进水管、真空泵(1)、集水容器(3)、蒸发模块和回水管，所述进水管与所述蒸发腔(8)相接，所述进水管上设有补水阀(6)；所述真空泵(1)通过第一气管与所述集水容器(3)通连，所述集水容器(3)通过第二气管与所述蒸发腔(8)的顶端通连；所述集水容器(3)内设有蒸发模块，所述集水容器(3)底部通过所述回水管与所述蒸发腔(8)通连，且所述回水管上设有回水阀(5)；
所述PLC控制器分别与所述真空泵(1)和蒸发模块电连接。
进一步地，在所述的真空蒸发式饮料速冷装置中，所述冷却腔(7)的开口处设有密封盖，所述冷却腔(7)设有一饮品出口(10)。
进一步地，在所述的真空蒸发式饮料速冷装置中，所述蒸发腔(8)底部设有排水阀(11)。
进一步地，在所述的真空蒸发式饮料速冷装置中，所述杯体外侧设有温度显示器(9)，所述冷却腔(7)内设有温度传感器，所述温度显示器(9)与所述温度传感器线路连接，所述PLC控制器与所述温度显示器(9)电连接。
进一步地，在所述的真空蒸发式饮料速冷装置中，所述杯体底部设有磁力搅拌器(12)，所述磁力搅拌器(12)用于搅拌所述冷却腔(7)内的饮品，所述PLC控制器与所述磁力搅拌器(12)电连接。
进一步地，在所述的真空蒸发式饮料速冷装置中，所述第一气管上设有真空阀(2)，所述PLC控制器与所述真空阀(2)电连接。
进一步地，在所述的真空蒸发式饮料速冷装置中，所述蒸发模块包括依次串联的压缩机(13)、冷凝器(14)、膨胀阀(15)和蒸发器(4)，所述蒸发器(4)设置在所述集水容器(3)内，所述PLC控制器与所述压缩机(13)电连接。
进一步地，在所述的真空蒸发式饮料速冷装置中，所述集水容器(3)的底部设有积水盘，所述积水盘位于所述蒸发器(4)的正下方，所述积水盘与所述回水管相接。
进一步地，在所述的真空蒸发式饮料速冷装置中，所述蒸发器(4)为回形弯曲管路结构，且所述蒸发器(4)的两端均贯穿所述集水容器(3)的内壁。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：利用真空泵制造低压环境，根据水的蒸发温度随着压力的降低而降低的原理，蒸发腔中的水在低压环境下快速蒸发，过程中大量吸收待冷却饮料的热量，通过调节真空阀开度来调节蒸发腔的压力，进而调节蒸发温度从而达到控温，使用户喝到口感最佳的饮料的目的。此装置充分利用水拥有较大的汽化潜热的特点，达到快速冷却的效果；装置占地空间较小、装置成本低，能源利用率高；采用PLC控制，注入饮料之后，一键控制，操作方便快捷。为人们日常生活和餐饮行业的饮料速冷问题提供了新的解决方案。
附图说明
图1为本发明中真空蒸发式饮料速冷装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的真空蒸发式饮料速冷装置进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提出一种真空蒸发式饮料速冷装置，包括杯体、冷却水循环回路和PLC控制器，杯体包括冷却腔7和蒸发腔8，蒸发腔8包裹设置在冷却腔7外侧，冷却腔7内存放饮品；冷却腔7顶侧的开口处设有密封盖，冷却腔7底端设有一饮品出口10，且饮品出口10贯穿蒸发腔8，蒸发腔8底部设有排水阀11。
优选地，冷却腔7壁面材料采用不锈钢材料，保证其机械强度，且其导热系数较大。冷却腔7与密封盖之间设有用于密封的橡胶垫。蒸发腔8的材料采用耐压且导热性差的材料，例如不锈钢板中间充注聚苯乙烯泡沫。
具体地，冷却水循环回路包括进水管、真空泵1、集水容器3、蒸发模块和回水管，进水管与蒸发腔8相接，进水管上设有补水阀6；真空泵1通过第一气管与集水容器3通连，第一气管上设有真空阀2，集水容器3通过第二气管与蒸发腔8的顶端通连；集水容器3内设有蒸发模块，集水容器3底部通过回水管与蒸发腔8通连，且回水管上设有回水阀5。
同时，蒸发模块包括依次串联的压缩机13、冷凝器14、膨胀阀15和蒸发器4，蒸发器4设置在集水容器3内，即蒸发器4的出口端通过压缩机13与冷凝器14的进口端连接，蒸发器4的进口端通过膨胀阀15与冷凝器14的出口端连接。
进一步地，在本实施例中，集水容器3的底部设有积水盘，积水盘位于蒸发器4的正下方，积水盘与回水管相接。蒸发器4为回形弯曲管路结构，且蒸发器4的两端均贯穿集水容器3的内壁。
此外，PLC控制器分别与真空泵1、真空阀2和压缩机13电连接。
进一步地，在本实施例中，杯体外侧设有温度显示器9，冷却腔7内设有温度传感器，温度显示器9与温度传感器线路连接，PLC控制器与温度显示器9电连接。温度传感器用于检测冷却腔7内饮品的温度，温度显示器9实时显示当前饮品的具体温度数值，方便用户通过调节真空阀2来调节蒸发腔8内的压力，进而调节蒸发腔8内水的蒸发温度从而实现精准控温。
进一步地，在本实施例中，杯体底部设有磁力搅拌器12，即磁力搅拌器12设置在蒸发腔8外底侧，磁力搅拌器12用于搅拌冷却腔7内的饮品，以达到饮品快速冷却的目的，PLC控制器与磁力搅拌器12电连接。
工作过程如下：
