CN104395681B - 使用两步冷却方法的混合式制冷机 - Google Patents

Abstract

一种混合式制冷机系统，包括第一结构,其被配置为容纳一个或多个容器。进一步，第一结构具有第一步冷却模式，第一步冷却模式被配置为对容器预冷却，实施所述预冷却以将容器的温度从第一温度降低到预定阈值温度。此外，该系统也包括第二结构，其也被配置用于容纳容器。在此，第二结构启用第二步冷却模式，进一步将容器的温度从预定阈值温度降低到最终的期望温度。

Description

使用两步冷却方法的混合式制冷机

技术背景

本发明涉及一种冷却方法，特别是，涉及以两个不同步骤进行的冷却方法。

在环境温度高的区域中，对饮料消耗的需求高。因此，在这样的区域对冰镇饮料的需求也保持乐观。目前的制冷/冷却方法，特别是广泛使用的饮料冷却单元和存放饮料，使用传统已知的单步冷却方法，其以基于蒸汽压缩循环制冷系统的气密密封压缩机工作。当在高的环境温度下使用时，因高的冷却能力的要求，这样的单步冷却方法将导致高能耗率。作为例子，在热带地区，夏天环境温度高，在冷却过程中保持着由相当大尺寸的冷却发动机引起的高能耗，以使饮料获得所需温度。特别是，在这样的高环境温度之下工作的冷却系统中的冷却发动机，需要执行繁重的工作，以将饮料温度降低，例如从高达41℃到46℃的温度降到6℃到4℃的最小范围，导致了不希望的高能耗率。此外，所获得的温度变化也是缓慢进行的。

因而，这些年来人们明白需要采用小的饮料冷却器以得到更有效的冷却过程。尽管如此，这些常规使用的体积小的饮料冷却器却包括有例如上述的气密密封压缩机，这些冷却器即使尺寸或容量有减小，也不会提供相称的成本效益。并且，为了将温度降低到所需状态，所述的压缩机具有固定的电损耗和机械损耗，导致冷却系统在高环境温度下在工作期间获得低的性能系数(COP)。

因此，由于高的运营成本，希望具有一种冷却单元，其能在高环境温度下工作，并且具有比常规应用的冷却方法更节能和更有时间效率的冷却方法。

发明内容

本发明公开的一个实施例描述了一种混合制冷系统，其包括第一结构，第一结构被配置成容纳一个或多个容器。第一结构还包括第一步冷却模式，其通过第一工作模式操作。如上所述，第一步冷却模式被配置为对容器预冷却，实施所述预冷却以将容器的温度从第一温度降低到预定阈值温度。此外，混合制冷系统包括第二结构，其被配置为一旦容器被感测到已经达到预定阈值温度时容纳容器。特别是，第二结构包括第二步冷却模式，其通过第二工作模式操作。并且，第二步冷却模式被配置为用于将容器的温度从预定阈值温度进一步降低到最终所需温度。

本发明公开的另一个实施例描述了一种两步冷却系统，其包括第一结构，第一结构被配置成容纳一个或多个饮料容器。第一结构包括一步冷却模式，其通过第一工作模式操作。特别是，一步冷却模式被配置为对容器预冷却，以将容器的温度从第一温度降低到预定阈值温度。相应地，第二结构被设置，其被配置为一旦容器被感测到已经达到预定阈值温度，则容纳饮料容器。更特别地，第二结构包括通过第二工作模式操作的第二步冷却模式。在此，第二步冷却模式被配置为将容器的温度从预定阈值温度进一步降低到最终所需温度。此外，通过相变材料来实施保冷机械装置，其被配置为用于保持第二结构内的温度。此外，控制器被设置，当饮料容器的温度通过温度传感器被感测到已经达到预定阈值温度时，用来指示第一步冷却模式的完成。

本发明公开的某些实施例描述了在冷却单元中进行冷却的方法。因此，冷却单元包括第一结构，第二结构，第一结构和第二结构都被配置为用于容纳一个或多个容器。温度传感器被配置在第一结构和第二结构上，被配置成用于感测容器的温度。特别是，该方法包括通过第一工作模式进行的对容器的冷却，其作为在第一结构中的第一步冷却模式的一部分。在此，冷却被配置为将容器的温度降低到预定阈值温度。在本方法中的进一步的阶段包括通过温度传感器中的任何一个感测容器的预定阈值温度，并随后当温度被感测到已经达到预定阈值温度时，将容器从第一结构转移至第二结构。最后，作为在第二结构中的第二步冷却模式的一部分，通过第二工作模式对容器进行冷却，将容器的温度从预定阈值温度降低到最终所需温度。

附图说明

如下描述的附图阐述并说明了本发明公开的一些示范性的实施例。整个附图中，类似的附图标记指代相同的或功能类似的元件。附图是说明性质，并未按比例绘出。

图1是描述了本发明公开的两步冷却方法与常规的单步冷却方法相比照的示意图。

图2是根据本发明公开所述的一个示例性的预冷却系统的示意图。

图3示出了与传统已知冷却系统相结合的图2的预冷却系统的一个示例性的应用。

图4A示出了根据本发明公开的实施例的一个主动蒸发冷却系统。

图4B示出了根据本发明公开的实施例的一个被动蒸发冷却系统。

图5示出了根据本发明公开的实施例的一张焓湿图。

具体实施方式

参考附图进行了以下的详细描述。示范性的实施例被描述，以说明本公开的主题，其并不是限制本公开的范围，本公开的范围由所附权利要求限定。

概览

总体而言，本发明公开描述了用于以两个不同步骤对饮料容器进行冷却的方法和系统。为此，这些容器首先被保存于第一结构中，并被配置为通过一种已知方法预冷却到一定温度，预冷却温度比环境温度低得多。随后，当饮料的温度达到预定阈值温度(例如，湿球温度)的时候，饮料容器被转移至第二结构，以便最终的冷却。最后，通过保留在第二结构中，饮料容器的温度将更有效地降低到适用于饮用的期望温度。

