基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用。所述基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；多维交变磁场单元，其包括至少两个励磁线圈组，所述的至少两个励磁线圈组用于形成至少两个在不同维度方向上变化的交变磁场，所述的至少两个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态。本发明专利技术使样品达到相同的冷冻品质时所需能量更低，处理量更大。

【技术实现步骤摘要】
基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用
本专利技术特别涉及一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用，属于食品、农产品原料和医疗样品的保藏

技术介绍
有机体包括各类食品、水产品、面制品、果蔬和农产品的冷冻保鲜是通过低温抑制其样品内部的呼吸作用，减弱其新陈代谢及酶的活性，同时控制微生物的生长和繁殖，进而实现对样品的保藏。在温度范围内-5℃～1℃内，有机体内的水分大多数被冻结并形成冰晶，所以该温度区域叫做最大冰晶生成带。因此，在这个温度范围内样品内部的水分状态会发生巨大变化，并影响其理化品质。样品通过最大冰晶带的速率越快，则越能实现其高品质冻藏。在冷冻过程中，有机体细胞外的溶液首先形成冰晶，并在蒸汽压作用下细胞内的水分向细胞外迁徙，同时形成较大的冰晶并破坏细胞壁、细胞膜，甚至机体组织，解冻时造成细胞质外溢，解冻后的细胞不能恢复原状且样品水分大量流失，影响食品的风味和感官品质，甚至不能食用。磁场对冷冻过程中冰晶的形成有较大的影响。例如，早期研究发现磁场可造成某些电解质溶液的冰晶体表面更为光滑。而且在不同磁场作用下，比如旋转磁场、脉冲磁场、交变磁场，发现其低频交变的磁场对NaCl溶液冷冻结晶时冰晶的形成具有显著的抑制作用，可使溶液形成细小的冰晶。日本ABI公司开发的磁场辅助冷冻系统CAS(CellAliveSystem)可在0.01mT弱磁场下对浓度为10％的硫酸二甲酷溶液中的牙周细胞进行高品质的冷冻，与不加磁场的冻结样品相比，其解冻后的细胞组织存活率更高。常规的冰箱或冷库在冷冻各类食品、肉制品、果蔬、水产品和生物样本时，会因样品在“最大冰晶生成带”的滞留时间过长，而导致冰晶过大并刺破细胞膜、细胞壁和组织，进而使得解冻后的产品品质下降。因此，需要采用大功率的速冻装备来解决这一问题，即加速样品的冻结历程并使其快速的通过最大冰晶生成带。但该技术对压缩机的功率和规格要求较高，所需能耗也较大。同时，已有的磁场冷冻技术大多采用永磁体的静磁场、电磁铁或亥姆霍兹线圈的一维交变磁场来进行辅助冷冻，技术参数单一且冷冻区中的磁场分布极不均匀，容易造成差异化的冷冻效果，解冻后产品品质差异大。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用，以克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，包括：冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；多维交变磁场单元，其包括至少两个励磁线圈组，所述的至少两个励磁线圈组用于形成至少两个在不同维度方向上变化的交变磁场，所述的至少两个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态。进一步的，其中一个励磁线圈组的轴线与另一个励磁线圈组的轴线相互垂直。更进一步的，所述多维交变磁场单元包括三个以上励磁线圈组，其中三个励磁线圈组的轴线分别沿三个正交的维度方向延伸。进一步的，所述励磁线圈组包括复数个分支线圈，各分支线圈分别与电源电连接。更进一步的，所述励磁线圈组形成的交变磁场的磁场强度和/或频率呈周期性变化，所述周期为0-100s。进一步的，在同一励磁线圈组内，各分支线圈同轴设置。进一步的，在同一励磁线圈组内，各分支线圈之间等间距设置。更进一步的，每一分支线圈形成的分支交变磁场的中心磁场强度为0-300Gs，频率为0-200Hz。进一步的，每一励磁线圈组中的各分支线圈分别与程控电流源电连接。进一步的，所述的至少两个励磁线圈组分别与程控电流源电连接，所述控制单元分别与所述冷冻单元和程控电流源连接，并且所述控制单元至少用以对所述冷冻区的温度和/或冷冻时间和/或所述的至少两个励磁线圈组产生的交变磁场的强度和/或频率和/或方向进行调控。优选的，所述冷冻单元包括压缩机制冷系统。较为优选的，至少一个励磁线圈组环绕所述冷冻区设置。本专利技术实施例还提供了所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统于水产品、果蔬制品、冷鲜肉制品、主食面制品或者医疗及生物样品冷藏领域的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：本专利技术提供的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，能耗低、品质高，在常规的冷冻过程中将多维度的交变磁场和可编程控制技术相结合，在样品冷冻区生产出不同方向上周期性变化的磁场，当样品缓慢的经过最大冰晶形成带时会抑制冰晶的形成，从而保证各类食品或有机体的冷冻品质，解冻后的样品汁液不流失且品质如初；不同方向上的交变磁场在冷冻区中交替出现，相对于传统的连续式一维磁场辅助冷冻系统，本专利技术使样品达到相同的冷冻品质时所需能量更低，处理量更大；由于生物有机体的磁导率极低，因此交变磁场在样品中的损耗极少，并主要作用于其内部的极性水分子；励磁线圈中的电流一部分用于建立和维持磁场的运行，另一部分在励磁线圈电阻中以欧姆热的形式消耗。