CN1186215A - 电冰箱 - Google Patents
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Abstract
一种电冰箱,它包括:一由隔热层构成并具有一开口的壳;一用来可开启地关闭壳开口的隔热门;一布置在壳内并具有一位于壳体的内部空间背后的热传导表面的导热体;一与导热体热连接的珀尔帖装置;一用来对珀尔帖装置供电的装置供电源;和一控制单元,它用来控制装置供电源,以便在所述隔热门打开随后关闭之后,可将所述装置供电源供给珀尔帖装置的电功率控制在保持所述壳的一预置内部温度所需额定电功率的1.3至2倍的范围内。
Description
本发明涉及一种普通家用或商用电冰箱之类的温度控制柜，尤其涉及一需控制温度的食品储藏柜，所述储藏柜使用一种珀尔帖装置。
传统的电冰箱使用氟利昂型致冷剂，并且通过利用致冷剂的蒸发潜热，使冰箱内部保持一低温。但是氟对臭氧层的消耗现已成为一个问题，这促使了电冰箱、冰库和冷藏柜等方面的积极探索和发展，这些设备都使用一个或多个珀尔帖装置作为那些使用含氟致冷剂的制冷系统的替代物。
上述使用一个或多个珀尔帖装置的制冷系统的优点在于，因不使用含氟气体而不会消耗臭氧层，有极好的冷却性能，也没有气体泄漏的任何潜在危险，由于没有压缩机所以不会产生震动或噪音，具有较长的使用寿命，并且由于珀尔帖装置基本是由半导体制成的，所以可减小尺寸。
图13示出了压缩机型电冰箱(预置内部温度：+2.5℃，曲线X)的温度控制和使用一珀尔帖装置的电冰箱(预置内部温度：-0.2℃，曲线Y)的温度控制的特性曲线。
从图中可清楚地看到，压缩机型电冰箱在温度控制起动之后需要一较长的时间才能达到预置温度。相反，使用珀尔帖装置的电冰箱可在温度控制起动后很短的时间内达到预置温度，然后内部温度基本保持不变。因此与压缩机型电冰箱相比，使用珀尔帖装置的电冰箱的优点是温度控制的精度非常好并且可以准确地保持一预置内部温度。
在设计使用一个或多个珀尔帖装置的传统电冰箱时，它所需的热泵容量是根据环境温度、预置内部温度、内部尺寸、隔热材料的导热性、隔热材料的厚度、每个珀尔帖装置的热泵容量以及从预置温度和环境温度确定的温差来计算。按照这样计算出来的热泵容量，可以确定需设置的珀尔帖装置的数目(见“关于热电转换系统技术综合文献集，第4章冷藏和温藏”87-88，Realize公版公司)。
在设计使用一个或多个珀尔帖装置的传统电冰箱时，一直是遵循诸如上述的程序。但是一直没有考虑如何能迅速而经济地降低电冰箱的隔热门打开时所引起的内部温度升高，同时以一个低功率供电。
这已导致出现了各种问题：关闭隔热门后将内部冷却到一预置内部温度需要很长时间，这会使储藏在电冰箱内的食品或其他物品质量下降，或者还需以不必要的高功率供电，结果使运行成本较高和运行不经济。
本发明的一个目的是克服上述传统技术的缺点，提供一种即使在隔热门打开时，也能在短时间内经济地将内部冷却至一预置温度的电冰箱。
为了实现上述目的，本发明提供的一电冰箱包括：
一由隔热层构成并具有一开口的壳体；
一用来可开启地关闭所述壳体之所述开口的隔热门；
一布置在所述壳内并具有一位于所述壳体的内部空间背后的热传导表面的导热体；
一与所述导热体热连接的珀尔帖装置；
一用来给所述珀尔帖装置供电的装置供电源；和
一控制单元，它用来控制所述装置供电源以便在所述隔热门打开随后关闭之后，可将所述装置供电源供给所述珀尔帖装置的电功率控制在保持所述壳体的一预置内部的所需额定电功率的1.3至2倍的范围内。
根据本发明，对装置供电源是这样控制的：在隔热门打开随后关闭之后，装置供电源供给珀尔帖装置的电功率在所述壳保持预置内部温度所需额定电功率的1.3至2倍范围内。这就使得可以即使在隔热门打开时也能在一个短时间内经济地将冰箱内部冷却至预置温度。
图1是示出一电冰箱的预置内部温度以及电冰箱门打开随后关闭时内部温度变化的一温度特性曲线图；
图2也是示出一电冰箱的预置内部温度以及电冰箱门打开随后关闭时内部温度变化的一温度特性曲线图；
图3也是示出一电冰箱的预置内部温度以及电冰箱门打开随后关闭时内部温度变化的一温度特性曲线图；
图4是说明供给珀尔帖装置的电流与它的热泵容量之间的关系的一特性曲线图；
