CN85107165A - 物品冷却冷冻综合设备及其方法 - Google Patents

Abstract

用于快速冷却或冷冻物品的设备，包括密封箱及其盖子，冷冻机，箱内的排热圈，箱内及排热圈周围的传热液体，在箱内用于支托冷却物品的盘子，连结在盘上的双向动作的液体遥控的唧筒，可从密封箱传热液体中把盘子收起或放入、控制盘子浸入传热液体时间的定时装置。方法包括：利用冷冻圈把液体冷却至低于水的冰点，该液体表面张力很低，及低残留沉积，象氟化碳化合物化学品，无毒，几乎无味，将冷却或冷冻物品置入液体中，经过所需时间，将物品取出。

Description

这一发明是关于冷却箱和冻箱，特别是关于冷却饮料罐、易腐性食物及类似小物品的冷却箱。

用冷却液体来冷却瓶罐装饮料的冷却箱，就本身来说，并不是新发明。实际上，在过去的几年中，公布了许多有关这类冰箱或冷却箱的专利。其中一些是美国专利证号码：2，287，581（Hazard）;2，418，300（Hagstrom），2，436，426（Fish）;2，546，417（Anglin）;2，618，127（Shyman）;2，812，643（Woschitz），及4，377，076（Staudt，et    al.），

美国专利第2，287，681号（Hazard）是关于冷冻瓶装饮料的装置。其基本单元做成将制成的冰块放置于冷冻的冰水中，并把瓶装饮料放入冰水中，以便冷却该饮料。水面上漂浮的水块向想购买冷饮料的顾客直观地显示饮料已被冷却到应有温度，从而提高了销售吸引力。这一发明参照的原则是将沉浸容器安装在一个高位的装有密封壁的第一分隔间中，该密封壁内装有与之密切接触的冷却或冷冻圈，与一个提供干冷区域的第二分隔间，一旦水在沉浸容器中出现部分冷冻，自动控制器将冷冻单元关闭。其结果，第二分隔间的空气的温度比沉浸容器至少要高10度，空气流入沉浸容器中，使冰块在液体上的第二溶器边壁上溶化，正如设计要求，随后，冰块会从边壁上跌落并漂浮在沉浸的水面上。

美国专利第2，418，300号（Hagstrom）是关于瓶装饮料冷却机。该冷却机将瓶装饮料浸入水浴中，所述水浴通过常规型的冷冻圈32来冷却。冷冻圈安装在机壳60内，当水通过机壳20，流向饮料瓶容器24时，与流动水接触，可达到降温的目的。这种双分隔水浴的主要目的是提供最终保持饮料瓶容器24内的水浴的循环冷却水量不变。

美国专利第2，436，426号（Fish）是关于利用直流电动机将部分供给电动机工作的直流电压转换成交流电压。然后用此交流电来操作小功率交流电动机。

这一发明声称：

“人们无法得到一个用直流电操作的有实用意义的小功率电动机……”（第一栏，14-16行，全引）。常规型的冰水沉浸冷却机中将交流电驱动的小功率电动机用来驱动搅拌器，使冷却液体流动得更快，并使饮料均匀地冷却。

美国专利第2，546，417号（Anglin）是关于瓶装饮料冷却或冷冻单元，该单元以标准尺寸形状，使之可不必经提起而高过冷冻箱顶部而可进行装卸，冷冻箱5装有固定瓶装饮料托盘54（如图5所示），该托盘底下另有一个箱可储藏冷却流体和冷冻圈。

美国专利第2，618，127号（Shipman）是关于一个饮料冷却箱，这里冷却流体（水）与饮料容器分开，饮料容器（这里是牛奶罐14）通过一个旁侧装载门2容易地进行移动，旁侧装载门在3处与密封箱1连结，冷冻单元安装在水箱30上部密封箱1的顶部，罩住洒在牛奶罐上的冷却流体，以致把它们冷却至50°F以下。

