CN102972512A - 家用果蔬贮藏保鲜智能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种家用果蔬贮藏保鲜智能装置。本发明装置根据所贮藏果蔬的特性将催熟、保鲜和抑腐这三个基本过程组合以实现智能贮藏保鲜，各基本过程间的切换和各基本过程内的温度、湿度和臭氧含量的调节根据所贮藏果蔬植物学上的品种特性和跃变特性在自动控制***控制下完成。其中各基本过程间的切换通过检测果蔬释放的特征气体进行判断。上述整个过程不需人工干预，并通过人机交互***将果蔬的当前状态进行反馈。本发明装置能识别贮藏果蔬的青熟、红熟和腐败，可帮助使用者提高果蔬的食用品质。此外，本发明装置在果蔬贮藏保鲜方面具有能耗低、效果好、无污染且操作方便，特别适于家庭使用。

Description

家用果蔬贮藏保鲜智能装置
技术领域
本发明涉及一种家用果蔬贮藏保鲜智能装置。
背景技术
目前适用于家庭的果蔬贮藏装置主要是使用冰箱。虽然现代冰箱具有冷藏室、冷冻室以及特殊的变温室（保鲜室）等功能区，但仍然主要是通过对温度的调节（特别是采用低温）进行食品的贮藏保鲜。果蔬因其自身的生命特征呈现出个性化和阶段性（青熟、红熟和衰老腐败等）的特点。果蔬正常生命活动的环境温度通常在0℃以上，不同种类的果蔬各有其最佳贮藏温度，许多果蔬（特别是热带和亚热带果蔬）的最佳贮藏温度在10℃或以上。此外，贮藏环境的湿度、氛围成分以及微生物等因素也是果蔬贮藏保鲜的重要因素。因此，目前普通家用冰箱尚无法满足种类繁多的果蔬个性化的贮藏保鲜需求。
发明专利《一种智能调温保鲜冰箱》（申请号200610098096.5）中涉及在冰箱储物盒下方安装压力传感器。相当于利用“电子台秤”称量储物盒中物品重量，从而辅助确定制冷量，达到对温度的精确调节。此外，该发明专利未涉及催熟、保鲜和抑腐的过程切换。
发明内容
新鲜果蔬相比其他商品的重要特点是其特有的生命特征。对于消费者而言，果蔬（尤其是已经历货架期的果蔬）的保鲜主要是使其保持自然特有的营养、风味和口感的基础上，延缓衰老腐败的过程。但是，现有家庭使用的果蔬贮藏保鲜方式主要是使用冰箱，消费者在选择贮藏保鲜方式时也主要依靠主观经验。面对种类繁多的果蔬，这种单一且主观的方式显然缺乏科学性。同时，果蔬生产、存储、运输和销售过程中使用的催熟剂和保鲜剂，使得果蔬的外在特征和内在成熟特征失去了自然联系。因此，如何根据果蔬的特性，科学而低成本的进行贮藏保鲜，并在贮藏过程中实时显示果蔬的成熟特性为消费者提供参考，同时又能满足家庭使用的要求，是需要解决的技术课题。本发明提供适于家庭使用的果蔬贮藏保鲜智能装置。
下面对本发明专利的植物学背景知识作简要介绍。果蔬可以按照品种分类，同时不同品种的果蔬按照成熟过程中是否存在跃变现象（呼吸作用的突然加强，乙烯和二氧化碳等气体释放量的突然增加等现象）区分成跃变型果蔬和非跃变型果蔬。通常，跃变型果蔬以跃变现象为界划分成青熟和红熟两个阶段。果蔬在不同的生理阶段，如青熟和红熟，其适宜的温度、湿度和气体成分条件有着显著的区别。
本发明装置的贮藏保鲜处理流程及基本功能如下所述。
（一）  根据果蔬的品种特性和跃变特性，分类记录其最适宜成熟的温度、湿度和气体成分（包括氧气和二氧化碳）条件，成熟后最适宜保鲜和腐败后最适宜抑腐的温度、湿度和气体成分（包括氧气、二氧化碳和臭氧）条件，跃变型果蔬跃变时单位重量单位时间内生成的特征气体（乙烯或二氧化碳）的生成量及其变化率，果蔬产生腐败时单位重量单位时间内所释放的特征气体（乙醇）的生成量及其变化率，等等。这些数据由实验获得，相对于果蔬品种而言具有典型性，在自动控制***中以预先确定值的形式存储。使用者在贮藏果蔬时只需将果蔬放入贮藏空间，并选择果蔬的品种信息，自动控制***即可根据果蔬信息确定跃变特性、相关贮藏保鲜过程及过程参数。
（二）  跃变型果蔬的典型贮藏保鲜须经历以下三个基本过程。
