CN103075867A - 一种饮料在冰晶温度范围内保持流动性的控制方法和冰晶饮料柜及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷柜技术领域，所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种饮料在冰晶温度范围内保持流动性的控制方法和冰晶饮料柜及其控制方法。本发明方法是饮料处于一密闭空间中，在静置状态下，包括以下三个控制步骤：S0.根据饮料类型，设定制冷档位；S1.获取密闭空间初始温度Ti，控制密闭空间温度，从初始温度Ti调节至饮料冰晶温度Ts；S2.然后控制密闭空间的温度在所述设定的制冷档位的温度区间内波动，或者波动不超出所述设定的制冷档位的温度区间；步骤S2持续的时间t不少于3个小时。饮用时，饮料通过倒入冷冻杯具的过程中或者用力摇晃饮料自动产生结晶效果，冰晶饮品，为人们提供卫生、保鲜和便捷地制作冰晶饮品。

Description

一种饮料在冰晶温度范围内保持流动性的控制方法和冰晶饮料柜及其控制方法

技术领域

本发明涉及冷柜技术领域，特别是一种饮料在冰晶温度范围内保持流动性的控制方法和冰晶饮料柜以及冰晶饮料柜的控制方法。 

背景技术

水是生命之源，生活中离不开水，大自然中水最稳定的储藏方式为液体状和冰状，其余状态均为不稳定状态。因此，传统的食品低温保藏分为两大类：一类是食品的冷藏贮藏，另一类是食品的冻结贮藏，冷藏贮藏不改变食品的物理性状，是将食品的温度下降到食品的冻结点以上的某一合适温度，食品中的水分不结冰，可以使大多数食品短期贮藏；而冻结贮藏是将食品的温度下降到食品中绝大部分的水形成冰晶，达到食品长期贮藏的目的。 

随着生活水平的提高各种各样的软体饮料层出不穷地满足着人们的需求，众所周知软饮料主要成分都是水，呈液体状。一直以来，为了改善饮品的口味，人们利用制冰机或者冰箱将水制成冰块，然后将冰块打碎或者直接放入饮料中制成口味独特的冷饮。 

理论上在一个大气压下，水的冰点是0℃。在现实生活中，水在0℃以下的一定温度范围内还可以保持液态，这样的水叫过冷水。根据工艺试验总结水的冻结规律曲线如图1所示纯水的冻结规律曲线，水在常温T1状态下，温度降低至某一温度点T4后过冷液体发生相变凝结成冰，因发生相变所释放的能量使温度回升到T2。所述发生相变的温度T4称为水的冻结点(freezing-point)，所述回升温度T2称为冰点（ice-point）。在冰点温度T2以下到冻结点温度T4之间的某一温度T3，在T3和T4之间的过冷水在受到扰动，例如振动，摇晃或者遇到粗糙壁面时就会产生结晶现象，T3的温度称为结晶点(ice crystal-point)，T3和T4之间的温度值称为冰晶温度。在T3到T4之间的温度区间的过冷液体，当受到振动或者倒入容器时发生结晶现象，此温度范围称为冰晶温度范围。任何水溶液的冰点都低于纯水的冰点0℃，这一自然现象称为冰点降低。根据试验，水的冻结点温度为-6°C左右，结晶点温度为-4°C左右，因此可以将冰晶温度范围设定为在-4°C到-5.5°C之间。 

在现有技术中还没有一款专门用于制造冰晶效果并储存冰晶饮料的冷柜产品，所谓用于制造冰晶效果并储存冰晶饮料是指能够满足消费需求的饮料冷藏效果。现有的饮料多数采用罐装或瓶装，一般的饮料包装的罐口或瓶口均较小，如果罐装或瓶装的饮料因为冷藏温度不适合而导致其已经产生大量的冰晶或冰水混合物，使饮料失去流动性，加之取出饮料和打开包装的过程中外界晃动或摇动等因素的影响，过冷的饮料将迅速凝结成固态或者滞态，导致无法从饮料包装的罐口或瓶口倒出。因此能够满足消费需求是指适合现有多数通用饮料包装，制造出的冰晶饮料应该具有一定流动性，能够将制备好的饮料顺畅倒出，并通过倒出的扰动产生大量冰晶效果，最佳的效果是处于冰晶温度范围的过冷液体。 

现有的制冷设备如冰箱或者冰柜等，虽然在某一特定条件下有可能产生具有一定冰晶效果的过冷液体，但是由于此过冷液体的状态及其不稳定，如冰箱开关门的震动等等，容易受到外界的干扰而转变成固态。即使是排除外界干扰，现有的冰箱或冰柜的制冷循环结构或者温控结构也不适合形成一种制造冰晶饮料的常态，而且不同类型的饮料的冰晶温度范围不同，现有的制冷设备虽然有的具有温度调节功能，但是不具有针对性。因此现有设备偶尔能够制造出过冷液体仅仅是一个小概率事件，这些设备均不能视为专门用于制造冰晶效果并储存冰晶饮料的设备。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种饮料在冰晶温度范围内保持流动性的控制方法和专门用于制造冰晶效果并储存冰晶饮料的冰晶饮料柜及所述冰晶饮料柜的控制方法。 

本发明通过以下技术方案实现上述发明目的。 

本发明首先提供了一种饮料在冰晶温度范围内保持流动性的控制方法，饮料持续处于一密闭空间中，在静置状态下，为了避免外界的干扰，导致饮料在过冷状态下过早的形成冰晶，影响其流动性，所述饮料应当在一相对稳定的环境下进行制备，因此本发明将其置于一密闭空间内，并保持饮料处于静置状态下，此初始化条件是制备出符合消费要求冰晶饮料的必要条件。 

