CN104034109A - 风循环智能解冻冰箱 - Google Patents

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本发明公开了一种风循环智能解冻冰箱，涉及家用电器领域。现有的家用冰箱，食物的快速解冻影响口感和导致营养流失，在冷藏室解冻食物需要手工操作。风循环智能解冻冰箱利用单片机控制技术和风循环技术实现预约解冻，它包括多个隔热的、独立控温的冷冻室和冷藏室，冷藏室和冷冻室之间用进风管道和回风管道连接，进风管道和回风管道上装有电磁阀和空气泵，单片机系统控制电磁阀和空气泵，循环空气携带冷藏室的热量缓慢流入冷冻室，冷冻的食物在用户的预约时间完成缓慢自动解冻，最大限度的保留了食物的营养和口感。同时，由于多个独立隔热的冷冻室设计和冷冻室的冷量缓慢流入冷藏室，它比现有冰箱节约电能。

Description

风循环智能解冻冰箱
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及家用冰箱。
背景技术
现有冰箱冷冻食物温度变化曲线如图2所示，1阶段，食物降温冷冻存；2阶段，食物处于冷冻保存；3阶段，食物从冰箱内拿出，放在解冻板上自然解冻；4阶段，加热解冻，用户没有时间等候自然解冻，放入温水中或微波炉中解冻。在餐桌上，快速解冻的肉类食品像木头一样的口感，部分食物被剩下最后丢弃。
有经验的用户，将冷冻的食物从冷冻室转入冷藏室，食物的温度变化如图3冷藏室解冻冷冻食物温度变化图所示，1阶段，食物降温冷冻存；2阶段，食物处于冷冻保存；3阶段，食物在冷藏室缓慢解冻；4阶段，食物从冰箱内拿出，食物放在常温环境烹饪。在餐桌上备受欢迎。但如今人们普遍睡眠不足，在早晨的忙碌中，经常忘记将食物从冷冻室转入冷藏室。结果又只有快速解冻，因为口感太差，部分食物还是被扔掉。解冻不方便，用户要么不愿意使用冷冻室，要么冷冻室满满的没时间解冻烹饪。
文献《解冻装置及设有解冻装置的冰箱》CN102878756A,公开了一种解冻装置，利用热管传热解冻食物。CN02121055.1提出采用机械室的废热进行解冻；CN97126440.6提出的解冻装置，这种解冻装置不仅需要电加热器和送风装置，还要有单独的间室。因此，提供一种解冻食物口感好的自动解冻冰箱成为业界需要解决的技术问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题在于：减少解冻过程损害食物的营养和口感,冷冻的食物在用户的预约时间自动解冻，节约电能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：风循环智能解冻冰箱分为多个冷冻室和冷藏室，它们之间设有保温层隔热，每个冷冻室有一个私有的密封门，所有冷冻室有一个公共的密封门，存放冷冻食物的时候，先打开公共的密封门，再打开特定的冷冻室私有的密封门，其它冷冻室私有的密封门不打开，减少冷量泄漏。冷冻室、冷藏室与冰箱外壳分别设置有温度传感器，并与单片机连接，测量冷冻室、冷藏室和冰箱外壳的温度，单片机系统独立控制每个冷冻室和冷藏室的温度。每个冷冻室与冷藏室之间用进风管道和回风管道连接，冷冻室的进风管道与冷藏室的回风管道连接，冷冻室的回风管道与冷藏室的进风管道连接。进风管道和回风管道上装有电磁阀和空气泵，单片机控制电磁阀和空气泵从而控制空气在冷藏室和冷冻室之间循环流动，达到控制冷藏室热量缓慢流入冷冻室的目的，实现冷冻食物在用户预约时间完成缓慢解冻。
进风管道的进风口和出风口，回风管道的进风口和出风口处都装有过滤网，防止异物进入管道。出风管道和进风管道端部连接电动摇摆风口，使冷冻室和冷藏室温度均匀，换热充分。进风管道和回风管道具有双层结构，内层管道可以拆卸清洗，防止细菌滋生。冷冻室的进风管道位于冷冻室的底部，冷冻室的回风管道位于冷冻室的顶部。冷藏室的进风管道位于其顶部，冷藏室的回风管道位于其底部。较高温度气体自然上升，较低温度气体自然下降，有利于充分换热。
风循环智能解冻冰箱的控制方法包括以下步骤：
1）单片机系统记录冰箱外室温变化；
2）用户在每个冷冻室放入待冷冻食物的时候，通过单片机系统输入设备，设定每个冷冻室中食物的预约取用时间，设定自然解冻与风循环解冻时间的比值；
3）单片机系统测试风循环解冻的速率和自然解冻的速率，估算风循环解冻的时间和自然解冻的时间，计算自然解冻和风循环解冻开始时间。自然解冻是关闭冷冻室的制冷，冷冻室的温度自然上升，导致冷冻食物解冻的过程。风循环解冻是通过空气在进风管道和回风管道循环冷冻室吸收冷藏室的热量，即冷冻室与冷藏室进行等温的过程；