(1) 催熟：依据上述要点（一）所述的过程参数调节贮藏环境温度、湿度和气体（氧气和二氧化碳）含量加速果蔬由青熟向红熟的转变。
(2) 保鲜：依据上述要点（一）所述的过程参数调节贮藏环境温度、湿度以及气体（氧气、二氧化碳和臭氧）含量，延缓果蔬由红熟向衰老腐败转变的过程。同时，根据果蔬特性选择进行热冲击灭菌（如：巴氏灭菌），调整微生物种类和数量。
(3) 抑腐：依据上述要点（一）所述的过程参数调节贮藏环境温度、湿度以及气体（氧气、二氧化碳和臭氧）含量，周期性热冲击灭菌（如：巴士灭菌）等方式延缓果蔬腐败速度。当果蔬腐败超出调控范围时，对腐败果蔬进行封闭隔离，保护外界环境。
（三）  非跃变型果蔬的基本贮藏过程与上述要点（二）相同，仅减少了过程催熟（1）。如果跃变型果蔬已判定红熟，其贮藏过程与非跃变型果蔬相同。
（四）  上述要点（二）中三个基本过程的切换是通过检测密闭贮藏空间中所贮藏果蔬单位重量单位时间内产生的预定特征气体的生成量及其变化率，然后将检测值与预定的该果蔬品种的相应特征阈值进行比较判断而实现的。由催熟转变到保鲜检测的特征气体是乙烯或二氧化碳，由催熟或保鲜切换到抑腐检测的特征气体是乙醇。特征气体的检测由气体检测传感器完成，如红外线吸收传感器、半导体气敏传感器等。基本过程之间的切换以及各基本过程内温度、湿度和臭氧含量的调节在自动控制***的控制下依据上述要点（一）所述的过程参数完成。上述整个过程中果蔬处于相同的贮藏空间中，相关操作不需人工干预，并由人机交互***进行提示或警告。
本发明装置的主要结构如下所述。
控制器与压力传感器（13）、气体检测组件（9）、内循环组件（10）和电磁阀（11）相连，实现称重、循环支路切换、温度和湿度控制、臭氧生成控制等功能。
称重***包括盛放筐（3）、桶圈（4）和压力传感器（13）。桶圈（4）安装在内桶（5）上部端口位置，其上设有三条槽，各槽分别安装有压力传感器（13）。盛放筐（3）为栅格结构，其端口部位设有三条悬臂。各悬臂分别放置在桶圈（4）的槽中，置于压力传感器（13）上，实现将盛放筐（3）悬置在内桶（5）中，用以方便气体流动。盛放筐（3）上三个悬臂分别将筐内果蔬重力传递给压力传感器（13）获得果蔬重量值。测得的果蔬重量用以计算单位重量该果蔬单位时间释放的预定特征气体的生成量及其变化率。如果测得果蔬重量为零，控制器将关闭其应用，防止误操作。
桶套（2）连接桶盖（1）和内桶（5）构成封闭的贮藏空间。内桶（5）侧壁开有通风孔（进风孔和出风孔）与气体循环***相连。气体循环***包括风扇、气体检测组件（9）、内循环组件（10）、电磁阀（11）、循环管路（12）。气体循环***将回路分成三个独立的支路：外循环支路、内循环支路和检测支路。各循环支路由电磁阀（11）进行切换。
外循环实现贮藏空间与环境之间气体交换，可以实现气体成分调节（氧气和二氧化碳）以及降低贮藏空间湿度的功能。进行外循环时，通风孔与环境相通，利用风扇形成气流循环。
内循环实现贮藏空间温度的双向调节、增加贮藏空间湿度，包括内循环组件（10）、电磁阀（11）和循环管路（12）。内循环回路上安装的内循环组件（10）包括：半导体双向电热元件、增湿器、臭氧发生器。进行内循环时，贮藏空间与外界环境封闭隔离，在风扇的作用下，贮藏空间内部形成气流循环。内循环中，增湿器根据湿度传感器的反馈增加贮藏空间空气湿度，臭氧发生器也根据设定进行工作，实现灭菌和分解乙烯。
桶套（2）、内桶（5）、外桶（6）和底座（7）中间夹层填充隔热材料，桶盖（1）也具有隔热层。半导体双向电热元件（包含在内循环组件（10）中）根据安装在内桶（5）内的温度传感器的反馈，通过内循环实现温度调节。温度调节***可实现温度的双向调节，可完成热冲击灭菌（如：巴氏消毒）功能。
