CN217178989U - 一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，包括绝热容器腔体和辐射制冷薄膜顶盖；所述辐射制冷薄膜顶盖包括辐射制冷薄膜和用于支撑所述辐射制冷薄膜的透明片材。本实用新型中的容器可以在无需外加电力的情况下对容器内部进行降温实现高效的保鲜功能，并具有携带方便，重量小等优势，适用于食品医药保鲜和保存运输的应用。

Description

一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器

技术领域

本实用新型属于降温保鲜技术领域，尤其涉及一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器。

背景技术

食品医药保鲜技术是保证当代快节奏生活下的食品医药安全的重要环节，在保证食品医药质量中起着不可替代的作用。然而，一般的食品药品容器只有密封防尘的功能，不能有效保证食品医药的不变质和保持食品医药的质量。大部分的食品(如肉类，奶制品，蔬菜，水果)、医药(如胰岛素，疫苗等)和鲜花(如玫瑰花、水仙花等)需要冷藏保鲜，尤其是在运输和存储的过程中。

目前比较常用的食品和医药保鲜技术主要采用两种方法保鲜食物，即冰箱和密封保鲜盒。冰箱的食品医药的保鲜能力强、降温效果明显，因此被广泛应用。冰箱必须使用电能，才能通过制冷机的工作达到降温保鲜的目的，因此其需要巨大的电能消耗不利于环境保护。同时，冰箱需要有制冷设备和厚的隔热层，对与体积有一定的要求，使其体型做不到轻便携带的程度。相比之下，密封保鲜盒是把食品医药密封保存在一个固定体积的容器，通过隔绝容器内部和外界的空气相对流通，减少了食品和医药氧化的速度和接触的微生物的概率，达到了保鲜的目的。密封保鲜盒的体积和外形都可以定制，限制较小，比较适合外出携带，是当前食品医药保鲜的主流方式之一。一般的密封保鲜盒的容器内的温度受外界影响较大，当在炎热的夏季，食品医药很容易因为温度过高导致变质。为了进一步提高密封保鲜盒的保鲜能力，近年来，抽真空保鲜盒和隔热保鲜盒已经出现，这两种手段能够有效保证容器内部的温度恒定，受外界影响相对较小，但是保鲜效果相比于冰箱还是有很大差距。食品医药的氧化腐败受温度影响较大，目前仍缺少高效节能够实现食品降温保鲜的容器。

近年来，为了实现既能够通过降温进行保鲜，也能够轻便携带，新型保鲜容器的设计已成为研究热点，引起广泛关注。其中研究的核心在于如何在轻便的保鲜容器上实现降温和隔绝外界，以实现有效的保鲜的功能。目前，已经有各种基于不同类型的材料和结构的新型容器设计被提出，包括基于锡金属材料的隔热设计容器、基于真空环境下的保温容器设计。这些设计在未来的应用中显示出了广阔的前景。事实证明，锡金属容器和真空容器都不能对其内部进行降温，限制了食品医药保鲜的效果。

近年来，通过纳米结构和超材料进行辐射制冷的概念和特性已得到深入研究和实验证明。已经确定了通过这种辐射制冷技术，可以在不需要电力的情况下将更多的热量散发到外部空间。然而，辐射制冷技术尚未被使用在食品及医药的保鲜容器的设计。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，本实用新型中的降温保鲜容器能够轻便携带，无需能耗便可实现对于容器内部的降温，并提升其保鲜能力。

本实用新型提供一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，包括绝热容器腔体和辐射制冷薄膜顶盖；

所述辐射制冷薄膜顶盖包括辐射制冷薄膜和用于支撑所述辐射制冷薄膜的透明片材。

优选的，所述绝热容器腔体为双层真空密封腔体、泡沫塑料类保温隔热腔体或隔热保温涂层腔体。

优选的，所述泡沫塑料类保温隔热腔体为聚苯乙烯泡沫塑料保温隔热腔体、聚氨酯泡沫塑料保温隔热腔体或聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫塑料保温隔热腔体。