上述的制备方法具体包括以下三个控制步骤： 

S0.根据饮料类型，设定制冷档位，所述制冷档位的温度区间在所述饮料的冻结点温度Tfp和结晶点温度Ticp内；

S1.获取密闭空间初始温度Ti，控制密闭空间温度，从初始温度Ti调节至饮料冰晶温度Ts，所述饮料冰晶温度Ts在所述设定的制冷档位的温度区间内；

S2.然后控制密闭空间的温度在所述设定的制冷档位的温度区间内波动，或者波动不超出所述设定的制冷档位的温度区间；

所述步骤S2持续的时间t不少于3个小时。

上述方法使将罐装饮料或者瓶装饮料冷却到冰晶温度范围内，并始终保持在冰晶温度范围内以使饮料保持液体状态。当人们饮用这种饮料时，可倒入口杯中或者用力摇晃饮料使其产生结晶效果，方便快捷地为人们提供卫生、保鲜的冰晶饮品。为了保证制备好的饮料能够产生符合消费需求的口感，所述步骤S2必须保持较长的时间。这是区别于现有普通制冷设备的一个重要特点，现有的制冷设备无需在一定温度范围内较长时间的维持温度的波动，其只需将饮料的温度下降到目标温度即可停机，当饮料温度上升到临界值时再继续制冷使其温度下降，为节省能源，无需再结晶点温度Ticp和冻结点温度Tfp这么小的温度范围内之间长时间的频繁动作。但本发明专利不同，本发明专利不仅要让饮料在倒出时能够产生冰晶，而且需要产生的冰晶的数量较多，其口感能够有别于现有冷藏或冷冻饮料，其不仅要求温度波动范围较小，且具有严格的上下限制，进一步的要求具有一定时长的稳定波动。根据实验的结果，步骤S2的时长越长，制备后的饮料在倒出时所形成的冰晶数量越多，当时长达到一定长度的时候，冰晶增加的效果就不再明显，此时可以提醒用户取出饮料饮用，或者维持步骤S2对饮料进行保存。根据不同饮料的特性，对于大多数饮料来说，步骤S2所要求的持续的时间t大于3个小时，经过时间t，已经能够制备出明显区分于冷藏或冷冻饮料的口感的饮料，为具备更加的口感，优选5个小时以上。 

任何水溶液的冰点都低于纯水的冰点0℃,这一自然现象称为冰点降低，冻结点温度和冰晶点温度也同步下降，因此饮料的冻结点温度和冰晶点温度可以参考水的参数同步下调。根据试验，水的冻结点温度为-6°C左右，结晶点温度为-4°C左右，为防止温度过低导致结冰，水的结晶点温度Ticp-w取参考值为-4°C，冻结点温度Tfp-w取参考值为-5.5°C，饮料的参考冰晶温度范围设定为在-4°C到-5.5°C之间，按此规律以下述方法确定： 

结晶点温度Ticp=Tip+Ticp-w；

冻结点温度Tfp=Tip+Tfp-w；

其中Tip为饮料的冰点，Ticp-w为同等条件下纯水的结晶点温度，Tfp-w为同等条件下纯水的冻结点温度。

根据拉乌尔定律，水溶液冻结点温度降低的程度取决于溶质的性质和浓度，质量摩尔浓度每增加1 mol/kg，冰点就会下降1.86℃。基于这一理论，如果知道饮料的冰点，就类推出各种液体饮料的冻结点温度和冰晶点温度。因此，在上述方法中通过以下方法来确定不同饮料的冰点温度： 

所述饮料的冰点Tip=-Kf×mB，其中mB饮料的质量摩尔浓度，单位为mol/kg；Kf为水溶剂溶液的冰点下降系数，根据实际使用情况的不同，Kf取值在1.855℃~1.865℃之间。

除上述理论方法外，也可以通过经验数据来确定饮料的冰点，如根据啤酒冰点计算的经验公式：Tip=-A×0.42+P×0.04+0.02，式中A为啤酒的酒精度，P为麦芽度，例如：某啤酒酒精度为3.6，麦芽度为10，则啤酒的冰点为Tip =-1.092°C，即该啤酒的冰点下降为1.092，计算该啤酒的冰晶温度范围是Ticp=Tip+Ticp-w=-5.092°C到Tfp=Tip+Tfp-w=-6.592°C之间。经过上述方法制冷后的啤酒在倒入杯具的过程中自然形成细小的冰晶或冰絮物，不再需要冰块或者碎冰，改善饮料的口味，为传统的沙冰饮品、刨冰饮品系列中增加一种全新的品类：冰晶饮料。 

现有的饮料品类繁多，一般碳酸饮料的冰点与含糖量有关，酒饮料则与酒精度、麦芽度有关，因此除了上述通过理论和经验公式确认饮料的冰点温度外，也可以通过试验的手段，对某具有代表性的饮料进行冰点温度的测定，由此来推导出其温度控制的范围。 

当所述密闭空间被打开后再次密闭时，比如在制备的过程中取出或者放置饮料，由于制备过程中过冷的饮料处于一种极不稳定的状态，这种干扰对饮料的制备的影响很大。为了避免这种干扰所带来的对制备效果的影响，本发明通过对步骤S2持续的时间t进行补偿，发明人经过多次试验，并考虑节省能耗方面的因素，认为补偿时间Δt优选通过以下方法确定： 

S31.当ΔT＜0.5时，Δt=δt；

S32.当ΔT≥0.5时，Δt=δt（1+ΔT）；

上述ΔT为密闭所述密闭空间3~7分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为补偿基准时间，20分钟≤δt≤40分钟。采用再次密闭后的一段时长后的温度差作为参考值，充分考虑了密闭空间的外部环境对空间内温度的影响的大小。由于制冷过程一直在持续，因此这个时间点不应过长，再次密闭后的3~7分钟是温度变化较大的区间，一般温度尚未恢复到打开之前的温度值，具有较高的参考性，能够对方法进行准确的修正。另外将此修正方式划分为两个区间，即温度差绝对值小于0.5时，证明这一开关过程对空间内影响较小，可以采用统一的补偿时间值；当大于等于0.5时，证明这一开关过程对空间内影响较大，应当对补偿时间值做进一步的加权，增加补偿时间δt·ΔT。对于制备具有冰晶效果的饮料来说，补偿时间不应过短，一般不少于20分钟；另外也不应过长，减少能源的浪费，通过试验可以获知40分钟足够达到未开关状态的同等效果。另外本方法通过补偿步骤S2时长的方式来抵消意外所带来的干扰，是一种最为简单便捷的方式，无需再原有的控制方法上增加太多的步骤，设备上也无需增加相关的部件，也方便通过试验分析在制备效果和能耗方面选取最优的范围。通过试验，所述ΔT优选为密闭所述密闭空间5分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt优选为30分钟。

