冷藏冷冻装置及其冷冻方法与流程

本发明涉及制冷设备技术领域，特别是涉及一种冷藏冷冻装置及其冷冻方法。

背景技术：

在冰箱使用过程中，大多数用户的冷冻室均保存着很多肉块，但冷冻的肉块颜色暗淡、解冻汁液流失多、经过冷冻过后的肉口感差等问题影响着冰箱的用户体验。目前，市场上在冰箱上实现优质冷冻主要有两种方案，一种是通过强风制冷或者更换传热介质达到速冷冻保藏食品；另一种是通过使食品进入过冷却状态，实现过冷却冷冻。速冷冻方法能有效的提高食品冷冻的品质，但其结冰时仍然是由外向内的结晶，并不能完全避免细胞在冷冻过程中被刺破从而使得解冻汁液流失量大的弊端，并且速冷冻需要大比热容的冷冻介质如速冷液，在冰箱中难以简单实现。过冷却冷冻方法首先使食品进入过冷冻状态，由于食品温度低于结晶点，食品储存了一定的冷量，支撑食品在解除过冷却状态时食品整体快速结晶，迅速通过最大冰晶生成带，从而良好的保持细胞完整性，食品冷冻品质极佳，极大减少解冻时的汁液流失率。但过冷却状态是一种亚稳态，食品在冷冻过程中难以获得且极其容易解除。

技术实现要素：

本发明第一方面的一个目的旨在针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能够良好保存食品冷冻过程中的细胞完整性的冷藏冷冻装置。

本发明第一方面一个进一步的目的是要提高食品在冷藏冷冻装置中冷冻时的冷冻品质。

本发明第一方面另一个进一步的目的是要提高冷藏冷冻装置的安全性。

本发明第二方面的一个目的旨在提供一种冷藏冷冻装置的冷冻方法，以提高食品的冷冻品质。

根据本发明的一个方面，提供了一种冷藏冷冻装置，包括：

内胆，其内限定有用于存放待冷冻食品的过冷冻间室；

制冷系统，配置成受控地向过冷冻间室提供冷量，以将待冷冻食品的温度降至并保持在一第一预设温度一第一预设时间，之后将待冷冻食品的温度降至其预设保存温度；以及

磁场发生装置，用于向过冷冻间室提供匀强磁场，其配置成：当待冷冻食品的温度保持在第一预设温度的时间达到第一预设时间时开启，从而使得待冷冻食品在磁场作用下进入过冷却状态；且在开启一第二预设时间后关停，以使待冷冻食品脱离过冷却状态，从而使其温度在制冷系统提供的冷量作用下快速降至其最大冰晶生成带以下；

其中预设保存温度低于待冷冻食品的最大冰晶生成带。

可选地，制冷系统具有第一制冷模式和第二制冷模式，其中制冷系统工作于第二制冷模式时比其工作于第一制冷模式时向过冷冻间室提供的冷量多；制冷系统进一步配置成：

在待冷冻食品的温度保持在第一预设温度的时间达到第一预设时间之前，以第一制冷模式向过冷冻间室提供冷量；且

在待冷冻食品的温度保持在第一预设温度的时间达到第一预设时间之后直至待冷冻食品的温度达到预设保存温度，以第二制冷模式向过冷冻间室提供冷量。

可选地，第一预设时间为60min-180min；

第二预设时间为20min-120min。

可选地，冷藏冷冻装置还包括：

红外温度传感器，用于检测待冷冻食品的温度。

可选地，其中磁场发生装置包括：

密布赫姆霍兹线圈，其沿前后方向缠绕在过冷冻间室的周壁外表面；

电源输入模块，用于向密布赫姆霍兹线圈供电；以及

过载漏电保护模块，用于密布赫姆霍兹线圈过载、漏电及短路保护。

可选地，密布赫姆霍兹线圈为表面绝缘的良导体密布赫姆霍兹线圈；

电源输入模块配置成向密布赫姆霍兹线圈提供小于36伏的直流电。

可选地，冷藏冷冻装置还包括：

用于打开或关闭过冷冻间室的过冷冻门体，其中冷藏冷冻装置的外壳与过冷冻间室对应的部分和过冷冻门体由磁屏蔽钢板制成。

根据本发明的另一方面，提供了一种冷藏冷冻装置的冷冻方法，包括：

步骤A：向冷藏冷冻装置的过冷冻间室提供冷量，以将其中存放的待冷冻食品的温度降至并保持在一第一预设温度一第一预设时间，

步骤B：继续向过冷冻间室提供冷量；同时向过冷冻间室提供匀强磁场，以使待冷冻食品在磁场作用下进入过冷却状态；

步骤C：在向过冷冻间室提供匀强磁场的时间达到一第二预设时间后继续向过冷冻间室提供冷量，同时停止向过冷冻间室提供匀强磁场，以使待冷冻食品脱离过冷却状态，使其温度快速降至其最大冰晶生成带以下；

