一种超高压太阳能快速解冻装置及解冻方法与流程

本发明涉及食品保鲜设备技术领域，具体地说是一种超高压太阳能快速解冻装置及解冻方法。

背景技术：

一般来说，解冻比冻结需要更长的时间，且解冻的难度要高于冻结。食品的传统解冻方法是一个传热过程，解冻的速率取决于传热的速率，而传热的速率与传热温差呈正比关系，常压下果蔬的冰点0℃左右，解冻热源介质温度一般为15-20℃，由于受到被解冻食品的微生物和霉等生物及化学物理性能所限，解冻介质的温度不能太高，因此传统的常压解冻温差被限制在20℃以内，导致了解冻时间过长。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种超高压太阳能快速解冻方法，该方法可以在保证食品品质的前提下增加解冻温差，减小食品内水的融化潜热，加速解冻过程。同时本发明提供了一种超高压太阳能快速解冻装置，该装置在保证承压的前提下实现了果品的快速取放，解决了超高压解冻方法在具体结构上的技术难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种超高压太阳能快速解冻装置，包括加热系统、加压系统和解冻单元；

所述的解冻单元包括一罐体，所述罐体的上端开口处密封设置有上法兰盘，所述罐体的内侧壁上沿圆周方向均布设置有多条第一滑道，所述的第一滑道内沿上下方向设置有多个可沿所述的第一滑道上下滑动的滑动组件，且位于同一第一滑道内的滑动组件通过提拉绳索串联；

每一个滑动组件上均设置有用于封装组件；

所述的封装组件包括由第一壳体和第二壳体扣合而成的空腔，且所述的第一壳体和第二壳体上均设置有第一漏水孔，所述的第一壳体和第二壳体内分别设置有第一薄膜和第二薄膜，且当所述第一壳体和第二壳体扣合时，所述的第一薄膜和第二薄膜共同形成了一个用于容纳食品的密封空间；

所述的加热系统包括太阳能集热器和设置于所述罐体内的换热管，且所述的太阳能集热器通过管路与所述的换热管共同形成了一循环回路，所述的循环回路上设置有循环泵和截止阀。

进一步地，所述的加压系统包括主油缸、增压缸和用于给主油缸提供动力的液压站，所述增压缸的活塞面积小于所述主油缸的活塞面积，所述主油缸的活塞杆与所述增压缸的活塞杆固定连接，所述增压缸的进口和出口均位于无杆腔，所述增压缸的有杆腔通过排气孔与大气相连通，所述增压缸的进口通过第一管道与水源相连，所述增压缸的出口通过第二管道与所述罐体上的进口相连，所述的第一管道和第二管道上分别设置有单向阀。

进一步地，所述罐体的下端开口处密封设置有下法兰盘，所述换热管的进口端和出口端分别穿过所述的下法兰盘延伸至所述罐体的外部。

进一步地，所述罐体的下端口和下法兰盘之间设置有一连接板，且所述换热管的进口端和出口端均通过焊接的方式与所述的连接板固定连接，所述的连接板与换热管均采用铝或铜制作而成。

进一步地，所述的罐体内位于所述换热管的外部套设有内筒，且所述内筒的侧壁上设置有第二漏水孔，所述内筒的外侧壁上沿圆周方向均布设置有与所述的第一滑道相对应的第二滑道，所述的第一滑道和对应的第二滑道之间沿上下方向设置有多组封装部件，每一组封装部件包括若干个封装组件，且所述的封装组件依次收尾相连，位于最外端的两个封装组件分别通过滑动组件与所述的第一滑道和第二滑道滑动连接，位于同一第二滑道内的滑动组件通过提拉绳索串联。

进一步地，所述的连接板上设置有用于限制所述内筒径向移动的下限位筒，所述的上法兰盘上设置有用于限制所述内筒径向移动的上限位筒。

进一步地，所述罐体的内侧壁上设置有结构与所述的第一滑道相同的第三滑道，且所述第三滑道与所述的第一滑道间隔布置，所述的第三滑道内设置有滑动组件，且位于同一条第三滑道内的滑动组件通过提拉绳索串联，所述的滑动组件上设置有封装组件。

