CN103443565B - 具有热存储器的制冷器具 - Google Patents

Abstract

在制冷器具，尤其家用制冷器具中，该制冷器具具有一用于冷却物的存放室（3），一布置得与该存放室（3）处于热接触中并且为了使该存放室（3）保持在预先给定的温度范围内而间歇地工作的蒸发器（5）和一配置给该蒸发器（5）的热存储器（10），该热存储器包含存储介质（12），该存储介质在蒸发器（5）的运行阶段和停止阶段中分别改变其聚集态，所述存放室（3）的预先给定的温度范围处于0℃以上并且所述存储介质（12）的融化温度处于0℃以下。

Description

具有热存储器的制冷器具

本发明涉及一种制冷器具、尤其家用制冷器具，其具有一用于冷却物的存放室、一布置得与该存放室处于热接触中的并且为了使该存放室保持在预先给定的温度范围内而间歇地工作的蒸发器和一配置给该蒸发器的热存储器，该热存储器包含存储介质，该存储介质在蒸发器的运行阶段和停止阶段分别改变其聚集态，其中，存放室的预先给定的温度范围处于0℃以上并且存储介质的融化温度处于0℃以下。

由FR2745894A1中已知这种类型的制冷器具。

此外，在FR2745894A1中提出水作为存储介质。水在冷冻时膨胀，因此，热存储器的壁必须可退让。壁的变形会损害蒸发器和热存储器之间的热传递。

本发明的任务在于，提出一种简单并价格低廉的方法，以在存放室具有高于0℃的预先给定的温度范围的制冷器具中也改进制冷的效率。

该任务通过具有权利要求1的特征的制冷器具解决。从属权利要求提出有利的改进方案。

令人意外地证实，尤其当存放室尤其构造为家用冷柜的冷藏存放格或制冷存放格时，具有低于0℃的融化温度的存储介质在这种存放室上的使用使得，即使并且恰好当所使用的存储介质量对于在蒸发器的停止阶段促使存放室冷却到0℃以下而言过少时，也能够实现明显的效率提高。

在这里，存储介质的作用不像在DE102004035017A1中那样基于在蒸发器的停止阶段期间作为冷存储器的功能，而是在蒸发器的运行期间作为热存储器的功能。即，热存储器至少在蒸发器的运行阶段开始时防止该蒸发器的强烈冷却，由此，该热存储器使蒸发器中的制冷剂的蒸汽压力保持一高的值并且这样一方面降低压力差（压缩机必须抵抗该压力差工作以使制冷剂又冷凝），并且另一方面减少为了压缩给定的制冷剂量而必须流过压缩机的体积。

存储介质的融化温度应该处于明显低于0℃，以保证在蒸发器在停止阶段中开始变热到0℃以上之前存储介质完全融化。因此，蒸发器的以规律的时间间隔需要的解冻不由于存储介质的同时融化而延长。为此，优选的是，存储介质的融化温度处于低于-2℃。

因为另一方面过低的融化温度对蒸发器中的制冷剂的蒸汽压力仅还具有小的影响，存储介质的融化温度也不应该低于-10℃。

作为存储介质考虑价格低廉的水溶液，尤其例如乙二醇或尿素的水溶液。

如果存储介质被包含在封罩囊中，该封罩囊被埋入在该载体材料中，则能够实现存储介质的特别高的稳定性和载体材料的良好的可操作性。如果封罩囊的材料在载体材料变软的温度下还是稳定的，则例如可将载体材料连同包含在其中的封罩囊一起热塑地成型，以制成热存储器。

如果蒸发器布置在存放室中，则该热存储器是特别有效的。虽然本发明也能够应用在例如冷壁式蒸发器上，该冷壁式蒸发器在存放室之外布置在存放室和制冷器具隔热材料层之间，但是在蒸发器布置在存放室中的情况下在效率方面的收获更大。

为了有效，热存储器优选布置得与蒸发器处于体接触中。

如果该蒸发器为板形的，则当蒸发器的一侧面至少大部分被热存储器覆盖时能够实现蒸发器和热存储器之间的小的热接触。

如果该蒸发器与存放室的一壁相邻地布置，则该热存储器优选位于蒸发器的背离所述壁的侧面上，从而存放室中的冷却物基本上通过热存储器被冷却。

如果该蒸发器为压焊式蒸发器或管板式蒸发器，则热存储器符合目的地布置在蒸发器的一平坦的侧面上。

存储介质的量优选与蒸发器的在运行阶段中的冷却功率相协调，从而蒸发器运行两分钟至二十分钟就足以使存储介质冻结。两分钟以下的冻结时间不那么有效，因为蒸发器在运行阶段开始时即使没有热量交换存在也需要与用于冷却类似的数量级的时间段。比二十分钟长的冷却时间需要大量的存储介质并且由此限制存放室的可利用的容积。

蒸发器的运行阶段的平均持续时间应比为了冻结存储介质所需要的时间长，以完全利用其势能。另一方面，该持续时间应该不显著较长，尤其最多为冻结存储介质所需要的时间的两倍长，以使蒸发器温度明显低于存储介质的冷却温度并且蒸发器的能量效率相应受限的蒸发器运行阶段在制冷器具的总运行时间中所占的份额保持得小。

