一种冰箱及微冻存储方法发明专利

专利名称：一种冰箱及微冻存储方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210524651.5

专利申请（专利权）人：珠海格力电器股份有限公司
权利人地址：广东省珠海市香洲区前山金鸡西路

专利发明（设计）人：朱雪峰,刘畅,陈佳弘,赵燕清,黄艳慧,李信良

专利摘要：本发明属于冰箱领域，尤其涉及一种冰箱及微冻存储方法，冰箱包括微冻室，用来微冻存储食物；温度检测模块设置在微冻室内，用来检测食物表面温度；尺寸采集模块设置在微冻室内，用于采集食物的尺寸信息；控制模块对食物表面温度进行监测，并在食物表面温度达到突变温度点T0时，根据突变温度点T0、尺寸信息、制冷功率和食物导热系数计算在食物中心温度达到突变温度点T0时的食物表面温度T1，并根据表面温度T1确定升温温度点T2,根据突变温度点T0确定降温温度点T3，控制食物表面温度在升温温度点T2和降温温度点T3之间对食物进行微冻存储，T2＜T3。本发明能使食物内部和食物外部均处于微冻状态，减小食物内外部分温度的温差，提升冰箱对食物的保鲜效果。

主权利要求：一种冰箱及微冻存储方法
技术领域
[0001] 本发明属于冰箱技术领域，尤其涉及一种冰箱及微冻存储方法。
背景技术
[0002] 冷冻是用来保存鱼、肉等食物最常用且安全有效的方法之一，通过低温的方法将食物中的液态水分逐渐冻结转化成固态，可有效抑制微生物的生长繁殖、降低各种生物酶的活性、减缓氧化还原反应进程，从而实现最大限度保留食物的食用品质、延长食物保鲜期的目的。
[0003] 常规的冷冻过程，冷冻温度一般在‑18℃甚至更低，它可以将食物中的绝大部分水分冻结。在冻结过程中，细胞外溶液首先产生冰晶，在渗透压的作用下细胞内的水外流，最终细胞内外的水分都结晶。在水分结晶的过程中，其体积增加、冰晶表面带有刺突，从而会对细胞膜产生破坏。常规冷冻的食物由于处于坚硬的冻结状态，难以直接进行后续的加工，一般需要先经过长时间的解冻过程。在解冻过程中，被破坏的细胞溶液流出产生血水，导致大量的营养物质流失。而微冻保鲜技术是将食物在生物体冻结点附近温度带轻度冷冻贮藏，食物只有部分发生冻结，从而有效降低冰晶对细胞的破坏，而且无需解冻即可进行后续加工。相对于普通的低温冷藏，微冻保鲜技术能明显延长产品货架期，因此，对于仅需要短期(1～2周)保存的鱼、肉等食物，微冻保鲜技术比常规冷冻保鲜效果更好。
[0004] 一般地，判断食物是否达到“微冻”状态，最为常用且行之有效的方法是通过食物的温度来判断。利用热电偶或红外温度传感器等来监测食物的表面温度，当食物的表面温度达到预设的温度点或温度突变点(相变点)，即认为食物已达到“微冻”状态，随后维持该温度状态并长期保存。而实际上在冷冻过程中，将食物放入一个低温的环境，食物的表面首先开始降温，冷量由表面逐渐向中心传递，导致食物表面和中心的温度不同、温度变化的速度也不同，食物中心温度相对于表面温度有一定的滞后性。即在降温过程中，当食物表面温度达到预设温度时，其中心温度高于该温度；在升温过程中，当食物表面温度达到预设温度时，其中心温度低于该温度。因此，当食物表面处于“微冻”状态时，食物中心可能处于完全未冻结状态，此时如果立即停止制冷降温，可能导致食物内部发生劣变，影响食物的保鲜效果。
[0005] 有鉴于此特提出本发明。
发明内容
[0006] 本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种冰箱及微冻存储方法，本发明能使食物内部和食物外部均处于微冻状态，减小食物内外部分温度的温差，提升冰箱对食物的保鲜效果。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的第一目的提出了一种冰箱，包括
[0008] 微冻室，用来微冻存储食物；
[0009] 温度检测模块，设置在所述微冻室内，用来检测食物表面温度；
