CN107796166A - 一种智能冰箱营养冷冻控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能冰箱营养冷冻控制方法,(1)控制装置根据Q1=GC△T计算出食物从T1降温到T2所需交换的热量,则单位时间内热量交换率为P1=Q1/t1;同时控制装置根据Q2=GWωγ计算出食材在冻结阶段所需要交换的潜热量,即食材中的水由液相变为固相所释放的热量,温度保持不变;(2)当温度检测装置检测到食材连续2至3分钟降温小于0.1℃时,控制装置控制降温装置增大单位时间内的冷量△P,△P≥Q2/t2‑Q1/t1。与现有技术相比,这种控制方法可以提高冷冻食材的营养品质,同时可以使冰箱更加节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制方法,尤其涉及一种智能冰箱营养冷冻控制方法。
背景技术
现有的冰箱释放的冷量通常都是一定的,不会因为食物的种类、食物的重量等进行智能调节以保证食物的营养不易被破坏。然而食物的冻结受食物种类、质量等诸多因素的影响,食物中含水量越高,冻结越困难,食物质量越大,冻结时间越长。其机理为含水越高的食物,在冻结过程中释放的潜热越多,导致冻结过程延长,食物质量越大,释放热量大,继而使得冻结时间延长。现有技术的这种冷冻方式忽略了食物的特异性,必然导致:1、较强的制冷量作用于食物表面,导致寒冷收缩影响食物品质。2、在细胞外部形成较大的冰晶,细胞内不易形成冰晶,外部冰晶的生长过程中会不断吸附周围水分及细胞内水分使冰晶增大,增大的冰晶挤压细胞,使细胞受损,品质下降。3、当食物质量增加时,能量交换时间长,通过最大冰晶生成带的时间也会相应延长,达不到速冻效果;4、长时间保持压缩机的高效运转,增加能耗。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种高效且营养保持较好的智能冰箱营养冷冻控制方法。
本发明是通过下述技术方案实现的:
一种智能冰箱营养冷冻控制方法,所述智能冰箱包括检测食材温度的温度检测装置、降温装置及控制装置,该温度检测装置、降温装置与控制装置电连接,所述智能冰箱营养冷冻控制方法至少包括:
(1)控制装置获取食材的重量G、食材的比热容C、食材中水分含量W、冻结温度下食材的水分占比ω、水形成冰时所释放的相变潜热γ及冻结时间t2,所述t2小于30分钟,所述γ为常量334.72kJ.kg-1,控制装置记录食材从T1降温到T2的时间t1,△T=T1-T2,T2大于0℃,控制装置根据Q1=GC△T计算出食物从T1降温到T2所需交换的热量,则单位时间内热量交换率为P1=Q1/t1;同时控制装置根据Q2=GWωγ计算出食材在冻结阶段所需要交换的潜热量,即食材中的水由液相变为固相所释放的热量,温度保持不变;
(2)当温度检测装置检测到食材连续2至3分钟降温小于0.1℃时,控制装置控制降温装置增大单位时间内的冷量△P,△P≥Q2/t2-Q1/t1。
所述智能冰箱营养冷冻控制方法还包括:当温度检测装置检测到食材温度为N℃时,-5≤N≤-1,所述降温装置减少单位时间内的冷量△P。
所述食材温度大于0℃期间其温降速率小于0.1℃/分钟时,所述控制装置控制降温装置增大单位时间内释放的冷量。
所述食材温度大于0℃期间其温降速率大于2℃/分钟时,所述控制装置控制降温装置减小单位时间内释放的冷量。
所述温度检测装置检测食材表面温度;或者所述温度检测装置检测食材中心温度。
所述智能冰箱包括食材重量采集单元,该食材重量采集单元与控制装置电连接,该控制装置通过食材重量采集单元获取食材的重量。
所述食材重量信息采集单元至少包括以下之一:电子秤,该电子称获取食材重量信息;或者语音识别单元,该语音识别单元获取用户食材重量信息的语音指令;或者用户信息输入单元,该用户信息输入单元获取用户手动输入的食材重量信息;或者网络通信单元,该网络通信单元获取移动终端的食材重量信息。
所述智能冰箱包括食材种类采集单元,该食材种类采集单元获取食材种类,该控制装置根据食材种类自动匹配该食材种类的比热容C、食材中水分含量W、及冻结温度下食材的水分占比ω。
所述食材种类信息采集单元至少包括以下之一:语音识别单元,该语音识别单元获取用户食材种类的语音指令;或者物料识别单元,该物料识别单元自动识别食材种类;或者用户信息输入单元,该用户信息输入单元获取用户手动输入的食材种类信息;或者网络通信单元,该网络通信单元获取移动终端的食材种类信息。