进一步地，所述的滑动组件包括一固定板，所述固定板的一端设置有滚轮，所述固定板的另一端设置有固定环，所述的第一壳体和第二壳体上分别设置有钩挂环，所述的固定板上设置有用于容纳所述提拉绳索的穿线孔。

一种超高压太阳能快速解冻方法，包括以下步骤，

第一，将带解冻的食品放置到密封囊膜中；

第二，将盛放有带解冻食品的囊膜放入容器内；

第三，向容器内注入液态的导热介质；

第四，对容器内的液态导热介质进行加热，直至加热到预设温度；

第五，保持容器内液态导热介质的温度不变，同时对容器内的液态导热介质进行加压，待达到指定压力后进行保压。

进一步地，所述的液态导热介质为水，且所述的第四步和第五步同时进行。

本发明的有益效果是：

1、本方法通过加压改变食品的热物性，从而降低食品的冰点(在200mpa时，水的冰点为-20℃左右)，这样，当保持加热温度不便的前提下，便可以增大解冻温差，从而减少解冻时间，实现快速解冻，解冻汁液损失少，解冻品质好。此外，高压也减小了水的融化潜热，常压下为334kj/kg,200mpa左右时为241kj/kg，也就是相比于常压下需要的热量少了，这样也会减少解冻的时间。

2、本方法通过水浴的方式进行加热，食品整体被包裹在其内，能够增加接触传热面积，使热量可以快速均匀的传递到食品的每个位置，且相比热风解冻，水浴因为水比热容、导热系数都比空气大，可以显著提高传热效率，从而提高解冻效率，保证解冻效果。

3、本方法通过在食品的外部包裹不透水的塑料薄膜，避免水直接与食物接触，能够避免食品的表皮溃烂，保证解冻后食品的品质。

4、本装置的罐体为一体式结构，且采用中间直径大，两端开口处直径小的结构，这样，第一，可以增大容量；第二，整个罐体仅有两个开口，且开口直径小，能够减小两端法兰的的受力，从而保证罐体的承压能力。

5、通过在罐体的内侧壁上设置滑道，且用于盛放食品的封装组件通过滑动组件与所述的滑道滑动连接，这样在保证承压的同时，能够实现食品的快速取放，解决了超高压解冻方法在具体结构上的技术难题。

6、通过在罐体内设置内筒，能够提高解压装置的容量，从而一次性对更多的食品进行解压，有利于提高工作效率，降低使用成本。

附图说明

图1为本装置的系统原理图；

图2为解冻单元的主视图；

图3为图2中的a-a剖视图；

图4为图3中a部分的放大结构示意图；

图5为图3中b部分的放大结构示意图；

图6为图3中c部分的放大结构示意图；

图7为图3中d部分的放大结构示意图；

图8为图2中的b-b剖视图；

图9为图8中e部分的放大结构示意图；

图10为图8中f部分的放大结构示意图；

图11为图8中g部分的放大结构示意图；

图12为封装组件的立体结构示意图；

图13为封装组件的爆炸视图；

图14为解冻单元的内部结构示意图；

图15为图14中h部分的放大结构示意图；

图16为换热组件的立体结构示意图；

图17为内筒的立体结构示意图；

图18为图17中i部分的放大结构示意图；

图19为滑动组件与提拉绳索之间的连接结构示意图。

图中：11-太阳能集热器，12-换热管，13-连接板，14-下限位筒，15-循环泵，16-截止阀，21-主油缸，22-增压缸，221-第一管道，222-第二管道，23-单向阀，3-解冻单元，31-罐体，311-中间筒体，312-上端筒，313-下端筒，314-上连接部，315-下连接部，316-上法兰，317-下法兰，318-第一滑道，319-第三滑道，32-内筒，321-第二滑道，322-第二漏水孔，33-上法兰盘，331-上限位筒，34-下法兰盘，35-封装组件，351-第一壳体，3511-第一法兰，3512-卡接凸起，352-第二壳体，3521-第二法兰，3522-筋板，353-第一薄膜，354-第二薄膜，355-第一密封圈，356-第二密封圈，357-扣板，3571-凸台，358-第一漏水孔，359-钩挂环，36-滑动组件，361-固定板，362-滚轮，363-穿线孔，364-固定环，37-提拉绳索。

