过冷设备 技术领域 本发明涉及一种能够将物体保持在过冷状态的过冷设备, 更特别地, 涉及一种能 够将水保持在过冷状态的过冷设备, 其中, 当使用者向容纳水的容器施加冲击时, 容器中的 水相变成冰晶与液体共存的软泥状态。
此外, 本发明涉及一种应用于普通冰箱的冷冻室以将水保持在过冷状态的过冷设 备。
背景技术 过冷指的是在平衡状态下冷却到相变温度以下的熔化的物体或固体不发生改变 的状态。材料具有按照温度的稳定状态。在温度缓慢变化的情况下, 组成材料的成分与温 度变化保持同步, 在每个温度下都保持稳定状态。然而, 在温度急剧变化的情况下, 成分不 能在每个温度下都进入稳定状态。 因此, 成分保持起点温度的稳定状态, 或者一些成分没有 进入终点温度的状态。
例如, 当水缓慢冷却时, 其短暂地低于 0℃时不会冻结。 然而, 当物体进入过冷状态 时, 其具有一种准稳定状态。 由于这种不稳定的平衡状态容易被微小的刺激打破, 所以物体 趋于转变到更加稳定的状态。 即, 如果将一小片材料置入过冷液体中, 或者如果液体被突然 晃动, 则液体立即冻结, 使得液体的温度达到冰点。液体在该温度保持稳定的平衡状态。
通常, 在冰箱中产生静电场环境的情况下, 冰箱中的肉类和鱼类在零下温度就会 解冻。此外, 水果在冰箱中保持新鲜。
该技术采用了过冷现象。根据过冷现象, 虽然熔化的物体或固体在平衡状态下被 冷却得低于相变温度, 但是其并不发生改变。
使用这种技术的示例包括韩国特开专利 2000-0011081 中的静电场处理方法、 静 电场处理设备、 以及用于静电场处理方法 / 设备的电极。
图 1 是示出了常规的解冻和保鲜设备的实施方式的视图。绝热设备 1 由绝热材料 2 和外壁 5 构成。设备 1 中安装有温控装置 ( 未示出 )。安装在设备 1 中的金属架 7 具有双 层结构。蔬菜、 肉类和海产品放置在各层上以待解冻或保鲜以及熟化。金属架 7 通过绝缘 体 9 与设备 1 的底部绝缘。高压产生装置 3 能够产生 0 至 5000V 的直流 (DC) 和交流 (AC) 电压。因此, 绝热材料 2 的内侧涂覆有诸如氯乙烯的绝缘板 2a。用于输出高压产生装置 3 的电压的高压电缆 4 穿过外壁 5 和绝热材料 2 以连接于金属架 7。
当使用者打开安装在绝热设备 1 前方的门 6 时, 安全开关 13( 未示出, 参见图 2) 关闭, 以阻断高压产生装置 3 的输出。
图 2 是示出高压产生装置 3 的电路结构的电路图。调压变压器 15 的初级侧供有 100V 交流电压。附图标记 11 代表电源灯, 而 19 代表工作状态指示灯。当门 6 关闭而安全 开关 13 打开时, 继电器 14 工作。继电器 14 的工作状态由继电器工作灯 12 显示。继电器 14 的工作使继电器触点 14a、 14b 和 14c 闭合, 并向调压变压器 15 的初级侧施加 100V 交流 电压。
所施加的电压由调压变压器 15 的次级侧的调节柄 15a 来调节。调节后的电压值 显示在电压表上。调节柄 15a 从调压变压器 15 的次级侧连接到升压变压器 17 的初级侧。 例如, 升压变压器 17 将电压以 1 ∶ 50 的比率升高。如果施加 60V 电压, 则电压会被升高到 3000V。