优选的，所述绝热容器的容积为0.01～600L。

优选的，所述辐射制冷薄膜顶盖通过铰链、卡扣、拉链、压盖、旋盖、卷边或硅胶密封圈与所述绝热容器腔体结合。

优选的，所述基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器还设置有温度探测部件和温度显示部件。

优选的，所述温度探测部件为热电偶或温度计。

优选的，所述用于支撑所述辐射制冷薄膜的透明片材为聚乙烯透明片材或亚克力透明片材。

优选的，所述绝热容器腔体的形状为圆柱体、圆台、立方体、棱台、棱锥、圆锥、球体，椭球体或球台。

本实用新型提供了一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，包括绝热容器腔体和辐射制冷薄膜顶盖；所述辐射制冷薄膜顶盖包括辐射制冷薄膜和用于支撑所述辐射制冷薄膜的透明片材。本实用新型中的容器可以在无需外加电力的情况下对容器内部进行降温实现高效的保鲜功能，并具有携带方便，重量小等优势，适用于食品医药保鲜和保存运输的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个实施例中基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器的结构示意图；

图2为本实用新型另一个实施例中基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器的结构示意图；

图3为本实用新型另一个实施例中基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器的结构示意图；

图4为本实用新型另一个实施例中基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器的结构示意图；

图1～4中，1为辐射制冷薄膜顶盖，2为绝热容器腔体；

图5为下午时段实验辐射制冷薄膜测试容器内外湿度折线图；图5中，曲线a表示内部湿度，曲线b表示外界湿度；

图6为下午时段实验辐射制冷薄膜测试容器内外温度折线图；图6中，曲线a为内部热电偶温度，曲线b为外部热电偶温度，曲线c为内部温度计温度，曲线d为外部温度计温度；

图7为夜间时段实验辐射制冷薄膜测试容器内外湿度折线图；图7中，曲线a表示内部湿度，曲线b表示外界湿度；

图8为夜间时段实验辐射制冷薄膜测试容器内外温度折线图；图8中，曲线a为内部热电偶温度，曲线b为外部热电偶温度，曲线c为内部温度计温度，曲线d为外部温度计温度；

图9为辐射制冷容器原型机的正视结构示意图；

图10为辐射制冷容器原型机的侧视结构示意图；

图11为辐射制冷容器原型机的俯视结构示意图，图9～11中，1为透明片层，2为卡扣，3为温度显示部件，4为绝热容器腔体，5为辐射制冷薄膜，6为硅胶密封圈；

图12为辐射制冷容器原型机容器内外温度折线图；图12中，曲线a表示外部环境温度，曲线b表示原型机内温度；

图13辐射制冷容器原型机容器内外湿度折线图，图13中，曲线a表示外部环境湿度，曲线b表示原型机内湿度。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，包括绝热容器腔体和辐射制冷薄膜顶盖；

所述辐射制冷薄膜顶盖包括辐射制冷薄膜和用于支撑所述辐射制冷薄膜的透明片材。

在本实用新型中，所述绝热容器腔体可以是任意的几何形状，如圆柱体、圆台、立方体、棱台、棱锥、圆锥、球体，椭球体或球台。

所述绝热容器腔体可以是双层真空密封腔体、泡沫塑料类保温隔热腔体或隔热保温涂层腔体；其中，所述泡沫塑料类保温隔热腔体为聚苯乙烯泡沫塑料保温隔热腔体、聚氨酯泡沫塑料保温隔热腔体或聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫塑料保温隔热腔体；所述隔热保温涂层腔体可以是反射隔热保温涂层腔体或者绝热保温涂层腔体。

在本实用新型中，所述绝热容器腔体的容积优选为0.01～600L，更优选为1～500L，最优选为10～100L。

在本实用新型中，所述辐射制冷薄膜顶盖包括辐射制冷薄膜和透明片材，所述透明片材需有一定的强度用于支撑辐射制冷薄膜。

在本使用新型中，所述辐射制冷薄膜其功能为通过辐射制冷技术将容器内部的热量以红外电磁波的形式辐射到外太空实现降温效果。所述辐射制冷薄膜为本领域中常用的辐射制冷薄膜，或者为本领域中常规的辐射制冷薄膜的市售商品。所述透明片材优选为聚乙烯透明片材(PE)或亚克力透明片材，所述透明片材可对所述辐射制冷薄膜进行单面支撑或双面支撑。

在本实用新型中，所述辐射制冷薄膜顶盖与所述绝热容器腔体通过铰链、卡扣、拉链、压盖、旋盖封口、卷边封口、滚纹封口或硅胶密封圈与所述绝热容器腔体结合。

在本实用新型中，所述降温保鲜容器还设置有温度探测部件和温度显示部件；所述温度探测部件可以是热电偶、液体温度计或固体温度计；所述温度显示部件可以是用于配合热电偶的电子显示器件或非电子显示器件(如液体温度计或固体温度计)。

