CN117109223B - 一种农产品冷藏温湿度调控装置及温湿度调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农产品冷藏温湿度调控装置及温湿度调控方法，涉及农产品加工技术领域，其技术方案要点是：包括控制器、进气组件、出气组件、冷藏室和包裹冷藏室的夹层腔；进气组件包括相互连通的进气进口管、进气出口管和进气支管；出气组件包括相互连通的出气进口管、出气出口管和出气支管；冷藏室安装有湿度传感器和温度传感器；其中，所有阀门、湿度传感器、温度传感器、加湿器和制冷器均与控制器电性连接。本发明在冷藏室外包裹一个夹层腔，可以减缓热传导效率，从而减少温度调控的频次；同时在温湿度调控过程中，通过夹层腔对冷藏室内部气体进行分流处理，能够降低冷藏室内部气压变化的幅度，从而提供了农产品冷藏的可靠性。

Description

一种农产品冷藏温湿度调控装置及温湿度调控方法

技术领域

本发明涉及农产品加工技术领域，更具体地说，它涉及一种农产品冷藏温湿度调控装置及温湿度调控方法。

背景技术

农产品生产加工过程中，因各类农产品上市具有季节性因素、储存时效因素，故农产品的冷藏保鲜对农产品的加工以及销售都具有非常重要的影响。

农产品冷藏主要是通过调节冷藏室贮藏环境的温湿度，为的是降低采摘后的活体产品为维持生命所消耗的自身营养物质，以及减少农产品因表层干燥而影响质量的情况发生，所以农产品冷藏在农产品冷链运输和农产品加工中广泛应用。

目前，农产品冷藏主要是在冷藏室布置温度传感器和湿度传感器来监测贮藏环境的温湿度，再通过循环管道使冷藏室中的气体循环流动，并通过启动加湿器和制冷器对流动的气体进行相对湿度和温度调节。然而，现有的冷藏室在使用过程中，由于冷藏室与外界是直接通过室壁进行热传导作用的，其热传导效率高，冷藏室内的温度波动较大，需要频繁启动制冷器进行降温处理；此外，由于冷藏室中的气体采用的是自循环方式流动，导致冷藏室在固定制冷功率下进行降温以及在固定加湿功率下进行补湿时，均容易引起冷藏室内的气压大幅度波动，对于易损的农产品而言，容易增加损坏率；另外，由于冷藏室内的湿度与温度波动不一，所以进行降温和补湿过程所需的时间不一，这就导致冷藏室中的器件设备需要长时间处于运行和待机状态，其能耗较大。

因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的农产品冷藏温湿度调控装置及温湿度调控方法是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种农产品冷藏温湿度调控装置及温湿度调控方法，在冷藏室外包裹一个夹层腔，可以减缓热传导效率，从而减少温度调控的频次；同时在温湿度调控过程中，通过夹层腔对冷藏室内部气体进行分流处理，能够降低冷藏室内部气压变化的幅度，从而提供了农产品冷藏的可靠性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了一种农产品冷藏温湿度调控装置，包括控制器、进气组件、出气组件、冷藏室和包裹冷藏室的夹层腔；

所述进气组件包括相互连通的进气进口管、进气出口管和进气支管；所述进气进口管安装有第一阀门，且进气进口管的进口端位于夹层腔的外界；所述进气出口管安装有第二阀门、加湿器和制冷器，且进气出口管的出口端位于冷藏室内；所述进气支管安装有第三阀门，且进气支管的自由端位于夹层腔内；

所述出气组件包括相互连通的出气进口管、出气出口管和出气支管；所述出气进口管安装有第四阀门，且出气进口管的进口端位于冷藏室内；所述出气出口管安装有第五阀门，且出气出口管的出口端位于夹层腔的外界；所述出气支管安装有第六阀门，且出气支管的自由端位于夹层腔内；