示例性的实施方式

如本领域中所已知的，当需要被冷却的物品/物体在一个较低温度被引入一个冷却单元时，比当该物品在一个更高环境温度时被引入相似的冷却单元时，制冷或冷却的特定原理使得能量消耗率能够被减小。因而，可以证明，在环境温度高的区域中使用饮料冷却器并因此遭受高能耗率在大多数情况下是不适当的。本发明讨论了一种解决方案，旨在通过合并到常规的制冷/冷却循环中的混合或两步冷却方法或模式来减少高能耗，特别是针对，虽然不局限于，饮料冷却器中的高能耗。相应地，应当理解，第一步冷却模式是通过第一工作模式操作，而第二步冷却模式是通过第二工作模式操作。对这些工作模式将作进一步讨论。

可以理解，在本公开通篇中公开和讨论的温度值、性能系数值和其他数值都是示例性质的，并不以任何方式限制本公开的内容。

图1描述了常规的单步冷却方法102和本发明所述的两步冷却方法104之间的关系。无论哪种情况下，已知的是，环境工作温度可以保持在41℃到46℃的示范性范围内。常规的单步冷却方法102，使用一种已知的冷却技术，可以将产品即饮料容器，从41℃到46℃的示例性温度范围冷却至从6℃到4℃的另一个示例性温度范围，并伴有高能耗。通过使用两步冷却方法104，观察到能源消耗大幅度减少。特别是，两步冷却方法104使用一种有效的冷却方法，其中观察到蒸发冷却的COP远远高于常规的蒸汽压缩冷却循环。当来自环境温度(例如范围从41℃到46℃)的饮料容器的温度被降低到例如范围从23℃到28℃的湿球温度(WBT)的温度范围附近，作为初始冷却过程，其被称为预冷却步骤，然后转移到快速冷却室，其作用是将饮料容器的温度从23℃到28℃的温度范围进一步降低至6℃到4℃的范围内。众所周知湿球温度可以取决于特定地区的相对湿度(RH)，并可以从上述的温度值变化。上述的两步冷却方法104的更详细的内容和实施例将在下文中进行讨论。

相应地，图2示出了一个示例性的预冷却系统200，其被配置为用于将来自环境温度(例如从41℃到46℃的范围内)的放置在系统200内的物品/物体的温度降低到一个相对较低温度(例如也从28℃到23℃的范围内)。这样的冷却被执行，作为第一步冷却模式。特别是，在图中示出的预冷却系统200的实施例，通过一个主动或被动蒸发冷却系统(稍后讨论)来实施。进一步，系统200包括冷却器201，冷却器201被进一步配置为包括第一结构202，在此处，第一结构202被配置为包括或容纳一个冷负荷，这样的冷负荷例如是容器，被称为饮料224，其被设置在托盘204上，如图所示。托盘204不仅可以收纳饮料224，如果需要，也可以收纳待冷却的其他物品/物体。进一步，托盘204包括孔203，其功能是允许大量空气通过或穿过托盘204，如图中箭头B所示。

可以理解，饮料224是放到热面区222内的示例性内容物，因而热面区222可包括根据本公开所述的需要冷却的其他物品/物体。一般地，可以进一步理解为热面区222仅仅是在冷却过程的起始时保持是热的，在该冷却过程使得饮料224能够降温时，由于饮料降温，热面区222将变得较冷。为了便于理解，应用于热面区222的术语在本申请通篇中都保持相同。此外，系统200包括风扇210，其由电力驱动，通过一组导线214起作用，该组导线管理整个系统200的电源。控制面板212提供用于电连接和相应的电操作的模式。

可以理解，如上所述的主动和被动蒸发冷却方法或系统，可以具有使得饮料能够获得预冷却温度的几个其它的替代方式。这样的替代方式将在本公开的下文中进行讨论。但是，为了便于理解，在图2和在图3中描述的主动、被动蒸发冷却方法实施例的运行，分别如图4A所示和图4B所示。并且，可以理解，这些方法论并不以任何方式限制本公开的内容。

如前所述，风扇210被配置为将外部空气导入系统200，空气流的方向用箭头A示出。更特别地，风扇210之外，空气以箭头B方向被进一步转移到在内部设置的热面区222，如图所示。空气的流动和运动已经在本公开的下文中公开。

此外，使进入的空气在进入热面区222之前通过蒸发垫208。用于主动、被动蒸发冷却过程(如下所述)的蒸发垫208可以不同。为了便于理解，图2中描述的实施例仅包括用于主动蒸发冷却过程的供给装置。可以理解，当应用任何一个冷却方法时，系统200的整体运行将保持相似。

因此，对于主动蒸发冷却过程，蒸发垫208可以在结构方面与用于被动蒸发冷却的吸水垫208'(在图4B中所示的)有差别。因而垫208可能具有立方形的结构，使垫208固定在系统200之内适合的空间内。在这样的垫中使用的开口或细孔可以比在被动蒸发冷却中使用的大些，允许在操作期间有更多空气流过垫208。疏水性涂层可被施加到垫208上，以使垫208防水，并且也抑制细菌和真菌生长。用于垫208的结构、材料、设计和制造技术为本领域技术人员所熟知，将不作进一步讨论。特别是，对于基于蒸发的冷却，连同蒸发垫208，水泵213的布置，集液槽207，所包含的水209，以及空气分配器托盘206，可以如图2中所示配置。空气分配器托盘206包括供给装置，例如开口或孔203，类似于用于托盘204的开口或孔，其帮助以均匀方式将进入的空气导向饮料224。特别是，空气分配器托盘206包括具有几个预定的孔203的部分，孔的主要功能是提供供给，以使进入的空气朝向饮料224均匀地分布，如图中通过箭头B所示。尤其是，箭头211描述水209的流向，其到达蒸发垫208的顶部，如图所示，并被喷洒，使得蒸发垫208在水209中变得充分湿透。某些实施例也可以包括除水209之外的流体。

