专利名称：装运容器臭氧系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及易腐食品的运输设备，更具体地涉及用于装运新鲜或冷冻食品 的制冷容器。
背景技术：
例如收割下的水果、蔬菜、花朵以及冷冻食物的易腐性农产品--般在制冷 的装运容器中运输。这些容器设计成通过卡车、铁路、航空或船只进行运输， 使消费者能一年四季享用来自世界各地多种多样的产品。
制冷本身是将农产品保鲜以延长其时间段并抑制腐败和微生物生长的有 效手段。然而，保鲜仅延缓这些微生物的生长而无法消灭它们，且在世界各地
装运的所有产品中多达20%的产品因腐败和腐烂而损耗。此外，某些新鲜产品 放出乙烯，这会促进装运过程中不想要的产品成熟。
其它保鲜是通过在受控气氛(CA)环境下存贮和运输产品来完成的，这 样做减缓了水果的呼吸和水果的成熟，导致保质期的延长。在一种CA环境下， 通常包围产品的气氛被替换成含氧水平较低的气体(相比空气中大约21%，其 目标一般为大约1一5%)，余量多半由氮和因呼吸产生的C02来补足。
更多的保护可通过使产品暴露于臭氧而获得。臭氧消灭微生物而不是仅仅 延缓其生长。臭氧还分解新鲜产品放出的乙烯，由此通过使产品在容器内的气 氛下较少地暴露于乙烯而延缓产品成熟。不会因反应而消耗的臭氧容易分解， 不会留下残留物。然而，由于用于制冷环境中的臭氧气体随着时间而分解，其 使用效率受分解速度和在围绕产品的气氛或CA气体下达到和保持所要求的臭 氧水平的难度的限制。
根据当前技术的臭氧发生器一般具有控制面板，用来接通和断开臭氧发生 并通过设定提供给发生器的电功率水平调整产生的臭氧量。然而，典型的臭氧发生器不包括用于测量输送给产品的臭氧量的装置，即使是有经验的工作人员 运作，臭氧也会以过高的浓度输送。结果，产品可能被"燃烧"、漂白或因过 高的臭氧剂量造成其它损害。另一方面，过低或未适时施加的臭氧无法形成充
分的产品保鲜。
容器环境的许多参数——例如温度、湿度、乙烯浓度或C02浓度——在成
熟过程中是关键的并还会影响最佳臭氧剂量。这些参数动态地变化。尽管现有
技术可监视和控制容器中的气氛的温度和湿度，但好像没有现有技术的系统能
监视和改变环境中的气体成分以控制产品的状态。另外，典型现有技术的臭氧 发生器不具有基于这些参数的实时确定或根据预定义程序来调整臭氧输送以
优化产品保鲜的装置。
在当前技术中，工作人员直接在发生器处激活和监视臭氧。这对于在容器 堆置场堆放在不可达位置的容器来说是麻烦的，如果容器在卡车或船上行进， 这样做是不可能的。另外，不直接访问臭氧发生器的话，则不可能获得臭氧施 加的状态和记录以及其它与产品相关的参数。无实时数据可获得，并且只能在 旅程结束后下载H志数据。因此，在旅程结束前无法对臭氧系统或产品的状态 进行检测或作用。
在当前技术中，不管容器的循环系统运行与否，在任何时候都注入臭氧。 在一些情形下，循环系统可能关断，同时制冷单元被解冻或暂时断电。在这种
情况下，继续允许高浓度(>lppm)的臭氧进入容器并与产品接触会导致损坏
和损耗。
制冷容器在电功率下运行并包含控制面板，该控制面板允许预设例如温 度、解冻循环等与制冷关联的工作参数。然而，为了保持制冷和对产品保鲜， 容器必须连续连接于电功率。在当前技术中， 一旦被装载并已处于旅途中， 则同样无法监视容器，或者无法确定冷却系统是否存在例如电力丧失或部件故
障之类的问题。无法远程监视和控制容器内的环境(包括温度，湿度，功率 状态，制冷系统功能，氧、二氧化碳、乙烯或臭氧水平，门的状态、空气交换 状态)或确定容器在世界各地的位置。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种提供制冷和臭氧处理的用于易腐产品的 装运容器。该容器包括适于装运的外壳；在外壳中形成含氧气体的循环流的 气体循环装置；用亍制冷含氧气体的制冷单元；臭氧发生器；用于将臭氧气体 注入外壳并混入气流的臭氧注入器；用于确定气流中的臭氧浓度的感测装置； 以及用于控制臭氧注入装置以在循环流中实现目标臭氧浓度的控制器。
