CN106679272B

CN106679272B - 具有多个温度区的冷却装置

Info

Publication number: CN106679272B
Application number: CN201610984060.0A
Authority: CN
Inventors: J·甘茨; A·H·巴克曼; E·迪亚娜
Original assignee: V-Zug AG
Current assignee: V-Zug AG
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: CH709751A3; EP3171105B1; EP3171105A1; AU2016250363A1; CN106679272A; CH709751A2; CH709751B1

Abstract

在冷却装置中，可用空间(1)被分成两个温度区(2,3)，其中较高温度区(3)中维持比较低温度区高的温度。另外，空气输送装置(10,11,12,13)被提供，从而将来自冷却模块(8)的空气从底部供入可用空间(1)以及从顶部将空气从可用空间(1)中抽出然后将空气送回到冷却装置(8)。装置的控制器(14)能维持较低温度区中的第一设定温度和较高温度区中的第二设定温度，控制器根据在温度区中所需的温度选择a)由空气输送装置(10,11,12,13)所输送的空气的流动速度以及b)冷却模块(8)的温度。

Description

具有多个温度区的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，具体是一种制冷机或冷冻机，还涉及操作该冷却装置的方法。

背景技术

将冷却装置(尤其是制冷机)的可用空间划分为多个温度区(例如较低温度区和较高温度区)是已知的。为这些温度区规定了不同的设定温度，例如较低温度区的0-2℃以及较高温度区的4-6℃。通过这种方式，应当被相对低温存储的物品(例如肉)能够被存储在较低温度区中，而不应当被同等低温存储的物品(例如奶酪)能够被存储在较高温度区中。

另外，冷却空气在冷却模块和有用空间之间循环的装置是已知的。如果这种装置应当具备两个不同温度的温度区，那么需要供入每个区域的独立空气源或者附加的独立的可控冷却手段。

发明内容

本发明的目标是提供一种之前所提及的类型的装置，它具有简单的结构。

该目标通过根据本发明的装置被实现。所以，所述装置具有以下部件：

-带有至少较低温度区和较高温度区的可用空间：可用空间能接收待冷藏的物品。

-用于冷却空气的冷却模块：这可以是热泵的蒸发器或珀尔帖元件的冷侧。

-为了将来自冷却模块的空气从底部供入可用空间以及从顶部将空气从可用空间抽出然后将空气送回到冷却模块的空气输送装置：这些空气输送装置包括，例如通风机和合适的空气通道。

-控制器：控制器能控制所述装置的部件。控制器能维持较低温度区中的第一设定温度和较高温度区中的第二设定温度，这通过以下方式被实现，即控制器根据第一和第二温度区中的(被测量的或被估算的)当前温度调节以下两个参数：

b)空气输送装置所输送的空气的流动速度以及

b)冷却模块的温度。

本发明的基本原则是通过合适地选择上述两种参数，两个温度区中的温度能够独立于彼此在很宽的范围内被设置。这将在下面被更详细地描述。

本发明还涉及操作所述冷却装置的方法，在该方法中能测量较低温度区和较高温度区中的当前温度，依据当前温度与设定值的偏差选择流动速度和冷却模块的温度。

附图说明

本发明的其他实施例、优点以及应用在下面关于附图的描述中体现。因此画出了：

图1冷却装置的剖视图，

图2在不同的流动速度v和起始温度T0下，由可用空间中的位置所决定的温度，

图3对位置x1处的过低温度的校正，

图4对位置x2处的过低温度的校正。

具体实施方式

根据图1的装置具有理论上至少被划分成较低温度区2和较高温度区3的可用空间1，其中较低温度区2被布置在较高温度区3的下方。

可用空间1被门4向着用户侧的方向关闭。

有利地，可用空间1能沿垂直方向透入空气，即冷却空气能从可用空间的下端上升穿过可用空间1到达可用空间的上端。

如图所示，两个温度区2和3被具有至少一个通气开口的隔板5彼此分开。所述隔板5减少了两个温度区之间的以传导和辐射为条件的温度交换，但仍然允许空气从底部流到顶部。

根据图1的装置还具有包含压缩机6、冷凝器7、蒸发器8和在冷凝器7与蒸发器8之间的(未被画出)节流阀的热泵。在压缩机6的运行期间，蒸发器8被冷却，冷凝器7被加热。

另外，提供空气输送装置，它包括在可用空间1的上端处的空气出口10、传输管道11、通风机12和在可用空间1的下端处的空气入口13。

在当前的实施例中，在可用空间1的上端处的空气出口10由在可用空间顶部的多个开口构成，它们将可用空间与连接通道11连接起来。空气入口13以相似的方式由可用空间底部处的多个开口形成。空气出口10和空气入口13的开口如果需要位于合适的屏幕后面，也可以被分别布置在可用空间1的顶部或底部的边缘区域中。

