CN107347976A - 太阳能果蔬辅助保鲜装置 - Google Patents

Abstract

太阳能果蔬辅助保鲜装置，包括太阳能电池板和箱体，箱体由下部的圆筒形结构和上部的半圆球形结构组成，箱体内水平设置有将箱体内部隔开为上部为保鲜室和下部为控制室的隔板，保鲜室内顶部设置有半导体制冷部分、光处理部分和气体流动部分，控制室内设置有蓄电池、控制器和备用市电输入端口，太阳能电池板通过控制器与蓄电池连接，备用市电输入端口与控制器连接，控制器通过供电线分别与半导体制冷部分、光处理部分和气体流动部分连接。本发明基于光处理对果蔬类产品内部光合代谢和呼吸强度的协同因素，保证果蔬的良好品质必须有适宜的贮藏条件，利用清洁能源太阳能提供适宜的光照度、温度、湿度环境，建立果蔬类产品的太阳能光电调控机制。

Description

太阳能果蔬辅助保鲜装置

技术领域

本发明属于太阳能及食品科学技术领域，特别涉及一种太阳能果蔬辅助保鲜装置。

背景技术

我国作为果蔬生产和消费大国，近10年来水果产量一直稳居世界第一，总产量连年攀升。据农业部统计资料，2013年我国水果生产继续保持稳步增长态势，面积和产量双双创历史新高，分别达1237.14万hm²和15771万t，同2012年相比分别增加了1.91％和4.41％。蔬菜产业也已成为我国农业和农村经济发展的支柱产业。2012年我全国蔬菜播种面积3.05亿亩，总产量逾7.09亿t，人均占有量587.7kg，产量、产值均已超过粮食作物，成为我国第一大种植业。然而果蔬采收前后由于生理衰老、微生物侵害及机械损伤等多种原因，易腐烂变质，不耐贮藏。据相关统计，现阶段中国新鲜果蔬的腐烂损耗率较高，水果为30%左右，蔬菜为40%～50%，而发达国家平均损耗率不到7%。因此加强果蔬保鲜技术的研究和应用，对发展农业、提高人民生活水平有重要意义。

欧美发达国家已实现了果蔬产、加、销一体化经营，具有加工品种专用化、原料基地化、质量体系标准化、生产管理科学化、加工技术先进及大公司规模化、网络化、信息化经营等特点。先进的冷藏保鲜、无菌冷罐装技术与设备、冷打浆技术与设备等在美国、法国、德国、瑞典、英国等发达国家果蔬深加工、保鲜领域被迅速应用，并得到不断提升。而且发达国家农产品加工企业均是从环保和经济效益两个角度对加工原料进行综合利用，如日本、美国、欧洲等发达国家利用米糠生产米糠营养素、米糠蛋白等高附加值产品，其增值60倍以上。利用麦麸开发戊聚糖、谷胱甘肽等高附加值产品，增值程度达3～5倍。美国利用废弃的柑橘果籽榨取32%食用油和44%蛋白质，从橘子皮中提取并生产柠檬酸已形成规模化生产。德国的苹果加工量占总产量的75.2%。美国、巴西的柑桔加工量占柑桔总产量的70%以上。美国的减压气调保鲜技术，在5℃下可使离首保鲜期长达12个月。由英国食品协会研制成功的一种可食用的水果保鲜剂，能阻止氧气进入果蔬内部，延长果蔬熟化过程，可以保鲜200天以上。先进的在线检测手段可以根据果蔬的重量、大小、外型、颜色、气味、特定成份含量进行分级。

目前国内外的果蔬采后贮藏保鲜技术方法主要分为三类：生物方法、化学方法和物理方法。物理方法可分为两类：一是针对微生物控制的手段，主要包括热处理、冷激、脉冲光、超高压、减压、辐照、超声波、臭氧等。另一类是控制环境条件的物理手段，目的是保持果蔬采后较佳品质，如控制温度方面的冰温贮藏、低温胁迫和变温贮藏；控制气体成分的CA、MA；以及控制湿度的窖藏、聚乙烯薄膜等高阻湿材料的包装贮藏等｡