本发明的其它实施例还可包括传感器，这些传感器除臭氧浓度外还感测再 循环气体、产品和容器本身的参数，例如气体温度和湿度、02、 C02和乙烯浓 度、产品温度、产品颜色、容器门状态、容器功率、容器位置、气载微粒和/ 或循环系统工作状态。
控制系统可基于包含基于传感器读数或预定曲线分布的规则的"处方"来 控制臭氧注入的时序、量和/或位置。本发明的一些实施例还具有安全措施和互 锁装置以保护产品和工人；例如，可在循环系统停止时停止臭氧产生。
本发明的实施例还可包括通信装置，该通信装置与外部设备进行通信以装 载用于臭氧控制、接通或断开臭氧、设定水平和/或下载状态和传感器读数。通 信装置可以是有线的或无线的，并可包括天线和设备以建立局域(短程)、无 线网络连接、藉由蜂窝网络的通信或藉由卫星链路的通信。
图1是示出根据本发明-- 个实施例的装运容器的垂直横截面的图。
具体实施例方式
本发明描述了用于运输因长时间段而容易腐败的任何食品的装运容器，其 腐败速度可通过制冷、臭氧处理或两者的结合而降低。尽管水果和蔬菜是尤为 关注的，然而本发明也可用于其它产品，包括但不局限于新鲜制品和其它农产 品、烹饪食物、冷冻食物(烹饪过的和未烹饪过的)以及其它产品和材料，它 们对食品装运领域内的技术人员来说是容易理解的。
容器本身可根据运输模式大范围地变化。容器的例子包括有轨机车、卡车拖车以及装载在海洋行驶的船只上的容器。本发明尤为适用于完全独立成套的 容器，并具有或者位于容器内部或者整个或部分地附连于容器外表面的臭氧传
感器、控制器和注入器。然而，本发明也可用于其它容器，例如货船的货舱或 具有永久安装的轴和轮子的制冷拖车。
除了制冷系统，容器包括容器中的气氛的循环系统，该系统包括风扇。该
气氛可以是RA (正常气氛)类型或CA (受控气氛)类型。在RA中，再循环 气体具有与正常气氛相似的含氧水平(大约21%) 。 CA环境-般氧气耗尽， 其典型含氧水平在1%—5%变动但有时高至15%，并富含氮和C02中。循环 系统也可包括可从封闭(不与外部环境中的空气混合)调整至开启(用来自外 部环境的新鲜空气高速地代替再循环空气)的通风口。通过稀释例如乙烯的不 想要气体可减少空气交换。
容器还可包括臭氧发生器，该发生器由包括臭氧发生单元与合适电源的至 少一个臭氧模块构成。可在发生器模块失效的情况下用于增加的臭氧输出或冗 余提供额外的臭氧模块。可用于本发明实践的臭氧注入器包括通过电晕放电将 气态氧转换成臭氧的臭氧发生器。利用电晕放电的该臭氧发生器是己知的并可 从市场上获得。其实例包括Ditzler，L.C的在1989年10月31日授权的 No.4,877,588美国专利中记载的、Ditzler，L.C等人的在1999年8月31日授权 的No.5，945，073美国专利中记载的以及Ditzler，L.C等人的在2002年4月16日 提交的No.6，372，096美国专利中记载的那些实例，所有这些文献均通过参见方 式包含于此。本发明的一个实施例利用并联的两个发生器，这两个发生器都是 电晕放电型的。
氧可作为空气或富含氧的空气提供，通过发生器形成臭氧一氧气或臭氧一 空气混合物。使空气或富含氧气的空气成为干燥空气可提高发生器中的臭氧产 生的水平。
臭氧发生器也可包括空气处理系统以将空气提供给臭氧模块，臭氧模块用 来消除微粒并执行其它有用的功能，例如使摄入空气中的水蒸汽减少和氧浓度 的增加。微粒会堵塞部件并减少臭氧输出，同时水对臭氧发生有不利的影响， 例如减少输出和腐蚀。氧浓度的增加导致臭氧浓度增加和更高的输出，这是合需的。在一个实施例中，空气处理系统包括微粒过滤器，并可包括吸附捕集器、 与热电冷却器配合使用的冷却捕集器、冷凝捕集器或PSA (压力摆动吸收)设 备以改变氧浓度并减少水蒸气。