所述冷藏室安装有湿度传感器和温度传感器；

其中，所有阀门、湿度传感器、温度传感器、加湿器和制冷器均与控制器电性连接。

进一步的，所述冷藏室与夹层腔的空间体积比大于10:1。

第二方面，提供了一种农产品冷藏温湿度调控方法，该方法应用于如第一方面任意一项所述的一种农产品冷藏温湿度调控装置，包括以下步骤：

依据采样策略启动湿度传感器和/或温度传感器，以实现采集冷藏室内的温度信息和/或湿度信息；

判断温度信息是否超过温度上限和/或湿度信息是否低于湿度下限，并在判断结果存在是的情况下生成调控信号；

控制器依据调控信号控制对应的阀门启动后，在保持冷藏室处于稳压状态下实现冷藏室与夹层腔内的气体循环流动；

以及，控制器依据调控信号控制加湿器和/或制冷器启动后对流向冷藏室的气体进行加湿和/或制冷处理。

进一步的，所述控制器依据调控信号控制对应的阀门启动具体为：

所述控制器控制第一阀门和第五阀门关闭，以及控制第二阀门、第三阀门、第四阀门和第六阀门打开；

若所述调控信号为在温度信息超过温度上限时所生成的信号，则控制制冷器启动；

以及，若所述调控信号为在湿度信息低于湿度下限时所生成的信号，则控制加湿器启动。

进一步的，该方法还包括：

若制冷器和加湿器同时启动，则控制器动态调控制冷器的制冷功率和加湿器的加湿功率以缩短制冷时长与加湿时长之间的时差。

进一步的，所述控制器动态调控制冷器的制冷功率和加湿器的加湿功率的过程具体为：

保持制冷器以初始制冷功率以及加湿器以初始加湿功率持续运行预设周期；

通过湿度传感器和温度传感器分别采集冷藏室在预设周期内的湿度变化数据和温度变化数据；

根据湿度变化数据拟合得到湿度上升至湿度标准值的湿度变化曲线，并得到湿度变化曲线所对应的湿度调控时间和初始湿度变化函数；

根据温度变化数据拟合得到温度下降至温度标准值的温度变化曲线，并得到温度变化曲线所对应的温度调控时间和初始温度变化函数；

确定位于湿度调控时间与温度调控时间之间的平衡调控时间；

依据平衡调控时间分别对初始湿度变化函数、初始温度变化函数进行变换，得到相应的变换湿度变化函数、变换温度变化函数；

以变换湿度变化函数与初始湿度变化函数的最高次系数比值确定湿度调控系数，并以湿度调控系数与初始加湿功率之积确定调控后的动态加湿功率；

以变换温度变化函数与初始温度变化函数的最高次系数比值确定温度调控系数，并以温度调控系数与初始制冷功率之积确定调控后的动态制冷功率。

进一步的，所述湿度变化曲线和/或温度变化曲线采用最小二乘法进行预测拟合。

进一步的，所述动态加湿功率的计算公式具体为：

；

其中，表示相对湿度；/>表示初始湿度变化函数中湿度变化过程的时间值；表示变换湿度变化函数中湿度变化过程的时间值；/>表示初始湿度变化函数的最高次指数值；/>表示初始湿度变化函数的各项系数；/>表示湿度调控时间；/>表示平衡调控时间；/>表示初始加湿功率；/>示湿度调控系数；/>表示动态加湿功率；

初始湿度变化函数与变换湿度变化函数/>在变换过程中通过改变每项系数值，以在改变时间值的过程中保持相对湿度不变。

进一步的，所述动态制冷功率的计算公式具体为：

；

其中，表示温度值；/>表示初始温度变化函数中温度变化过程的时间值；表示变换温度变化函数中温度变化过程的时间值；/>表示初始温度变化函数的最高次指数值；/>表示初始温度变化函数的各项系数；/>表示温度调控时间；/>表示平衡调控时间；/>表示初始制冷功率；/>表示温度调控系数；/>表示动态制冷功率；