附图说明图1是本专利技术一典型实施案例中基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统的结构示意图；图2是本专利技术一典型实施案例中基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统中三维周期磁场的瞬时磁力线平面分布图；图3是本专利技术一典型实施案例中基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统中三维周期磁场的瞬时磁力线立体分布图；附图标记说明：101-三维励磁线圈组；102-程控电流源；103-压缩机制冷系统；104-保温箱；105-上位机。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例提供了一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，包括：冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；多维交变磁场单元，其包括至少两个励磁线圈组，所述的至少两个励磁线圈组用于形成至少两个在不同维度方向上变化的交变磁场，所述的至少两个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态。进一步的，其中一个励磁线圈组的轴线与另一个励磁线圈组的轴线相互垂直。更进一步的，所述多维交变磁场单元包括三个以上励磁线圈组，其中三个励磁线圈组的轴线分别沿三个正交的维度方向延伸。进一步的，所述励磁线圈组包括复数个分支线圈，各分支线圈分别与电源电连接。更进一步的，所述励磁线圈组形成的交变磁场的磁场强度和/或频率呈周期性变化，所述周期为0-100s。进一步的，在同一励磁线圈组内，各分支线圈同轴设置。进一步的，在同一励磁线圈组内，各分支线圈之间等间距设置。更进一步的，每一分支线圈形成的分支交变磁场的中心磁场强度为0-300Gs，频率为0-200Hz。进一步的，每一励磁线圈组中的各分支线圈分别与程控电流源电连接。进一步的，所述的至少两个励磁线圈组分别与程控电流源电连接，所述控制单元分别与所述冷冻单元和程控电流源连接，并且所述控制单元至少用以对所述冷冻区的温度和/或冷冻时间和/或所述的至少两个励磁线圈组产生的交变磁场的强度和/或频率和/或方向进行调控。优选的，所述冷冻单元包括压缩机制冷系统，所述压缩制冷系统的终点温度为-150°～室温，制冷效率为0.2-0.5℃/min。较为优选的，采用保温箱提供冷冻区，所述保温箱包括绝热层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于包括：冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；多维交变磁场单元，其包括至少两个励磁线圈组，所述的至少两个励磁线圈组用于形成至少两个在不同维度方向上变化的交变磁场，所述的至少两个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于包括：冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；多维交变磁场单元，其包括至少两个励磁线圈组，所述的至少两个励磁线圈组用于形成至少两个在不同维度方向上变化的交变磁场，所述的至少两个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态。2.根据权利要求1所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：其中一个励磁线圈组的轴线与另一个励磁线圈组的轴线相互垂直。3.根据权利要求2所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：所述多维交变磁场单元包括三个以上励磁线圈组，其中三个励磁线圈组的轴线分别沿三个正交的维度方向延伸。4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：所述励磁线圈组包括复数个分支线圈，各分支线圈分别与电源电连接；和/或，所述励磁线圈组形成的交变磁场的磁场强度和/或频率呈周期性变化，所述周期为0-100s。5.根据权利要求4所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：在同一励磁线圈组内，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨哪，金亚美，徐学明，吴石林，吴凤凤，金征宇，谢正军，王金鹏，周星，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32