CN111433539A - 冷却柜和操作冷却柜的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于操作冷却柜的方法，该冷却柜被布置为用于冷却该柜中的物质。利用该方法使用的柜包括：用于容纳物质的存储空间；压缩冷却系统，包括至少一个第一压缩机(124)；主蒸发器(122)，其至少大部分被设置在容器(120)中的相变材料完全包围；空气置换模块(154)以及辅助蒸发器(132)。该方法包括：经由压缩机操作主蒸发器，直到冷却柜达到预定状态；并且操作空气置换模块，以提供沿着容器的外表面流动并且随后通过存储空间的强制空气流。当冷却柜达到预定状态时，操作辅助蒸发器以控制冷却柜的状态。

Description

冷却柜和操作冷却柜的方法

技术领域

本发明的各个方面及其实施例涉及一种冷却柜和操作这种冷却柜的方法。更具体地，各个方面和实施例涉及包括冷库的冷却柜。

背景技术

冰箱和冷冻机通常通过压缩冷却来工作：使用膨胀阀在蒸发器管道中蒸发液体冷却剂。由于膨胀，蒸发器管道中的冷却剂的温度迅速降低。这种温度降低用于冷却冰箱或冷冻机中的物质。蒸发的冷却剂经压缩并且供给冷凝器以返回液态。

蒸发器通常设置在用于存储要保持低温或非常接近该空间的物品的空间中，该空间仅由薄壁隔开。为了冷却物品，冷却回路的压缩机打开和关闭。这导致冰箱内部空间中的温度急剧波动。对于需要精密控制温度的物品，这可能是一个问题。

此外，在没有主电力的情况下，尽管可以在冰箱的壳体中提供适当的绝缘，但是温度可能快速升高。

英国专利申请GB 2514622公开了一种冷藏柜，其具有第一蒸发器以冷却该柜中的空气。该柜还包括能够应付高冷却负荷的冷热存储器。用作热存储器的相变材料由制冷剂流过的辅助蒸发器冷却。为此，辅助蒸发器可以部分地包封在相变材料内。在正常操作中，操作第一蒸发器以冷却该柜。当冰箱经受高冷却负荷时，第一蒸发器和热存储器都可以同时用于冷却空气。

通过默认地操作第一蒸发器以冷却冰箱中的空气，由于蒸发器直接暴露于冷却柜中的空间，温度可能局部下降到目标温度以下，这可能导致冷却物质的高度太低。这可能影响物质的质量。

发明内容

优选地，提供一种冷却柜及其操作方法，该冷却柜提供更稳定的温度控制，并且即使在断电的情况下也提供稳定且相对久的冷却性能。

第一方面提供一种用于冷却物质的冷却柜。冷却柜包括用于存储待冷却的物质的第一存储空间；用于压缩冷却剂材料的第一压缩机；用于蒸发由压缩机压缩的冷却剂材料的主蒸发器；以及包括用于容纳相变材料的容器和主蒸发器的至少一部分的冷库。该冷却柜还包括辅助电源；第一空气置换模块，其被布置为由主电源和/或辅助电源供电并且被布置为提供具有第一流速的第一空气流，该第一空气流沿着该冷库的容器的外表面流动并且随后流动至第一存储空间；以及控制器，其被布置为检测由主电源提供的电力不足以操作空气置换模块，并且被布置为借助于辅助电源为空气置换模块供电。

该实施例还包括辅助电源，优选为电池或太阳能电池板，其被布置为在确定外部源不能为第一压缩机供电时向第一空气置换模块供电。

在冷却柜的实际操作之前，首先使冷库达到其期望的状态-例如冷冻状态或处于远低于零度、零度或至少稍微高于零度的温度，并且优选地经控制保持在该状态，仅需要借助于第一空气置换模块的强制空气供应，以保持存储空间中的物质长时间冷却，而不必操作用于向任何蒸发器提供压缩冷却剂的压缩机。因此，与已知的一些冷却柜相反，压缩机不需要使用电池电力。这是相当大的优点，因为-如上所述-风扇比用于压缩冷却的马达需要更少的电力。

第一方面还提供了一种用于冷却物质的冷却柜。该冷却柜包括用于存储待冷却物质的第一存储空间；用于压缩冷却剂材料的第一压缩机；用于蒸发由第一压缩机压缩的冷却剂材料的主蒸发器。该冷却柜还包括冷库，该冷库包括用于容纳相变材料的容器和第一空气置换模块，该第一空气置换模块被布置为提供具有第一流速的第一空气流，该第一空气流沿着冷库的容器的外表面流动并且随后流动至第一存储空间。在该冷却柜中，由冷却柜构成的、被布置为可操作地用于使冷却柜达到用于冷却物质的状态的任何蒸发器具有至少大部分由冷库包围的蒸发器。

