一种速冻解冻盘及冰箱的制作方法

本发明涉及冰箱技术领域，尤其涉及的是一种具有蓄冷、快速导热功能速冻解冻盘及冰箱。

背景技术：

冷冻食品的快速冷冻、解冻可以最大限度的保持食品的新鲜程度，也一直是冰箱行业关注的一个重要技术，行业采用多种方式来实现，其中就有采用热管料理盘的方式来实现食品的快速冷冻、解冻，食品的热量（冷量）通过导热管迅速散热到周围，达到快速冷冻（解冻）的目的。

但是因为料理盘材料本身蓄积的冷量（或热量）过少，因此存在速冻或解冻过程中，开始效果好，但持续性差的问题，解冻一会后进程缓慢，效率差的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种速冻解冻盘及冰箱，提供了一种具有蓄冷、快速导热功能速冻解冻盘及冰箱，本发明通过在热管周围增加蓄热（蓄冷）材料结构，利用材料的相变吸收或释放热量，为食品冷冻(解冻)提供持续不断的冷量（热量），缩短冷冻(解冻)所需时间，提高了速冻解冻效率。

本发明的技术方案如下：

一种速冻解冻盘，其特征在于，包括：

外壳；

安装在外壳内的用于导热的热管；

缠绕设置在所述热管上的丝管金属网；

填充在所述外壳内对应所述热管和丝管金属网四周的蓄冷剂；

以及设置所述外壳上方用于导热或导冷的石墨烯纳米复合材料层。

所述的速冻解冻盘，其中，所述外壳设置有凹形容纳腔，所述热管和丝管金属网安装在所述外壳的凹形容纳腔上。

所述的速冻解冻盘，其中，所述热管密封在外壳内部且密封空间里面充满制冷剂材料；所述热管和外壳之间的空间内填充满蓄冷剂材料。

所述的速冻解冻盘，其中，所述速冻解冻盘上表面涂覆有石墨烯纳米复合材料层，所述石墨烯纳米复合材料层包括铜纳米线/石墨烯纳米复合材料层或银颗粒/石墨烯纳米复合材料层。

所述的速冻解冻盘，其中，所述热管表面缠绕连接有丝管金属网，丝管金属网为实心结构或为空心结构与热管连通，里面充满制冷剂。

所述的速冻解冻盘，其中，所述外壳采用铝合金材料外壳；当需解冻物品放在速冻解冻盘解冻时，石墨烯纳米复合材料层将需解冻物品的冷量通过外壳传输给热管，再通过丝管金属网将冷量传输给蓄冷剂，蓄冷剂相变从需解冻物品上吸收冷量，使需解冻物品解冻。

所述的速冻解冻盘，其中，所述石墨烯纳米复合材料层采用石墨烯纳米复合材料制成，所述石墨烯纳米复合材料的制备包括：铜纳米线的制备以及三维铜纳米线/石墨烯纳米复合材料的制备。

所述的速冻解冻盘，其中，所述铜纳米线根据液相还原法制备，所述铜纳米线制备步骤包括：

步骤1)、将384gnaoh溶于640ml去离子水中，加入的过程中进行磁力搅拌；

步骤2)、将0.387gcu(no3)2•3h2o溶于32ml去离子水中，磁力搅拌5min；

步骤3)、将步骤2)配制的溶液用滴管，加入到步骤1)溶液中，搅拌5min；

步骤4)、将165μl水合肼、2.4ml乙二胺加入到3)溶液中，磁力搅拌5min；其中水合肼是还原剂，乙二胺是一种保护剂，控制铜成核速率；

步骤5)、将上述溶液放入水浴锅中，60℃水浴,反应4h，反应结束后，铜纳米线呈红色絮状，飘在液体的上方；

步骤6)、将表面漂浮的铜纳米线转移至离心管中，用乙醇和去离子水交替离心洗涤，重复该过程4-6次；将洗涤过的铜纳米线分散在去离子水备用。

所述的速冻解冻盘，其中，所述三维铜纳米线/石墨烯纳米复合材料层的制备方法包括：

步骤11)、配制铜纳米线分散液；将上述步骤中制备的铜纳米线分散在去离子水中，浓度为10-100mg/ml；将分散液在频率10khz下，进行超声处理10-120min，得到铜纳米线分散液；