还设置臭氧注入器以将臭氧注入在容器中再循环的气体。希望将臭氧注入 以产生相对高浓度的反应区，并且均匀地将臭氧与再循环气体混合，以发生乙 烯灭除反应。因此，臭氧可在两个或多个点注入。在一个实施例中，注入在高 于或低于循环系统中的每个风扇附近的位置进行。注入器可只有一个喷嘴(即， 使臭氧化的气体排出的开口)或横穿风扇横截面设有多个喷嘴。例如，注入器 可具有带多个喷嘴的杆或带多个喷嘴的圆形管段。
在一些实施例中，容器也可具有在排出臭氧发生器的气体混合物中稀释一
般具有高浓度(高于l卯m)的注入臭氧的装置。这种稀释是通过将臭氧化的 气体与容器中一定体积的气体或与引入到容器中的一定体积的空气或CA气体
混合而实现的。在一个实施例中，稀释装置是容器制冷系统的主循环，即臭氧 被注入到再循环气流中。在另外一些实施例中，臭氧分配系统可包括例如附加 的风扇、文氏管、喷嘴或连接于抽样发生器的输出的补充气体管线的其它稀释 装置。臭氧发生单元的输入和输出可内联于再循环气流，具有或不具有迫使气 体流过单元的辅助装置。臭氧发生单元输入管线也可直接连接于容器的空气 混合输入管线。
存在于所产生的富含臭氧的空气中的臭氧量应基于某些因素随着系统的 需要而变化，所述因素包括存贮在容器中的产品的性质、容器的体积容量以及 容器中的气体循环速度。在许多情形下，臭氧发生的合适速度是在注入的混合
气体中获得按体积计在大致80ppb和1.2ppm之间的臭氧浓度水平，其中注入 的混合气体具有在大致1—20立方英尺/小时(大约0.5 —大约10升/分钟)之 间的体积流量。电晕放电臭氧发生器一般产生按重量计在大致0.1%和大约10% 之间的浓度范围内的臭氧，其产生速度在大致O.Ol和10.0克/小时之间。
为了维持理想的臭氧浓度，可通过臭氧传感器测量循环气流中的臭氧。可 使用多种臭氧传感器并将它们用于多种实施例。 一种普遍使用类型的臭氧传感 器利用气相电化学单元，而其它则为利用金属复合物、金属氧化物或有机聚合物的固态传感器，再另外一些则基于化学发光或紫外线吸收。由于其灵敏性和 小尺寸，电化学单元式传感器可产生最佳的结果。
在一个实施例中，臭氧传感器位于注入臭氧点的下游和再循环气体首先与 产品接触的区域的上游。这种布置允许在臭氧化气流接触产品前对其进行测试 以确保臭氧浓度不超过致损极限。同时，可添加更高量的臭氧以增进注入区内 的乙烯灭除。
容器可进一步包括自动控制器，其使用测得的臭氧浓度来控制臭氧由注入 器加至循环气体的速度，以根据预设目标值或浓度曲线保持所要求的臭氧水 平。本发明还包括供控制器确定再循环风扇的状态并特别是在再循环风扇关闭 时减少或关闭臭氧产生或注入的手段。这可通过若干种方法来实现。在一个实 施例中，臭氧发生器或控制器连接于与风扇电源相同的电源，当不对风扇供电 时自动切断电源并因此切断臭氧产生。在其它实施例中，感测风扇操作或空气 运动的传感器或开关与臭氧化系统通信，当没有再循环时减少或停止臭氧化。
控制器也可与主制冷系统的通风系统通信并能够调整空气混合以达成对 例如乙烯和C02的不想要气体的稀释。这可例如通过空气通风拨盘的远端驱动 器或阀来实现。
如上所述，控制器可从臭氧传感器接收信号，将信号与编程的目标比较，
并将相应信号发射至注入器。在一些实施例中，目标臭氧浓度可在大致0.01ppm 至大约5.0ppm体积的范围内，并且将按体积计大致0.55ppm至2.0ppm的范围 是尤为有效的。当容器中的易腐食品包括放出乙烯的食品时，臭氧的需求起初 很高，但它随着乙烯分解而减少。在这些情形下的目标臭氧浓度因此随时间而 降低以与乙烯存在的量对应。在其它情形下，臭氧需求起初可通过低浓度来实 现，但在检测到乙烯或C02排放量增加时提高臭氧浓度。在又 一些其它情形下， 目标臭氧浓度可以是振荡值或脉动值，例如在大致1.0 — 5.0ppm的高水平和至 少低于该高水平约0.5ppm的低水平之间变动，在这里都按体积计。