发明人在上述方法的指导下，设计了一种消费者级别的冰晶饮料柜，可以适用于日常家庭适用。其具有一般家用制冷设备的主要结构，如包括主体，制冷总成和控制总成，所述制冷总成连接控制总成安装在所述主体内，所述主体内形成制冷密闭空间，其改进之处在于所述控制总成控制所述制冷总成对置于密闭空间内的饮料进行制冷，并维持在一定温度区间内波动一定时长，所述温度区间的下限大于被制备饮料的冻结点温度Tfp，上限不大于其结晶点温度Ticp，所述波动时长不少于3个小时。如上述方法所述将罐装液体饮料或者瓶装液体饮料却到冰晶温度范围内，始终保持在冰晶温度范围以内保持在液体状态。经过一定时长的制备完成之后，当人们直接利用这种罐装饮料或者瓶装饮料通过倒入冷冻杯具的过程中或者用力摇晃饮料，将自动产生结晶效果，形成冰晶饮品，为人们提供卫生、保鲜和便捷地方式制作冰晶饮品。 

由于本专利对温度的控制极其严格，从上述方法可以获知，当温度超出所述冰晶范围时将无法使饮料在倒出时形成冰晶效果，而传统的制冷设备一般将蒸发器与用于容纳被制冷物体的内胆隔离开来，这样虽然可以保护蒸发器，但是却不利于精确控制内胆中的温度。由于本发明产品为家庭用的小型设备，结构紧凑，且制冷功率有限，为了节约能源，便于精准控制密闭空间中的温度，本专利对所述密闭空间做了进一步改进：包括相互连通的储藏区、混流区和冷气室，所述混流区和冷气室设置在储藏区后侧，混流区位于冷气室前方或上方，制冷总成的蒸发器设置在冷气室内，控制总成的温度感应装置设置在混流区内、靠近储藏区一侧，所述温度感应装置与所述控制总成相连。混流区内设置风机，使空气在冷气室-储藏区-混流区-冷气室之间循环流动。经过冷气室冷却后的空气在流经储藏区的时候与饮料进行热交换，降低或维持饮料的温度。由于在制备的过程中，过冷的饮料十分不稳地，空气与部分饮料进行热交换后温度升高，这些温度较高的空气极有可能对内胆中的其他饮料产生影响。因此需要风机快速带动空气流动，使温度较高的空气能够迅速的在混流区中与温度较低的空气进行混合预冷，然后再进入冷气室与蒸发器进行热交换，将温度的降低到预定的温度。这样可以大大提高内胆中空气热交换的效率，将空气的温度变化控制在一定的范围之内，最大限度的减少空气温度的变化给过冷饮料带来的负面作用。设置独立的混流区，一方面能够对内胆中的空气进行预冷，保证在有限的空间内空气能够迅速完成热交换，提高效率，减少能耗；另一方面能够减小高低温空气混合过程冷热交锋对储藏区中过冷饮料产生的负面作用，提高冰晶饮料的制备质量。 

当冰晶饮料柜中制备的饮料较多的时候，需将储藏区分割成多个独立的制冷区域，这样才能保证制备质量。对于这种类型的冰晶饮料柜，储藏区内设有至少一层架，将储藏区分隔成上下布置的至少两个区间，所述层架与储藏区底部设有独立通风道与所述冷气室连通，这样每个区间就形成独立的制冷区域，可以根据规格的大小，设置多个层架，合理将储藏区划分成多个区域。 

为了每个独立的制冷区域的温度分布均匀，本发明考虑到所述冷气室设置在储藏区后侧，则所述储藏区后侧的温度略低于前侧，因此所述层架与储藏区底部的前半侧分布有风孔连通所述通风道，使得所述冷空气从制冷区域的前侧导出，这样可以平衡整个储藏区的温度分布，使其更加均匀。 

温度控制是本专利的重点，控制总成的温度数据来自于与其连接的温度感应装置，当然本专利控制总成可以采用现有技术中的普通温度感应装置，但为了进一步提高温控的准确性，并且考虑到所制备的饮料为液态，本专利改进了现有的温度感应装置，将其设置在混流区内、靠近储藏区一侧，温度感应装置在混流区并更靠近储藏区，以减小冷气室辐射过来的低温干扰工作状态。标准液温度测定装置回馈给控制总成的温度值为液体的温度，更加准确。 

本专利所采用的温度感应装置为标准液温度测定装置，结构包括感温瓶和传感器，所述感温瓶内充丙二醇和纯净水混合的感温液，所述传感器与所述控制总成相连接。。感温瓶内充丙二醇：纯净水为1:0.8~1:1.2的感温液，最佳选用1:1的混合溶液。感温瓶内侧凹槽内装传感器，感温液在工作温度范围内始终是液态，能够适时与液体饮料保持线性关系，更有利于控制器调整制冷状态，让液体饮料保持在设定的冰晶温度范围内。

抗干扰能力也是本发明改进的一个重要方面，由于此冰晶饮料柜主要为家庭使用，在没有严格的制备条件的前提下，如何最大程度的减少外界对设备的影响也是本发明考虑的一个重要因素。首先是对设备的整体结构进行合理化设计，主体包括箱体、门体和后盖，箱体和门体构成的密闭空间；箱体包括内胆、外壳、隔热层和冷凝管，隔热层和冷凝管设置于内胆和外壳之间；所述制冷总成和控制总成主要安装在后盖和箱体之间。并对设备中多数会产生振动的构件需要进行隔振处理，如所述制冷总成的压缩机安装在箱体底部的机舱内，通过缓冲器与箱体底部连接，减少压缩机开停对箱体产生的冲击 避免造成箱内液体饮料结冰冻结；所述风机采用缓冲垫固定避免产生冲击和噪音等等。 