低温冷藏技术作为一种重要的物理方法，可有效地抑制酶活动，控制果蔬保鲜过程中微生物的生长繁殖。在低温环境下，果蔬的生命活动受到抑制，对营养成分的消耗也较小，环境温度越低，这种消耗也就越小。20世纪80年代，日本北海道大学率先开展了临界低温高湿保鲜研究，此后国内外研究和开发的趋势是采用临界点低温高湿贮发藏(CTHH)，即控制在果蔬冷害点温度以上0.5~1℃左右和相对湿度为90%~98%左右的环境中贮藏保鲜果蔬。但现有大部分的低温保鲜系统还是由传统的电力提供动力来源，只有少部分采用冬季低温、自然冰能的冷能资源，能源消耗已造成明显的成本负担及碳排污染。

发明内容

为解决现有技术的不足之处，本发明提供一种太阳能果蔬辅助保鲜装置，本装置利用清洁能源太阳能，通过光伏制冷技术实现果蔬的低温保藏，同时运用非物理加热弱光处理的方法延长果蔬品质，达到有效的双重辅助保鲜效果。与传统的物理方法和化学试剂处理相比，本装置具有来源广泛、成本低廉、无毒害、无副产物残留、绿色环保等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：太阳能果蔬辅助保鲜装置，包括太阳能电池板和箱体，箱体由下部的圆筒形结构和上部的半圆球形结构组成，箱体内水平设置有将箱体内部隔开为上部为保鲜室和下部为控制室的隔板，保鲜室内顶部设置有半导体制冷部分以及位于半导体制冷部分下方的光处理部分和气体流动部分，控制室内设置有蓄电池、控制器和备用市电输入端口，太阳能电池板通过控制器与蓄电池连接，备用市电输入端口与控制器连接，控制器通过供电线分别与半导体制冷部分、光处理部分和气体流动部分连接。

半导体制冷部分包括设置在半圆球形结构内上部的安装架，安装架上设置有半导体制冷片和位于半导体制冷片下方的风扇，半导体制冷片的制冷面朝下、制热面朝上，半导体的制热面上设置有散热器，安装架上方的半圆球形结构上开设有散热孔。

箱体内在圆筒体结构的圆周内壁上设置有圆环形的支撑轨道，箱体内壁上在支撑轨道的上方水平固定设置十字架，十字架的中心处固定设置有主轴垂直朝下的微型电机；

气体流动部分包括网状导流板和透明条状盒；光处理部分包括滤光片、光导纤维和LED灯条；

网状导流板呈圆盘形结构，网状导流板的圆周边缘的底部设置有若干个可沿支撑轨道移动的滚轮，网状导流板的上表面的中心处设置有套管，微型电机的主轴下端伸入到套管内并通过平键与套管传动连接，网状导流板底部设置有十字形的导轨，透明条状盒设置有四个，四个透明条状盒的上端均滑动连接并吊挂在导轨上，LED灯条设置有在透明条状盒内，滤光片设置在箱体外侧，LED灯条通过光导纤维与滤光片连接。

网状导流板的表面为凸凹不平的网板结构。

箱体内在隔板上设置有用于放置果蔬的层状框架。

采用上述技术方案，本发明的保鲜机理为：果蔬采后会进行呼吸和蒸发等复杂的生命活动，仍消耗O₂排出CO₂。果蔬代谢是由糖酵解、三羧酸循环和电子传递链等系列酶促反应的复杂过程组成。这些活动都与果蔬贮藏保鲜密切相关，影响和制约着果蔬的贮藏寿命，其中影响果蔬代谢活动及贮藏效果的外界因素主要是温度、湿度和气体成分。在光处理保鲜过程中，温度、湿度和光照条件等贮藏环境对果蔬品质的影响很大，基于光处理对果蔬类产品内部光合代谢和呼吸强度的协同因素，保证果蔬的良好品质必须有适宜的贮藏条件，利用清洁能源太阳能提供适宜的光照度、温度、湿度环境，建立果蔬类产品的太阳能光电调控机制。

本发明相对于现有技术，具有以下技术效果：

1、半导体制冷部分

基于帕尔帖原理效应，制冷部分采用半导体制冷设计。半导体制冷片可以直接利用直流电源，减少逆变电量损失。而且工作无污染无噪音，易于控制、调节，寿命长，体积小，制冷参数不受空间方向以及重力影响，使用稳定。

半导体制冷片需要良好的散热，布置在顶部既有利于冷量在箱体内下沉对流，又加强了半导体制冷片的散热。同时设计了大面积的散热器及散热孔，进一步增强半导体片的制冷效果。风扇将冷气向下供送，可以加强箱体内的气体对流，增加保鲜效果。

