CN1603213A - 低能耗食品灭菌低温保鲜箱 - Google Patents

Abstract

低能耗食品低温灭菌保鲜箱是通过热超导管(或热管)，利用就地浅表层地下水的低温来降低保鲜箱的温度，用臭氧消毒杀菌和抑制生物酶活性与细胞代谢和呼吸，分解和氧化食品挥发或分泌的异味，为达到更低保鲜温度，在地温降温后再加隔热层和半导体制冷，能达到现有电冰箱同样保鲜时间而可取代，本发明不抽取地下水，一次性的由清洁的自来水充满内部循环管路，由管道中的管道泵使水循环回流，当水流入浸泡在地下水中的管路段时，通过管壁进行热交换而降温，此降温后的水流经保鲜箱附近管道，通过热超导管热阻近于零的热传导而使保鲜箱降温。这是充分利用自然能源，节能显著，环保可嘉，存贮食品，清洁卫生，装置成本低，寿命长，将造福广大城乡居民。

Description

低能耗食品灭菌低温保鲜箱

1、技术领域：本发明属于食品冷藏保鲜装置，特别是涉及利用热超导管和地温作为主要降温手段的保鲜技术。

2、背景技术：自电冰箱问世以来，给食品保鲜也就是人们生活质量的提高有着不可磨灭的贡献，然而事物是合二而一的，其负面消极影响也很大，首先是氟里昂(Freon)的使用，对大气臭氧层的破坏而为国际蒙特利尔协定所限期禁用，尽管有无氟冰箱，但成本升高，效率降低，耗能大，人们习惯于和过去对比而普遍不受欢迎，其二是家庭用电量的大宗，而能源的消耗一般又带来CO₂温室气体排放量的增加。众所周知，冰箱冷冻保存的橘子味苦，保存的香蕉颜色发黑，保存的蔬菜和猪肉，由于结冻解冻细胞膜破裂，色香味普遍不如不结冻的较高低温所保存的优良。南方较热地区的蔬菜水果保鲜温度一般可以高于北方寒冷地区生长的水果蔬菜，显然这是由于其生长所在地环境最低温度较高，植物低于某一温度，其生物酶活性大为减弱，生长停止，极大的减弱了呼吸和代谢过程。从深层次看，人类的口感与味觉和天然食物色香味的适应和谐是生物漫长进化过程中生存规律所制约统一的。家庭食物保鲜宜遵循和适应自然规律，不宜深冷和存贮时间过长，食物的防腐保鲜，除要低温保存外，还要注意杀灭食品周围的霉菌及其他能引起腐败变质的细菌和病毒，最方便的是臭氧，这有利于在较高温度和较长时间存储食物，可是市场流行的电冰箱，绝大多数是没有臭氧或其他杀菌消毒措施的，却都偏重于多耗电的深冷功能，甚至到三星零下18℃。

3、发明内容：本发明的目的就是从节能环保回归自然出发，通过热超导技术，利用就地浅表层地下水的低温来降低食品保鲜箱的温度，以减低能耗，再用臭氧消毒杀菌和抑制生物酶活性和细胞呼吸。为满足某些需更低保鲜温度或保存期较长要求，在地温冷源降温后的低温基础上，再辅以半导体制冷，所以能以很低能耗达到现有冰箱保鲜时间和保鲜质量，更为清洁卫生存贮食品而可取代现有家用电冰箱。

