一种超冰温冰箱的制作方法

本实用新型涉及超冰温贮藏技术，具体涉及一种超冰温冰箱。

背景技术：

超冰温贮藏技术是近几年出现的一种保存时间较长、能维持生鲜产品高品质的冰温技术，是通过调节冷却速度等特殊技法将生鲜产品温度维持在低于冰点的过冷状态而不结冰，保持了生鲜产品特有的风味，相比冰温保存，其贮藏期可延长1倍以上。

在超冰温贮藏过程中要求贮藏温度在生鲜产品的冰点和破坏点之间，该温度区域称为超冰温领域。不同的生鲜产品的超冰温领域温度不同，一般蔬果超冰温领域温度区域较低，禽肉的超冰温领域温度区域较高，常规果蔬禽肉等的超冰温领域大致在-15℃～0℃之间的某一温度区域内，温度控制精度要求极高。传统冰箱一般仅有0℃以上的冷藏保鲜区和-18℃以下的冷冻区，通常采用蒸发器内制冷剂蒸发带走环境热量，温度控制精度差，温度波动大，无法满足超冰温贮藏要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种超冰温冰箱，可以实现生鲜产品的超冰温贮藏。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种超冰温冰箱，包括一个由保温外壁和保温门围成的超冰温区，在超冰温区内设有冷却外腔、相变材料腔、冷却内腔和浓度调节装置，冷却内腔、相变材料腔、冷却外腔从内向外依次套设在超冰温区靠近保温门的一侧，冷却内腔贴合保温门的一侧开口，用于放置需要进行超冰温贮藏的生鲜产品，相变材料腔内设有通过调节溶质浓度实现相变点调节的相变材料，冷却外腔与冰箱的冷制系统相连，用于制冷或制热相变材料腔，浓度调节装置与相变材料腔相连，用于调节相变材料的溶质浓度。

作为本实用新型的一种改进，还包括冷藏区和冷冻区，冷藏区温度范围为0～8℃，超冰温区温度范围为-15～-0.5℃，冷冻区温度低于-18℃。

作为本实用新型的一种改进，所述的冷却外腔设有进风口和出风口，进风口设有供冷/供热盘管和风机，供冷/供热盘管与冰箱的冷制系统相连，冷却外腔内设有与相变材料腔外壁面强化换热的肋。

作为本实用新型的一种改进，所述的冷却外腔内设有与相变材料腔外壁面相接触的供冷/供热盘管，供冷/供热盘管与冰箱的冷制系统相连。

作为本实用新型的一种改进，所述的浓度调节装置包括高压泵、半透膜和溶液罐，半透膜设置在溶液罐中，将溶液罐分隔成高浓度溶液区和低浓度溶液区，相变材料腔、高压泵、高浓度溶液区、低浓度溶液区依次连接形成一闭合回路，相变材料腔、高压泵、高浓度溶液区依次连接形成另一闭合回路。

作为本实用新型的一种改进，所述的浓度调节装置还包括固体颗粒物浓度检测装置，相变材料腔、高压泵、固体颗粒物浓度检测装置依次连接形成闭合回路。

作为本实用新型的一种改进，所述的浓度调节装置还包括设置在相变材料腔内的液位传感器。

作为本实用新型的一种改进，所述的相变材料腔内侧壁面设置有平行肋片，底部设置有若干支撑肋片，平行肋片和支撑肋片均采用高导热材料制成。

作为本实用新型的一种改进，所述的保温门和保温外壁均采用低导热系数的保温材料制成，当采用同一种材料时，保温门的厚度大于保温外壁。

作为本实用新型的一种改进，所述的保温门上设有温度监控显示屏，用于实时监测和调节超冰温区内的温度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、增加超冰温区，丰富了冰箱的温度控制范围；

