УСТРОЙСТВО НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ КОНСЕРВАЦИИ С ФУНКЦИЯМИ ДЕЗИНФЕКЦИИ И СОХРАНЕНИЯ СВЕЖЕСТИ Российский патент 2018 года по МПК F25D23/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение представляет собой устройство низкотемпературной консервации, а точнее - устройство низкотемпературного хранения с функциями дезинфекции и сохранения свежести сохраняемых изделий. Благодаря использованию наночастиц с отрицательным электрическим разрядом устройство низкотемпературной консервации находит свое применение в различных сферах, включая применение в быту, для санитарной обработки, в пищевой промышленности, научных технологиях, на промышленных предприятиях, в сельском хозяйстве и т.д.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

По всему миру применяются различные устройства низкотемпературной консервации, включая бытовые нагреватели, системы охлаждения и обогрева складов, различные устройства низкотемпературной консервации для хранения, транспортировки и продажи охлажденных продуктов, а также в медицине, в промышленности и в сельскохозяйственной отрасли и для научных исследований. Данные устройства обеспечивают следующее: уничтожение бактерий под воздействием низкой температуры, при этом - контроль и подавление роста и размножения бактерий в сохраняемом изделии с помощью низкотемпературной консервации. Однако, по существу, большое количество бактерий сохраняется в изделии, подвергаемом низкотемпературной консервации, а некоторые криогенные микроорганизмы могут размножаться и распространяться даже при температуре менее -20°С. Например, различные мясные изделия, хранящиеся в замороженном состоянии, могут портиться в результате распространения психрофильных бактерий и плесени, что сокращает срок их хранения. Кроме того, в настоящее время при эксплуатации всех устройств низкотемпературной консервации также сталкиваются с двумя проблемами: они связаны с ухудшением питательной ценности и вкусовых качеств продукта в результате непосредственного воздействия кристаллов льда и обезвоживания изделия при заморозке. Например, при хранении овощей и фруктов в обычном низкотемпературном устройстве - холодильнике - период их хранения непродолжителен в результате обезвоживания и массового распространения бактерий. В связи с вышесказанным, наиболее важным направлением разработки устройства низкотемпературной консервации является устранение указанной проблемы с помощью простого, безопасного и надежного метода.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Целью представленного изобретения является обеспечение устройства функцией дезинфекции в камерах консервации, продления срока консервации сохраняемых изделий, предотвращение утраты питательных свойств и сохранение свежести продуктов. Благодаря появлению функции дезинфекции новые устройства консервации играют более значительную роль в быту, медицине, промышленности, сельском хозяйстве, научных исследованиях и во многих других сферах.

В патенте «Устройство и метод производства наночастиц с отрицательным электрическим разрядом» упоминается, что наночастицы с отрицательным электрическим разрядом могут уничтожать бактерии и вирусы, однако их внедрение в новую сферу -технологию пищевого производства и низкотемпературной консервации - представляет собой совершенно иную задачу. Во-первых, необходимо объяснить цель внедрения наночастиц с отрицательным электрическим разрядом в устройство низкотемпературной консервации и дать ответ на вопрос, позволит ли это решить проблему представленных в настоящее время на мировом рынке устройств. Во-вторых, следует выяснить, какова должна быть плотность наночастиц с отрицательным электрическим разрядом в камере низкотемпературной консервации для достижения эффекта дезинфекции, стерилизации и сохранения свежести сохраняемых изделий, а также какой тип структурной организации и рабочих параметров должен использоваться для различных устройств низкотемпературной консервации для обеспечения ими требований к дезинфекции и сохранению свежести. Разработка нужного устройства низкотемпературной консервации с функциями дезинфекции и сохранения свежести возможна только при решении данных проблем. Однако они не были решены в патенте «Устройство и метод производства наночастиц с отрицательным электрическим разрядом». В настоящий момент нам не известны имеющиеся в мировой практике документы или процедуры, связанные со внедрением технологии наночастиц с отрицательным электрическим разрядом в устройства низкотемпературной консервации с целью улучшения их производительности.