步骤D：继续向过冷冻间室提供冷量，以将待冷冻食品的温度降至其预设保存温度。

可选地，在步骤A中，以第一制冷模式向过冷冻间室提供冷量；且

在步骤B、C、D中，以第二制冷模式向过冷冻间室提供冷量；

其中冷藏冷冻装置工作于第二制冷模式时比其工作于第一制冷模式时向过冷冻间室提供的冷量多。

可选地，第一预设时间为60min-180min；

第二预设时间为20min-120min。

可选地，冷冻方法还包括：实时检测待冷冻食品的温度。

本发明的冷藏冷冻装置是为了更好地保存食品而特别设计的，通过利用制冷系统提供的冷量，将待冷冻食品的温度降至并保持在冰晶点温度一第一预设时间，以使待冷冻食品内外的温度均达到冰晶点温度；然后开启磁场发生装置向过冷冻间室提供匀强磁场，从而使待冷冻食品在磁场作用下进入过冷却状态；进一步通过合理控制磁场作用时间，以在待冷冻食品的过冷却程度较为合适时关停磁场发生装置，从而使待冷冻食品脱离过冷却状态，利用其过冷度以及制冷系统提供的冷量帮助其内部水分快速结晶，从而使其温度快速降至其最大冰晶生成带以下。由于本发明在待冷冻食品内外的温度均达到冰晶点温度后施加磁场使其处于过冷却状态，并在待冷冻食品过冷却程度较为合适时及时地将撤消磁场，从而良好地保存了食品冷冻过程中的细胞完整性，从而食品颜色鲜艳、解冻汁液流失少，提高食品的冷冻品质。

进一步地，本发明通过在待冷冻食品内外的温度均达到冰晶点温度之前采用常规制冷模式(即第一制冷模式)对待冷冻食品进行冷冻，可使待冷冻食品的内外温差小，以防止待冷冻物品的外部温度过低而先结晶，有利于待冷冻食品的内外的温度均处于冰晶点温度。之后，通过采用速冷制冷模式(即第二制冷模式)对待冷冻食品进行冷冻，有利于在磁场作用下加强待冷冻物品的过冷度，并且在磁场撤消后，提供较多的冷量以使待冷冻食品快速脱离过冷却状态，进一步加速其内部水分结晶，从而使其温度进一步快速降至其最大冰晶生成带以下，进一步保存食品冷冻过程中的细胞完整性，大幅提高食品的冷冻品质。

进一步地，本发明通过沿前后方向在过冷冻间室的周壁外表面缠绕多匝表面绝缘的良导体密布赫姆霍兹线圈，利用电源输入模块向密布赫姆霍兹线圈加载安全直流电压(<36V)，由于密布赫姆霍兹线圈为良导体，电阻低，故低电压(<36V)即可在密布赫姆霍兹线圈中产生较大的直流电流，从而产生较强的磁场强度，避免了向密布赫姆霍兹线圈加载高电压可能造成的安全隐患。

本发明的装置及方法通过向过冷冻间室施加强磁场，从而在对食品冷冻过程中能使得食品优先进入过冷却冷冻，加大食品过冷度，并且在过冷却解除后能使食品(例如肉块)极短时间内整体结晶，快速通过最大冰晶生成带，并快速被冷冻至低温(如-18℃)保存，从而良好了保存了食品冷冻过程中的细胞完整性，大幅提高食品的冷冻品质。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻装置的示意性透视图；

图2是图1所示冷藏冷冻装置的过冷冻间室的示意性放大图；

图3是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻装置的冷冻方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻装置100的示意性透视图。冷藏冷冻装置100包括通常所认知的冰箱、冰柜等具有制冷保存功能的设备。冷藏冷冻装置100可包括外壳10，设置在外壳10内的内胆，以及填充在外壳10和内胆之间的保温材料。内胆内限定有用于存放待冷冻食品60的过冷冻间室12。过冷冻间室12的前开口处设置有用于打开或关闭过冷冻间室12的过冷冻门体22。

在图1所示的实施例中，冷藏冷冻装置100为三门冰箱，内胆还限定有位于过冷冻间室12上方的冷藏间室11和位于过冷冻间室12下方的冷冻间室。在冷藏间室11和冷冻间室13的前开口处分别设置冷藏门体21和冷冻门体23，用以分别打开或关闭冷藏间室11和冷冻间室13。