初始温度变化函数与变换温度变化函数/>在变换过程中通过改变每项系数值，以在改变时间值的过程中保持温度值不变。

进一步的，所述平衡调控时间的计算公式具体为：

；

其中，表示平衡调控时间；/>表示湿度调控时间；/>表示温度调控时间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种农产品冷藏温湿度调控装置，在冷藏室外包裹一个夹层腔，可以减缓热传导效率，从而减少温度调控的频次；同时在温湿度调控过程中，通过夹层腔对冷藏室内部气体进行分流处理，能够降低冷藏室内部气压变化的幅度，从而提供了农产品冷藏的可靠性；

2、本发明提供的一种农产品冷藏温湿度调控方法，通过动态调控制冷器的制冷功率和加湿器的加湿功率以缩短制冷时长与加湿时长之间的时差，可有效缩短加湿器和制冷器等器件设备处于运行状态或待机状态的时长，降低冷藏室运行的能耗；

3、本发明通过对模拟的初始湿度变化函数、初始温度变化函数进行变换处理，并通过变换过程所得到的调控系数对相应的制冷功率和加湿功率进行自适应动态调控，有效提高了温湿度调控的合理性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例1中的整体结构示意图；

图2是本发明实施例2中的流程图；

图3是本发明实施例2中湿度变换的示意图；

图4是本发明实施例2中温度变换的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、冷藏室；2、夹层腔；3、进气进口管；4、进气出口管；5、进气支管；6、出气进口管；7、出气出口管；8、出气支管；9、第一阀门；10、第二阀门；11、第三阀门；12、第四阀门；13、第五阀门；14、第六阀门；15、湿度传感器；16、温度传感器；17、加湿器；18、制冷器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：一种农产品冷藏温湿度调控装置，如图1所示，包括控制器、进气组件、出气组件、冷藏室1和包裹冷藏室1的夹层腔2。

其中，进气组件包括相互连通的进气进口管3、进气出口管4和进气支管5；进气进口管3安装有第一阀门9，且进气进口管3的进口端位于夹层腔2的外界；进气出口管4安装有第二阀门10、加湿器17和制冷器18，且进气出口管4的出口端位于冷藏室1内；进气支管5安装有第三阀门11，且进气支管5的自由端位于夹层腔2内。

出气组件包括相互连通的出气进口管6、出气出口管7和出气支管8；出气进口管6安装有第四阀门12，且出气进口管6的进口端位于冷藏室1内；出气出口管7安装有第五阀门13，且出气出口管7的出口端位于夹层腔2的外界；出气支管8安装有第六阀门14，且出气支管8的自由端位于夹层腔2内。

冷藏室1安装有湿度传感器15和温度传感器16；所有阀门、湿度传感器15、温度传感器16、加湿器17和制冷器18均与控制器电性连接。

为保持冷藏室1具有足够的储藏空间，冷藏室1与夹层腔2的空间体积比大于10:1。

实施例2：一种农产品冷藏温湿度调控方法，该方法用于实现实施例1中所记载的一种农产品冷藏温湿度调控装置，如图2所示，包括以下步骤：

S1：依据采样策略启动湿度传感器15和/或温度传感器16，以实现采集冷藏室1内的温度信息和/或湿度信息；

S2：判断温度信息是否超过温度上限和/或湿度信息是否低于湿度下限，并在判断结果存在是的情况下生成调控信号；

S3：控制器依据调控信号控制对应的阀门启动后，在保持冷藏室1处于稳压状态下实现冷藏室1与夹层腔2内的气体循环流动；

S4：控制器依据调控信号控制加湿器17和/或制冷器18启动后对流向冷藏室1的气体进行加湿和/或制冷处理。

需要说明的是，湿度传感器15、温度传感器16可以同时启动，也可以单独启动。

在冷藏室1处于正常运行时，控制器依据调控信号控制对应的阀门启动具体为：控制器控制第一阀门9和第五阀门13关闭，以及控制第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12和第六阀门14打开，气体流动过程为：夹层腔2内的气体在制冷器18或加湿器17中内置泵的作用下，可以从进气支管5进入，经进气出口管4流入到冷藏室1内，并在此过程可以进行加湿和制冷处理；同时冷藏室1内的气体可以从出气进口管6进入，经出气支管8流入夹层腔2内，夹层腔2与冷藏室1中的气体可互通，所有可以实现冷藏室1中的气体变化较缓，处于稳压状态。若调控信号为在温度信息超过温度上限时所生成的信号，则控制制冷器18启动；以及，若调控信号为在湿度信息低于湿度下限时所生成的信号，则控制加湿器17启动。

