CN102519198B - 具有深冷功能的小型制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种具有深冷功能的小型制冷装置，主要由主机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器组、回气管及储液器构成制冷循环回路，箱体上设有控制器总成、温区及其温度传感器，所述的蒸发器组包括串联设置的至少两个蒸发器，每个蒸发器对应不同的温区；毛细管和回气管紧贴并进行热交换，毛细管和蒸发器之间设有双稳态电磁阀，蒸发器与蒸发器之间也设有双稳态电磁阀，每个蒸发器上并联一个单向电磁阀；温度传感器、双稳态电磁阀和单向电磁阀均连接在控制器总成上。本发明较好解决目前家庭使用的小型制冷装置冷冻保藏时间短、营养成分流失和不能进行深冷保藏和深冷干燥的问题。

Description

具有深冷功能的小型制冷装置

技术领域

本发明涉及一种具有多个温区并能实现各个温区温度可调，形成多种组合节能运行模式的制冷装置，包括冰柜、冰箱、展示柜、医疗储藏柜（箱）、生物制品储藏柜（箱）及小型冷库等。

背景技术

1920年世界上第一台速冻食品机在美国试制成功后,速冻食品以其简便、成本较低而得到应用。中国速冻食品起步于20世纪80年代，目前已经成为食品行业最具竞争力的领域。在家庭制作和冷冻保藏速冻食品主要依靠冰柜、冰箱等小型制冷装置。

冷冻保藏速冻食品是将需速冻的食品如果蔬原料、肉类等，经过适当的处理，急速冷冻，然后在-18℃左右的低温中保藏，不同食物保藏温度不同。冷冻保藏是较为理想的食品保藏方法，食物组织中的水分、汁液基本不会流失，可保持食品原有品质如风味和营养素等，而且在低温下，微生物基本上不会繁殖，食品安全有保证。该方法以低温环境来保存食品，使食品内部的热或支持各种化学活动的能量降低，同时将细胞部分游离水冻结，降低水分活度；该方法不借助任何防腐剂和添加剂，使食品营养成分最大限度的保存下来，具有食品原味、方便、健康、卫生、营养、实惠等好处，同时具有较好复原性，在-12～-23℃环境温度中保藏期2周左右。

食品冷冻程度和速度影响冷冻保藏效果，当温度急剧下降到-20～-30℃时，食品中所有生化变化和胶体变性几乎完全处于停顿状态。急速冷却时食品中水分能迅速转化成过冷状态，避免结晶形成固态玻璃体，就可能避免因介质内水分结冰所遭受的破坏作用。只有迅速冻结把食品的冻结体保持在-18℃以下环境中，才能得到稳定的食品质构，才能得到高质量的制品。另外，大多数微生物在低于0℃温度下的活动可被抑制；霉菌和酵母比细菌耐低温的能力更强，但低温下其生育及活动逐渐减弱。一般的冷冻不能全部杀死霉菌、酵母和细菌，仍会有部分存留在食物组织中，一旦解冻，只要温湿度合适，残存的微生物活动加剧，造成食物腐烂变质。所以仅具有温区为-15～-18℃的常规冷冻保藏仍有缺陷，不能满足食物保藏及人们需要。采用更低温度的深冷保藏就显得十分必要，是冷冻保藏的重要补充，对食物保藏具有重大的现实意义。

深冷保藏可使肉类等食品快速冷冻从而达到快速保鲜、营养保鲜、完美保鲜的目的。根据食物保鲜需要调节和控制温度，可使食物快速通过冰晶生成带，减少损害食物细胞，有效防止营养成分流失，持久保持食物新鲜。从物理学角度讲，低于-100℃才能算深冷，这个温度家用设备完全用不上。某企业标准《家用深冷冷藏冷冻箱》界定了深冷是指在一定时间范围和区间内，温度从-18℃速降至-40℃，这样以来深冷技术才从国防、医疗和科研领域转为民用。

