具有超声辅助冻结装置的冰箱及其冷冻控制方法与流程

1.本发明涉及冷藏冷冻装置领域，特别是涉及一种具有超声辅助冻结装置的冰箱及其冷冻控制方法。


背景技术：

2.肉类食品存放在冰箱的冷冻储物空间内，随着保存时间的增长，会出现颜色暗淡，汁液流失，从而保存质量下降，影响使用口感。
3.为了提高肉类的保存效果，现有技术中出现了应用于冰箱的速冻方案。速冻可以有效地提高食品冷冻的品质。但是一方面，速冻方案一般需要增加速冷盘或者大比热容的冷冻介质(如速冻液、蓄冷剂等溶液)，在冰箱中应用较为困难。另一方面速冻会导致冷冻储物温度的波动增大，特别是在化霜过程中，可能出现结晶被破坏后重新结晶的情况，这会对食物产生新的破坏。
4.因此，现有技术的冰箱针对肉类的长期高质量存储，仍然缺乏有效的解决手段。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于低温空间的超声辅助冻结装置及冰箱。
6.本发明的一个目的是要利用超声波促进晶核形成，促进降温结晶速度。
7.本发明另一个进一步的目的是要避免或降低超声波发生器对制冷过程的干扰。
8.特别地，本发明提供了一种冰箱的冷冻控制方法，冰箱的冷冻储物空间内设置有超声辅助冻结装置，该超声辅助冻结装置包括：用于承载待冻结物的托盘以及安装于托盘底部外侧的一个或多个超声波发生器，托盘中形成有容装有隔层介质的隔层空腔。
9.冰箱的冷冻控制方法包括：获取待冻结物的温度；判断待冻结物的温度是否属于预设的冻结温度范围；若是，控制超声波发生器周期运行，超声波发生器产生的至少一部分超声波透过隔层介质施加至待冻结物，从而使得待冻结物在超声波的作用下结晶。
10.可选地，在控制超声波发生器周期运行的步骤之后还包括：判断待冻结物的温度是否低于冻结温度范围的最低值；在待冻结物的温度低于冻结温度范围的最小值后，控制超声波发生器关闭。
11.可选地，在控制超声波发生器周期运行的步骤还包括：获取超声波发生器预设的默认参数，默认参数包括以下任意一项或多项：超声信号的频率、超声信号的声强、运行周期时长、每个运行周期内的启动时长；以及控制超声波发生器按照默认参数运行。
12.可选地，在控制超声波发生器周期运行的过程中还包括：获取待冻结物的降温速度；根据降温速度对默认参数进行调整，并控制超声波发生器以调整后的参数运行。
13.可选地，根据降温速度对默认参数进行调整的步骤包括：在降温速度小于预设的降温速度阈值的情况下，对默认参数进行以下调整：
14.降低超声信号的声强；和/或
15.延长运行周期时长；和/或
16.缩短每个运行周期内的启动时长。
17.可选地，获取待冻结物的温度的步骤包括：获取设置在托盘上的托盘温度检测装置的检测值，并将检测值作为待冻结物的温度。
18.可选地，托盘温度检测装置设置于隔层空腔内，并安装为其感温头位于隔层介质中，以利用隔层介质的温度确定待冻结物的温度。
19.可选地，冰箱还包括间室温度检测装置，间室温度检测装置用于检测冷冻储物空间内的空间温度；在控制超声波发生器周期运行的过程中还包括：将待冻结物的温度与空间温度进行比较；若待冻结物的温度与空间温度的温差高于预设的第一温差阈值，控制超声波发生器的运行参数进行以下调整：降低超声波发生器产生的超声信号的声强；和/或延长超声波发生器的运行周期时长；和/或缩短每个运行周期内的启动时长。
20.可选地，在将待冻结物的温度与空间温度进行比较的步骤之后还包括：若待冻结物的温度与空间温度的温差高于预设的第二温差阈值，则控制超声波发生器关闭，第二温差阈值大于第一温差阈值。
21.根据本发明的另一个方面，还提供了一种具有超声辅助冻结装置的冰箱，其包括：控制器，其包括存储器以及处理器，存储器内存储有控制程序，控制程序被处理器执行时用于实现上述任一种冰箱的冷冻控制方法；超声辅助冻结装置，设置于冰箱的冷冻储物空间内，并且包括：托盘，用于承载待冻结物，其内部形成有容装有隔层介质的隔层空腔；一个或多个超声波发生器，安装于托盘底部外侧。