另一方面，被动蒸发冷却过程可以包括垫208'，垫208'被配置为如布般柔韧，并且可以进一步被配置为包括开放的微孔，该开放的微孔吸收水或吸收与被放置的垫208'相接触的任何其他液体。进一步，孔的尺寸可以使得当风扇210被操作时，一些空气穿过、横跨垫208'或从垫208'上方吹过，从而降低放置在热面区222内的饮料224的温度。设置微孔的尺寸使得水或所施加的任何液体能够被吸收，并在相当长时间内保持在垫208'之内。

在一个实施例中，垫208'的一侧被朝向外部环境150放置，如图中所示，允许将公司名称、标识等等设置在朝外的部分上，因此，朝外的部分也可被做成防水的。因此，垫208'在被应用之前可通过已知试剂处理，例如被疏水性涂覆，以在长期应用中抑制细菌和真菌生长。然而，这样的涂层可以被理解为应用于垫208'的单面，覆盖在有限的表面区域上，使得涂层不阻断空气流，同时相应地允许公司名称、标识等等被明显地设置在该有限的表面区域上。这种垫的结构，材料，设计，以及制造方法为本专业技术人员所熟知，因此将不作进一步讨论。与用于主动蒸发冷却的布置相对照，在被动蒸发冷却范围内的布置可包括垫208'的放置，其与在主动蒸发冷却中的放置类似，但是使得风扇210能够被可选择地去除。进一步，可包括集液槽207，并且垫208'被直接放置在集液槽207之上，与水209接触。这样的相关的布置和垫208'的配置将在图4B的描述中作进一步详细的叙述。

特别是，用于主动和被动蒸发冷却方法的垫208和208'都可被配置成借助于一个可移动托盒215。因此，托盒215的这种可移动的功能可使得用户能够根据消耗限制和容量需要将二者互换。这样的托盒也能使磨损的垫被容易地更换。尤其是，主动蒸发冷却比被动蒸发冷却消费更多的能量，在主动蒸发冷却过程中的冷却性能比被动蒸发冷却过程中的性能更快。作为例子，在没有提供泵和风扇的地域，被动蒸发冷却可被用于降低冷负荷(包括例如饮料224)的温度。当垫208和208'通过可移动的托盒215是可交换的时候，在应用中的这样的改变变得更加容易。

除如上所述的部件之外，系统200包括连接到风扇210的控制器218，温度传感器220，反馈接口226，两者也都被连接到控制器218。这样的布置通过图2示出，并可通过图2被理解。特别是，温度传感器220被配置为感测热面区222的温度，反馈接口226被配置为向系统200之外的用户(未示出)提供与相应的温度相关的信息。某些实施例可包括与时间相关的信息的测量，其也通过反馈接口226提供给用户。

详细地，第一结构202可以是外壳，其足够大，以容纳在系统200之内的听、瓶等形式的一个或多个饮料224。如果被配置形成外壳，第一结构202可由已知材料制成，如金属的和非金属物质，可以包括合适的隔热特性，保持在第一结构202之内的内容物免受外部高温。并且，第一结构202的配置、尺寸、生产和制造技术对本领域技术人员来说也是已知的，将不作进一步讨论。特别是，根据周围条件和预期的要求，第一结构202可被配置为开放结构，部分开放结构，或封闭结构。

温度传感器220可以是简单的基于温度的感测热面区222的温度的传感器，并可以为类似于在市场上广泛应用的任何温度传感器。更特别地，温度传感器220被连接到控制器218，如图所示，并使得控制器218能够记录在存储器216中的所有感测的温度的相关信息。在某些实施例中，温度传感器220可基于热敏电阻。

控制器218形成系统200的硬件的一部分，如上所述。众所周知，控制器218可以是机电控制单元或基于微处理器的装置。基于微处理器的装置可包括CPU(未示出)，其能处理来自已知源的输入信息，所述已知源的个数在本实施例中超过一个，包括风扇210和温度传感器220。进一步，控制器218可以与易失存储器单元合并，例如RAM和/或ROM，其与相关的输入和输出总线一起运行。控制器218也可以被可选地配置为专用集成电路，或可以通过本领域技术人员熟知的其他逻辑设备形成。更特别地，控制器218可以形成为外部应用的电子控制单元的一部分，或可被配置为单独个体。控制器218的某些部分被连接到风扇210和温度传感器220，反馈接口226也被连接到控制器218，使得输出能够被系统200之外的用户看见或听见。并且，从温度传感器220接收的信号被配置成存储在存储器216中，并通过CPU做进一步处理，所有这些都被配置在控制器218内。

此外，控制器218可以被构造为包括有可以记录基于时间的信息的计时器(未示出)，其可以使得控制器218能有效地接收与温度和时间相关的数据。通过储存在控制器218内的适当的计算方法，可获得时间和温度的关系，并可以因此允许用户分析热面区222的温度，甚至当温度传感器220被关闭或不可用时。可替代地，计时器也可被关闭，从温度传感器220获取的信息可单独地被用于分析热面区222之内的温度，与所用时间无关。

存储器216，其被设置在控制器218内，可以包括易失的和非易失性存储区域，用于存储与系统200的所有功能有关的存储信息。更特别地，存储器216可以因而记录与所感测的在热面区222之内存在的温度有关的记录信息，并且也储存跟踪时间，通过计时器(未示出)来跟踪时间。进一步，存储器216也能被配置为包括预定的函数值，传感器相关信息，特别是相关的、并来源于感测到的相对湿度(RH)的WBT值。通过RH传感器(未示出)进行感测。进一步，包括其他温度相关的值，例如预定阈值温度值，系统200的部件的最大和最小可工作温度，处理输入温度信号的一个或多个算法，和时间相关信息。此外，存储器216可包括基于风扇210和泵213的操作特征的信息，例如，在饮料224的所获得温度的多大的温度值处，风扇210和/或泵需要被启动或停止工作，等等。此外，某些运算方法、显示和图形信息、最大和最小电池寿命(如果包括有电池)，系统200、存储器216、控制器218等的其他说明，也可以被包括在存储器216中。