通过将主蒸发器的至少非常大的部分嵌入相变材料中，首先将相变材料冷却并且优选地在冷却柜内的物质之前变为固体。其优点在于，首先，在冷却其他物质之前，为节约冷储备而投入能量。

此外，通过冷却回路的裸的蒸发器使冷却柜处于操作状态意味着强力冷却。这可能导致在冷却柜中局部的某些位置处温度下降到目标温度以下。转而，这会严重降低冷却柜中某些物品的质量。例如，某些不可冷冻的药物可能冻结和腐烂。

通过首先操作用于使冷库处于操作状态的主蒸发器，与通过操作裸管-翅片蒸发器而启动相比，提供了稳定冷源-稳定热能池。

根据该方面的冷却柜的另一优点在于，一旦冷却柜通电，可用能量首先被投入长期冷却能力，而不是冷却柜的快速操作。

该方面的实施例包括用于确定冷却柜的状态的第一传感器；具有至少大部分未嵌入相变材料中的辅助蒸发器；以及耦合至传感器的处理单元。在该实施例中，处理单元被布置为操作第一压缩机，用于向主蒸发器提供压缩的冷却剂材料，并且在通过传感器检测到冷却柜处于预定状态时，操作第一压缩机或第二压缩机，用于向辅助蒸发器提供压缩的冷却剂。

在冷却柜的实际操作之前，首先使冷库达到其期望的状态-例如冷冻状态或处于远低于零度、零度或至少稍微高于零度的温度，并且优选地被控制成保持在该状态，仅需要借助于第一空气置换模块的强制空气供应，以保持存储空间中的物质长时间冷却，而不必操作用于向任何蒸发器提供压缩冷却剂的压缩机。因此，与已知的一些冷却柜相反，压缩机不需要使用电池电源。这是相当大的优点，因为-如上所述-风扇比用于压缩冷却的马达需要更少的电力。

第二方面提供了一种操作冷却柜的方法，该冷却柜被布置为用于冷却该柜中的物质，该柜包括用于容纳该物质的存储空间；压缩冷却系统，其包括至少主压缩机；主蒸发器，即，至少大部分由设置在容器中的相变材料、辅助电源和布置成由主电源和辅助电源供电的空气置换模块包围。该方法包括：经由压缩机操作主蒸发器直到冷却柜达到预定状态；经由主电源操作空气置换模块，用于提供强制空气流以沿着容器的外表面流动并且随后通过存储空间。响应于检测到主电源提供的用于操作空气置换模块的电力不足，空气置换模块由辅助电源供电。

在一个实施例中，冷却柜还包括辅助蒸发器，该方法还包括操作辅助蒸发器以帮助控制冷却柜的状态，直到冷却柜达到预定状态。

通过首先操作主蒸发器，首先产生冷物质的库(热能池)。建立这种冷库为冷却柜中物质的稳定冷却提供了基础。一旦达到冷库期望的状态，例如达到特定温度或冷库所包含的相变材料处于特定相，则达到冷却柜的稳定操作。在这种稳定状态下，辅助蒸发器可以与冷却回路的其他部分如压缩机、冷凝器和膨胀阀一起操作，用于提供冷却空气以控制冷却柜中的温度，可替代地由风扇辅助。

在断电的情况下，优选地，如果一个或多个压缩机不能获得用于操作冷却回路的电力，则蒸发器都不操作。使用这种方法意味着，利用可用的电力，首先热能从冷库中取出，而不是直接从柜中取出。以此方式，冷却柜内的温度保持稳定或至少被保护免受温度的大波动，并且可用的能量首先被投入来长期提供冷却能力，而不是直接提供冷却能力。这导致长的保持时间，即，在没有主动冷却的情况下可以冷却柜中的物品的长时间。

一个实施例包括检测用于为压缩机供电的主电源是否提供电能，并且如果检测到主电源不能为压缩机供电，则通过由冷却柜包括的辅助电源为空气置换单元供电。

在另一个实施例中，辅助蒸发器直到达到预定状态才被操作。

通过首先在冷库中而不是在直接冷却中投入电力，冷库提供了可以使用较长时间的散热器。这在该实施例中是特别有利的，因为这减少或甚至消除了使用诸如电池的辅助电源的电力来操作压缩冷却的一个或多个压缩机。通过向风扇供电并且优选地不向任何冷却剂压缩机供电，向存储在存储空间中的物品提供稳定且连续的冷却。这是特别有利的，因为风扇的马达比冷却回路的压缩机的电气马达(electromotor，电动机)消耗更少的能量。

