CN110645760A - 一种储能式风冷无霜冰箱及其除霜方法 - Google Patents

一种储能式风冷无霜冰箱及其除霜方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种储能式风冷无霜冰箱及其除霜方法，该冰箱包括冰箱壳体、储藏室、相变储能蓄冷模块、送风通道、蒸发室、回风通道、风冷蒸发器、送风机、压缩机、风冷冷凝器、节流装置、冷凝风机、储能式热管除霜模块、化霜水管和接水盘；送风通道的出风端与储藏室的送风口连通，进风端与蒸发室连通，且在进风端设有第一电动风阀；回风通道设于蒸发室与储藏室之间，回风通道的一端与蒸发室的出风段连通，且在连通处设有第二电动风阀，另一端与蒸发室的进风段连通，中间与储藏室的回风口连通；风冷蒸发器和送风机位于蒸发室内，风冷蒸发器、压缩机、风冷冷凝器和节流装置通过冷媒管串联形成制冷循环。该冰箱及其除霜方法易于实现，除霜节能效果好。

Description

一种储能式风冷无霜冰箱及其除霜方法
技术领域
本发明涉及冰箱技术领域，具体涉及一种储能式风冷无霜冰箱及其除霜方法。
背景技术
冰箱已成为现代生活中绝大多数家庭的必需品。近年来，风冷无霜冰箱由于利用风机强迫箱内空气对流，以达到制冷的目的，使储藏室（冷藏室、冷冻室）具有不会结霜等优点，市场占有份额逐年增加。风冷无霜冰箱目前常用的化霜方法是用加热器定期把蒸发器上的霜加热融化，化霜加热管的额定功率约为压缩机制冷功率的2倍左右，化霜能耗较高。由于电加热器表面的温度较高，存在一定的火灾隐患。此外，在除霜过程中，由于蒸汽压缩制冷循环关闭，储藏室的温度波动较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能式风冷无霜冰箱及其除霜方法，该冰箱及其除霜方法易于实现，除霜节能效果好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种储能式风冷无霜冰箱，包括冰箱壳体、至少1个储藏室、相变储能蓄冷模块、送风通道、蒸发室、回风通道、风冷蒸发器、送风机、压缩机、风冷冷凝器、节流装置、冷凝风机、储能式热管除霜模块、化霜水管和接水盘；所述冰箱壳体上设有进风口和排风口，所述储藏室上设有送风口、回风口和所述相变储能蓄冷模块，所述送风通道的出风端与储藏室通过送风口连通，进风端与蒸发室连通，且在送风通道的进风端设有第一电动风阀，以控制送风通道的开关；所述回风通道设于蒸发室与储藏室之间，所述回风通道的一端与蒸发室的出风段连通，且在连通处设有第二电动风阀，另一端与蒸发室的进风段连通，中间与储藏室通过回风口连通；所述风冷蒸发器和送风机位于蒸发室内，所述风冷蒸发器、压缩机、风冷冷凝器和所述节流装置通过冷媒管依次串联形成制冷循环；所述化霜水管的一端接至蒸发室的底板，另一端接至接水盘。
进一步地，所述储能式热管除霜模块包括第一重力热管、若干第二重力热管和相变储能除霜模块，所述相变储能除霜模块采用相变材料镶嵌在蜂窝状结构的容器内，所述容器背面设有第一盲孔，正面设有若干第二盲孔，所述第一重力热管的蒸发段位于风冷冷凝器的出风口处，冷凝段插入第一盲孔中，所述第二重力热管的蒸发段插入第二盲孔中，冷凝段位于风冷蒸发器的出风口处，蒸发段与冷凝段之间的绝热段上设有电动二通阀。
进一步地，所述第一重力热管、第二重力热管均与水平面呈30~45℃夹角，以使液态制冷剂因重力作用流回底部。
进一步地，所述相变储能蓄冷模块采用相变材料镶嵌在金属板内。
进一步地，所述相变材料为无机水合盐或有机-无机复合相变材料。
进一步地，所述相变储能除霜模块的相变材料的相变温度为30~35℃。
