CN109458783A - 一种采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，包括三个相互独立，且从上至下依序排列的温区，分别为冷冻区、变温区和冷藏区。斯特林制冷机的冷指被隔热层分隔两部分，分别为低温腔和高温腔。该隔热层垂直于冷指的中心轴线。低温腔与冷冻区相连通，并进行供冷。高温腔的出风通道被分流阀分隔为第一出风通道和第二出风通道。其中，第一出风通道与变温区相连通；第二出风通道与冷藏区相连通；在第一出风通道上安装有风门，用于控制输入变温区的送风量。这样一来，实现了斯特林制冷机的冷指同时向三个温区进行独立供冷。另外，设置的分流阀及风门能方便、快捷地实现对冷量的分配，进而实现对变温区和冷藏区的温度控制。
Description
技术领域
本发明涉及冰箱制造技术领域，具体是涉及一种采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱。
背景技术
超低温冰箱(低于-40℃)在保存药物、疫苗、酶、激素、干细胞、血小板、精液、基因克隆库等生物和化学制剂领域有着广泛的应用，常规的设计形式一般采用双压缩机复叠形式。随着斯特林制冷机批产能力的提升和成本的降低，超低温冰箱中采用斯特林制冷机进行冷却便成为较为可行的方案，且在同一个冰箱中实现多个温区逐渐成为研究和产品开发的热点。如中国发明专利CN 106766540A说明书中公开了一种多档冷箱，包括箱体，箱体设置有相互独立的第一容置腔室和第二容置腔室，箱体还包括斯特林电机，斯特林电机包括热端和冷端，冷端与第二容置腔室直接或间接接触以将冷量导入第二容置腔室，热端和冷端之间设置有隔热结构以将热端和冷端分别区隔于第一高温腔室和第二低温腔室中，第二低温腔室与第二容置腔室相邻；蒸发器管路的一部分经过第一高温腔室并绕设于热端。上述方案中斯特林电机的冷源未得到充分利用，能源利用率较低，且不便于对各腔室内温度进行调节、控制。因而，亟待技术人员解决上述问题。
发明内容
为了解决上述技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、能源利用率高，能同时对三个温区进行供冷，且便于进行冷量分配的的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱。
为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，包括三个相互独立，且从上至下依序排列的温区，分别为冷冻区、变温区和冷藏区。斯特林制冷机的冷指被隔热层分隔两部分，分别为低温腔和高温腔。该隔热层垂直于冷指的中心轴线。低温腔与冷冻区相连通，并进行供冷。高温腔的出风通道被分流阀分隔为第一出风通道和第二出风通道。其中，第一出风通道与变温区相连通；第二出风通道与冷藏区相连通；在第一出风通道上安装有风门，用于控制输入变温区的送风量。
采用上述技术方案的冰箱，斯特林制冷机的冷指被隔热层人为地分隔为两部分，其中，低温腔直接向冷却区进行供冷，从而实现超低温(甚至可以达到-150℃)，远离冷指端部的、温度相对较高的高温腔则同时向变温区和冷藏区进行供冷，使得斯特林制冷机的冷量得到充分利用，大大提高了能源利用率。另外，还设置有分流阀及风门，从而使得冷量的分配更加快捷、易控，进而实现对变温区和冷藏区温度的精确控制。
作为本发明的进一步改进，该采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱还设置有第三出风通道，用于连通低温腔与冷冻区。
通过采用上述方式进行设置，在风机的作用下，低温腔和冷冻区可以充分地实现热量交换，且结构简单，生产成本较低，但是，与此同时，存在凝露结冰的现象。
作为本发明的进一步改进，该采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱还设置有穿设于冷冻区的热虹吸管，其直接与斯特林制冷机冷指的头部相接触。在低温腔的侧壁上开设有供所述热虹吸管穿越的通孔。
采用热虹吸管进行冷量的传导，不依赖低温腔内的风机进行传热，大大降低了冷冻区的湿度，因而大幅降低了结霜现象的发生概率。
作为本发明的进一步改进，风门设置于第一出风通道的出风口。该风门由框架以及风门片等组成。在框架的两相对侧壁上设置有与风门片相固定的转轴。在转轴上设置有齿轮，由电机进行驱动。
通过采用上述方式进行设置，便于实现对单位时间内流入变温区的冷量进行调控，且驱动结构设计形式简单，可靠。
作为本发明的进一步改进，在风门片的外壁上包裹有导热石墨片。
利用风门来控制变温区的温度，腔内温度过高需要制冷时，风门开启，以使得冷空气进入变温区，当温度到达设定值时，风门关闭。然而，在冷空气流经风门片时由于温差容易在其表面凝露，进而结冰，严重影响了风门的开、闭，从而影响冰箱的温控效果。导热石墨片的导热系数高达1500W/(m.K)，且可沿两方向进行散热，通过采用上述方式设置，可使得热量在风门片各区域快速地进行传导，降低风门片的温差，从而使得各区域温度趋于一致，杜绝在其表面产生凝露，提高冰箱风门处的密封性。