目前，食品行业深冷区单独设置，而作为家庭使用的小型制冷装置没有深冷区，不能进行深冷保藏，更不能进行深冷干燥。家庭使用的小型制冷装置仅具有-15～-18℃的常规冷冻保藏功能，具有冷藏区和冷冻区，个别具有冰温区，这样的三温区小型制冷装置不能很好适应中国生活方式，况且在-12～-23℃环境温度中的常规冷冻制品保藏期仅2周左右。由于冷冻保藏时间较短，冷冻区在内陆地区用处不大，多数情况闲置不用。

目前，我国深冷家用制冷装置研究几乎处于空白，洋品牌一直占据统治地位，世界上仅日本、美国、德国、丹麦等少数几个国家可以生产-140℃至-150℃低温领域家用制冷设备，其价格非常昂贵。我国家庭使用的小型制冷装置在-18～-40℃温区的研究还在积极探索之中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的不足而提供一种具有深冷功能的小型制冷装置，包括深冷区在内的四个温区（深冷区-18～-40℃、冷冻区-15～-18℃、冰温区-7～-10℃、冷藏区0～10℃），且各个温区温度可以随设备负荷变化进行调节形成多种组合节能运行模式, 既满足消费者多方需求,又达节能目的制冷装置。

为了解决上述技术问题采用以下技术方案：一种具有深冷功能的小型制冷装置，主要由主机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器组、回气管及储液器构成制冷循环回路，箱体上设有控制器总成、温区及其温度传感器，所述的蒸发器组包括串联设置的至少两个蒸发器，每个蒸发器对应不同的温区；毛细管和回气管紧贴并进行热交换，毛细管和蒸发器之间设有双稳态电磁阀，蒸发器与蒸发器之间也设有双稳态电磁阀，每个蒸发器上并联一个单向电磁阀；温度传感器、双稳态电磁阀和单向电磁阀均连接在控制器总成上。

所述温区包括深冷区、冷冻区、冰温区、冷藏区；各个温区温度随设备负荷变化可调，其中冰温区、冷冻区、深冷区之间可相互转换。

所述深冷区温度范围-18～-40℃；深冷区、冷冻区、冰温区、冷藏区相对独立或深冷区套在冷冻区内，各温区具有对应温度传感器，分别测量各个温区的温度。

冷藏区温度控制主机运行，深冷区、冷冻区、冰温区的温度控制双稳态电磁阀及单向电磁阀通断，实现三级分流，决定制冷剂是否流经深冷区蒸发器、冷冻区蒸发器及冰温区蒸发器。

所述的蒸发器组包括深冷区蒸发器、冷冻区蒸发器、冰温区蒸发器、冷藏区蒸发器，分别设置在深冷区、冷冻区、冰温区、冷藏区。

毛细管紧贴回气管到达冷藏区蒸发器的末端，返回的毛细管仍紧贴回气管进入深冷区蒸发器；在毛细管和深冷区蒸发器之间设置双稳态电磁阀I，在深冷区蒸发器和冷冻区蒸发器之间设置双稳态电磁阀II，在冷冻区蒸发器和冰温区蒸发器之间设置双稳态电磁阀III；在毛细管和深冷区蒸发器的末端之间设置由单向电磁阀I控制的支路，在深冷区蒸发器的末端和冷冻区蒸发器的末端之间设置由单向电磁阀II控制的支路，在冷冻区蒸发器的末端和冰温区蒸发器的末端之间设置由单向电磁阀III控制的支路。

本发明较好解决目前家庭使用的小型制冷装置冷冻保藏时间短、营养成分流失和不能进行深冷保藏和深冷干燥问题,提供了具有深冷区、冷冻区、冰温区及冷藏区等四个温区且各个温区温度可调形成多种组合节能运行模式的小型制冷装置, 既可进行深冷保藏,延长冷冻保藏期，增加冷冻保藏品种类，又可进行深冷干燥，将人参、花粉、蜂王浆及茶叶、水果、蔬菜及肉类等制成片状干货深冷制品，重量减轻、便于携带，满足消费者的多方需求。