本发明的其他特征和优点根据实施例的以下描述参考附图清楚得知。由这些描述和附图也得知实施例的在权利要求中未提及的特征。这些特征也能够以和这里特别公开的组合不同的形式出现。因此，多个这样的特征在相同的句子中或以其他的上下文相互关系提及，并不得出这样的结论，即，这些特征仅能够以特别公开的组合出现；取而代之，原则上认为，只要不引起本发明的功能性的问题，在多个这样的特征中也能够去掉或略改变个别特征。

附图示出：

图1示出根据本发明的制冷器具的示意性横截面；

图2示出放大的、根据第一构型的、图1中的细节；

图3示出根据第二构型的同一细节；

图4示出传统的蒸发器的和根据当前发明的蒸发器的在运行阶段期间及随后的典型温度变化曲线；

图5示出根据当前发明的蒸发器的在除霜阶段期间的典型温度变化曲线。

图1以沿着竖直的剖切面的示意性剖面图示出根据当前发明的家用冷柜。本体1和连接在该本体上的门2包围一存放室3。本体1和门2以已知的方式分别包括一牢固的外壳、一内壳和一由泡沫材料制成的隔热层，该隔热层填满所述壳之间的间隔。

在存放室3的内部，相对于本体1的背壁4具有小间距地安装一板形的蒸发器5。蒸发器5尤其可以如在图中表明的那样为压焊式蒸发器或管板式蒸发器。两种蒸发器类型都以传统的方式包括一平板6，该平板构成蒸发器的平坦的第一主表面，并且一呈在第二平板7中凹陷的通道的形式或者呈单侧地钎焊到平板6上的管的形式的制冷剂管道8在蒸发器5的对置的第二主表面上突出。在这里，平坦的第一主表面朝向存放室3的能够用于冷却物的部分，而承载制冷剂管道8的主表面在构成狭窄的空隙9的情况下朝向背壁4。在存放室3内部的暴露布置使得蒸发器5能够在它的两个主表面上与存放室3交换热。因此，与冷壁式蒸发器相比而言，该蒸发器5的尺寸可以保持得小。

朝向存放室3的主要部分的、平坦的主表面完全或几乎完全被热存储器10覆盖。热存储器10为具有几毫米厚度的、由塑料载体材料制成的薄膜或薄板，在该塑料载体材料中复合了存储介质。该存储介质，例如乙二醇或尿素的水溶液以液状的形式填满塑料材料的小的空心腔。

以液态制冷剂供应蒸发器5的压缩机15和冷凝器安装在背壁4的底脚处的机器室壁龛中。

图2示出热存储器10和承载该热存储器的平板6的放大的示意性剖面图，在该剖面图中可识别到在热存储器10的载体材料14中的随机分布的、以存储介质填充的、不同大小的大量空心腔11。在图2的图示中，空心腔11为球体形的，并且载体材料14的使相邻的空心腔11分隔开的壁的厚度和空心腔11的直径为同一个数量级。在极端情况下，载体材料14可以构成闭孔的泡沫材料，即，空心腔11不再是如该图中所示的球体形的，而是具有不规则的、分别通过载体材料的薄的隔膜相互分开并以存储介质填充的多面体的形状。

根据在图3中直观示出的优选变型方案，存储介质12被封罩在薄壁的、防扩散的塑料空心球13中，所述塑料空心球本身被埋入到载体材料14中。该封罩允许通过将封罩囊混入到载体材料中并将混合物成型为所希望的厚度的板来方便地制成热存储器10。

图4类比地示出图1中所示的、具有热存储器10的蒸发器5的典型温度变化曲线，暴露地布置在存放室中的、无热存储器的蒸发器的典型温度变化曲线和冷壁式蒸发器的典型温度变化曲线。自由悬挂的、无热存储器的蒸发器，由曲线A表示，在其运行阶段的开始，即时间t=0时，具有非常陡的温度下降；这持续了将近一分钟，以使蒸发器从+5℃冷却到-15℃，然后在运行四分钟后达到基本上平稳的、大约-20℃的温度水平。因此，蒸发器中的蒸发压力在蒸发器的运行阶段的绝大部分中具有非常低的值，使得衔接在蒸发器后的压缩机必须压缩大的体积，以将制冷剂的给定量从蒸发器中抽出，并且为了液化制冷剂所要克服的压力差高。非常迅速的温度下降的原因是蒸发器的小的热容和这样的事实：来自周围的存放室3的热通过在各侧包围蒸发器的空气仅缓慢地到达蒸发器。

在由曲线B表示的冷壁式蒸发器的情况下，可观察到在运行阶段开始时略慢的温度下降。较慢的下降的原因在于冷壁式蒸发器与制冷器具本体的内壳和隔热材料层的紧密热接触，冷壁式蒸发器埋入在所述内壳和隔热材料层之间并且使它们连同蒸发器一起冷却。然而在这里，将近两分钟也足以使蒸发器冷却到-10℃，并且在运行阶段的大约一半期间，蒸发器处于大约-20℃的平稳温度情况中。