升压变压器 17 的次级侧的一个输出端 O1 通过高压电缆 4 连接于与绝热设备 1 绝 缘的金属架 7, 而另一个输出端 O2 接地。由于外壁 5 同样接地, 所以即使使用者接触绝热设 备 1 的外壁 5, 他 / 她也不会受到电击。此外, 当金属架 7 暴露在设备 1 中时, 如图 1 所示, 金属架 7 需要在设备 1 中保持绝缘状态, 因此需要与设备 1 的内壁分隔开 ( 空气作为绝缘 体 )。同时, 当物体 8 从金属架 7 突出并抵达设备 1 的内壁时, 由于电流会通过设备 1 的壁 流到大地, 所以要将绝缘板 2a 附接于内壁以防止所施加的电压下降。另一方面, 当金属架 7 不是暴露在设备 1 中而是涂覆有氯乙烯等时, 则在整个设备 1 中产生静电场环境。
在常规技术中, 将电场或磁场施加到存储的冷却物体, 使物体能够进入过冷状态。 需要用于产生电场或磁场的复杂的设备来将物体保持在过冷状态。此外, 在产生电场或磁 场的过程中, 功耗显著上升。 另外, 由于功率高, 所以在产生或切断电场或磁场的过程中, 用 于产生电场或磁场的设备还需要使用者安全装置 ( 如电场或磁场屏蔽结构、 切断装置等 )。 发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种过冷设备, 该过冷设备能够在低于冰点的温度下防止 液体冻结。
本发明的另一个目的在于提供一种过冷设备, 该过冷设备能够应用于普通冰箱的 结构以将冰箱中的液体或者食品所含的液体保持在过冷状态。
本发明的再一个目的在于提供一种过冷设备, 该过冷设备能够以简单的构造和低 的功率将冰箱设备中的物体 ( 或食品 ) 保持在过冷状态。
本发明的又一个目的在于提供一种过冷设备, 该过冷设备能够通过在容器中的物 体的冻结过程中局部加热物体的冻结部分而将整个物体保持在过冷状态。
技术方案
根据本发明, 提供了一种过冷设备, 包括 : 冷却室, 所述冷却室供有冷空气 ; 以及 加热装置, 所述加热装置用于通过加热容器上方的空气而防止水冻结, 其中所述容器储存 液体或者主要由液体构成的物体并且在所述冷却室中受到冷却。在这种构造中, 容器上方 的容易形成冰晶的空气受到加热, 以防止储存在容器中的液体冻结, 并将液体储存在过冷 状态。特别地, 能够将含有大量水分的食物, 如泡菜或水萝卜泡菜, 保鲜更长一段时间。
根据本发明的一个方面, 加热装置包括主体, 主体形成为具有至少一个敞开面的 圆筒形形状。在这种构造中, 加热装置能够容易地耦接到主要形成为圆形形状的储水容器 的上部。
根据本发明的另一方面, 加热装置包括加热丝, 该加热丝用于加热容器或者与主 体接触的空气。在这种构造中, 加热装置能够安全地仅加热储存容器上方的空气。
根据本发明的再一个方面, 加热装置包括与主体的上部间隔开的感应器, 并且主 体由金属制成。根据本发明的又一个方面, 加热装置附接于容器和与容器分离。 在这种构造中, 使 用者能够将目标容器的物体或液体保持在过冷状态。
根据本发明的又一个方面, 主体形成为围绕容器的顶部和 / 或侧面。
根据本发明的又一个方面, 加热装置包括密封构件, 该密封构件设置在圆筒形主 体的下部, 用于密封容器和加热装置。 在这种构造中, 能够通过拦阻加热设备的温度相对高 的空气与冷却室的温度相对低的空气而改善过冷设备的冷却效率并降低保持过冷的功耗。
根据本发明的又一个方面, 密封构件是粘性垫。 在这种构造中, 密封构件能够可靠 地密封加热装置和容器, 并且能够重复使用数次。
根据本发明的又一个方面, 过冷设备包括 : 门, 该门用于打开和关闭冷却室 ; 以及 单独空间, 该单独空间是冷却室的一部分, 位于门上并且由门的一部分打开和关闭。 在这种 构造中, 使用者能够将冷却室的单独空间中储存的物体取出到冷却室外部而无需打开门。
根据本发明的又一个方面, 加热装置设置在单独空间中。 在这种构造中, 在冷却室 几乎不受加热装置影响的状态下, 使用者能够方便地从冷却室中取出储存在过冷状态下的 液体和食品。