具体实施方式

为了方便描述，现针对解冻单元3定义坐标系如图2所示。

如图1所示，一种超高压太阳能快速解冻装置包括加热系统、加压系统和解冻单元3。

如图2所示，所述的解冻单元3包括一上、下两端开口的罐体31，所述罐体31的上端开口处设置有用于封闭所述罐体31的上法兰盘33，所述筒体的下端开口处设置有用于封闭所述罐体31的下法兰盘34，且所述的上法兰盘33和下法兰盘34分别通过螺栓与所述的罐体31固定连接。

由于在工作中罐体31内的压力很大，最高可达200mpa，根据压力计算公式f＝p*s可知，要减小上法兰盘33和下法兰盘34的受力，提高罐体31的承压效果，在罐体31内压强p一定的前提下，要减小面积s。因此上法兰盘33和下法兰盘34的面积要小，即罐体31的上端口和下端口的直径要小。但是，若所述的罐体31采用圆柱结构，则罐体31的整体直径要减小，这样势必会减小罐体31的容量，一次只能对少量的食品进行解冻操作，不利于工作效率的提高，也会增加解冻成本。

为此，如图1所示，所述的罐体31包括中间筒体311，所述中间筒体311的上、下两端分别设置有与所述的中间筒体311同轴布置的上端筒312和下端筒313，且所述上端筒312和下端筒313的直径小于所述中间筒体311的直径。所述的上端筒312和中间筒体311之间设置有用于连接所述上端筒312和中间筒体311的上连接部314，所述的下端筒313和中间筒体311之间设置有用于连接所述下端筒313和中间筒体311的下连接部315，且所述的上连接部314和下连接部315均呈圆滑过渡的弧形结构。所述上端筒312的外端(以上端筒312和下端筒313相对的一端为内端)设置有上法兰316，所述下端筒313的外端设置有下法兰317。所述的上法兰盘33通过螺栓与所述的上法兰316固定连接，且所述的上法兰316和上法兰盘33之间设置有密封件。所述的下法兰盘34通过螺栓与所述的下法兰317固定连接，且所述的下法兰317和下法兰盘34之间设置有密封件。

如图3所示，所述的罐体31内设置有换热管12，且所述换热管12的进口端和出口端分别穿过所述的罐体31、上法兰盘33或下法兰盘34延伸至所述罐体31的外部。如图1所示，位于所述罐体31外部的太阳能集热器11的进口端通过管路与所述换热管12的出口端相连，所述太阳能集热器11的出口端通过管路与所述换热管12的进口端相连。所述的太阳能集热器11和换热管12共同形成了一循环回路，且所述的循环回路上设置有循环泵15和用于控制循环回路通断的截止阀16。

所述的太阳能集热器11、换热管12、循环泵15和截止阀16共同形成了加热系统。

所述的罐体31上设置有温度表。

优选的，所述换热管12的位于罐体31内部的部分按照介质的流向可以分为进程部和回程部，如图16所示，所述的进程部呈螺旋状，所述的回程部呈直线状，且位于所述进程部的内部，即所述回程部的轴线与所述进程部的轴线重合。

进一步地，为了提高承压效果，所述的罐体31宜采用强度较高的钢材制作而成，而换热管12宜采用传热系数较高的铝材或铜材制作而成。由于铁与铝、铜的熔点不同，因此当换热管12穿过罐体31、上法兰盘33或下法兰盘34时，其连接处不能采用焊接的方式，只能通过螺纹连接，而在超高压下，螺纹连接容易出现渗水和连接强度不够的问题。