曲线C示出图1中的制冷器具的蒸发器5的温度变化曲线。在运行阶段开始时，冷却的速度大致相应于曲线B，因为热存储器10的热容在这个温度范围内与冷壁式蒸发器中的内壳和隔热层的热容可类比。在将近两分钟之后，以-5℃达到热存储器10的存储介质12的冻结温度。该温度这时保持基本上不变直到存储介质12完全冻结。一旦存储介质完全冻结，蒸发器5中的蒸气压力就高了，并且制冷剂能够有效地转化。在存储介质完全冻结之后温度才继续下降，而蒸发器5的运行阶段在达到曲线A，B的平稳值之前就已经结束。

如果将例如100瓦的值作为蒸发器5在运行阶段中的冷却功率的基础并且由于方便性而假定，该冷却功率仅冷却热存储器10，而不冷却周围的存放室3，则直到存储介质12完全冻结为止在大约15分钟的时间段中从热存储器10中提取的热量为750千焦。在水质存储介质冻结时释放的潜热大约为300焦/克。因此，存储介质12的大约250克的量足以得到15分钟的冻结阶段。如果假定，这250克的存储介质12分布在蒸发器5的例如40厘米乘40厘米的面积上，则在蒸发器的每平方厘米上有大约0.15克的存储介质12。这表示，热存储器10的几毫米的层厚度足以实现曲线C的该温度变化曲线。

在蒸发器的运行阶段的结束处，在t=大约25分钟时，在所有三条曲线A，B，C上温度又升高，其中，在曲线B，C上，由于的可类比的热容，升高速度起先又是类似的，并且低于曲线A上的升高速度。然而，一旦达到存储介质12的冻结温度，则曲线C停滞，并且可能出现这样的情况：在蒸发器的下一个运行阶段开始之前该曲线不再升高到0℃。因为这导致霜积累在蒸发器5上，需要以规律的间隔对蒸发器5除霜。出于该目的，蒸发器5的下一个运行阶段被延迟，并且造成在图5中示出的温度变化曲线。停滞阶段在这里占据从t=0到大约t=16分钟的时间区间。在存储介质12解冻之后，紧接着蒸发器温度相对迅速地升高到0℃并且达到新的停滞阶段，在该停滞阶段中蒸发器5上的霜融化并且露水排出。该阶段的结束可在蒸发器5的温度进一步升高到存放室3的运行温度或者因为直至需要的蒸发器运行被延迟以便能够解冻而甚至升高到一略高于存放室的运行温度处看出。到大约t=30分钟时蒸发器5的运行又开始，并且重复在图4中作为曲线C示出的变化曲线。

Claims (15)

1.制冷器具，具有一用于冷却物的存放室（3）、一布置得与该存放室（3）处于热接触中并且为了使该存放室（3）保持在预先给定的温度范围内而间歇地工作的蒸发器（5）和一配置给该蒸发器（5）的热存储器（10），该热存储器包含存储介质（12），该存储介质在蒸发器（5）的运行阶段和停止阶段中分别改变其聚集态，其中，所述存放室（3）的预先给定的温度范围处于0℃以上并且所述存储介质（12）的融化温度处于0℃以下，其特征在于，所述热存储器（10）包括载体材料（14），在该载体材料中，所述存储介质（12）被液滴式地复合在小室（11）中。

2.根据权利要求1的制冷器具，其特征在于，所述存储介质（12）的融化温度处于-2℃以下。

3.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述存储介质（12）的融化温度处于-10℃以上。

4.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述存储介质（12）为水溶液。

5.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，包含所述存储介质（12）的封罩囊（13）埋入到所述载体材料（14）中。

6.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述蒸发器（5）布置在所述存放室（3）中。

7.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述热存储器（10）布置得与所述蒸发器（5）处于体接触中。

8.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述蒸发器（5）为板形的，并且，所述蒸发器（5）的一侧面（6）至少大部分被所述热存储器（10）覆盖。

9.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述蒸发器（5）与所述存放室（3）的一壁（4）相邻地布置并且所述热存储器（10）布置在所述蒸发器（5）的背离所述壁（4）的侧面上。

10.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述蒸发器（5）为压焊式蒸发器或管板式蒸发器，并且，所述热存储器（10）布置在所述蒸发器（5）的一平坦的侧面（6）上。

11.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，测量所述蒸发器（5）在运行阶段中的冷却功率，以使所述存储介质（12）在至少两分钟和/或最多二十分钟内冻结。

12.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述蒸发器（5）的运行阶段的平均持续时间比为冻结所述存储介质（12）所需要的时间长。

13.根据权利要求1或2项的制冷器具，其特征在于，所述蒸发器（5）的运行阶段的平均持续时间最多是为冻结所述存储介质（12）所需要的时间的两倍长。

14.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述制冷器具是家用制冷器具。

15.根据权利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述存储介质（12）为乙二醇或尿素的水溶液。