22.本发明的具有超声辅助冻结装置的冰箱及其冷冻控制方法，超声辅助冻结装置的托盘中形成有容装有隔层介质的隔层空腔，使得超声波发生器与待冻结物之间具有隔层介质，利用隔层介质一方面可以保证待冻结物的温度保持平滑且稳定地变化，待冻结物受冷均匀，避免内部质地被破坏，提高了储藏品质；另一方面，隔层介质还能够吸收超声波发生器工作时产生的热量，对超声波发生器有散热作用，保证超声波发生器工作的可靠性，减少或避免超声波发生器对于制冷的影响。冷冻控制方法进一步在待冻结物的温度属于预设的冻结温度范围时，控制控制超声波发生器周期运行，将超声波发生器产生的至少一部分超声波透过隔层介质施加至待冻结物，从而使得待冻结物在超声波的作用下结晶。超声波的空穴效应不仅可以促进晶核的形成，加速内部的传热，提高降温速度，还可以破碎较大的冰晶，形成小而均匀的冰晶，减少对细胞的损伤。超声波发生器的控制方案可以提高上述超声波的实际效果，大大提高了肉类食物的储藏质量。
23.进一步地，本发明的具有超声辅助冻结装置的冰箱及其冷冻控制方法，根据待冻结物的降温速度对超声波发生器预设的运行参数进行调整，避免超声波发生器运行过程中释放的热量导致温度波动。
24.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
25.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明
的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
26.图1是根据本发明一个实施例的具有超声辅助冻结装置的冰箱的示意图；
27.图2是根据本发明一个实施例的冰箱中超声辅助冻结装置的部件分解图；
28.图3是根据本发明一个实施例的冰箱中超声辅助冻结装置的剖面图；
29.图4是根据本发明一个实施例的具有超声辅助冻结装置的冰箱的示意框图；以及
30.图5是根据本发明一个实施例的冰箱的冷冻控制方法的示意图；以及
31.图6是根据本发明一个实施例的冰箱的冷冻控制方法的流程图。
具体实施方式
32.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
33.为解决上述问题，本实施例提供了一种具有超声辅助冻结装置的冰箱10。图1是根据本发明一个实施例的具有超声辅助冻结装置的冰箱10的示意图。该冰箱10一般性地可以包括箱体200，箱体200内形成有一个或多个储物间室210，储物间室210根据制冷温度可以被配置成形成冷冻储物空间、冷藏储物空间、变温储物空间等。具体的储物间室210的数量、功能、布局方式可以根据需求进行配置。其中冷冻储物空间211可将存储温度配置为-8℃至-25℃(具体温度范围可以根据需要进行调整)，从而使得放置于冷冻储物空间211的储藏物在冷冻状态下进行保存。
34.上述冷冻储物空间211具体构造可以根据需要进行设置，在图1所示的实施例中，冷冻储物空间211构造为用于容纳抽屉212。该结构仅为举例，在实施时，本领域技术人员可以根据需要将冷冻储物空间211配置为其他形式的构造。
35.冷冻储物空间211内设置有超声辅助冻结装置100。图2是根据本发明一个实施例的冰箱10中超声辅助冻结装置100的部件分解图，图3是根据本发明一个实施例的冰箱10中超声辅助冻结装置100的剖面图。该超声辅助冻结装置100可以包括用于承载待冻结物的托盘110以及安装于托盘110底部外侧的一个或多个超声波发生器120，托盘110中形成有容装有隔层介质130的隔层空腔。托盘110可以包括顶盘111以及底座112，两者罩扣以形成隔层空腔。托盘110整体作为抽屉212的底板。
36.在一些可替代实施例中，托盘110可以为具有其他形状的容器，容器的腔壁中空，形成隔层空腔。超声辅助冻结装置100可以贴靠设置于容器的外侧，并且超声波发生器120受控地产生超声波，至少一部分超声波可以透过隔层介质130施加至待冻结物上，以促使待冻结物冻结。
37.隔层介质130一方面可以保证待冻结物的温度保持平滑且稳定地变化，待冻结物受冷均匀，避免内部质地被破坏，提高了储藏品质；另一方面，隔层介质130还能够吸收超声波发生器120工作时产生的热量，对超声波发生器120有散热作用，保证超声波发生器120工作的可靠性，减少或避免超声波发生器120对于制冷的影响。超声波的空穴效应不仅可以促进晶核的形成，加速内部的传热，提高降温速度，还可以破碎较大的冰晶，形成小而均匀的冰晶，减少对细胞的损伤。从而本实施例中的超声辅助冻结装置100大大提高了待冻结物的
