1.本发明涉及冷冻技术领域，尤其是一种灵活高效的冷冻复融装置及其冷冻复融方法。


背景技术：

2.许多生物制品、食品、化学品都采用冷冻保存来维持其产品功能和延长其有效期。市面上常将超低温冰箱直接用作冷冻设备，也有程序降温仪设备，但这些设备不具备加热复融功能。程序降温仪设备通常采用液氮或压缩机制冷，通过在冷冻腔室内设置风扇来促进冷风循环，加速物品冷却。但这样的冷冻过程存在腔室内温度分布不均一，不同位置物品降温速率不一致的问题，导致同一批产品冷冻后质量存在差异，造成质量控制和评价挑战。对于直接将液氮通入冷冻腔室的方式，还存在液氮对操作人员的伤害风险。直接将换热介质通入冷冻腔室也存在能耗高的问题。
3.市面上也有采用多层平板接触式传热，在平板内循环硅油进行制冷和加热的设备，虽然通过平板传热提高了温度分布均一性，但这种设备要求待冷冻和复融的产品与平板设备形成良好接触，否则传热效率很差，无法适应于多样化的冷冻容器和尺寸。同时，循环的硅油也存在腔室内泄漏和造成产品污染的风险。
4.cn201822204088.5公开了一种散热均匀的冷藏车独立制冷机组，位于冷藏箱体底部的固定板上设置多个气孔，冷气从气孔喷出，对放置在固定板上的物体进行制冷。这种制冷方式一定程度上提高了制冷的均匀性，但该设备也不具备复融功能，且固定板固定安装，不能根据物品的形状和尺寸灵活调节固定板的数量，难以同时冷冻不同尺寸的物品。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种灵活高效的冷冻复融装置及其冷冻复融方法，可用于多种尺寸和形状的物品的批量化冷冻，也可以同时冷冻多种不同尺寸和形状的物品，且具备复融功能，满足部分冷冻物品的复融需求。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：灵活高效的冷冻复融装置，包括冷冻复融室，所述冷冻复融室内设置有多层换热板，换热板内部具有空腔，所述空腔连接有制冷复融机构。
7.所述换热板包括多孔换热板和无孔换热板，所述多孔换热板的表面设置有多个与空腔连通的气孔，所述多孔换热板和无孔换热板均可拆卸安装在冷冻复融室内；
8.所述制冷复融机构包括相连接的制冷器和介质分布器，所述制冷器和介质分布器之间设置有加热器和循环泵，所述介质分布器内部具有存储腔，且介质分布器上设置有多个连通存储腔的分布管道，每根分布管道连通一多孔换热板或一无孔换热板的空腔，所述冷冻复融室通过第一循环管与制冷器相连，所述无孔换热板的空腔通过第二循环管与制冷器相连。
9.进一步地，所述多孔换热板和无孔换热板的高度可调节。
10.进一步地，所述冷冻复融室内设置有移动支架，所述多孔换热板和无孔换热板均可拆卸安装在移动支架上。
11.进一步地，所述冷冻复融室内设置有第一温度传感器，所述多孔换热板和无孔换热板的侧壁设置有第二温度传感器，所述第一循环管和第二循环管上设置有第三温度传感器。
12.进一步地，所述多孔换热板的气孔设置在多孔换热板的上表面。
13.进一步地，所述多孔换热板的气孔设置在多孔换热板的下表面。
14.进一步地，所述多孔换热板的上表面和下表面均设置有气孔。
15.上述灵活高效的冷冻复融装置的冷冻复融方法，
16.物品由冷冻瓶进行包装时，将冷冻瓶放在多孔换热板上，然后驱动制冷剂连续流经制冷器，同时启动循环泵，驱动气体循环流动，气体流经制冷器时成为冷气，冷气通过介质分布器和分布管道进入多孔换热板的空腔，再从各个气孔中喷出，对冷冻瓶进行制冷，冷冻复融室内的气体通过第一循环管流动至制冷器，实现循环；复融时，停止向制冷剂的流动，同时开启加热器；
17.物品由上下表面为平面的冻存盒进行包装时，将冻存盒放在无孔换热板上，调节相邻两无孔换热板之间的距离，使得冻存盒的上表面与上方的无孔换热板贴合；然后驱动制冷剂连续流经制冷器，同时启动循环泵，驱动换热介质循环流动，换热介质流经制冷器时成为冷介质，冷介质通过介质分布器和分布管道进入无孔换热板的空腔，通过热交换的方式对冻存盒进行制冷，无孔换热板内的换热介质通过第二循环管流动至制冷器，实现循环；复融时，停止向制冷剂的流动，同时开启加热器。