基于计算方法的某些算法也可被添加到控制器218，其能协助处理来自温度传感器220的输入温度信号。此外，为了得出WBT，该算法可包括能够推导出WBT的计算方法，其可以是在第一步冷却模式或预冷却应用(例如通过系统200进行)期间在主、被动蒸发冷却过程的情况下的预定温度阈值。尤其是，当第一步冷却模式(预冷却过程)是由其他方法实现时(例如通过相变材料(PCM)，通过双蒸发器冷却，热电冷却，地热的冷却，和通过空调导管的冷却时)，所提及的预定阈值温度值也可以被设置。此外，所有这些第一阶段冷却方法将在下文中进行讨论。

在工作期间，系统200可被配置为独立单元，被配置用于降低装在第一结构202内的饮料224的温度。特别是，取自外面环境150的饮料224，会具有与外面环境150相关的温度，或更经常，饮料224会具有类似于环境温度的温度。通过应用系统200，饮料224可被放置在如图2所示的第一结构202内。可以采用可选的定位开关，例如开关228，以便在需要时允许启动系统200或使系统200停止工作。

通过第一步冷却模式的启动，风扇210旋转并如图所示推动外部空气进入系统200。被推送的空气，穿过蒸发垫208流动，如箭头A所示，穿过垫208流动。水或相当的液体，以吸收态被保存于垫208中，使流过的空气的温度降低，冷却的空气流过垫208，朝向集液槽207流动，如图所示。进一步，风扇210通过匀速运行推动冷却空气进入热面区222。如图中箭头所示，进入的空气被导向到集液槽207，在进入之后，进一步被导向到饮料224，如图所示。如图所示，空气流动使空气在整个热面区222均匀分布。其上容纳有饮料224的空气分配器托盘206，帮助空气均匀地分布。随后，冷却的空气与饮料224和放到第一结构202内的物品/物体相互作用，通过强制对流使它们预冷却，使其温度从第一温度降低至预定阈值温度。并且，进入的空气，如箭头B所示，通过饮料224，使其冷却，并随后通过排气装置230被排出到热面区222之外，如上文所述。某些实施例可以包括进一步利用被排出的空气，因为被排出的空气的温度比周围环境的温度低。因此，例如，空气可被运送到具有较高温度的环境，从而冷却环境，并为环境居住者(若有的话)提供具有比高的环境温度更舒适的温度的大量空气。进一步的例子可包括，用于冷却冷凝器的排气装置230，其与R134A冷冻剂一起工作，并在冷却单元中使用。因此，保持在54℃介质背压(MBP)、在41℃环境温度的传统冷凝器，可以被保持在甚至更低的温度，从而提高COP和冷凝器的能力。此外，对这样的被排出的空气的利用可以超出上述公开的例子之外，所属技术领域的技术人员了解如何进一步利用这样的低温空气。

一旦相应于预定阈值温度的最低温度(在被动和主动蒸发冷却中可以是WBT)，在热面区222中被获得，温度传感器220感测在第一结构202内的主导温度，并对控制器218输出相应的温度信号。控制器218因此运行，将信号转换成兼容格式，并将感测并转换的温度信号与预定温度值比较。控制器218相应地确定是否已达到预定最小温度或阈值温度。如果预定温度已获得，控制器218将相关的信号发送到反馈接口226，使反馈被提供给在系统200外部的用户，使得用户能够知道预定温度已被获得。用户可以因此使系统200停止工作，并将饮料224和其他物品/物体从第一结构202中去除或转移，以便进一步装在其他系统内用于第二步或最终制冷或冷却过程。应理解，通过这样的预冷却系统，饮料224和其他物品/物体的温度能够被降低更多，同时有助于限制系统的总体能量消耗。因此当应用以上所述方法时，能将两步冷却过程加入到系统中，从而能够够启用冷却的节能模式。

在某些实施例中，可以配置实现预冷却系统200的自动停止工作，并且可以提供通过视觉、听觉等的相应的反馈，促使用户继续进行进一步的冷却过程。可以理解，当饮料224的温度被感测为已经升高到超出预定温度阈值时，这样的自动停止工作之后也会伴随自启动。

在另一些实施例中，两步冷却方法可包括具有最终冷却站或制冷站的一体化的或组合的预冷却系统，其会改进用户的合用性和便利性。因此，图3描述了冷却系统300，其使用与第二结构相结合的预冷却系统200，第二结构即作为第二步冷却模式的一部分的快速冷却站302，如图所示。如图所示，制冷/冷却的原理，更具体地，第二步冷却模式或过程，是基于热电(TEC)冷却。可以理解，TEC冷却并不是获得例如大约4℃到6℃的温度范围的饮料224的冷却的唯一方法，可以施用相当多的其他方法，以实现相似的第二步冷却模式。这样的冷却模式将在本公开中随后进行说明。

因此，如图所示，热电冷却是通过将给定极性的电压施加到在不同的电导体或半导体之间的结合处，从介质、装置或部件中去除热能的一种方法，其通常在壳体内致冷，在壳体外部产生热。当热面和冷面之间的温差(dT)相对低(例如大约15℃)的时候，这样的冷却被认为是特别地节能，当冷面和热面之间的dT是例如大约40℃时，并不节能。因而，热面区222和冷面区310分别采用如图中所示这样的布置。该布置因此采用TEC冷面308和TEC热面306，如图所示。当在TEC热面306和TEC冷面308之间的结合处施加一个已知的和所需值的电位时，在冷面区310可以观察到并获得冷却。