另外对于活动部件也要进一步的优化，本专利的主要活动部件为门体，供与取放饮料之用，所述门体与箱体转动连接，并设有自动关门装置、缓冲助吸器和开门感应装置，所述开门感应装置连接控制总成。所述自动关门装置在打开门体后能够自动缓慢地合上门体，并保证门体的密封性，防止手动关门所带来的振动和没有合紧门体，导致制冷区间密闭性不够，这些因素都会导致冰晶饮料制备的失败。设有缓冲助吸器，当门体关闭时缓冲助吸器先与铰链板接触并发生弹性变形，起到缓冲的作用，避免因冲击振动引起箱内已经到达冰晶温度范围的饮料的冻结而结冰。开门感应装置能够将开门信号传到控制总成判断倒计时间，饮料温度是否保持在结晶温度范围内？如果饮料温度高于结晶温度，通过显示控制面板提醒客户此时箱内饮料尚不能形成冰晶饮料，并根据上述方法自动调整制冷总成的工作时间。 

为了便于控制和设定，所述主体上还设有控制面板，所述控制面板连接控制总成，控制面板还可以显示倒计时、设置参数或者提醒用户注意等事项。控制面板上可以设置适用于不同饮料的多个档位调节，或者进一步设有针对同一饮料不同冰晶口感的调节档位。 

对于上述冰晶饮料柜，自然可以通过如上述方法所述，通过所述控制总成控制所述制冷总成对置于内胆内的饮料维持在其结晶点温度Ticp和冻结点温度Tfp这一区间内波动，并持续最佳时长t。所述饮料结晶点温度Ticp和冻结点温度Tfp的以及最佳时长t可以通过试验获得，并通过设置在控制总成的电脑微芯片进行精准控制。但是在实际需求中，且不说用户对所谓的冰晶口感为一种主观的感觉，仅仅是种类繁多的饮料就需要大量的试验数据，用户在实际使用冰晶饮料柜的过程中，也不可能去对应每一种饮料的具体参数，再来进行设置。由此可见，如果将上述方法直接应用于上述冰晶饮料柜，虽然是可行的，但是使用过程中会带来极大的麻烦，无法作为一种消费电器加以推广。 

考虑到上述实际情况，本发明重新设计了一种冰晶饮料柜的控制方法，如上述方法所述包括温度控制和时间控制，但对上述方法做了进一步的简化，具体是：在0℃下将温度划分成若干档位，每个档位温度间隔至少0.3℃；每个档位对应一个制冷时长，制冷时长不低于3.5小时，温度越低制冷时长越长，每个档位对应的制冷时长相对于温度较高档位对应的制冷时长增量不低于20分钟；根据被制备的饮料设定对应的区间，控制总成控制制冷总成对饮料进行制冷，并控制温度维持在对应的档位内波动对应的时长。这种控制方法无论是从使用上或者控制上都较上一种方法方便，生产者只需针对某一类饮料挑选具有代表性的饮料进行试验即可，如果汁中的橙汁、碳酸饮料中的可乐和含酒精饮料中的啤酒等等，然后根据这些饮料的试验结果确定其所属类饮料适应那几个档位，在使用说明或者在冰晶饮料柜的控制面板上注明即可。用户在使用的时候，只需判断需制备的饮料的品类，将其置入冰晶饮料柜中，拨到对应的档位即可。时间控制方面，由于制冷时长与温度呈线性分布，即温度越低制冷时长越长，通过上述代表性饮料的试验的确定能够制备产生冰晶饮料的时间区间，将时间区间合理分配到其所对应的档位上。 

上述冰晶饮料在饮用的过程中，倒出时形成的冰晶的数量直接影响所述冰晶饮料的口感，用户在饮用的时候，对所述口感为一种主观的感觉，有时候可能喜欢冰晶数量多点，有时候可能喜欢冰晶熟料少点，对于不同饮料对应的冰晶数量也有不同的感觉。为此，发明人经过大量的问卷调查，统计和分析，并结合各种不同饮料的冰晶温度范围，制定了能够符合大多数消费者饮用习惯的温度区间分布和时间区间增量，在0℃~-7℃的温度区间分布最佳为0.5℃一个档位，在-7℃以下的温度区间分布最佳为1℃一个档位，每个档位的时间间隔为30分钟。时间增量与档位为控制总成内置系统对应表，用户只需选择饮料所对应的档位即可，无需对时间做进一步的设置，操作更加方便。 

作为一种消费级别的设备，所述冰晶饮料柜至少适用两种类型的饮料，每种饮料对应的不少于三个连续的档位。每种饮料所对应的多个档位可以是连续的，也可以是具有一定的重叠。这样用户在使用过程中，就可以在少冰晶，冰晶适中和多冰晶之间调节，进一步提高消费者的使用体验。由于同类饮料的特性接近，因此所述每种饮料对应的多个档位的间隔相同，结晶点温度低的饮料所对应的档位的间隔不小于结晶点温度高的饮料。 

在上述控制温度的过程中，控制总成控制先感应冰晶柜内的温度，然后控制制冷总成将冰晶柜内温度调整至设定档位内，再通过温度感应装置实时感应冰晶柜内温度、据此控制制冷总成开机或停机，使冰晶柜内的温度维持在对应的档位内波动对应的时长。其中控制冰晶柜内的温度维持在一定的档位内波动可以采用如下方法： 

方法一：在设定档位内设定一基准温度，基准温度上下设置波动阈值，所述阈值不超出所述档位的温度区间。当冰晶柜内温度达到阈值上限时，制冷总成开机，开始制冷；当温度达到阈值下限时，制冷总成停机，停止制冷。

方法一：在设定档位的温度区间上限设置一向下阈值，下限设置一向上阈值，当冰晶柜内温度达到上限阈值的时，制冷总成开机，开始制冷；温度达到下限阈值的时，制冷总成停机，停止制冷。 

