CN109579403A - 冷藏冷冻设备 - Google Patents

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刘浩泉
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辛若武
王丽燕
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Abstract

本发明提供了一种冷藏冷冻设备。其中该冷藏冷冻设备包括：箱体，其内部限定有储物空间，储物空间内设置有储物容器，且储物容器内部限定有保鲜空间；门体，设置于箱体的前表面，以供封闭储物空间；以及气调膜组件，安装于储物容器且其周围空间与保鲜空间连通，气调膜组件包括质子交换膜和制氢装置，并配置成使制氢装置产生的氢气通向质子交换膜，分解为氢离子和电子后与保鲜空间内的氧气发生反应，以降低保鲜空间内的氧气浓度，其中制氢装置通过电解氢氧化钾溶液产生氢气。本发明的冷藏冷冻设备，能够有效降低除氧过程的整体能耗，可以迅速降低保鲜空间内的氧气浓度，极大地提高了除氧效率。

Description

冷藏冷冻设备
技术领域
本发明涉及物品存储领域，特别是涉及一种冷藏冷冻设备。
背景技术
随着社会发展和人们生活水平日益提高，以及人们的生活节奏越来越快，人们经常会购买大量的物品放置在各类冷藏冷冻设备中，但是对于叶类蔬菜以及瓜果类食品，冷藏冷冻设备的储物空间内的低温不仅会使这些食物的表皮出现起皱和斑痕的现象，还会影响它们原有的味道和营养。
在冷藏冷冻设备的保鲜技术中，氧与冷藏冷冻设备中食品的氧化作用、呼吸作用都密切相关。食品的呼吸越慢，食品的氧化作用越低，保鲜时间也就越长。降低空气中的氧气含量，对食品保鲜具有明显的作用。气调保鲜技术一般性地是指通过调节储存物所处封闭空间的气体氛围(气体成分比例或气体压力)的方式来来延长食品贮藏寿命的技术，其基本原理为：在一定的封闭空间内，通过各种调节方式得到不同于正常空气成分的气体氛围，以抑制导致储存物(通常为食材)腐败变质的生理生化过程及微生物的活动。特别地，在本申请中，所讨论的气调保鲜将专门针对于对气体成分比例进行调节的气调保鲜技术。
本领域技术人员均知晓，正常空气成分包括(按体积百分比计，下文同)：约78％的氮气，约21％的氧气，约0.939％的稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)、0.031％的二氧化碳，以及0.03％的其他气体和杂质(例如，臭氧、一氧化氮、二氧化氮、水蒸气等)。在气调保鲜领域，通常采用向封闭空间充入富氮气体来降低氧气含量的方式来获得富氮贫氧的保鲜气体氛围。这里，本领域技术人员均知晓，富氮气体是指氮气含量超过上述正常空气中氮气含量的气体，例如其中的氮气含量可为95％～99％，甚至更高；而富氮贫氧的保鲜气体氛围是指氮气含量超过上述正常空气中氮气含量、氧气含量低于上述正常空气中氧气含量的气体氛围。
目前传统上一般采用变压吸附制氮、富氧膜除氧的方法进行气调保鲜。变压吸附方案通过吸收空气，利用吸附床分离氧气、氮气，将氮气冲入密闭容器进行保鲜。富氧膜方案通过真空泵和富氧膜，将密闭容器内的氧气吸出，达到除氧保鲜的目的。但是这些传统的气调保鲜方案除氧速度过慢，一般地，30升容器内的氧气浓度降到15％需要至少20分钟以上。此外，上述传统的气调保鲜方案，由于伴随着电能转化为动能或者化学能的过程，除氧过程中往往电能消耗大、能量损失多。
发明内容
本发明的一个目的是提供能耗低且除氧效率高的冷藏冷冻设备。
本发明一个进一步的目的是要提高冷藏冷冻设备内各类物品的存储效果。