所有这些目标浓度可通过可编程控制器轻易地实现。其实例包括例如由艾 伦一布瑞德累(Allen—Bradley)制造的那些PLC (可编程逻辑控制器)。或 者，可使用具有容易获得的仪器控制软件的计算机，例如来自国家仪器公司(National Instruments Corporation)的Lab View 。希望使控帝lj器具有小尺寸， 例如，控制器可基于具有一体的输入/输出功能的嵌入式微处理器，例如由微芯 科技(Microchip Technologies)制造的PIC处理器。某些控制器也可作为时间 的函数记录臭氧浓度并以容易存取的形式保留该记录。臭氧浓度和其它参数的 远端监视可通过将可编程控制器与例如全球定位系统、蜂窝电话系统、卫星电 话系统和其它业内已知系统的已知监视和传输系统组合起来而实现。
同上，循环气体典型为含氧气体，最方便的是空气，而通过将气体抽入电 晕放电臭氧发生器或其它臭氧发生器而从循环气体中的氧气生成臭氧。循环气 体的循环速度可根据容器的需要和容器中运输的产品的需要而变化。在一些应 用中，大致100—10,000立方英尺/分钟(大约50 — 5000升/秒)的循环速度可 提供最佳的效果。(本说明书中所有公制转换被舍入成最接近的整数)。在一 些情形下，可能含有微生物或乙烯的分解产物的空气从容器中放出并用其它空 气替代。当这种情况发生时，替代空气的体积流量可在大致1一50立方英尺/ 分钟(大约0.5 — 25升/秒)的范围内变化。
在本发明的其它实施例中也可包括附加的传感器，这些传感器通过测量诸 如湿度、温度、产品颜色、二氧化碳水平、分子氧、乙烯、氨和再循环气流中 的其它杂质或排出气体之类的各种因素来测量容器的状态和产品成熟的状态。 该信息可由控制器使用以调整臭氧浓度和包含温度、湿度和空气混合的容器环 境的其它参数。
容器还可包括与臭氧控制器通信的天线以及有线或无线发射装置。该无线 发射装置可包括例如卫星、蜂窝网络或无线局域网通信的一个无线通信信道， 以及确定位置的装置，在一个实施例中，它是GPS接收器。
当提供天线和发射装置时，容器可与静止基站通信。静止基站可具有用于 存贮由容器发送的数据的存储器且还包括用于发出控制信号的装置。该信号装 置也可执行其它功能，例如下载基于有关产品及其运输路线的信息的处方、通 知工作人员包括设备故障或失效的事件、产生含趋势图表(trendcharts)的质 量控制信息以及生成报告和付费信息。
容器的尺寸本身可大范围地变化。卡车上的制冷拖车例如具有大约l，OOO
12一10,000立方英尺(大约30 —大约300立方米)的容量，而用于海轮的装运容 器可具有大约500 —大约5,000立方英尺(大约150 —大约1500立方米)的体 积。在一些实施例中，容器具有内挡板、壁或其它流体控制导向结构以使循环 气流通过容器的所有部分，从而使所有产品都暴露于以基本上均匀的速度流动 的气体并因此使注入的臭氧基本上均匀地分布在整个包容的内部中。在其它实 施例中，在多个位置注入臭氧。
用于任何特定产品的合适制冷温度对本领域内技术人员来说是显而易见 的，尤其是对运输易腐食品和其它产品领域内的技术人员。温度一般取决于产 品，且非冰冻食品的温度一般在大致0。C至大约15。C的范围内变化。可使用一 般用于制冷容器的传统制冷单元。
可用的实施例在装运容器的构造和尺寸、制冷配置和臭氧相关部件的布置 以及工作条件方面可以有大范围的变化。对本发明作为一个整体的理解可从图 1所示并在下面阐述的一个特定实施例的描述中获得。