冷藏冷冻装置100还包括制冷系统(图中未示出)，配置成受控地向过冷 冻间室12提供冷量，以使过冷冻间室12中存放的食品降温。制冷系统例如可包括压缩机(图中未示出)、冷凝器(图中未示出)、节流元件(图中未示出)以及蒸发器(图中未示出)。制冷系统还可包括用以将经过蒸发器降温除湿后的气流吹向冷藏间室11、过冷冻间室12、冷冻间室13的风道和风机等。

特别地，本发明实施例的冷藏冷冻装置100还包括磁场发生装置，用于向过冷冻间室12提供匀强磁场。磁场发生装置提供的磁场强度可为10-100GS。

磁铁等和密布赫姆霍兹线圈均可以产生稳定的磁场。磁铁由于体积笨重、形状不易改变，只有磁铁表面的磁场强度满足要求，离开一定距离后磁场强度迅速衰减，因此难以应用于产品；密布赫姆霍兹线圈产生磁场强度可调控，并且密布赫姆霍兹线圈形状设计可与产品匹配。因此，在本发明优选实施例中，利用密布赫姆霍兹线圈向过冷冻间室12提供匀强磁场。

图2是图1所示冷藏冷冻装置100的过冷冻间室12的示意性放大图。如图2所示，磁场发生装置可包括密布赫姆霍兹线圈30、电源输入模块40以及过载漏电保护模块70。密布赫姆霍兹线圈30沿前后方向缠绕在过冷冻间室12的周壁外表面，可以理解为密布赫姆霍兹线圈30的多匝线圈自后向前(或自前向后)在过冷冻间室12的周壁外表面排列。过冷冻间室12的周壁外表面即为过冷冻间室12的顶壁的外表面、底壁的外表面以及横向方向的两个侧壁的外表面，也可以理解为过冷冻内胆的顶壁外表面、底壁外表面以及横向方向的两个侧壁外表面。电源输入模块40与密布赫姆霍兹线圈30电连接，用于向密布赫姆霍兹线圈30供电。过载漏电保护模块70用于密布赫姆霍兹线圈30过载、漏电及短路保护。

密布赫姆霍兹线圈产生较强的磁场需要通过很大的电流强度，如果和人体接触将造成很大的安全隐患。因此，在本发明优选的实施例中，密布赫姆霍兹线圈30为表面绝缘的良导体密布赫姆霍兹线圈30；电源输入模块40配置成向密布赫姆霍兹线圈30提供小于36伏的直流电。由于密布赫姆霍兹线圈30为良导体，电阻低，即使加载小于36伏的低电压也能在线圈中产生较大的直流电流，从而产生较强的磁场强度，避免了加载高电压可能造成的安全隐患。

为了防止磁场泄漏，冷藏冷冻装置100的外壳10与过冷冻间室12对应的部分和过冷冻门体22由磁屏蔽钢板制成。即，过冷冻门体22由磁屏蔽钢板制成；外壳10与过冷冻间室12的后壁和横向方向的两个侧壁相面对的部分由磁屏蔽钢板制成。

特别地，在本发明实施例中，制冷系统配置成受控地向过冷冻间室12提 供冷量，以将待冷冻食品60的温度降至并保持在一第一预设温度一第一预设时间，之后将待冷冻食品60的温度降至其预设保存温度。

磁场发生装置配置成：当待冷冻食品60的温度保持在第一预设温度的时间达到第一预设时间时开启，从而使得待冷冻食品60在磁场作用下进入过冷却状态；且在开启一第二预设时间后关停，以使待冷冻食品60脱离过冷却状态，从而使其温度在制冷系统提供的冷量作用下快速降至其最大冰晶生成带以下。

通常，待冷冻食品60的预设保存温度为-18℃左右。待冷冻食品60的最大冰晶生成带为-1℃～-5℃左右，远远高于待冷冻食品60的预设保存温度。

第一预设温度是与待冷冻食品60的冰晶点温度相关的参数。由于冰箱中保存的冷冻食品主要为肉类，而通常肉类的冰晶点大致为-2℃，相应地，第一预设温度可设置为-2℃左右。本申请的发明人经过对各种肉类进行大量实验发现，第一预设时间为60min-180min时，可使待冷冻食品60内外的温度均大致达到冰晶点温度。第一预设时间可进一步优选为100min-150min。