若不需要冷藏室1与夹层腔2内的气体进行大范围流动，即冷藏室1的温度和湿度达到要求时，可以仅开启第四阀门12和第六阀门14中的部分口径，部分口径即可以依据需要控制阀门的开启程度，其他阀门全部关闭，使得冷藏室1与夹层腔2内的气体小流量流动，可以实现稳压状态。也可以关闭所有阀门，在冷藏室1与夹层腔2之间设置一个较小口径的通孔。

若需要对冷藏室1中的气体进行更换，如氧气调控或压力调控，可以灵活启动阀门实现操作。

为了降低制冷器18和加湿器17等器件的待机时长或运行时长，若制冷器18和加湿器17同时启动，则控制器动态调控制冷器18的制冷功率和加湿器17的加湿功率以缩短制冷时长与加湿时长之间的时差。

在本实施例中，控制器动态调控制冷器18的制冷功率和加湿器17的加湿功率的过程具体为：

S101：保持制冷器18以初始制冷功率以及加湿器17以初始加湿功率持续运行预设周期；

S102：通过湿度传感器15和温度传感器16分别采集冷藏室1在预设周期内的湿度变化数据和温度变化数据；

S103：根据湿度变化数据拟合得到湿度上升至湿度标准值的湿度变化曲线，并得到湿度变化曲线所对应的湿度调控时间和初始湿度变化函数；

S104：根据温度变化数据拟合得到温度下降至温度标准值的温度变化曲线，并得到温度变化曲线所对应的温度调控时间和初始温度变化函数；

S105：确定位于湿度调控时间与温度调控时间之间的平衡调控时间；

S106：依据平衡调控时间分别对初始湿度变化函数、初始温度变化函数进行变换，得到相应的变换湿度变化函数、变换温度变化函数；如图3与图4所示，虚线对应变换后的函数；

S107：以变换湿度变化函数与初始湿度变化函数的最高次系数比值确定湿度调控系数，并以湿度调控系数与初始加湿功率之积确定调控后的动态加湿功率；

S108：以变换温度变化函数与初始温度变化函数的最高次系数比值确定温度调控系数，并以温度调控系数与初始制冷功率之积确定调控后的动态制冷功率。

在本实施例中，湿度变化曲线和温度变化曲线均采用最小二乘法进行预测拟合。

例如，动态加湿功率的计算公式具体为：

；

其中，表示相对湿度；/>表示初始湿度变化函数中湿度变化过程的时间值；表示变换湿度变化函数中湿度变化过程的时间值；/>表示初始湿度变化函数的最高次指数值；/>表示初始湿度变化函数的各项系数；/>表示湿度调控时间；/>表示平衡调控时间；/>表示初始加湿功率；/>示湿度调控系数；/>表示动态加湿功率。

其中，初始湿度变化函数与变换湿度变化函数/>在变换过程中通过改变每项系数值，以在改变时间值的过程中保持相对湿度不变。例如，若/>与/>比值为4:3，则在通过上述变化后，/>取值为4s时所对应的相对湿度与/>取值为3s时所对应的相对湿度相同。

初始湿度变化函数的最高次系数为/>，而变换湿度变化函数/>的最高次系数为/>，所以最高次系数比值为/>。

又例如，动态制冷功率的计算公式具体为：

；

其中，表示温度值；/>表示初始温度变化函数中温度变化过程的时间值；表示变换温度变化函数中温度变化过程的时间值；/>表示初始温度变化函数的最高次指数值；/>表示初始温度变化函数的各项系数；/>表示温度调控时间；/>表示平衡调控时间；/>表示初始制冷功率；/>表示温度调控系数；/>表示动态制冷功率。