附图说明

现在将结合附图更详细地讨论其各个方面和实施例。在附图中：

图1A：示出了冷却柜的实施例；

图1B：示出了冷却柜的另一个实施例；

图2：示出了描绘如图1A所描绘的冷却柜的操作的实施例的第一流程图；

图3：示出了描绘如图1A或图1B所描绘的冷却柜的操作的实施例的第二流程图；

图4：示出了描绘如图1A或图1B所描绘的冷却柜的操作的实施例的第三流程图；

图5：示出了冷却柜的另一个实施例；

图6A：示出了第一冷库模块；以及。

图6B：示出了第二冷库模块。

具体实施方式

图1A示出了作为冷却柜的冰箱100。在该实施例中，冰箱100被布置为用于冷却存储在冷却空间106中的搁板110上的物品112。这里对这些实施例的讨论不排除在用于冷冻物品112而不是冷却它们的冷却柜中实现其各个方面和实施例。冷却和冷冻之间的重要区别在于，对于冷却，物品112的温度将高于零摄氏度且低于零摄氏度以用于冷冻。然而，这两个原理都依赖于从物品中取出热能并且将冷却空间106中的任何介质的温度保持在基本上相同的温度：物品112的预期温度。

在冰箱100内，提供内衬104，优选地包括绝缘层，用于限定冰箱100内的内部空间。在内部空间内，设置分隔壁114，用于分隔存储空间106和冷库空间116中的内部空间。存储空间106和冷库空间116优选地在分隔壁114的上端和下端彼此流体连通。分隔壁114可以设置为邻接的屏障；或者，分隔壁114可以包括位于分隔壁114的下端和上端之间的通孔，从而提供例如具有以规则或不规则栅格提供的小孔的网状结构。这种网状结构特别有利于用于大型冷却柜或例如超市中的冷却壁。

在冷库空间116中，设置有用于容纳相变材料的容器120。相变材料可以表征为具有高熔化热的物质，其在一定温度下熔化和固化，能够存储和释放大量能量。当材料从固体变为液体时，热量被吸收或释放，反之亦然；因此，相变材料被分为潜热存储单元。在这里讨论的实施例中，相变材料是水，也可以设想使用其他相变材料，诸如乙二醇。

在优选实施例中，提供的容器120包括弹性材料，至少大部分是弹性材料。当水由于温度降低而固化膨胀时，需要更多的空间来容纳相变材料。使用弹性材料允许容器120在相变材料固化时膨胀，而不会在容器120的壁上提供潜在的破坏性应变。弹性材料优选为聚合物，诸如有机聚合物如聚乙烯。使用这种有机聚合物的优点是具有相对低的热导率。结果，在容器120内的相变材料与沿着所述容器120的外表面部分流动的冷库空间116的空气之间可以具有相对大的温降ΔT。该实施例的优点是相变材料可以被冷却到远低于特定温度的温度，而容器外部的空气可以处于更高的温度。在另一个实施例中，容器可以附加地或可替代地在顶部开口和/或提供有膨胀系统。

容器120优选占据由内衬104以及(如果存在的话)门108所限定的空间的至少5％，优选至少10％。如果冷库以模块化方式设置，两个或多个容器可替代地分别设置有它们自己的蒸发器或它们自己的共用蒸发器的一部分，则具有相变材料的容器的总数占据冰箱100的内部空间的至少5％，优选地至少10％。

如果不存在门，则内衬104设置有具有特定平面的孔。在这种情况下，冷却柜100内待冷却的空间由特定平面和内衬104限定。

在可组合的另一个实施例中，容器120的表面面积为由内衬104或者，可替代地，存储空间106限定的空间的每立方米至少3m²；优选至少3.5m²、4m²、5m²；至少6m²；至少8m²；至少10m²；更优选至少12m²或至少16m²。

为了增加容器120的表面面积，容器120的壁可以具有波纹状或其他形状的外部。容器120优选地包括位于顶部和底部的开口，用于填充和清空容器120。在这里所示的实施例中，容器沿着由内衬104限定的空间中的高度设置。在另一个实施例中，容器设置在存储空间106的上方或下方。

在容器120内，设置有用于冷却剂蒸发的主蒸发器122。可以使用适合于本说明书中讨论的方法的任何冷却剂。主蒸发器122至少用于蒸发器的大部分，并且优选地将多于65％嵌入容器120中，并且以这种方式被相变材料包围。在特别优选的实施例中，主蒸发器被相变材料包围超过70％、75％、80％、85％、90％、95％，最优选100％。主蒸发器122可以以纯金属或合金提供，如铝、钢、铁，其他或其组合。主蒸发器122可以设置成与相变材料直接接触。

在优选实施例中，设置在容器120中的主蒸发器122的部分的上游和下游端设置在容器120的顶部，以防止或至少减少容器-蒸发器接口处的任何潜在泄漏风险。在一个实施例中，状态传感器148优选地设置在嵌入容器120中的主蒸发器122的部分的下游端。这是容器120中蒸发器部分的最不冷的部分，因此状态传感器148设置在冷却时固化的相变材料的附近或最后部分。如果至少大部分相变材料的期望状态刚好低于熔点，则该实施例是特别有利的。

