CN204027125U - 热管智能解冻冰箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热管智能解冻冰箱，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。热管智能解冻冰箱利用单片机控制技术和受控热管技术实现预约解冻。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受控热管连接，热管上装有电磁阀，单片机系统控制电磁阀工作和停止，热管工作时，其内部传热介质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解冻，减少冷冻食物解冻时汁液流失，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，热管智能解冻冰箱比现有冰箱节约电能。

Description

热管智能解冻冰箱

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其涉及家用冰箱。

背景技术

现有的主流电冰箱的冷冻食物温度变化曲线如图2所示，1阶段，降温冷冻食物；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，就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，部分被剩在餐桌上，最后丢弃。

有经验的用户，将冷冻的食物提前从冷冻室转入冷藏室，它的温度变化如图3所示，1阶段，食物降温冷冻；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，食物放在常温环境下烹饪，在餐桌上营养可口。但是普遍睡眠不足的现在人，在忙碌的早晨经常忘记将冷冻食物从冷冻室转入冷藏室。烹饪时又只有快速解冻，因为口感太差，部分被倒掉。解冻不方便，用户要么放弃使用冷冻室要么冷冻室满满的没时间解冻烹饪。

热管内部主要靠传热介质的汽相和液相相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，与银、铜、铝相比，单位重量的热管可以多传递几个数量级的热量，具有优良的等温性、热流密度可变性和热流方向的可逆性，当然，高导热性也是相对而言的， 热力学第二定律表明温差总是存在的，目前热管主要用于电子器件的散热和均温，在家用制冷技术领域很少应用。

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，运用热管技术解冻。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，还要有单独的空间。因此，提供一种能减少解冻过程对食物口感和营养的损害且自动解冻的冰箱成为了业界需要解决的技术问题。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题在于：减小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，本实用新型采用的技术方案为：将冰箱的分为多个冷冻室和冷藏室，它们之间设有保温层隔热，由单片机系统独立控制温度。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，存放冷冻食物时，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，与单片机连接测量冷冻室、冷藏室和冰箱外壳的温度。每个冷冻室与冷藏室之间用受控热管连接，热管上装有电磁阀，单片机控制电磁阀从而控制热管内液态传热介质的回流，从而控制热管的工作，达到控制冷藏室热量缓慢流入冷冻室的目的，即冷冻室的冷量流入冷藏室，实现冷冻食物在用户预约时间缓慢解冻。热管端部装有小风扇，搅动空气便于热管与冷冻室和冷藏室换热。冷藏室中的热管位于冷藏室的顶部，冷冻室中的热管位于冷冻室的底部，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。

热管解冻是冷藏室的热量通过受控热管流入冷冻室的解冻。自然解冻是关闭冷冻室的制冷剂循环，温度缓慢自然上升的解冻。单片机系统测试热管解冻的速率、自然解冻的速率，按用户的预约时间计算热管解冻和自然解冻的起始时间点。

热管智能解冻冰箱的控制方法，其包括下列步骤。

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取用时间，用户选定自然解冻和热管解冻的时间比例。

3）单片机系统测试热管解冻的速率和自然解冻的速率，按用户的预约时间计算热管解冻和自然解冻的起始时间点。

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和上次解冻的时间误差，修正冷冻食物开始热管解冻的起始时间。

5）记录实际解冻时间与预约解冻时间的误差，供下次解冻估算时间使用。

附图说明。

图1是热管智能解冻冰箱结构示意图。

图2是普通冰箱冷冻食物温度变化图。

图3是冷藏室解冻冰箱食物温度变化图。

图4是热管解冻冰箱温度曲线图。

图5是解冻控温系统结构示意图。

图6是解冻速度的测定图。

图7是热敏电阻原理图。

图8是软件流程图。

图9是不同解冻方式牛肉的微观结构的对比图。

具体实施方式:

实施方式1：下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。如图1热管智能解冻冰箱结构示意图所示，分为六个冷冻室101-106和一个冷藏室107，冷冻室与冷藏室之间设有保温层隔热，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，先打开公共的密封门117，再打开私有的密封门111，其它冷冻室私有的密封门112-116不打开，减少冷量泄漏。冷冻室、冷藏室和冰箱外壳分别设置有温度传感器，与单片机连接，测量冷冻室、冷藏室的温度和冰箱外壳的温度。每个冷冻室与冷藏室之间用受控热管121-126连接，热管上装有电磁阀131-136，单片机控制电磁阀131-136，从而控制热管内液态传热介质的回流，从而控制热管的工作，达到控制冷藏室热量缓慢流入冷冻室的目的，即冷冻室的冷量流入冷藏室，实现冷冻食物在用户预约时间完成缓慢解冻。冷藏室的热管位于冷藏室的顶部，冷冻室的热管位于冷冻室的底部，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。热管端部装有小风扇，搅动空气便于热管与冷冻室和冷藏室换热。

热管解冻是冷藏室107的热量通过受控热管121-126流入冷冻室101-106的解冻，自然解冻是关闭冷冻室101-106的制冷剂循环，温度缓慢自然上升的解冻。如图6所示，单片机系统测试每个冷冻室101-106热管解冻、自然解冻的温度升高的速率，按用户的预约时间计算每个冷冻室101-106热管解冻、自然解冻的起始时间。

热管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曲线。

2）用户在每个冷冻室101-106放入待冷冻食物的时候，通过单片机系统输入设备，用户设定每个冷冻室中食物的取用时间，用户选定自然解冻和热管解冻的时间比例。

3）单片机系统测试冷冻室101-106热管解冻的速率、自然解冻的速率，按用户的预约时间计算冷冻室101-106热管解冻、自然解冻的起始时间点。

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和上次解冻的时间误差，修正冷冻食物开始热管解冻的起始时间点。

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使用。

实施方式2：热管智能解冻冰箱实验系统及其实验结果

冰箱控制器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、按键、液晶屏、语音模块、发光二极管和蜂鸣器。热管智能解冻冰箱控制器示意图如图5所示，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A1-A6控制冷冻室101-106的制冷剂的流动，电磁阀A7控制冷藏室107的制冷剂的流动，电磁阀B1-B6控制受控热管的电磁阀从而控制受控热管内的传热介质的流动，达到控制受控热管的工作和停止。

实验选用STC12C5410AD单片机，它是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810专用复位电路。实验系统采用STC12C5410单片机，工作电压5.5-3.4v，10k字节Flash程序存储器，512字节SRAM，2个定时器，有UART, 4路PCA/PWM,高速A/D转换,I/O 27/23,有看门狗,有内置复位,有EEPROM。

实验系统选用热敏电阻传感器。商品化程度高，成本低。分辨力和灵敏度高，精度较高。结构轻小，使用方便，便于实现自动化测量。冰箱温度检测是温度控制的基础，方案中采用热敏电阻作为温度传感器，具体原理如图7所示。热敏电阻Rt与高精密电阻 R0串联，D/A 检测得到电压值U_Dt，从而可以得到热敏电阻阻值Rt=V_CC*R₀/V_Dt- R₀，根据温度与阻值的关系，可以确定冰箱的库温，同时与所设定温度相比较，进而控制压缩机的开关，从而实现冰箱内部温度的控制。

实验系统选用ADG70多路选择器。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：2.5 Ω，导通电阻平坦度：0.5Ω，泄漏电流：100 pA，开关时间：40 ns。

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，其它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、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输出低电平信号。

家用冰箱冷冻室的数量。第二冷冻室用于第二次解冻食物，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，六天吃冷冻食物，每天解冻一个冷冻室，共需6个冷冻室.