冷却系统300的预冷却系统的工作，与所描述的预冷却系统200的工作相同，由此与快速冷却站302结合，以增强饮料冷却应用和合用性。可以理解，用于预冷却系统200的所述的实施例同样也适用于冷却系统300。

在操作期间，通过控制器218在反馈接口226处获得的反馈，其描述了通过用于饮料224的预冷却系统200所达到的预定阈值温度，指示第一步冷却模式的完成，并允许用户从第一结构202移走用于消费的饮料224和/或物品/物体，并将它们放置在快速冷却站302。特别是，在第一结构202内感测温度的温度传感器220，也能被配置为也感测在快速冷却站302内的温度。但是，某些实施例可包括另一个温度传感器304，其类似于被放置在快速冷却站302范围内的温度传感器220，如图所示，以感测快速冷却站302内的温度。因此，当通过两种布置中的任意一个感测相应的温度值时，相关的信号被提供给控制器218进行处理，并且最后所处理的信号被提供给在冷却系统300外部的用户。由于已经获得预冷却，冷负荷更小，使得快速冷却站302能够加快冷却，便于使装在快速冷却站302的饮料224和其他物品/物体的温度在较少时间内降低到适合于消费的所需要的范围。这样的温度范围可例如从6℃到4℃。

特别是，以箭头B所示的进入的空气穿过饮料224流动，降低了饮料的温度。但是，在到达排气装置230并通过排气装置230被排出之前，使进入的空气如图所示穿过通道232，使空气被接收，并与TEC热面306相互作用，从而降低TEC热面306的温度。通过由热电冷却所进行的第二步冷却过程的冷却，TEC热面306的降温使得在TEC热面306和TEC冷面308之间的温差dT减小，使得热电冷却模式能够更有效地运行。

某些实施例可使得控制器218能够包括规定和计算方法，如上所述，以计算能够帮助用户感知饮料224的温度值的与时间和温度相关的信息，甚至当温度传感器220和304不存在或不工作的时候。在这样的情况下，可以知道，假定系统300的其他功能根据设定的标准运行，通过计时器所记录的时间，可以帮助用户确定饮料的近似温度值。

特别是，可以理解，图3中描述的用于冷却系统300的配置不以任何方式限制本公开。因此，两步冷却功能也可以彼此完全无关地工作。在结构上，第一步冷却模式包括预冷却系统200，第二步冷却模式包括快速冷却站302，它们可以被配置成彼此远离，由此可以根据环境温度和其他在用户端占主导的状态来进行应用。

此外，使得第一步和第二步冷却模式能够相互独立的灵活性也有助于第一步和第二步冷却模式通过不同的能源进行运行。即使当两个冷却模式在结构上被集成为一个公用单元的时候，也可以是这样的情况。但是，可能并不是任何时候都这样。此外，即使当两个冷却模式被分开的时候，也有可能使它们相互连接，以便拓展第一步和第二步冷却模式之间的互相作用，从而进行有效的冷却过程。

主、被动蒸发冷却功能，是已经进行了详细说明的可能的预冷却功能。可以理解，对于例如那些在预冷却系统200或冷却系统300中所使用的预冷却功能，主动或被动的蒸发冷却不是获得预冷却饮料224的唯一方式。可替代地，可并入几个其他程序。

因此，可以分别通过图4A和图4B来理解主、被动预冷却系统的概念。

相应地，图4A描述了一种主动蒸发冷却系统400a，其可以作为被采用于系统200和300中的任何一个内的预冷却方法之一。进一步，主动蒸发冷却400a包括蒸发垫208，如之前所述，被如图4A所示设置。特别是，该预冷却方法包括集液槽207，水泵213，被配置用于通过管道402来泵浦存储在集液槽207中的水209，如图所示。并且，管道402被配置为通过布水管404在蒸发垫208上供水，如所述那样，使蒸发垫208浸湿。特别是，通过管道402和布水管404的布置，可以理解图2所描述的箭头211的结构与功能。

在工作期间，泵213通过管道402泵浦存储在集液槽207中的水209，并在蒸发垫208上提供水209，如图所示。在蒸发垫208的孔或开口中所获取的水209允许空气越过或穿过垫208(通过风扇210而实现的通道)被冷却到较低温度，进一步使饮料224(冷却的空气在其上流过)的温度从第一温度降至预定的阈值温度。进入蒸发垫208的水209，通过配置在垫208的底部的孔或开口(未示出)回到集液槽207，排水过程形成一个水循环回路。如上文所公开的，通过垫208进入的空气，如箭头A所示，借助于风扇210，当其通过垫208的时候温度冷却。这冷却的空气通过箭头A示出。空气的这样的冷却进一步使热面区222的温度下降，并降低被设置在第一结构202之内的饮料、物品等形式的任何冷负荷的温度。

同样，被动蒸发冷却可以作为主动蒸发冷却的一种替代来工作，如上所述，使得系统200能够包括与如上所述的那些相类似的预冷却功能。

因此，图4B描述了一种示例性的被动蒸发冷却系统400b。在系统400b中，结构、部件和工作保持不变，几乎与系统400a的相同。差异主要包括作为可选项的风扇210，以及浸湿垫208'的一种可替代方式。特别地，风扇210可被完全避免用于这样的配置，空气通过自然对流过程可被带进热面区222。进一步，垫208'包括多个孔，使垫208'开放并且具有微孔结构，通过毛细作用吸收水209。因此，如图所示，系统400b可能不包括与所讨论的用于系统400a的那些相类似的水泵或风扇，但是可以包括与已经公开的那些相类似的集液槽207和布水管404'。进一步，系统400b包括蓄水池408，其被配置为用来积蓄水，如图所示，管道410将集液槽207连接到蓄水池408。