可替代地或附加地，容器120设置有管道、细长空腔、通道或凹部，其沿着容器的长度从顶部延伸到底部，如图1A或图1B所示，设置有用于容纳主蒸发器122的管道。管道可以是周向封闭的，或者可替代地，在管道的侧面具有用于插入主蒸发器122的小开口。因此，主蒸发器122被容器120的外壁包围，并因此将其最大限度(优选地超过65％)嵌入容器中。这意味着蒸发器管道的小部分可以沿着管道的长度直接暴露于冷库空间116，尽管该区域优选地保持尽可能小。

因此，将主蒸发器122的至少大部分嵌入容器120中，并以此方式嵌入相变材料中。因此，相变材料包围主蒸发器122的至少一部分。在本文中，包围应理解为至少包括但不限于包围主蒸发器延伸主蒸发器的外部横截面的至少65％；从其高度横截面看，优选至少80％；更优选至少90％；最优选全部。

主蒸发器122设置在第一压缩冷却回路中，其还包括第一压缩机124、第一冷凝器126和第一膨胀阀128。第一膨胀阀128优选靠近容器120放置，更优选尽可能靠近容器120放置。第一压缩机124、第一冷凝器126以及优选地第一膨胀阀128优选地设置在内部空间的外部。

在另一个实施例中，冰箱100包括另一个容器，该容器包括用于提供另一个冷库的另一个主蒸发器。另一个冷库可以设置在冷库空间116中，或者可替代地设置在另外的单独的冷库空间中。另一个主蒸发器可以是单独的压缩冷却回路的一部分。可替代地，另一个主蒸发器可以共用第一压缩冷却回路的一个或多个部件，其中，另一个主蒸发器优选地设置成平行于主蒸发器122，或者，可替代地，与主蒸发器122串联。

冰箱100还包括可选的第二冷却回路。第二冷却回路包括第二压缩机134、辅助蒸发器132、第二膨胀阀138和第二冷凝器136。辅助蒸发器132可以设置在内部空间中；或者设置在存储空间106中；或者设置在冷库空间116中；或者设置在二者中。可替代地，辅助蒸发器132直接邻近内衬104设置或嵌入内衬104中，使得内衬104的仅一小层材料将辅助蒸发器132与由内衬104限定的内部空间分开。

在可替代实施例中，第一冷凝器126、第一压缩机124和/或第一膨胀阀128由第一冷却回路和第二冷却回路共用。来自第一冷凝器126的冷却剂通过三通阀(未示出)分配到主蒸发器122和/或辅助蒸发器132，并且经由主蒸发器122和辅助蒸发器132引导回到第一压缩机124。

冰箱100的操作通过设置在冰箱100的壳体102中的处理单元140来控制。处理单元140被布置为控制第一压缩机124和第二压缩机134。处理单元140连接到第一温度传感器142、第二温度传感器144和第三温度传感器146，第一温度传感器142设置在冷库空间116中，优选地设置在其顶部，第二温度传感器144设置在存储空间106的顶部，第三温度传感器146设置在存储空间106的底部。处理单元140还连接到状态传感器148，用于感测容器120中相变材料的状态。状态传感器148可以包括温度传感器、确定相变材料的相位的相位传感器、另一传感器或其组合。

处理单元140还连接到用于驱动作为空气置换模块的风扇154的电气马达152或其他马达，连接到用于接收来自主电源(优选电能)的能量的电力入口162，以及连接到作为内部能量存储器的辅助电源(优选电池164)。在一些国家中，主电源可以是240V AC或110V AC的市电电源。可替代地或附加地，主电源可以是太阳能，太阳能板设置在冰箱100的外部或设置在冰箱100的壳体102的外壁上/外壁中。

空气置换单元被布置为在存储空间106中提供从顶部到底部的空气流和在冷库空间116中提供从底部到顶部的空气流。可替代地，可以沿相反方向提供空气流。

这样设置的冰箱或其他类型的冷却柜可以制造成任何有用的尺寸，要么用于超市或者小型超市，使其可以是手持的和/或由遥控无人驾驶车辆携带；要么作为飞机、直升飞机、多旋翼飞机(诸如四旋翼飞机或六旋翼飞机)在陆地上空或者在水面上空或水下移动穿过空气。

图1B示出了作为冷却柜的另一个实施例的另一个冰箱100。在图1B所示的冰箱100中，省略了第二冷却回路，并且存储空间106仅通过主蒸发器122和容器120所包括的相变材料中的至少一个来冷却。

在图1A和图1B中，设置了实线以指示控制线，虚线指示输送冷却剂的回路。电力线未被指示，而电力可以通过控制线传送。

至此，已经讨论了具有容器120的冷库模块固定在冷库空间116内。在另一个实施例中，具有或不具有主蒸发器122并且具有或不具有主冷却回路的另外的部件的冷库模块可以以模块化的方式设置，使其可以相对于冰箱100移除和/或更换。