步骤12)、铜纳米线分散液与石墨烯浆料混合；将铜纳米线分散液和石墨烯浆料(1.75wt%)混合，在频率为5khz-10khz下，水浴超声10-50min，得到铜纳米线/石墨烯混合分散液，配制三种浓度的混合分散液，铜纳米线质量占铜纳米线和石墨烯总质量的百分比分别是20%、40%和60%，含量都是指质量分数；

步骤13)、冷冻干燥；将混合分散液倒入冷冻干燥模具中，进行速冻和冷冻干燥，冷冻干燥具体条件是：-10℃-0℃,匀速升温10-20h;0℃保温10-30h;0℃-30℃,匀速升温10-25h；30℃保温10-25h；得到的铜纳米线/石墨烯复合海绵；

步骤14)、热压烧结；将步骤13)得到的铜纳米线/石墨烯复合海绵放入石墨模具中，然后将模具放入热压烧结炉中在真空条件下热压烧结，烧结过程以8-15℃/min的升温速率升温，350-5000℃保温1.5-4h，1000℃加压30mpa，升温至1100℃保温2h，一直保压直到自然降温至300℃卸压。即得到铜纳米线质量分数分别为20%、40%和60%的铜纳米线/石墨烯纳米复合材料散热片。

一种冰箱，其中，包括任一项所述的速冻解冻盘。

本发明所提供的速冻解冻盘及冰箱，提供了一种具有蓄冷、快速导热功能速冻解冻盘及冰箱，通过热管加蓄冷剂联合的方式，将原来食品（如肉类）的冷冻、解冻过程由食品与周围空气的换热，转变为食品通过速冻（解冻）盘的热管与蓄冷材料及周围空气的联合换热，大大提高换热率；增加食品冷冻、解冻时间，在提高食品新鲜度的同时还能满足消费者快速冷冻（解冻）的需求。本发明通过在热管周围增加蓄热（蓄冷）材料结构，利用材料的相变吸收或释放热量，为食品冷冻(解冻)提供持续不断的冷量（热量），缩短冷冻(解冻)所需时间，提高速冻解冻效率。

附图说明

图1是本发明一种速冻解冻盘较佳实施例的横截面结构示意图。

图2是本发明一种速冻解冻盘较佳实施例的立体结构示意图。

图3是本发明实施例的石墨烯纳米复合材料制备方法流程图。

图4本发明实施例的石墨烯和铜纳米线混合分散液冷冻干燥过程示意图。

图5本发明实施例的石墨烯纳米复合材料热压烧结工艺曲线示意图。

具体实施方式

本发明提供一种速冻解冻盘及冰箱，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种速冻解冻盘,为一种具有蓄冷、快速导热功能速冻解冻盘，如图1和图2所示，本实施例提供的速冻解冻盘包括：外壳1、石墨烯纳米复合材料层2、热管3、蓄冷剂4、丝管金属网5。所述外壳5设置有凹形容纳腔，用于导热的所述热管3安装在所述外壳5的凹形容纳腔、在所述热管3上缠绕设置有丝管金属网5，并在所述热管3和丝管金属网5四周填充有蓄冷剂4；在所述外壳1上方设置有用于导热或导冷的石墨烯纳米复合材料层2。

本发明实施例的速冻解冻盘所述外壳1采用铝合金材料外壳，具有传热效率高，以及高比强度和比模量的优点。

本发明实施例的速冻解冻盘所述外壳1内部含有热管，热管封闭在外壳1内部且封闭空间里面充满制冷剂材料，即所述热管密封在外壳内部且密封空间里面充满制冷剂材料，以增加、速冻（解冻）盘的传热效率。