2、光处理部分

光照处理是当前一种新兴的应用于果蔬保鲜的非加热物理方法，可有效地保存果蔬品质、延长货架期。黑暗条件下会导致衰老现象的发生，而在光照条件下新鲜果蔬尤其是绿色蔬菜类在贮藏初期会继续进行光合作用，积累营养物质。

从低能耗、低温效、连续运行的角度出发，确定太阳能光处理的光源形式。适当用光线照射果蔬，会使其生理老化现象推迟，所以需要弱光的引入。鉴于太阳光黑夜交替的特点，采用自然光源和人工冷光源结合的照射方式。系统光源控制由光导纤维和LED灯条两个单元组成，由控制器根据设定自动切换。白天有光照情况下由太阳能聚光传输单元为保鲜系统供光；当夜晚或阴雨天光照减弱时，控制器通过光敏探头的检测，自动接通控制电路为LED灯条供电；当蓄电池连续工作电压降低于设定值时，控制器将电源切换为市电供电模式。

在光导纤维顶部的采光端用滤光片进行处理，一方面可以避免高温及烧毁的问题，另一方面可以根据不同果蔬的保鲜特性，调节相应的光谱类型及光照强度。

通过控制器光照调节，可以调节LED灯条照明状态以及光源与果蔬的距离，创造不同的光谱、照度、光照时间及位置等环境条件，适应不同果蔬相应的最佳保鲜效果。

3、气体流动部分

在低温环境下，贮藏温度越低，光照对呼吸强度的影响越小。而且光照还会引起温度、湿度的变化，降低低温保鲜效果，气体在箱体内的流动有利于形成相对稳定的温度、湿度梯度，增强保鲜效果。

（1）箱体上部设计圆形的网状导流板。箱体内上部的半导体制冷片下方的冷空气下沉，果蔬上方的湿度较大，气液体相遇因比热和密度的差别，易在液相侧形成滞流区，且会极易造成冷凝现象，形成大片水滴，浸泡蚀烂果蔬。采用凸凹不平的网状导流板，上部冷量气体和下部湿度较大的气体相遇，在凸凹不平的表面易形成紊流，可以有效避免上述问题的出现，达到满意的流通效果。

（2）在箱体中部设计透明条状盒，中部中空，可以均匀安放LED灯条达到均匀的光照效果，同时避免了严重湿度造成的电路短路。

透明条状盒安放方法采用顶部吊装形式，吊挂并滑动连接在十字形的导轨上，导轨水平固定在网状导流板下表面，透明条状盒为窄式条状外型，两者均能够减少对储存空间的占用。

透明条状盒及内部的LED灯条，可以在导轨上拉动调节位置，并随着网状导流板转动，形成不同的光照距离。

（3）圆形的网状导流板和透明条状盒均由微型电机带动旋转，微型电机带动网状导流板沿着支撑导轨转动，并带动透明条状盒和LED灯条转动，有利于紊流层的平移。速度可调，根据不同的果蔬特性，形成不同的光照条件及紊流效果，并能使气流在水平方向上形成较为稳定的温湿度梯度。

4、电子控制

控制器可以根据白天、黑夜、阴雨天气等气候条件，自动调节光照供电模式，且能通过电子调节设置LED灯条的光照时间及亮度，也能设置旋转紊流部分的速度，以满足果蔬产品不同的保鲜要求。

在连续阴雨的天气情况下，蓄电池蓄电也不足时会自动切换到备用市电输入端口，保障装置的不间断运行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是导轨和透明条状盒的平面布置图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的太阳能果蔬辅助保鲜装置，包括太阳能电池板1和箱体2，箱体2由下部的圆筒形结构和上部的半圆球形结构组成，箱体2内水平设置有将箱体2内部隔开为上部为保鲜室3和下部为控制室4的隔板5，保鲜室3内顶部设置有半导体制冷部分以及位于半导体制冷部分下方的光处理部分和气体流动部分，控制室4内设置有蓄电池6、控制器7和备用市电输入端口8，太阳能电池板1通过控制器7与蓄电池6连接，备用市电输入端口8与控制器7连接，控制器7通过供电线分别与半导体制冷部分、光处理部分和气体流动部分连接。

