CN105431694A

CN105431694A - 快速冷却装置

Info

Publication number: CN105431694A
Application number: CN201480024054.XA
Authority: CN
Inventors: M·I·阿西塔卡
Original assignee: M S T CREATIVE THINKING Ltd
Current assignee: M S T CREATIVE THINKING Ltd
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2016-03-23
Also published as: WO2014132253A1; EP2962049A1; EP2962049A4; AU2014222320A1; IL225007A0; US20160010912A1; CA2902793A1

Abstract

一种快速冷却装置，包括：a)冷冻器，该冷冻器由隔热隔室和热泵组成，热泵将热量从冷冻器内部传递到其外部环境，使得所述隔热隔室内部被冷却到低于环境室温的相对低的温度，其中冷冻器适于保持相对低的温度；以及b)存储腔室，该存储腔室适于容纳用于快速冷却的至少一个物件，其中存储腔室和隔热隔室经由一个或多个连接件连接，使得来自隔室的冷却空气可以循环方式从隔热隔室流到存储腔室的内部容积，并返回到隔热隔室，由此由于隔热隔室与存储腔室之间的温差而降低腔室的内部容积内的温度。

Description

快速冷却装置

发明领域

本发明涉及快速冷却器领域。更具体地，本发明涉及用于快速冷却或冷冻食品、饮料或需要快速冷却下来的任何其它材料的冷却装置。

背景技术

常规冰箱依赖于冷空气从冷却设备到冰箱内所存储物件的循环。循环空气的对流速度和热容量致使热量从放置在常规冰箱的冷却容积内的物件相对慢地被移除。强制冷却可例如通过在冷却容积内包括循环风机来将冷却空气循环经过物件以更快冷却其内容物而可能得以改进。但是，由于空气动能由于粘滞阻尼被转换成热量，这种强制冷却造成冰箱内发生额外的能量耗散。

本发明的目的是提供一种系统，其能够以经济方式快速冷却诸如食品和饮料的物件。

本发明的其它目的和优点随着描述继续而将变得明显。

发明内容

一种快速冷却装置，包括：a)冷冻器，该冷冻器由隔热隔室和热泵组成，热泵将热量从冷冻器内部传递到其外部环境，使得隔热隔室内部被冷却到低于环境室温的相对的低温度，其中冷冻器适于保持相对低的温度；以及b)存储腔室，该存储腔室适于容纳用于快速冷却的至少一个物件，其中存储腔室和隔热隔室经由一个或多个连接件连接，使得来自隔室的冷却空气可以循环方式从隔热隔室流到存储腔室的内部容积，并返回到隔热隔室，由此由于隔热隔室与存储腔室之间的温差而降低腔室的内部容积内的温度。

根据本发明的一实施例，快速冷却装置还包括调节机构，该调节机构允许改变存储腔室的内部容积的尺寸，使得内部容积可调节成基本上适合至少一个物件的尺寸，使得在内部容积内可仅剩余空气间隙的最小区域。存储腔室构造成使得调节机构能够移动限定存储腔室的内部容积的一个或多个壁，从而增加或减小所述容积。可使用诸如机械机构、电动机械机构、气动机构、液压机构等的任何适当技术来利用该调节机构。

根据本发明一实施例，快速冷却装置还包括：通风件，该通风件用于增加冷却空气在存储腔室的内部容积与冷冻器的隔热隔室之间的流速。

根据本发明一实施例，快速冷却装置还包括：用于存储至少一个物件的外部存储容器，其中外部存储容器适于配装在存储腔室的内部容积内，使得冷却空气通过从内部直接连接到一个或多个连接件或经由适配件或延长件间接连接到一个或多个连接件而经由一个或多个连接件流过外部存储容器。