通风机12的输送功率(即空气在可用空间1中的流动速度)有利地被配置为使得可用空间1以分层的方式充满空气，即在穿过可用空间1的空气通量中不出现空气旋涡。

空气能够在顶部通过空气输送装置从可用空间1被排出，然后空气经输送通道11和通风机12被引导到蒸发器8并在那里被冷却。空气经空气入口13从蒸发器8返回到可用空间1内。

以所述方式从系统中抽出的热量通过可以被环境空气(未画出)所冷却的冷凝器7排出。

为了控制所述装置的部件，提供控制器14。控制器具有按照以下所描述的方式控制所述系统所要求的硬件和软件。

控制器14优选地具有存储器，较高温度区和较低温度区3或2的设定温度被分别存储在其中。这些设定温度优选地在0至10℃之间，其中较低温度区的设定温度低于较高温度区，具体地至少低1℃。

控制器14还具有允许用户设置所述设定温度的其中一个或全部两个的输入装置(未画出)，在这种情况下控制器14应当保证较低温度区的设定温度低于较高温度区，同样具体地至少低1℃。

另外，两个温度传感器17和18在图1中被画出。第一温度传感器被布置在较低温度区2中的高度x1处，第二温度传感器18被布置在较高温度区3中的高度x2处。

如果被蒸发器8所冷却的空气从底部沿x方向经可用空间1流到顶部，则它温度上升。在装置的均态下，升温是在可用空间的侧壁处被加热的空气引起的，因为可用空间的隔热是不理想的。

能看出在系统的均态下，通过忽略热传导和热辐射形式的热交换以及假设空气的密度不变，温度T(x)能作为位置x(即，在可用空间1中的垂直位置)的函数被估算，基本上遵从以下关系：

T(x)＝(T0-U)·exp(-k·x/v)+U (1)

因此，T0是可用空间下端处的温度，U是环境温度，k是侧壁热导率的固定系数，v是可用空间1中空气的流动速度。

在后文中，温度T0也代表起始温度，且为了简明，将其视为分别与蒸发器8或冷却模块的温度相等。

从公式1能看出，在可用空间1中的空气的温度从底部到顶部增加。增加的速度基本由空气的流动速度v决定，而起始温度T0基本上对应于蒸发器8的温度。两种参数能够被控制器14改变：

-(平均)流动速度v能通过改变通风机8的转速或者通过以合适的短时间计时的开/关关系操作通风机而被改变。

-(平均)起始温度T0能通过改变热泵的功率或通过以合适的短时间计时的开/关关系操作压缩机而被改变。

图2画出了作为高度位置x的函数的可用空间1中的温度T的曲线。因此，曲线20画出了在给定起始温度T0和某个流动速度下的温度曲线。

现在，如果流动速度v被增大而起始温度T0保持不变，则曲线较平缓(参见曲线21)。但是，如果在恒定的起始温度T0下流动速度v减小，那么曲线更陡峭(曲线22)。

但是，如果流动速度v保持不变而起始温度T0减小，则在冷却室中产生基本上更低的温度(曲线23)，而较高的起始温度产生较高的温度(曲线24)。

图2展示了通过恰当地选择参数T0和v，在位置x1和x2处的较低温度区2或较高温度区3中的温度T1和T2能够通过恰当地设置起始温度T0和流动速度v而基本上被彼此独立地选择。换句话说，对于给定值T1＝T(x1)和T2＝T(x2)，在本领域技术人员从公式1和物理法则所获取的条件满足的情况下，例如T1＜T2，T1＜U以及T2＜U，公式1能解出参数T0和v。

通过这种方式，可以通过由控制器恰当地选择通风机12的功率、以及由此流动速度v和压缩机6的功率、以及由此蒸发器8的温度，在较低温度区和较高温度区2或3中分别实现两个所需的温度T1和T2。

例如，如图3中所示，如果较高温度区3中的温度T2在当前的流动速度v’和起始温度T0’下是正确的，但较低温度区2中的温度T1’过低，则控制器14将蒸发器8的温度提高到较高值T0＞T0’，也将流动速度增加到略微高值v’＞v，从而使温度曲线从较高值T0处开始，但增长不是很快。

但在另一方面，如图4中所示，如果较低温度区2中的温度T1在当前的流动速度v’和起始温度T0’下是正确的，但较高温度区中的温度T2’过低，则控制器14将流动速度降低到值v＜v’(从而使曲线更陡峭)，并将起始温度略微地降低到值T0＜T0’。