检测循环包括气体检测组件（9）、电磁阀（11）和循环管路（12）。检测循环将贮藏空间中气体导入气体检测组件（9）进行在线成分检测，可在线间歇检测贮藏空间中特征气体成分含量及其变化率（实现上述方案要点（四））。气体检测组件（9）可以是光谱吸收型气体传感器，或者是半导体气敏型气体传感器。该组件也可取代湿度传感器对水蒸汽含量进行检测。
人机交互***主要由LED显示屏、LED显示灯和功能按键构成。LED显示屏显示提示信息、果蔬品种信息和贮藏空间当前温度、湿度信息。LED显示灯指示贮藏过程的当前环节和警报信息。用户通过功能按键进行信息的选择和确认。
控制器存储有上述要点（一）的记录内容，包括有果蔬的品种特性和跃变特性信息以及由其特性决定的基本过程组合和各过程参数，包括温度、湿度和特征气体生成量及其变化率。这些记录是控制器无人工干预工作的基础，其他各***在控制器的协调下实现果蔬的贮藏保鲜。
本发明方案及其基本装置将产生的有益效果是：为果蔬提供智能优化的贮藏保鲜方法，保鲜效果优于普通冰箱；能将果蔬的青熟、红熟和腐败阶段进行识别和反馈，方便消费者更高品质的食用果蔬；热冲击灭菌和臭氧作用能使果蔬更加卫生洁净；对于最佳贮藏保鲜温度较高（10℃或以上）的果蔬，其能耗较低且不会引起果蔬冷害；因为不添加任何化学试剂，本方案及其基本装置安全可靠无残留，适于家庭使用。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的冰箱结构示意展开图。
图2是图1所示结构的侧视图。
图3是称重***的俯视图。
图4是图3的A-A剖视图。
图中：1-桶盖，2-桶套，3-盛放筐，4-桶圈，5-内桶，6-外桶，7-底座，8-后挡罩，9-气体检测组件，10-内循环组件（半导体双向电热元件、臭氧发生器和增湿器），11-电磁阀，12-循环管路，13-压力传感器。
具体实施方式
如图所示桶盖（1）、桶套（2）、内桶（5）、外桶（6）、底座（7）和后档罩（8）构成本发明装置的主体。桶套（2）和底座（7）与外桶（6）和后挡罩（8）相连接并限定了相互位置。内桶（5）和外桶（6）嵌入桶套（2）中定位，内桶（5）和外桶（6）之间填充隔热材料。桶盖（1）具有隔热层。
桶盖（1）和内桶（5）与桶套（2）相连构成封闭的贮藏空间，内桶（5）桶壁上开有通风孔与气体循环***相连。内桶上安装有温度传感器和湿度传感器，测量贮藏空间的温度和湿度。
桶圈（4）位于内桶（5）上部端口位置，可以安装在桶套（2）上，也可安装在内桶（5）上。桶圈（4）上开有三条槽，槽内可安装压力传感器（13）。盛放筐（3）为栅栏式结构，利于气体流通。盛放筐（3）端口部位设有三条悬臂，与桶圈（4）上三条槽相对应，悬臂放置在槽中并置于压力传感器（13）上实现盛放筐（3）在内桶（5）中的悬置。盛放筐（3）、桶圈（4）和压力传感器（13）共同构成称重***，盛放筐（3）上三个悬臂分别将筐内果蔬重力传递给压力传感器（13）获得果蔬重量值。如果盛放筐（3）中没有果蔬，控制器将关闭，防止误操作。
如图所示气体循环***包括风扇、气体检测组件（9）、内循环组件（10）、电磁阀（11）和循环管路（12）。气体循环***将回路分成三个独立的支路：外循环支路、内循环支路和检测支路。各循环支路由电磁阀（11）进行切换，利用风扇形成气流循环。外循环包括依次相连的电磁阀（11）和循环管路（12），实现贮藏空间与外界环境之间气体交换。进行外循环时，通风孔与环境相通。内循环支路包括依次相连的内循环组件（10）、电磁阀（11）和循环管路（12）。内循环组件（10）包括半导体双向电热元件、增湿器和臭氧发生器。进行内循环时，贮藏空间与外界环境封闭隔离。检测循环包括依次连接的气体检测组件（9）、电磁阀（11）和循环管路（12）。检测循环将贮藏空间中气体导入气体检测组件（9），进行在线成分检测。检测循环是特殊的内循环，气体检测组件（9）可以是光谱吸收型气体传感器或者是半导体气敏型气体传感器。气体检测组件（9）也可增加水蒸汽含量检测取代湿度传感器。