为此，如图3所示，所述的换热管12位于罐体31的中心区域，且所述换热管12的进口端和出口端均从所述罐体31的上端开口处或下端开口处穿出。优选的，所述换热管12的进口端和出口端均穿过所述的下法兰盘34延伸至所述罐体31的外部。如图4所示，所述的下法兰317和下法兰盘34之间设置有一连接板13，且所述连接板13的材质与所述换热管12的材质相同，用于连接下法兰317和下法兰盘34的螺栓穿过所述的连接板13，并将所述的下法兰盘34和连接板13一同压紧在所述的下法兰317上。相应的，所述的密封件设置于所述下法兰317和连接板13之间。所述的连接板13上分别设置有用于容纳所述换热管12进口端和出口端的通孔，且所述换热管12的进口端和出口端分别通过焊接的方式与所述的连接板13固定连接。

这样，既能保证连接的密封性，同时，由于连接板13外部有钢制材料制作而成的下法兰盘34，也不会对罐体31的承压能力造成影响。

如图1所示，所述的加压系统包括主油缸21、增压缸22和用于给主油缸21提供动力的液压站，所述增压缸22的活塞面积小于所述主油缸21的活塞面积，优选的，所述增压缸22的活塞面积与所述主油缸21的活塞面积之比为1:10。所述主油缸21的活塞杆与所述增压缸22的活塞杆固定连接，优选的，所述主油缸21的活塞杆与所述增压缸22的活塞杆同轴布置。所述增压缸22的进口和出口均位于无杆腔，所述增压缸22的有杆腔通过排气孔与大气相连通。所述增压缸22的进口通过第一管道221与水源相连，所述增压缸22的出口通过第二管道222与所述罐体31上的进口相连。所述的第一管道221和第二管道222上分别设置有单向阀23，且所述第一管道221上的单向阀23均允许水从水源进入到增压缸22内，所述第二管道222上的单向阀23均允许水从增压缸22进入到罐体31内。

当主油缸21的活塞杆缩回时，增压缸22的无杆腔从水源处吸水，当主油缸21的活塞杆伸出时，第一管道221上的单向阀23单向截止，第二管道222上的单向阀23处于打开状态，增压缸22内的水被压入解冻单元3的罐体31内。随着罐体31内不断打入水，罐体31内的压力逐渐升高。由于只有增压缸22内的压力大于罐体31内的压力时，第二管道222上的单向阀23才会被打开，因此，当增压缸22内的压力达到200mpa时，便说明罐体31内的压力也达到200mpa。由于所述增压缸22的活塞面积与所述主油缸21的活塞面积之比为1:10，当增压缸22内的压力达到200mpa时，主油缸21内的压力为20mpa，这样可以减少液压站的负荷。

在这里，所述的罐体31上没有设置排气口，考虑以下两方面原因，第一，罐体31的体积较大，若仅靠增压缸22向罐体31内打入水，会比较费时间，因此在使用时，需要先向罐体31内注满水，然后开启加压系统。第二，即使加满水后罐体31内仍存留有少部分气体，在增压的过程中罐体31内的气体会被压缩，当罐体31内的压力达到200mpa时，罐体31内的气体的体积仅为原有体积的1/2000，几乎可以忽略不计。

如图3和图8所示，所述罐体31的内侧壁上沿圆周方向均布设置有多条截面呈t型的第一滑道318，作为一种具体实施方式，本实施例中所述罐体31的内侧壁上设置有六条第一滑道318。所述罐体31的轴线位于所述第一滑道318的对称面内，且如图7所示，所述第一滑道318的上端延伸至罐体31的上端开口处，即所述第一滑道318的上端延伸至所述上连接部314的上边缘处。如图3所示，所述第一滑道318的下端封闭，且所述第一滑道318的下端仅延伸至所述中间筒体311的下边缘处。