图2示出了描绘用于操作如图1A所描绘的冰箱100的方法的第一流程图200。第一流程图200的各个部分在下面的列表中简要概括，并且在列表之后进一步详细讨论。

202 启动过程

204 操作主冷却回路

206 读取状态传感器

208 达到期望的状态？

210 停止主冷却回路

212 启动第二冷却回路

214 读取温度传感器

216 温度合适？

218 停止第二冷却回路

该过程在终端器202中启动，并进行到步骤204，在该步骤中启动主压缩机124。随后，在步骤206中读取状态传感器148以确定容器120中相变材料的状态。在步骤208中，将来自状态传感器148的读数与预定值进行比较，以验证是否达到相变材料的期望状态。这种期望状态可以是高于或低于零摄氏度的特定温度。可替代地或附加地，这样的期望状态可以是，在状态检测器148的位置处，相变材料处于固相。

当相变材料达到期望的状态时，过程从步骤208继续到步骤210。如果还没有达到期望的状态，则过程返回到步骤204，或者可替换地，返回到步骤206。

在可选步骤210中，停止第一冷却回路。随后，在步骤212中，启动第二冷却回路。在步骤214中，读取第一温度传感器142、第二温度传感器144和第三温度传感器146中的至少一个的温度。在步骤216中，将读取的一个或多个温度与一个或多个参考值进行比较。如果读取的一个或多个温度等于或低于一个或多个参考值，则在步骤218中停止第二冷却回路。随后，过程分支到步骤214以读取温度。该循环可以包括等待步骤。

如果读取的一个或多个温度等于或高于一个或多个参考值，则过程分支回到步骤212，在该步骤中，第二冷却回路继续操作。可选地，该过程还分支回到步骤204或步骤206以重新启动第一冷却回路的操作，或至少检查容器120中的相变材料是否仍然处于期望的状态。如果后者不是这种情况，则操作第一冷却回路以使相变材料达到期望的状态。

图3示出了描绘用于操作如图1A或图1B所描绘的冰箱100的实施例的第二流程图300。第二流程图300的各个部分在下面的列表中简要概括，并在列表之后进一步详细讨论。在第二流程图300中所描绘的过程可与在第一流程图200中所描绘的过程进行组合。

302：启动过程

304：接收主电力

306：操作包括压缩机在内的有源部件

308：对电池进行充电

310：检查主电力

312：电力可用吗？

314：用电池操作风扇

该过程在终端器302中启动，并进行到步骤304，在该步骤中接收来自外部源的电力。这种电力优选地是从主电网或从本地电源接收的电力，包括但不限于外部太阳能电池板或发电机，其由人力、风力、内燃机、其他或其组合供电。

该过程继续到步骤306，在该步骤中，冰箱100在正常操作状态下进行操作。在这种正常操作状态下，可以执行由第一流程图200描绘的过程。并行地，在步骤308中对电池164进行充电。

在步骤310中，处理单元140确定是否仍然经由电力入口162从主电源接收电力。这种确定可以以直接的方式提供，例如通过测量主电源的电流和/或电压。可替代地或附加地，可以间接地确定由主电源提供的足够电力的可用性。这种用于确定从主电源是否有足够的电力可用的间接方法是通过检查例如从主电源到例如处理单元140所包括的时钟或其他定时器的电力可用性方案。附加地或可替代地，定时器可以用于在大量绿色能量可用的时刻从主电源操作，或者可替代地或附加地，在非峰值时间操作。附加地或可替代地，来自主电源的电力可通过可手动操作的开关中断。可以经由切换动作和/或没有足够的电流和/或电压检测到来自主电源的电力不足。

基于该确定，在步骤312中，将电力读取或电力检测信号检查到预定状态或值。如果该检查指示主电力可用或者至少有足够的主电力可以用于正常操作，则过程返回到步骤306和步骤308。如果不是这种情况，则停止第一冷却回路和第二冷却回路的操作，并且在步骤314中，使用存储在电池164中的能量来启动给风扇154供电的电气马达152，直到再次从主电源接收到能量。为此，过程在步骤314之后继续到步骤310。可替代地，第一冷却回路和第二冷却回路中的至少一个通过作为辅助电源的电池164来操作。

图4示出了描绘用于操作如图1A或图1B所描绘的冰箱100的实施例的第三流程图400。第三流程图400的各个部分在下面的列表中被简要概括，并在列表之后进一步详细讨论。第三流程图400所描绘的过程可以与第一流程图200和第二流程图300所描绘的过程相结合。参照第二流程图300，可以在从外部源接收电力的同时以及在使用由电池164提供的电力的同时执行由第三流程图400所描绘的过程。

402：启动过程

404：启动风扇

406：读取温度

408：太高了？

410：增加风扇活动

412：太低了？

414：降低活动

416：继续操作

该过程开始于终端器402，并继续到步骤404，在步骤404中启动风扇154的电气马达152。在步骤406中，读取温度。该温度可以是由第一温度传感器142、第二温度传感器144、第三温度传感器146中的一个或多个读取的温度。