18.进一步地，当物品采用柔性的袋体进行包装时，先将袋体放在冻存盒中，且将无孔换热板倾斜安装，再将冻存盒放在倾斜的无孔换热板上，调节相邻两无孔换热板之间的距离，使得冻存盒的上表面与上方的无孔换热板贴合；然后驱动制冷剂连续流经制冷器，同时启动循环泵，驱动换热介质循环流动，换热介质流经制冷器时成为冷介质，冷介质通过介质分布器和分布管道进入无孔换热板的空腔，通过热交换的方式对冻存盒进行制冷，无孔换热板内的换热介质通过第二循环管流动至制冷器，实现循环；复融时，停止向制冷剂的流动，同时开启加热器。
19.进一步地，当冷冻瓶的高度较大时，采用上表面和下表面均设置有气孔的多孔换热板，冷气从多孔换热板的上下表面同时喷出，对冷冻瓶的上部和下部进行均匀制冷；，复融过程中可通过移动支架往复运动对样品进行振荡，以加速复融。
20.本发明的有益效果是：1、通过设置加热器，可以根据需要在取用的时候对冷冻物品进行加热复融。2、多孔换热板上均匀设置的多个气孔可以将冷气均匀喷出，冷气能够均匀分布在冷冻瓶周围，使冷冻瓶均匀制冷；而通过将冻存盒的上表面和下表面分别贴合相邻两无孔换热板，通过热交换的方式使冻存盒的上下表面均匀制冷。3、由于多孔换热板和无孔换热板可拆卸安装，可以根据保存冷冻物品的容器更换换热板，如可以全部采用多孔换热板，也可以全部采用无孔换热板，或者无孔换热板和多孔换热板同时采用，这样可以实现多种尺寸和形状的物品的批量化冷冻，也可以同时冷冻多种不同尺寸和形状的物品，使用非常灵活，应用范围广泛。
附图说明
21.图1是本发明的整体示意图；
22.图2是上表面设置气孔的多孔换热板的冷冻复融示意图；
23.图3是下表面设置气孔的多孔换热板的冷冻复融示意图；
24.图4是上下表面均设置气孔的多孔换热板的冷冻复融示意图；
25.图5是无孔换热板的冷冻复融示意图；
26.图6是袋装液体的冷冻复融示意图；
27.附图标记：1—冷冻复融室；2—换热板；3—移动支架；4—介质分布器；5—循环泵；6—制冷器；7—加热器；8—第三温度传感器；9—第二温度传感器；10—第一温度传感器；11—冷冻瓶；12—冻存盒；13—袋体；14—分布管道；15—第二循环管；16—第一循环管。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
29.如图1至图6所示，本发明的灵活高效的冷冻复融装置，包括冷冻复融室1，冷冻复融室1设置有侧开门，以便于取放物品，且冷冻复融室1覆盖有保温层，降低能耗。所述冷冻复融室1内设置有多层换热板2，换热板2内部具有空腔，所述空腔连接有制冷复融机构。
30.所述换热板2包括多孔换热板和无孔换热板，所述多孔换热板的表面设置有多个与空腔连通的气孔，气孔均匀分布，保证出气的均匀性，无孔换热板即没有设置气孔的板，通过热交换的方式进行制冷。
31.所述多孔换热板和无孔换热板均可拆卸安装在冷冻复融室1内，可以根据保存冷冻物品的容器更换换热板2，如可以全部采用多孔换热板，也可以全部采用无孔换热板，或者无孔换热板和多孔换热板同时采用，这样可以实现多种尺寸和形状的物品的批量化冷冻，也可以同时冷冻多种不同尺寸和形状的物品，使用非常灵活，应用范围广泛。
32.此外，多孔换热板和无孔换热板的高度可调节，即可以调节多孔换热板和无孔换热板的数量、间距等，当物品高度较小时，可以增加多孔换热板或无孔换热板的数量，以便于同时对更多的物品进行冷冻或复融；而当物品的尺寸较大时，可以减少多孔换热板或无孔换热板的数量，以增大相邻两换热板2之间的间距。此外，无孔换热板的高度可调节，用于放置形状为规则的长方体形的冻存盒12，可以通过调节无孔换热板的高度使得冻存盒12的上表面与上方的无孔换热板贴合，从而保证冻存盒12的顶部和底部均匀放热制冷。
33.所述制冷复融机构包括相连接的制冷器6和介质分布器4，所述制冷器6和介质分布器4之间设置有加热器7和循环泵5，所述介质分布器4内部具有存储腔，且介质分布器4上设置有多个连通存储腔的分布管道14，每根分布管道14连通一多孔换热板或一无孔换热板的空腔，所述冷冻复融室1通过第一循环管16与制冷器6相连，所述无孔换热板的空腔通过第二循环管15与制冷器6相连。