4）单片机系统利用前一天记录的冰箱外室温变化曲线预测当日室温变化，利用当日室温和上次解冻的误差，修正冷冻食物的自然解冻和风循环解冻的起始时间点；
5）记录实际解冻时间与预约解冻时间的误差，供下次解冻估算时间时使用。
附图说明。
图1是风循环智能解冻冰箱结构示意图。
图2是现有冰箱冷冻食物温度变化曲线图。
图3是冷藏室解冻冷冻食物温度变化图。
图4是风循环解冻冷冻食物温度变化图。
图5是冰箱控温系统结构示意图。
图6是解冻速率的测定示意图。
图7是软件流程图。
具体实施方式
实施方式1:
风循环智能解冻冰箱结构如图1所示，分为多个冷冻室101-106和冷藏室107，单片机系统独立控制每个冷冻室101-106和冷藏室107的温度，冷冻室101-106和冷藏室107之间设有保温隔热层，每个冷冻室有一个私有的密封门111-116，所有冷冻室有一个公共的密封门117，存放冷冻食物到冷冻室101时，先打开公共的密封门117，再打开冷冻室101私有的密封门111，其它冷冻室102-106私有的密封门112-116不打开，减少冷量泄漏。冷冻室、冷藏室与冰箱外壳分别设置有温度传感器，它们与单片机连接分别测量冷冻室、冷藏室和冰箱外壳的温度。每个冷冻室与冷藏室之间用进风管道131-136和回风管道151-156连接，管道上装有电磁阀121-126、电磁阀141-146和空气泵161-166。单片机分组控制电磁阀121、电磁阀141、和空气泵161，从而控制空气在冷藏室107和冷冻室101之间循环流动，达到控制冷藏室107热量缓慢流入冷冻室101的目的，实现冷冻食物在用户预约时间完成缓慢解冻，其它冷冻室102-106与此类似。
进风管道和回风管道的进风口、进风管道和回风管道出风口处装有过滤网，防止异物进入管道，图中未画出。出风管道和进风管道端部连接电动摇摆风口171-176，使冷冻室和冷藏室温度均匀，换热充分。进风管道151-156和回风管道131-136具有双层结构，内层管道可以拆卸清洗，防止细菌滋生。冷冻室的进风管道151-156位于冷冻室的底部，冷冻室的回风管道131-136位于冷冻室的顶部。冷藏室的进风管道131-136位于冷藏室的顶部，冷藏室的回风管道151-156位于冷藏室的底部。较高温度气体自然上升，较低温度气体自然下降，有利于充分换热，其温度变化如图4风循环解冻冷冻食物温度变化图所示。其它冷冻室102-106与冷藏室107的管道连接与冷冻室101与冷藏室107的管道连接类似，不再重复叙述，图中未画出122-126、132-136、142-146、152-156、162-166和172-176。
风循环智能解冻冰箱的控制方法包括下列步骤：
1）单片机系统记录冰箱外室温变化；
2）用户在每个冷冻室101-106放入待冷冻食物时，通过单片机系统输入设备，用户设定每个冷冻室中食物的预约取用时间，用户设定自然解冻和风循环解冻时间的比值；
3）单片机系统测试风循环解冻的速率和自然解冻的速率，估算风循环解冻的时间和自然解冻的时间，计算风循环解冻和自然解冻开始时间。如图6解冻速率的测定示意图所示，自然解冻是关闭冷冻室的制冷，冷冻室的温度自然上升，导致冷冻食物解冻的过程。风循环解冻是通过空气在进风管道和回风管道循环冷冻室吸收冷藏室的热量，也就是说冷冻室与冷藏室进行等温过程；
4）单片机系统利用前一天记录的冰箱外室温变化曲线预测当日室温变化，利用当日室温和上次解冻的误差，修正冷冻食物的自然解冻和风循环解冻的起始时间点；
5）记录实际解冻时间与预约解冻时间的误差，供下次解冻估算时间时使用。
实施方式2：风循环智能解冻冰箱实验系统及其实验结果。
冰箱控制器的设计，如图5冰箱控温系统结构示意图所示。控制器系统硬件包括热敏电阻传感器、放大电路、多路选择器、单片机、多路分配器、电磁阀、空气泵、按键、液晶屏、语音模块或发光二极管和蜂鸣器组成。温度传感器1-6测量冷冻室101-106的温度，温度传感器7测量冷藏室107的温度，温度传感器8测量冰箱外壳的温度。电磁阀C1-C6(图中未画出)控制冷冻室101-106的制冷剂的流动，电磁阀C7(图中未画出)控制冷藏室107的制冷剂的流动，电磁阀A1、电磁阀B1和空气泵1控制空气在进风管道131和回风管道151中流动（如图1所示），达到控制冷冻室101和冷藏室107之间热量传递的目的。其它冷冻室与冷藏室热量交换与此类似。