特别地，本发明提供了一种冷藏冷冻设备，该冷藏冷冻设备包括：箱体，其内部限定有储物空间，储物空间内设置有储物容器，且储物容器内部限定有保鲜空间；门体，设置于箱体的前表面，以供封闭储物空间；以及气调膜组件，安装于储物容器且其周围空间与保鲜空间连通，气调膜组件包括质子交换膜和制氢装置，并配置成使制氢装置产生的氢气通向质子交换膜，分解为氢离子和电子后与保鲜空间内的氧气发生反应，以降低保鲜空间内的氧气浓度，其中制氢装置通过电解氢氧化钾溶液产生氢气。
可选地，储物容器为密封抽屉，由密封抽屉限定出保鲜空间。
可选地，箱体包括：内胆，其内限定出储物空间，并且密封抽屉包括：抽屉筒体，具有前向开口，且固定于内胆，其内限定有保鲜空间；以及抽屉本体，可滑动地安装于抽屉筒体内，以从抽屉筒体的前向开口可操作地向外抽出和向内***抽屉筒体。
可选地，抽屉筒体的顶壁内设置有与保鲜空间连通的容纳腔，以容置质子交换膜。
可选地，制氢装置设置于抽屉筒体的背侧，其包括：电源、储氢罐、储氧罐和储水罐，其中储氢罐与电源的负极连接，储氧罐与电源的正极连接，储水罐内存储有氢氧化钾溶液且与储氢罐和储氧罐均连通；且制氢装置配置成：通过电源电解氢氧化钾溶液，使得产生的氢气进入储氢罐，氧气进入储氧罐。
可选地，气调膜组件还包括：流量阀，设置于连接储氢罐与质子交换膜的管路上，以控制通向质子交换膜的氢气流量。
可选地，质子交换膜包括阴极、阳极以及膜体，其中阴极设置于靠近保鲜空间一侧，阳极设置于背离保鲜空间一侧，膜体设置于阳极与阴极之间，阳极处设置有铂催化剂；并且密封抽屉还包括：盖板，可拆卸地盖设于容纳腔的顶部，以封闭容纳腔，将阳极与外界隔绝。
可选地，气调膜组件配置成：使储氢罐中的氢气通向质子交换膜的阳极，并在铂催化剂的作用下发生分解反应，产生电子和氢离子，氢离子穿过膜体到达阴极，电子通过阴极与阳极之间的导线到达阴极，以使阴极处的氢离子、电子与保鲜空间内的氧气发生反应，降低保鲜空间内的氧气浓度。
可选地，该冷藏冷冻设备还包括：氧气传感器，设置于保鲜空间内，以检测保鲜空间内的实际氧气浓度，并且流量阀还配置成：在保鲜空间内的实际氧气浓度大于该保鲜空间的预设浓度阈值时开启。
可选地，该冷藏冷冻设备还包括：加热装置，设置于质子交换膜处，以在加热时提高质子交换膜处的温度，从而加强铂催化剂的催化作用。
本发明的冷藏冷冻设备，包括：箱体，内部限定有储物空间，储物空间内设置有储物容器，且储物容器内部限定有保鲜空间；门体，设置于箱体的前表面，以供封闭储物空间；以及气调膜组件，安装于储物容器且其周围空间与保鲜空间连通，气调膜组件包括质子交换膜和制氢装置，并配置成使制氢装置产生的氢气通向质子交换膜，分解为氢离子和电子后与保鲜空间内的氧气发生反应，以降低保鲜空间内的氧气浓度，其中制氢装置通过电解氢氧化钾溶液产生氢气，有效降低除氧过程的整体能耗，可以迅速降低保鲜空间内的氧气浓度，极大地提高了除氧效率。
进一步地，本发明的冷藏冷冻设备，制氢装置包括：电源、储氢罐、储氧罐和储水罐，其中储氢罐与电源的负极连接，储氧罐与电源的正极连接，储水罐内存储有氢氧化钾溶液且与储氢罐和储氧罐均连通；且制氢装置配置成：通过电源电解氢氧化钾溶液，使得产生的氢气进入储氢罐，氧气进入储氧罐。使储氢罐中的氢气通向质子交换膜的阳极，并在铂催化剂的作用下发生分解反应，产生电子和氢离子，氢离子穿过膜体到达阴极，电子通过阴极与阳极之间的导线到达阴极，以使阴极处的氢离子、电子与保鲜空间内的氧气发生反应，质子交换膜和制氢装置的结构简单，在降低气调膜组件的整体成本同时可以保证保鲜空间内部的气体氛围满足食物的存储需求，提高食物的存储效果。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻设备的示意性结构图；