控制器与压力传感器（13）、气体检测组件（9）、内循环组件（10）、电磁阀（11）、温湿度传感器和人机交互***相连。控制器存储有上述要点（一）的记录内容，包括有果蔬的品种特性和跃变特性信息以及由其特性决定的基本过程组合和各过程参数，包括温度、湿度和特征气体生成量及其变化率。其他各***在控制器的协调下实现果蔬的贮藏保鲜。控制***根据温湿度传感器反馈对半导体双向电热元件和增湿器进行控制，调节贮藏空间温度和湿度。同时可实现热冲击灭菌（如：巴氏消毒）功能。
人机交互***主要由LED显示屏、LED显示灯和功能按键构成。LED显示屏显示提示信息、果蔬品种信息和贮藏空间当前温度、湿度信息。LED显示灯指示贮藏过程的当前环节和警报信息。

Claims (10)

1.一种家用果蔬贮藏保鲜智能装置，可对多种果蔬进行处理，其特征是：在同一产品装置内将催熟、保鲜和抑腐三个基本过程组合实现果蔬的贮藏保鲜，各基本过程间的切换和各基本过程内的温度、湿度和臭氧含量的调节根据所贮藏果蔬的品种特性和跃变特性在自动控制***控制下完成，整个过程不需人工干预，并通过人机交互***反馈当前执行的过程。
2.根据权利要求1所述的基本过程的切换，其特征是：检测密闭贮藏空间中所贮藏果蔬单位重量单位时间内产生的预定特征气体的生成量及其变化率，将检测值与预定的该果蔬品种的相应特征阈值比较，从而实现基本过程间的切换。
3.根据权利要求2所述的预定特征气体，其特征是：检测由催熟切换到保鲜的特征气体是乙烯或二氧化碳，检测由催熟或保鲜切换到抑腐的特征气体是乙醇。
4.根据权利要求1所述的家用果蔬贮藏保鲜智能装置，包括控制器、桶盖（1）、桶套（2）、盛放筐（3）、桶圈（4）、内桶（5）、外桶（6）、气体检测组件（9）、内循环组件（10）、电磁阀（11）、循环管路（12）和压力传感器（13），其特征是：桶盖（1）具有隔热层；内桶（5）与外桶（6）之间填充有隔热材料；桶套（2）连接桶盖（1）和内桶（5），共同构成封闭贮藏空间；盛放筐（3）、压力传感器（13）和桶圈（4）依次连接构成称重***；内桶（5）、气体检测组件（9）、内循环组件（10）、电磁阀（11）和循环管路（12）连接构成气体循环***；控制器与压力传感器（13）、气体检测组件（9）、内循环组件（10）和电磁阀（11）相连。
5.根据权利要求4所述的称重***，其特征是：位于内桶（5）的上部端口位置，安装在内桶（5）或桶套（2）上。
6.根据权利要求4所述的称重***，其特征是：盛放筐（3）为栅栏式结构，端口部位设有三条悬臂；桶圈（4）开有三条槽，与上述悬臂相对应；盛放筐（3）的悬臂放置桶圈（4）的槽内压力传感器（13）上，实现盛放筐（3）在内桶（5）的悬置；盛放筐（3）将筐内果蔬重量传递给压力传感器（13）获得果蔬重量值。
7.根据权利要求4所述的气体循环***，与内桶（5）侧壁通风孔相连，其特征是由外循环支路、内循环支路和检测支路三个独立的回路构成，通过电磁阀（11）实现进行支路的切换：电磁阀（11）和循环管路（12）连接构成外循环支路，将内桶（5）中空间和外界环境连通；电磁阀（11）、内循环组件（10）和循环管路（12）顺次连接构成内循环支路，形成内桶（5）内部气流循环回路；电磁阀（11）、气体检测组件（9）和循环管路（12）顺次连接构成检测支路，将内桶（5）中的气体导入气体检测组件（9）用以检测。
8.根据权利要求4所述的气体检测组件（9），其特征是光谱吸收型气体传感器或半导体气敏型气体传感器。
9.根据权利要求4所述的内循环组件（10），其特征是包括半导体双向电热元件、增湿器和臭氧发生器。
10.根据权利要求4所述的控制器，其特征是：存储有果蔬的品种特性和跃变特性信息以及由其特性决定的基本过程组合和过程参数，包括温度、湿度和特征气体生成量及其变化率。
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