该实验系统主要选用下列芯片Intel8052AH、ADT7320、DG706和DM74LS138。英特尔8052AH是MCS-51NMOS单芯片8位微控制器，32个I/O口线，3定时/计数器，6个中断源/4级优先级8KB的ROM， 256字节片上RAM。ADT7320是16位数字温度传感器，用于测量基准（冷）结温为±0.25℃,温度范围-20℃至+105℃。ADT7320是完全在工厂校准，且无需用户校准。ADG706是一款低压CMOS模拟多路复用器，内置16个单通道。它根据4位二进制地址线A0、A1、A2和A3所确定的地址，将16路输入(S1-S16)之一切换至公共输出D。该器件提供EN输入，用来使能或禁用器件。禁用时，所有通道均关断。导通电阻：2.5Ω，导通电阻平坦度：0.5Ω，泄漏电流：100pA，开关时间：40ns。实验系统选用74LS138作为数据分配器,选择低电平有效的两个使能端之一为数据输入端，其他使能端置于有效电平。当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2))和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1和A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则输出端Y6输出是低电平信号。
家用冰箱冷冻室的数量，第三冷冻室用于第三次解冻食物，第N冷冻室用于第N次解冻食物，每周七天，六天吃冷冻食物，每天解冻两个冷冻室，共需12个冷冻室。有的家庭，中午不回家，6天吃冷冻食物，每天解冻1个冷冻室，共需6个冷冻室。说明书实施方式中以6个冷冻室为例叙述。
控制器系统软件设计。如图7软件流程图所示，软件流程以其中的第三冷冻室为例说明，其它冷冻室的流程相同，用户放入适量的猪肉，设定取用食物的时间，不同的冷冻室，用户可以设定的不同取用时间，取用食物的时间减去现在的时间为食物在冰箱中的储存时间，食物在风循环智能解冻冰箱中的储存时间：T= TD+TS+TR+TW 。冷冻时间TD,自然解冻时间TS,风循环解冻时间TR,解冻时间误差TW，由于环境温度、电力变化、冰箱门密封性能和传感器精度的影响，解冻时间不准，我们给定一个误差量，比预约时间提前一点解冻，或者说给出解冻温度误差。
冷冻阶段1，T=0时，制冷打开，进风管道和回风管道的电磁阀和空气泵关闭，食物温度下降；
冷冻保存阶段2，T<TD时，制冷间断打开,冷冻室维持冷冻状态，如图6解冻速率的测定示意图所示，单片机系统测定V21（连接压缩机的管道的电磁阀关闭后，冷冻室的温度自然上升的速率，单位为℃/小时）和V22（连接压缩机的管道的电磁阀关闭后，进风管道和回风管道电磁阀和空气泵打开冷冻室温度上升的速率℃/小时），计算自然解冻时间TS，计算风循环解冻时间TR，，在本阶段，除了测试的时候，其它时间进风管道和回风管道的电磁阀和空气泵关闭。
自然解冻阶段3：T>TD时，所有电磁阀关闭，冷冻室进入自然解冻，冰箱的隔热材料会缓慢传递热量到冷冻室。
风循环解冻阶段4：T>TD+TS时，制冷剂电磁阀关闭，进风管道和回风管道电磁阀和空气泵打开，冷冻室通过进风管道和回风管道循环的空气吸收冷藏室的热量，冷冻室温度较前一阶段快速上升，也就是说冷冻室与冷藏室进行等温过程。T>TD+TS+TR时，食物处于冷藏状态，解冻完成。
猪肉解冻实验。如图4风循环解冻冷冻食物温度变化图所示，星期六9点，用户在冷冻室103中放入猪肉，通过键盘输入取出猪肉的时间，预计星期三下午5点钟取出食物烹调，冷冻室103工作，星期日21点钟食物达到最低冷冻温度，24点完成自然解冻和风循环解冻速率测试，估算冷冻室自然解冻时间和风循环解冻时间。根据估算的冷冻室103风循环解冻时间为10小时，根据估算的冷冻室103自然解冻时间为24小时，星期二24点冷冻室103关闭制冷，冷冻室103进入自然吸热解冻状态，到星期三12点温度上升为-6.8℃，冷冻室103进入风循环解冻状态，风循环电磁阀123、电磁阀143和空气泵163打开五小时后，冷冻室103和冷藏室107的温度为2.3℃。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
1.解冻食品的口味和营养保留较好。从外观上比较解冻过程对猪肉的影响，与传统解冻相比, 智能解冻的猪肉肌纤维破坏程度较小，肌纤维间距较小,肌束膜更完整，汁液损失较少。表1中,组1是智能解冻实验组,组2是传统解冻对照组。与传统的解冻猪肉相比，智能解冻猪肉汁液损失降低了4.38%,蛋白质损失减少0.8712%，智能解冻显著降低汁液损失和蛋白质损失。总之,风循环智能解冻更好地保留了冷冻食品的口味和营养。