本发明是由一个绝热保温的存贮食物箱体；具有无机传热元件的热超导管(或热管)；由就地(箱体所在地地下)浅表层地下水冷却的冷源管道；以及箱体内的臭氧发生器及其定时控制电路和带自控温度的半导体制冷装置组成。箱体内由发泡塑料充填的隔热层内紧附着薄金属内壁，该壁与热超导管(或热管)热端紧密连接，热超导管(或热管)的另一端(冷端)接到箱体附近的冷源管道外壁，通过热阻近于零的热传导，箱体内食品的热量通过金属壁连续不断传出，直到其温度与冷源管道壁相同，(温差可以小到0.1℃)，箱体内有关门即触发的控制臭氧发生器工作的定时电路，因为装入和取出食品必然要开门，箱外空气要进入，空气中是存在霉菌及其他有害腐败变质细菌病毒的，因而每次存取食品关门后，臭氧发生器要工作2-3分钟(视臭氧发生器功率及箱体空间大小而定)，长期不开门，每6-10小时也要工作一次，因为臭氧除消毒杀菌外，还有抑制生物酶活性及呼吸代谢功能，分解和氧化某些食物所挥发或分泌异味的作用。某些食品要求较低温度保鲜，可仿照双门电冰箱做法，将箱体分为自然低温(由地下水温决定12℃-17℃)，及制冷低温(推荐为6℃-10℃可设定调整)上下两个箱体。制冷低温箱是在下部箱体内再加另一隔热保温层及金属内胆，其内胆底部外壁与箱体金属内壁之间有一相互紧密接触的半导体制冷片，该片由交流市电转换成12伏直流供电，制冷温度高低可由控温电路设定和调整。由于有箱体金属内壁温度恒等于冷源管道壁低温的热屏蔽及多一层隔热保温层，故制冷量只取决于隔热层厚度及其材质热阻，不受外界温度变化影响，温差又不大，虽半导体制冷效率不高，但所需制冷量很小，因而功耗并不高。

本发明所使用关键部件之一热超导管，也称无机传热元件，是华裔美国科学家渠玉芝先生所发明，经美国斯坦福研究院(SRI)的长期系统测试，证明其具有卓越的传热性能，其机理系采用多种无机元素的混合物作为导热介质，将该介质灌注在管状或板状的腔体内，经真空处理且密封形成可具传热特性的元件，其当量导热系数至少为金属银的一千倍以上而被称为热超导。渠先生在世界各地有多家制造热超导产品的企业，在中国大连设立有大连熵立得传热技术有限公司，大量生产无机传热元件而造福广大国人。

如不使用热超导管，用热管也可以工作，但安装时要注意，热管冷端接冷源管道时，要使冷端高于热端500mm以上，以便于水在热端吸热汽化成的水蒸汽沿管轴向上到达冷端放热后凝聚为水，水能在重力作用下回流返回热端。而热超导管冷向热端传递逆向运用，长度不宜超过500mm，但相互位置高低不限。

本发明所使用的冷源就是大自然赋予人类的浅表层地下水的低温，我国绝大多数地区打井到地表下3-5米，就有毛细管集结的浅表层地下水(区别于地下更深处承压层的承压水)，其温度冬夏基本恒定，大致是当地冬夏白天黑夜气温的加权平均值，全国各地从北到南约为12℃-17℃。地下水是国家重要资源，不能随意提取和污染。本发明只利用其冷能，不用其水，故不受任何限制。将两底部相通平行靠近的金属管道置于井内地下水中约3-4米深，出水面后管道的外部有隔热保温层，管道穿过住宅楼各家厨房直到该楼顶部，为各家各户共同使用，其顶部有进水口和置于管内的小功率泵，如柱塞泵(10W以下)轴流泵之类，将清洁的自来水一次性从顶部灌满两管道后封闭，而泵的作用仅用于驱动水在密闭的管道环路内缓慢流动，所需功率仅为克服水在管道内流动时的摩擦力，当上部水流到井中地下水浸泡段时，通过金属管壁进行冷却热交换。也就是将地下冷能带到各楼层管道外壁，通过热超导管或热管送到各保鲜箱。如为五层楼高，上部左右分开的管道，可供10户使用，每户平摊功耗只1瓦，即每户全年所需提供冷源电耗还不到9度电，甚至更低，这是本发明节电的核心技巧。

本发明的臭氧发生器系利用在臭氧管(有商品)内的高压放电而生成臭氧，因此要提供由功率晶体管高频振荡所产生高频高压整流后的高压静电及由关门时自动触发的定时电路，定时电路的作用是：1、接通臭氧发生器电源，经2-3分钟后关闭；2、关闭后自动计时，到达设定时间(例如为6小时)后，计时电路复位，触发定时电路工作，可由硬件电路或单片机完成。