美国专利第2，812，643号（Worschitz）是关于低温条件下装纳诸如食物饮料类容易腐坏物质的容器。所述容器，通常取圆桶型，且基本上是便于携带。把支持并装纳容易腐坏物质的容器b再装进一个圆桶型容器，冷冻流体通过输入管26及输出管27用外部冷冻机d冷却。将冷却液体用外部冷冻机d冷却至适当温度，便将它与冷冻机分离，使圆桶便于移动和密封，圆桶的外层8是密封的，可防止热量进入桶内，这样容易腐坏物质被保持在适当储存温度中，并将之运到消费者处。冷冻流体与被冷冻物品是完全分开的。

美国专利第4，377，076号（Staudt，et    al）主要是关于饮料冷却机，这一装置是为了在优选温度范围内4℃-10℃（39.2°F-50°F）储存饮料。这一冷却装置旨在所选择的均匀温度下储存饮料，明显地减少温度的波动，防止在储藏的冷却流体中产生温度梯度。这一发明与此处公开的本发明有关，基本上如图2所示，冰水保持在0℃（32°F）。在0℃时，冰凝结在旋绕的蒸发圈8上，蒸发圈保证了在容器内的水始终在0℃（冰水）。当凝结在蒸发圈8上的冰增加到足够厚度（没有具体说明）时，冷凝压缩机就被关掉，直至冰溶化到足够程度（没有说明具体数目或厚度）。

以上所提所有关于先有工艺饮料冷却装置，除了美国专利第2，812，643号以外，都使用水作为冷却体，水、甚至冰水，没有很快冷却的功能，也就是说水不能在三分钟之内冷却饮料容器，或根据需要快速冷冻置于其中的物品（如为非饮料的食物）。大部分设计是为了把饮料保持在特别适当的储存温度，39.2°F至50°F之间，且经过一段长的时间后，饮料仍然保持适当的冷却的，而且也一直是随时可取用的。

这些先有工艺的冷却装置，由于用水做冷却液体，只可用此作为非冻结用途方面，因而受到很大限制性，意即，温度需等于或高于32°F或接近32°F，32°F为水凝结成冰的温度。甚至用在32°F的水作冷却液体时，必须搅拌冰水，以防止结冰。假如凝结有足量的冰，整个冷冻和冷却过程都会停止，相应地，大部分冷冻系统都使用某些反馈系统装置，当冰凝结时，就关闭冷冻单位，以便让冰溶化后再恢复冷冻循环操作。

虽然盐-盐水可用来防止水在32°F时凝结，盐-盐水溶液会留下气味，并在被冷却物品上留下残渣，同时对冷冻单元中所用的各金属部件具有严重的化学腐蚀性。

有关饮料冷却的先有工艺装置没有一个另外提供快速冷冻非饮料物品的装置。

这里所述的各种单元没有一个使用在25℃标准温度和压力下非挥发性的化学惰性的冷却流体，又对冷冻单元的金属部件没有腐蚀性。

至于用于冷冻易腐性食物的先有工艺，没有一个装置利用了在25℃标准温度和压力下被定义为具液体形态的物质的冷冻液体。

所有用于冷冻易腐性的物品如食物的先有工艺装置使用R-12，一种在标准温度和压力下沸点为-21°F的氟利昂混合物，或在标准温度和压力下沸点为-320°F的液氮和沸点为-109°F的液态二氧化碳，或者固态二氧化碳。没有一个有关冷冻食物的先有工艺装置使用的液体如上所定义的一样，它们都使用了经受从固态或液态，到气态的相变化的化学药品，温度和压力远远低于32°F至-50°F的适当操作条件，而最佳操作温度则依赖于每一具体用途，被冷冻物品及所期望得到的结果而定。

没有一个有关饮料冷却的先有工艺装置提供消除被冷却物品上的冷却液体残渣的办法。而本设计则使用各种综合方法，利用时间，振动，空气，冲洗循环或真空来消除流体残渣。

没有一个有关冷却饮料的先有工艺装置使用的冷却液体在远远低于32°F温度下，以至当被饮料污染发生时，比如由于饮料罐破漏，能把泄漏的饮料立即凝结成固体，把它与冷却液体分开，从而固有地防止了冷却液介质的染污。