[0010] 尺寸采集模块，设置在所述微冻室内，用于采集食物的尺寸信息；
[0011] 控制模块，所述控制模块对食物表面温度进行监测，并在食物表面温度达到突变温度点T0时，根据所述突变温度点T0、所述尺寸信息、制冷功率和食物导热系数计算在食物中心温度达到所述突变温度点T0时的食物表面温度T1，并根据所述表面温度T1确定升温温度点T2,根据所述突变温度点T0确定降温温度点T3，控制食物表面温度在升温温度点T2和降温温度点T3之间对食物进行微冻存储，T2＜T3。
[0012] 进一步可选地，所述升温温度点T2＝T1+第一温度值,所述降温温度点T3＝T0+第二温度值；
[0013] 所述第一温度值的取值范围为0～1℃；所述第二温度值的取值范围为0～1℃。
[0014] 进一步可选地，所述微冻室包括抽屉盒和可抽拉设置在所述抽屉盒内的抽屉，所述温度检测模块为位于所述抽屉盒顶部的一个或多个温度传感器。
[0015] 进一步可选地，所述尺寸采集模块为位于所述抽屉盒顶部的一个或多个超声波发生器或摄像头。
[0016] 本发明的第二目的提出了一种冰箱的微冻存储方法，所述方法包括
[0017] 控制冰箱制冷运行；
[0018] 获取食物表面温度；
[0019] 对食物表面温度进行监测，当食物表面温度达到突变温度点T0时，获取食物尺寸信息、制冷功率和食物导热系数，根据所述突变温度点T0、食物尺寸信息、制冷功率和食物导热系数计算当食物中心温度达到所述突变温度点T0时的食物表面温度T1；
[0020] 根据所述表面温度T1确定升温温度点T2,根据所述突变温度点T0确定降温温度点T3，控制食物表面温度在升温温度点T2和降温温度点T3之间对食物进行微冻存储,T2＜T3。
[0021] 进一步可选地，所述突变温度点T0为食物表面温度升高的温度点。
[0022] 进一步可选地，所述根据所述突变温度点T0、食物尺寸信息、制冷功率和食物导热系数计算当食物中心温度达到所述突变温度点T0时的食物表面温度T1，包括
[0023] 根据食物尺寸信息确定食物表面积、食物厚度；
[0024] 计算当食物中心温度达到所述突变温度点T0时的食物表面温度T1，满足：
[0025] 其中：P为制冷功率，λ为食物导热系数，L为食物长度，W为食物宽度，H为食物厚度。
[0026] 进一步可选地，当根据所述表面温度T1确定升温温度点T2后，所述控制方法还包括[0027] 获取当前食物表面实时温度T表1，计算所述表面实时温度T表1与所述表面温度T2的差值ΔT,ΔT＝T表1‑T2；
[0028] 分别比较所述差值ΔT与第一预设值和第二预设值的大小；
[0029] 当所述差值ΔT满足：ΔT＞第一预设值时，增大压缩机转速；
[0030] 当所述差值ΔT满足：ΔT＜第二预设值时，降低压缩机转速；
[0031] 当所述差值ΔT满足：第二预设值时≤ΔT≤第一预设值时，维持压缩机转速。
[0032] 进一步可选地，所述升温温度点T2满足：T2＝T1+第一温度值；所述降温温度点T3满足：T3＝T0+第二温度值，所述第一温度值的取值范围为0～1℃；所述第二温度值的取值范围为0～1℃。
[0033] 进一步可选地，所述控制食物表面温度在升温温度点T2和降温温度点T3之间，包括[0034] 当食物表面温度达到所述升温温度点T2时，停止制冷；
[0035] 当食物表面温度达到所述降温温度点T3时，重新开始制冷。
[0036] 进一步可选地，当食物表面温度达到升温温度点T2，停止制冷后，所述控制方法还包括
[0037] 经过设定时间后获取食物表面实时温度T表2；
[0038] 比较所述表面实时温度T表2与所述降温温度点T3的大小，当所述表面实时温度T表2小于所述降温温度点T3时，控制对所述微冻室进行升温处理。