在被动蒸发冷却系统400b的工作期间，存储在蓄水池408中的水209包括压位差。因此，由于保持于蓄水池408中的压位差，水209如图中箭头E所示行进，进入布水管404'，通过管道402'，并随后分布在垫208'上，如图中所示。水209的分布与有关图4A的讨论中的类似。吸水垫208'吸收水209，并通过毛细作用将水分布在垫208'的整个表面上。流入垫208'的水209进一步通过配置在垫208'中的孔或开口向下流入集液槽207，从此处，水209通过管道410被导回蓄水池408，管道410被配置成包括止逆阀406，其允许水209单向流动，使得存储在蓄水池408中的水209，不进入集液槽207，而是相反，水209只从集液槽207流至蓄水池408，如图中通过箭头D所示。应理解任何穿过垫208'的空气通过都是通过自然对流过程来进行的。因此，当一些空气进入垫208'的时候，如箭A所示，冷却下来，使得一些空气具有较低的温度，如箭头A'所示。此外，冷负荷(例如饮料224)的冷却可被理解为与图4A中讨论的过程类似。这样的系统的其他的实施例和工作需求为本领域技术人员所已知，因此将不作进一步讨论。

在一个实施例中，水209可被替换成有助于饮料224降低温度的等同的流体。特别是，可以替换水209的流体可能具有与水相似的或比水更好的特性，例如表面张力，粘性等等，这可以使得它们能够在预冷却作用期间如水一样被泵浦和分配。这样的流体为本领域技术人员所熟知，因此相关方面将不作进一步讨论。

通过如图5所示的焓湿图500可以理解本公开的一些方面。曲线图500为本领域技术人员所熟知，其在X轴上描述了干球温度(℃)，在Y轴上描述了相应的湿度比(lb/lb干空气(lb/lb of dry air))。特别是，曲线502可被理解为是示例性的15.5℃的WBT线，曲线504是描述80％相对湿度(RH)的曲线，曲线506是100％饱和线，同时曲线508描述20％的RH。尤其是，曲线图500未按比例绘出。

这里，如曲线图500所示，上述讨论的预冷却方法的工作概念，即主、被动蒸发冷却系统400a和400b，可分别更加详细地被理解。还应理解，下面提及的温度值，湿度比，等等是示例性的，相对于实际值可能不是精确的。

因此，被配置成被引导进入热面区222的大量环境空气可在30℃的典型的干球温度处具有20％(RH)，并可以具有相应的WBT范围约15.5℃。空气从外部环境150到预冷却系统200的热面区222的行进，通过蒸发垫208或吸收垫208'，使空气的干球温度例如从30℃下降到大约18.3℃。这样的下降是可能的，因为穿过垫208和208'的空气，由于存在于垫208或208'中的水含量而变得饱和。并且，当空气越过垫208或208'的时候，对于空气，这样的饱和度的改变可例如从最初环境空气的20％RH变至高达80％RH。随后，从曲线图500可以看出，空气的含水量有相对变化或空气的相对湿度比也变化。这样的变化也可例如范围从大约为0.00525lb/lb干空气的初始值到大约为0.01070lb/lb干空气的最终值，如所述的那样。因此可以理解，被向内引导到热面区222的环境空气通过热量的减少会展示出干球温度的改变，并伴随有通过空气的湿度比的增加而产生的质量上的变化。

如本申请公开的以两个不同步骤进行的冷却方法，可以被理解为，包括预冷却功能和快速冷却功能的各种应用，其可以通过多个过程实施，并可能不只受限于主、被动蒸发过程的原理。尤其是，在本申请中公开的用于预冷却和快速冷却应用的实施例不以任何方式限制本申请。因而也可以通过很多其他方法实现相似的各种预冷却应用。因此，除已经讨论的主、被动蒸发冷却系统400a和400b之外，将在接下来的公开中进一步论述五个可替代的预冷却方法。

因此，用于预冷却功能的可替代方式可以包括热电冷却方法，其与已公开并应用于冷却系统300中的TEC热面306和TEC冷面308的那些方法相类似。因为涉及在热面和冷面之间的最低温度差异的热电冷却证明是有利于相对有限的能耗，冷却系统(如系统300)可以使用用于预冷却功能的热电系统。例如，当在热面和冷面之间的温差小于15℃的时候，COP(性能系数)可以高达2到2.5。

其他预冷却功能可以包括具有双蒸发器的传统制冷/冷却单元，其中，两种类型(即交流和直流)的常规气密密封压缩机，通过平衡密封系统都可以用来有效地使饮料224预冷却。在制冷/冷却系统中采用双蒸发器的方法是节能的，因为由介质背压(MBP)制冷/冷却回路获得的COP，在较小尺寸压缩机中，连同由高背压(HBP)制冷/冷却回路获得的COP，当被结合在一起时，获得比当蒸发器被单独使用的时候更高的总的COP。尽管如此，这可能取决于用于预冷却功能和快速冷却功能的双蒸发器的尺寸比。

相变材料可以可替代地被用于进行预冷却应用，如上文所讨论的。在大部分时间夜晚温度比白天温度低得多的地域，相变材料可被用于进行自由冷却。在自由冷却中，由于在夜间环境温度降低，相变材料可在晚上通过固化贮藏潜在热能，随后，通过在更高的白天环境温度下融化，在白天释放能量。通过将热量从冷负荷(例如饮料224)转移到相变材料，来进行这样的能量释放和随之导致的融化。实际上，饮料224可被保持在与夜晚环境温度相同的温度，即使在高的白天环境温度期间。由此可以使用相似的相变材料用于饮料224的预冷却应用，其中相变材料可以在白天从饮料中吸收热量，从而降低饮料的温度，并在夜间将热能释放到保持在较低温度的环境中。

其他一些实施例可包括某些自然的自由能源(例如地热能)，夜空冷却，基于沸石的干燥剂冷却，其不需要外部能源，并由此可以在消耗尽可能少的能源用于预冷却应用方面有效。特别是，这样的应用是本领域中公知的，在本公开将不做进一步论述。