储藏质量。
38.超声波发生器120产生的超声信号的声强可以被设置成处于0.05w/cm2至2w/cm2之间，例如0.05w/cm2、1w/cm2或者2w/cm2等，经过测试，上述声强可以实现对待冻结物的作用，达到较好的冷冻效果。
39.隔层介质130可以选用较大比热容的蓄冷剂，例如蓄冷凝胶等，优选溶液或者半凝固介质，其作用为缓冲待冻结物的降温速度，避免温度剧烈变化。此外隔层介质130还可以对超声波发生器120进行冷却，从而避免超声波发生器120运行过程散发的热量影响冰箱制冷。另外，隔热介质还可以使得超声信号更加均匀地释放到待冻结物。
40.隔热介质的凝固温度可以为-40至0℃之间，例如，-40℃、-20℃或者0℃等。隔层介质130的比热容可以为1至5kj/(kg
·
k)之间，例如1kj/(kg
·
k)、3kj/(kg
·
k)或者5kj/(kg
·
k)等。此外，该隔层介质130的选用还应当需要考虑其危险性、可燃性、无毒性等属性，以提高安全性。
41.托盘110内部用于容装有隔层介质130，其顶盘111上方用于放置待冻结物，为了保证待冻结物可以充分与隔层介质130接触。顶盘111可以形成多个凹腔113，利用凹腔113的腔壁充分接触待冻结物。凹腔113的深度需要保证其与超声波发生器120间隔一定厚度的隔层介质130(例如1-50mm)。
42.图4是根据本发明一个实施例的具有超声辅助冻结装置100的冰箱10的示意框图。该具有超声辅助冻结装置100的冰箱10还可以设置有控制器300、托盘温度检测装置330、间室温度检测装置340等。
43.控制器300包括存储器320以及处理器310，存储器320内存储有控制程序321，控制程序321被处理器310执行时用于实现本实施例的冰箱的冷冻控制方法。控制器300与超声波发生器120信号连接，用于向超声波发生器120提供控制信号，从而启停超声波发生器120以及调节超声信号的声强、频率等参数。控制器300可以集成于冰箱10的主控板上，也可以邻近于超声波发生器120单独设置。控制器300进一步可以与冰箱10的主控装置信号连接，向主控装置提供超声波发生器120的运行状态，并接收来自于主控装置的控制指令。
44.控制器300可以由各种具有一定数据处理能力的器件实现，在一个典型的配置中，控制器300可以包括处理器310、存储器320、输入/输出接口等。
45.本实施例的冰箱的冷冻控制方法使用待冻结物的温度作为超声波发生器120的控制依据。检测待冻结物的温度可以通过各种温度检测装置来实现，例如红外温度传感器等。在一些优选实施例中，可以使用设置在托盘110上的托盘温度检测装置330检测待冻结物的温度。由于托盘110本身与待冻结物直接接触，其内部具有隔层介质130，其温度可以准确地反映待冻结物的温度。
46.托盘温度检测装置330可以设置于隔层空腔内，并安装为其感温头位于隔层介质130中，以利用隔层介质130的温度确定待冻结物的温度，从而可以更加准确地得到待冻结物的温度，从而得到准确的控制依据。
47.间室温度检测装置340用于检测冷冻储物空间211内的空间温度，空间温度可以作为冷冻储物空间211的制冷控制依据，其反映了冷冻储物空间211温度状态，但是由于待冻结物的制冷需要时间，并且受到放入时间、超声波发生器120运行状态的影响。冷冻储物空间211内的空间温度可能与待冻结物的温度出现偏差。
48.图5是根据本发明一个实施例的冰箱的冷冻控制方法的示意图，该冰箱的冷冻控制方法一般性地可以包括：
49.步骤s502，获取待冻结物的温度。待冻结物的温度可以通过获取设置在托盘110上的托盘温度检测装置330的检测值得到。托盘温度检测装置330的检测值直接作为待冻结物的温度。在一些实施例中托盘温度检测装置330可以设置于隔层空腔内，并安装为其感温头位于隔层介质130中，以利用隔层介质130的温度确定待冻结物的温度，由于托盘110本身与待冻结物直接接触，隔层介质130的温度可以准确地反映待冻结物的温度，从而得到准确的控制依据。