Представленное изобретение реализуется следующим образом: наночастицы с отрицательным электрическим разрядом вводятся в устройство низкотемпературной консервации, изготовленное с применением термоизоляционных материалов с одной или несколькими камерами и поддержкой различных температур в мобильных или стационарных устройствах, системой охлаждения, узлом эмиссии электроном, электрической системой и корпусом. Узел эмиссии электронов, представляющий собой эмиттер электронов, окно эмиссии, корпус и различные соответствующие компоненты, предусмотрен в каждой камере низкотемпературной консервации и подключен к источнику питания и блоку управления с помощью провода. Соответствующий источник питания и блок управления являются частью электрической системы.

Эмиттер электронов в узле эмиссии электронов - это электрод с определенным потенциалом относительно потенциала заземления вне устройства консервации, испускающий электроны только в соответствующую камеру низкотемпературной консервации, при этом нет других компонентов с потенциалом относительно потенциала заземления вне устройства консервации за исключением эмиттера электронов внутри электронной эмиссии. Эмиттер электронов может включать в себя один или несколько электродов с одинаковым потенциалом. Эмиттер электронов может изготавливаться из различных материалов, например, из металла, сплава, углеродистого или композитного материала или иных материалов, поддерживающих излучение электронов. Эмиттер электронов может иметь различную форму: игольчатую, заостренную, нитевидную, булавовидную, зазубренную или плоскую. Эмиттер электронов может быть выполнен с использованием различных конструкций и размеров в соответствии с областью применения и, следовательно, с различными потенциалами относительно внешнего заземления, в диапазоне от -2 кВ до -35 кВ. Электроны, испускаемые эмиттером в узле излучения электронов, соединяются с молекулами кислорода, углекислого газа и водного пара в камерах консервации, с группами указанных молекул или молекулярной группой наномасштаба, представляющей собой соединение указанных молекул с другими молекулами в воздухе, так что отрицательные электрические наночастицы распространяются в камере консервации. Узлы излучения электронов с различным количеством электродов и узлы различной структуры, форм и размеров применяются в соответствии с объемом, формой и размером камер низкотемпературной консервации и камер низкотемпературной консервации с поддержкой диапазона температур. Если плотность отрицательных электрических наночастиц в каждой отдельной независимой камере низкотемпературной консервации составляет от 5*10³/см³ до 10⁸/см³, камера работает в режиме дезинфекции. Камера низкотемпературной консервации наполнена наночастицами определенной плотности с отрицательным электрическим разрядом, а сохраняемое в ней изделие окружено атмосферой, наполненной данными частицами. Предусмотренные узлы излучения электронов с различным количеством электродов, различной структуры и размеров отвечают требованиям устройств низкотемпературной консервации, структуры, размерам и формам соответствующих камер. Эмиттер электронов испускает электроны для формирования наночастиц с отрицательным электрическим разрядом в камерах консервации; наночастицы с отрицательным электрическим разрядом распределяются внутри данной камеры с определенной плотностью и воздействуют на поверхность сохраняемого изделия в режиме дезинфекции. При этом наночастицы с отрицательным электрическим разрядом соединяются с молекулами воды на поверхности сохраняемого изделия и образуют пленку гидратации с сохранением содержания в них воды; наночастицы с отрицательным электрическим разрядом, прилипающие к поверхности сохраняемого изделия, способствуют уничтожению на ней бактерий и вирусов. Выбирается оптимальное соотношение параметров и температуры, объема, структуры и размера устройства консервации в соответствии фактическими требованиями и сферой применения. Хладагент устройства консервации призван обеспечить функционирование различных специальных устройств низкотемпературной консервации с поддержкой различных температур и структур, отвечающих сферам применения, включая бытовую сферу, санитарную обработку, пищевую промышленность, научные исследования, промышленное и сельскохозяйственное производство, с целью снижения расхода энергии и увеличения срока хранения при низкотемпературной консервации.

По сравнению с известным уровнем техники представленное изобретение характеризуется следующими преимуществами: обеспечение дезинфекции в камере низкотемпературной консервации, снижение потерь влаги сохраняемого изделия, улучшение питательной ценности и вкусовых характеристик продукта, уничтожение бактерий и вирусов на поверхности изделия. Поскольку три вышеупомянутых комплексных воздействия одновременно реализуются для камеры низкотемпературной консервации и для сохраняемого изделия, температура в указанной камере больше не ограничена данными факторами, следовательно, значения температуры в камерах консервации различных изделий могут совпадать или быть увеличены соответствующим образом. Кроме того, возможен выбор наиболее подходящей для фактического случая температуры, что позволяет снизить потребление энергии устройства консервации. Повышение температуры в камерах низкотемпературной консервации позволяет выбрать для устройства не содержащий фторидов, безопасный и дешевый новый хладагент.

