CN104896834A - 一种快速制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速制冷系统，包括制冷机、容积箱、用于放置待制冷物体的收容部、以及与制冷机连接的控制器，收容部的顶端开口、并且置于容积箱内，所述收容部与所述待制冷物体的侧面紧密接触，制冷机包括用于传导所产生的冷量的冷头，冷头外周紧配有冷端适配器，冷端适配器上设有冷却部，收容部和冷却部由包括有超导管的材料制成，冷却部与待制冷物体的底面直接接触或者间接接触。在对物体制冷时，将制冷机制冷后产生的冷量，通过超导管制成的冷却部与待制冷物体的直接或间接接触而将冷量持续地传导给待制冷物体，从而使得待制冷物体被快速的降低到所需的温度；利用该快速制冷系统能够在短时间内将待制冷物体温度快速降低到所需的温度。
Description
技术领域
本发明涉及制冷设备领域，尤其涉及一种快速制冷系统。
背景技术
在生活中，人们习惯于利用冰箱对各种食物、饮料进行保鲜、冷冻、冷藏处理。如果想使饮料达到冷藏温度，一般需要提前几十分钟将需要冷藏的食物或者饮料放入冰箱中，慢慢降低常温状态的食物或饮料温度至需要的冷藏温度。这种利用冰箱进行常规冷藏的处理方式，虽然适应了家庭冷藏的需要，但是在一些特殊商业制冷领域中，如冰啤售卖、酒吧行业，制冷效果却表现的不尽人意，不能够满足快速制冷、快速供应的需求。
在炎炎夏日或者在酒吧中，人们通常希望能够快速畅饮到现场制得的制冷饮料或冰啤，以期望获得制冷饮料或冰啤带来的冰爽感觉。但是，多数情况下，针对这种快速制冷的现实需要，人们还仍旧利用冰箱的冷藏功能对饮料或啤酒进行制冷，但是这种冰箱常规制冷的效果及速度远远不能满足人们对饮料、冰啤现场制冷速度、制冷效果的需要。
中国实用新型专利CN201420234274.2公开了一种斯特林电冰箱，包括斯特林电机系统和冰箱体，斯特林电机系统由斯特林制冷机和斯特林电机的电控系统组成，冰箱体由冰箱外壳、聚氨酯泡沫、真空隔热层和铝板组成。其中，斯特林电机系统与冰箱体通过热虹吸管连接，位于箱体内部的热虹吸管与冰箱体呈30度夹角设置，热虹吸管内的冷却介质为R508，制冷机中的工质为氦气。通过使用该斯特林电冰箱，热虹吸管采用角度为30度的设置，液态化的冷却介质R508在重力作用下自动向下流动，在此过程中冷却介质R508吸收冰箱内的热量变为蒸汽，然后蒸汽沿着热虹吸管向上移动至制冷机头部变为液态，往复循环，从而逐步降低冰箱内的温度，并由聚氨酯泡沫、真空隔热层保持冰箱内的低温。然而聚氨酯泡沫、真空隔热层仅仅是对低温环境进行保持，避免冰箱内与冰箱外的热量交换，使得该斯特林电冰箱的制冷效果非常有限，仍然是常规冰箱的制冷原理，无法达到快速制冷的效果。
在现实生活中人们也经常使用冰水混合物来快速制冷，其采用的原理为大温差和与待制冷物质的全面接触，热量交换较快；但由于水容易受污染，且在一些宾馆酒店等宴会场所不适合采用；随着生活水平的提高，尤其在夏季对冷饮的需要急剧上升，因此急需一种设备能够使常温饮料急速制冷、快速供应消费者。由于大容量饮料具有较大的热容比，热量的交换仅靠温度的差异很难达到快速制冷。这不仅是一个制冷领域的问题，也是一个需要解决快速传导的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够在短时间内将物体温度快速降低到所需温度的快速制冷系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种快速制冷系统，其特征在于：包括制冷机、容积箱、用于放置待制冷物体的收容部、以及与所述制冷机连接的控制器，所述收容部的顶端开口、并且置于所述容积箱内，所述收容部与所述待制冷物体的侧面紧密接触，所述制冷机包括用于传导所产生的冷量的冷头，所述冷头外周紧配有冷端适配器，所述冷端适配器上设有冷却部，所述收容部和冷却部由包括有超导管的材料制成，所述冷却部与所述待制冷物体的底面直接接触或者间接接触。