图2是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻设备的示意性局部结构图；
图3是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻设备中密封抽屉的示意性结构图；
图4是图3所示的密封抽屉的示意性分解图；
图5是图3所示的密封抽屉中部分结构的示意性结构图；以及
图6是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻设备中的气调膜组件的示意性结构图。
具体实施方式
本实施例提供了一种冷藏冷冻设备，可以快速低能耗地对保鲜空间实现气调，以满足保鲜空间内物品的储存需求。其中冷藏冷冻设备可以是冰箱、冰柜等。图1是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻设备100的示意性结构图；图2是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻设备100的示意性局部结构图；图3是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻设备100中密封抽屉11的示意性结构图；图4是图3所示的密封抽屉11的示意性分解图；图5是图3所示的密封抽屉11中部分结构的示意性结构图；以及图6是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻设备100中的气调膜组件30的示意性结构图。如图1至图6所示，该冷藏冷冻设备100一般性地可以包括：箱体10、门体以及气调膜组件30。
其中，箱体10内部限定有储物空间102。储物空间102的数量以及结构可以根据需求进行配置，图1示出了上下依次设置的第一储物空间、第二储物空间和第三储物空间的情况；以上储物空间按照用途不同可以配置为冷藏空间、冷冻空间、变温空间或者保鲜空间。各个储物空间可以由分隔板分割为多个储物区域，利用搁物架或者抽屉储存物品。
门体设置于箱体10的前表面，以供封闭储物空间102。门体可以与储物空间对应设置，即每一个储物空间都对应有一个或多个门体。而储物空间及门体的数量、储物空间的功能可由具体情况实际选择。本实施例的冷藏冷冻设备100对应上下依次设置的第一储物空间、第二储物空间、第三储物空间，分别设置有第一门体21、第二门体22、第三门体23。门体可以枢转地设置于箱体10的前表面，还可以采用抽屉式开启，以实现抽屉式的储物空间，其中抽屉式的储物空间往往设置有金属滑轨，可以保证抽屉开启关闭过程中效果轻柔，并可以减少噪音。
储物空间102内可以设置有储物容器，且储物容器内部限定有保鲜空间。气调膜组件30可以安装于储物容器且其周围空间与保鲜空间连通，气调膜组件30包括质子交换膜31和制氢装置32，并配置成使制氢装置32产生的氢气通向质子交换膜31，分解为氢离子和电子后与保鲜空间内的氧气发生反应，以降低保鲜空间内的氧气浓度，其中制氢装置32通过电解氢氧化钾溶液产生氢气。
如图2所示，本实施例的冷藏冷冻设备100的储物容器可以为密封抽屉11，密封抽屉11设置于储物空间102内，由密封抽屉11限定出保鲜空间。在一些可选的实施例中，上述保鲜空间也可以由密封盒、密封罐、密封箱等限定出。需要说明的是，密封抽屉11的数量可以为一个或多个，由密封抽屉11限定出的保鲜空间也可以对应为一个或多个。
本实施例的冷藏冷冻设备100的箱体10可以包括内胆，其内限定出储物空间102。密封抽屉11包括：抽屉筒体12，具有前向开口，且固定于内胆，其内限定有保鲜空间；以及抽屉本体13，可滑动地安装于抽屉筒体12内，以从抽屉筒体12的前向开口可操作地向外抽出和向内***抽屉筒体12。在本实施例中，内胆和抽屉筒体12可以单独成型然后再进行安装。