优选的，在本实用新型中，所述降温保鲜容器还设置有温致相变材料，根据特定温度值相变的材料，例如固体到液体的变化或者特定晶相的变化。该材料响应于某一特定温度值。通过观察其相态可以知道温度是否高于某个特定温度值。该温度值的设定通常是根据需要保鲜的食品及药品决定。

设计原理：

通过向外天空辐射热量，将容器内部的温度降低，根据其单位面的辐射功率密度(P，由辐射制冷薄膜本身性质及天气条件所决定，单位一般使用为W m^-2)，通过其表面积(S)来控制其总的制冷功率为

E＝P×S

同时通过控制容器的容积(V)来控制需要制冷的体积。因此单位体积的制冷功率为：

Pv＝E/V

这样来控制最终的冷却温度。目前根据应用实例，日间可以实现3-5℃(在环境温度35℃，光照度626W/m²，湿度60％RH)，在傍晚可以实现5-8℃(在环境温度33℃，光照度423W/m²，湿度65％RH)。

本实用新型中降温保鲜容器的使用情景：

虽然在室内该辐射制冷容器也有一定的降温效果，但是由于无法将热能直接辐射到外太空，其降温效果受限。因此，能够凸显本实用新型降温保鲜容器的优势的使用场景是在户外，其表面辐射制冷膜正对天空的情况，如在工具车运输的容器(包括食品和医药)，野餐的餐盒等。

为了设计更加高效的辐射制冷薄膜容器，有必要了解保温降温的过程，在该过程中，当容器的热隔绝性能相对够好的条件下，密封容器的内外温差ΔT是评估石墨烯辐射制冷薄膜密封容器的最重要的参数：

其中容器内部空气和外界空气的初始温度为T_out，最终的温度为T_in，光吸收和热传导吸收的热量为Q₁，热传导辐射的热量为Q₂，薄膜对外太空辐射的热量为Q₃(Q升温则为正，降温则为负)，存储的物体的比热容为c,例如空气(c＝1.004kJ/(kg·K)(标准空气状态下))，m为质量。

从方程(1)中可以看出当薄膜对外太空辐射的热量大于容器吸收的热量时，就能够实现密封容器内的温度降低。所以提高本设计的降温性能的有以下几个手段：1)隔绝容器内外的空气交换，防止热量交换，2)减少热量的吸收，包括减少光吸收和容器介质热传导吸收，3)增加辐射的热量，在湿度较低，天空晴朗的条件下，薄膜的辐射工作效率高。

高效的辐射制冷薄膜容器的一个关键功能是无电制冷，在不消耗其他能量的条件下，通过薄膜向外太空辐射，实现降温的功能。由于辐射制冷薄膜的功率固定，需要良好的保温隔热介质。

为了辐射制冷薄膜的降温能力，本实用新型通过搭建了一个容积为5.6L的泡沫密闭容器，在厚度为2.5cm的泡沫表面使用14μm厚的铝箔进行包裹，有更好的隔热保温的效果；使用100μm的PE膜进行上表面的密封，由于PE膜透明轻薄，减少对薄膜对外太空辐射的削弱；将10cm×10cm的薄膜放置在容器的中间之后，进行密封，然后使用一个带有空气层的纸板将实验装置和地面隔开，减少来自地面的热传导；实验在薄膜向着天空无遮挡的环境下进行。

为了测出不同时间点的辐射制冷薄膜的降温能力，在广东省东莞市的北京时间下午17点、夜间20点两个时间点使用了小米的米家蓝牙温湿度计2(仪器误差为0.1℃和1％RH)和鑫思特热电偶HT-9815(仪器误差为±0.1℃)进行测量，将温湿度计和热电偶的探头分别在密闭容器内外放置，每隔60s记录内部的温湿度和外部的温湿度，将获得数据经过处理后，获得图表所示(图6、图7)。

实验结果表明，降温能力的强弱从晚上、下午逐渐增强；下午的降温能力最强，在一个小时的时间里，能够将内部的温度比外界温度降低4.9℃。通过分析，在夜间，由于地处广东，属于热带和亚热带，靠近江河湖海，湿度较大，尤其夜间的湿度会骤升，导致薄膜在辐射的时候，由于大量水分子在空气中，削弱了将热量辐射至外太空的这一过程。实验表明，该辐射制冷薄膜具有良好的无电辐射制冷性能。