Исследования показывают, что узел эмиссии электронов, испускающий электроны на основе туннельного эффекта, является пригодным для имеющегося устройства низкотемпературной консервации и может расцениваться как наиболее подходящая технология. Если плотность наночастиц с отрицательным электрическим разрядом в камере консервации составляет от 5*10³/см³ до 10⁸/см³, камера работает в режиме дезинфекции. Так как наночастицы с отрицательным электрическим разрядом, прилипающие к поверхности консервируемого изделия, обладают силой, притягивающей к ним молекулы воды на поверхности сохраняемого изделия, что представляет собой особое явление гидратации с образованием пленки увлажнения на соответствующей поверхности, препятствующей быстрому испарению влаги под воздействием температуры, это позволяет удерживать поверхностную влагу и одновременно способствует уничтожению бактерий и вирусов под влиянием наночастиц с отрицательным электрическим разрядом. Узлы излучения электронов с различной структурой и различным количеством электродов распределяются в соответствии с объемом, формой и размером камер низкотемпературной консервации, что поддерживает плотность наночастиц с отрицательным электрическим разрядом в диапазоне от 5*10³/см³ до 10⁸/см³. Потребление энергии узла эмиссии электронов ниже 3 Вт, что обусловлено главным образом потерей элементов электронного контура; данное значение может быть существенно снижено в ходе дальнейшего технического усовершенствования.

В устройстве низкотемпературной консервации с узлом эмиссии электронов камера консервации может использоваться для дезинфекции; отрицательные электрические наночастицы не приводят к загрязнению окружающей среды, напротив, они оказывают полезное для здоровья воздействие. Пространство с плотностью наночастиц с отрицательным электрическим разрядом менее 10⁸/см³ представляет собой стерильные условия дезинфекции, в которых данные наночастицы соединяются с молекулами воды на поверхности сохраняемого изделия и образуют пленку увлажнения. Изменения температуры окружающей среды не оказывают на указанные молекулы воды значительного влияния, приводящего к их перемещению или испарению, что обеспечивает сохранение уровня влаги различных продуктов при повышении температуры с 4-5°С до 6-9°С. Эффект сохранения свежести объема холодильной камеры превосходит имеющиеся на рынке аналоги с температурой хранения от -3°С до 0°С, при этом также увеличивается срок хранения пищевых продуктов.

Например, морозильная камера холодильника имеет два объема хранения с температурой -5°С и -12°С, соответственно; следовательно, изделия могут храниться в объемах с различной температурой, причем замороженные продукты питания (включая различные сорта мяса) или такие продукты, как мороженое, могут помещаться или храниться непосредственно в морозильном объеме с температурой -5°С, в то время как новые продукты, подлежащие заморозке, размещаются в объеме с температурой -12°С. Несмотря на отказ от функций быстрой и глубокой заморозки для свежих продуктов питания, хранящихся в стерильной камере консервации холодильного пространства с узлом электронной эмиссии, поверхности продуктов подвергаются стерилизации во время заморозки, так что эффект сохранения свежести и консервации значительно превосходит имеющиеся на рынке предложения.

В связи с повышением температуры в охлаждающем и морозильном объеме потребление энергии холодильника с узлом эмиссии электронов ниже, чем у представленных на рынке аналогов по крайней мере на 30%. Кроме того, так как температура низкотемпературного охлаждающего устройства повышается, можно выбрать новый хладагент или другие устройства низкотемпературного охлаждения, что препятствует дальнейшему разрушению озонового слоя атмосферы под воздействием карбидов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 представлено поперечное сечение бытового холодильника с узлом эмиссии электронов, соответствующим настоящему изобретению;

на Фиг. 2 приведено поперечное сечение транспортного устройства низкотемпературного охлаждения с узлом эмиссии электронов, соответствующим настоящему изобретению; а