半导体制冷部分包括设置在半圆球形结构内上部的安装架9，安装架9上设置有半导体制冷片10和位于半导体制冷片10下方的风扇11，半导体制冷片10的制冷面朝下、制热面朝上，半导体的制热面上设置有散热器，安装架9上方的半圆球形结构上开设有散热孔。

箱体2内在圆筒体结构的圆周内壁上设置有圆环形的支撑轨道12，箱体2内壁上在支撑轨道12的上方水平固定设置十字架13，十字架13的中心处固定设置有主轴垂直朝下的微型电机14；

气体流动部分包括网状导流板15和透明条状盒16；光处理部分包括滤光片17、光导纤维18和LED灯条19；

网状导流板15呈圆盘形结构，网状导流板15的圆周边缘的底部设置有若干个可沿支撑轨道12移动的滚轮20，网状导流板15的上表面的中心处设置有套管21，微型电机14的主轴下端伸入到套管21内并通过平键与套管21传动连接，网状导流板15底部设置有十字形的导轨22，透明条状盒16设置有四个，四个透明条状盒16的上端均滑动连接并吊挂在导轨22上，LED灯条19设置有在透明条状盒16内，滤光片17设置在箱体2外侧，LED灯条19通过光导纤维18与滤光片17连接。

网状导流板15的表面为凸凹不平的网板结构。

箱体2内在隔板5上设置有用于放置果蔬的层状框架。

本发明的保鲜机理为：果蔬采后会进行呼吸和蒸发等复杂的生命活动，仍消耗O₂排出CO₂。果蔬代谢是由糖酵解、三羧酸循环和电子传递链等系列酶促反应的复杂过程组成。这些活动都与果蔬贮藏保鲜密切相关，影响和制约着果蔬的贮藏寿命，其中影响果蔬代谢活动及贮藏效果的外界因素主要是温度、湿度和气体成分。在光处理保鲜过程中，温度、湿度和光照条件等贮藏环境对果蔬品质的影响很大，基于光处理对果蔬类产品内部光合代谢和呼吸强度的协同因素，保证果蔬的良好品质必须有适宜的贮藏条件，利用清洁能源太阳能提供适宜的光照度、温度、湿度环境，建立果蔬类产品的太阳能光电调控机制。

本发明相对于现有技术，具有以下技术效果：

1、半导体制冷部分

基于帕尔帖原理效应，制冷部分采用半导体制冷设计。半导体制冷片10可以直接利用直流电源，减少逆变电量损失。而且工作无污染无噪音，易于控制、调节，寿命长，体积小，制冷参数不受空间方向以及重力影响，使用稳定。

半导体制冷片10需要良好的散热，布置在顶部既有利于冷量在箱体2内下沉对流，又加强了半导体制冷片10的散热。同时设计了大面积的散热器及散热孔，进一步增强半导体片的制冷效果。风扇11将冷气向下供送，可以加强箱体2内的气体对流，增加保鲜效果。

2、光处理部分

光照处理是当前一种新兴的应用于果蔬保鲜的非加热物理方法，可有效地保存果蔬品质、延长货架期。黑暗条件下会导致衰老现象的发生，而在光照条件下新鲜果蔬尤其是绿色蔬菜类在贮藏初期会继续进行光合作用，积累营养物质。

从低能耗、低温效、连续运行的角度出发，确定太阳能光处理的光源形式。适当用光线照射果蔬，会使其生理老化现象推迟，所以需要弱光的引入。鉴于太阳光黑夜交替的特点，采用自然光源和人工冷光源结合的照射方式。系统光源控制由光导纤维18和LED灯条19两个单元组成，由控制器7根据设定自动切换。白天有光照情况下由太阳能聚光传输单元为保鲜系统供光；当夜晚或阴雨天光照减弱时，控制器7通过光敏探头的检测，自动接通控制电路为LED灯条19供电；当蓄电池6连续工作电压降低于设定值时，控制器7将电源切换为市电供电模式。

在光导纤维18顶部的采光端用滤光片17进行处理，一方面可以避免高温及烧毁的问题，另一方面可以根据不同果蔬的保鲜特性，调节相应的光谱类型及光照强度。

通过控制器7光照调节，可以调节LED灯条19照明状态以及光源与果蔬的距离，创造不同的光谱、照度、光照时间及位置等环境条件，适应不同果蔬相应的最佳保鲜效果。

3、气体流动部分

在低温环境下，贮藏温度越低，光照对呼吸强度的影响越小。而且光照还会引起温度、湿度的变化，降低低温保鲜效果，气体在箱体2内的流动有利于形成相对稳定的温度、湿度梯度，增强保鲜效果。