[0039] 采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0040] 本发明通过对食物表面温度进行监测，并在食物表面温度达到突变温度点时T0计算食物中心温度达到突变温度点T0时的食物表面温度T1，然后根据食物表面温度T1确定升温温度点T2，根据突变温度点T0确定降温温度点T3，最后控制食物表面温度在升温温度点T2和降温温度点T3之间进行微冻存储，由此可实现食物的表面温度在T2和T3的范围内波动，食物中心温度在略大于T0(T4)和略小于T3(T5)范围内波动，且食物中心温度波动的幅度小于食物表面温度，从而使食物的内外部分都接近“微冻”状态，并减小食物内外部分温度的温差，提升冰箱对食物的保鲜效果。
[0041] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
[0042] 附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
[0043] 图1：为本发明实施例的冰箱的微冻室的结构图。
[0044] 图2：为本发明实施例的温度检测模块和食物尺寸采集模块的分布图。
[0045] 图3：为本发明实施的食物的简化模型图。
[0046] 图4：为本发明实施例的控制流程图一。
[0047] 图5：为本发明实施例的控制流程图二。
[0048] 图6：为本发明实施例的控制流程图三。
[0049] 图7：为本发明实施例在微冻存储过程中食物温度变化曲线图。
[0050] 其中：1‑抽屉；2‑抽屉盒；3‑密封条；4‑温度检测模块；5‑食物尺寸采集模块；6‑食物。
[0051] 需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
[0052] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0053] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“接触”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0054] 为了解决现有冰箱在对食物进行微冻存储时，食物表面与食物中心温度相差较大，导致食物内部发生劣变，影响食物保鲜效果的问题，本实施例提出了一种冰箱，本实施例的冰箱包括微冻室，微冻室用来微冻存储食物；还包括设置在微冻室内的温度检测模块和食物尺寸采集模块，温度检测模块用来检测食物表面温度，尺寸采集模块用于采集食物的尺寸信息。
[0055] 在一个具体的实施方式中，如图1和图2所示，微冻室包括由抽屉盒2、抽屉1和密封条3构成，抽屉1可抽拉设置在抽屉盒2内，密封条3设置在抽屉盒2的抽屉1入口处起到密封的作用。微冻室包括抽屉盒2和可抽拉设置在抽屉盒2内的抽屉1，温度检测模块4为位于抽屉盒2顶部的一个或多个温度传感器，当设置多个温度传感器时，多个温度传感器以阵列的方式排布。尺寸采集模块5为位于抽屉盒2顶部的一个或多个超声波发生器或摄像头，当有多个超声波发生器或摄像头时，多个超声波发生器和摄像头以阵列的方式排布。尺寸采集模块5采集的食物6的尺寸信息包括食物6的长度L、宽度W和厚度H，如图3所示。
[0056] 用户需要对食物6进行微冻存储时将抽屉1从抽屉盒2拉出，把食物6放置在抽屉1内，再将抽屉1关闭，启动冰箱的微冻存储功能即可。
[0057] 本实施例的冰箱还包括控制模块，在食物6微冻存储过程中，控制模块对食物6表面温度进行监测，并在食物6表面温度达到突变温度点T0时，根据突变温度点T0、尺寸信息、制冷功率和食物6导热系数计算在食物6中心温度达到突变温度点T0时的食物6表面温度T1，并根据表面温度T1确定升温温度点T2,根据突变温度点T0确定降温温度点T3，控制食物6表面温度在升温温度点T2和降温温度点T3之间对食物6进行微冻存储，T2＜T3。可选地，升温温度点T2＝T1+第一温度值,降温温度点T3＝T0+第二温度值；第一温度值的取值范围为0～1℃，优选为0.5℃；第二温度值的取值范围为0～1℃，优选为0.5℃。