34.制冷器6用于制冷，可采用压缩机等现有的各种制冷设备，优选采用换热器，通过换热介质与外界的制冷剂进行热交换，使得换热介质的温度降低，换热介质采用无害的空气、水等，以替代直接将液氮等制冷剂通入冷冻复融室1的方案，消除了液氮等制冷剂对工作人员造成伤害的风险，同时降低能耗。
35.介质分布器4具有一定的存储功能，竖直设置，可以是管道，同时用于将换热介质
分散通入各个分布管道14，分布管道14可采用软管，具有一定的伸缩性能，在多孔换热板和无孔换热板的侧壁设置快拆接头，以便于在拆装多孔换热板和无孔换热板时可以快速将分布管道14从多孔换热板或无孔换热板上拆下，且能够快速将分布管道14连接在多孔换热板或无孔换热板上。
36.循环泵5用于驱动换热介质循环流动，实现循环制冷。加热器7为常用加热设备，在需要复融的时候可以关闭制冷器6，并启动加热器7，利用加热器7将换热介质加热，从而对物品进行加热。第一循环管16和第二循环管15用于将换热介质再次输送至制冷器6和加热器7，以保证换热介质的循环流动。第二循环管15可以采用软管，具有一定的伸缩性能，同时在无孔换热板的侧壁设置快拆接头，以便于在拆装无孔换热板时可以快速将第二循环管15拆下，且能够快速将第二循环管15连接在无孔换热板上。
37.换热介质可以采用无害的气体，如空气等，当换热板2全部采用无孔换热板，没有多孔换热板时，换热介质可以是气体，如空气等，也可以是液体，如水、乙二醇、硅油等。当换热板2全部采用多孔换热板或者部分采用多孔换热板时，即换热介质采用气体，优选采用空气。
38.多孔换热板和无孔换热板可以直接安装在冷冻复融室1的内侧壁，为了便于多孔换热板和无孔换热板的拆装，以及物品的取放，所述冷冻复融室1内设置有移动支架3，所述多孔换热板和无孔换热板均可拆卸安装在移动支架3上。移动支架3的底部设置有滚轮，可以推动移动支架3整体移动，在复融过程中可通过移动支架3往复运动对样品进行振荡，以加速复融；在拆装换热板2或者取放物品时，可以将移动支架3推动至冷冻复融室1之外，再进行操作，保证足够的操作空间，可提高操作效率。
39.为了便于调节多孔换热板和无孔换热板的高度，移动支架3可以设置多根竖直的丝杆，丝杆上设置多个与丝杆滑动配合的套筒，每个套筒的下方设置于丝杆螺纹配合的支撑螺母，多孔换热板和无孔换热板可拆卸安装在套筒上，套筒由支撑螺母进行支撑，通过转动支撑螺母，即可调节套筒和多孔换热板、无孔换热板的高度。多孔换热板和无孔换热板可以通过螺栓安装在套筒上，也可以通过销钉、销轴等进行安装。
40.所述冷冻复融室1内设置有第一温度传感器10，所述多孔换热板和无孔换热板的侧壁设置有第二温度传感器9，所述第一循环管16和第二循环管15上设置有第三温度传感器8。第一温度传感器10、第二温度传感器9和第三温度传感器8分别检测不同部位的温度，根据检测结果调节制冷剂的流量、循环泵5的转速以及加热器7的功率等，可以精确地控制冷冻温度、降温或者升温速率等指标，实现整个冷冻或复融过程的可控。
41.多孔换热板有多种形式，一是气孔设置在多孔换热板的上表面，如图2所示；二是气孔设置在多孔换热板的下表面，如图3所示；三是的上表面和下表面均设置有气孔，如图4所示。根据物品包装容器的具体尺寸选择合适的多孔换热板，如包装容器为高度较小的冷冻瓶11时，可以采用上表面设置气孔的多孔换热板，换热介质均匀向上喷出，也可以采用下表面设置气孔的多孔换热板，换热介质均匀向下喷出；当包装容器为高度较大的冷冻瓶11时，可以采用上下表面均设置气孔的多孔换热板，换热介质同时朝着上下两个方向喷出，使得冷冻瓶11的上部和下部均被换热介质均匀包围，从而保证制冷或制热的均匀性。
42.上述灵活高效的冷冻复融装置的冷冻复融方法为：
43.物品由冷冻瓶11进行包装时，该冷冻瓶11包括现有所有的各种形状、材料的瓶体，