通过这种方式，发现了用于针对不同的偏差改变数值v和T0的规则，和/或公式1允许针对给定的温度值T1和T2，直接地近似计算出流动速度v和起始温度T0的恰当值。

公式1表达了一种非常简单的模型，它能根据流动速度v和起始温度T0使用控制器14计算可用空间1中的温度曲线。因此，公式1中的热导值k例如能够由制造商固定地提供，而第二参数(环境温度U)利用合适的温度传感器被直接测量或者根据在恒定流动速度v和起始温度T0下的当前温度T1和T2被估算出来。

控制器14还能够使用更复杂的可用空间的热力学模型，例如所述更复杂模型还额外地考虑了作为模型参数的在较低温度区和较高温度区中待存放物品的热质量和当前温度，和/或随温度变化的空气密度。具体地，作为先验未知参数的热质量和当前温度是模型的一部分。但是，它们能够通过在利用均衡微积分(即“曲线拟合”)进行操作期间作为时间、流动速度v以及起始温度T0的函数的在x1和x2处的温度测量值由控制器14估算得出，然后被用于更好地控制所述装置。

换句话说，为了选择流动速度v和起始温度T0，控制器14适合于使用由可用空间1的热力学特性参数所描述的数学模型。模型的参数例如能够是上述的数值k和/或U和/或在温度区中的负载和/或空气的热质量和/或当前温度。另外，控制器14适合于根据时间、流动速度v和起始温度T0测量在可用空间中的至少一个温度(优选多个)，从而确定模型的参数。

通过这种方式，控制器能够估算出流动速度v和起始温度T0的变化对可用空间1中的温度分布有什么影响，从而允许更精确地调节两个温度区中的温度。

尽管本发明的优选实施例已经在本申请中被描述，但是本发明明显地不限于这些实施例，并且可以以其他方式被实施。

Claims

1.一种冷却装置，所述冷却装置具体是制冷机或冷冻机，所述冷却装置具有：

带有至少较低温度区和较高温度区(2,3)的可用空间(1)，

用于冷却空气的冷却模块(8)，

空气输送装置(10,11,12,13)，所述空气输送装置将来自冷却模块(8)的空气从底部供入可用空间(1)、以及从顶部将空气从可用空间(1)抽出、然后将空气送回到冷却模块(8)，以及

控制器(14)，

其中，控制器(14)通过根据较低温度区和较高温度区(2,3)中的当前温度控制由空气输送装置(10,11,12,13)所输送的空气的流动速度(v)以及冷却模块(8)的温度(T0)，能维持较低温度区(2)中的第一设定温度和较高温度区(3)中的第二设定温度；

其特征在于，

-如果较高温度区(3)中的温度是正确的、但较低温度区(2)中的温度过低，则控制器(14)提高冷却模块(8)的温度并且增加流动速度；和

-如果较低温度区(2)中的温度是正确的、但较高温度区(3)中的温度过低，则控制器(14)降低流动速度和冷却模块(8)的温度。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中第一温度传感器(17)被布置在较低温度区(2)中，控制器(14)通过控制流动速度(v)和冷却模块(8)的温度(T0)能调节第一温度传感器(17)处的温度。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中第二温度传感器(18)被布置较高温度区(3)中，控制器(14)通过控制流动速度(v)和冷却模块(8)的温度(T0)能调节第二温度传感器(18)处的温度。

4.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中空气输送装置(10,11,12,13)具有在可用空间(1)的下端处的空气入口(13)和在可用空间(1)的上端处的空气出口(14)。

5.根据权利要求4所述的冷却装置，其中空气输送装置能够使空气分层流动通过可用空间(1)。

6.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中较低温度区和较高温度区(2,3)通过分隔板(5)被彼此分隔，其中分隔板(5)具有至少一个通气开口。

7.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，为了选择流动速度(v)和起始温度(T0)，控制器(14)能使用由参数所描述的可用空间(1)的热力学特性的数学模型，其中控制器(14)还能够根据时间、流动速度(v)和起始温度(T0)测量在可用空间(1)中的至少一个温度，从而确定模型的参数。

8.根据权利要求7所述的冷却装置，其中，所述至少一个温度是多个温度。

9.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中第一设定温度低于第二设定温度。

10.根据权利要求9所述的冷却装置，其中第一设定温度低于第二设定温度至少1℃。

11.一种用于操作根据权利要求1至10之一所述的冷却装置的方法，其特征在于测量较低温度区和较高温度区中的当前温度，依据当前温度与设定值的偏差选择流动速度(v)和冷却模块(8)的温度(T0)。