根据本发明的一实施例，外部存储容器可适于适合一个或多个所选物件的形状，诸如适合饮料罐的标准形式或其它常用食品包装。

根据本发明的一实施例，快速冷却装置还包括控制单元，用于允许用户控制快速冷却装置的运行。

根据本发明的一实施例，存储腔室的内部容积设有用于转动需要快速冷却下来的物件的转动机构。

根据本发明的一实施例，快速冷却装置还包括具有比空气高的热容量的一个或多个材料以增加冷冻器的冷却能力，由此有助于保持冷冻器内相对低的温度。所述材料可以是填充有冷却液体或本领域已知用于该目的的其它材料的塑料袋。

根据本发明的一实施例，存储腔室至少部分地位于冷冻器内。

附图说明

在附图中：

-图1示意性地示出根据本发明一实施例的冷却装置；

-图2A示意性地示出根据本发明一实施例的、图1的冷却装置的示例实施方式；

-图2B示意地示出根据本发明一实施例、用于调节图2A的冷却装置的存储室的内部容积的机构；

-图2C示意性地示出根据本发明一实施例、图2A的冷却装置；

-图3以框图形式示意性地示出根据本发明一实施例、用于操作冷却装置的控制单元；

-图4是示出对于本发明冷却装置的示例实施方式的冷冻器容积与最终温度关系的图表；

-图5是示出对于本发明冷却装置的示例实施方式的腔室容积与最终温度关系的图表；

-图6是示出对于本发明冷却装置的示例实施方式的冷却时间与最终温度关系的图表；以及

-图7是示出对于本发明冷却装置的示例实施方式的冷却时间与腔室容积关系的图表。

具体实施方式

在整个该说明书中，术语“腔室”或“存储室”用于指适于在相对低的温度条件(例如3至20摄氏度之间)下容纳诸如食品或饮料的物品的容器。该术语并不隐含任何特定形状、构造材料或几何形状，且本发明可适用于所有合适的容器。

下面详细参考本发明的几个实施例，这些实施例的例子在附图中示出。在任何可用之处，在各图中使用类似或相同的附图标记并可指示类似或相同的功能。各图仅为了说明目的而示出本发明的各实施例。从以下描述本领域的技术人员容易认识到可采用本文所示结构和方法的替代实施例而不偏离本文描述的本发明的原理。

本文使用的术语“例如”、“如”、“可选地”意图用于引入非限制实例。尽管对某些示例系统部件进行了参考，但也可使用其他部件和/或各示例部件可组合到较少部件内和/或分成另外的部件。

图1示意性地示出根据本发明一实施例的快速冷却装置。图中由附图标记10总体指示的该快速冷却装置包括三个主要部分：冷冻器11、存储室12和连接件13。

冷冻器11由隔热隔室和热泵(例如机械、电子或化学)组成，热泵将热量从冷冻器11内部传送到其外部环境，使得其隔热隔室的内部冷却到低于环境室温的温度。根据本发明的某些实施例，冷冻器11保持水的冰点以下至少几度的温度。冷冻器11可根据消费者需求将其隔热隔室的容积冷却下来，例如-40℃或-80℃。冷冻器11的冷却可通过各种冷却方法来实施，例如制冷气体和热交换元件的常规技术。

根据本发明的一实施例，快速冷却效果取决于以下方面：

-以循环方式从冷冻器11的隔热隔室将冷却空气传送到存储室12的内部容积内并返回到冷冻器的能力。冷却空气从冷冻器11的隔热隔室到腔室12的内部容积的流速可能影响定时冷却过程。较高的流速会增加位于腔室12内物件的冷却效果；以及

-在从腔室12接收加热空气的同时在冷冻器11内保持相对低温度的能力(例如低于水的冰点至少几度)；

根据本发明一实施例，当冷冻器11的隔热隔室的容积大于存储室12的内部容积时，实现在从腔室12接收加热空气的同时在冷冻器11内保持相对低温度的能力。例如，冷冻器11的隔热隔室的容积可以是40升，而腔室12的内部容积可以是仅几升(例如约1-10升)。根据该实例，快速冷却装置可具有最大内部容积为10升的存储室，且可根据诸如价格、容积和温度容量的参数来选择冷冻器。