[0058] 突变温度点是指在温度下降过程中温度突然开始上升的拐点。在降温过程中，水发生相变由液态转变为固态，此过程会产生一定的热量，导致温度突然增大，如温度变化率由‑0.01℃/s突变为+0.05℃/s。
[0059] 本实施例通过采集食物6的热物性数据，如表面温度和尺寸大小，再根据食物6的传热特性计算出当食物6中心温度达到突变温度点时食物6的表面温度，并由此作为判断食物6达到“微冻”状态的温度点，实现食物6的内外都能达到“微冻”的状态，并提高食物6内部的温度均匀性，提高冰箱“微冻”的保鲜效果。
[0060] 本实施例还提出了上述冰箱的微冻存储方法，结合图4和图5所示的控制流程图，控制方法包括步骤S1～S4，其中
[0061] S1,控制冰箱制冷运行；冰箱设有制冷系统，通过启动制冷系统来对微冻室进行降温。
[0062] S2,获取食物表面温度；
[0063] S3,对食物表面温度进行监测，当食物表面温度达到突变温度点T0时，获取食物尺寸信息、制冷功率和食物导热系数，根据突变温度点T0、食物尺寸信息、制冷功率和食物导热系数计算当食物中心温度达到突变温度点T0时的食物表面温度T1；突变温度点T0为食物表面温度升高的温度点。
[0064] S4,根据表面温度T1确定升温温度点T2,根据突变温度点T0确定降温温度点T3，控制食物表面温度在升温温度点T2和降温温度点T3之间对食物进行微冻存储,T2＜T3。
[0065] 结合图7所示的在微冻存储过程中食物温度变化曲线图，当食物放入微冻室后，在制冷系统的作用下，食物的表面首先开始降温，并逐渐向食物中心进行热传导。当表面温度降低到食物的冻结点附近时，食物的表面即发生由液态向固态转变的相变过程，并释放潜热导致表面温度突然升高，此时记录该温度突变点T0，然后在制冷速率等其他参数都不变的情况下，突变温度点T0、食物尺寸信息、制冷功率和食物导热系数计算当食物中心温度达到突变温度点T0时的食物表面温度T1，以食物表面温度T1确定升温温度点T2，升温温度点T2为每次程序化降温的终点，升温温度点T2略高于表面温度T1的温度，可选的，T2＝T1+第一温度值，第一温度值的取值范围为0～1℃，优选T2＝T1+0.5℃。以突变温度点T0确定降温温度点T3，降温温度点T3为每次程序化升温的终点，降温温度点T3略高于突变点T0的温度，可选地，T3＝T0+第二温度值，第二温度值的取值范围为0～1℃，优选T3＝T0+0.5℃。
[0066] 食物表面温度T2作为每次程序化降温的终点，并以表面温度T3作为每次程序化升温的终点，如此循环，食品温度变化的曲线如图7。由此可实现食物的表面温度在T2和T3的范围内波动，中心温度在T4(T4略大于T0)和T5(T5略小于T3)范围内波动，且中心温度波动的幅度小于表面温度。从而使食品的内外部分都接近“微冻”状态，并减小食品内外部分温度的温差，提升冰箱对食品的保鲜效果。
[0067] 进一步可选地，步骤S3包括S31～S32，其中：
[0068] S31，根据食物尺寸信息确定食物表面积、食物厚度；
[0069] S32计算当食物中心温度达到所述突变温度点T0时的食物表面温度T1，满足：
[0070] 其中：P为制冷功率，λ为食物导热系数，L为食物长度，W为食物宽度，H为食物厚度。
[0071] 位于微冻室内的一个或多个阵列式排布的温度传感器监测食物表面温度，位于微冻室的一个或多个阵列式排布的超声波发生器(或摄像头)采集食物的尺寸数据，然后根据采集的尺寸数据建立食物三维模型，将食物相对两侧的最小距离作为食物厚度H，对三维模型进行切割得到厚度为H的体积最大的立方体，测量立方体的长度L和宽度W，该立方体的长度L和宽度W视为食物长度L和宽度W。
[0072] 根据现有资料表明，肉类的导热系数与肉的温度呈正比例变化，且两种常见肉类的导热系数计算公式如下：牛肉的导热系数:λ1＝0.422+0.00019T；猪肉的导热系数:λ2＝0.250+0.00087T；其中：λ1为牛肉导热系数(W/m·K)；λ2为猪肉导热系数(W/m·K)；T为肉的温度(K)。