进一步地，当储藏室为冷藏室时，所述相变储能蓄冷模块的相变材料的相变温度为0~10℃，当所述储藏室为冷冻室时，所述相变储能蓄冷模块的相变材料的相变温度为-18~-12℃。
进一步地，所述冰箱壳体为金属或塑料壳体，所述冰箱壳体、相变储能除霜模块、第一、二重力热管的绝热段，外侧四周均设有保温材料，以避免热量向环境中散失。
本发明还提供了一种储能式风冷无霜冰箱的除霜方法，其特征在于，当要进行除霜时，关闭第一电动风阀V1，开启第二电动风阀V2、电动二通阀V3和送风机，储能式热管除霜模块的第二重力热管的蒸发段的制冷剂吸收相变储能除霜模块中相变材料的热量，变成气态制冷剂，气态制冷剂进入冷凝段，被送风机引入的冷空气冷却，变成液态制冷剂，冷空气的温度升高，通过回风通道送到风冷蒸发器的表面，加热风冷蒸发器的霜层，进行除霜，化霜水通过化霜水管流到接水盘中，液态制冷剂依托本身重力重新流回蒸发段完成一个循环；上述过程反复进行，冰箱实现除霜；在除霜过程中，相变储能蓄冷模块中的相变材料放出冷量，以减小储藏室的温度波动；除霜结束后，开启第一电动风阀V1，关闭第二电动风阀V2、电动二通阀V3和送风机，进入下一个运行周期。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明充分结合了重力热管的无动力高效传热特性和相变材料储能密度大的特点，提供了一种储能式风冷无霜冰箱及其除霜方法，该储能式风冷无霜冰箱，能将蒸汽压缩制冷循环排出的热量通过重力热管无动力储存在相变储能除霜模块中，供除霜时使用，由于无需设置电加热器除霜，杜绝火灾隐患，除霜时仅需开启风机，有效降低了除霜能耗，对提高能源利用率有着显著的效果。储藏室的相变储能蓄冷模块中提供的冷量，还可减小除霜过程中储藏室的温度波动，且可缓解停电时储藏食品的变质，因此，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的冰箱结构示意图。
图2是本发明实施例中储能式热管除霜模块的正视结构示意图。
图3是本发明实施例中储能式热管除霜模块的俯视结构示意图。
图4是本发明实施例中相变储能除霜模块的正视结构示意图。
图中，1-冰箱壳体，2-储藏室，3-相变储能蓄冷模块，4-送风通道，5-蒸发室，6-回风通道，7-风冷蒸发器，8-送风机，9-压缩机，10-风冷冷凝器，11-节流装置，12-冷凝风机，13-储能式热管除霜模块，14-进风口，15-排风口，16-送风口，17-回风口，18-化霜水管，19-接水盘，131-第一重力热管，132-第二重力热管，133-相变储能除霜模块，134-第一盲孔，135-第二盲孔，V1-第一电动风阀，V2-第二电动风阀，V3-电动二通阀。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种储能式风冷无霜冰箱，如图1所示，包括冰箱壳体1、至少1个储藏室2、相变储能蓄冷模块3、送风通道4、蒸发室5、回风通道6、风冷蒸发器7、送风机8、压缩机9、风冷冷凝器10、节流装置11、冷凝风机12、储能式热管除霜模块13、化霜水管18和接水盘19。
所述冰箱壳体1的背板上设有进风口14和排风口15，所述储藏室2的顶板上设有送风口16，底板上设有回风口17，背板上设置相变储能蓄冷模块3，所述送风通道4的出风端与储藏室2通过送风口16连通，进风端与蒸发室5连通，且在送风通道4的进风端设有第一电动风阀V1，以控制送风通道的开关。所述回风通道6设于蒸发室5与储藏室2之间，所述回风通道6的一端与蒸发室5的出风段连通，且在连通处设有第二电动风阀V2，另一端与蒸发室5的进风段连通，中间与储藏室2通过回风口17连通，所述回风口17为电动回风口。所述风冷蒸发器7和送风机8位于蒸发室5内，所述风冷蒸发器7、压缩机9、风冷冷凝器10和所述节流装置11通过冷媒管依次串联形成制冷循环。所述化霜水管18的一端接至蒸发室5的底板，另一端接至接水盘19。