根据本发明的一个方面，所述冷却部与所述待制冷物体直接接触，所述冷却部为平板式的复合超导管，所述收容部底端开口并且置于所述冷却部的上表面，并且所述冷却部通过所述收容部的底端开口与所述待制冷物体的底面直接接触。
为进一步加快待制冷物体的冷却，所述容积箱内设有长轴风扇，通过长轴风扇的运转，使得从冷却部和收容部散发在容积箱内的冷量能够更加快速的流通。
为了避免容积箱的内部、外部之间发生热量交换，导致容积箱内温度上升，所述容积箱内包覆有隔热保温层，并且所述隔热保温层位于所述冷却部和容积箱之间。优选的，隔热保温层可以选择使用硬质聚氨酯泡沫或宇航绝热材料或真空隔热材料。
为了避免结露现象对待制冷物体所处低温状态的影响，还包括排水管，所述排水管的一端穿过所述隔热保温层且位于冷却部的下侧，所述排水管的另一端位于所述容积箱的外侧。
根据本发明的另一个方面，所述冷却部与所述待制冷物体间接接触，所述冷却部为平板式的复合超导管，所述收容部置于所述冷却部的上表面并且呈杯状，并且所述冷却部通过所述收容部的底面与所述待制冷物体的底面间接接触。
根据本发明的另一个方面，所述冷却部与所述待制冷物体间接接触，所述容积箱由金属制成，所述冷却部形成管状，所述冷却部环设于所述容积箱外周，所述收容部置于所述容积箱的底面上，所述收容部底端开口，所述容积箱通过所述收容部的底端开口与所述待制冷物体的底面接触。
为了增加冷量的传导，所述冷却部从高于所述收容部的位置向下环绕多周直至到达所述容积箱的底部。
为了避免容积箱的内部、外部之间发生热量交换，导致容积箱内温度上升，所述容积箱外周包覆有隔热保温层，所述冷却部位于所述容积箱和隔热保温层之间。
根据本发明的另一个方面，所述冷却部与所述待制冷物体间接接触，所述容积箱由金属制成，所述冷却部形成为管状，所述冷却部环设于所述容积箱外周，所述收容部置于所述容积箱的底面上并且呈杯状，所述容积箱通过所述收容部的底面与所述待制冷物体的底面接触。
根据本发明一个优选的实施例，所述收容部呈圆筒状。
进一步地，所述收容部的周壁上开设有轴向延伸的缺口，以便收容部遇冷进行急速的收缩。
进一步地，所述收容部的内侧壁上设有柔性材料，所述柔性材料内填充有液态物质，从而可以适应待制冷物体的各种形状需要，以实现制冷机在制冷时，柔性材料能够紧贴在待制冷物体的表面，从而将收容部的冷量最大限度地传导给待制冷物体，提高制冷效率。柔性材料优选的可以选择使用铝箔CR泡棉或铝箔玻璃纤维布。
根据本发明另一个优选的实施例，所述收容部呈螺旋状。
所述制冷机为斯特林制冷机，斯特林制冷机能够快速产生超低温，且与待制冷物体的温度之间形成一个较大的温度差，从而能够实现快速制冷。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将制冷机制冷后产生的冷量，通过热传导效率高的超导管制成的冷却部与待制冷物体的直接或间接接触而将冷量持续地传导给待制冷物体，并且采用同样由超导管制成的用于容置待制冷物体的收容部实现辅助制冷，从而使得待制冷物体被快速的降低到所需的温度；利用该快速制冷系统能够在短时间内将待制冷物体温度快速降低到所需的温度。
附图说明
图1为本发明的快速制冷系统第一个实施例的结构示意图；
图2为本发明的快速制冷系统的收容部的一个实施例的结构示意图；
图3为本发明的快速制冷系统的收容部的另一个实施例的结构示意图；
图4为本发明的快速制冷系统的收容部的另一个实施例的结构示意图；
图5为图4所示的收容部的剖视图；
图6为本发明的快速制冷系统第二个实施例的结构示意图；
图7为本发明的快速制冷系统第三个实施例的结构示意图；
图8为图7所示的快速制冷系统中的容积箱内部结构俯视图。
图中标号说明：制冷机1、容积箱2、待制冷物体3、收容部4、控制器5、柔性材料7、冷头8、冷端适配器91、冷却部92、隔热保温层10、排水管12、隔热材料16。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