所述物料识别单元为图像识别模块,该图像识别模块根据图像自动识别食材种类。
本发明所带来的有益效果是:
当温度检测装置检测到食材连续2至3分钟降温小于0.1℃时,则可以认为食材已经达到了临界冻结温度点,这是因为食物冻结过程中,温度下降很缓慢,食物表面处于相变临界状态,此时食物受外部冷量传递即将冻结,而受内部热传导又无法冻结的平衡点,在这一段期间,冰晶不断生长,如果这段时间过长,则在细胞外部会形成较大的冰晶,细胞内不易形成冰晶,外部冰晶的生长过程中会不断吸附周围水分及细胞内水分使冰晶增大,增大的冰晶挤压细胞,使细胞受损,品质下降;只有当这段时间小于30分钟时,可以促使食物组织中形成大量晶核,冰晶形成于细胞内部和外部,且形成冰晶细小,对组织损害小。本发明中控制装置根据食材的特性计算出这一段时期所需要的增大的冷量,从而保证这一段时间是小于30分钟,如此,保证食物中形成细小的冰晶,从而使得食材的组织破坏较小,保证食材的营养品质;此外,压缩机可以根据食物的特性进行调节,从而使得压缩机效率更高,起到节能的效果。
所述智能冰箱营养冷冻控制方法还包括:当温度检测装置检测到食材温度为N℃时,-5≤N≤-1,所述降温装置减少单位时间内的冷量△P。此时食材中80%的水已冻结,基本已完成水的冻结,因此食材受冷冻时间的影响较小,恢复原来冷量释放可以有效地节约能源,同时食材继续降温能抑制绝大部分酶的活性和抑制微生物的生长,使食材达到长期储藏,即保存时间更长。
所述食材温度大于0℃期间其温降速率小于0.1℃/分钟时,所述控制装置控制降温装置增大单位时间内释放的冷量。若降温速率过慢,即降温过程太慢时间过长,则容易导致微生物繁殖以及食物中的酶解反应程度大,同样使食材的品质降低,因此需要加大冷量来提高降温速率以更好的保证食材品质。
所述食材温度大于0℃期间其温降速率大于2℃/分钟时,所述控制装置控制降温装置减小单位时间内释放的冷量。若降温速度过快,尤其是肉类食材,其肌肉组织会发生寒冷收缩现象,这个过程是不可逆的,严重损害冷冻及解冻后食材的品质,因此在这一段期间降温不宜太快,小于2℃/分钟比较合适,因此需要减小冷量来降低降温速率以更好的保证食材品质。
所述温度检测装置检测食材表面温度,如此,检测更加方便,且对食材不会有损坏。
所述智能冰箱包括食材重量采集单元,该食材重量采集单元与控制装置电连接,该控制装置通过食材重量采集单元获取食材的重量。如此,可以更加方便获取食材的重量。
所述智能冰箱包括食材种类采集单元,该食材种类采集单元获取食材种类,该控制装置自动匹配该食材的比热容C、食材中水分含量W、及冻结温度下食材的水分占比ω。如此,冰箱可以自动获知食材种类,控制装置自动将该食材种类的特性参数匹配上去,提高智能性,使用更加方便。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步详细说明:
图1是本发明所述智能冰箱的第一较佳施方式的示意图。
图中部件名称对应的标号如下:
10、智能冰箱;11、温度检测装置;12、食材重量采集单元;13、食材种类采集单元。
具体实施方式
实施方式一:
请参阅图1所述智能冰箱营养冷冻控制方法第一较佳实施方式所用到的智能冰箱的示意图,所述智能冰箱10包括检测食材温度的温度检测装置11、降温装置(图未示)、食材重量采集单元12、食材种类采集单元13及控制装置(图未示),该温度检测装置11、降温装置、食材重量采集单元12、食材种类采集单元13与控制装置电连接,该控制装置通过食材重量采集单元12获取食材重量,该控制装置通过食材种类采集单元13获取食材种类,从而该控制装置自动匹配该食材种类的比热容C、食材中水分含量W、及冻结温度下食材的水分占比ω。
在本实施方式中,该温度检测装置11用于检测食材的表面温度,检测食材表面温度的优势在于结构简单,且对食材没有损坏。当然所述温度检测装置也可以是检测食材中心温度。
所述食材重量采集单元12可以是电子秤,该电子称获取食材重量信息;或者语音识别单元,该语音识别单元获取用户食材重量信息的语音指令;或者用户信息输入单元,该用户信息输入单元获取用户手动输入的食材重量信息;或者网络通信单元,该网络通信单元获取移动终端的食材重量信息。当然所述食材重量采集单元12也可以多种方案集合,这样更加方便用户使用,用户在不同的情况下可以自主选择哪种方式。