本发明实施例的速冻解冻盘，所述热管3和外壳1之间的空间内填充满蓄冷剂（材料），以增加速冻（解冻）盘的蓄热量，提升速冻（解冻）盘的持久性。

本发明实施例的速冻解冻盘，为增加传热效率，在速冻解冻盘上表面涂覆有石墨烯纳米复合材料层(如铜纳米线/石墨烯纳米复合材料或者银颗粒/石墨烯纳米复合材料)。

本发明实施例的速冻解冻盘，为提高其余蓄冷材料热交换速率，热管表面缠绕连接有丝管金属网，丝管金属网可以是空心结构，与热管连通，里面充满制冷剂；也可为实心结构，通过热传导较高热管与蓄冷剂的热交换速度。

本发明实施例的速冻解冻盘，所述蓄冷剂可以为液态或者固态蓄冷剂，也可以是混合状态的蓄冷剂，相变温度根据需要做适当的调整。

速冻（解冻）盘平时可放在环温下作为解冻盘用，也可放在冰箱内作为速冻盘用。

这里以解冻盘为例阐述工作过程：当冰箱内冷冻食品需要迅速解冻时，可取出放置在解冻盘上面，石墨烯纳米复合材料层迅速将食品的冷量通过外壳1传输给热管3，再通过丝管金属网迅速将冷量传输给蓄冷剂4，蓄冷剂相变会源源不断从冷冻食品上吸收大量的冷量，使冷冻食品快速解冻。

本发明实施例的速冻解冻盘，在速冻的工作过程是：当环温的食品需要速冻时，可放置在冰箱内的解冻盘上面，石墨烯纳米复合材料层迅速将食品的热量通过外壳1传输给热管3，再通过丝管金属网迅速将热量传输给蓄冷剂4，蓄冷剂相变会源源不断从冷冻食品上吸收大量的热量，使冷冻食品快速冷冻。

其中本发明实施例的石墨烯纳米复合材料层2采用铜纳米线/石墨烯纳米复合材料制成，其中，铜纳米线/石墨烯纳米复合材料的制备如图3所示。

本发明实施例以铜纳米线/石墨烯纳米复合材料为例，阐述制作方法：

本发明实施例中，铜纳米线的制备如下：

本发明实施例所用的铜纳米线根据液相还原法制备，其具体的制备步骤如下：

步骤1)将384gnaoh（氢氧化钠）溶于640ml去离子水中，缓慢加入且加入的过程中一直进行磁力搅拌。

步骤2)将0.387gcu(no3)2•3h2o溶于32ml去离子水中，磁力搅拌5min。

步骤3)将步骤2)配制的溶液用滴管缓慢加入到步骤1)溶液中，搅拌5min。

步骤4)将165μl水合肼、2.4ml乙二胺加入到3)溶液中，磁力搅拌5min。其中水合肼是还原剂，乙二胺是一种保护剂，控制铜成核速率，防止成核太快而无法生长成纳米线。

步骤5)将上述溶液放入水浴锅中，60℃水浴,反应4h，反应结束后，铜纳米线呈红色絮状，飘在液体的上方。

步骤6)将表面漂浮的铜纳米线转移至离心管中，用乙醇和去离子水交替离心洗涤，重复该过程4-6次。将洗涤过的铜纳米线分散在去离子水备用。

参考如图4和图5所示，图4本发明实施例的石墨烯和铜纳米线混合分散液冷冻干燥过程；图5本发明实施例的石墨烯纳米复合材料层热压烧结工艺曲线。

所述三维铜纳米线/石墨烯纳米复合材料层的制备方法包括：

步骤11)、配制铜纳米线分散液；将上述步骤中制备的铜纳米线分散在去离子水中，浓度为10-100mg/ml；将分散液在频率10khz下，进行超声处理10-120min，得到铜纳米线分散液；