根据本发明的另一实施例，在从腔室12接收加热空气的同时在冷冻器11内保持相对低温度的能力通过放置具有比空气高的热容量的材料来增加冷冻器11的冷却能力来实现，例如在本领域已知用于该目的的填充有冷却液体或其它材料的塑料袋。

根据本发明的某些实施例，存储腔室12的内部容积可进行调节从而尽可能适合需要快速冷却下来的物件的大小，这增加冷却效果(即，降低冷却定时)。腔室12的内部容积可通过例如移动腔室12内内壁中的至少一个来调节，所述内壁用于限定内部容积，如下文参照图2B将更详细描述的那样。

根据本发明的另一实施例，存储腔室12的内部容积设有转动盘或转动隔室或其它转动机构(未示出)，以用于转动需要快速冷却下来的物件。物件的转动可增加其冷却效果。

各连接件13连接在冷冻器11与存储腔室12的内部容积之间，用于允许冷却空气以循环方式从冷冻器11流到腔室12，同时消除热损失或增益或者将热损失或增益减至最少。例如，各连接件13可呈由诸如橡胶、塑料等的柔性绝热材料制成的空气导管、管道或通道构件的形式。至少一个连接件13

根据本发明的一实施例，装置10包括通风件(例如可组装在腔室12内、冷冻器11内或连接件13内位于腔室12内和冷冻器11之间)从而增加从冷冻器11穿过腔室12的内部容积的冷却空气的流速。

根据本发明的一实施例，冷却装置10可构造成运行如下：

-将所要冷却下来的物件放入腔室12的内部容积内；

-调节腔室12的内部容积以基本上适合所放置物件的尺寸，直到实现最小可能内部容积为止；

-通过打开通风件而允许冷空气从冷冻器11进入腔室12的内部容积，从而由于冷冻器11的容积与腔室12的内部容积之间的温度比而降低腔室12内的温度；

-在短时期之后，停止通风件的操作，并可将冷却好的物件从冷却装置10的腔室12取出(下文参照图4-7进一步详细描述冷却时期和其相应计算的实例)。

通过以下说明性而非限制性实例将更好地理解上述内容：

图2示出根据本发明一实施例的冷却装置10的示例实施方式。该图中所示出的冷却装置是尤其方便的，因为其可作为家用器具使用。在该实施例中，腔室12包括门20或其它合适的开口以允许通达其内部容积。例如，门20可用于插入某人希望将其快速冷却的物件，诸如具体食品或饮料罐。

根据本发明的一实施例，冷却装置10包括电子控制装置14，用于允许用户调节/设置诸如温度、腔室12的内部容积、冷却次数等的参数，以及选择预定用于一个或多个选定物件的预置操作模式(例如，用于快速冷冻1kg肉的特定预置或适于快速冷却典型啤酒罐等的特定预置等)。

现参照图3，示出根据本发明一实施例的电子控制单元14的框图。控制单元14可包括诸如处理单元(PU)15、控制面板16、一个或多个传感器17(例如温度传感器)的部件。控制单元14也可用于控制容积调节机构18的操作以物理上改变腔室12的内部容积。

如技术人员会理解的，控制单元14的各实施例可实施为计算机程序(即指令的设置)以执行计算机过程。例如，控制单元14的各功能可通过存储在计算机可读介质(未示出)并在PU15上运行的可执行代码和指令来实施。但是，也可利用状态机和/或硬连线电子电路。此外，关于本文描述的示例过程，并不需要达到所有的过程状态，也不是必须以一定次序执行各状态。在某些实施例中，控制单元14可通过远程控制或以有线或无线方式经由通信网络进行远程操作。

控制面板16是界面单元，该界面单元允许用户与冷却装置交互，诸如选择用于冷却的温度、调整内部容积等。控制面板16可以是触敏屏，或者其可包括用于向用户显示相关信息和/或关于冷却装置10的操作的指示的显示器。

在冷却过程期间，传感器17(例如温度传感器)向PU15提供必要信息，诸如腔室12的内部容积内的温度水平。为了冷却装置10的更好节能和操作，需要进行腔室内部容积的调节。