所述食材种类信息采集单元13可以是语音识别单元,该语音识别单元获取用户食材种类的语音指令;或者物料识别单元,该物料识别单元自动识别食材种类,该物料识别单元可以是图像识别模块,该图像识别模块根据图像自动识别食材种类;或者用户信息输入单元,该用户信息输入单元获取用户手动输入的食材种类信息;或者网络通信单元,该网络通信单元获取移动终端的食材种类信息。当然所述食材种类采集单元13也可以多种方案集合,这样更加方便用户使用,用户在不同的情况下可以自主选择哪种方式。
在此需要说明的是,当所述食材重量采集单元12和食材种类信息采集单元13同样是语音识别单元或用户信息输入单元或网络通信单元时,所述食材重量采集单元12和食材种类信息采集单元13可以是同一个。
一种智能冰箱营养冷冻控制方法,包括:
(1)控制装置获取食材的重量G、食材的比热容C、食材中水分含量W、冻结温度下食材的水分占比ω、水形成冰时所释放的相变潜热γ及冻结时间t2,所述t2小于30分钟,所述γ为常量334.72kJ.kg-1,控制装置记录食材从T1降温到T2的时间t1,△T=T1-T2,T2大于0℃,控制装置根据Q1=GC△T计算出食物从T1降温到T2所需交换的热量,控制装置记录食材从T1降温到T2的时间t1,则单位时间内热量交换率为P1=Q1/t1;同时控制装置根据Q2=GWωγ计算出食材在冻结阶段所需要交换的潜热量,即食材中的水由液相变为固相所释放的热量,温度保持不变;
(2)当温度检测装置检测到食材连续2至3分钟降温小于0.1℃时,控制装置控制降温装置增大单位时间内的冷量△P,△P≥Q2/t2-Q1/t1。
(3)当温度检测装置检测到食材温度为N℃时,-5≤N≤-1,所述降温装置减少单位时间内的冷量△P,即在恢复未增加△P时的冷量。此时食材中80%的水已冻结,基本已完成水的冻结,因此食材受冷冻时间的影响较小,恢复原来冷量释放可以有效地节约能源,同时食材继续降温能抑制绝大部分酶的活性和抑制微生物的生长,使食材达到长期储藏,即保存时间更长。
在本实施方式中,为了提高食材的品质,当食材温度大于0℃期间其温降速率小于0.1℃/分钟时,所述控制装置控制降温装置增大单位时间内释放的冷量,这是因为降温速率过慢,即降温过程太慢时间过长,则容易导致微生物繁殖以及食物中的酶解反应程度大,使得食材的品质降低,因此需要加大冷量来提高降温速率以更好的保证食材品质。此外,为了防止肉类食材肌肉组织受寒冷收缩影响食材品质,同样当所述食材温度大于0℃期间其温降速率大于2℃/分钟时,所述控制装置控制降温装置减小单位时间内释放的冷量,这是因为若降温速度过快,尤其是肉类食材,其肌肉组织会发生寒冷收缩现象,这个过程是不可逆的,严重损害冷冻及解冻后食材的品质,因此在这一段期间降温不宜太快,小于2℃/分钟比较合适,因此需要减小冷量来降低降温速率以更好的保证食材品质。
在本实施方式中,所述智能冰箱的食材重量采集单元12采集食材的重量,从而使得控制装置获取食材的重量。所述智能冰箱的食材种类采集单元13采集食材种类,控制装置根据食材种类自动匹配该食材种类的比热容C、食材中水分含量W、及冻结温度下食材的水分占比ω。如此,即可计算出△P,从而去控制冰箱的冷量释放。
所述温度检测装置11检测到食材连续2至3分钟降温小于0.1℃时,则可以认为食材已经达到了临界冻结温度点,即食物冻结过程中,温度下降很缓慢,食物表面处于相变临界状态,此时食物受外部冷量传递即将冻结,而受内部热传导又无法冻结的平衡点,在这一段期间,冰晶不断生长,如果这段时间过长,则在细胞外部会形成较大的冰晶,细胞内不易形成冰晶,外部冰晶的生长过程中会不断吸附周围水分及细胞内水分使冰晶增大,增大的冰晶挤压细胞,使细胞受损,品质下降;只有当这段时间小于30分钟时,可以促使食物组织中形成大量晶核,冰晶形成于细胞内部和外部,且形成冰晶细小,对组织损害小。本发明中控制装置根据食材的特性计算出这一段时期所需要的增大的冷量,从而保证这一段时间是小于30分钟。
下面以1公斤的猪肉为例进行详细阐述其控制方法:
将猪肉放进冰箱内,食材重量采集单元12获知猪肉的重量G为1,食材种类采集单元13识别出食材种类为猪肉,控制装置根据食材种类采集单元13的猪肉信息自动匹配获取猪肉的比热容C为2.85kJ·kg-1·K-1,水分含量W为75%,冻结温度下食材的水分占比ω为80%,冻结时间t2为30分钟,水形成冰时所释放的相变潜热γ为334.72kJ.kg-1,当温度检测装置11检测食材温度为T1,如15℃时,该控制装置开始计时,当温度检测装置11检测食材温度为T2,如5℃时,控制装置记录从15℃降低至5℃的时间为t1,t1=25分钟,控制装置则可以通过公式计算出Q1=GC(T1-T2)=28.5kJ,Q2=GWωγ=200.832kJ,那么控制装置计算出单位时间内至少需要加大的冷量△P=5.6KJ·min-1,如此即可实现对冰箱冷量的控制,过有效地对冰箱冷量的控制,一方面可以起到节能的效果,使得冰箱的压缩机可以更高效率的运转,另一最重要的方面是保证食物中形成细小的冰晶,从而使得食材的组织破坏较小,保证食材的营养品质。