本发明的半导体制冷装置，由半导体制冷片，从市电交流转换成直流的供电电路，热敏电阻及温度控制电路组成。粘附在金属内胆上的热敏电阻是测温电桥的一臂，桥式电路输出经放大比较控制直流供电电路的通断而启动或停止半导体制冷片的制冷运作，以保持保鲜箱制冷低温在设定范围。

本发明的积极效果是充分利用自然资源，遵从可持续性发展原则，节能显著，环保可嘉，存贮食品，杀菌消毒，清洁卫生。装置成本低，寿命长，可取代现有家用电冰箱，若随房屋建筑装修时一次性安装后，使用方便，有一定的经济和社会效益。

4、附图说明：附图1是本发明低能耗食品灭菌低温保鲜箱示意图。附图2是利用地下水冷源管道示意图。

图1中，1为保鲜箱主体，2、3分别为自然低温和制冷低温两个箱体的门，4为外层隔热泡沫塑料层，5为金属内壁，6为第二隔热泡沫塑料层，7为金属内胆，8为冷源管道，9为管箍，10为热超导管，11为臭氧管，12为半导体制冷片。

图2中，1为轴流泵，2为加水漏斗，3为保鲜箱，4为热超导管，5为冷源管道，6为浅表层地下水水井。

5、具体实施方式：实施例1.在住宅一楼的室内或室外，打φ100井至浅表层地下水有4-5米深处，有些缺水地区，水位变化较大，夏天由于下雨地面形成泾流，地下水位上升，冬天下降约0.5米左右，而江南沿河流湖泊沿海地区水位变化较小，而且水位高，要求浸泡在井水中的金属管道至少3米深，以利于充分热交换降温，出水面的管道要有塑料保温层，进入一楼后分左右两通道分别穿过墙壁楼板，由下至上进入各层楼厨房，食品保鲜箱安置于厨房比较方便，热超导管冷端接冷源管道上的管箍，热端接保鲜箱的金属内壁，如附图1所示，关门时启动臭氧发生器，定时电路的启动方法，系利用装于门边的钕铁硼永磁体及门框边的干簧管，关门时干簧管吸合，并触发由Ic7555组成的定时单稳，其时间常数设定为2-3分钟，单稳输出触发双向可控硅，由220伏交流经双向可控硅对臭氧发生器供电，单稳下降沿触发长时间定时电路，例如，由14分频计数器CD4060两级组成，时间设定为6-10小时，长定时电路的溢出也能触发7555组成的定时单稳，这样6-10小时没有开门存放食物也会启动臭氧发生器工作一次。而半导体制冷工作，则由制冷低温箱内胆壁上的热敏电阻感知温度，该电阻是测温电桥的一臂，其输出经放大与温度设定电压值比较，低于设定值则停止对半导体制冷片供电，停止制冷，高于设定值则接通供电，其温度范围有少量回差滞后。半导体制冷片由交流220伏，直接整流后逆变为12伏直流供电。由于有第二保温层。温差又不大，制冷工作时间很短而能耗很低。

实施例2：不用热超导管而改用热管替代，其余均与实施例1相同，要注意热管的热端接保温箱金属内壁的位置必须低于其冷端冷源管道管箍垂直距离500mm以上，以便水蒸汽放热凝聚为水后，水又能依靠重力返回热端而完成传热过程，这是与热超导管不同之处。

Claims (2)

1.低能耗食品灭菌低温保鲜箱，由立式绝热保温存贮食物箱体分成上部自然低温和下部制冷低温两部分，各有对外密闭保温门，其特征在于：是由热超导管(或热管)(1)，就地浅表层地下水冷却的冷源管道(2)，臭氧发生器及其定时控制电路(3)，及自控温度的半导体制冷装置(4)组成。

2.根据权利要求1所述灭菌低温保鲜箱，其特征在于：其冷源管道是由两底部相通金属管道，置于浅表层地下水井中，上部经各楼层伸展至建筑物顶的闭路管道，管道中注满水，水管内置小水泵，驱动水循环流动。

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