在步骤408中检查温度读数。如果在步骤408中确定一个或多个检测温度处于或高于预定值，则在步骤410中增加风扇154的活动。这导致更多的冷空气被提供给存储空间106。随后，过程继续到步骤412。如果一个或多个感测温度不等于预定值或低于预定值，则跳过步骤410。

如果在步骤412中确定一个或多个检测到的温度处于或低于预定值，则在步骤414中降低风扇154的活动。这导致较少的冷空气被提供给存储空间106。随后，过程继续到步骤416。如果一个或多个感测温度不等于预定值或高于预定值，则跳过步骤414。在步骤416中，风扇156的正常操作按设定继续并且过程循环回到步骤406。

在该实施例中，假设驱动风扇154的电气马达152的速度被控制并且可以增加或减少。在另一个实施例中，情况可能不是这样。在这样的实施例中，温度控制优选地使用滞后控制来执行：在特定的温度范围内，不采取行动来进行温度控制。如果温度在该范围的之外或以上，则风扇经操作直到温度在该范围的之内或以下，并且随后停止。

图5示出了作为冷却柜的另一个冰箱500。冰箱500包括第一存储空间512和第二存储空间516。存储空间通过屏障510彼此分开。在冰箱500中，提供了用于容纳承载相变材料的容器520的冷库空间506。在容器中，基本上完全被容器包围并因此被容器中的相变材料包围，提供蒸发器522。蒸发器522形成压缩冷却回路的一部分，为了简化附图，未示出压缩冷却回路；其以类似于图1A所描绘的方式存在。

在冷库空间506和第一存储空间512之间的导管中，设置包括风扇和电气马达的第一空气置换模块514，用于提供从冷库空间506到第一存储空间512的空气流。在第一存储空间的底部，在第一存储空间512和冷库空间506之间提供另一导管，用于提供回流到冷库空间506的空气流。在另一个实施例中，空气流以另一种方式绕行。

在冷库空间506和第二存储空间516之间的导管中，设置包括风扇和电气马达的第二空气置换模块518，用于提供从冷库空间506到第二存储空间516的空气流。在第二存储空间的底部，在第二存储空间516和冷库空间506之间提供另一导管，用于提供回流到冷库空间506的空气流。在另一个实施例中，空气流以另一种方式绕行。

通过调节第一空气置换单元514和第二空气置换单元516中的每一个的空气流速，来自冷库空间506的冷空气的量可以彼此独立地提供给可应用的存储空间。这允许根据第三流程图400针对每个存储空间所描绘的过程独立地控制第一存储空间512和第二存储空间516的温度。这样，第一存储空间512可用作冷冻机，而第二存储空间516可用作冰箱-或者反之亦然。

以上讨论的各种实施例可以结合以下编号的方面和实施例中的一个或多个来使用：

1.用于冷却柜中的冷库模块，该模块包括：

-容器，用于容纳相变材料；

-检测器，用于检测容器中该相变材料的表面高度(surface level，表面高度)；

-其中，该检测器被布置为，如果该相变高度的表面处于预定的表面高度则产生信号。

2.根据实施例1所述的冷库模块，还包括浮子，其被布置为与该检测器接合，使得如果该相变材料的表面处于该预定表面高度，则该检测器产生该信号。

3.根据实施例1或2所述的冷库模块，其中，该容器的高度横截面朝向该容器的顶部变窄。

4.根据实施例3所述的冷库，其中，该容器的高度横截面具有阶梯功能。

5.冷却柜包括：

-根据实施例1至4中任一项所述的冷库模块；

-蒸发器，用于提供设置在该冷库模块的该容器中的压缩冷却；以及

-控制器，耦合至该压缩机和该冷库模块的检测器上并且被布置为执行以下各项中的至少一项：

-如果相变材料的高度处于预定表面高度，则启动压缩机操作；并且

-如果相变材料的高度高于或低于预定表面高度，则停止压缩机的操作。

图6A示出了包括用于容纳相变材料的容器610的冷库模块600。在容器610中，相变材料在高度612处具有表面。随着相变材料从固体变为液体，反之亦然，相对质量改变。相变材料量的体积随相对质量的变化而变化。

如果相变材料包含水或相变材料为水，则固态相变量的体积大于液态相变量的体积。因此，当相变材料是固体时，高度612高于相变材料是液体时的高度。冷库模块610可以用于任何如上所述的冷却柜中。

在容器610中，在相变材料上或部分在相变材料中，提供浮子626。在该实施例中，浮子经由梁铰接地连接到连接点622，连接点622连接到容器610或以其他方式连接到冰箱。当相变材料的表面高度612升高或降低时，浮子626升高或降低。

梁624相应地铰接和铰接运动，并且由此，浮子626的位置可以通过包括在连接点622中的传感器来确定。响应于此，由连接点622包括的传感器可以产生提供关于相变材料的表面高度612的信息的信号。并且这提供了关于相变材料的状态的信息：液体、液体和固体或完全固体。这样，浮子626和由连接点622包括的传感器可以代替如图1A所描绘的状态传感器148。