采用多孔换热板进行制冷。具体地，将冷冻瓶11放在多孔换热板上，然后驱动制冷剂连续流经换热器，同时启动循环泵5，驱动气体循环流动，气体流经换热器时放热成为冷气，冷气通过介质分布器4和分布管道14进入多孔换热板的空腔，通过热交换对冷冻瓶11的底部制冷，再从各个气孔中喷出，对冷冻瓶11的瓶身进行制冷，冷冻复融室1内的气体通过第一循环管16流动至换热器，实现循环。复融时，停止向制冷剂的流动，同时开启加热器7，加热器7将气体加热为热气，热气进入多孔换热板，通过热交换对冷冻瓶11的底部进行制热，同时热气从各个气孔中喷出，对冷冻瓶11的瓶身进行制热。根据冷冻瓶11的尺寸选择如图2、图3和图4中的一种或多种多孔换热板。当冷冻瓶11的高度较大时，采用上表面和下表面均设置有气孔的多孔换热板，冷气从多孔换热板的上下表面同时喷出，对冷冻瓶11的上部和下部进行均匀制冷。
44.物品由上下表面为平面的冻存盒12进行包装时，冻存盒12具体可以是长方体形或者圆柱形，也可以是上下表面呈椭圆形、心形等各种高度较低的盒体，将冻存盒12放在无孔换热板上，如图5所示，调节相邻两无孔换热板之间的距离，使得冻存盒12的上表面与上方的无孔换热板贴合；然后驱动制冷剂连续流经换热器，同时启动循环泵5，驱动换热介质循环流动，换热介质流经换热器时放热成为冷介质，冷介质通过介质分布器4和分布管道14进入无孔换热板的空腔，通过热交换的方式对冻存盒12进行制冷，无孔换热板内的换热介质通过第二循环管15流动至换热器，实现循环。复融时，停止向制冷剂的流动，同时开启加热器7，复融过程中可通过移动支架3往复运动对样品进行振荡，以加速复融。
45.一般来说，冷冻瓶11的高度大于直径，且上部小，底部大，因此，通过底部换热、周围喷换热气体的方式就能够确保制冷或者制热的均匀性。而盒类容器一般上下面积大，高度较小，如果也采用底部换热、周围喷换热气体的方式，那么顶部面积较大的部位不能及时制冷或制热，导致制冷或者制热不均匀，因此，对于冻存盒12，采用上下表面同时热交换的方式制冷或者制热，换热面积大，提高制冷或者制热效率，且保证了上部和下部的制冷或者制热速率一致，由于其高度较低，整体制冷或者制热速率也比较均匀。
46.当物品采用柔性的袋体13进行包装时，如果直接将袋体13放在多孔换热板或无孔换热板上，由于袋体13是柔性的，没有固定形状，会导致不同水平位置的袋体13内部液体的厚度不同，不同厚度位置的中心处的降温或者升温速率不同，即难以保证不同厚度位置的均匀降温或升温。因此，在对袋体13包装的液体进行冷冻时，先将袋体13放在冻存盒12中，如果冻存盒12水平放置，袋体13的上表面难以与冻存盒12的顶板完全贴合，也会影响制冷或者制热的均匀性，因此，将无孔换热板倾斜安装，再将冻存盒12放在倾斜的无孔换热板上，这样冻存盒12也处于倾斜状态，袋体13内的液体在重力的作用下充满袋体13的下部空间且对袋体13进行挤压，状态如图6所示，保证了袋体13上下表面分别紧密贴合冻存盒12的顶板和底板，这样就能够使得袋体13上下表面均匀换热，且大部分位置的液体厚度保持一致，降温或升温速率可保持一致。然后调节相邻两无孔换热板之间的距离，使得冻存盒12的上表面与上方的无孔换热板贴合；然后驱动制冷剂连续流经换热器，同时启动循环泵5，驱动换热介质循环流动，换热介质流经换热器时放热成为冷介质，冷介质通过介质分布器4和分布管道14进入无孔换热板的空腔，通过热交换的方式对冻存盒12进行制冷，无孔换热板内的换热介质通过第二循环管15流动至换热器，实现循环。复融时，停止向制冷剂的流动，同时开启加热器7，复融过程中可通过移动支架3往复运动对样品进行振荡，以加速复融。
47.综上，本发明可以对某种袋体13、冷冻瓶11或者冻存盒12包装的物品进行批量化冷冻和复融，也可以对袋体13、冷冻瓶11或者冻存盒12混合冷冻和复融，且可以根据物品的高度调节多孔换热板和无孔换热板的高度和数量，使用非常灵活，适用性强，应用范围广泛，且针对袋体13、冷冻瓶11和冻存盒12的特点采用不同的冷冻复融方法，有力保证了袋体13、冷冻瓶11和冻存盒12的换热均匀性。
48.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。