如图3和图6所示，所述的第一滑道318内从上往下依次滑动设置有多个滑动组件36，且每一个滑动组件36上均设置有用于盛放食品的封装组件35。

如图12和图13所示，所述的封装组件35包括第一壳体351和第二壳体352，且所述的第一壳体351和第二壳体352通过扣合的方式形成了一个空腔，且所述空腔的体积大于待解冻食品的体积，优选的，所述空腔的体积为待解冻食品体积的2-3倍。所述的第一壳体351和第二壳体352上均设置有第一漏水孔358。所述的第一壳体351和第二壳体352内分别设置有第一薄膜353和第二薄膜354，且所述的第一薄膜353的开口端与所述第一壳体351的开口密封连接，所述第二薄膜354的开口端与所述第二壳体352的开口端密封连接。当所述第一壳体351和第二壳体352扣合时，所述的第一薄膜353和第二薄膜354共同形成了一个用于容纳食品的密封空间。所述的第一壳体351上设置有钩挂环359。

在这里，所述的封装组件可以制作成结构相同，大小不同的多种封装组件，在使用时，根据待解冻食品的体积大小，选择合适的封装组件即可。

作为一种具体实施方式，如图12和图13所示，所述第一壳体351的开口端设置有第一法兰3511，所述第一法兰3511的外侧面(以远离第一壳体351开口端的一侧为外侧)上设置有截面呈三角形的环形卡接凸起3512。所述第二壳体352的开口端设置有第二法兰3521，所述第二壳体352的外侧面与所述的第二法兰3521之间设置有多个筋板3522，多个所述的筋板3522沿圆周方向均布，且呈放射状布置。所述的筋板3522上设置有呈l型的扣板357，所述扣板357的一端与所述的筋板3522相铰接，所述扣板357的另一端的内侧面(呈锐角的一侧为内侧)上设置有与所述的卡接凸起3512相配合的截面呈三角形的凸台3571。如图11所示，所述第一法兰3511和第二法兰3521的内侧面上分别设置有分别设置有用于环形凹槽，所述第一法兰3511的环形凹槽内设置有第一密封圈355，且所述第一薄膜353的开口端被压紧在第一法兰3511的环形凹槽内。所述第二法兰3521的环形凹槽内设置有第二密封圈356，且所述第二薄膜354的开口端被压紧在第二法兰3521的环形凹槽内。当第一壳体351和第二壳体352扣合时，所述的第一密封圈355和第二密封圈356相互压紧。这样不仅能够保证第一薄膜353和第二薄膜354所形成的空间的密封性，还方便了第一薄膜353和第二薄膜354的更换。

如图14和图15所示，所述的滑动组件36包括一固定板361，所述固定板361的一端的两侧分别设置有滚轮362，且所述滚轮362通过中心轴与所述的固定板361转动连接。如图9所示，所述的滚轮362可在所述第一滑道318的宽度较宽的部分内滚动。所述固定板361的另一端设置有固定环364，安装时，所述第一壳体351的钩挂环359钩挂在所述固定板361的固定环364上。如图6所示，所述的固定板361上设置有沿上下方向贯穿所述固定板361的穿线孔363。

如图19所示，每一条第一滑道318内均设置有提拉绳索37，且所述的提拉绳索37依次穿过各个滑动组件36的固定板361上的穿线孔363，所述提拉绳索37的下端设置有用于防止滑动组件36从提拉绳索37上滑脱的止挡结构。作为一种具体实施方式，本实施例中所述提拉绳索37的下端通过打结的方式防止滑动组件36从提拉绳索37上滑脱的止挡结构。