在本发明的一些实施例中，如图3至图6所示，气调膜组件30可设置于抽屉筒体12上。具体地，抽屉筒体12的顶壁内设置有与保鲜空间连通的容纳腔121，以容置质子交换膜31。抽屉筒体12的顶壁的容纳腔121可以与保鲜空间之间的壁面中开设有一个或多个通气孔，以连通容纳腔121与保鲜空间。如图3和图4所示，密封抽屉11还可以包括：盖板14，可拆卸地盖设于容纳腔121的顶部，以封闭容纳腔121，将质子交换膜31与外界隔绝。
制氢装置32设置于抽屉筒体12的背侧，其包括：电源321、储氢罐322、储氧罐323和储水罐324，其中储氢罐322与电源321的负极326连接，储氧罐323与电源321的正极325连接，储水罐324内存储有氢氧化钾溶液且与储氢罐322和储氧罐323均连通；且制氢装置32配置成：通过电源321电解氢氧化钾溶液，使得产生的氢气进入储氢罐322，氧气进入储氧罐323。具体地，制氢装置32的电源321可以为电池。储水罐324的上端设置有开口，以便于及时补充氢氧化钾溶液。需要说明的是，在其他一些实施例中，储水罐324中还可以存储有其他溶液，但是在电解时同样产生氢气和氧气。
此外，密封抽屉11还可以包括后盖15，以使制氢装置32与外界隔绝，避免制氢装置32在电解过程中受到外界环境影响，从而影响产生氮气的速度和纯度。需要说明的是，储氢罐322中存储有高纯度的氢气，且储氢罐322安装于抽屉筒体12的背侧之后可以进行排气或抽气处理，避免输送氢气的过程中遇到氧气或者空气，影响后续的化学反应。
气调膜组件30还可以包括：流量阀，设置于连接储氢罐322与质子交换膜31的管路上，以控制通向质子交换膜31的氢气流量。具体地，流量阀可以为电子流量阀，以精确控制由储氢罐322通向质子交换膜31的氢气流量。
抽屉筒体12上可开设有多个气压平衡孔，以连通储物空间102和保鲜空间。储物空间102和保鲜空间可以经由多个气压平衡孔连通。每个气压平衡孔可为毫米级的微孔，例如每个气压平衡孔的直径为0.1mm至3mm。设置多个气压平衡孔可使保鲜空间内的压力不至于太低，多个气压平衡孔的设置也不会使保鲜空间内的氮气向大的储物空间流动，即使流动也是很小甚至是可忽略不计的，不会影响保鲜空间内食物的保存。在另外一些实施例中，抽屉筒体12上也可不设置气压平衡孔，即使这样，保鲜空间内还具有大量的氮气等气体存在，用户在拉开抽屉本体13时，也不用太费力气，相比于现有的真空储物室，则会大大省力。
如图6所示，质子交换膜31包括阴极312、阳极311以及膜体313，其中阴极312设置于靠近保鲜空间一侧，阳极311设置于背离保鲜空间一侧，膜体313设置于阳极311与阴极312之间，阳极311处设置有铂催化剂；并且盖板14，可拆卸地盖设于容纳腔121的顶部，以封闭容纳腔121，将阳极311与外界隔绝，避免阳极311处发生的分解反应受到外界影响。如图5所示，储氢罐322中的氢气可以通向容纳腔121，从而在阳极311处发生分解反应。
在一种具体的实施例中，气调膜组件30配置成：使储氢罐322中的氢气通向质子交换膜31的阳极311，并在铂催化剂的作用下发生分解反应，产生电子和氢离子，氢离子穿过膜体313到达阴极312，电子通过阴极312与阳极311之间的导线到达阴极312，以使阴极312处的氢离子、电子与保鲜空间内的氧气发生反应，降低保鲜空间内的氧气浓度。具体的化学方程式如下所示：首先在阳极311发生分解反应，2H2-4e＝4H+；然后在阴极312发生反应：O2+4e+4H+＝2H2O。生成的水存在于在保鲜空间内，如果其中的空气未达到饱和，水为气态，如果饱和，水为液态。由于产生的水量不多，不会影响保鲜空间内食物的存储效果。
