CN109798725A - 保鲜冰箱 - Google Patents

Abstract

一种保鲜冰箱包含一隔热腔体、一致冷组件、一乙烯传感器以及一光触媒降解装置。隔热腔体用以容置至少一物品。致冷组件与隔热腔体连接，以降低隔热腔体内的一腔体温度。乙烯传感器设置于隔热腔体内，以量测隔热腔体内的乙烯含量，并输出相对应的一控制信号，其中乙烯传感器是以半导体制程所制备。光触媒降解装置设置于隔热腔体内，且与乙烯传感器电性连接，其中光触媒降解装置包含一发光二极管，且依据控制信号启动，以降解隔热腔体内的乙烯。上述保鲜冰箱的乙烯传感器以及光触媒降解装置具有组件使用寿命长且无毒性的优点。

Description

保鲜冰箱

【技术领域】

本发明是有关一种冰箱，特别是一种能够移除乙烯的保鲜冰箱。

【背景技术】

贮放于冰箱的蔬果容易受其他蔬果影响而加速腐坏。举例而言，苹果、奇异果、哈密瓜、木瓜、芒果等气候性水果在成熟后会释放出乙烯。乙烯是植物贺尔蒙，其可调节植物的生长，促使叶绿素消失转成成熟颜色，同时也会刺激非气候性蔬果的新陈代谢而加速衰老腐败。根据文献记载，借由控制温度以及乙烯含量可以延长蔬果的保鲜期。因此，如何检测冰箱内的乙烯含量，并在乙烯含量过高时予以分解以延长蔬果的保鲜期则是蔬果保鲜的重要课题。

一种已知检测乙烯的方法是采用电化学式的乙烯传感器。然而，电化学式乙烯传感器的使用寿命较短，例如约2年。此外，电化学式乙烯传感器所采用的电解质可能对人体有害。举例而言，一种已知的电化学式乙烯传感器所采用的1丁基-3甲基咪唑双酰亚胺(1-butyl-3-methylimidazolium bis(Trifluoromethylsulfonyl)imide)或是1-乙基-3-甲基咪唑铵三(五氟乙基)三氟磷酸为有毒物质，其对神经器官有害，接触皮肤或眼睛时亦会造成烧伤。

另外，已知控制乙烯含量的方法亦有相对应的缺点需要克服。举例而言，第一种控制乙烯含量的方法是利用氮气产生器产生氮气，以稀释冰箱内的含氧量(例如低于8％)，进而抑制触发蔬果产生乙烯。然而，打开冰箱的次数较多或是冰箱未密闭时，抑制乙稀的效果则无法呈现。第二种控制乙烯含量的方法是采用活性碳与沸石作为乙烯吸收剂，以吸收乙烯气体。然而，乙烯吸收剂饱和时即需要更换或加以还原，而乙烯产生量视蔬果种类以及数量而异，因此，更换或还原乙烯吸收剂的工作时间较难预估。第三种控制乙烯含量的方法是利用臭氧产生器所产生的臭氧来分解乙烯。然而，臭氧是很强的氧化剂，其对人体有害，因此，冰箱内需额外加装臭氧传感器以监视臭氧含量在人体安全范围内。

综上所述，如何克服现有冰箱的上述缺陷便是目前极需努力的目标。

【发明内容】

本发明提供一种保鲜冰箱，其是采用半导体制程所制备的乙烯传感器来检测乙烯含量，且在乙烯含量超过一设定值时触发光触媒降解装置降解乙烯，因此本发明所采用的乙烯传感器以及光触媒降解装置的使用寿命较长且无毒性，适合应用于保鲜冰箱。

本发明一实施例的保鲜冰箱包含一隔热腔体、一致冷组件、一乙烯传感器以及一光触媒降解装置。隔热腔体用以容置至少一物品。致冷组件与隔热腔体连接，以降低隔热腔体内的一腔体温度。乙烯传感器设置于隔热腔体内，以量测隔热腔体内的乙烯含量，并输出相对应的一控制信号，其中乙烯传感器是以半导体制程所制备。光触媒降解装置设置于隔热腔体内，且与乙烯传感器电性连接，其中光触媒降解装置包含一发光二极管，且依据控制信号启动，以降解隔热腔体内的乙烯。