на Фиг. 3 изображено поперечное сечение крупномасштабной морозильной камеры складского хранения с узлом эмиссии электронов, соответствующим настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На Фиг. 1 представлено поперечное сечение бытового холодильника с узлом эмиссии электронов, соответствующим настоящему изобретению. В отличие от представленных на рынке аналогов предлагаемая в настоящем изобретении холодильная установка дополнительно оснащена узлом эмиссии электронов (2) в каждой из охлаждающих и морозильных камер. В холодильной установке с узлом эмиссии электронов (2) электроны, испускаемые эмиттером, образуют наночастицы с отрицательным электрическим разрядом, способствующие уничтожению бактерий и вирусов в объемах консервирования с плотностью распространения таких частиц более чем 5*10³/см³. Обычно температура в первой зоне заморозки (11) холодильника может составлять от -8°С до -12°С, температура во второй зоне заморозки (12) может составлять -5°С, а температура в зоне охлаждения и сохранения свежести (13) может составлять от 6°С до 9°С. Холодильник представляет собой систему охлаждения и электрическую систему, состоящую из компрессора, конденсатора, сухого фильтра, капиллярной трубки, испарителя и т.д. Окно эмиссии узла эмиссии электронов занимает менее 0,2 л пространства в холодильнике с сотнями литров независимого пространства консервации и располагается в углу объема консервации, соответственно, данные объемы могут оставаться без его влияния при надлежащей компоновке. Как показано на Фиг. 1, объемы низкотемпературного хранения одновременно могут использоваться в виде камер дезинфекции и также могут считаться примерной реализацией, иллюстрирующей внедрение устройства консервации и дезинфекции. Кроме того, температура в каждом из объемов также может изменяться в целях использования каждого из них в качестве специальной камеры дезинфекции.

В общем случае температура в охлаждающих объемах представленных на рынке холодильных установок составляет от 4°С до 5°С; некоторые холодильники располагают зоной сохранения свежести с температурой от -3°С до 0°С. Поскольку у холодильников текущих моделей отсутствует функция стерилизации, продукты питания, овощи и фрукты могут служить причиной распространения бактерий в зонах хранения, что приводит к порче продуктов. Даже при хранении таких продуктов питания, как различные сорта мяса или замороженные изделия, в морозильном объеме при температуре от -18°С до -24°С они могут портиться в результате размножения психрофильных бактерий, включая плесень, при этом сокращается срок хранения продукции.

На Фиг. 2 приведено поперечное сечение транспортного устройства низкотемпературного охлаждения с узлом эмиссии электронов, соответствующим изобретению. Устройство охлаждения в соответствии с настоящим изобретением состоит из охлаждающего или замораживающего объема хранения (1), узла эмиссии электронов (2), системы охлаждения, электрической системы и системы питания. Так как обычно объем камеры низкотемпературного хранения составляет менее 50-80 м³, а ее максимальный размер - менее 6 м, требуется оснащение только одним узлом эмиссии электронов (2). Если объем хранения (1) вагона-холодильника разделен на две части для заморозки и охлаждения, узел эмиссии электронов (2) может быть установлен в каждой из них. Площадь окон эмиссии может быть сокращена, комплект блока питания может использоваться для обоих эмиттеров электронов соответствующих узлов (2). Описанный выше эффект достигается в том случае, если плотность наночастиц с отрицательным электрическим разрядом в камере консервации (1) составляет от 5*10³/см³ до 10⁸/см³.

На Фиг. 3 изображено поперечное сечение крупномасштабной морозильной камеры складского хранения с узлом эмиссии электронов, соответствующим настоящему изобретению. Габариты охлаждающего объема (1) составляют 24 м [длина] * 12 м (ширина) * 4 м (высота); восемь узлов эмиссии электронов (2) размещены соответственно с двух стороны при ширине пространства для хранения 12 м (всего 16 узлов эмиссии электронов (2)), а блок питания в сборе совместно используется 16 узлами эмиссии электронов (2). Зона окна эмиссии каждого такого узла (2) менее 25×50 см², а описанные выше эффекты консервации достигаются, если плотность наночастиц с отрицательным электрическим разрядом в объеме хранения (1) морозильной камеры складского хранения составляет от 5*10³/см³ до 10⁸/см³.