在一种优选的实施例中，可以收集密封抽屉11中高湿度空气凝结成的液态水或凝露，并将上述液态水或凝露添加至储水罐324，以补充氢氧化钾溶液中的溶剂。此外，还可以将质子交换膜31处产生的电能进行存储，以在制氢装置32电解氢氧化钾溶液时对其进行供电。
此外，冷藏冷冻设备100还可以包括：加热装置，设置于质子交换膜31处，以在加热时提高质子交换膜31处的温度，从而加强铂催化剂的催化作用。可以避免温度过低导致铂催化剂无法催化氢气分解，从而可以保证除氧过程顺利进行。在铂催化剂的催化作用下，氢气的分解效率极高，大量的氢离子和电子来到阴极312侧，保鲜空间内的氧气消耗的速度非常快。发明人经过大量实验发现，本实施例的气调膜组件30在10分钟之内，能够将30升容积密封抽屉内的氧气浓度降至8％以下。
冷藏冷冻设备100还可以包括：氧气传感器(图中未示出)，设置于保鲜空间内，以检测保鲜空间内的实际氧气浓度，并且流量阀还配置成：在保鲜空间内的实际氧气浓度大于该保鲜空间的预设浓度阈值时开启。由于不同种类的物品在气调保鲜时，对氧气最低含量的要求也并不相同，保鲜空间的预设浓度阈值可以根据实际的食物保鲜要求进行设置。一般地，食物保鲜要求越高，预设浓度阈值可以设置的越小。
冷藏冷冻设备100还可以包括：制冷***，该制冷***可以为由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器等构成的制冷循环***。压缩机安装于压缩机仓内。蒸发器配置成直接或间接地向储物空间102内提供冷量。例如，当该冷藏冷冻设备100为家用压缩式直冷冰箱时，蒸发器可设置于内胆的后壁面外侧或内侧。当该冷藏冷冻设备100为家用压缩式风冷冰箱时，箱体10内还具有蒸发器室，蒸发器室通过风路***与储物空间102连通，且蒸发器室内设置蒸发器，出口处设置有风机，以向储物空间102进行循环制冷。
本实施例的冷藏冷冻设备100包括：箱体10，内部限定有储物空间102，储物空间102内设置有储物容器，且储物容器内部限定有保鲜空间；门体，设置于箱体10的前表面，以供封闭储物空间102；以及气调膜组件30，安装于储物容器且其周围空间与保鲜空间连通，气调膜组件30包括质子交换膜31和制氢装置32，并配置成使制氢装置32产生的氢气通向质子交换膜31，分解为氢离子和电子后与保鲜空间内的氧气发生反应，以降低保鲜空间内的氧气浓度，其中制氢装置32通过电解氢氧化钾溶液产生氢气，有效降低除氧过程的整体能耗，可以迅速降低保鲜空间内的氧气浓度，极大地提高了除氧效率。
进一步地，本实施例的冷藏冷冻设备100，制氢装置32包括：电源321、储氢罐322、储氧罐323和储水罐324，其中储氢罐322与电源321的负极326连接，储氧罐323与电源321的正极325连接，储水罐324内存储有氢氧化钾溶液且与储氢罐322和储氧罐323均连通；且制氢装置32配置成：通过电源321电解氢氧化钾溶液，使得产生的氢气进入储氢罐322，氧气进入储氧罐323。使储氢罐322中的氢气通向质子交换膜31的阳极311，并在铂催化剂的作用下发生分解反应，产生电子和氢离子，氢离子穿过膜体313到达阴极312，电子通过阴极312与阳极311之间的导线到达阴极312，以使阴极312处的氢离子、电子与保鲜空间内的氧气发生反应，质子交换膜31和制氢装置32的结构简单，在降低气调膜组件30的整体成本同时可以保证保鲜空间内部的气体氛围满足食物的存储需求，提高食物的存储效果。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种冷藏冷冻设备，其特征在于，包括：
箱体，其内部限定有储物空间，所述储物空间内设置有储物容器，且所述储物容器内部限定有保鲜空间；
门体，设置于所述箱体的前表面，以供封闭所述储物空间；以及