Claims (10)
1.一种智能冰箱营养冷冻控制方法,所述智能冰箱包括检测食材温度的温度检测装置、降温装置及控制装置,该温度检测装置、降温装置与控制装置电连接,其特征在于:所述智能冰箱营养冷冻控制方法至少包括:
(1)控制装置获取食材的重量G、食材的比热容C、食材中水分含量W、冻结温度下食材的水分占比ω、水形成冰时所释放的相变潜热γ及冻结时间t2,所述t2小于30分钟,所述γ为常量334.72kJ.kg-1,控制装置记录食材从T1降温到T2的时间t1,△T=T1-T2,T2大于0℃,控制装置根据Q1=GC△T计算出食物从T1降温到T2所需交换的热量,则单位时间内热量交换率为P1=Q1/t1;同时控制装置根据Q2=GWωγ计算出食材在冻结阶段所需要交换的潜热量,即食材中的水由液相变为固相所释放的热量,温度保持不变;
(2)当温度检测装置检测到食材连续2至3分钟降温小于0.1℃时,控制装置控制降温装置增大单位时间内的冷量△P,△P≥Q2/t2-Q1/t1。
2.如权利要求1所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述智能冰箱营养冷冻控制方法还包括:当温度检测装置检测到食材温度为N℃时,-5≤N≤-1,所述降温装置减少单位时间内的冷量△P。
3.如权利要求1所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述食材温度大于0℃期间其温降速率小于0.1℃/分钟时,所述控制装置控制降温装置增大单位时间内释放的冷量。
4.如权利要求1所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述食材温度大于0℃期间其温降速率大于2℃/分钟时,所述控制装置控制降温装置减小单位时间内释放的冷量。
5.如权利要求1所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述温度检测装置检测食材表面温度;或者所述温度检测装置检测食材中心温度。
6.如权利要求1所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述智能冰箱包括食材重量采集单元,该食材重量采集单元与控制装置电连接,该控制装置通过食材重量采集单元获取食材的重量。
7.如权利要求6所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述食材重量信息采集单元至少包括以下之一:
电子秤,该电子称获取食材重量信息;
或者语音识别单元,该语音识别单元获取用户食材重量信息的语音指令;
或者用户信息输入单元,该用户信息输入单元获取用户手动输入的食材重量信息;
或者网络通信单元,该网络通信单元获取移动终端的食材重量信息。
8.如权利要求1所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述智能冰箱包括食材种类采集单元,该食材种类采集单元获取食材种类,该控制装置根据食材种类自动匹配该食材种类的比热容C、食材中水分含量W、及冻结温度下食材的水分占比ω。
9.如权利要求8所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述食材种类信息采集单元至少包括以下之一:
语音识别单元,该语音识别单元获取用户食材种类的语音指令;
或者物料识别单元,该物料识别单元自动识别食材种类;
或者用户信息输入单元,该用户信息输入单元获取用户手动输入的食材种类信息;
或者网络通信单元,该网络通信单元获取移动终端的食材种类信息。
10.如权利要求9所述的智能冰箱营养冷冻控制方法,其特征在于:所述物料识别单元为图像识别模块,该图像识别模块根据图像自动识别食材种类。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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