表1营养损失对比表
。
2.节省电力。一方面，由于冷冻室分为多个,每次存取食物只打开相应的冷冻室,冷气泄漏量只有原来的几分之一。另一方面，冷冻室的冷量传导到冷藏室,解冻过程的冷量加以再利用。
3. 综合测算，总成本略有下降，购买价格提高，使用成本下降，适合所有的消费水平的用户使用。风循环智能解冻冰箱在不增加总成本的条件下提高冷冻食品的质量，保障用户的家庭成员健康。
总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.风循环智能解冻冰箱包括多个冷藏室和冷冻室，单片机系统分别控制每个冷藏室和每个冷冻室的温度，其特征在于：冷冻室的进风管道与冷藏室的回风管道连接，冷冻室的回风管道与冷藏室的进风管道连接。
2.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：进风管道和回风管道上分别装有电磁阀。
3.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：进风管道和回风管道其中之一装有空气泵。
4.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：单片机系统控制进风管道和回风管道上的电磁阀和空气泵，使空气在冷藏室和冷冻室之间循环流动，携带冷藏室热量缓慢流入冷冻室，冷冻食物缓慢解冻。
5.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：进风管道进风口和回风管道出风口处装有过滤网。
6.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：出风管道和进风管道端部连接电动摇摆风口。
7.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：进风管道和回风管道具有双层结构，内层管道可以拆卸清洗。
8.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：每个冷冻室有一个私有的密封门，所有冷冻室有一个公共的密封门，存放冷冻食物的时候，先打开公共的密封门，再打开冷冻室私有的密封门，其它冷冻室私有的密封门不打开。
9.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：冷冻室的进风管道位于冷冻室的底部，冷冻室的回风管道位于冷冻室的顶部。
10.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱，其特征在于：冷藏室的进风管道位于冷藏室的顶部，冷藏室的回风管道位于冷藏室的底部。
11.按照权利要求1所述的风循环智能解冻冰箱的控制方法，其包括下列步骤，其特征在于：
1）单片机系统记录冰箱外室温变化；
2）在每个冷冻室放入待冷冻食物时，用户通过单片机系统输入设备，设定每个冷冻室中食物的取用时间，设定自然解冻和风循环解冻时间的比值；
3）单片机系统测试风循环解冻的速率和自然解冻的速率，估算风循环解冻时间和自然解冻时间，计算风循环解冻和自然解冻开始时间；
4）单片机系统利用前一天记录的冰箱外室温变化曲线预测当日室温变化，利用当日室温和上次解冻的误差，修正冷冻食物开始自然解冻和风循环解冻的起始时间；
5）记录实际解冻时间与预约解冻时间的误差，供下次估算解冻时间时使用。
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Inventor after: Lei Guibin

Inventor after: Wang Shuqing

Inventor after: Li Canping

Inventor after: Fu Dongyang

Inventor after: Peng Yinqiao

Inventor after: Zeng Haohong

Inventor before: Wang Shuqing

Inventor before: Lei Guibin

Inventor before: Li Canping

Inventor before: Fu Dongyang

Inventor before: Peng Yinqiao

Inventor before: Zeng Haohong

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