车载真空冷藏箱的制作

1 研究背景

随着人们生活水平的提升,自驾野餐成为了人们假期经常选择的休假方式,实物的新鲜与否影响着人们的实际度假体验。例如如果人们计划野餐时要使用羊肉进行烧烤,最好携带鲜羊肉,但是汽车车厢里温度较高,长时间的行驶过程中,鲜羊肉容易变质,影响口感。如果能够有一款车载制冷保鲜装置,就可以方便的解决上述难题,能够提升人们的生活质量。虽然已经有一些文献报道了相关装置,但是现有的研究成果还不能有效解决这一问题,存在以下常见问题。

(1)有些装置能够用于车载,但是只有抽真空保鲜功能,没有制冷功能[1]。抽真空能够抑制微生物的数量,降低温度能够减弱微生物的活性,为了最大限度的增加保鲜时间,最好能够将抽真空与降低温度结合起来。

(2)有些装置同时具有真空保鲜和制冷,但是设计理念是先抽真空后降温,容易让储藏物脱水[2]。食物中的水分不断的向外蒸发,蒸发速度与外界气压和温度有关,外界气压越低食物水分蒸发越快,温度越高食物水分蒸发越快。如果先抽真空但是保持食物温度保持在室温,这就形成了低气压高温的状态,食物的水分容易流失。食物水分的含量直接影响着新鲜程度,保持住水分是保鲜的关键。另外,空气本身也是热量的传输介质,如果先抽走空气再降温,那么降温阶段由于缺少空气介质,其效率也会较低。最好能够设计一款先降温再抽真空的装置,初始阶段在食物周围形成低温高压的环境抑制水分蒸发并促进食物温度降低,之后再抽走空气减少微生物的数量,从而既保持住食物水分又实现较高的降温速率。

(3)有些装置虽然同时具备真空保鲜和制冷工能,但是体积大,不能用于家用车载[3,4]。这样的装置更多应用于冷链运输或者是专业冷库,与家用差距还很大,最好能够制作出家用汽车车载的小型装置。

(4)有些装置利用低压水蒸发带走储藏物能量实现降温[4],但是这类降温方式要求压强较低,例如610Pa[5],不易于推广使用。而且这类装置以损失水分换取降低温度,非常不利于保持食物的水分,不适合家用。

(5)有些使用氟利昂制冷[6],但是氟利昂对大气臭氧层有着严重的危害[7]。家用车数量庞大,如果每一辆汽车都配有氟利昂制冷的保鲜箱,对环境污染不容小视。最好能够利用无污染的制冷装置,例如半导体制冷片,实现制冷功能。

基于目前相关研究的现状,本文介绍了一款能够同时实现降温和抽真空功能;程序上先降温再抽真空;体积小巧能够满足车载要求;保鲜效果好;环境友好的车载冷藏箱的制作。

图1 车载真空冷藏箱电路图

2 工作原理

(1)降温。当仓门关闭后,启动制冷机,对仓内进行降温。降温使用半导体降温设备,其固定于仓内的顶部,这样能够有效将各个方向的温度降低。当温度达到目标6℃后,降温自动停止。

(2)抽气。当温度达到设定温度后,真空泵启动并开始全速抽气,使仓内气压达到0.95个标准大气压。当仓内气压达到这一值时,真空泵的抽速下降,用于维持真空同时节省电能。

(3)取物。当人们拉动扳手准备取物时,系统先停止真空泵抽气,同时开启放气电磁阀,使仓内进气。当仓内气压达到标准大气压后再允许仓门打开。仓门打开后,制冷装置停止工作,直到仓门关闭后再进行制冷,以便节省电能同时避免仓内上霜结冰。

(4)关门。仓门关闭后,依次完成降温、抽气流程,使仓内保持低温真空状态。

图2 车载真空冷藏箱实物图

3 元配件介绍

本装置使用了12 V直流稳压电源,产品型号为K TP003-8A,其功能是将220V的交流电转换为12V的直流电;使用了智能数显压力控制器,产品型号为YZ-S80,其功能是控制真空泵的通断,进而来控制制冷仓内的压强;使用了微型真空泵,其功能是通过抽出制冷仓内的空气来降低制冷仓内的压强;使用了半导体制冷模块,其功能是降低制冷仓内的温度;使用了电磁阀,其作用是通过通断电源,使电磁阀处于工作和关闭状态,进而实现为制冷仓内放气打开箱门。

4 结构布局

真空保鲜冰箱制冷仓仓门由铰链与制冷舱连接,仓门中心安装有观察玻璃,舱门内端面周边安装有密封圈,制冷仓上安装有设置温度和压力的显示面板和电磁阀开关,制冷仓上部安置放气电磁阀和真空电磁阀。制冷仓是全密封的,压力可以长时间保持。

5 线路连接

图1展示了车载真空冷藏箱的电路图。

6 实际效果

接通电源,当开启仓门放入食物并关闭仓门后,制冷组件启动,对食物进行冷冻,然后真空泵开启,将箱内空气抽出,达到设定压力值时,真空泵停止工作。箱内食物在低温和低气压的环境中实现长时间保鲜。按下开关按钮,电磁阀启动使得内外通路,箱内压力逐渐与外界平衡,负压消失,仓门可以顺利开启,便于存取食物。图2给出了车载真空冷藏箱的实物图。

7 改进方向

当前已经完成了模型产品的制作,使用了亚克力作为箱体材料,其承压能力有限,未来可以通过更换箱体材料实现更低真空。另外,目前的半导体制冷片效率还将随着材料科学的进步而提高,未来产品采用高效半导体制冷片后,制冷效果更好。

8 结语

汽车已经进入了人们的生活,很多车载装置应运而生,大大方便了人们的生活。但是,车载保鲜装置的发展相对滞后,已有的一些研究并不能很好地解决车载保鲜这一难题。本文介绍了一款能够集合制冷、真空两种功能的装置,通过先制冷后抽真空的方式,最大限度的保留了食物的水分同时能够长时间保持食物的新鲜。已经做出的模拟装置工作正常,能够达到预期目标。现有装置具备以下特点。(1)同时具备真空和制冷功能,保鲜效果好;(2)先降温后抽真空,食物不脱水;(3)体积小巧,适合家用车载;(4)半导体制冷,环境友好。未来使用更耐压的箱体材料和新型半导体制冷片,该装置保鲜效果将得到进一步提升。