以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

【附图说明】

图1为一示意图，显示本发明一实施例的保鲜冰箱。

图2为一示意图，显示本发明一实施例的保鲜冰箱的乙烯感测组件。

图3为一俯视图，显示本发明一实施例的保鲜冰箱的乙烯感测组件。

图4为一示意图，显示本发明一实施例的保鲜冰箱的读取电路。

图5为一示意图，显示本发明一实施例的保鲜冰箱的光触媒降解装置。

【符号说明】

10 保鲜冰箱

11 隔热腔体

12 致冷组件

13 乙烯传感器

131 乙烯感测组件

131a 基板

131b 多孔区域

131c、131d 保护层

131e 加热器

131e 绝缘层

131f、131g 绝缘层

131h 电极层

131i 乙烯感测材料

131j 第一导电接点

131k 第二导电接点

132 读取电路

132a 多任务器

132b 模拟至数字转换器

132c 非挥发性内存

132d 微控制器

132e 通信接口

14 光触媒降解装置

141 降解腔体

141a 进气口

141b 排气口

142 发光二极管

143 光触媒组件

144 风扇

145 第一过滤器

146 第二过滤器

CS 控制信号

EL 激发光

MC 主控制器

R1、R2 电阻

Rh 加热电阻

Rs 感测电阻

Rt 热敏电阻

S 开关

SS 感测信号

TS 环境温度信号

Vc 感测电源

Vh 加热电源

【具体实施方式】

以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意的用，并非代表组件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。

请参照图1，本发明的一实施例的保鲜冰箱10包含一隔热腔体11、一致冷组件12、一乙烯传感器13以及一光触媒降解装置14。隔热腔体11可容置至少一物品，例如食物，尤其是蔬果等会产生乙烯的生鲜食物。致冷组件12与隔热腔体11连接，以降低隔热腔体11内的一腔体温度至一设定温度，例如摄氏2度至10度的冷藏温度。隔热腔体11以及致冷组件12的详细结构能够为本发明所属技术领域的具有通常知识者所理解，且非为本发明的主要技术特征，故在此不再赘述。

乙烯传感器13设置于隔热腔体11内，以量测隔热腔体11内的乙烯含量，并输出相对应的一控制信号CS。光触媒降解装置14亦设置于隔热腔体11内，且与乙烯传感器13电性连接。光触媒降解装置14依据乙烯传感器13所输出的控制信号CS触发启动，以降解隔热腔体11内的乙烯。举例而言，当隔热腔体11内的乙烯含量大于一设定值时，乙烯传感器13即输出触发光触媒降解装置14启动的控制信号CS，光触媒降解装置14则降解乙烯，以逐渐降低隔热腔体11内的乙烯含量。

需说明的是，本发明的乙烯传感器13是以半导体制程所制备，因此，相较于已知的电化学式乙烯传感器，本发明的乙烯传感器13具有体积小、可大量生产、使用寿命较长且无毒性等优点。于一实施例中，乙烯传感器13包含一乙烯感测组件131以及一读取电路132。请参照图2以及图3，以说明本发明的乙烯感测组件131，其中图3未绘制绝缘层以及保护层以简化图式。于一实施例中，乙烯感测组件131包含一基板131a、一加热器131e、一电极层131h以及一乙烯感测材料131i。基板131a可为一半导体基板，例如硅基板，且包含一多孔区域131b。举例而言，可利用保护层131c定义出多孔区域131b的图案，再以氢氟酸处理对应于多孔区域131b的基板131a，以形成多孔结构。最后氧化多孔结构即形成多孔二氧化硅的多孔区域131b。多孔区域131b的空气间隙以及二氧化硅的低导热特性，使多孔区域131b成为加热器131e的良好隔热结构。

可以理解的是，多孔区域131b可从基板131a的上表面延伸至下表面。或者，可移除多孔区域131b的下表面侧的基板131a，使多孔区域131b相对于加热器131e的背面曝露于空气中，以提升隔热效果。举例而言，可利用保护层131d定义出移除基板131a的范围，部分移除基板131a后再以氢氟酸处理，以形成多孔结构。