В заключение необходимо отметить, что цель настоящего изобретения достигается путем внедрения по крайней мере одного узла эмиссии электронов (2) в различных компоновках камеры низкотемпературного хранения, вагона-холодильника или морозильной камеры складского хранения. Например, один узел эмиссии электронов (2) размещается в холодильнике для объема хранения макс. 6 м, а также для объема низкотемпературного хранения 50-80 м³; в данном случае площадь окна эмиссии узла эмиссии электронов (2) может быть менее 25*50 см². Для бытового электрического холодильника с пространством низкотемпературного хранения менее 50 м³ площадь окна эмиссии соответствующего узла (2) и число электродов одного потенциала могут быть снижены. Электрические компоненты узла эмиссии электронов (2) могут составлять одно целое с компонентами устройства низкотемпературного хранения. Так как объем низкотемпературного хранения представляет собой пространство дезинфекции, устройство низкотемпературной консервации может одновременно использоваться как блок или камера дезинфекции, или для дезинфекции может применяться пространство хранения [1]. Кроме того, выпускаются различные специальные устройства дезинфекционного хранения с функциями поддержки различных температур и структур, которые могут использоваться в самых разных сферах, включая бытовую сферу, санитарную обработку, пищевую промышленность, научные исследования, промышленное и сельскохозяйственное производство и т.д.

Так как объем низкотемпературного хранения предлагаемого изобретения работает в режиме дезинфекции, на поверхности сохраняемого изделия формируется пленка гидратации; одновременно наночастицы с отрицательным электрическим разрядом, прилипаемые к поверхности сохраняемого изделия, способствуют уничтожению на ней бактерий и вирусов. Таким образом, температура в объеме низкотемпературного хранения больше не ограничивается указанными факторами, что обеспечивает выбор оптимального сочетания параметров и температуры в соответствии с объемом и структурой устройства консервации, фактическими требованиями и типом холодильной установки конкретного устройства хранения. В первую очередь, инновации изобретения коснулись имеющихся устройств низкотемпературного хранения и были направлены главным образом на сокращение потребления энергии, общее улучшение производительности таких устройств и реализации мер по охране окружающей среды.

Устройство низкотемпературной консервации с функциями дезинфекции и сохранения свежести представляет собой камеры низкотемпературной узел электронной эмиссии, систему охлаждения, электрическую систему и корпус. Узел электронной эмиссии испускает электроны и формирует наночастицы определенной плотности с отрицательным электрическим разрядом, обеспечивая дезинфекцию камер консервации. Наночастицы с отрицательным электрическим разрядом, налипающие к поверхности сохраняемых изделий и молекулам воды, образуют пленки гидратации на консервируемых изделиях с сохранением содержания в них воды. Использование данного изобретения обеспечивает свежесть консервируемых изделий и увеличивается срок хранения законсервированных изделий. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство низкотемпературной консервации с функциями дезинфекции и сохранения свежести, изготовленное с применением теплоизолирующего материала и состоящее из следующего:

по крайней мере одной камеры низкотемпературной консервации с поддержанием разных температур в различных устройствах мобильного и стационарного типов;

системы охлаждения;

электрической системы;

корпуса и

по крайней мере одного узла электронной эмиссии, установленного в камере низкотемпературной консервации с поддержанием различных температур, состоящего из эмиттера электронов, окна эмиссии и корпуса, и подключенного к источнику питания и соответствующему блоку управления с помощью проводов;

при этом эмиттер электронов представляет собой электрод с потенциалом относительно потенциала заземления вне устройства консервации, при этом нет других компонентов, имеющих потенциал относительно потенциала заземления вне устройства консервации за исключением эмиттера электронов внутри электронной эмиссии; потенциал эмиттера электронов составляет от -2 кВ до -35 кВ; и эмиттер электронов состоит из одного или нескольких электродов одного потенциала и настроен на излучение электронов в соответствующую камеру низкотемпературной консервации исключительно на основе туннельного эффекта.

2. Устройство низкотемпературной консервации по п. 1, в котором эмиттер электронов с острой, пилообразной или плоской характеристикой изготовлен из металла, углеродистого или композитного материала.

3. Устройство низкотемпературной консервации по п. 1 или 2, в котором количество и расположение узлов электронной эмиссии определяется в зависимости от объема, формы, размера и температуры камеры низкотемпературной консервации; наночастицы с отрицательным электрическим зарядом, сформированные эмиттером электронов на основе туннельного эффекта, распределяются в соответствующей камере низкотемпературной консервации; плотность наночастиц с отрицательным электрическим зарядом в камере низкотемпературной консервации составляет от 5*10³/см³ до 10⁸/см³.