参见图1，本实施例一中的快速制冷系统，包括制冷机1、容积箱2、收容部4和控制器5，收容部4置于容积箱2内，收容部4用来放置待制冷物体3，例如，待制冷物体3为瓶装啤酒或者罐装饮料；控制器5连接制冷机1，以实现对制冷机1的控制，例如，控制器5控制制冷机1启动制冷以及制冷时间。
该制冷系统在实际使用过程中，制冷机1可以选择压缩式制冷机或吸收式制冷机。其中，当使用压缩式制冷机时，为了使制冷机1能够在短时间内迅速制冷，以实现将待制冷物体3温度快速降低至所需要的冷藏温度，该压缩式制冷机优先选择斯特林制冷机。这是因为斯特林制冷机能够快速产生超低温，且与待制冷物体3的温度之间形成一个较大的温度差，从而能够实现快速制冷；而且斯特林制冷机占空比小、制冷效率高，从而能够满足冰啤售卖、酒吧等小数量快速制冷行业的需要。
制冷机1包括有冷头8，用于将制冷机1产生的冷量输出，冷头8延伸入容积箱2内。在制冷机1的冷头8外周紧配有冷端适配器91，冷端适配器91上设置有冷却部92。冷端适配器91的形状与冷头8的形状适配，在本实施例中，为环状，可替代的，也可以采用碗状，用于将冷头8产生的冷量传导到冷却部92，冷端适配器91和冷却部92之间优选的可通过螺栓结构固定，例如本实施例中使用螺钉固定，在冷端适配器91与冷却部92的固定处填充有热传导胶，以增强传导效果。
收容部4设置在冷却部92上，在本实施例中优选的，冷却部92呈板状，其上表面为平面，以便更好的支撑收容部4和待制冷物体3，同时便于与待制冷物体3接触而传导冷量。可通过在冷却部92的上表面上开设定位凹槽，使得收容部4嵌入在定位凹槽内实现与冷却部92的相对定位，避免收容部4在使用过程中移动。
冷却部92和收容部4由包括有超导管的材料制成，这种材料具有较高的传导效率、和较小的热阻，传导能力远高于金属材料，而且远远超过常规的热管，导热系数为14MW/m.℃，可达到银的32000倍。在本实施例中，冷却部92采用平板式的复合超导管。
参见图1和图2，收容部4呈圆筒状，并且轴向上的顶端、底端两端开口，采用环状的复合超导管制成，收容部4的周壁上开设有轴向延伸的缺口41，以便收容部4遇冷进行急速的收缩。冷却部92的上表面与收容部4的底面接触，并且由于收容部4两端开口，由此冷却部92与收容部4底端开口部分对应位置的上表面部分能够直接接触到置于收容部4内的待制冷物体3，收容部4的内侧壁与待制冷物体3直接紧密接触。
此外，收容部4还可以为杯状，冷却部92与待制冷物体3间接接触，收容部4的内侧壁、底面与待制冷物体3直接接触，冷却部92将冷量传导到收容部4的底面，而后通过收容部4的底面和侧壁对待制冷物体3进行快速冷却。
冷头8产生的冷量首先传导给冷端适配器91，然后由冷端适配器91将冷量传导给冷却部92，并再由冷却部92直接将冷量传导给待制冷物体3，从待制冷物体3的底部制冷使其快速冷却；同时冷却部92还将冷量传导给收容部4，由于收容部4由超导管制成，收容部4温度接近冷却部92温度，使得收容部4具有较低的温度，从而对收容部4内的待制冷物体3从侧面进行快速冷却。在上述冷却过程中，通过冷却部92对待制冷物体3快速冷却，而收容部4同样起到快速冷却的作用。
在容积箱2处于低温环境且待制冷物体3被快速有效制冷后，为了避免容积箱2的内部、外部之间发生热量交换，导致容积箱2内温度上升，在容积箱2内包覆有隔热保温层10，该隔热保温层10位于冷却部92和容积箱2之间。其中，隔热保温层10选择使用硬质聚氨酯泡沫或宇航绝热材料或真空隔热材料。
在冷端适配器91传导冷头8的冷量过程中，在冷端适配器91的下侧及侧壁上经常会出现结露现象。为了避免结露现象对待制冷物体3所处低温状态的影响，本实施例一中的快速制冷系统还包括排水管12，排水管12的一端穿过隔热保温层10且位于冷却部92的下侧，排水管12的另一端位于容积箱2的外侧。如图1所示。这样，发生结露处的液体会顺着冷端适配器91下侧的排水管12排出。
以斯特林制冷机为例，对本实施例中的快速制冷系统的工作过程作出说明：