作为本发明的进一步改进，在风门片与导热石墨片之间设置有导热胶层。
作为本发明的进一步改进，该采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱还包括有控制器。在冷冻区内设置有电加热管、用于检测腔体内霜层厚度的霜厚度感温头以及用于检测腔体内温度的第一温度传感器；在冰箱的外部设置有第二温度传感器，用于监测室外温度。控制器实时接收第一温度传感器和第二温度传感器的数据，并计算两者的差值。通过该差值和霜层厚度值与控制器的预设标准值进行比较，从而选定不同的除霜模式，进而确定电加热管的工作功率。
通过采用上述方式进行设置，改变了现有技术中除霜方式单一的问题，针对冷冻区腔内不同的结霜情况，并综合考虑腔体内、外的温度差，从而选定不同的除霜模式，确保了除霜效果和时间。
作为本发明的进一步改进，所述控制器为PLC控制器。
作为本发明的进一步改进，在冰箱的底部设置有储水槽，且在其内设置有水分蒸发器。在变温区和冷藏区的腔内均设置有与储水槽相连通的导流槽。
通过采用上述方式进行设置，可以有效地防止变温区和冷藏区由于凝露或其他原因产生的积水，保持其腔内的清洁度，延长放置物的存储期。
作为本发明的进一步改进，斯特林制冷机固定于冰箱靠近其顶部位置的侧壁上。在斯特林制冷机与侧壁之间设置有橡胶减振垫。
通过采用上述方式进行设置，可以有效地提高冰箱自身的稳定性以及使用过程中的由于冲击振动造成的噪音。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明采用单个斯特林制冷机作为冷源冰箱的制冷回路的布置图。
图2是本发明采用单个斯特林制冷机作为冷源冰箱的结构示意图。
1-冷冻区；2-变温区；3-冷藏区；4-冷指；41-低温腔；42-高温腔；5-隔热层；6-分流阀；7-第一出风通道；8-第二出风通道；9-第三出风通道；10-风门；11-橡胶减振垫；12-储水槽；13-水分蒸发器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明。图1示出了本发明采用单个斯特林制冷机作为冷源冰箱的制冷回路的布置图。该冰箱包括三个相互独立，且从上至下依序排列的温区，根据其腔内温度及功能性的不同，分别命名为冷冻区1、变温区2和冷藏区3。在本实施例中，使用斯特林制冷机作为冷源。斯特林制冷机的冷指4被隔热层5分隔两部分，分别为低温腔41和高温腔42。该隔热层5由绝热材料制成，且垂直地套设于上述冷指4上。冷源的分配形式如下：高温腔42的出风通道被分流阀6分隔为第一出风通道7和第二出风通道8。其中，第一出风通道7与变温区2相连通；第二出风通道8与冷藏区3相连通；低温腔41与冷冻区1通过第三出风通道9直接相连通，并进行供冷，从而实现超低温(甚至可以达到-150℃)。另外，为了便于控制输入变温区2的送风量，还可以在第一出风通道7上安装风门10。如此一来，使得斯特林制冷机的制冷量得到充分利用，大大提高了能源利用率。在此需要说明一点，在风机(图中未示出)的作用下，低温腔41和冷冻区1通过第三出风通道9可以充分地实现热量交换，但是，在此过程中容易出现凝露结冰的现象，降低冰箱的能量利用率，为此，可以作如下改进：低温腔41与冷冻区1之间借助热虹吸管进行热量交换，该热虹吸管直接与斯特林制冷机冷指4的头部相接触，在低温腔41的侧壁上开设有供所述热虹吸管穿越的通孔。
作为上述冰箱的进一步优化，上述风门10优选地固定于第一出风通道7的出风口，且该风门由框架以及风门片等组成。在框架的两相对侧壁上设置有与风门片相固定的转轴。在转轴上设置有齿轮，由电机进行驱动，根据所输入的外控信号来决定该风门10自身开口的大小，进而实现对单位时间内流入变温区2的冷量进行调控。风门10的作用过程如下：当腔内温度过高需要制冷时，风门10开启，以使得冷空气进入变温区2；当温度到达设定值时，风门10关闭。在上述过程中，冷空气流经风门片时由于温差容易在其表面凝露，进而结冰，严重影响了风门10的开、闭，从而影响冰箱的温控效果。为了解决上述问题，可以在风门片的外壁上包裹导热石墨片，使得热量在风门片各区域快速地进行传导，降低风门片的温差，从而使得各区域温度趋于一致，杜绝在其表面产生凝露。风门片与导热石墨片之间优选导热胶层进行黏合。
图2示出了本发明采用单个斯特林制冷机作为冷源冰箱的结构示意图。为了使得变温区2和冷藏区3由于凝露或其他原因产生的积水及时排出，可以在两者的腔内设置有导流槽(图中未示出)，且将水流直接导入设置于冰箱底部的储水槽12，以保证冰箱内腔的清洁度，延长放置物的存储期。另外，为了加快储水槽12中水的蒸发速度，防止外溢，还可以该储水槽12内设置水分蒸发器13。为了防止干烧，在储水槽12内安装有水位控制器(图中未示出)。该水位控制器与水分蒸发器13相连。当水位超过水位控制器设定的上限值时，即时启动水分蒸发器13。当水位下降至水位控制器设定的下限值时，即时关闭水分蒸发器13。