现参照图2B，示意性地示出根据本发明一实施例的腔室12内部的示例容积调节机构。容积调节机构包括沿轨道机构22(例如上下)移动的可动板21。在该实施例中，腔室12的内部容积的调节通过相对于腔室12的下端沿向上或向下方向(沿轨道机构22的路径)移动可动板21来实现。

如上文参照图1所述的，冷却空气从冷冻器11经由连接件13(例如通道状构件或空气导管)流到腔室12。圆形开口23A和23B示意性地示出连接件13的边缘所应当连接以允许冷却空气穿过腔室12的内部容积的位置。如该图中可以看出的，该内部容积呈大致矩形形状，该大致矩形形状由固定底表面25、可动板22以及腔室25的包括门20的侧壁限定。在该构造中，第一连接件13的边缘连接在底部表面25的开口23B处，而第二连接件13的边缘应连接在板22的开口23A处。由于该板22移动的情况，第二连接件13的至少一部分必须能够延长。例如，连接件13可呈具有延伸能力(以手风琴状方式)的管道的形式。可使用诸如搁架24的托盘以将物件放置在其顶上。搁架24需要呈网状形式，以允许冷却空气流动(例如，冷却空气可从开口23B进入腔室12的内部容积并从开口23A排出至冷冻器11)。或者，开口23A和23B都可用于进入来自冷冻器11的冷却空气。根据本发明的一实施例，搁架24可附连到转动机构，该转动机构转动搁架并相应地转动放置在搁架顶上的物件。或者，搁架24可以是放置有物件的可转动隔室(未示出)的底部。

根据本发明一实施例，冷冻器12和腔室12的内部容积可经由多个连接件13空气连通，多个连接件13可经由位于腔室12的顶部、两侧或底部(或其任何组合)的开口来传递空气。

如本领域技术人员会理解的，容积调节机构可包括一个或多个马达和用于电子地和/或自动地调节腔室12的容积的相应电子元件(未示出)。

根据本发明的某些实施例，冷冻器11的内部的至少一部分可进一步用于存储物件。图2C示意性地示出这种构造，其中冷冻器11容量的至少一部分可用于不同物件的存储目的，如附图标记30所指示的。在该图中，冷冻器的前侧构造成门状形式，如附图标记27所指示的。在门27的内表面，可看到用于供来自冷冻器11的冷却空气通过的开口(如附图标记26A和26B所指示的)。例如，冷却空气从开口26B流动穿过连接件13进入腔室12的内部并可经由开口26A返回冷冻器。空气流动方向取决于通风件(未示出)的吹送方向。

通风件(例如风机)可定位在装置10内，从而其可产生从冷冻器11到腔室12的内部容积的最佳冷却空气流动。例如，通风件可位于沿开口23B与26B之间的路径和/或沿开口23A与26A之间的路径的几乎任何位置(例如与开口23B相邻)。

根据本发明的一实施例，腔室12或其至少一部分可位于冷冻器11内。在该实施例中，冷冻器11至少部分地包围腔室12，同时允许经由门20通达腔室12的内部容积。

计算和实验结果

图4示出两个图表(一个用于-40℃下的冷冻器，而一个用于-80℃下的冷冻器)。可以看到冷却装置的最终温度怎样作为冷冻器容积的函数而变化(例如，在该情况下腔室容积为10升)。

图5示出最终温度怎样作为腔室容积的函数而变化(例如，冷冻器容积为40升，且其温度为-80℃)。之所以选择40升冷冻器是因为快速冷却装置的总尺寸将适于家庭使用(例如或多或少像大型微波炉)。

例如，冷却装置温度(T_f)可根据以下公式(1)来计算：

T_{f} = \frac{M_{c} T_{c} + M_{h} T_{h}}{M_{h} + M_{c}}

其中：

M_c＝冷冻器内部(冷)空气的质量

M_h＝腔室内部(热)空气的质量

T_c＝温度(冷冻器)