可替代地或附加地，可以提供设置在具有电路开关的壳体632中的按钮634。如果浮子626处于预定高度，则其与按钮634接合，并且由此，电路开关可以断开或闭合电路。在优选实施例中，预定高度与所有或至少大部分相变材料是固体的情况相匹配。

在其中水用作相变材料的优选实施例中，处理单元140被布置为：如果浮子626处于全部或至少大部分水被冻结的高度，则停止第一压缩机124(图1A)的操作。

在其他实施例中，可以使用在固体中比在液体中具有更高密度的其他相变材料。在这样的实施例中，如果相变材料的表面达到特定的较低高度，则可以停止第一压缩机124的操作。这也可以通过浮子626和适当的传感器来检测。

图6B示出了作为另一个实施例的另一个冷库模块650。冷库模块650包括在容器660顶部具有台阶部分664的容器660。该过渡可以是尖锐的，或者，可替代地或附加地，如同酒瓶一样平滑的和弯曲的。在容器660中，提供相变材料直到表面高度662。在容器660中，相变材料设置成使得相变材料的表面在容器660顶部的狭窄部分内。这样，相较于容器的高度横截面在容器的基本上整个高度上基本相同的容器相比，相变材料的体积变化导致表面高度662的较大偏差。由于浮子676在两个相之间的这种较大的运动，可能进行更精确的状态检测。

在相变材料上或部分在相变材料中，提供浮子676。在浮子676上方，壳体686中的开关设置有用于致动开关的按钮682。按钮682被布置为与浮子676接合，如结合图6A的实施例所讨论的。

作为浮子机构的替代或附加，也可以使用用于检测相变材料体积的表面高度和表面高度的其他装置。因此，也可以使用其他传感器来确定相变材料的体积，并以此方式确定相变材料的状态：液体、液体和固体或完全固体。可以使用的另一个传感器是电导率传感器。这种电导率传感器可以设置在特定状态下所达到的相变材料的最低高度处，并且可替代地或附加地设置在最高高度处。

在检测到电导率的变化时，传感器出现或与相变材料接触或离开相变材料。如果确定所有相变材料都是固体，则处理单元140可相应地通过关闭第一压缩机124来采取行动，或者如果相变材料总体上是液体或至少特定量，例如2％、5％、10％、15％或20％，则处理单元140可相应地通过打开第一压缩机124来采取行动。

在图6A中，容器610设置为封闭容器，在图6B中，容器660设置为开口容器。可替代地，所有容器可以在顶部打开、部分打开或完全关闭。

在上面的描述中，应当理解，当诸如层、区域或衬底的元件被称为在另一元件“上”或“之上”时，该元件或者直接在另一元件上，或者也可以存在中介元件。此外，应当理解，在以上描述中给出的值是以示例的方式给出的，并且其他值也是可能的和/或可以争取的。

此外，本发明还可以用比这里描述的实施例中提供的部件少的部件来实现，其中一个部件执行多个功能。也可以使用比附图中所描绘更多的元件来实现本发明，其中在所提供的实施例中由一个组件执行的功能分布在多个组件上。

应当注意，附图仅仅是通过非限制性示例给出的本发明实施例的示意性表示。为了清楚和简明的描述，在此将特征描述为相同或单独的实施例的一部分，然而，应当理解，本发明的范围可以包括具有所描述的所有或一些特征的组合的实施例。词语“包括”不排除存在权利要求中所列之外的其他特征或步骤。此外，词语“一”和“一个”不应被解释为限于“仅一个”，而是用于表示“至少一个”，并且不排除多个。

本领域技术人员将容易理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以修改在说明书中公开的各种参数及其值，并且可以组合所公开和/或要求保护的各种实施例。

规定权利要求中的附图标记不限制权利要求的范围，而仅仅是插入以增强权利要求的易读性。

Claims (18)

1.用于冷却物质的冷却柜，包括：

-第一存储空间，用于存储待冷却的物质；

-第一压缩机，用于压缩冷却剂材料；

-主蒸发器，用于蒸发由所述压缩机压缩的所述冷却剂材料；

-冷库，包括用于容纳相变材料的容器和所述主蒸发器的至少一部分；

-辅助电源；

-第一空气置换模块，被布置为由主电源和/或所述辅助电源供电并且被布置为提供具有第一流速的第一空气流，所述第一空气流沿着所述冷库的所述容器的外表面流动并且随后流动至所述第一存储空间；以及