当冰晶饮料柜被打开并再次关上时，如上述方法对制冷时长补偿Δt，Δt通过以下方法确定： 

S31.当ΔT＜0.5时，Δt=δt；

S32.当ΔT≥0.5时，Δt=δt（1+ΔT）；

上述ΔT为密闭所述密闭空间3~7分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为补偿基准时间，20分钟≤δt≤40分钟。所述ΔT优选为密闭所述密闭空间5分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt优选为30分钟。制冷时长补偿可以内置在控制总成内，控制总成通过开门感应装置自动感应并调整，无需人工设置。

综上所述，本发明方法能够将饮料在冰晶温度范围内保持流动性，基于此方法设计了冰晶饮料柜用于制备在饮用时能够产生冰晶的饮料，并且针对消费级别的冰晶饮料柜设计了操作简单的控制方法，大大方便了用户的使用。基于上述发明，用户能够将罐装液体饮料或者瓶装液体饮料却到冰晶温度范围内，始终保持在冰晶温度范围以内保持在液体状态。当需要饮用的时候，用户可以直接利用这种罐装饮料或者瓶装饮料通过倒入冷冻杯具的过程中或者用力摇晃饮料自动产生结晶效果，冰晶饮品，为人们提供卫生、保鲜和便捷地制作冰晶饮品。 

附图说明

图1为水冻结自然现象的规律曲线。 

图2为本发明实施例1的主视图。 

图3为实施例1的内部结构侧视图。 

图4为实施例1的外部气流散热示意图。 

图5为实施例1的内部制冷循环示意图。 

图6为实施例1的内部结构俯视图。 

图7为实施例1打开门体后可见的内胆结构示意图。 

图8为实施例1层架结构示意图。 

图9为实施例1自动关门装置结构示意图。 

图10为实施例1门体与箱体连接结构局部图。 

图11为实施例1制冷总成模块图。 

图12为实施例4的温度控制曲线图。 

图13为实施例7的档位设置表。 

图14为实施例7的温度控制曲线图。 

具体实施方式

以下结合附图举例对本发明的结构及控制方法做进一步的说明。 

实施例1 

结合图2和图3所示的冰晶饮料柜，其主体1包括箱体11、门体12和后盖13，门体12一侧通过门铰链14与箱体11转动连接，箱体11背部的凹部15与后盖13之间形成一空间，用于安装制冷总成2和控制总成3的主要部件。门体12正面设有玻璃视窗121，上部设有显示操作的控制面板122，控制面板122与控制总成3电连接，控制面板122根据饮料的冰晶温度范围划分10个档位（在其他实施例中可以不限于10个档位）。具体内部结构如图3所示，箱体11包括内胆111、外壳112和隔热层113，隔热层113填充在内胆111和外壳112之间，在箱体1底部的隔热层113内嵌有冷凝管24。使用时，将饮料4置于内胆111中，合上门体12，然后通过控制面板122设定所述饮料4所对应的档位即可。制备完成后控制面板122通过声音或显示的方式提醒用户制备已经完成，可以饮用。操作简单方便，操作灵活，适合家庭及小型商务场所使用，为一种消费级别的冰晶饮料柜。

下面具体说明上述冰晶饮料柜是如何工作的，本实施例的工作的过程中包括外部气流散热和内部制冷循环两个气体循环，分别如图4和图5所示，以下依次结合附图对其进行说明。 

本实施例的制冷总成2和控制总成3在工作的过程中会产生大量的热量，特别是制冷总成2是热量的主要来源，本实施例将这两个组件的主要部件安装在箱体11和后盖13之间所形成的空间内，虽然箱体11内设有隔热层113，但是如果热量不及时排放，所述组件所产生的热量依然会影响设备的工作，以及内胆111的内部温度，因此需要设计一个快速的散热结构，以便于热量的及时排放。 

结合图4和图6所示，箱体11和后盖13之间所形成的空间内有鼓风机5、制冷总成2的翅片冷凝器21和压缩机22、控制总成3的主控器31。箱体11背部由后盖13盖住，后盖13上部为通风孔131，通风孔131有防尘网132覆盖，后盖13下部设有通风网孔133。鼓风机5将外部冷空气经过防尘网132穿过翅片冷凝器21和压缩机22由后盖13下部的通风网孔133和设备底部排出，进行强制散热，如图4中的气流箭头所示。 

本实施例是一种冰晶饮料柜，是一种用于将饮料在冰晶温度范围内保持流动性的设备。众所周知，能够形成冰晶的饮料是处于一种过冷状态的液体，温度稍高，则无法形成冰晶，温度稍低，就聚集在一起凝结成冰。除了温度阈值极小外，这种过冷的液体还十分容易受到扰动而凝结成冰，例如振动，摇晃或者遇到粗糙壁面等。因此如何严格控制温度和提供一个稳定的环境，保持饮料能够处于一种稳定的过冷状态，并且能够在倒出的时候形成冰晶，是本专利设备所要解决的首要问题。 

结合图5和图6所示，本实施例采用由内胆111、外壳112和隔热层113构成的箱体11结构与门体12构成一个密闭的空间，门体12和箱体11之间设有密封结构，通过这个密闭空间来最大程度的减少外界的扰动。较厚的隔热层113采用发泡材料填充，不仅能够提供一个稳定的温度环境，而且具有隔振的作用，可以适当的加厚所述隔热层113的厚度。门体12采用双层玻璃的结构，进一步减小内外的温度传递，双层玻璃之间抽真空，提高保温效果。 

在具备一个密闭的制冷空间的前提下，本实施对内胆111的结构和制冷总成2做了一定的改良，具体如图5所示。本实施例将内胆111划分相互连通的储藏区61、混流区62和冷气室63，所述混流区62和冷气室63设置在储藏区61后侧，混流区62位于冷气室63前方上半部分，三个区间通过隔栅64和隔板65分隔。制冷总成2的蒸发器23设置在冷气室63内，混流区62内设置风机7，带动空气流动，使空气在冷气室63-储藏区61-混流区62-冷气室63之间循环流动，如图中箭头所示。 