打开补水阀6，通过进水管向蒸发腔8内注入适量的水，注水结束后关闭补水阀6，并将待冷却的饮品倒入冷却腔7内，通过密封盖封装冷却腔7。然后，通过PLC控制器开启压缩机13，压缩机13将制冷剂压缩成高温高压的制冷剂气体，并输入冷凝器14内，冷凝器14将高温高压的制冷剂气体冷凝为中温高压的制冷剂液体，膨胀阀15将中温高压的制冷剂液体节流降压为低温低压的制冷剂气液混合物，制冷剂气液混合物进入蒸发器4内与集水容器3内气体进行换热，使集水容器3内维持在低温环境。
此时，打开真空阀2，启动真空泵1，真空泵1使蒸发腔8内的压力降低，根据水的蒸发温度随着压力的降低而降低的原理，蒸发腔8中的水在低压环境下快速蒸发，该过程中冷却腔7内饮品中的大量热量通过腔壁传递给低压下的水，经过磁力搅拌器12的搅拌，饮品快速冷却。同时，蒸发腔8内的空气携带水气向集水容器3方向移动，由于集水容器3内的蒸发器4的表面温度降低，被抽取的空气与蒸发器4相接处，使空气中的水蒸汽凝结成水滴，并掉落至积水盘内。
积水盘积累了一定的水量后，在冷却效果下降时，即蒸发腔8内的水分不足时，关闭真空泵1，打开回水阀5，集水容器3与蒸发腔8之间通过回水管形成通路，在压力差的作用下，集水容器3的积水盘内堆积的冷凝水被压回至蒸发腔8中，此时可启动真空泵1继续进行饮品的冷却。
用户可通过温度显示器9实时观测到饮品当前的温度，并相应通过调节真空阀2状态以调节蒸发腔8内的压力，进而控制蒸发腔8内水的蒸发温度，从而实现精准控温。此外，冷却过程结束后，饮品可直接从饮品出口10处倾倒而出，蒸发腔8内的水也可直接通过排水阀11排出。
综上，在本实施例中，提出的真空蒸发式饮料速冷装置，利用真空泵制造低压环境，根据水的蒸发温度随着压力的降低而降低的原理，蒸发腔中的水在低压环境下快速蒸发，过程中大量吸收待冷却饮料的热量，通过调节真空阀开度来调节蒸发腔的压力，进而调节蒸发温度从而达到控温，使用户喝到口感最佳的饮料的目的。此装置充分利用水拥有较大的汽化潜热的特点，达到快速冷却的效果；装置占地空间较小、装置成本低，能源利用率高；采用PLC控制，注入饮料之后，一键控制，操作方便快捷。为人们日常生活和餐饮行业的饮料速冷问题提供了新的解决方案。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，包括杯体、冷却水循环回路和PLC控制器，所述杯体包括冷却腔(7)和蒸发腔(8)，所述蒸发腔(8)包裹设置在所述冷却腔(7)外侧，所述冷却腔(7)内存放饮品；
所述冷却水循环回路包括进水管、真空泵(1)、集水容器(3)、蒸发模块和回水管，所述进水管与所述蒸发腔(8)相接，所述进水管上设有补水阀(6)；所述真空泵(1)通过第一气管与所述集水容器(3)通连，所述集水容器(3)通过第二气管与所述蒸发腔(8)的顶端通连；所述集水容器(3)内设有蒸发模块，所述集水容器(3)底部通过所述回水管与所述蒸发腔(8)通连，且所述回水管上设有回水阀(5)；
所述PLC控制器分别与所述真空泵(1)和蒸发模块电连接。
2.根据权利要求1所述的真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，所述冷却腔(7)的开口处设有密封盖，所述冷却腔(7)设有一饮品出口(10)。
3.根据权利要求1所述的真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，所述蒸发腔(8)底部设有排水阀(11)。
4.根据权利要求1所述的真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，所述杯体外侧设有温度显示器(9)，所述冷却腔(7)内设有温度传感器，所述温度显示器(9)与所述温度传感器线路连接，所述PLC控制器与所述温度显示器(9)电连接。
5.根据权利要求1所述的真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，所述杯体底部设有磁力搅拌器(12)，所述磁力搅拌器(12)用于搅拌所述冷却腔(7)内的饮品，所述PLC控制器与所述磁力搅拌器(12)电连接。
6.根据权利要求1所述的真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，所述第一气管上设有真空阀(2)，所述PLC控制器与所述真空阀(2)电连接。
7.根据权利要求1所述的真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，所述蒸发模块包括依次串联的压缩机(13)、冷凝器(14)、膨胀阀(15)和蒸发器(4)，所述蒸发器(4)设置在所述集水容器(3)内，所述PLC控制器与所述压缩机(13)电连接。
8.根据权利要求7所述的真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，所述集水容器(3)的底部设有积水盘，所述积水盘位于所述蒸发器(4)的正下方，所述积水盘与所述回水管相接。
9.根据权利要求8所述的真空蒸发式饮料速冷装置，其特征在于，所述蒸发器(4)为回形弯曲管路结构，且所述蒸发器(4)的两端均贯穿所述集水容器(3)的内壁。
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