控制器系统软件设计。软件流程如图8所示，以其中的第一冷冻室为例，说明软件流程，其它冷冻室的流程相同。用户放入一次解冻数量的食物，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，食物在冰箱中的储存时间：T= T_D+T_S+T_R+T_W ，冷冻时间T_D,自然解冻时间T_S,热管解冻时间T_R,解冻时间误差T_W。由于环境温度、电力的变化、冰箱门的密封性能和传感器的精度的影响，解冻时间不准，我们给定一个误差量，提前一点预约解冻时间，即给出解冻温度误差。

冷冻阶段1：制冷打开、热管关闭，食物温度下降。

冷冻保存阶段2：制冷间断打开,冷冻室维持冷冻状态，单片机系统测定V₂₁（压缩机关闭后，冷冻室的温度自然上升的速度，单位为℃/小时）和V₂₂（压缩机关闭后，热管打开冷冻室温度上升的速度℃/小时），计算自然解冻时间T_S，计算热管解冻时间T_R，计算冷冻时间T_D ，除了测试阶段，其它时间热管关闭。

自然解冻阶段3：T>T_D，冰箱进入3自然解冻，冰箱的隔热材料缓慢传递热量到冷冻室。

热管解冻阶段4：T>T_S+T_D，热管打开，冷冻室通过热管吸收冷藏室的热量，冷冻室温度较前一阶段快速上升，即冷冻室与冷藏室进行等温。T>T_R+T_S+ T_D食物处于冷藏状态，解冻完成。热管智能解冻冰箱实验系统中冷冻食物的温度变化曲线如图4所示。

牛肉解冻实验，星期日8点用户在冷冻室102中放入牛肉，通过键盘输入取出时间，预计星期二17点取出食物烹调，冷冻室制冷，星期日20点食物达到最低冷冻温度，23点完成冷冻室自然解冻时间和冷冻室热管解冻时间测试，热管解冻时间为12小时，自然解冻时间为24小时，星期一23点关闭冷冻室102制冷剂管道连接压缩机的阀门，冷冻室102进入自然吸热解冻状态，到星期二11点温度上升为-7.2℃，冷冻室102进入热管解冻状态，星期二17点，冷冻室102的温度为1.8℃。

综上所述，本实用新型具有下述的有益效果：

1.解冻食品的口味和营养保留比现有技术好。如图9所示,从外观上比较解冻过程对牛肉的影响，图9-B生牛肉,肌肉纤维的结构完成,肌肉纤维排列紧密,肌纤维间距最小。图9-C放置在解冻板上解冻25分钟后再放入温水中解冻25分钟的牛肉，在解冻过程中肌肉纤维蛋白氧化和骨架蛋白降解破坏了肌肉组织。冷冻牛肉肌肉纤维的结构完整性遭到较严重破坏,肌束膜破裂较多,他们的肌纤维间距较大。图9-A是热管智能解冻牛肉,与解冻板解冻相比, 智能解冻的牛肉肌纤维破坏程度较小和他们的肌纤维间距较小,肌束膜较完整。营养损失对比数据如表1所示,组1是智能解冻实验小组,组2是解冻板解冻对照组。与解冻板解冻牛肉相比，热管智能解冻牛肉汁液损失降低了4.05%,蛋白质损失减少0.85%,智能解冻显著降低汁液损失、蛋白质损失。总之,热管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.节省了电力。其一，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。其二，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，购买价格提高，使用成本下降，总成本略有下降，适合所有的消费水平的用户使用。热管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，本实用新型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实用新型的范围，否则都应该包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.热管智能解冻冰箱，包括多个独立的、隔热的冷冻室和冷藏室，单片机系统分别控制每个冷藏室、每个冷冻室的温度，其特征在于，冷藏室和冷冻室之间用受控热管连接。

2.按照权利要求1所述的热管智能解冻冰箱，其特征在于：热管上装有电磁阀。

3.按照权利要求1所述的热管智能解冻冰箱，其特征在于：单片机系统控制热管上安装的电磁阀让受控热管工作，使冷藏室热量缓慢流入冷冻室，冷冻食物缓慢解冻。

4.按照权利要求1所述的热管智能解冻冰箱，其特征在于：热管端部装有小风扇。

5.按照权利要求1所述的热管智能解冻冰箱，其特征在于：冷冻室的热管位于冷冻室的底部，冷藏室的热管位于冷藏室的顶部。

6.按照权利要求1所述的热管智能解冻冰箱，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、取用冷冻食物的时候，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。