2、利用低温相变材料吸热相变而不改变本身温度的特点，来维持冷却内腔的温度恒定，温度波动小，控制精度高，易于实现对生鲜产品的超冰温贮藏。

3、利用半透膜能透过溶剂不能透过溶质的特点，采用反渗透的原理实现对相变材料的溶质浓度的控制，从而精确控制冷却内腔的温度。

附图说明

图1为本实用新型一种超冰温冰箱的结构示意图；

图2为本实用新型一种超冰温冰箱超冰温区冷却外腔内为空气的结构示意图一；

图3为本实用新型一种超冰温冰箱超冰温区相变材料腔内部肋片的结构示意图；

图4为本实用新型一种超冰温冰箱超冰温区冷却外腔内为供冷/供热盘管的结构示意图；

图5为本实用新型一种超冰温冰箱超冰温区冷却外腔为供冷/供热盘管的布置示意图；

图6为本实用新型一种超冰温冰箱超冰温区冷却外腔内为空气的结构示意图二；

附图标记说明：1-冷藏区；2-超冰温区；3-冷冻区；201-保温外壁；202-冷却外腔；203-相变材料腔；204-冷却内腔；205-浓度调节装置；206-进风口；207-出风口；208-保温门；209-温度监控显示器；210-半透膜；211-低浓度溶液区；212-高浓度溶液区；213-高压泵；214-平行肋片；215-支撑肋片；216-固体颗粒物浓度检测装置；217-肋；218-供热/供冷盘管；219-液位传感器；m-流量计；v1～v6-阀门。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种超冰温冰箱，包括冷藏区1、超冰温区2和冷冻区3。超冰温区2设置于冷藏区1和冷冻区3之间。冷藏区1的温度范围为0～8℃，超冰温区2的温度范围为-15～-0.5℃，冷冻区3的温度低于-18℃。

如图2所示，超冰温区是由保温外壁201和保温门208围合而成的一个矩形腔室，其内设有冷却外腔202、相变材料腔203、冷却内腔204和浓度调节装置205。保温门208和保温外壁201均采用低导热系数的保温材料，如聚氨酯发泡塑料、气凝胶保温材料或真空绝热板等，采用同一种材料时，保温门208的保温材料厚度大于保温外壁201的保温材料厚度。冷却内腔204、相变材料腔203、冷却外腔202从内向外依次套设在超冰温区靠近保温门208的一侧，浓度调节装置205位于超冰温区的另一侧。冷却内腔204为一侧开口的矩形腔室，并通过保温门208实现其开合。相变材料腔203包裹在冷却内腔204除开口侧的其他侧面，冷却外腔202则包裹在相变材料腔203外侧。

本实施例中，冷却外腔202为空气腔，上侧设有进风口206，相对的侧设有出风口207，内部设有与相变材料腔203外壁面强化换热的肋217，在进风口206底部设置有供冷/供热盘管和风机(图中未示出)，供冷/供热盘管与冰箱的制冷系统相连，提供冷量制冷或提供热量加热进入冷却外腔202的空气，风机为空气循环提供动力。冷却或加热后的空气通过进风口206进入冷却外腔202内，为相变材料腔203外围创造低温环境或高温环境。

相变材料腔203内设置有可通过调节溶质浓度实现相变点调节的相变材料，如盐溶液、乙二醇溶液等。为了防止盐溶液结冰后冰浆上浮导致的上下冰浆浓度不均引起的垂直温差，如图3所示，在相变材料腔内203内侧壁面间隔设置有多个平行肋片214，为了增加相变材料腔203的支撑强度，在底部设置有若干竖直的支撑肋片215，相变材料腔203的主体和肋片(平行肋片214及支撑肋片215)材料均为导热性能好的金属材料，如铜、铝或对应合金等，其中，肋片还可以采用高导热塑料。

冷却内腔204用于放置需要进行超冰温贮存的生鲜产品，内部设置有温度传感器(图中未示出)。

保温门208上设置有温度监控显示屏209，用于显示监测所得的冷却内腔204内的温度，同时具有温度设定功能，根据用户所需贮藏的不同种类生鲜产品的超冰温领域的不同，可由用户设定不同的冷却内腔温度。具体实现方式为现有技术，在此不再赘述。