T_h＝温度(腔室)

T_f＝冷却装置温度

图6和7示出一杯水(0.3升)冷却到5℃的温度的冷却时间(指示为公式2中的t_water)。冷冻器容积为40升且温度设为-80℃。腔室容积根据图7的图表中的值进行调节。可以看出对于当腔室容积调节为2升时将一杯水从25℃冷却到5℃需要花费像2.5分钟(合理时间)。例如，t_water可根据以下公式(2)来计算：

t_{W a t e r} = (\frac{- m * c_{W}}{U * S}) * \log (\frac{T_{1} - T_{3}}{T_{2} - T_{3}})

其中：

m＝水的质量

U＝水与空气之间的热传导

Cw＝水的热容量

S＝传热面积

T1＝水的最终温度

T2＝水的初始温度

T3＝空气温度

如本领域技术人员将理解的，各图中所描述的布置产生快速冷却诸如食品、饮料或其它材料的冷却装置。腔室内部容积的调节致使比常规冰箱更好的节能和更快的冷却操作。此外，所提出的快速冷却装置在其运行期间比常规冰箱或冷冻器消耗更少能量。

所有上述描述和各实例是出于说明目的给出，且不用于以任何方式限制本发明。可采用多种不同的机构、分析方法、电子和逻辑元件，所有这些都不超出本发明的范围。

Claims

1.一种快速冷却装置，包括：

a.冷冻器，所述冷冻器由隔热隔室和热泵组成，所述热泵将热量从所述冷冻器内部传递到其外部环境，使得所述隔热隔室内部被冷却到低于环境室温的相对低的温度，其中所述冷冻器适于保持所述相对低的温度；以及

b.存储腔室，所述存储腔室适于容纳用于快速冷却的至少一个物件，其中所述存储腔室和所述隔热隔室经由一个或多个连接件连接，使得来自所述隔室的冷却空气可以循环方式从所述隔热隔室流到所述存储腔室的内部容积，并返回到所述隔热隔室，由此由于所述隔热隔室与所述存储腔室之间的温差而降低所述腔室的所述内部容积内的温度。

2.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，还包括调节机构，所述调节机构允许改变所述存储腔室的所述内部容积的尺寸，使得所述内部容积可调节成基本上适合所述至少一个物件的尺寸，使得空气间隙的仅最小区域保持在所述内部容积内。

3.如权利要求2所述的快速冷却装置，其特征在于，所述存储腔室构造成使得所述调节机构适于移动限定所述存储腔室的所述内部容积的一个或多个壁。

4.如权利要求2所述的快速冷却装置，其特征在于，所述调节机构选自由机械机构、电动机械机构、气动机构或液压机构组成的组。

5.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，还包括通风件，所述通风件用于增加所述冷却空气在所述存储腔室的所述内部容积与所述冷冻器的所述隔热隔室之间的流速。

6.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，还包括用于存储至少一个物件的外部存储容器，其中所述外部存储容器适于配装在所述存储腔室的所述内部容积内，使得所述冷却空气通过从内部直接连接到所述一个或多个连接件或经由适配件或延长件间接连接到所述一个或多个连接件而经由所述一个或多个连接件流过所述外部存储容器。

7.如权利要求6所述的快速冷却装置，其特征在于，所述外部存储容器适于适合一个或多个所选物件的形状，诸如适合饮料罐的标准形式。

8.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元允许用户控制所述快速冷却装置的操作。

9.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，所述冷冻器的所述隔热隔室的至少一部分能够用于存储物件。

10.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，所述存储腔室的所述内部容积设有用于转动需要快速冷却下来的物件的转动机构。

11.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，还包括具有比空气高的热容量的一个或多个材料以增加所述冷冻器的冷却能力，由此有助于保持所述冷冻器内相对低的温度。

12.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，所述材料是填充有冷却液体或本领域已知用于该目的的其它材料的塑料袋。

13.如权利要求1所述的快速冷却装置，其特征在于，所述存储腔室至少部分地位于所述冷冻器内。