图5是示出珀尔帖装置的输入电功率与一内部温度之间的关系的一特性曲线图；
图6是一说明一输入电功率/稳态电功率之比与恢复到一预置温度的所需时间之间的关系的一特性曲线图；
图7是本发明的一实施例的温度受控装置的一正视图；
图8是该温度控制装置的一俯视图；
图9是该温度控制装置的一横剖面图；
图10是冷藏室和部分冷冻室的一俯视图，冷藏室和部分冷冻室构成温度受控装置；
图11是用在温度受控装置内的一电线/软管外套的局部放大立体图；
图12是一用于热交换介质的用在温度受控装置内的循环水套的一放大的横剖面图；
图13是示出压缩机型电冰箱和采用珀尔帖装置的电冰箱的温度控制特性的一曲线图；
图14是说明适用于温度受控装置的每个室的温度控制的供电控制系统的一个例子的一简化方框图。
图3的温度特性曲线图示出一容积为75公升并装配有一珀尔帖装置的电冰箱的预置内部温度，以及当电冰箱门打开随后又再关闭时内部温度的变化。其时预置温度为3.0℃输入电功率为48W。顺便交待一下，下文使用的术语“额定电功率”是指输入给一珀尔帖装置的电功率，它是当外界空气温度为30℃而不打开隔热门的情况下，将内部温度保持在一预置内部温度所需的电功率。在这一情况下，48W的输入电功率等同于额定电功率。
如图中所示，由于输入了48W的额定电功率，在隔热门打开之前(在时间点①)内部温度精确地保持在3℃的预置内部温度。打开门时(在时间点②)内部温度突然上升。在关闭隔热门10秒钟后，内部温度开始下降。由于有48W的输入电功率，在五分钟以后，温度梯度的下降变得非常平缓，但是即使60分钟以后(在时间点③)内部温度也没有再达到3℃的预置内部温度。
在一台电冰箱像上述那样不改变额定电功率运转时，即使采用一珀尔帖装置也不可能足够应付打开隔热门后内部温度的突然上升。所以需要较长的时间来将内部温度冷却至预置温度。因此在这段较长的时间内，储藏在电冰箱内的食品等可能会受到不利的影响。
图1中的特性曲线图说明的是，除将输入电功率变为60W、70、120W和200W以外，其他条件均与上述相同的情况下，电冰箱门打开随后关闭时，其内部温度的变化。由于如上所述的额定电功率是48W，所以60W的输入电功率是额定电功率的1.25倍，70W的输入电功率是额定电功率的1.5倍，120W的输入电功率是额定电力的2.5倍，200W的输入电功率是额定电功率的4.2倍。
从该图可明显看出，当输入电功率为60W时，内部温度直至隔热门关闭15分钟或更长时间后才能降低到预置的内部温度。因此它不能符合从保持食品质量的观点出发制定的日本工业标准(JIS C9607)(电冰箱的内部温度应在隔热门关闭后12分钟内冷却到一预置的内部温度)的要求。而将输入电功率增至70W，可使电冰箱的内部温度在关门后12分钟内冷却至一预置的内部温度。通过进一步将输入电功率增大到120W或200W，还可以更快地使内部温度达到预置内部温度。
图2中的特性曲线说明的是，除了预置内部温度为-1℃(冷冻温度区域)以外，其他条件均与上述相同的情况下，电冰箱门打开随后关闭时，内部温度的变化，额定电功率改为70W，输入电功率改为90W、105W和120W。由于在这一情况下额定电功率是70W，所以90W的输入电功率是额定电功率的1.3倍，105W的输入电功率大约是额定电功率的1.5倍，而120W的输入电功率大约是额定电；功率的1.7倍。
从图1和图2可以明显看出，将输入电功率至少增加到额定电功率的1.3倍，可使内部温度在隔热门关闭12分钟后冷却至一预置内部温度，即在这么短的时间内不可能对食品等的质量产生实质性的不利影响。
图4说明了供给珀尔帖装置的电流与它的热泵容量及特性系数(COP)之间的关系。从图中可见，当温差恒定时，珀尔帖装置的热泵容量随着电流的增加而增加。如进一步的特性所示，在某一电流值处热泵容量达到一最大值(Qmax)使得COP也达到最大值；电流再进一步增大反而导致热泵容量和COP下降。在本发明的说明中，当达到上述最大热泵容量Qmax时输入珀尔帖装置的一电流值被定义为一最大电流值Imax。