如图2-4所示，所述储能式热管除霜模块13包括第一重力热管131、若干第二重力热管132和相变储能除霜模块133，所述相变储能除霜模块133采用相变材料镶嵌在蜂窝状结构的金属或塑料容器内，所述容器背面的中心设有第一盲孔134，正面的四周设有若干第二盲孔135，所述第一重力热管131的蒸发段位于风冷冷凝器10的出风口处，冷凝段插入第一盲孔中，所述第二重力热管132的蒸发段插入第二盲孔中，冷凝段位于风冷蒸发器7的出风口处，蒸发段与冷凝段之间的绝热段上设有电动二通阀V3。第一重力热管131和第二重力热管132均由蒸发段、绝热段和冷凝段三部分组成。绝热段是中间段，用于连接蒸发段和绝热段，其作用是将蒸发段的制冷剂蒸汽送到冷凝段，将冷凝段的液态制冷剂送回蒸发段。中间段用保温材料包裹起来，与外界绝热。所述第一重力热管131、第二重力热管132均与水平面呈30~45℃夹角，以使液态制冷剂因重力作用流回底部。所述第一重力热管131、第二重力热管132内的流动工质为R410、R134a等制冷剂。所述相变储能蓄冷模块3采用相变材料镶嵌在金属板内。
在本实施例中，所述相变储能除霜模块133和相变储能蓄冷模块3的相变材料为无机水合盐或有机-无机复合相变材料。所述相变储能除霜模块133的相变材料的相变温度为30~35℃。当储藏室为冷藏室时，所述相变储能蓄冷模块3的相变材料的相变温度为0~10℃，当所述储藏室为冷冻室时，所述相变储能蓄冷模块3的相变材料的相变温度为-18~-12℃。
在本实施例中，所述冰箱壳体1为金属或塑料壳体，所述冰箱壳体、相变储能除霜模块、第一重力热管131的绝热段、第二重力热管132的绝热段，外侧四周均设有保温材料，以避免热量向环境中散失。所述保温材料为聚氨酯、聚苯乙烯、玻璃棉或橡塑。
冰箱蒸汽压缩制冷循环时，风冷蒸发器7出来的冷风通过送风通道4送到送风口16，送风口16出来的冷风，与储藏室2中的食物、相变储能蓄冷模块3中的相变材料进行换热，冷却食物，并将冷量储存在相变材料中，相变材料的温度降低，凝固成固态相变材料，换热后的空气温度升高，经回风口17、回风通道16，回到蒸发室5，再次被风冷蒸发器7冷却，上述过程反复进行，冰箱实现储藏室2中食物的冷却和相变储能蓄冷模块3的蓄冷；冷凝风机12将冰箱外的空气通过进风口14引入到冰箱内，与风冷冷凝器12进行换热，第一重力热管131的蒸发段的制冷剂吸收风冷冷凝器12排风中的热量，变成气态制冷剂，气态制冷剂进入冷凝段，被相变储能除霜模块133的相变材料冷却，变成液态制冷剂，相变材料的温度升高，熔化成液态相变材料，将热量储存起来，液态制冷剂依托本身重力重新流回蒸发段完成一个循环，风冷冷凝器12的排风通过排风口15排到冰箱外。上述过程反复进行，相变储能除霜模块133实现蓄热。
本发明还提供了上述储能式风冷无霜冰箱的除霜方法，当冰箱控制系统监测到要进行除霜时，关闭第一电动风阀V1，开启第二电动风阀V2、电动二通阀V3和送风机8，储能式热管除霜模块13的第二重力热管132的蒸发段的制冷剂吸收相变储能除霜模块133中相变材料的热量，变成气态制冷剂，气态制冷剂进入冷凝段，被送风机8引入的冷空气冷却，变成液态制冷剂，冷空气的温度升高，通过回风通道6送到风冷蒸发器7的表面，加热风冷蒸发器7的霜层，进行除霜，化霜水通过化霜水管18流到接水盘19中，液态制冷剂依托本身重力重新流回蒸发段完成一个循环。上述过程反复进行，冰箱实现除霜。在除霜过程中，相变储能蓄冷模块3中的相变材料放出冷量，以减小储藏室的温度波动。