没有一个此处已知的及以上所示的先有工艺装置，使用流量集管来迫使冷却介质从密封容器壁中储存处流动到物品上或周围。

简而言之，没有一个先有工艺冷却机具有类似“反”微波炉的作用，能根据需要，通过极其迅速地移走热量来冷却物品，这正好为微波炉向物品快速加热之“反”。

而且，近年来饮料沉浸冷却机大部已被非液体沉浸，也就是冷空气冷却或冷冻系统所代替。目前冷冻物品的沉浸冷却机不得不使用消耗性致冷剂诸如，LN₂（液态氮）CO₂（液态二氧化碳）和R-12（氟利昂碳氟化合物），这些都需要复杂和昂贵的恢复系统。但是，这样的非液体冷冻系统与液体沉浸系统相比在能源使用成本上，效率较差。冷空气或任何非液体（根据前定义）的传热特征不能与冷却液体的传热能力相比，冷液体要比任何空气冷却介质更要有效100-1000倍。液体沉浸单元失去广泛使用，也许是因为没有一种理想液体致冷剂，此种液体致冷剂须具有不腐蚀金属，不助长水藻和细菌，不从设备中滴漏出来，不会因水溶杂质而污染，同时在25°F标准温度和压力下不蒸发等特点。本设计及其所建议的致冷剂并没有以上那种真正液体沉浸冷却或冷冻的先有工艺中存在的缺陷。

近年来，由于电源成本大幅度上涨，因此要求改进沉浸冷却机，同时又能用作快速冷冻装置的需要有根本上的增加。即使在一家小小的简易食品商店，冷却或冷冻饮料食物的空气-液体冷冻系统的操作，每月消耗的能源成本可达几百元，占店主每月杂费的很大一部分。其结果，显而易见，免除这些具有很大维持费用的大型空气储存系统，可减少开支。取而代之的是一种效率更高的液体沉浸冷却机或冷冻机，不仅合乎需要，又降低成本。特别是这些装置在需要时几分钟内便可冷却或冷冻物品，而在不用时，只消耗维持操作用的少量能源。

从根本上讲，这里所提出的基本单元及方法旨在快速冷却和/冷冻水物品，如饮料罐，易腐性物品，其它需要冷却或冷冻之物品，及其类似物。该基本单元包括一个密封箱及其盖子，一个冷冻机单元，处在箱内的散热圈，处在箱内及散热圈周围的传热液体，一个处于箱内用于支托冷却物品的盘子，连结在盘子上的双向动作液体控制的唧筒，供盘子上升与下降之用，以使盘子能从密封箱中的传热液体进出，定时装置以控制盘子沉浸在传热液体中时间的长度。快速冷却冷冻物品的方法由以下步骤组成：利用冷冻圈把一液体至冷却至基本上低于水冰点，这一液体表面张力很低，及低残留沉积，象碳氟化合物化学品类，为无毒并几乎无味，将待冷却或冷冻物品置入液体中，经过所需时间，将物品取出。

本发明的目的之一是提供一种方法及设备，根据需要有选择地冷却或冷冻食物或非食物用品。

本发明另一目的是提供一方法及设备，能够根据需要，冷却或冷冻物品，而又不仅用水或盐水作为物品冷却或冷冻液体。

本发明另一重要及主要目的提供一种快速冷却冷冻物品的方法，而又不在被冷却或冷冻物品上留下讨厌的残渣。

本发明的目的之一是提供一种放热方法和设备，能够具有像“反”微波炉的那样方便的功能。

本发明又一目的提供一种方法，该方法为快速冷却或冷冻物品时，在25℃标准温度和压力下，使用一种化学惰性的冷却或冷冻液体，诸如，液态碳氟化合物化学品，各种含40%至60%的酒精的酒类与水配方，盐水-乙二醇、盐和水。