50.步骤s504，判断待冻结物的温度是否属于预设的冻结温度范围。冻结温度范围可以根据待冻结物的实际结晶温度进行设置，例如可以设置为2度至-10度。该冻结温度范围是待冻结物形成结晶的主要温度，其冻结速度、结晶情况直接影响了待冻结物的冷冻品质。
51.步骤s506，若待冻结物的温度属于预设的冻结温度范围，控制超声波发生器120周期运行。也即超声波发生器120仅在待冻结物进行冻结的过程中施加超声波信号。本实施例的控制方法中，控制超声波发生器120周期运行，也即超声波发生器120在运行一段时间后，停机一段时间，然后重新运行，以启动、暂停、启动、暂停的周期方式运行。这样的周期运行方式，又可以成为脉冲式运行，一方面避免了超声波发生器120持续工作的发热，另一方面经过实际测试，这种方式也得到了意想不到的技术效果，既可以促进晶核的形成，又破碎了较大的冰晶，其冷冻效果甚至优于持续施加超声波的情况。
52.在控制超声波发生器120周期运行的步骤之后还可以判断待冻结物的温度是否低于冻结温度范围的最低值；在待冻结物的温度低于冻结温度范围的最小值后，控制超声波发生器120关闭。也即当待冻结物基本完成结晶冻结过程后，超声波发生器120停机，避免影响待冻结物的正常冷冻存储。
53.超声波发生器120的运行周期参数可以为预设参数，例如开启1-60秒，停机1-60分钟，具体地，周期参数可以设置为启动1-5秒停机1分钟、或者启动1-5秒停机5分钟、或者启动1-5秒停机10-60分钟。具体的周期参数可以根据冰箱10的制冷能力等因素进行配置。
54.步骤s506控制超声波发生器120周期运行的步骤具体可以为获取超声波发生器120预设的默认参数，默认参数包括以下任意一项或多项：超声信号的频率、超声信号的声强、运行周期时长(完成一次启动停机的总时长)、每个运行周期内的启动时长(一次启动运行的时长)；以及控制超声波发生器120按照默认参数运行。例如超声信号的频率可以设置为20khz-60khz、超声信号的声强可以设置为0.05-2瓦每平方厘米。在一些可选实施例中超声信号的频率、超声信号的声强可以根据待冻结物的种类、重量等进行调整。
55.一些实施例还可以在控制超声波发生器120周期运行的过程中对待冻结物的状态对参数进行调整。一种调整的方式为：获取待冻结物的降温速度；根据降温速度对默认参数进行调整，并控制超声波发生器120以调整后的参数运行。通过调整超声波发生器120的参数，可以保证待冻结物的降温速度更加平稳，减小冻结温度的波动对冷冻过程的影响，进一步提高冷冻质量。
56.根据降温速度对默认参数进行调整的具体方式可以包括：在降温速度小于预设的降温速度阈值的情况下，对默认参数进行以下调整：降低超声信号的声强；和/或延长运行周期时长；和/或缩短每个运行周期内的启动时长。也即在降温速度低于降温速度阈值时，
适当减小超声波发生器120释放的热量。相应地，在降温速度提高时，也可以提高超声信号的声强；降低运行周期时长；延长每个运行周期内的启动时长，从而提高超声信号的强度。上述参数的调整，可以选择其中的一项进行调整，或者同时对多项参数进行调整，例如单独提高或者降低超声信号的声强，又例如在延长运行周期时长同时缩短每个运行周期内的启动时长(也即既增长超声波发生器120的间隔时长，又缩短超声波发生器120的运行时长)，或者在缩短运行周期时长同时增长每个运行周期内的启动时长(也即既缩短超声波发生器120的间隔时长，又增长超声波发生器120的运行时长)。
57.上述步骤中的降温速度阈值可以根据待储藏物的正常冻结速度进行设置。降温速度大于降温速度阈值的情况下，可以判定待储藏物的冷冻速度过慢。
58.间室温度检测装置340用于检测冷冻储物空间211内的空间温度。在控制超声波发生器120周期运行的过程中还可以将待冻结物的温度与空间温度进行比较。若待冻结物的温度与空间温度的温差高于预设的第一温差阈值，也可以认为超声波发生器120可能对冷冻过程产生了不良影响，此时可以控制超声波发生器120的运行参数进行以下调整：降低超声波发生器120产生的超声信号的声强；和/或延长超声波发生器120的运行周期时长；和/或缩短每个运行周期内的启动时长。也即通过适当减小超声波发生器120释放的保证待冻结物的降温速度更加平稳。上述参数的调整也可以选择其中的一项进行调整，或者同时对多项参数进行调整，该参数调整方式与降温速度小于预设的降温速度阈值的调整方式类似，在此不做赘述。