图5的特性曲线图说明了珀尔帖装置的输入电功率与一内部可达到的最低温度之间的关系。在该图中，珀尔帖装置的Imax是400W。内部可达到的最低温度在270W左右趋于平稳。即可以理解为，利用远小于Imax运行状态(即在这个实验中为400W)的输入电功率就可基本上达到可达到的内部最低温度，因此可以认为，更大的电功率输入将是一种浪费。根据另一实验，可以确证，当分别将预置内部温度和额定电功率设定为-7℃和130W时，用一240W的输电功率就足以在电冰箱隔热门打开随后关闭将电冰箱内部冷却至该预置内部温度。在这一情况下，输入电功率与额定电功率之比是240/130＝1.8。
图6中的特性曲线描绘了当预置内部温度和额定电功率都改变时，输入电功率与额定电功率之比与隔热门打开随后关闭后恢复到一预置内部温度所需的时间之间的关系。在该图中，曲线A表示一预置内部温度为+3℃、额定电功率为48W的实验，曲线B表示一预置内部温度为-1℃、额定电功率为70W的另一实验，曲线C表示一预置内部温度为-4.7℃、额定电功率为100W的再一个实验，曲线D表示一预置内部温度为-7℃、额定电功率为130W的再一个实验。
从该图可很容易地看出，在各实验条件下，为了将冰箱内部温度在隔热门打开随后关闭12分钟内冷却至预置的内部温度，必须将输入电功率与额定电功率之比增大到至少为1.3倍。但是即使很显著地增大输入电功率，也不会实质性地缩短恢复到预置温度所需的时间。另外，只要恢复到预置温度所需的时间不超过12分钟，对食品的质量就不会有实质性的影响。相反，输入电功率的增大会导致较高的运行成本和不经济的运行。因此必须将输入电力/额定电力之比控制在2以下。考虑到这些，本发明中，将输入电功率/额定电功率之比限定在1.3到2的范围内。
下面参阅图7至图12，将对本发明的组合温度受控装置实施例的具体结构进行说明。
本实施例的温度受控装置分成一快速冷冻室1、一解冻室2、一冷藏室3和一部分冷冻室4。可独立地单独地控制1-4各室的温度。1-4各室布置成两层，并一体地设置在一料理台5内，因此它们是固定型的。
可将快速冷冻室1和解冻室2从料理台5中拉出，以便于取食品进行烹饪，而冷藏室3和部分冷冻室4则固定在散热冷柜5内。
如图8和9中所示，快速冷冻室1和解冻室2具有一开口向上的盒形的隔热壳体6以及可开启地封闭该开口的隔热盖7。隔热盖7在它两相对端面上设有把手8，并且在隔热壳体6的前壁上设有一把手9。
还是如图9所示，一个由铝或类似物制成的容器形第一热导体10设置在隔热壳体6的内侧。级联结构的一珀尔帖装置12通过一由铝或类似物制成的多块形第二热导体11设置在隔热壳体6底部的后侧。另外，将一用于传热介质的循环水套13连接在第二热导体11的外侧。连接于珀尔帖装置12的输电线14和连接于循环水套13的软管15都被容纳于一细长的、可弯曲的电线/软管外套16内(见图11)，并且都与一第二散热部件相连接(见图8和图9)。
在如图9所示的冷冻室1已从料理台5中拉出的状态，电线/软管外套16处于延伸的形状。当把冷冻室1推进去时，电线/软管外套16在冷冻室1后面呈弯曲状，如图中双点划线所示。附带提及，输电线14是连接于靠近第二散热部件17设置的供电控制器18。
在这个实施例中，冷冻室1和解冻室2的储藏容积比冷藏室3和部分冷冻室4的小，1、2两室的软管15都仅连接于一个散热部件，即第二散热部件17。但是每个室具有各自的供电控制器18。冷冻室1的供电电线14是连接于冷冻供电控制器18，而解冻室2的供电电线14是连接于解冻供电控制器(未示)。
图12示出了用于传热介质的循环水套13周围的详细结构。这个循环水套13具有一与珀尔帖装置12的散热侧相连的平板形热交换底板21。一个第一框架22从热交换底板21的一周边部分向第二导热体11延伸。第一框架22是其上、下部分均敞开的中空形状的，它具有一基础端面部分23和一从基础端面部分23向上延伸的延伸部分24，并具有基本上呈阶梯形的剖面形状。基础端部23通过使用一种粘合剂或一个O形密封圈与一种粘合剂的组合，以液密形式结合于热交换底板21的上表面周边部分。
如图中所示，通过在延伸部分24与第二导热体11周边壁面之间注入粘合剂25，使延伸部分24与第二导热体11的周边壁面平行并且相对，这样第二导热体11和第一框架22就整体地连接在一起。
多个定位销26穿过第二导热导体11的周边壁面和延伸部分24，以防止在粘合剂25完全凝固之前第二导热体11与第一框架22之间产生任何相对的位移。延伸部分24的外侧面上设置有多个(在这一实施例中是四个)朝着基础端面部分23延伸的加固肋27，借以使第一框架22有足够的刚性。