接续上述说明，在多孔区域131b上形成绝缘层131f后，即可在对应多孔区域131b的绝缘层131f上设置加热器131e。需说明的是，加热器131e的图案可为任意形状的设计。于一实施例中，加热器131e可为多晶硅电阻。接着，形成一绝缘层131g于加热器131e上，再在对应加热器131e的绝缘层131g上设置电极层131h。电极层131h借由绝缘层131g与加热器131e电性隔离。乙烯感测材料131i以液相沉积法形成于电极层131h上，且与电极层131h电性连接。乙烯感测材料131i的工作温度范围为摄氏300度至400度，于一实施例中，工作温度为摄氏350度对于感测乙烯有较佳的灵敏度。于一实施例中，乙烯感测材料131i可为二氧化锡纳米粒。较佳者，可涂布1％wt铂或1-5％wt钯于乙烯感测材料131i上作为催化剂，以提升对乙烯的反应灵敏度。

请一并参照图4，工作时，通过第一导电接点131j供应一加热电源Vh至加热器131e(等效为一加热电阻Rh)，使乙烯感测材料131i达到所需的工作温度。可以理解的是，多孔区域131b的隔热效果可有效提升加热器131e的加热效率。乙烯感测材料131i(等效为一感测电阻Rs)的电阻值变化则可通过电极层131h以及第二导电接点131k被读取电路132读取。感测电阻Rs以及电阻R1串接于感测电源Vc，读取电路132连接至感测电阻Rs以及电阻R1间的节点即可读取感测电阻Rs的电阻值变化，亦即乙烯感测组件131所输出的感测信号SS。

接续上述说明，读取电路132包含一模拟至数字转换器132b、一非挥发性内存132c、一微控制器132d以及一通信接口132e。模拟至数字转换器132b通过第二导电接点131k以及电极层131h与电性连接乙烯感测组件131，以转换乙烯感测组件131所输出的感测信号SS为一数字感测信号。于一实施例中，模拟至数字转换器132b可为一Sigma-Delta模拟至数字转换器，且其分辨率大于14位。较佳者，模拟至数字转换器132b的分辨率范围为16位至20位。非挥发性内存132c储存至少一校正参数，例如乙烯感测组件131的校正初值及/或特性参数。微控制器132d与模拟至数字转换器132b以及非挥发性内存132c电性连接。微控制器132d依据模拟至数字转换器132b所输出的数字感测信号以及储存于非挥发性内存132c的校正参数计算隔热腔体11内的乙烯含量。微控制器132d将所量测到的乙烯含量与一设定值比较，即可产生相对应的控制信号CS。通信接口132e与微控制器132d电性连接。微控制器132d可通过通信接口132e输出控制信号CS至光触媒降解装置14，以启动光触媒降解装置14降解隔热腔体11内的乙烯。可以理解的是，微控制器132d亦可通过通信接口132e输出控制信号CS或乙烯量测结果至冰箱的主控制器MC，再由主控制器MC启动光触媒降解装置14或储存乙烯量测结果。或者，主控制器MC可通过通信接口132e调整乙烯含量的设定值。

可以理解的是，半导体制程所制作的乙烯传感器，其电阻值会受到环境温度的影响。于一实施例中，读取电路132更包含一热敏电阻Rt以及一多任务器132a。热敏电阻Rt量测乙烯传感器13周围的一环境温度，以输出一环境温度信号TS。举例而言，热敏电阻Rt与一电阻R2串接于感测电源Vc，热敏电阻Rt以及电阻R2间的节点可输出环境温度信号TS。多任务器132a与乙烯感测组件131、热敏电阻Rt以及模拟至数字转换器132b电性连接，以选择性输出感测信号SS或环境温度信号TS至模拟至数字转换器132b。微控制器132d即可依据环境温度信号TS补偿环境温度所造成乙烯感测组件131的一量测偏差。于一实施例中，读取电路132可整合于一单芯片装置。

需说明的是，微控制器132d可通过开关S选择性启动加热器131e。举例而言，工作时，微控制器132d导通开关S，使加热器131e开始加热乙烯感测材料131i至工作温度，例如摄氏350度。此时，微控制器132d即可依据感测信号SS以及环境温度信号TS计算隔热腔体11内的乙烯含量。量测结束时，微控制器132d断开开关S，以停止加热器131e继续加热。于一实施例中，开关S可为金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。可以理解的是，反复加热以及降温可能造成基板局部反复形变。基板反复形变可能导致乙烯感测组件131产生裂痕，进而使乙烯感测组件131的电阻值特性改变。换言之，乙烯感测组件131的校正特性会随着长时间反复加热而飘移。于一实施例中，多孔区域131b的侧壁与基板131a连接，而形成一连续结构。依据此结构，反复加热所造成的基板形变，尤其是多孔区域131b的形变可被抑制，因此，乙烯感测组件131的校正特性可被维持在一可接受范围，使组件的使用寿命有效延长。