附图说明

图1为本发明具有深冷功能的小型制冷装置制冷系统结构示意图。

图2为本发明具有深冷功能的小型制冷装置电气控制图。

具体实施方式

如图1所示，具有深冷功能的小型制冷装置，主要由主机1、冷凝器3、干燥过滤器2、毛细管14、深冷区蒸发器5、冷冻区蒸发器7、冰温区蒸发器9、冷藏区蒸发器12、回气管15及储液器16构成制冷循环回路；箱体上设有深冷区、冷冻区、冰温区、冷藏区及其温度传感器18和控制器总成17。毛细管14紧贴回气管15到达冷藏区蒸发器12的末端，返回的毛细管14仍紧贴回气管15进入深冷区蒸发器5；在毛细管14和深冷区蒸发器5之间设置双稳态电磁阀I 4，在深冷区蒸发器5和冷冻区蒸发器7之间设置双稳态电磁阀II 6，在冷冻区蒸发器7和冰温区蒸发器9之间设置双稳态电磁阀III 8；在毛细管14和深冷区蒸发器5的末端之间设置由单向电磁阀I 13控制的支路，在深冷区蒸发器5的末端和冷冻区蒸发器7的末端之间设置由单向电磁阀II 11控制的支路，在冷冻区蒸发器7的末端和冰温区蒸发器9的末端之间设置由单向电磁阀III 10控制的支路。

深冷区、冷冻区、冰温区、冷藏区相对独立或深冷区套在冷冻区内，每个温区各有一个温度传感器18，分别测量各个温区的温度。冷藏区温度控制主机运行并具有快速冷冻功能；深冷区温度控制双稳态电磁阀I及单向电磁阀I通断，实现一级分流，决定制冷剂是否流经深冷区蒸发器；冷冻区温度控制双稳态电磁阀II及单向电磁阀II通断，实现二级分流，决定制冷剂是否流经冷冻区蒸发器；冰温区温度控制双稳态电磁阀III及单向电磁阀III通断，实现三级分流，决定制冷剂是否流经冰温区蒸发器。

如图2所示，其中KE代表温度控制接点；DSV代表双稳态电磁阀； SDV代表单向电磁阀；KM代表接触器；KA代表中间继电器；FR代表热继电器。制冷装置控制器总成控制过程为：

制冷装置启动时，深冷区、冷冻区、冰温区和冷藏区的温度均高于设定温度上限数值，温度控制接点KE₈闭合，中间继电器相应常闭触点断开，使主电路中的主控开关闭合，主机运行。双稳态电磁阀（DSV）I、II、III接通，单向电磁阀（SDV）I、II、III关闭。当冷藏区温度达到设定温度下限时，温度控制接点KE₇断开，KM线圈失电，使主电路中的主控开关复位，切断主机运行回路。当冷藏区温度高于设定温度下限时，温度控制接点KE₇复位。当冷藏区温度升至设定温度上限时，温度控制接点KE₈接通，KM线圈通电，主控开关闭合，接通主机运行回路。

当冰温区达到设定温度下限时，温度控制接点KE₅断开，双稳态电磁阀Ⅲ失电关闭，中间继电器KA₃失电，其常闭触点复位，单向电磁阀Ⅲ接通电源而打开。当冰温区升至设定温度上限时，温度控制接点KE₆接通，双稳态电磁阀Ⅲ接通电源而打开，中间继电器KA₃通电，其常闭触点断开，单向电磁阀Ⅲ失电关闭。当冷冻区达到设定温度下限时，温度控制接点KE₃断开，双稳态电磁阀Ⅱ失电关闭，同时中间继电器KA₂失电，其常闭触点复位，单向电磁阀Ⅱ接通电源而打开。当冷冻区温度升至设定温度上限时，温度控制接点KE₄动作，双稳态电磁阀Ⅱ接通电源而打开，中间继电器KA₃通电，其常闭触点断开，单向电磁阀Ⅱ失电关闭。当深冷区达到设定温度下限时，温度控制接点KE₁断开，双稳态电磁阀Ⅰ失电关闭，同时中间继电器KA₁失电，其常闭触点复位，单向电磁阀Ⅰ接通电源而打开。当深冷区温度升至设定温度上限时，双稳态电磁阀Ⅰ接通电源而打开，同时中间继电器KA₁断开，中间继电器KA₃通电，其常闭触点断开，单向电磁阀Ⅰ失电关闭。