气调膜组件，安装于所述储物容器且其周围空间与所述保鲜空间连通，所述气调膜组件包括质子交换膜和制氢装置，并配置成使所述制氢装置产生的氢气通向所述质子交换膜，分解为氢离子和电子后与所述保鲜空间内的氧气发生反应，以降低所述保鲜空间内的氧气浓度，其中所述制氢装置通过电解氢氧化钾溶液产生氢气。
2.根据权利要求1所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，
所述储物容器为密封抽屉，由所述密封抽屉限定出所述保鲜空间。
3.根据权利要求2所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，所述箱体包括：
内胆，其内限定出所述储物空间，并且
所述密封抽屉包括：抽屉筒体，具有前向开口，且固定于所述内胆，其内限定有所述保鲜空间；以及抽屉本体，可滑动地安装于所述抽屉筒体内，以从所述抽屉筒体的前向开口可操作地向外抽出和向内***所述抽屉筒体。
4.根据权利要求3所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，
所述抽屉筒体的顶壁内设置有与所述保鲜空间连通的容纳腔，以容置所述质子交换膜。
5.根据权利要求4所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，
所述制氢装置设置于所述抽屉筒体的背侧，其包括：电源、储氢罐、储氧罐和储水罐，其中所述储氢罐与所述电源的负极连接，所述储氧罐与所述电源的正极连接，所述储水罐内存储有所述氢氧化钾溶液且与所述储氢罐和所述储氧罐均连通；且
所述制氢装置配置成：通过所述电源电解所述氢氧化钾溶液，使得产生的氢气进入所述储氢罐，所述氧气进入所述储氧罐。
6.根据权利要求5所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，
所述气调膜组件还包括：流量阀，设置于连接所述储氢罐与所述质子交换膜的管路上，以控制通向所述质子交换膜的氢气流量。
7.根据权利要求6所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，
所述质子交换膜包括阴极、阳极以及膜体，其中所述阴极设置于靠近所述保鲜空间一侧，所述阳极设置于背离所述保鲜空间一侧，所述膜体设置于所述阳极与所述阴极之间，所述阳极处设置有铂催化剂；并且
所述密封抽屉还包括：盖板，可拆卸地盖设于所述容纳腔的顶部，以封闭所述容纳腔，将所述阳极与外界隔绝。
8.根据权利要求7所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，
所述气调膜组件配置成：使所述储氢罐中的氢气通向所述质子交换膜的阳极，并在所述铂催化剂的作用下发生分解反应，产生电子和氢离子，所述氢离子穿过所述膜体到达所述阴极，所述电子通过所述阴极与所述阳极之间的导线到达所述阴极，以使所述阴极处的氢离子、电子与所述保鲜空间内的氧气发生反应，降低所述保鲜空间内的氧气浓度。
9.根据权利要求6所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，还包括：
氧气传感器，设置于所述保鲜空间内，以检测所述保鲜空间内的实际氧气浓度，并且
所述流量阀还配置成：在所述保鲜空间内的实际氧气浓度大于该保鲜空间的预设浓度阈值时开启。
10.根据权利要求8所述的冷藏冷冻设备，其特征在于，还包括：
加热装置，设置于所述质子交换膜处，以在加热时提高所述质子交换膜处的温度，从而加强所述铂催化剂的催化作用。
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