图1的装运容器11是隔离箱，其中易腐产品容纳在打开的板条箱12内， 所述板条箱堆放在隔离箱内并靠在带狭缝的底板13上。装运容器11中还包括 制冷盘管14、臭氧感测探测器15、臭氧入口 16和风扇17。制冷盘管14、臭 氧探测器15和风扇17通过空气流挡板18与板条箱12隔开。向盘管14提供 制冷剂的制冷单元21、包含臭氧探测器15的外部23的单元22、控制器24和 臭氧发生器25安装于隔离箱的外壁。所有这些单元是如上所述的。空气流的 方向由箭头表示；循环空气或夹带氧气的气体经过板条箱12和带狭缝的底板 13。电力通过公共供电线26被提供给制冷单元21和臭氧单元22。
前面的内容主要以示例目的给出。仍然落在本发明范围内的对单元、工作 条件和材料的进一步变化和修改对本领域内技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1.一种在制冷和抑制产品腐败的同时运输易腐产品的装运容器，所述装运容器包括适于装运的外壳；用于在所述外壳中产生含氧气体的循环流的气体循环装置；用于制冷所述含氧气体的制冷单元；臭氧发生器；用于将臭氧气体注入所述外壳内并使其进入所述气流的臭氧注入器；用于确定所述气流中的臭氧浓度的感测装置；以及用于控制所述臭氧注入装置以在所述循环流中实现目标臭氧浓度的控制器。
2. 如权利要求1所述的装运容器，其特征在于，所述臭氧注入器是电晕 放电臭氧发生器。
3. 如权利要求1所述的装运容器，其特征在于， 致IO—IO，OOO立方英尺/分钟之间的流率循环所述含氧气体
4. 如权利要求1所述的装运容器， 单元臭氧传感器。
5. 如权利要求1所述的装运容器，感器。
6. 如权利要求1所述的装运容器， 体积计大致0.01ppm和10ppm之间。
7. 如权利要求1所述的装运容器, 体积计大致0.05卯m和lppm之间。
8. 如权利要求1所述的装运容器， 段时间中连续减小。
9. 如权利要求1所述的装运容器, 段时间中连续增大。其特征在于 其特征在于 其特征在于 其特征在于 其特征在于 其特征在于所述气体循环装置以大 气体。所述感测装置是电化学 所述感测装置是光学传 所述目标臭氧浓度在按 所述目标臭氧浓度在按 所述目标臭氧浓度在一 所述目标臭氧浓度在一
10. 如权利要求1所述的装运容器，其特征在于，所述目标臭氧浓度基于 容器中的乙烯或C02浓度测量而被调整。
11. 如权利要求1所述的装运容器，其特征在于，所述目标浓度随着时间 在大致l.Oppm和5.0ppm之间的高水平和低于所述高水平至少大致0.5ppm的 低水平之间变动。
12. 如权利要求1所述的装运容器，其特征在于，还包括引导所述含氧气 体通过所述容器的流动的装置。
13. -种在装运期间保护易腐物品免于腐败的方法，所述方法包括 将所述易腐物品放置在包含循环气氛的装运容器中，其中所述易腐物品与所述循环气氛接触；将臭氧以动态调整的量添加至所述循环气氛中，以获得所述循环氛围中的 目标臭氧浓度。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述装运容器包括制冷系统。
15. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，添加臭氧至所述循环气氛 还包括经由与臭氧传感器联接的臭氧注入器注入臭氧，所述臭氧传感器与所述 循环气氛接触。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，添加臭氧至所述循环气氛 还包括将通过所述臭氧传感器检测到的臭氧水平与目标臭氧水平比较，并调整 由所述臭氧注入器注入的臭氧量以达到所述目标臭氧水平。
17. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括监视所述循环气氛 中的 一种或多种成分的水平。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，监视所述循环气氛的一种 或多种成分的水平还包括监视所述循环气氛中的乙烯的水平。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，添加臭氧至所述循环气氛 还包括至少部分地基于所述循环气氛中的乙烯水平调整所添加的臭氧量。
20. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括从所述臭氧传感器 发送信息至所述容器外部的位置，并根据从所述外部位置接收到的指令调整由所述臭氧注入器注入的臭氧量。
21. 如权利要求20所述的方法，其特征在于，经由卫星通信系统发送所 述信息。
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，经由蜂窝电话系统发送所 述信息。
23. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述装运容器包括增进所 述循环气氛与易腐物品的接触的流动控制导向结构。
24. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括调整所述循环气氛 的湿度水平。
25. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括将一部分所述气氛 从所述装运容器释放出，并用一种或多种气体代替所释放的气氛。
26. —种在装运期间使用臭氧保护易腐物品免于腐败的装运容器，所述装 运容器包含气氛并包括用于易腐物品的存贮区；使所述气氛循环通过所述存贮区以使所述气氛接触所述易腐物品的循环 系统；用于将臭氧添加至所述循环气氛的臭氧注入器； 用于测量所述循环气氛中的臭氧水平的臭氧传感器；联接于所述臭氧传感器并联接于所述臭氧注入器的控制器，用于将测得的 臭氧水平与目标臭氧水平进行比较，并调整由所述臭氧注入器添加的臭氧量以 达到所述目标臭氧水平。
27. 如权利要求26所述的装运容器，其特征在于，还包括将信息发送至 远程位置并从所述远程位置接收指令的通信系统。
28. 如权利要求26所述的装运容器，其特征在于，还包括制冷系统。
29. 如权利要求26所述的装运容器，其特征在于，还包括用于监视所述 装运容器中的气氛成分的水平的传感器。
30. 如权利要求29所述的装运容器，其特征在于，所述传感器是监视所 述装运容器中的气氛中的乙烯水平的传感器。
31. 如权利要求30所述的装运容器，其特征在于，所述控制器也至少部 分地基于来自所述乙烯传感器的信息调整由所述臭氧注入器提供的臭氧添加。
32. 如权利要求29所述的装运容器，其特征在于，所述传感器是用于监 视所述装运容器中的气氛中的C02水平的传感器。
33. 如权利要求30所述的装运容器，其特征在于，所述控制器还至少部分地基于来自所述C02传感器的信息来调整由臭氧注入器提供的臭氧添加。
34. 如权利要求26所述的装运容器，其特征在于，还包括流动控制导向 结构以增进所述循环气氛与易腐物品的接触。
全文摘要
披露一种包含持续循环空气或含氧气体的制冷容器，其中注入臭氧以对长时间保存时容易腐败的易腐食品进行保鲜。循环空气中的臭氧含量持续受到臭氧传感器的监视并通过控制器基于来自臭氧传感器和其它传感器的信号对臭氧注入的量和速度进行连续调整。
文档编号B01J19/08GK101626826SQ200780051914
公开日2010年1月13日 申请日期2007年11月16日 优先权日2006年12月29日
发明者A·瓦伦丁, D·寇普, H·王, M·韦伯, P·狄克, R·侯伯乐尔 申请人:净鲜股份有限公司