步骤12)、铜纳米线分散液与石墨烯浆料混合；将铜纳米线分散液和石墨烯浆料(1.75wt%)混合，在频率为5khz-10khz下，水浴超声10-50min，得到铜纳米线/石墨烯混合分散液，配制三种浓度的混合分散液，铜纳米线质量占铜纳米线和石墨烯总质量的百分比分别是20%、40%和60%，含量都是指质量分数；

步骤13)、冷冻干燥；将混合分散液倒入冷冻干燥模具中，进行速冻和冷冻干燥，冷冻干燥具体条件是：-10℃-0℃,匀速升温10-20h;0℃保温10-30h;0℃-30℃,匀速升温10-25h；30℃保温10-25h；得到的铜纳米线/石墨烯复合海绵；

步骤14)、热压烧结；将步骤13)得到的铜纳米线/石墨烯复合海绵放入石墨模具中，然后将模具放入热压烧结炉中在真空条件下热压烧结，烧结过程以8-15℃/min的升温速率升温，350-5000℃保温1.5-4h，1000℃加压30mpa，升温至1100℃保温2h，一直保压直到自然降温至300℃卸压。即得到铜纳米线质量分数分别为20%、40%和60%的铜纳米线/石墨烯纳米复合材料散热片。

具体地实施例中，本发明实施例的三维铜纳米线/石墨烯纳米复合材料层的制备方法包括：

步骤111)、配制铜纳米线分散液。将上面步骤中制备的铜纳米线分散在去离子水中，浓度为50mg/ml。将分散液在频率10khz下，进行超声处理60min，得到铜纳米线分散液。

步骤112)、铜纳米线分散液与石墨烯浆料混合。将铜纳米线分散液和石墨烯浆料(1.75wt%)混合，在频率为10khz下，水浴超声30min，得到铜纳米线/石墨烯混合分散液，配制三种浓度的混合分散液，铜纳米线质量占铜纳米线和石墨烯总质量的百分比分别是20%、40%和60%(以下无特殊说明，含量都是指质量分数)。

步骤113)、冷冻干燥。将混合分散液倒入冷冻干燥模具中，按图4中介绍的冷冻干燥工艺进行速冻和冷冻干燥，冷冻干燥具体条件是：-10℃~0℃,匀速升温15h;0℃保温20h;0℃~30℃,匀速升温15h；30℃保温20h；得到的铜纳米线/石墨烯复合海绵。

步骤114)、热压烧结。将步骤13)得到的铜纳米线/石墨烯复合海绵放入石墨模具中，然后将模具放入热压烧结炉中在真空条件下热压烧结，具体的热压烧结工艺见图5,烧结过程以10℃/min的升温速率升温，450℃保温2h，1000℃加压30mpa，升温至1100℃保温2h，一直保压直到自然降温至300℃卸压。即得到铜纳米线质量分数分别为20%、40%和60%的铜纳米线/石墨烯纳米复合材料散热片。用于在本发明实施例的速冻解冻盘的所述外壳1上方设置多个铜纳米线/石墨烯纳米复合材料散热片形成用于导热或导冷的石墨烯纳米复合材料层2。

基于上述实施例，本发明实施例还提供了一种冰箱，本实施例的冰箱包括上述图1和图2实施例所述的速冻解冻盘，具体如上所述。

综上所述，本发明所提供的速冻解冻盘及冰箱，提供了一种具有蓄冷、快速导热功能速冻解冻盘及冰箱，通过热管加蓄冷剂联合的方式，将原来食品（如肉类）的冷冻、解冻过程由食品与周围空气的换热，转变为食品通过速冻（解冻）盘的热管与蓄冷材料及周围空气的联合换热，大大提高换热率；增加食品冷冻、解冻时间，在提高食品新鲜度的同时还能满足消费者快速冷冻（解冻）的需求。本发明通过在热管周围增加蓄热（蓄冷）材料结构，利用材料的相变吸收或释放热量，为食品冷冻(解冻)提供持续不断的冷量（热量），缩短冷冻(解冻)所需时间，提高速冻解冻效率。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。