-控制器，被布置为检测所述主电源提供的电力不足以操作所述空气置换模块，并且所述控制器被布置为借助于所述辅助电源为所述空气置换模块供电。

2.用于冷却物质的冷却柜，包括：

-第一存储空间，用于存储待冷却的物质；

-第一压缩机，用于压缩冷却剂材料；

-主蒸发器，用于蒸发由所述第一压缩机压缩的所述冷却剂材料；

-冷库，包括用于容纳相变材料的容器；以及

-第一空气置换模块，被布置为提供具有第一流速的第一空气流，所述第一空气流沿着所述冷库的所述容器的外表面流动并且随后流动至所述第一存储空间；

其中，由所述冷却柜包括的任何蒸发器具有至少大部分由所述冷库包围的所述蒸发器，所述任何蒸发器被布置为操作用于使所述冷却柜达到冷却物质的状态。

3.根据权利要求1或2所述的冷却柜，还包括：

-第一传感器，用于确定所述冷却柜的状态；

-辅助蒸发器，至少大部分未嵌入所述相变材料中；以及

-处理单元，耦合至所述传感器；

其中，所述处理单元被布置为：

-操作所述第一压缩机以向所述主蒸发器提供压缩的所述冷却剂材料；

-在通过所述传感器检测到所述冷却柜处于预定状态时，操作所述第一压缩机或第二压缩机，以向所述辅助蒸发器提供压缩的冷却剂。

4.根据权利要求3所述的冷却柜，其中，所述预定状态是以下状态中的至少一个：

-所述存储空间中的温度等于或小于预定温度；

-预定量或更多的所述相变材料已经转变为预定相；或者

-所述容器的所述外表面的温度等于或小于预定温度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却柜，其中，所述容器包括弹性材料，优选为聚合物，更优选为有机聚合物。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却柜，还包括：

-第二存储空间；以及

-第二空气置换模块，被布置为提供具有第二流速的第二空气流，所述第二空气流沿着所述冷库的所述容器的外表面流动并且随后流动至所述第一存储空间。

7.根据权利要求6所述的冷却柜，还包括：

-第一温度传感器，用于感测所述第一存储空间中的温度；

-第二温度传感器，用于感测所述第二存储空间中的温度；以及

-处理单元；

其中，所述处理单元被布置为：

-响应于来自所述第一温度传感器的、用于控制所述第一存储空间中的温度的信号来控制所述第一空气置换单元；以及

-响应于来自所述第二温度传感器的、用于控制所述第二存储空间中的温度的信号来控制所述第二空气置换单元。

8.根据从属于权利要求2的程度的权利要求2至7中任一项所述的冷却柜，还包括：

-电力入口，用于从外部电源接收能量以为所述第一压缩机供电；

-传感器，用于确定外部源是否能够提供足够的电力来操作所述第一压缩机；以及

-内部电源，优选地是电池或太阳能电池板，所述内部电源被布置为在确定所述外部源不能为所述第一压缩机供电时向所述第一空气置换模块提供电力。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却柜，其中，所述容器设置在容器空间中，所述容器空间通过由所述冷却柜包括的分隔罩与所述存储空间至少部分地分隔。

10.根据权利要求9所述的冷却柜，其中，所述分隔罩包括开口。

11.一种操作冷却柜的方法，所述冷却柜被布置用于冷却所述柜中的物质，所述柜包括：存储空间，用于容纳所述物质；压缩冷却系统，包括至少一个主压缩机；主蒸发器，所述主蒸发器至少大部分被设置在容器中的相变材料包围；辅助电源；以及空气置换模块，被布置为由主电源和所述辅助电源供电，所述方法包括：

-经由所述压缩机操作所述主蒸发器，直到所述冷却柜达到预定状态；

-经由所述主电源操作所述空气置换模块，用于提供强制空气流以沿着所述容器的外表面流动并且随后穿过所述存储空间；并且

-响应于检测到由所述主电源提供的电力不足以操作所述空气置换模块，通过所述辅助电源为所述空气置换模块供电。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括不经由所述辅助电源操作所述压缩机。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述冷却柜还包括辅助蒸发器，所述方法还包括操作所述辅助蒸发器以便帮助控制并且优选地保持所述冷却柜的所述状态直到所述冷却柜达到所述预定状态。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，直到达到所述预定状态才操作所述辅助蒸发器。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述预定状态是以下各项中的至少一项：

-所述存储空间中的温度等于或小于预定温度；

-预定量或更多的所述相变材料已经转变为预定相；或者

-沿着其供给所述空气流的所述容器的所述外表面的至少一部分的温度等于或小于所述预定温度。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，还包括：检测用于给所述压缩机供电的主电源是否提供电能，并且如果检测到所述主电源不能给所述压缩机供电，则通过所述冷却柜所包括的辅助电源来给所述空气置换单元供电。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括，如果检测到所述主电源不能为所述压缩机供电，则不为所述压缩机供电。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，还包括：

-感测所述存储空间中的温度；

-执行以下至少一项：

-如果所述感测的温度等于或高于预定阈值，则增加所述空气置换模块的活动；以及

-如果所述感测的温度等于或低于预定阈值，则减小所述空气置换模块的活动。

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