浓度调节装置205包括高压泵213、半透膜210、溶液罐、固体颗粒物浓度检测装置216、阀门v1-v6以及相应的连接管道。当冰箱制冷系统仅具备制冷功能时，可在高压泵213吸入口管段设置电加热装置。半透膜210设置在溶液罐中，将溶液罐分隔成高浓度溶液区212和低浓度溶液区211。相变材料腔203出口通过阀门v6与高压泵213入口相连，高压泵213出口分为两路，一路通过阀门v5与高浓度溶液区212入口相连，另一路依次经阀门v3、固体颗粒物浓度检测装置216、阀门v1与相变材料腔203入口相连。低浓度溶液区211出口依次通过流量计m和阀门v2后连接在固体颗粒物浓度检测装置216与阀门v1之间的管道上。高浓度溶液区212出口通过阀门v4连接在高压泵213与阀门v3之间的管道上。阀门v3和固体颗粒物浓度检测装置216并联在溶液罐两端，构成旁通管，阀门v3用于控制旁通管的通断，固体颗粒物浓度检测装置216通过周期性开启高压泵213循环旁通，检测相变材料腔203内的固体颗粒物浓度(即冰浆的浓度)，以控制冷却外腔202内的冷量供应的启停，使得固体颗粒物浓度始终维持在一定范围内，若相变材料为盐溶液，则冰浆浓度可以设置为30％，由此相变材料腔203内的温度始终保持稳定不变。

为了更好的了解本实用新型超冰温冰箱的运行，现以盐溶液为例，详细说明其温度调节步骤：

(1)相变材料腔203内盐溶液的初始浓度为23％，此时盐溶液的冰点为-15℃；

(2)当用户设定的超冰温区温度升高时，需降低盐溶液浓度。开启制热运行，为冷却外腔202提供高温环境，将相变材料腔203内的低温冰浆全部融化为盐溶液，然后，开启阀门v1、v2、v5和v6，阀门v3和v4关闭，开启高压泵213，根据盐溶液浓度控制高压泵213开启时间，盐溶液浓度可以由以下算法算出：半透膜210脱盐率可达到98％以上，则设初始浓度为m，盐溶液总质量为g，经过半透膜210的质量为g1，终止脱盐后浓度为n，则n＝(m·g-0.98m·g1)/g≈m·(g-g1)/g。盐溶液浓度与冰点可根据氯化钠溶液结晶温度公式：t＝-36.97n²-57.28n+0.1037计算，对应的用户设定温度t有一对应浓度n。达到指定浓度后，关闭阀门v2和v5，开启阀门v3和v4，利用高压泵213充分循环均调盐溶液，一定时间后关闭高压泵213和所有阀门，开启制冷运行，当冷却内腔204温度达到指定要求后可放入需进行超冰温贮藏的生鲜产品，此后周期性开启阀门v1、v3和v6，开启高压泵213进行旁通循环，监测冰浆浓度，根据冰浆浓度的变化控制冷却外腔202制冷循环的启停。

(3)当用户设定的超冰温区温度降低时，需提高盐溶液浓度。先开启制热运行，将相变材料腔203内低温冰浆全部融化成盐溶液，然后开启阀门v1、v3、v4、v5和v6，阀门v2关闭，开启高压泵213，充分循环所有盐溶液，使之回到步骤(1)的初始浓度，之后依据步骤2进行循环，当冷却内腔204温度达到指定要求后可放入需进行超冰温贮藏的生鲜产品，此后周期性开启阀门v1、v3和v6，关闭阀门v2、v4和v5，开启高压泵213进行旁通循环，监测冰浆浓度，根据冰浆浓度的变化控制冷却外腔204制冷循环的启停。

实施例2

如图4所示，一种超冰温冰箱，与实施例1不同的是，本实施例的冷却外腔204内设置有如图5所示的供冷/供热盘管218，供冷/供热盘管218与相变材料腔203外壁面(包括侧壁、顶部和底部)相接触。供冷/供热盘管218与冰箱的制冷系统相连，通过热交换为相变材料腔203创造低温环境或高温环境。

实施例3

如图6所示，一种超冰温冰箱，与实施例1不同的是，本实施例去掉了固体颗粒物浓度检测装置216，在相变材料腔203内没有肋片的两侧分别设置一个液位传感器219，用于检测固液混合物的高度，由于液体相变后体积会发生变化，通过整个固液混合物的总体高度变化计算出固液混合物的固体颗粒物含量。当混合物高度达到上限位时，说明固体颗粒物含量够了，关闭制冷，当混合物高度低于下限位时，开启制冷。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。