请参照图5，光触媒降解装置132包含一降解腔体141、一发光二极管142、一光触媒组件143以及一风扇144。降解腔体141具有一进气口141a以及一排气口141b。于一实施例中，进气口141a处可设置一第一过滤器145，以过滤进入降解腔体141的气体。第一过滤器145可避免隔热腔体内的微粒沾粘在光触媒组件143表面而影响乙烯的降解效率。于一实施例中，排气口141b处亦可设置一第二过滤器146，以过滤自降解腔体141排出的气体。发光二极管142设置于降解腔体141内，用以产生激发光EL照射光触媒组件143。光触媒组件143设置于降解腔体141内。光触媒组件143能够以发光二极管142所产生的激发光EL激发，以降解与光触媒组件143接触的乙烯。风扇144则抽吸隔热腔体11内的气体至光触媒降解装置132的降解腔体141以进行乙烯降解。

图5所的实施例中，风扇144是设置于降解腔体141内且靠近进气口141a，但不限于此，风扇144的设置位置只要能使隔热腔体11内的气体经由进气口141a进入降解腔体141，再经由排气口141b排出降解腔体141即可。举例而言，风扇144可设置于降解腔体141内且靠近排气口141b，或是设置于降解腔体141之外侧，且靠近进气口141a或排气口141b。

于一实施例中，光触媒组件143的反应表面包含二氧化钛纳米粒，举例而言，其粒径小于50nm。二氧化钛的晶格以锐钛矿(Anatase)或是金红石(Rutile)为主，其对应的激发光的波长分别是387nm与413nm。已知的激发光源是采用包含紫外光波段的黑灯管，然而其使用寿命约1000小时，因此不适合应用于长时间使用的冰箱。本发明所采用的激发光源则是发光二极管，其使用寿命远较黑灯管长。

另需说明的是，激发光波长涵盖380nm至420nm波段的紫外光发光二极管的价格高昂。于一实施例中，本发明采用修饰过的二氧化钛光触媒。二氧化钛纳米粒可掺杂非金属元素，例如氮或碳，以调整对应的激发光的波长。于一实施例中，二氧化钛纳米粒可掺杂0.5％wt至5％wt的氮或碳，例如掺杂0.5％wt的氮或是5％wt的碳，使二氧化钛纳米粒对应的激发光的波长范围调整至蓝光或可见光，如此一来，本发明即能够选用波长范围涵盖440nm至460nm的深蓝光波段的发光二极管，其价格低廉且激发光触媒的效果佳。

请再参照图5，于一实施例中，光触媒组件143的反应表面朝向进气口141a，使光触媒组件143的反应表面与进气口141a的进气方向具有一夹角，例如小于45度。依据此结构，从进气口141a进入降解腔体141的气体能够充份与光触媒组件143的反应表面接触后，再经由排气口141b排出，图5的虚线所示，以提高乙烯的降解效率。

综合上述，本发明的保鲜冰箱是采用半导体制程所制备的乙烯传感器来检测乙烯含量，且在乙烯含量超过一设定值时触发光触媒降解装置降解乙烯，因此本发明所采用的乙烯传感器以及光触媒降解装置的使用寿命较长且无毒性，适合应用于保鲜冰箱。此外，乙烯感测组件的基板以及多孔区域为一连续结构，如此可抑制高温所造成的形变，以进一步延长乙烯感测组件的使用寿命。又，本发明选用发光二极管作为光触媒降解装置的激发光源亦可延长光触媒降解装置的使用寿命。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (21)