初始温度变化函数与变换温度变化函数/>在变换过程中通过改变每项系数值，以在改变时间值的过程中保持温度值不变。例如，若/>与/>的比值为2:3，则在通过上述变化后，/>取值为2s时所对应的温度值与/>取值为3s时所对应的温度值相同。

初始温度变化函数的最高次系数为/>，而变换温度变化函数/>的最高次系数为/>，所以最高次系数比值为/>。

作为一种可选的实施方式，平衡调控时间的计算公式具体为：

；

其中，表示平衡调控时间；/>表示湿度调控时间；/>表示温度调控时间。

需要说明的是，为了简化计算，初始湿度变化函数、初始温度变化函数均可以只保留最高次进行计算。

工作原理：本发明在冷藏室外包裹一个夹层腔，可以减缓热传导效率，从而减少温度调控的频次；同时在温湿度调控过程中，通过夹层腔对冷藏室内部气体进行分流处理，能够降低冷藏室内部气压变化的幅度，从而提供了农产品冷藏的可靠性；此外，通过动态调控制冷器的制冷功率和加湿器的加湿功率以缩短制冷时长与加湿时长之间的时差，可有效缩短加湿器和制冷器等器件设备处于运行状态或待机状态的时长，降低冷藏室运行的能耗；另外，本发明通过对模拟的初始湿度变化函数、初始温度变化函数进行变换处理，并通过变换过程所得到的调控系数对相应的制冷功率和加湿功率进行自适应动态调控，有效提高了温湿度调控的合理性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农产品冷藏温湿度调控装置，其特征是，包括控制器、进气组件、出气组件、冷藏室(1)和包裹冷藏室(1)的夹层腔(2)；

所述进气组件包括相互连通的进气进口管(3)、进气出口管(4)和进气支管(5)；所述进气进口管(3)安装有第一阀门(9)，且进气进口管(3)的进口端位于夹层腔(2)的外界；所述进气出口管(4)安装有第二阀门(10)、加湿器(17)和制冷器(18)，且进气出口管(4)的出口端位于冷藏室(1)内；所述进气支管(5)安装有第三阀门(11)，且进气支管(5)的自由端位于夹层腔(2)内；

所述出气组件包括相互连通的出气进口管(6)、出气出口管(7)和出气支管(8)；所述出气进口管(6)安装有第四阀门(12)，且出气进口管(6)的进口端位于冷藏室(1)内；所述出气出口管(7)安装有第五阀门(13)，且出气出口管(7)的出口端位于夹层腔(2)的外界；所述出气支管(8)安装有第六阀门(14)，且出气支管(8)的自由端位于夹层腔(2)内；

所述冷藏室(1)安装有湿度传感器(15)和温度传感器(16)；

其中，所有阀门、湿度传感器(15)、温度传感器(16)、加湿器(17)和制冷器(18)均与控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种农产品冷藏温湿度调控装置，其特征是，所述冷藏室(1)与夹层腔(2)的空间体积比大于10:1。