59.如果出现待冻结物的温度与空间温度的温差高于预设的第二温差阈值的情况，则控制超声波发生器120关闭。该第二温差阈值大于第一温差阈值，用于进行对待冻结物的异常温度状态进行告警提示。在冻结过程中，冻结物的温度与空间温度互相影响，在正常状态下，温差应该在一定的范围内，如果出现温差过大(也即温差高于第二温差阈值)的情况，可以认定超声辅助冻结装置100出现工作异常(例如隔层介质130泄露、超声波发生器120故障等)。
60.本实施例的具有超声辅助冻结装置100的冰箱10及其冷冻控制方法，超声波发生器120与待冻结物之间具有隔层介质130，利用隔层介质130一方面可以保证待冻结物的温度保持平滑且稳定地变化，待冻结物受冷均匀，避免内部质地被破坏，提高了储藏品质；另一方面，隔层介质130还能够吸收超声波发生器120工作时产生的热量，对超声波发生器120有散热作用，保证超声波发生器120工作的可靠性，减少或避免超声波发生器120对于制冷的影响。冷冻控制方法进一步在待冻结物的温度属于预设的冻结温度范围时，控制控制超声波发生器120周期运行，将超声波发生器120产生的至少一部分超声波透过隔层介质130施加至待冻结物，从而使得待冻结物在超声波的作用下结晶。超声波的空穴效应不仅可以促进晶核的形成，加速内部的传热，提高降温速度，还可以破碎较大的冰晶，形成小而均匀的冰晶，减少对细胞的损伤。超声波发生器120的控制方案可以提高上述超声波的实际效果，大大延长了肉类食物的储藏质量。
61.图6是根据本发明一个实施例的冰箱的冷冻控制方法的流程图，该冰箱的冷冻控制方法一般性地可以包括：
62.步骤s602，获取待冻结物的温度以及冷冻储物空间211的空间温度；
63.步骤s604，待冻结物的温度是否到达冻结温度范围，例如在新放入待冻结物或者
冰箱启动后，待冻结物温度下降到2度或者0度(具体数值可调整，一般设置为待冻结物开始结晶的温度)，又或者在待冻结物持续冷冻储藏过程中，待冻结物后温度高于零下10度或者零下15度(具体数值可调整，一般设置为重新启动制冷的温度)；
64.步骤s606，获取超声波发生器120的运行参数，运行参数包括：超声信号的声强、超声信号的频率、运行周期时长、每个运行周期内的启动时长等等。例如超声信号的频率可以设置为20khz-60khz、超声信号的声强可以设置为0.05-2瓦每平方厘米，周期参数可以设置为启动1-5秒停机1分钟、或者启动1-5秒停机5分钟、或者启动1-5秒停机10-60分钟。具体的参数可以根据冰箱10的制冷能力等因素进行配置。
65.步骤s608，控制超声波发生器120按照运行参数运行；
66.步骤s610，判断是否出现调整参数的触发事件。调整参数的触发事件可以包括：待冻结物的降温速度小于预设的降温速度阈值；待冻结物的温度与空间温度的温差高于预设的第一温差阈值等等。
67.步骤s612，调整超声波发生器120的运行参数，例如在需要降低超声波发生器120的发热时，降低超声波发生器120产生的超声信号的声强；和/或延长超声波发生器120的运行周期时长；和/或缩短每个运行周期内的启动时长。又例如需要提高超声信号强度时，提高超声波发生器120产生的超声信号的声强；和/或缩短超声波发生器120的运行周期时长；和/或增长每个运行周期内的启动时长。
68.步骤s614，判断是否出现关闭超声波发生器120的触发事件。关闭超声波发生器120的触发事件包括待冻结物的温度下降至冻结温度范围的最小值(例如-15度或-18度)、出现待冻结物的温度与空间温度的温差高于预设的第二温差阈值(确定待冻结物温度异常)
69.步骤s616，关闭超声波发生器120。
70.经过对试制样品的实际使用，本实施例的具有超声辅助冻结装置100的冰箱10及其冷冻控制方法，大大延长了肉类食物的储藏质量和储藏时间。
71.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。