为了证明将辐射制冷薄膜用于商业产品的可行性，本实用新型构建辐射制冷薄膜密封容器的原型机的结构如图9～11所示，可由个人携带，实现无电辐射制冷保鲜食品、药品等。原型机中的辐射制冷容器(200mm×140mm×16mm)：20mm的壁厚度来制作隔热层，中间夹层为15mm的三层结构聚氨酯保温层，这种设计下的容器能够尽可能的隔绝外界与容器内部的热传导，内表面再贴上铝箔，该辐射制冷容积为4.256L，铝箔的在内壁的加入使容器内部环境保持能力进一步的提升。辐射制冷顶盖：两层10mm厚的亚克力板通过改造之后夹住辐射制冷薄膜(150mm×200mm)，这种结构能够在尽量不降低辐射制冷薄膜的功率的前提下，尽可能的提高薄膜的机械硬度，能够大大提高原型机的承重能力，且便于在一些特殊条件下满足抽真空的需要。

为了验证原型机的辐射制冷能力，在10月3日，中国广东省东莞市的下午四点的室外环境下进行原型机的性能验证，采用前面提到的原理性实验作为标准实验进行对比实验，使用鑫思特的热电偶和小米米家蓝牙温湿度计2进行观测辐射制冷容器内外的温度变化，仪器的误差分别为±0.1℃和0.1℃、1％RH。在第一个小时内每隔1min取一次数据，在后面的三个小时的时间内每隔5分钟取一次数据。获得数据后，使用origin软件将数据绘制成图像，如图9、图10、图11所示。

根据原型机测试的数据表明，在4小时内，原型机中的温度一直比外界的温度低，且在大约20分钟时出现最大的温差接近5℃，全程的温差几乎保持在容器内部的温度比外界环境温度低2℃以上，且随着时间的推移，内外温差有逐步扩大的趋势。由于实验地点的纬度较低，故空气中的水分子较多，湿度一直为60RH％以上，辐射制冷容器原型机的内的湿度基本能够维持在比外界的湿度低10RH％，且临近夜晚，湿度呈现出逐步上升的态势。实验进行时的太阳照度为626W/m²。

综上，通过辐射制冷原型机测试的结果足以验证本专利的可行性，已经证明了在没有消耗能源和外加制冷剂等主动制冷方式的条件下，这类基于辐射制冷薄膜的容器的设计能够实现有效的制冷效果。这种低成本的辐射制冷容器的使用，将能够节约大量的制冷能源，大幅度减少碳排放，缓解温室效应，在碳中和目标的实现过程中能够发挥出重大的作用，极具发展前景。此外，这项工作提供了一种有前途的思路，可以在密闭容器进行无电辐射降温，以实现对食品、药品、鲜花的保鲜和运输。

Claims (9)

1.一种基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，包括绝热容器腔体和辐射制冷薄膜顶盖；

所述辐射制冷薄膜顶盖包括辐射制冷薄膜和用于支撑所述辐射制冷薄膜的透明片材。

2.根据权利要求1所述的基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，所述绝热容器腔体为双层真空密封腔体、泡沫塑料类保温隔热腔体或隔热保温涂层腔体。

3.根据权利要求2所述的基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，所述泡沫塑料类保温隔热腔体为聚苯乙烯泡沫塑料保温隔热腔体、聚氨酯泡沫塑料保温隔热腔体或聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫塑料保温隔热腔体。

4.根据权利要求3所述的基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，所述绝热容器的容积为0.01～600L。

5.根据权利要求4所述的基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，所述辐射制冷薄膜顶盖通过铰链、卡扣、拉链、压盖、旋盖、卷边或硅胶密封圈与所述绝热容器腔体结合。

6.根据权利要求5所述的基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，所述基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器还设置有温度探测部件和温度显示部件。

7.根据权利要求6所述的基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，所述温度探测部件为热电偶或温度计。

8.根据权利要求7所述的基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，所述用于支撑所述辐射制冷薄膜的透明片材为聚乙烯透明片材或亚克力透明片材。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的基于辐射制冷薄膜的降温保鲜容器，其特征在于，所述绝热容器腔体的形状为圆柱体、圆台、立方体、棱台、棱锥、圆锥、球体，椭球体或球台。

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