[0073] 这里以监测到的食物表面温度T表近似作为肉的温度T，以牛肉为例即：
[0074] λ＝0.422+0.00019T表(1)
[0075] 冰箱中存储多种食物的导热系数，用户在将食物放入微冻室内后冰箱通过用户选择的食物类型来确定食物的导热系数。
[0076] 根据固体的热传递模型：
[0077] 其中：Q为热能(J)；A为导热面积(㎡)；S为时间(s)；ΔT为温度差(K)；
[0078] d为传热距离(m)。温度差指的是食物表面和食物中心的温度差，即：
[0079] ΔT＝T中‑T表(3)
[0080] 其中：T表为食物的表面温度(K)；T中为食物的中心温度(K)。
[0081] 在理想模型条件下，近似认为制冷释放的热量全部被食物吸收，即单位时间内流过的热能约等于制冷功率P，即：
[0082] 单位时间内流过的热能:
[0083] 其中：q为单位时间内流过的热能即热能流(J/s)；Q为热能(J)；S为时间(s)；P为功率(W)；
[0084] 而由食物的尺寸信息可得：传热面积即食物表面积：
[0085] A＝2(L·W+L·H+W·H)(5)
[0086] 传热距离为食物表面到食物中心的最小距离，则有传热距离：(6)
[0087] 由公式(1)、(2)、 (3)、(4)、(5)、(6)可得，传热过程中：
[0088]
[0089] 由此即可通过制冷功率P、尺寸数据(如长度L、宽度W、厚度H)、中心温度预设值T中计算得到此时的表面温度T表,因此在食物中心温度达到突变点温度T0时，即可计算此时的食物表面温度T1，即
[0090]
[0091] 进一步可选地，当根据所述表面温度T1确定升温温度点T2后，步骤S4还包括S401～S402其中：
[0092] S401，获取当前食物表面实时温度T表1，计算所述表面实时温度T表1与所述表面温度T2的差值ΔT,ΔT＝T表1‑T2；
[0093] S402，分别比较所述差值ΔT与第一预设值和第二预设值的大小；当所述差值ΔT满足：ΔT＞第一预设值时，增大压缩机转速；当所述差值ΔT满足：ΔT＜第二预设值时，降低压缩机转速；当所述差值ΔT满足：第二预设值时≤ΔT≤第一预设值时，维持压缩机转速。
[0094] 结合图6的控制流程图，本实施例在由数据中心计算程序化升温温度点T2之后，会将此时的食物表面实时温度T表1与T2相比较。当两者差值较大时，如大于第一预设值时，第一预设值可选的为大于3℃，为加快食物中心进入到“微冻”的过程，将增大压缩机转速到K1，加大冷量的输送；当两者差值较小时，如小于第二预设值时，第二预设值可选的为小于1℃，则表明食物中心即将进入到“微冻”的过程，将减小压缩机转速到K3，避免食物中心温度过低导致过度冻结；在当两者差值一般时。如第二预设值时≤ΔT≤第一预设值时(如1～3℃)，则压缩机转速保持K2不变，K3＜K2＜K1。
[0095] 进一步可选地，步骤S4包括
[0096] 当食物表面温度达到所述升温温度点T2时，停止制冷；
[0097] 当食物表面温度达到所述降温温度点T3时，重新开始制冷。
[0098] 结合图5的控制流程图，随着制冷系统继续输入冷量，直到食物的表面温度达到温度点T2(如T2＝T1+0.5℃)时，停止制冷。食物表面温度开始逐渐回升，直到表面温度达到降温温度点T3(如T3＝T0+0.5℃)时，再次开始制冷，温度回升的过程可依靠自然升温，也可主动输入热量。
[0099] 进一步可选地，当食物表面温度达到升温温度点T2，停止制冷后，步骤S4还包括[0100] S41,经过设定时间后获取食物表面实时温度T表2；
[0101] S42,比较所述表面实时温度T表2与所述降温温度点T3的大小，当所述表面实时温度T表2小于所述降温温度点T3时，控制对所述微冻室进行升温处理。
[0102] 结合图6的控制流程图，在程序化升温过程中，如表面温度自然回温速度太慢，可能导致食品表面过度冻结。因此，当自然回温设定时间(如15min)后表面温度仍未达到降温温度点T3时，则对食物主动输入热量，块，加热模块可选的为加热丝，通过启动加热模块来对微冻室升温，微冻室升温带动食物表面温度上升。
[0103] 本实施例的冰箱及控制方法具有如下有益效果：
[0104] 1)本实施例的冰箱及控制方法相比于常规冷冻，可降低鱼、肉类食品营养流失和品质劣变，且取出后无需解冻即可进行后续加工。
[0105] 2)本实施例的冰箱及控制方法使得保存的食品内外部分都接近“微冻”状态，提升对食品的保鲜效果。
[0106] 3)本实施例的冰箱及控制方法可有效减小食品内外部分温度的温差，提升冰箱对食品的保鲜效果。
[0107] 4)本实施例的冰箱及控制方法可根据放入的食品温度和尺寸大小，智能调节程序化降温/升温过程，实现最优的“微冻”保鲜效果。
[0108] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0109] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0110] 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

专利地区：广东

专利申请日期：2022-05-13

专利公开日期：2023-09-22

专利公告号：CN114777374B