制冷剂循环流程如图1所示：制冷装置启动时，双稳态电磁阀I、II、III接通，单向电磁阀I、II、III关闭，形成制冷剂流程一：制冷剂由主机1经冷凝器3、干燥过滤器2、毛细管14、双稳态电磁阀I、深冷区蒸发器5、双稳态电磁阀II、冷冻区蒸发器7、双稳态电磁阀III、冰温区蒸发器9、冷藏区蒸发器12、回气管15及储液器16回到主机1形成制冷循环回路。深冷区蒸发器、冷冻区蒸发器、冰温区蒸发器、冷藏区蒸发器均正常工作。当冷藏区达到设定温度下限时，控制器总成17切断主机运行回路。当冷藏区温度升至设定温度上限时，控制器总成接通主机运行回路，制冷剂按照流程一继续循环。

当冰温区达到设定温度下限时，双稳态电磁阀III关闭同时单向电磁阀III接通，此时形成制冷剂流程二：制冷剂由主机1经冷凝器3、干燥过滤器2、毛细管14、双稳态电磁阀I、深冷区蒸发器5、双稳态电磁阀II、冷冻区蒸发器7、单向电磁阀III、冷藏区蒸发器12、回气管15及储液器16回到主机1形成制冷循环回路。当冰温区温度升至设定温度上限时，双稳态电磁阀III接通同时单向电磁阀III关闭，制冷剂按照流程一继续循环。

当冷冻区达到设定温度下限时，双稳态电磁阀II关闭同时单向电磁阀II接通，此时形成制冷剂流程三：制冷剂由主机1经冷凝器3、干燥过滤器2、毛细管14、双稳态电磁阀I、深冷区蒸发器5、单向电磁阀II、双稳态电磁阀III、冰温区蒸发器9、冷藏区蒸发器12、回气管15及储液器16回到主机1形成制冷循环回路；或制冷剂流程四：制冷剂由主机1经冷凝器3、干燥过滤器2、毛细管14、双稳态电磁阀I、深冷区蒸发器5、单向电磁阀II、单向电磁阀III、冷藏区蒸发器12、回气管15及储液器16回到主机1形成制冷循环回路；当冷冻区温度升至设定温度上限时，双稳态电磁阀II接通同时单向电磁阀II关闭，制冷剂按照流程一或者流程二继续循环。

当深冷区达到设定温度下限时，双稳态电磁阀I关闭同时单向电磁阀I接通，此时形成制冷剂流程五：制冷剂由主机1经冷凝器3、干燥过滤器2、毛细管14、单向电磁阀I进入B点，经冷冻区蒸发器7（或单向电磁阀II）、冰温区蒸发器9（或单向电磁阀III）、冷藏区蒸发器12、回气管15及储液器16回到主机1形成制冷循环回路。当深冷区温度升至设定温度上限时，双稳态电磁阀I接通同时单向电磁阀I关闭，制冷剂按照流程一或者流程二或者流程三或者流程四继续循环。

改变冷藏区、冰温区、冷冻区、深冷区的温度设定值，使系统按照制冷剂流程一至五循环，可实现冷藏区、冰温区、冷冻区、深冷区四温区温度可调，形成多种组合节能运行模式，以适应制冷装置负荷变化及节能需求。