1.一种保鲜冰箱，其特征在于，包含：

一隔热腔体，用以容置至少一物品；

一致冷组件，其与该隔热腔体连接，以降低该隔热腔体内的一腔体温度；

一乙烯传感器，其设置于该隔热腔体内，以量测该隔热腔体内的乙烯含量，并输出相对应的一控制信号，其中该乙烯传感器是以半导体制程所制备；以及

一光触媒降解装置，其设置于该隔热腔体内，且与该乙烯传感器电性连接，其中该光触媒降解装置包含一发光二极管，且依据该控制信号启动，以降解该隔热腔体内的乙烯。

2.如权利要求1所述的保鲜冰箱，其特征在于，该乙烯传感器包含一乙烯感测组件，且该乙烯感测组件包含：

一基板，其包含一多孔区域；

一加热器，其设置于该多孔区域；

一电极层，其设置于该加热器上，且与该加热器电性隔离；以及

一乙烯感测材料，其设置于该电极层上，且与该电极层电性连接。

3.如权利要求2所述的保鲜冰箱，其特征在于，该多孔区域的侧壁与该基板连接，以形成一连续结构。

4.如权利要求2所述的保鲜冰箱，其特征在于，该多孔区域相对于该加热器的背面曝露于空气中。

5.如权利要求2所述的保鲜冰箱，其特征在于，该多孔区域为多孔的二氧化硅。

6.如权利要求2所述的保鲜冰箱，其特征在于，该乙烯感测材料为二氧化锡纳米粒。

7.如权利要求6所述的保鲜冰箱，其特征在于，该乙烯感测材料掺杂铂或钯。

8.如权利要求6所述的保鲜冰箱，其特征在于，该乙烯感测材料掺杂1％wt铂或1-5％wt钯。

9.如权利要求2所述的保鲜冰箱，其特征在于，该乙烯传感器包含一读取电路，且该读取电路包含：

一模拟至数字转换器，其与该电极层电性连接，以转换该电极层所输出的一感测信号为一数字感测信号；

一非挥发性内存，其储存至少一校正参数；

一微控制器，其与该模拟至数字转换器以及该非挥发性内存电性连接，以依据该数字感测信号以及该校正参数计算该隔热腔体内的该乙烯含量，并与一设定值比较，以产生该控制信号；以及

一通信接口，其与该微控制器电性连接，以输出该控制信号。

10.如权利要求9所述的保鲜冰箱，其特征在于，该读取电路更包含：

一热敏电阻，其量测该乙烯传感器周围的一环境温度，以输出一环境温度信号；以及

一多任务器，其与该电极层、该热敏电阻以及该模拟至数字转换器电性连接，以选择性输出该感测信号或该环境温度信号至该模拟至数字转换器，其中该微控制器依据该环境温度信号补偿该环境温度所造成该乙烯感测组件的一量测偏差。

11.如权利要求9所述的保鲜冰箱，其特征在于，该读取电路为一单芯片装置。

12.如权利要求9所述的保鲜冰箱，其特征在于，该模拟至数字转换器为一Sigma-Delta模拟至数字转换器，且其分辨率大于14位。

13.如权利要求1所述的保鲜冰箱，其特征在于，该光触媒降解装置更包含：

一降解腔体，其具有一进气口以及一排气口；

一光触媒组件，其设置于该降解腔体内，且该光触媒组件的一反应表面包含二氧化钛纳米粒，其中该光触媒组件以该发光二极管所产生的一激发光激发，以降解与该光触媒组件接触的乙烯；以及

一风扇，其抽吸该隔热腔体内的气体至该降解腔体。

14.如权利要求13所述的保鲜冰箱，其特征在于，该光触媒降解装置更包含：

一第一过滤器，其设置于该进气口，以过滤进入该降解腔体的气体。

15.如权利要求13所述的保鲜冰箱，其特征在于，该光触媒降解装置更包含：

一第二过滤器，其设置于该排气口，以过滤自该降解腔体排出的气体。

16.如权利要求13所述的保鲜冰箱，其特征在于，该激发光为紫外光或深蓝光。

17.如权利要求13所述的保鲜冰箱，其特征在于，该激发光的波长范围包含440nm至460nm。

18.如权利要求13所述的保鲜冰箱，其特征在于，该光触媒组件掺杂非金属元素。

19.如权利要求13所述的保鲜冰箱，其特征在于，该光触媒组件掺杂氮或碳。

20.如权利要求13所述的保鲜冰箱，其特征在于，该光触媒组件掺杂0.5％wt至5％wt的氮或碳。

21.如权利要求13所述的保鲜冰箱，其特征在于，该光触媒组件的该反应表面朝向该进气口，且与该进气口的进气方向具有一夹角。