在又一些其它实施例中，来自空调环境的导管，当其被导向预冷却室(例如第一结构202)时，有助于降低温度，并为放置在该室内的内容物提供冷却。这样的内容物可以是饮料224，如上所述。特别是，具有从27℃到18℃的温度范围的空调环境，可以有助于相当大地降低需要预冷却的内容物的温度。

通过快速冷却站302实现的涉及最终冷却或冷却过程的第二步冷却模式，也能通过多种方式被获得。接下来的公开描述了三种这样的方法。但是，可以知道，二步冷却模式可以包括各种传统已知的应用，这里所描述的那些，作为不同的实施例，并不以任何方式限制本公开。

因此，如前面关于系统300所述的，热电冷却可以被并入，以获得最终的冷却过程，因而，在本申请中对已经被公开的这样的过程将不做进一步描述。如前所述，热电冷却模式，不是用于最终冷却过程的第二步冷却模式的唯一的选择，也可以加入可替代的冷却模式。这样的可替代的冷却模式将在下面进行讨论。

因此，第二步冷却过程的又一实施例可以包括常规的冷却过程，例如通过使用直流微型/迷你型基于冷却的压缩机实现的冷却过程。这样的压缩机，特别地，可以用于小尺寸饮料冷却器。这利用了所获得的最终的饮料温度，因为饮料温度已经处于预冷却状态，例如温度范围从23℃到28℃，当第二步冷却启动的时候，通过预冷却系统200而降低。这使得可以采用相对较小容量的直流微型压缩机，其是节能的，一般都基于具有最小的电学损耗的PMBLDC(永磁体无刷直流电)。尤其是，基于马达及回转式压缩机的直流压缩机还具有较低的机械损失。

进一步，即使使得蒸发温度从-6.7℃升高到0℃，这样的压缩机可以使冷却性能进一步提高。在这样的状态中，将需要某些设计来实现冷负荷的可用性，例如饮料224，其在4℃到6℃的示例性的冷冻温度范围内。因此，一种解决方案可涉及通过瓶与吹胀式蒸发器的密切接触，将最终冷却室中的饮料224直接冷却，吹胀式蒸发器是成形的，因此消除空气和其他媒介。从而，可以获得更容易地冷却到所需温度。直接接触吹胀式蒸发器的使用将因此帮助进行较快冷却，因为其将与传统的基于空气的冷却有关的热损耗降至最小。特别是，可以理解-6.7℃的温度是用于MBP冷却应用的惯例温度。

在另外的实施例中，交流压缩机可用于替代直流微型/迷你压缩机。可以使用某些方法来平衡制冷/冷却循环蒸发温度，使其范围例如从1℃到0℃，该温度范围高于MBP冷却应用所使用的常规温度-6.7℃。这样的方法可以因此包括类似于所公开的用于直流微型/迷你型压缩机的蒸发器的吹胀式蒸发器，吹胀式蒸发器可以被配置成直接冷却饮料或任何施加的冷负荷。通过这样的降低热损耗的布置，伴随改进的COP，同时可以对饮料224进行更快的冷却。

通过使用适当的绝缘材料保护与外部热量隔离，或通过相变材料，可在快速冷却站302之内使用某些保冷方法，相变材料可以在冷却单元的正常运行操作期间被冷却和固化。因而产生的凝固和相应的热能在白天的释放，通过在更高环境温度逐渐地融化的相变材料，可以使得即使当电源不可用的时候也能保持最低温度。用于相变材料的存贮，转移，循环的适当的区域，如果需要的话，可以合并入快速冷却站302。通过这样的布置，在快速冷却站302内的温度可被保持，例如，低于10℃，或低于任何所需温度。此外，可以理解，这样的最低温度的要求可成为所应用的相变材料的类型、体积、以及其他特性的因素。

此外，可以理解，通过以上所述公开，形成第一工作模式的用于预冷却过程的七种不同的选择，和形成第二工作模式的用于终冷过程的三种不同的选择，可以用于进行二步冷却过程。这样的过程当组合在一起时，能实现在高温地区(例如在41℃以上)减少能耗，此外，一方面，所讨论的七种预冷却过程中的任何一个，或另一方面，三种终冷过程中的任何一个，可以互相组合，形成总共21种不同的可能组合，用于通过两个步骤来进行冷却过程的操作，通过这样的冷却过程，可以实现两步冷却过程104。

本说明书陈述了一些特定示例性的实施例，但是本领域的技术人员将会理解，在将本公开的主题在特定实施和环境中具体化的过程中，这些实施例中的变化将自然地发生，还应理解，这样的变化及其他也落入本公开的范围。上文中所述的那些可能的变化和特定的示例并不用于限制本公开的范围。相反，所请求的发明的范围仅由下文所述的权利要求限定。

Claims (18)

1.一种混合制冷系统，包括：

第一结构，在所述第一结构内放置有一个或多个物品，其中所述第一结构包括：

预冷却系统，用于将所述一个或多个物品的温度从第一温度降低到预定阈值温度；其中所述预冷却系统通过第一工作模式操作，其中所述第一工作模式通过下列冷却方法中的一种来操作：

主动蒸发冷却过程；

热电冷却过程；

双蒸发器冷却；

通过相变材料的冷却；

通过自然的自由能源的冷却；和

通过来自空调环境的导管的冷却；和

第二结构，其被配置为一旦所述一个或多个物品被感测到已经达到所述预定阈值温度，则所述第二结构用于容纳所述一个或多个物品，所述第二结构包括快速冷却站，用于将一个或多个物品的温度从所述预定阈值温度进一步降低到最终所需温度，其中所述快速冷却站通过第二工作模式操作；