根据本发明的又一个方面, 冷却室包括冷藏室和冷冻室, 并且加热装置设置在冷 冻室中。在这种构造中, 容器中储存的液体能够在低于最大冰晶形成区的温度的温度下储 存, 而无需限定单独的冷空气通道。 此外, 根据本发明, 提供了一种过冷设备, 包括 : 冷却室, 该冷却室用于在低于零度 的温度下保持冷却状态 ; 容器, 该容器用于在冷却室中储存液体或者主要由液体构成的物 体; 以及加热装置, 该加热装置用于防止液体至少在与容纳物体或液体的容器相接触的部 分冻结。
此外, 根据本发明, 提供了一种过冷设备, 包括 : 冷却室, 该冷却室用于在低于零度 的温度下保持冷却状态 ; 容器, 该容器用于在冷却室中储存液体或主要由液体构成的物体 ; 加热装置, 该加热装置用于防止容器中的液体冻结 ; 以及控制装置, 该控制装置用于控制加 热装置的温度高于零度。
根据本发明的一个方面, 过冷设备还包括 : 门, 该门用于打开和关闭冷却室 ; 以及 单独空间, 该单独空间是冷却室的一部分, 位于门上并且由门的一部分打开和关闭, 其中, 容器和加热装置设置在单独空间中。在这种构造中, 使用者能够取出储存在过冷状态下的 食物或液体, 而无需打开冷却室的门。
根据本发明的另一方面, 加热装置附接于容器和与容器分离。 在这种构造中, 使用 者能够分离加热装置并取出容器, 选择性地将加热装置附连于容器, 并决定是否将储存在 各个容器中的食品保持在过冷状态。
根据本发明的另一方面, 加热装置还包括密封构件, 密封构件形成在加热装置的 下部以便在加热装置附接于容器时密封容器与加热装置之间的间隙。在这种构造中, 能够 防止加热的空气转移到应当保持为低于零度温度的冷却室。
此外, 根据本发明, 提供了一种过冷设备, 包括 : 第一储存空间, 第一储存空间保持 在低于零度的温度范围 ; 第二储存空间, 第二储存空间保持在高于第一储存空间的温度范 围的温度范围 ; 以及容器, 容器设置在第一储存空间和第二储存空间上, 用于储存液体或主 要由液体构成的物体。在这种构造中, 过冷设备将容器中的物体或液体保持在过冷状态。
根据本发明的一个方面, 第二储存空间保持在高于最大冰晶形成区的温度范围的 温度范围, 或者保持在正常温度范围。 在这种构造中, 施加热能以便容易地将液体和物体保 持在过冷状态。
根据本发明的另一个方面, 第二储存空间设置在第一储存空间中, 并且相对于第 一储存空间密封。 由于第二储存空间被气密地密封以保持将物体和液体保持在过冷状态的 恒温, 能够以最小的能量以及高的可靠性提供过冷状态。
有益效果
根据本发明, 过冷设备能够容易地应用于普通冰箱, 而无需改变冰箱的结构。
此外, 根据本发明, 过冷设备能够在相变温度以下以过冷状态储存水, 而不会使水 冻结。
另外, 根据本发明, 过冷设备能够通过使用者的轻微的物理刺激而将储存在过冷 状态下的水转变成软泥状态。
此外, 根据本发明, 过冷设备能够提高能效。 附图说明
图 1 是示出常规的解冻和保鲜设备的实施方式的视图 ; 图 2 是示出高压产生装置的电路结构的电路图 ; 图 3 是示出在冷却的液体中形成冰晶核的过程的视图 ; 图 4 是示出在根据本发明的过冷设备中防止冰晶核形成的过程的视图 ; 图 5 是示出图 4 的水的过冷状态的图表 ; 图 6 和图 7 是示出根据本发明第一实施方式的过冷设备中设置的加热装置的视 图 8 是示出根据本发明第二实施方式的过冷设备中设置的加热装置的视图 ; 以及 图 9 是示出根据本发明一个实施方式的过冷设备的视图。图;
具体实施方式