本发明另一重要及主要目的是提供一冷却或冷冻的方法，使用的温度基本上低于+32°F或0℃的液态放热介质。

本发明的目的之一是使用一种冷却或冷冻介质，在通常称为标准温度和压力的周围空气和环境下，能迅速蒸发，而又不留下讨厌的残渣。

本发明另一目的是使用一种冷却和/或冷冻的方法，该方法利用表面张力基本上比水的表面张力要低的一种冷却或冷冻液体。

本发明之特征所具有的新颖特色，在附加的要求权中，详细阐述。阅读以下对某些具体实施例的详细描述及其附图，便可以更好地理解改进后的冷却和冷冻安排，它的建造及操作方式，以及其它特色和优点。

图1是发明的正视图，部分显示了剖面，详尽地展示了冷却冷冻物品置放的密封箱内。并图解地显示了冷却一液体及在其中放置冷却冷冻物品之各种必要因素。

下面将不断提到图例。100将表示为此发明，称为快速冷却或冷冻物品设备。特别是用于冷却饮料罐34。它包括以下各部件：一个上有开口的密封箱40，盖子41盖住密封箱40的开口部分。铰链2将盖子41连接在密封箱40上。冷冻液体38，象碳氟化合物化学品，40%至60%的酒精-水混合溶液一样，具有较低的表面张力，101表示为冷冻机，由冷凝单元21，蒸发组件16，和一个恒温膨胀阀组件19A和19B所组成，通道及用来循环需冷冻的液体38的泵装置，物品盘12用来支托待冷却或冷冻之物品，双向动作气动唧筒装置17，包括轴13操作时与物品盘12连结，空气压缩机装置25。产生压缩空气以便用来操作气动唧筒17，电控螺线管23用来操作时控制气动唧筒17的空气的输送，并包括必要的电开关5，也用来控制空气的输送。

现在将重点放于图例1上，密封箱，一般表示为40，理想地由长方体结构组成。具有四边壁39，底壁42，边壁39和底壁42由热绝缘体材料29组成，象合成塑料泡沫一样，具有较高的R数值（热损阻力）。其它能用于边壁39，底壁42（及下文所提密封箱40的盖41）的热绝缘材料，就本身来说，都已知晓，因此不在这里详尽说明。边壁39底壁42及密封箱40的盖子41的外层30，通常由热传较差的不锈钢板材料组成，也可由其它类似的耐久结实和自承的材料制成。这一类自承的材料保护了里面的绝缘部分29。密封箱40及其盖子41主要容装用来冷却或冷冻物品的冷冻液体38，当然，实际地讲，边壁39连结于一个底箱43，里面装有此发明的其它部件。

铰链2装在盖子41边缘，固定在箱40的边壁39的上部，手把1装在盖子的另一边上，手把1使得连接的盖子能打开或关闭，置放和取出所需冷却冷冻物品。

物品支托盘12的底和与密封箱40的内部尺寸几乎一致。支托盘12底部有孔隙35，以使冷冻液体38能在支托12流进流出。从而与冷却冷冻物直接接触。转为理想地，支托盘12的材料与密封箱40外层30的材料相近或一致。

这里提出的本发明外壳最好是用不锈钢板材料组成。

操作时支托盘12，通过气动唧筒17的轴13与双向动作气动唧筒17连结，通常通过末端车出螺纹和螺母来实现的（不详细说明）。

气动唧筒17及轴13的操作动力是压缩机25产生的压缩空气。压缩机25产生的压缩空气量通过管道直接进入空气储存箱22。在操作压力下空气储存箱22，用来提供充实的空气储存量。在压力下如没有这种储存，通常不会有足够的空气量来正常操作气压控制系统，而气动唧筒17是整个系统的一部分。

这里应该说明，控制系统也可用水压，但并不必要。一旦使用水压系统，整个系统的重量将大幅度增加。

气动唧筒17的空气控制由电控的双位螺线管阀23完成，当气动唧筒17需要向上驱动轴13及支托盘12，把支托盘托出冷冻液体38液面之上，螺线管阀23被激励，迫使压缩空气从空气动唧筒17向上驱动轴13。