再者，斯特林制冷机优选固定于冰箱靠近其顶部位置的侧壁上，且在斯特林制冷机与侧壁之间设置有橡胶减振垫11。为了取得较好的减振效果，该橡胶减振垫11的厚度不宜过薄，以15～20mm为宜。
再者，还可以在该冰箱冷冻区内引入了智能除霜系统，具体如下：在冷冻区1内设置有电加热管(图中未示出)、霜厚度感温头(图中未示出)以及第一温度传感器(图中未示出)。其中，霜厚度感温头用于检测腔体内霜层厚度；第一温度传感器用于检测腔体内温度。另外，在冰箱的外部设置有用于监测室外环境温度的第二温度传感器(图中未示出)。通过控制器(图中未示出)实时接收第一温度传感器和第二温度传感器的数据，并计算两者的差值。通过该差值和霜层厚度值与控制器的预设标准值进行比较，从而选定不同的除霜模式，进而确定电加热管的工作功率，改变了现有技术中除霜方式单一的问题，针对冷冻区1腔体内不同的结霜情况，并综合考虑腔体内、外的温度差，从而选定不同的除霜模式，确保了除霜效果和时间。上述控制器优选响应速度快，便于通过编程进行标准值设定的PLC控制器。
再者，该冰箱的箱体由外箱、内胆、绝热层三部分构成。其中，内胆优先选用经过真空成型的ABS板材，且其厚度不宜超过1毫米。绝热层优选聚氨酯发泡制得。
再者，可以在冷冻区1、变温区2和冷藏区3每一个温区内增加LED多彩灯，增加了高档感和环境气氛，且具备开门即亮的效果。用户可以根据需要调出白色、紫色、黄色、红色、蓝色、绿色等多种颜色，也可以将这些多种颜色进行循环变化照明。
最后，还可根据要求在冰箱的箱门上增加可视窗，且该可视窗优选由电加热玻璃制得，有效地防止其表面起雾、凝露，便于清晰地看到冰箱腔体内部的情况。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，包括三个相互独立，且从上至下依序排列的温区，分别为冷冻区、变温区和冷藏区，其特征在于，所述斯特林制冷机的冷指被隔热层分隔两部分，分别为低温腔和高温腔；所述隔热层垂直于所述冷指的中心轴线；所述低温腔与所述冷冻区相连通，并进行供冷；所述高温腔的出风通道被分流阀分隔为第一出风通道和第二出风通道；所述第一出风通道与所述变温区相连通；所述第二出风通道与所述冷藏区相连通；在所述第一出风通道上安装有风门，用于控制输入所述变温区的送风量。
2.根据权利要求1所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，其特征在于，还设置有第三出风通道，用于连通所述低温腔与所述冷冻区。
3.根据权利要求1所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，其特征在于，还设置有穿设于冷冻区的热虹吸管，其直接与所述斯特林制冷机冷指的头部相接触；在所述低温腔的侧壁上开设有供所述热虹吸管穿越的通孔。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，其特征在于，所述风门设置于所述第一出风通道的出风口；所述风门包括框架、以及风门片；在所述框架的两相对侧壁上设置有与所述风门片相固定的转轴；在所述转轴上设置有齿轮，由电机进行驱动。
5.根据权利要求4所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，在所述风门片的外壁上包裹有导热石墨片。
6.根据权利要求5所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，在所述风门片与所述导热石墨片之间设置有导热胶层。
7.根据权利要求4所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，其特征在于，还包括有控制器；在所述冷冻区内设置有电加热管、用于检测腔体内霜层厚度值的霜厚度感温头以及用于检测腔体内温度的第一温度传感器；在所述冰箱的外部设置有第二温度传感器，用于监测室外温度；所述控制器实时接收所述第一温度传感器和第二温度传感器的数据，并计算两者的差值；通过所述差值和霜层厚度值与所述控制器的预设标准值进行比较、分析，从而选定不同的除霜模式，进而确定所述电加热管的工作功率。
8.根据权利要求7所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。
9.根据权利要求4所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，其特征在于，在所述冰箱的底部设置有储水槽，且在其内设置有水分蒸发器；在所述变温区和所述冷藏区的腔内均设置有与所述储水槽相连通的导流槽。
10.根据权利要求4所述的采用单个斯特林制冷机作为冷源的冰箱，其特征在于，所述斯特林制冷机固定于所述冰箱靠近其顶部位置的侧壁上；在所述斯特林制冷机与所述侧壁之间设置有橡胶减振垫。
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