如图5所示，内胆111的储藏区61内按一定高度距离布置3层（在其他实施中可以不限于3层）层架66，含底部一层，层架66主要用于承载和放置瓶装饮料4，层架66前半侧分布风孔661，如图8所示。隔栅64与隔板65之间是混流区62，混流区62内的冷气和经过与饮料4进行热交换的空气由风机7的作用在此混合后进入冷气室63。结合图7所示，隔板65上部设有风孔安装风机7，风机7旁边靠近储藏区处设置感温瓶8，感温瓶8内充丙二醇与纯净水一比一的感温液，感温瓶8内侧凹槽内装传感器81，感温液在工作温度范围内始终是液态，能够实时与液体瓶装饮料4保持线性关系，通过控制总成3调整制冷状态。 

结合图5和图7所示，隔板65下部设有通风网孔651，与通风网孔651相配合设有导风器67，通过导风器67的风口将经过蒸发器23冷却后的冷风分配并引向储藏区61内，以使对应层温度与相临上下层间温度均衡。冷气室63内安装有蒸发器23，隔板65下部与挡风板68连接与内胆111构成通风道，将冷气室63的冷气分配并引向储藏区61底层，底层层架66后部与挡风板68相接，通过层架66上分布的孔661均匀分配到储藏区61底层。结合图7，挡风板68上设有通风孔681将冷气分配到层下部，通过该层层架66的风孔661流向上一层，并且自然冷却下一层，确保底层温度与储藏区61各层温度均衡。 

除了上述结构提高了温度控制的精准度，减少温度变化带来的干扰外，冰晶饮料柜在使用过程自身和外界的振动也应该尽量的减小。为此，所述压缩机22安装在箱体11底部的凹部5内，通过缓冲器（图中未示出）与箱体11底部连接，减少压缩机22开停对箱体11产生冲击，避免造成箱内液体饮料结冰冻结，所述鼓风机5和风机7采用缓冲垫固定避免产生冲击和噪音。 

另外，为了减小使用过程中开关门体12所产生的震动，安装一个使门体12能够缓慢合上的自动关门装置123。如图9所示，用户使用时，打开门体12，将同类饮料4放入内胆中，松开门体12，自动关门装置123将驱动门体12缓慢绕门铰链14转动，直至合上位置。 

进一步的，在门体12与箱体11之间还设有缓冲助吸器124和开门感应装置69，如图10和图7所示，所述开门感应装置69连接控制总成3。当门体12关闭时缓冲助吸器124先与铰链板125接触并发生弹性变形，起到缓冲的作用，避免因冲击振动引起箱内已经到达冰晶温度范围的饮料的冻结而结冰。开门感应装置69监测门体12的开闭状态，通过控制总成3对箱内风机7和开门感应装置69上的照明灯进行控制。 

结合图11的制冷总成2的系统模块图，进一步说明为了本实施例采用的制冷系统。如图所示，主要由压缩机22、翅片冷凝器21、内置冷凝管24、干燥过滤器25、毛细管26、翅片蒸发器23和储液器27组成。高温冷媒流经翅片冷凝器21，经过鼓风机5快速散热，再流经内置冷凝器24，冷凝器24贴在箱体11的外壳112的内侧进一步散热，并且适当加热表面，流经干燥过滤器25经过毛细管26进入蒸发器23，蒸发器23的温度低于饮料4的冻结温度，由风机7的作用通过上述风孔661分配进入储藏区61。 

如上所述的冰晶饮料柜设置档位如下表所示： 

如上表所示，-4℃往下将温度划分成10个档位，在No.1~7档之间，每个区间间隔0.5℃，在No.7~10档之间，每个区间间隔1℃。每个档位对应一个总制冷时长，从480分钟开始，温度越低制冷时长越长，每个档位对应的制冷时长相对于温度较高档位对应的制冷时长增量为30分钟。所述冰晶饮料柜适用三种不同种类的饮料，第一种饮料对应四个连续区间，第二、三种饮料对应三个连续区间。所述十个档位的冰晶温度储存在电脑芯片内，每个档位内置倒计时间，用户只需根据使用说明书所列饮料对应档位选择合适的档位，冰晶饮料柜则按系统内置的温度和时间倒计时间运行。

比如，纯净水的冰晶温度范围为-4.0°C到-5.5°C，设置为No.1~4档，依据饮料成分不同，起冰晶温度点不同。但是基本上是以水的冰晶温度范围考虑，因成分不同、浓度不同引起的冰点下降值得到其它饮料的冰晶点范围。如上所述某啤酒：酒精含量3.6，麦芽度为10，根据上述经验公式计算出凝固点下降为1.092，则该啤酒的冰晶温度范围为-5.0°C到-6.5°C, 对应No.3~6档。 

所述控制总成3控制所述制冷总成2对置于内胆111内的饮料4进行制冷，并维持在一定温度区间Tu~Td内波动一定时长，如图12所示。所述Td为每个档位的下限温度，大于被制备饮料的结晶点温度Ticp，所述Tu为每个档位的上限温度，不大于被制备饮料的冻结点温度Tfp。放入饮料4并通过控制面板122设置对应的档位后，控制总成3开始倒计时，制冷总时长不短于档位所对应的时长，制备完毕后，控制面板122提醒用户取出饮料饮用。当在制冷过程中，尚未达到对应时长时，如出现冰晶饮料柜被打开并再次关上的情况，则进行制冷时长补偿Δt，Δt通过以下方法确定： 

S31.当ΔT＜0.5时，Δt=δt；

S32.当ΔT≥0.5时，Δt=δt（1+ΔT）；

本实施例中所述ΔT为密闭所述密闭空间5分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为30分钟。

倒计时结束，冰晶饮料制备完成，当需要饮用的时候，用户可以直接利用这种罐装饮料或者瓶装饮料通过倒入冷冻杯具的过程中或者用力摇晃饮料自动产生结晶效果，冰晶饮品，为人们提供卫生、保鲜和便捷地制作冰晶饮品。 