当螺线管阀23被激励并迫使压缩空气从空气储存箱22，进入在螺线管阀23与气动唧筒17间的另一个空气管道时，气动唧筒17及其轴13则反方向运动，将支托盘12降低而进入冷冻液体38中，使冷却冷冻物品浸没于冷冻液体38中，气动唧筒能朝两个方向运动，称为“双向动作”。

当支托盘12由气动唧筒17提起，装在盘12顶部外边适当位置的小磁铁19与磁性开关9接近，开关9与控制箱组件20连结，然后向螺线管阀24通电，螺线管阀24打开，使得空气储存箱内压缩空气，通过管道进入强气流集管组件11，从而使压缩空气从集管组件11的孔径37排出，完成以上所描述的强气流的作用。

支托盘及冷却冷冻物品被冷却的时间，通过常见的电定时器5来决定。定时器5的输出与控制箱组件20连结。把示灯7与定时器5连结，方法很普遍，只要支托盘12沉浸在冷冻液38内，指示灯总是亮着。定时器5输出信号，通过控制箱组件20到达空气螺线管阀23，螺线管阀然后把支托盘12升起或降落，使之能从冷冻液体38中露出或浸没。

根据需要，也可安装通风设备，与箱40相通由空气通风线27，单向空气通风阀28，和冷凝物排槽及泵组件26组成。由于箱40的盖子41具有较好的密封性，盘12的上下运动又在盖41关闭后的箱40内。箱内可造成真空或高压。为了防止在盖41与箱40之间的液封及其它可于其中出现的液封受到损坏或受破坏到失去其功效，所以可安装了此通风设备。当空气企图流出内室，它转下空气通风线27，流到单向通风阀28，然后通向空间，或进入与冷凝物排除槽及泵组件26连结的管道，一旦进入槽与泵26，空气就很容易被抽掉。

支托盘12下面的分隔空间装有蒸发器或冷却元件16，由一系列圈管组成。需要冷冻的液体38，经过支托盘12所在箱40的内室底壁下的通道由液泵18抽起。液体38然后被送到内室的另一边，进入装有蒸发器16的分隔空间。当液体38在这里通过后，就被送上到箱40的边壁，通过各缝隙14，进入到支托盘12所在的内室。

冷冻系统是常见的，包括一个冷冻剂液化器，由以下部分组成，一个电动机通过常见的皮带与滑轮联结来驱动压缩机21。另外还装有冷凝机，带有马达驱动的风扇。

一对温度探测单件15B和19B用来操作时控制冷冻箱，其方法是常见的。温度探测器15B装在箱40的内箱底部，液体38的温度在那儿一旦变化，探测器15B起反应，转到控制冷冻系统压缩机21马达的温度控制器15A。一旦开动，压缩机21从蒸发器16中把蒸发的冷冻剂抽出，经过称为“低压面”的管道，然后压缩冷冻体蒸汽，并把它在压力下经过管道输送至冷凝机。风扇驱动的空气流通在冷凝机周围，造成压缩冷冻体的凝结，凝结后的冷冻体然后流进接收器，再通过管道输送至“高压线”。一旦低压线温度到达预先调整的特定数值，温度探测器19B，通过压缩空气开动冷冻体膨胀阀19A，使压缩冷冻体通过膨胀阀19A，到达蒸发器或冷却圈16，从而冷却在那儿的液体38。

这里介绍的本发明之显著特点之一是在沉浸冷却设备中，使用温度基本上低于水冰点，+32°F或0℃的冷却液体。至今，还没有象这样一种冷冻液体能够大量减少或消除冷却冷物品上沉积的残渣。这一液体属于液态碳氟化合物族类。有些称为氟利昂。这是杜邦公司生产的碳氟化合物类产品商标名称。在工业中，通常用作蒸气去油剂。另一种这样的液体是酒精与水的溶剂。根据使用需要，酒精含量可从百分之四十至百分之六十。