冰箱控制系统判定除霜结束后，开启第一电动风阀V1，关闭第二电动风阀V2、电动二通阀V3和送风机，进入下一个运行周期。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种储能式风冷无霜冰箱，其特征在于，包括冰箱壳体、至少1个储藏室、相变储能蓄冷模块、送风通道、蒸发室、回风通道、风冷蒸发器、送风机、压缩机、风冷冷凝器、节流装置、冷凝风机、储能式热管除霜模块、化霜水管和接水盘；所述冰箱壳体上设有进风口和排风口，所述储藏室上设有送风口、回风口和所述相变储能蓄冷模块，所述送风通道的出风端与储藏室通过送风口连通，进风端与蒸发室连通，且在送风通道的进风端设有第一电动风阀，以控制送风通道的开关；所述回风通道设于蒸发室与储藏室之间，所述回风通道的一端与蒸发室的出风段连通，且在连通处设有第二电动风阀，另一端与蒸发室的进风段连通，中间与储藏室通过回风口连通；所述风冷蒸发器和送风机位于蒸发室内，所述风冷蒸发器、压缩机、风冷冷凝器和所述节流装置通过冷媒管依次串联形成制冷循环；所述化霜水管的一端接至蒸发室的底板，另一端接至接水盘。
2.根据权利要求1所述的一种储能式风冷无霜冰箱，其特征在于，所述储能式热管除霜模块包括第一重力热管、若干第二重力热管和相变储能除霜模块，所述相变储能除霜模块采用相变材料镶嵌在蜂窝状结构的容器内，所述容器背面设有第一盲孔，正面设有若干第二盲孔，所述第一重力热管的蒸发段位于风冷冷凝器的出风口处，冷凝段插入第一盲孔中，所述第二重力热管的蒸发段插入第二盲孔中，冷凝段位于风冷蒸发器的出风口处，蒸发段与冷凝段之间的绝热段上设有电动二通阀。
3.根据权利要求2所述的一种储能式风冷无霜冰箱，其特征在于，所述第一重力热管、第二重力热管均与水平面呈30~45℃夹角，以使液态制冷剂因重力作用流回底部。
4.根据权利要求1所述的一种储能式风冷无霜冰箱，其特征在于，所述相变储能蓄冷模块采用相变材料镶嵌在金属板内。
5.根据权利要求2或4所述的一种储能式风冷无霜冰箱，其特征在于，所述相变材料为无机水合盐或有机-无机复合相变材料。
6.根据权利要求2所述的一种储能式风冷无霜冰箱，其特征在于，所述相变储能除霜模块的相变材料的相变温度为30~35℃。
7.根据权利要求4所述的一种储能式风冷无霜冰箱，其特征在于，当储藏室为冷藏室时，所述相变储能蓄冷模块的相变材料的相变温度为0~10℃，当所述储藏室为冷冻室时，所述相变储能蓄冷模块的相变材料的相变温度为-18~-12℃。
8.根据权利要求2所述的一种储能式风冷无霜冰箱，其特征在于，所述冰箱壳体为金属或塑料壳体，所述冰箱壳体、相变储能除霜模块、第一、二重力热管的绝热段，外侧四周均设有保温材料，以避免热量向环境中散失。
9.一种储能式风冷无霜冰箱的除霜方法，其特征在于，当要进行除霜时，关闭第一电动风阀V1，开启第二电动风阀V2、电动二通阀V3和送风机，储能式热管除霜模块的第二重力热管的蒸发段的制冷剂吸收相变储能除霜模块中相变材料的热量，变成气态制冷剂，气态制冷剂进入冷凝段，被送风机引入的冷空气冷却，变成液态制冷剂，冷空气的温度升高，通过回风通道送到风冷蒸发器的表面，加热风冷蒸发器的霜层，进行除霜，化霜水通过化霜水管流到接水盘中，液态制冷剂依托本身重力重新流回蒸发段完成一个循环；上述过程反复进行，冰箱实现除霜；在除霜过程中，相变储能蓄冷模块中的相变材料放出冷量，以减小储藏室的温度波动；除霜结束后，开启第一电动风阀V1，关闭第二电动风阀V2、电动二通阀V3和送风机，进入下一个运行周期。
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