本发明通过利用制冷系统提供的冷量，将待冷冻食品60的温度降至并保持在冰晶点温度一第一预设时间，以使待冷冻食品60内外的温度均达到冰晶点温度；然后开启磁场发生装置向过冷冻间室12提供匀强磁场，从而使待冷冻食品60在磁场作用下进入过冷却状态；进一步通过合理控制磁场作用时间，以在待冷冻食品60的过冷却程度较为合适时(即食品在过冷却状态下刚开始结晶时)关停磁场发生装置，从而使待冷冻食品60脱离过冷却状态，利用其过冷度以及制冷系统提供的冷量帮助其内部水分快速结晶，从而使其温度快速降至其最大冰晶生成带以下。由于本发明在待冷冻食品60内外的温度均达到冰晶点温度后施加磁场使其处于过冷却状态，并在待冷冻食品60过冷却程度较为合适时及时地将撤消磁场，从而良好了保存了食品冷冻过程中的细胞完整性，从而食品颜色鲜艳、解冻汁液流失少，提高食品的冷冻品质。

本申请的发明人发现，如果过早地撤消磁场，则会导致食品过冷却程度低，过冷度不够，使得食品在达到理想的过冷却程度之前提前结晶，从而就会因食品(特别是肉类食品)在“最大冰晶生成带”滞留时间过长，导致冰晶过大刺破细胞壁，使营养流失。如果过晚地撤消磁场，由于食品已经开始结晶，磁场的存在对结晶具有阻碍作用，导致结晶缓慢，从而使纤维中的水分渗透到细胞外部，使细胞内液浓度增高，冰晶点下降，造成肌纤维间的冰晶体越来越大也会造成冰晶过大刺破细胞壁，使营养流失。即在磁场作用下，肉块从结晶点温度开始继续冷冻至开始结晶的时间段即为施加磁场的时间段，该时间段的时间 长度即为第二预设时间。本申请的发明人经过对各种肉类进行大量实验发现，磁场施加的时间即第二预设时间为30min-150min时，有利于肉类食品处于较为合适的过冷却状态。也就是说，第二预设时间是对于不同种类和重量的肉进行实验，根据实验结果得到的统计值。

在优选的实施例中，制冷系统具有第一制冷模式和第二制冷模式，其中制冷系统工作于第二制冷模式时比其工作于第一制冷模式时向过冷冻间室12提供的冷量多。在一些实施例中，第一制冷模式即为常规制冷模式，第二制冷模式即为速冷制冷模式或者为强风制冷模式。

制冷系统进一步配置成：在待冷冻食品60的温度保持在第一预设温度的时间达到第一预设时间之前，以第一制冷模式向过冷冻间室12提供冷量；且在待冷冻食品60的温度保持在第一预设温度的时间达到第一预设时间之后直至待冷冻食品60的温度达到预设保存温度，以第二制冷模式向过冷冻间室12提供冷量。在这样的实施例中，由于以第二制冷模式向过冷冻间室12提供冷量可加速食品的过冷却程度，因此磁场施加的时间即第二预设时间可稍微缩短一些。实验结果表明，在该实施例中，磁场施加的时间即第二预设时间为20min-120min，有利于肉类食品处于较为合适的过冷却状态。第二预设时间可进一步优选为50min-90min。

本发明通过在待冷冻食品60内外的温度均达到冰晶点温度之前采用常规制冷模式(即第一制冷模式)对待冷冻食品60进行冷冻，可使待冷冻食品60的内外温差小，以防止待冷冻物品的外部温度过低而先结晶，有利于待冷冻食品60的内外的温度均处于冰晶点温度。之后，通过采用速冷制冷模式(即第二制冷模式)对待冷冻食品60进行冷冻，有利于在磁场作用下加强待冷冻物品的过冷度，并且在磁场撤消后，提供较多的冷量以使待冷冻食品60快速脱离过冷却状态，进一步加速其内部水分结晶，从而使其温度进一步快速降至其最大冰晶生成带以下，进一步保存食品冷冻过程中的细胞完整性，大幅提高食品的冷冻品质。

本发明实施例的冷藏冷冻装置100还包括：红外温度传感器50和计时器(图中未示出)，其分别与冷藏冷冻装置100的主控板(图中未示出)电连接。红外温度传感器50用于实时检测(实时检测可以理解为以预设时间间隔采集)待冷冻食品60的温度。通常红外温度传感器50检测的是待冷冻食品60表面的温度。红外温度传感器50可将其检测到的温度发送至主控板，由主控板根据红外温度传感器50检测的温度控制计时器开始计时；然后计时器将其累计的时间发 送至主控板。主控板再根据红外温度传感器50检测的温度和计时器的计时控制制冷系统工作，并根据计时器的计时控制磁场发生装置的开启和关停。