实施例2 

本实施例的冰晶饮料柜结构和原理基本上与实施例1相同，区别在于档位设置的不同，其档位设置如下表所示：

如上表所示，-4.5℃往下将温度划分成6个档位，每个区间间隔0.3℃。每个档位对应一个总制冷时长，从210分钟开始，温度越低制冷时长越长，每个档位对应的制冷时长相对于温度较高档位对应的制冷时长增量为40分钟。所述冰晶饮料柜适用两种不同种类的饮料，每种饮料对应三个连续区间。对于每种饮料，用户可以在三个档位之间调节，温度越低冰晶效果越强烈，温度越高冰晶效果越弱。

实施例3 

本实施例的冰晶饮料柜结构和原理基本上与实施例1相同，区别在于档位设置的不同，其档位设置如下表所示：

如上表所示，-4.2℃往下将温度划分成7个档位，在No.1~3档之间，每个区间间隔0.4℃，在在No.3~7档之间，每个区间间隔0.5℃。每个档位对应一个总制冷时长，从500分钟开始，温度越低制冷时长越长，每个档位对应的制冷时长相对于温度较高档位对应的制冷时长增量为20分钟。所述冰晶饮料柜适用三种不同种类的饮料，每种饮料对应三个连续，并且具有重叠的区间。

实施例4 

本实施例的冰晶饮料柜结构和原理基本上与实施例1相同，区别在于除了自动档位外，还设置有一个自定义档位，供与用户自己定义制冷区间和时间，使得适用范围更加灵活性。对于此档位的使用，用户可以自己查询各种不同饮料的冰晶范围，并设定相应的时间。

所述控制总成通过以下方法制备特定的冰晶饮料。在饮料处于静置状态下，包括以下三个控制步骤： 

S0.根据饮料类型，设定制冷档位，所述制冷档位的温度区间为所述饮料的冻结点温度Tfp和结晶点温度Ticp；

S1.获取密闭空间初始温度Ti，控制密闭空间温度，从初始温度Ti调节至饮料冰晶温度Ts，所述饮料冰晶温度Ts在所述设定的制冷档位的温度区间内；

S2.然后控制密闭空间的温度在所述设定的制冷档位的温度区间内波动，或者波动不超出所述设定的制冷档位的温度区间，控制曲线如图12所示。

所述步骤S2持续的时间t不应少于3个小时，控制总成根据设备功率、初始温度Ti和设定的温度下限Tfp结合设定的时间计算步骤S2的时间t是否足够3个小时，如果不够，通过控制面板提示用户重新设定。 

当只知道饮料的冰点的时候，用户也可以通过以下方法来计算饮料的冰晶温度范围： 

结晶点温度Ticp=Tip+Ticp-w；

冻结点温度Tfp=Tip+Tfp-w；

其中Tip为饮料的冰点，Ticp-w为同等条件下纯水的结晶点温度，Tfp为同等条件下纯水的冻结点温度。

实施例5 

本实施例的冰晶饮料柜结构和原理基本上与实施例1相同，区别在于当在制冷过程中，尚未达到对应时长时，如出现冰晶饮料柜被打开并再次关上的情况，则进行制冷时长补偿Δt，Δt通过以下方法确定：

S31.当ΔT＜0.5时，Δt=δt；

S32.当ΔT≥0.5时，Δt=δt（1+ΔT）；

本实施例中所述ΔT为密闭所述密闭空间3分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为40分钟。

实施例6 

本实施例的冰晶饮料柜结构和原理基本上与实施例1相同，区别在于当在制冷过程中，尚未达到对应时长时，如出现冰晶饮料柜被打开并再次关上的情况，则进行制冷时长补偿Δt，Δt通过以下方法确定：

S31.当ΔT＜0.5时，Δt=δt；

S32.当ΔT≥0.5时，Δt=δt（1+ΔT）；

本实施例中所述ΔT为密闭所述密闭空间7分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为20分钟。

实施例7 

本实施例的冰晶饮料柜结构和原理基本上与实施例1相同，区别在于档位设置的不同，其档位设置如图13所示。如图所示，0℃往下将温度划分成10个档位，每个档位对应一个总制冷时长，从8小时开始，温度越低制冷时长越长，每个档位对应的制冷时长相对于温度较高档位对应的制冷时长增量为0.5小时。所述冰晶饮料柜适用五种不同种类的饮料：含酒精饮料、果蔬汁饮料、咖啡、茶几碳酸饮料和饮用水。并给出明确的使用指示，即包括：优选使用、推荐使用、尽量不用和不推荐使用四种建议。消费者对照需要进行制冷的饮料的种类和此说明及建议，能够更加准确的根据自己喜好制备冰晶饮料。

上述冰晶饮料柜的控制方法如图14所示，以蒸馏水为例子，为了使得蒸馏水在冰晶温度范围内保持流动性，所述冰晶饮料柜采用如下制冷控制方法，首先将多瓶蒸馏水放置于冰晶饮料柜的箱体的内胆中，关上门体，使其处于密闭且静置状态下，然后采用下述方法进行制冷： 

    S0.由于所制备的饮料为蒸馏水，因此将制冷档位设定在适合制备冰晶蒸馏水的优选使用档位，即No.2档位。No.2档位在冰晶柜系统内对应一基准温度，基准温度上下具有波动阈值形成一温度区间，所述制冷档位的温度区间在所述饮料的冻结点温度Tfp和结晶点温度Ticp内。

S1.档位设定后冰晶饮料柜按控制程序进入自动制冷状态，通过感温瓶获取密闭空间初始温度Ti，启动制冷总成进行制冷，控制密闭空间温度，从初始温度Ti调节至饮料冰晶温度范围内。 

S2.通过制冷总成的开机与停机，控制密闭空间的温度在所述设定的制冷档位的温度区间内波动，当冰晶柜内温度达到阈值上限时，制冷总成开机，开始制冷；当温度达到阈值下限时，制冷总成停机，停止制冷。如图中冰晶温度控制曲线所示，冰晶柜内的温度在基准温度上下波动，但波动不超出结晶点温度和冰晶点温度所界定的区间。 

所述步骤S1和S2合计的持续时间为8.5个小时，从合上门体开始进行倒计时，8.5小时倒计时完毕，控制面板通知用户取出制备好的冰晶蒸馏水进行饮用。 

上述多个实施例仅仅用于举例说明本专利的结构、方法和工作原理，便于本领域技术人员对权利要求的理解，并非对本发明专利的保护范围的限制或穷尽，任何基于本发明构思，所作出的改良或变形，均落入本发明所要求的保护范围中。 