（1）箱体2上部设计圆形的网状导流板15。箱体2内上部的半导体制冷片10下方的冷空气下沉，果蔬上方的湿度较大，气液体相遇因比热和密度的差别，易在液相侧形成滞流区，且会极易造成冷凝现象，形成大片水滴，浸泡蚀烂果蔬。采用凸凹不平的网状导流板15，上部冷量气体和下部湿度较大的气体相遇，在凸凹不平的表面易形成紊流，达到满意的流通效果。

（2）在箱体2中部设计透明条状盒16，中部中空，可以均匀安放LED灯条19达到均匀的光照效果，同时避免了严重湿度造成的电路短路。

透明条状盒16安放方法采用顶部吊装形式，吊挂并滑动连接在十字形的导轨22上，导轨22水平固定在网状导流板15下表面，透明条状盒16为窄式条状外型，两者均能够减少对储存空间的占用。

透明条状盒16及内部的LED灯条19，可以在导轨22上拉动调节位置，并随着网状导流板15转动，形成不同的光照距离。

（3）圆形的网状导流板15和透明条状盒16均由微型电机14带动旋转，微型电机14带动网状导流板15沿着支撑导轨22转动，并带动透明条状盒16和LED灯条19转动，有利于紊流层的平移。速度可调，根据不同的果蔬特性，形成不同的光照条件及紊流效果，并能使气流在水平方向上形成较为稳定的温湿度梯度。

由于箱体2的保鲜室3内的空气潮湿，微型电机14外部设置有罩壳，罩壳上开设有散热孔，散热孔处设置有防潮透气膜。

4、电子控制

控制器7可以根据白天、黑夜、阴雨天气等气候条件，自动调节光照供电模式，且能通过电子调节设置LED灯条19的光照时间及亮度，也能设置旋转紊流部分的速度，以满足果蔬产品不同的保鲜要求。

在连续阴雨的天气情况下，蓄电池6蓄电也不足时会自动切换到备用市电输入端口8，保障装置的不间断运行。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是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，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.太阳能果蔬辅助保鲜装置，其特征在于：包括太阳能电池板和箱体，箱体由下部的圆筒形结构和上部的半圆球形结构组成，箱体内水平设置有将箱体内部隔开为上部为保鲜室和下部为控制室的隔板，保鲜室内顶部设置有半导体制冷部分以及位于半导体制冷部分下方的光处理部分和气体流动部分，控制室内设置有蓄电池、控制器和备用市电输入端口，太阳能电池板通过控制器与蓄电池连接，备用市电输入端口与控制器连接，控制器通过供电线分别与半导体制冷部分、光处理部分和气体流动部分连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能果蔬辅助保鲜装置，其特征在于：半导体制冷部分包括设置在半圆球形结构内上部的安装架，安装架上设置有半导体制冷片和位于半导体制冷片下方的风扇，半导体制冷片的制冷面朝下、制热面朝上，半导体的制热面上设置有散热器，安装架上方的半圆球形结构上开设有散热孔。

3.根据权利要求1所述的太阳能果蔬辅助保鲜装置，其特征在于：箱体内在圆筒体结构的圆周内壁上设置有圆环形的支撑轨道，箱体内壁上在支撑轨道的上方水平固定设置十字架，十字架的中心处固定设置有主轴垂直朝下的微型电机；

气体流动部分包括网状导流板和透明条状盒；光处理部分包括滤光片、光导纤维和LED灯条；

网状导流板呈圆盘形结构，网状导流板的圆周边缘的底部设置有若干个可沿支撑轨道移动的滚轮，网状导流板的上表面的中心处设置有套管，微型电机的主轴下端伸入到套管内并通过平键与套管传动连接，网状导流板底部设置有十字形的导轨，透明条状盒设置有四个，四个透明条状盒的上端均滑动连接并吊挂在导轨上，LED灯条设置有在透明条状盒内，滤光片设置在箱体外侧，LED灯条通过光导纤维与滤光片连接。

4.根据权利要3所述的太阳能果蔬辅助保鲜装置，其特征在于：网状导流板的表面为凸凹不平的网板结构。

5.根据权利要1所述的太阳能果蔬辅助保鲜装置，其特征在于：箱体内在隔板上设置有用于放置果蔬的层状框架。