(1)利用控制器5，控制斯特林制冷机启动制冷工作；斯特林制冷机开始制冷，并快速使得冷头8处具有非常低的温度；
(2)冷端适配器91将冷头8处产生的冷量传导给冷却部92，冷却部92直接将冷量传导给待制冷物体3，使其快速冷却；
(3)同时冷却部92还将冷量传导给收容部4，使得收容部4具有较低的温度，从而对收容部4内的待制冷物体3进行快速冷却；
(4)由于待制冷物体3与容积箱2之间存在很大的温差，以及待制冷物体3与冷却部92、收容部4的全面接触，从而能够将待制冷物体3快速制冷，设定不同的制冷时间就能将瓶装啤酒或者罐装饮料制冷到合适的冷藏温度；当待制冷物体3达到设定的制冷时间时，则利用控制器5关闭斯特林制冷机的制冷，并利用隔热保温层10对容积箱2内的低温进行保持，从而在短时间内将物体温度快速降低到所需冷冻温度。
常用的制冷冰箱需要半小时甚至更长实现制冷，而本发明中，由于超导管优异的传导性能，和斯特林制冷机的超低温，上述制冷的过程可缩短到十分钟甚至几分钟的时间即可完成，实现速冷，大大方便了使用。
参见图3，可替代的，收容部4’也可以呈螺旋状，此时收容部4’仅为管状的超导管。
参见图4和图5，与图2中的收容部4的不同之处在于，收容部4的内侧壁上还设有柔性材料7，在柔性材料7内填充有液态物质，从而可以适应待制冷物体3的各种形状需要，以实现制冷机1在制冷时，柔性材料7能够紧贴在待制冷物体3的表面，从而将收容部4的冷量最大限度地传导给待制冷物体3，提高制冷效率，此时收容部4’的内侧壁与待制冷物体3间接紧密接触。其中，液态物质在低温下是不凝结的，即在低温环境下仍然能够处于液态，优选的，采用硅油、乙二醇或具有流动性而且粘度低的润滑脂。当然，为了适应深层次制冷和使用安全的需要，该液态物质优先选择使用硅油。这是因为，硅油具有安全性；硅油在-80℃时仍然具有液体流动性，不会产生冻结现象，这样硅油不会对收容部4形状以及冷却部92的冷量传导产生不利影响。而柔性材料7选择使用铝箔CR泡棉或铝箔玻璃纤维布，该柔性材料7具有在低温状态下保持柔软性和不易破损的特质，不会因柔性材料7破损而导致液态物质渗漏。
实施例二：
参见图6，本实施例中的快速制冷系统与上述实施例一的不同之处在于，容积箱2内设有长轴风扇21，由于采用长轴风扇21，则可以使得用于驱动长轴风扇21转动的电机位于容积箱2外。通过长轴风扇21的运转，使得从冷却部92和收容部4散发在容积箱2内的冷量能够更加快速的流通，如图6中容积箱2内的箭头所示的，进一步加快待制冷物体3的冷却。
实施例三：
参见图7和图8，在本实施例中的快速制冷系统，包括制冷机1、容积箱2’、收容部4和控制器5，收容部4置于容积箱2’内，收容部4用来放置待制冷物体3，控制器5连接制冷机1，以实现对制冷机1的控制。上述结构与实施例一中的相同。
与上述实施例一的不同之处在于，制冷机1及其冷头8均位于容积箱2’外，容积箱2’由金属制成，具有良好的热传导性，隔热保温层10’包覆在容积箱2’外周。收容部4置于容积箱2’内的底面上，则容积箱2’与收容部4底端开口部分对应位置的底面部分直接与待制冷物体3的底面接触。
冷端适配器91’紧配在制冷机1的冷头8外，在本实施例中，为碗状，冷却部92’呈管状。冷却部92’从冷端适配器91’处向容积箱2’延伸，并且环设在容积箱2’外周，位于容积箱2’和隔热保温层10’之间。冷却部92’形成为管状，可在容积箱2’外环绕多周，即从容积箱2’内从高于收容部4的位置向下直至环绕在容积箱2’的底部，由此可使得冷却部92’传导冷量到容积箱2’的面积大大增加，增加冷量的传导，提高制冷的效率。
冷却部92’将冷量传达给容积箱2’后，由容积箱2’直接对待制冷物体3制冷或容积箱2’再将冷量传导给收容部4后对待制冷物体3制冷。
为了提高冷头8传导冷量给冷端适配器91’的传导效果，减少外界温度对冷量传导的不利影响，在冷端适配器91’的外侧套设有隔热材料16。
在上述实施例二和三中，收容部4也可以用图3～图5中的实施例替代。