液态碳氟化合物族类的化学品作为特选冷冻液体，特别有用。比如氟利昂113其浓度大约是水的两倍、沸点在+120°F（48.9℃），冰点在-34°F（-36.67℃）。另外，它对人无毒，由于它的浓度很大，蒸发时，它紧紧地罩在地面，并且不会燃烧，它对金属的反应性，适合于冷冻装置，诸如铝，铜及其类似的理想工作环境。另外，它几乎无臭无味。

冷冻液体38的最理想温度范围是在-30°F至-50°F。当氟利昂113类的液态氟化合物在-30°F时，如把六个标准罐装汽水如莎示或可乐浸入冷冻液氟化合物中，在1分20秒中，汽水就完全冷却并开始冻结。

假如需要进一步减低氟利昂类的液态碳氟化合物的冷冻温度，各种液态碳氟化合物产品的混合剂，可用来进一步降低温度。

另一种可选的有用的液体是水与洒精的混合溶液，40%至60%的洒精与水的混合溶液几乎具有理想的液态碳氟化合物之特点。

应该清楚理解的是，以上描述及图例对实施例之叙述，是为了解释而不是为了限制。精通本技术领域的专业人士，可以用各种具体实施方案，而又不离本发明之实质精神和范围去实现本发明。因此这类配合和改进应该被认为，也将被认为显然地属于本发明所要求保护的权利的含义和同类范围之内。

Claims (16)

1、快速冷却冷冻物品的设备，待冷却的物品可以是饮料罐，易腐物品及其类似物，与其它需要快速冷却到预定温度的物品，其特征在于所述设备包括：

a)一个顶部开口的密封箱；

b)一个密封盖，盖住密封箱开口顶部；

c)处于箱内一液体，此液体具有基本上低于+32°F的冰点温度；

d)把液体冷却到低于+32°F理想温度之冷冻装置；

e)支托冷却冷冻物品的装置，这一支托盘装置能在密封箱内自由活动，和

f)升降支托盘于液体表面的装置

2、权利要求1的设备，所述设备还包括连结盖子与密封箱的铰链装置。

3、权利要求2的设备，所述设备还包括盖子的手把装置。

4、权利要求1的设备，其中所述液体是类似氟利昂的液态碳化氟化合物。

5、权利要求4的设备，其中所述液体是液碳氟化合物的混合物。

6、权利要求1的设备，所述设备还包括通道和泵装置，供液体再循环于冷冻装置中及从箱内的一个部分到箱内的另一个部分。

7、权利要求1的设备，其中升降支托盘于液体表面的装置，是用双向动作气动唧筒。其轴操作性连结于支托盘装置。

8、权利要求7的设备，所述设备还包括空气压缩机及供驱动气动唧筒的供气装置。

9、权利要求1的设备，反述设备还包括密封箱的空气通风装置。

10、权利要求1的设备，所述设备还包括定时控制装置，供在预定时间内，驱动支托盘升降于液体表面的装置。

11、权利要求1的设备，所述设备还包括探测支托盘的上下活动循环位置的装置。

12、权利要求11的设备，其中所述探测装置是连结于支托盘上的一块磁铁与连结于箱中的磁性开关，当支托盘升至箱内液体表面以上时，各部件之间彼止具有操作性互补关系。

13、权利要求1设备，其中所述密封箱至少有两个分隔空间，支托盘操作于一分隔空间，冷冻圈处于另一分隔空间。两分隔空间操作性连结在一起，使液体能同时自由流通于两分隔空间。

14、快速冷却或冷冻物品的方法，其特征在于所述方法包括

a）把一冰点基本上低于+32°F的液体冷却至低于理想的温度;

b）将冷却冷冻物品沉浸于冷却液体中，经过一段所需时间;然后

c）将物品取出。

15、权利要求14的方法，其中所使用之液体是类似于氟利昂的液态碳氟化合物。

16、权利要求15的方法，其中所使用之液态碳氟化合物是碳氟化合物的混合物。

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