以下将参照附图详细地描述本发明的优选实施方式。
图 3 是示出在冷却的液体中形成冰晶核的过程的视图。如图 3 所示, 容纳液体 L 的容器 C 在冷却空间 S 中受到冷却。
例如, 假设冷却空间 S 的冷却温度从常温下降到低于 0℃ ( 水的相变温度 ) 或液 体 L 的相变温度的温度。当进行冷却时, 想要在低于水的最大冰晶形成区——在此冰晶形 成被最大化——的温度 (-1℃至 -5℃ ) 或者低于液体 L 的最大冰晶形成区的温度下, 将水 或液体 L 保持在过冷状态。
液体 L 在冷却过程中蒸发, 使得蒸汽 W1 流到容器 C 中的气体 Lg( 或空间 ) 中。在 容器 C 由盖 Ck 封闭的情况下, 气体 Cg 可能因蒸汽 W1 而过饱和。在该实施方式中, 容器 C 可以选择性地包括盖 Ck。如果容器 C 包括盖 Ck, 则能够防止来自冷却空间 S 的冷空气直接 流入, 或者防止液体 L 的表面 Ls 的温度或液体 L 的表面 Ls 上的气体 Lg 的温度因冷空气而 降低。
当冷却温度达到或超过液体 L 的最大冰晶形成区的温度时, 液体 L 在气体 Lg 中形成冰晶核 F1, 或者在容器 C 的内壁上形成冰晶核 F2。否则, 液体 L 在液体 L 的表面 Ls 与容 器 C 的内壁 ( 几乎与冷却空间 S 的冷却温度相同 ) 之间的接触部冷凝。冷凝的液体 L 可以 形成冰晶核 F3。
例如, 当气体 Lg 中的冰晶核 F1 下降并穿过液体 L 的表面 Ls 渗透到液体 L 中时, 液体 L 脱离过冷状态, 并且引起液体 L 冻结。
此外, 由于冰晶核 F3 与液体 L 的表面 Ls 接触, 所以液体 L 脱离过冷状态, 并且引 起液体 L 冻结。
如上所述, 根据形成冰晶核 F1 至 F3 的过程, 当液体 L 保持为低于其最大冰晶形成 区的温度时, 由于从液体 L 蒸发并存在于液体 L 的表面 Ls 上的蒸汽的冻结、 以及在容器 C 的邻近于液体 L 的表面 Ls 的内壁上的冻结, 液体 L 脱离过冷状态。
图 4 是示出了在根据本发明的过冷设备中防止冰晶核形成的过程的视图。
在图 4 中, 为了防止气体 Lg 中的蒸汽 W1 冻结, 即, 为了连续地保持蒸汽 W1 的状态, 将气体 Lg 或液体 L 的表面 Ls 的温度设定成高于液体 L 的最大冰晶形成区的温度, 优选地, 高于液体 L 的相变温度。此外, 将液体 L 的表面 Ls 的温度设定成高于液体 L 的最大冰晶形 成区的温度, 优选地, 高于液体 L 的相变温度, 从而即使液体 L 的表面 Ls 与容器 C 的内壁接 触, 也能够防止液体 L 的表面 Ls 冻结。
因此, 容器 C 中的液体 L 在低于其相变温度或其最大冰晶形成区的温度下保持过冷状态。 图 5 是示出图 4 的水的过冷状态的图表。图 5 的图表示出了在液体 L 是水的情况 下在图 4 的原理下测量的温度。
在图 5 中, 线 I 是冷却空间 S 的冷却温度曲线, 线 II 是容器 C 中水的表面上的气 体 Lg( 空气 ) 的温度曲线, 而线 III 是容器 C 的外表面的温度曲线。容器 C 的外表面的温 度基本等于容器 C 中的水的温度。
如图 5 所示, 在冷却温度的范围在大约 -13℃到大约 -14℃ ( 参见线 I) 的情况下, 当容器 C 中水的表面上的气体 Lg 保持大约 4 至 6℃——该温度高于水的最大冰晶形成区的 温度——时, 容器 C 中的水保持在大约 -11℃, 低于水的最大冰晶形成区的温度, 并且在更 长一段时间内稳定地维持在保持液态的过冷状态。