Claims (15)
1.一种快速制冷系统，其特征在于：包括制冷机(1)、容积箱(2；2’)、用于放置待制冷物体(3)的收容部(4；4’)、以及与所述制冷机(1)连接的控制器(5)，所述收容部(4；4’)的顶端开口、并且置于所述容积箱(2；2’)内，所述收容部(4；4’)与所述待制冷物体(3)的侧面紧密接触，所述制冷机(1)包括用于传导所产生的冷量的冷头(8)，所述冷头(8)外周紧配有冷端适配器(91；91’)，所述冷端适配器(91；91’)上设有冷却部(92；92’)，所述收容部(4；4’)和冷却部(92；92’)由包括有超导管的材料制成，所述冷却部(92；92’)与所述待制冷物体(3)的底面直接接触或者间接接触。
2.如权利要求1所述的快速制冷系统，其特征在于：所述冷却部(92)与所述待制冷物体(3)直接接触，所述冷却部(92)为平板式的复合超导管，所述收容部(4；4’)底端开口并且置于所述冷却部(92)的上表面，并且所述冷却部(92)通过所述收容部(4；4’)的底端开口与所述待制冷物体(3)的底面直接接触。
3.如权利要求2所述的快速制冷系统，其特征在于：所述容积箱(2)内设有长轴风扇(21)。
4.如权利要求2所述的快速制冷系统，其特征在于：所述容积箱(2)内包覆有隔热保温层(10)，并且所述隔热保温层(10)位于所述冷却部(92)和容积箱(2)之间。
5.如权利要求4所述的快速制冷系统，其特征在于：还包括排水管(12)，所述排水管(12)的一端穿过所述隔热保温层(10)且位于冷却部(92)的下侧，所述排水管(12)的另一端位于所述容积箱(2)的外侧。
6.如权利要求1所述的快速制冷系统，其特征在于：所述冷却部(92)与所述待制冷物体(3)间接接触，所述冷却部(92)为平板式的复合超导管，所述收容部(4)置于所述冷却部(92)的上表面并且呈杯状，并且所述冷却部(92)通过所述收容部(4)的底面与所述待制冷物体(3)的底面间接接触。
7.如权利要求1所述的快速制冷系统，其特征在于：所述冷却部(92’)与所述待制冷物体(3)间接接触，所述容积箱(2’)由金属制成，所述冷却部(92’)形成为管状，所述冷却部(92’)环设于所述容积箱(2’)外周，所述收容部(4；4’)置于所述容积箱(2’)的底面上，所述收容部(4；4’)底端开口，所述容积箱(2’)通过所述收容部(4；4’)的底端开口与所述待制冷物体(3)的底面接触。
8.如权利要求7所述的快速制冷系统，其特征在于：所述冷却部(92’)从高于所述收容部(4；4’)的位置向下环绕多周直至到达所述容积箱(2’)的底部。
9.如权利要求7所述的快速制冷系统，其特征在于：所述容积箱(2’)外周包覆有隔热保温层(10’)，所述冷却部(92’)位于所述容积箱(2’)和隔热保温层(10’)之间。
10.如权利要求1所述的快速制冷系统，其特征在于：所述冷却部(92’)与所述待制冷物体(3)间接接触，所述容积箱(2’)由金属制成，所述冷却部(92’)形成为管状，所述冷却部(92’)环设于所述容积箱(2’)外周，所述收容部(4；4’)置于所述容积箱(2’)的底面上并且呈杯状，所述容积箱(2’)通过所述收容部(4；4’)的底面与所述待制冷物体(3)的底面接触。
11.如权利要求1～5、7～9中任一项所述的快速制冷系统，其特征在于：所述收容部(4)呈圆筒状。
12.如权利要求11所述的快速制冷系统，其特征在于：所述收容部(4)的周壁上开设有轴向延伸的缺口(41)。
13.如权利要求11所述的快速制冷系统，其特征在于：所述收容部(4)的内侧壁上设有柔性材料(7)，所述柔性材料(7)内填充有液态物质。
14.如权利要求1～5、7～9中任一项所述的快速制冷系统，其特征在于：所述收容部(4’)呈螺旋状。
15.如权利要求1～5、7～9中任一项所述的快速制冷系统，其特征在于：所述制冷机(1)为斯特林制冷机。
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