结构设计中，制冷装置自左向右（或相反）或自上而下（或相反）分冷藏区、冰温区、冷冻区、深冷区四个温区或深冷区套在冷冻区内，每个温区具有相对独立蒸发器和温度传感器，每个温区可用隔扳隔开形成若干区域，这些区域内温度一样。四个温区功能的调整是通过对应温区的温度传感器将温度信号送至制冷装置的控制器总成并根据冷藏区、冰温区、冷冻区、深冷区的不同温度设定值对双稳态电磁阀和单向电磁阀的通断进行切换来实现。这种设计控制主机启停的是冷藏区温度，而其它温区的温度设定及变化仅控制双稳态电磁阀和单向电磁阀的通断，以切换制冷剂流向实现分流功能，并不直接控制主机运行，较好解决双路循环系统等存在的频繁开停机现象，既使主机及其附件使用寿命延长，减少启动功率，具有显著节能降耗作用，又能满足消费者在不同季节对制冷装置多温区之间相互转换的需求，也可根据需要关闭某温区，形成多种组合节能运行模式，提高制冷系统的性能系数。

制冷装置外层保温要达到深冷区保温要求，满足冰温区、冷冻区、深冷区之间相互转换需要。冷藏区蒸发器面积小于冰温区蒸发器面积，冰温区蒸发器面积小于冷冻区和深冷蒸发器面积，根据不同温区容量大小及温度进行合理匹配。

所述冷藏区温度控制主机启停并具有快速冷冻功能，其它温区温度控制双稳态电磁阀和单向电磁阀的通断，制冷装置内部自左向右（或相反）或自上而下（或相反）分冷藏区、冰温区、冷冻区、深冷区或深冷区套在冷冻区内，各温区具有各自蒸发器，所述温区可以通过隔扳隔开形成若干区域。

Claims (3)

1.一种具有深冷功能的小型制冷装置，主要由主机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器组、回气管及储液器构成制冷循环回路，还包括控制器总成、温区及其温度传感器，蒸发器组包括深冷区蒸发器、冷冻区蒸发器、冰温区蒸发器、冷藏区蒸发器，分别设置在深冷区、冷冻区、冰温区、冷藏区；毛细管和回气管紧贴并进行热交换，毛细管和蒸发器之间设有双稳态电磁阀，蒸发器与蒸发器之间也设有双稳态电磁阀，每个蒸发器上并联一个单向电磁阀，温度传感器、双稳态电磁阀和单向电磁阀均连接在控制器总成上，其特征是：深冷区温度范围-18～-40℃，深冷区套在冷冻区内，冷藏区蒸发器面积小于冰温区蒸发器面积，冰温区蒸发器面积小于冷冻区和深冷蒸发器面积。

2.根据权利要求1所述的具有深冷功能的小型制冷装置，其特征是：冷藏区温度控制主机运行，深冷区、冷冻区、冰温区的温度控制双稳态电磁阀及单向电磁阀通断，实现三级分流，决定制冷剂是否流经深冷区蒸发器、冷冻区蒸发器及冰温区蒸发器。

3.根据权利要求1所述的具有深冷功能的小型制冷装置，其特征是：毛细管紧贴回气管到达冷藏区蒸发器的末端，返回的毛细管仍紧贴回气管进入深冷区蒸发器；在毛细管和深冷区蒸发器之间设置双稳态电磁阀I，在深冷区蒸发器和冷冻区蒸发器之间设置双稳态电磁阀II，在冷冻区蒸发器和冰温区蒸发器之间设置双稳态电磁阀III；在毛细管和深冷区蒸发器的末端之间设置由单向电磁阀I控制的支路，在深冷区蒸发器的末端和冷冻区蒸发器的末端之间设置由单向电磁阀II控制的支路，在冷冻区蒸发器的末端和冰温区蒸发器的末端之间设置由单向电磁阀III控制的支路。

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