工作时，首先将待解冻的食品防止在封装组件35内，并扣合封装组件35，使食品处于第一薄膜353和第二薄膜354所形成的密封空间内。然后将封装组件35钩挂在滑动组件36上，并将提拉绳索37穿入滑动组件36的穿线孔363内。然后将滑动组件36从罐体31的上端开口处放到第一滑道318内，并沿第一滑道318滑下。重复上述操作，直至第一滑道318内全部装满，然后在提拉绳索37的上端打结。重复上述操作，直至罐体31内所有的第一滑道318全部被装满。然后向罐体31内加水，待水住满后，安装固定上法兰盘33。然后开启加热系统，直至温度达到15-20℃。然后开启加压系统，对罐体31进行加压，且在此过程中通过控制加热系统的开启和关闭，使罐体31内的水温维持在15-20℃。随着对罐体31内的水进行加压，当压力达到200mpa时，封装组件35中第一薄膜353和第二薄膜354所形成的密封空间内的气体的体积仅为原有体积的1/2000，几乎可以忽略不计，即此时第一薄膜353和第二薄膜354基本上会完全贴合在食品上，类似于真空包装的状态。这样，就可以保证水与食品的表面是完全接触的，保证受热的均匀性，避免局部受热不均。

进一步地，为了提高罐体31的容量，如图3和图8所示，所述的罐体31内位于所述换热管12的外部套设有内筒32，如图17和图18所示，所述内筒32的外侧壁上沿圆周方向均布设置有与所述的第一滑道318相对应的截面呈t型的第二滑道321，所述第二滑道321的下端封闭，且所述第二滑道321的下端与所述第一滑道318的下端平齐。

如图8所示，所述的第一滑道318和与之相对应的第二滑道321之间从上到下依次设置有多组封装部件，每一组封装部件包括若干个封装组件35，且所述的封装组件35依次收尾相连，位于最外端的两个封装组件35分别通过滑动组件36与所述的第一滑道318和第二滑道321滑动连接。作为一种具体实施方式，如图12和图13所示，本实施例中所述的第二壳体352上设置有钩挂环359，如图10所示，相邻的两个封装组件35通过钩挂环359相互连接。位于第一滑道318和第二滑道321内的滑动组件36分别通过提拉绳索37串联。

进一步地，为了提高加热的均匀性，如图17所示，所述内筒32的侧壁上沿圆周方向均布设置有多列第二漏水孔322，且多列第二漏水孔322与所述的第二滑道321间隔布置。

进一步地，为了避免在工作时内筒32与换热管12之间发生碰撞，如图4、图5和图7所示，所述的连接板13上设置有用于限制所述内筒32径向移动的下限位筒14，所述的上法兰盘33上设置有用于限制所述内筒32径向移动的上限位筒331。如图3所示，当所述内筒32的下端抵靠在所述的连接板13上时，所述内筒32的上端面与所述罐体31的上端开口处之间的距离m小于所述封装组件35的最大尺寸。

进一步地，为了充分利用空间，如图8所示，所述罐体31的内侧壁上设置有截面呈t型的第三滑道319，且所述第三滑道319的结构与所述第一滑道318的结构相同，即所述罐体31的轴线位于所述第三滑道319的对称面内，所述第一滑道318的上端延伸至所述罐体31的上端开口处，所述第三滑道319的下端延伸至中间筒体311的下边缘处，且下端封闭。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的第一滑道318和第二滑道321间隔布置。所述的第三滑道319内设置有滑动组件36，所述的滑动组件36上设置有封装组件35，且位于同一条第三滑道319内的滑动组件36通过提拉绳索37串联，具体结构与前述第一滑道318中的滑动组件36相同，在此不再赘述。

一种超高压太阳能快速解冻方法，包括以下步骤：

第一，将带解冻的食品放置到密封囊膜中。

第二，将盛放有带解冻食品的囊膜放入容器内。

第三，向容器内注入液态的导热介质，作为一种具体实施方式，本实施例中所述的液态导热介质为水。

第四，对容器内的液态导热介质进行加热，直至加热到预设温度。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的预设温度为15-20℃。

第五，保持容器内液态导热介质的温度不变，同时对容器内的液态导热介质进行加压，待达到指定压力后进行保压。作为一种具体实施方式，本实施例中对容器内的液态导热介质进行加压时的指定压力为200mpa。

优选的，所述的第四步和第五步可同时进行。