Claims (23)

1.一种饮料在冰晶温度范围内保持流动性的控制方法，其特征在于，饮料持续处于一密闭空间中，在静置状态下，包括以下三个控制步骤：

S0.根据饮料类型，设定制冷档位，所述制冷档位的温度区间在所述饮料的冻结点温度Tfp和结晶点温度Ticp内；

S1.获取密闭空间初始温度Ti，控制密闭空间温度，从初始温度Ti调节至饮料冰晶温度Ts，所述饮料冰晶温度Ts在所述设定的制冷档位的温度区间内；

S2.然后控制密闭空间的温度在所述设定的制冷档位的温度区间内波动，或者波动不超出所述设定的制冷档位的温度区间；

所述步骤S2持续的时间t不少于3个小时。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述饮料的：

结晶点温度Ticp=Tip+Ticp-w；

冻结点温度Tfp=Tip+Tfp-w；

其中Tip为饮料的冰点，Ticp-w为同等条件下纯水的结晶点温度，Tfp-w为同等条件下纯水的冻结点温度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述饮料的冰点Tip=-Kf×mB，其中mB饮料的质量摩尔浓度，单位为mol/kg；Kf为水溶剂溶液的冰点下降系数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述饮料为啤酒，所述饮料的冰点Tip=-A×0.42+P×0.04+0.02，式中A啤酒的酒精度，P为啤酒的麦芽度。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，当所述密闭空间被打开后再次密闭时，对步骤S2持续的时间t进行补偿，补偿时间Δt通过以下方法确定：

S31.当ΔT＜0.5时，Δt=δt；

S32.当ΔT≥0.5时，Δt=δt（1+ΔT）；

上述ΔT为密闭所述密闭空间3~7分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为补偿基准时间，20分钟≤δt≤40分钟。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述ΔT为密闭所述密闭空间5分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为30分钟。

7.一种冰晶饮料柜，包括主体，制冷总成和控制总成，所述制冷总成连接控制总成安装在所述主体内，所述主体内形成密闭空间，其特征在于所述控制总成控制所述制冷总成对置于内胆内的饮料进行制冷，并维持在一定温度区间内波动一定时长，所述温度区间的下限大于被制备饮料的冻结点温度Tfp，上限不大于其结晶点温度Ticp，所述波动时长不少于3个小时。

8.根据权利要求7所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述密闭空间包括相互连通的储藏区、混流区和冷气室，所述混流区和冷气室设置在储藏区后侧，混流区位于冷气室前方或上方，制冷总成的蒸发器设置在冷气室内，混流区内设置风机，使空气在冷气室-储藏区-混流区-冷气室之间循环流动。

9.根据权利要求8所述冰晶饮料柜，其特征在于，在混流区内、靠近储藏区一侧，还设有温度感应装置，所述温度感应装置与所述控制总成相连。

10.根据权利要求9所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述储藏区内设有至少一层架，将储藏区分隔成上下布置的至少两个区间，所述层架与储藏区底部设有独立通风道与所述冷气室连通。

11.根据权利要求10所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述层架与储藏区底部的前半侧分布有风孔连通所述通风道。

12.根据权利要求9所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述混流区内的温度感应装置为标准液温度测定装置。

13.根据权利要求12所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述标准液温度测定装置包括感温瓶和传感器，所述感温瓶内充丙二醇和纯净水混合的感温液，所述传感器与所述控制总成相连接。

14.根据权利要求7至13任一项所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述主体至少包括箱体和门体构成的密闭空间，所述门体与箱体转动连接，并设有使门体缓慢关合的自动关门装置和缓冲助吸器。

15.根据权利要求14所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述门体与箱体之间还设有开门感应装置，所述开门感应装置连接控制总成。

16.根据权利要求7至13任一项所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述主体上还设有控制面板，所述控制面板连接控制总成。

17.根据权利要求7至13任一项所述冰晶饮料柜，其特征在于，所述制冷总成的压缩机与主体间通过缓冲器连接。

18.一种适用于权利要求7所述冰晶饮料柜的控制方法，包括温度控制和时间控制，其特征在于，在0℃下将温度划分成若干档位，每个档位温度间隔至少0.3℃；每个档位对应一个制冷时长，制冷时长不低于3.5小时，温度越低制冷时长越长，每个档位对应的制冷时长相对于温度较高档位对应的制冷时长增量不低于20分钟；根据被制备的饮料设定对应的区间，控制总成控制制冷总成对饮料进行制冷，并控制温度维持在对应的档位内波动对应的时长。

19.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，所述冰晶饮料柜至少适用两种不同种类的饮料，每种饮料对应的不少于三个连续的档位。

20.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述每种饮料对应的多个档位的温度间隔相同，结晶点温度低的饮料所对应的每个档位的间隔不小于结晶点温度高的饮料。

21.根据权利要求18至20任一项所述的控制方法，其特征在于，控制总成控制先根据饮料类型设定制冷档位，然后感应冰晶柜内的初始温度，然后控制制冷总成将冰晶柜内初始温度调整至设定档位内的饮料冰晶温度设定值，再实时感应冰晶柜内温度、据此控制制冷总成开机或停机，使冰晶柜内的温度维持在对应的档位内波动对应的时长。

22.根据权利要求18至20任一项所述的控制方法，其特征在于，当冰晶饮料柜被打开并再次关上时，制冷时长补偿Δt，Δt通过以下方法确定：

S31.当ΔT＜0.5时，Δt=δt；

S32.当ΔT≥0.5时，Δt=δt（1+ΔT）；

上述ΔT为密闭所述密闭空间3~7分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为补偿基准时间，20分钟≤δt≤40分钟。

23.根据权利要求21所述的控制方法，其特征在于，所述ΔT为密闭所述密闭空间5分钟后的温度值与打开所述密闭空间时的温度值的差的绝对值，δt为30分钟。

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