图 6 和图 7 是示出设置在根据本发明第一实施方式的过冷设备中的加热装置的视 图。加热装置 100 附接于储存在冷却室中的容器 200 的上部, 以防止容器 200 中储存的液 体形成冰晶。加热装置 100 包括 : 主体 110, 其形成为具有一个开口侧的容器的形状, 如圆 筒形、 钟形、 截头圆锥形等 ; 加热丝 120, 其附连至主体 110 的内表面或外表面 ; 以及密封构 件 130, 其用于帮助主体 110 和容器 200 彼此附连, 并防止主体 110 中的热空气与冷却室的 冷空气彼此混合。
主体 110 的上部还设有加热丝固定构件 122, 该加热丝固定构件 122 用于帮助将加 热丝 120 附连并固定于主体 110。主体 110 可以形成为各种尺寸。过冷设备可包括多个加 热装置 100, 例如根据存储液体的容器 200 的尺寸而具有小内径主体 110 的加热装置 100, 以及根据存储含有大量液体的泡菜的容器 200 的尺寸而具有大内径主体 110 的加热装置 100 等。容器 200 容纳液体、 以及主要由液体构成或者含液体率高的物体。液体和物体因加 热装置 100 的加热操作和冷却室的冷却操作而保持在过冷状态。
加热装置 100 加热存在于加热装置 100 的内部空间 140 中即容器 200 上方的空间 中的空气。如上所述, 加热装置 100 能够防止液体表面上的蒸汽冻结, 以及容器的邻近液体 表面的内壁上的冻结。因此, 加热装置 100 能够安装在普通冰箱的冷却室中以将液体保持 在过冷状态, 而无需改变冰箱的结构。
主体 110 应当足够深以围绕容器 200, 从而至少加热容器 200 的上部。主体 110 的 深度设定成加热容器 200 中容纳的物体或液体上方的空气, 即, 将大部分或全部热能施加 到物体或液体的上部。在此, 即使因物体或液体中的对流等而发生热传递, 在容器 200 被连 续地冷却到低于最大冰晶形成区的温度范围的情况下, 物体或液体的温度 ( 如物体或液体 的平均温度或中央点温度 ) 能够保持在低于最大冰晶形成区的温度范围。
在主体 110 围绕整个容器 200 的情况下, 在容器 200 中加热可比冷却更强。因此, 主体 110 优选地通过容器 200 的顶部以及邻近顶部的侧面施加热能。例如, 主体 110 的深 度优先地设定成等于容器 200 中的物体或液体上的空气层的深度, 或者物体或液体的顶面 的深度。主体 110 围绕容器 200 的深度可以根据容器 200 中的物体或液体的高度而积极地 变化。否则, 估计能够容纳在普通容器 200 中的物体或液体的高度, 并且使主体 110 具有等 于该估计高度的深度, 即, 固定深度。
同时, 在内部空间 140 的热空气与冷却室的冷空气混合的情况下, 由于容器 200 的 上部的温度没有充分升高, 所以可能形成冰晶。此外, 随着冷却室内的温度升高, 冷却效率 可能劣化。因此, 加热装置 100 包括设置在主体 110 的下部, 即与容器 200 接触的部分处的 密封构件 130, 从而将内部空间 140 相对于冷却室密封。 密封构件 130 可以是具有良好粘附 性的粘性垫 ( 如橡胶垫 )。在图 6 和图 7 的本发明第一实施方式中, 密封构件 130 为粘性 垫。
主体 110 可以附接于容器 200 的顶部和侧面以及与容器 200 的顶部和侧面分离。 当主体 110 附接于容器 200 时, 由主体 110 围绕的内部空间 140 被密封构件 130 密封。