其中，所述第一工作模式和所述第二工作模式每个都具有至少一个独立的能源用于冷却。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一工作模式通过主动蒸发冷却过程操作，所述主动蒸发冷却过程包括空气，水，泵，以及蒸发垫的组合，以预冷却所述一个或多个物品，其中所述泵被配置为用于将水供给到所述蒸发垫，所述空气被配置为穿过所述蒸发垫以到达所述一个或多个物品，将所述第一温度降低到所述预定阈值温度，所述蒸发垫被配置为在冷却过程期间内通过托盒来施加和去除。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一工作模式由被动蒸发冷却过程操作，所述被动蒸发冷却过程包括空气，水，以及吸水垫的组合，以预冷却所述一个或多个物品，所述吸水垫通过毛细作用吸收水，所述空气被配置为穿过所述吸水垫以到达所述一个或多个物品，将所述第一温度降低到所述预定阈值温度，所述吸水垫被配置为在冷却过程期间内通过托盒来施加和去除。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述第二工作模式通过下列冷却方法中的一种来操作:

热电冷却过程；

直流微型/迷你型压缩机；和

交流压缩机。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述第一工作模式通过主动蒸发冷却过程操作，其中所述第二工作模式通过热点冷却过程操作，其中所述热电冷却过程的热面，当被被配置为接收来自所述主动蒸发冷却过程的空气，所述空气使所述热面的温度降低。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述第二结构包括保冷机械装置，其通过相变材料实现，所述保冷机械装置保持所述第二结构内的温度。

7.如权利要求1所述的系统，其中，还包括控制器，其用于当所述一个或多个物品的温度被感测到已经达到所述预定阈值温度的时候，指示所述第一工作模式的完成，其中，感测所述第一结构内的所述一个或多个物品已经达到所述预定阈值温度是通过温度传感器实现。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述第二结构还包括：

保冷机械装置，用于保持所述第二结构内的温度，所述保冷机械装置通过相变材料实现；和

控制器，用于当所述一个或多个物品的温度通过温度传感器被感测到已经达到所述预定阈值温度的时候，指示所述第一工作模式的完成。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述第一工作模式通过主动蒸发冷却过程操作，所述主动蒸发冷却过程包括空气，水，泵，以及蒸发垫的组合，以预冷却所述一个或多个物品，其中所述泵将水供给到所述蒸发垫，其中所述空气穿过所述蒸发垫以到达所述一个或多个物品，将所述第一温度降低到所述预定阈值温度，并且所述蒸发垫被配置为在冷却过程期间内通过托盒来施加和去除。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述第一工作模式通过被动蒸发过程操作，所述被动蒸发冷却过程包括空气，水，以及吸水垫的组合，以预冷却所述一个或多个物品，所述吸水垫通过毛细作用吸收水，其中所述空气穿过所述吸水垫以到达所述一个或多个物品，将所述第一温度降低到所述预定阈值温度，并且其中所述吸水垫被配置为在冷却过程期间内通过托盒来施加和去除。

11.如权利要求8所述的系统，其中所述第二工作模式通过下列冷却方法中的一种来操作:

热电冷却过程；

直流微型/迷你型压缩机；和

交流压缩机。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一工作模式通过主动蒸发冷却过程操作，其中所述第二工作模式通过热电冷却过程操作，其中所述热电冷却过程的热面从所述主动蒸发冷却过程接收空气，其中所述空气降低所述热面的温度。

13.一种在冷却单元中进行冷却的方法，所述冷却单元包括第一结构，第二结构和温度传感器，所述第一结构和所述第二结构都被配置为用于容纳一个或多个物品，所述温度传感器被配置为用于感测所述一个或多个物品的温度，所述方法包括：

通过第一工作模式冷却所述一个或多个物品，将所述一个或多个物品的温度从第一温度降低到预定阈值温度；

通过所述温度传感器感测所述一个或多个物品的所述预定阈值温度；

当温度被感测到已经达到所述预定阈值温度的时候，将所述一个或多个物品从所述第一结构转移至所述第二结构；和

冷却所述一个或多个物品，作为在所述第二结构中的第二步冷却模式的一部分，其通过第二工作模式操作，以将所述一个或多个物品的温度从所述预定阈值温度降低到最终所需温度；

其中，所述第一工作模式和所述第二工作模式每个都具有至少一个独立的能源用于冷却。

14.如权利要求13所述的方法，其中通过所述第一工作模式的所述冷却通过下列冷却方法中的一种来操作:

主动蒸发冷却过程；

被动蒸发冷却过程；

热电冷却过程；

双蒸发器冷却；

通过相变材料的冷却；

通过自然的自由能源的冷却；和

通过来自空调环境的导管的冷却。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一工作模式通过主动蒸发冷却过程来操作，其中所述主动蒸发冷却过程包括空气，水，泵，以及蒸发垫的组合，以预冷却所述一个或多个物品，其中所述泵将水供给到所述蒸发垫，所述空气被配置为穿过所述蒸发垫以到达所述一个或多个物品，将所述第一温度降低到所述预定阈值温度，所述蒸发垫被配置为在冷却过程期间内通过托盒来施加和去除。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述第一工作模式通过被动蒸发冷却过程来操作，其中所述被动蒸发冷却过程包括空气，水，以及吸水垫的组合，以预冷却所述一个或多个物品，所述吸水垫通过毛细作用吸收水，所述空气被配置为横穿所述吸水垫以达到所述一个或多个物品，将所述第一温度降低到所述预定阈值温度，所述吸水垫被配置为在冷却过程期间内通过托盒来施加和去除。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述第二工作模式的冷却通过下列冷却方法中的一种来操作:

热电冷却过程；

直流微型/迷你型压缩机；和

交流压缩机。

18.如权利要求17所述的方法，其中第一工作模式通过主动蒸发冷却过程操作，其中所述第二工作模式通过热电冷却过程操作，其中所述热电冷却过程的热面从所述主动蒸发冷却过程接收空气，并且其中所述空气将其所述热面的温度。