3.一种农产品冷藏温湿度调控方法，其特征是，该方法应用于如权利要求1-2任意一项所述的一种农产品冷藏温湿度调控装置，包括以下步骤：

依据采样策略启动湿度传感器(15)和/或温度传感器(16)，以实现采集冷藏室(1)内的温度信息和/或湿度信息；

判断温度信息是否超过温度上限和/或湿度信息是否低于湿度下限，并在判断结果存在是的情况下生成调控信号；

控制器依据调控信号控制对应的阀门启动后，在保持冷藏室(1)处于稳压状态下实现冷藏室(1)与夹层腔(2)内的气体循环流动；

以及，控制器依据调控信号控制加湿器(17)和/或制冷器(18)启动后对流向冷藏室(1)的气体进行加湿和/或制冷处理。

4.根据权利要求3所述的一种农产品冷藏温湿度调控方法，其特征是，所述控制器依据调控信号控制对应的阀门启动具体为：

所述控制器控制第一阀门(9)和第五阀门(13)关闭，以及控制第二阀门(10)、第三阀门(11)、第四阀门(12)和第六阀门(14)打开；

若所述调控信号为在温度信息超过温度上限时所生成的信号，则控制制冷器(18)启动；

以及，若所述调控信号为在湿度信息低于湿度下限时所生成的信号，则控制加湿器(17)启动。

5.根据权利要求3所述的一种农产品冷藏温湿度调控方法，其特征是，该方法还包括：

若制冷器(18)和加湿器(17)同时启动，则控制器动态调控制冷器(18)的制冷功率和加湿器(17)的加湿功率以缩短制冷时长与加湿时长之间的时差。

6.根据权利要求5所述的一种农产品冷藏温湿度调控方法，其特征是，所述控制器动态调控制冷器(18)的制冷功率和加湿器(17)的加湿功率的过程具体为：

保持制冷器(18)以初始制冷功率以及加湿器(17)以初始加湿功率持续运行预设周期；

通过湿度传感器(15)和温度传感器(16)分别采集冷藏室(1)在预设周期内的湿度变化数据和温度变化数据；

根据湿度变化数据拟合得到湿度上升至湿度标准值的湿度变化曲线，并得到湿度变化曲线所对应的湿度调控时间和初始湿度变化函数；

根据温度变化数据拟合得到温度下降至温度标准值的温度变化曲线，并得到温度变化曲线所对应的温度调控时间和初始温度变化函数；

确定位于湿度调控时间与温度调控时间之间的平衡调控时间；

依据平衡调控时间分别对初始湿度变化函数、初始温度变化函数进行变换，得到相应的变换湿度变化函数、变换温度变化函数；

以变换湿度变化函数与初始湿度变化函数的最高次系数比值确定湿度调控系数，并以湿度调控系数与初始加湿功率之积确定调控后的动态加湿功率；

以变换温度变化函数与初始温度变化函数的最高次系数比值确定温度调控系数，并以温度调控系数与初始制冷功率之积确定调控后的动态制冷功率。

7.根据权利要求6所述的一种农产品冷藏温湿度调控方法，其特征是，所述湿度变化曲线和/或温度变化曲线采用最小二乘法进行预测拟合。

8.根据权利要求6所述的一种农产品冷藏温湿度调控方法，其特征是，所述动态加湿功率的计算公式具体为：

；

其中，表示相对湿度；/>表示初始湿度变化函数中湿度变化过程的时间值；/>表示变换湿度变化函数中湿度变化过程的时间值；/>表示初始湿度变化函数的最高次指数值；/>表示初始湿度变化函数的各项系数；/>表示湿度调控时间；/>表示平衡调控时间；/>表示初始加湿功率；/>示湿度调控系数；/>表示动态加湿功率；

初始湿度变化函数与变换湿度变化函数/>在变换过程中通过改变每项系数值，以在改变时间值的过程中保持相对湿度不变。

9.根据权利要求6初始湿度变化函数所述的一种农产品冷藏温湿度调控方法，其特征是，所述动态制冷功率的计算公式具体为：

；

其中，表示温度值；/>表示初始温度变化函数中温度变化过程的时间值；/>表示变换温度变化函数中温度变化过程的时间值；/>表示初始温度变化函数的最高次指数值；/>表示初始温度变化函数的各项系数；/>表示温度调控时间；/>表示平衡调控时间；/>表示初始制冷功率；/>表示温度调控系数；/>表示动态制冷功率；

初始温度变化函数与变换温度变化函数/>在变换过程中通过改变每项系数值，以在改变时间值的过程中保持温度值不变。

10.根据权利要求6所述的一种农产品冷藏温湿度调控方法，其特征是，所述平衡调控时间的计算公式具体为：

；

其中，表示平衡调控时间；/>表示湿度调控时间；/>表示温度调控时间。