图 8 是示出设置在根据本发明第二实施方式的过冷设备中的加热装置的视图。在 第二实施方式中, 利用感应加热器原理来实现用于对储存液体的容器进行加热的加热装置 100。加热装置 100 包括感应器 150, 其定位在容器储存空间之上 ; 主体 110, 其由金属制成 以覆盖容器的上部 ; 以及密封构件 130, 其用于粘附和密封主体 110 和容器。感应器 150 与 主体 110 的上部间隔开, 以通过涡电流而感应加热主体 110。如第一实施方式中那样, 主体 110 受到加热以提高耦接到主体 110 内侧的容器上方存在的空气的温度, 从而防止冰晶形 成。 此外, 由于在感应器 150 的使用中不需要对主体 110 供电, 所以主体 110 能够自由移动。 在图 8 的本发明第二实施方式中, 密封构件 130 是由诸如橡胶的弹性材料制成的环形构件。 密封构件 130 可以形成为波纹形以改善绝热性和弹性。
图 9 是示出根据本发明一个实施方式的过冷设备的视图。 过冷设备 1000 的结构完 全类似于普通冰箱。 过冷设备 1000 包括冷却室, 该冷却室包括冷冻室 1100 和冷藏室 1200, 以及分别用于打开和关闭冷冻室 1100 和冷藏室 1200 的冷冻室门 1300 和冷藏室门 1400。 冷冻室门 1300 和冷藏室门 1400 分别包括单独的门 1310 和 1410, 使得使用者能够从外部放 入和取出物体, 而无需打开冷冻室门 1300 和冷藏室门 1400。单独的门 1310 和 1410 分别是 冷冻室门 1300 和冷藏室门 1400 的一部分。由形成于冷藏室门 1400 上的单独的门 1410 打 开和关闭的单独空间通常称为家庭酒吧。由形成于冷冻室门 1300 上的单独的门 1310 打开和关闭的单独的室 1110 用于过冷储存。单独的室 1110 中设有加热装置 100。如上所述, 加 热装置 100 附接于容器 200 的上部以提高容器 200 上方存在的空气的温度, 从而防止液体 形成冰晶。在该构造中, 使用者能够从外部容易地取出储存有过冷液体或含过冷液体的食 物的容器 200, 而无需打开冷冻室门 1300。
已经通过示例的方式说明了包括家庭酒吧的过冷设备 1000。然而, 本发明可以实 施成过冷设备 1000, 其中加热装置 100 并非设置在冷冻室门 1310 一侧, 而是设置在冷却室 中。
在容器 200 中的物体或液体保持在过冷状态的情况下, 当使用者将容器 200 与加 热装置 100 分离并通过外力 ( 如外部冲击、 晃动或敲动容器、 电动冲击, 刺激等 ) 使物体或 液体脱离过冷状态时, 物体或液体转变成软泥状态。使用者可以饮用软泥状态的物体或液 体。
图 6 和图 7 的加热装置 100、 图 8 的加热装置以及图 9 的加热装置 100 由冰箱的微 型计算机 ( 或控制装置 ; 未示出 ) 控制, 并且由冰箱的电源装置供电。微型计算机控制与加 热装置 100 有关的电力的施加和中断。此外, 微型计算机通过调节施加的电力的大小 ( 电 压水平和频率 ) 并且通过加热装置 100 加热内部空间 140 和容器 200 中的空气层来控制防 止冰核形成的温度。即, 当微型计算机控制由加热装置 100 产生的热能时, 其能够调节内部 空间 140 及容器 200 中的空气层的温度。具体地, 微型计算机控制加热装置 100 以保持温 度高于零度, 使得容器 200 中位置对应于加热装置 100 的空气层的温度能够保持为高于最 大冰晶形成区的温度范围。 本领域技术人员容易理解利用微型计算机控制加热装置 100 和电源装置的构造, 以及将电力从电源装置施加到加热装置 100 的构造。
本发明的范围不限于实施方式和附图, 而是由所附权利要求限定。