特别地，本发明实施例还提供了用于上述任一实施例冷藏冷冻装置100的冷冻方法。图3是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻装置100的冷冻方法的示意性流程图。如图3所示，冷冻方法可包括步骤A-步骤D。

步骤A：向过冷冻间室12提供冷量，以将其中存放的待冷冻食品60的温度降至并保持在一第一预设温度一第一预设时间。

步骤B：继续向过冷冻间室12提供冷量；同时向过冷冻间室12提供匀强磁场，以使待冷冻食品60在磁场作用下进入过冷却状态。

步骤C：在向过冷冻间室12提供匀强磁场的时间达到一第二预设时间后继续向过冷冻间室12提供冷量，同时停止向过冷冻间室12提供匀强磁场，以使待冷冻食品60脱离过冷却状态，使其温度快速降至其最大冰晶生成带以下。

步骤D：继续向过冷冻间室12提供冷量，以将待冷冻食品60的温度降至其预设保存温度。

在步骤A之前，先将待冷冻食品60放置在过冷冻间室12中。

本发明通过将待冷冻食品60的温度降至并保持在冰晶点温度一第一预设时间，以使待冷冻食品60内外的温度均达到冰晶点温度；然后向过冷冻间室12提供匀强磁场，从而使待冷冻食品60在磁场作用下进入过冷却状态；进一步通过合理控制磁场作用时间，以在待冷冻食品60的过冷却程度较为合适时(即食品在过冷却状态下刚开始结晶时)关停磁场发生装置，从而使待冷冻食品60脱离过冷却状态，利用其过冷度以及冷量帮助其内部水分快速结晶，从而使其温度快速降至其最大冰晶生成带以下。由于本发明在待冷冻食品60内外的温度均达到冰晶点温度后施加磁场使其处于过冷却状态，并在待冷冻食品60过冷却程度较为合适时及时地将撤消磁场，从而良好了保存了食品冷冻过程中的细胞完整性，从而食品颜色鲜艳、解冻汁液流失少，提高食品的冷冻品质。

在优选的实施例中，在待冷冻食品60的温度保持在第一预设温度的时间达到第一预设时间之前，即在步骤A中，以第一制冷模式向过冷冻间室12提供冷量。在待冷冻食品60的温度保持在第一预设温度的时间达到第一预设时间之后直至待冷冻食品60的温度降至预设保存温度，即在步骤B、C、D中，持续以第二制冷模式向过冷冻间室12提供冷量。其中冷藏冷冻装置100工作于第二制冷模式时比其工作于第一制冷模式时向过冷冻间室12提供的冷量多。

本发明通过在待冷冻食品60内外的温度均达到冰晶点温度之前采用常规 制冷模式(即第一制冷模式)对待冷冻食品60进行冷冻，可使待冷冻食品60的内外温差小，以防止待冷冻物品的外部温度过低而先结晶，有利于待冷冻食品60的内外的温度均处于冰晶点温度。之后，通过采用速冷制冷模式(即第二制冷模式)对待冷冻食品60进行冷冻，有利于在磁场作用下加强待冷冻物品的过冷度，并且在磁场撤消后，提供较多的冷量以使待冷冻食品60快速脱离过冷却状态，进一步加速其内部水分结晶，从而使其温度进一步快速降至其最大冰晶生成带以下，进一步保存食品冷冻过程中的细胞完整性，大幅提高食品的冷冻品质。

在步骤A中，第一预设温度是与待冷冻食品60的冰晶点温度相关的参数。由于冰箱中保存的冷冻食品主要为肉类，而通常肉类的冰晶点大致为-2℃，相应地，第一预设温度可设置为-2℃左右。本申请的发明人经过对各种肉类进行大量实验发现，第一预设时间为60min-180min时，可使待冷冻食品60内外的温度均大致达到冰晶点温度。第一预设时间可进一步优选为100min-150min。

在步骤C中，当待冷冻食品60的内外的温度均处于冰晶点温度之后，采用速冷制冷模式对待冷冻食品60进行冷冻时，本申请的发明人经过对各种肉类进行大量实验发现，磁场施加的时间即第二预设时间为20min-120min时，有利于食品处于较为合适的过冷却状态。第二预设时间可进一步优选为50min-90min。

在一些实施例中，冷冻方法还包括：实时检测(实时检测可以理解为以预设时间间隔采集)待冷冻食品60的温度。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。