另外，基础端面部分23与延伸部分24之的阶梯状构造，或者说是非线性构造可以确保给一框架22提供一介第一框架22的第二导热体11到热交换底板21的较长的爬升距离，从而减少通过第一框架22返回的热量。
在热交换底板21下侧的一周边部分以液密形式粘合上一个大体上下部为封闭但上部为敞开的中空形第二框架28，并在两者之间设置一O形圈29以加强密封。第二框架28在其中央部分附近设有一供给管30，并在其周边附近设有一排放管31。
设置在第二框架28之中空空间内的一分配部件32有一周边壁33、一连续地设置在周边壁33上边缘上的上壁34、以及多个从上壁34朝着热交换底板21延伸的喷管部分35。由各喷管部分35分别形成各喷嘴36。
通过将分配部件32固定在第二框架28内，在分配部件32和第二框架28的有供给管30的那一侧之间形成一扁平的第一空间37，以及在分配部件32和热交换底板21的下侧之间形成一扁平的第二空间38。另外，形成一把第二空间38连通于排放管31的排放通道39。
如图中所示，当通过中央供给管30供给由纯净水、防冻剂或类似物(在这个实施例中使用纯净水)组成的传热介质40时，其将迅速充满整个第一空间37，并且有力地从各喷管部分35(喷嘴36)基本上垂直地喷向热交换底板21的下侧。传热介质40冲击热交换底板21并从其吸收热量。然后它又在狭窄的第二空间38内迅速地扩散并通过排放通道39和排放管31流出这一系统。这样排放的传热介质40流经图11所示的软管15。然后它在设置于图9所示的第二散热部件17内的冷却器(未示)中受到强制冷却，随后再由未示的泵重新供给循环水套13。在图12中，标号41表示围绕传热介质循环水套13填充的一隔热材料层。
冷藏室3(部分冷冻室4)具有一盒形的前壁为开口的隔热壳51。设置一隔热门52，以便能可开启地关闭前壁的开口。与隔热壳51的一内壁紧密接触地设置一容器形的第一导热体53。一个块形状的第二导热体54布置在第一导热体53的后壁的大体中央部分上，所述壁部分与开口相对，换句话说，是第一导热体53的一端壁部分。在第二导热体54的后侧，隔着一个级联结构的珀尔帖55装置设置一传热介质循环水套56。传热介质循环水套56的结构和功能与参照图12所说明的相似，所以在这里省略了对它们的说明。
为了使存在于冷藏室3内的内部空气A(见图9和图10)能如箭头所示的那样沿着第一导热体53的一上周壁53a流动，并冲击到装有珀尔帖装置55的一端壁53b上，然后沿着端壁53b向下流动，在上周壁53a的一内侧上设置一内部风扇57和多个具有相互平行延伸之导槽的吸热鳍片58。另外，上周壁53a和端壁53b都比第一导热体53的其余壁稍厚。
由于内部风扇57和具有导槽的吸热鳍片58的这些功能，当使内部空气A从上周壁53a处流出并沿着端壁的一表面流动时，可得到一高的冷却效率。
在这个实施例中，快速冷冻室1和解冻室2仅用来对必要的物品进行冷冻和解冻，1和2两室的容积都相对较小，例如每个大约为7公升。相反，冷藏室3和部分冷冻室4用来储藏，所以3和4两室的容积都相对较大，例如，每个大约为30公升。因为3和4两室的容积都较大并且必须严格控制它们的内部温度以将所储藏食品或类似物的质量保持不变，所以冷藏室3和部分冷冻室4都设置有它们自己的散热部件，即如图8所示的分别设置的第一散热部件59和第三散热部件60，以便尽可能地减少外部干扰。
参阅图14，将在下面说明一个适用于上述温度受控装置之每个室1-4的温度控制的供电功率供应控制系统的示例。图示出一冷藏室3作为一个例子，并且这个冷藏室3具有一盒形的朝左侧开口的隔热壳71和一可开启地关闭该开口的隔热门72。在隔热壳71的一内壁上，设置有一由铝之类材料制成的盒形导热体73。由一装置供电源61提供的电功率驱动一珀尔帖装置75，而由一风扇供电源62提供的电功率驱动一内部风扇77。装置供电源61和风扇供电源62都由控制单元63发出的信号控制。另外，在导热体73的靠近珀尔帖装置75的表面上设有一温度传感器64。温度传感器输出的检测信号输给控制单元63。
当打开冷藏室3的隔热门72或把要冷藏的食品之类的物品放到冷藏室内时，其内部温度迅速上升。温度传感器64检测到这个温度上升，控制单元63根据温度传感器发来的检测信号，命令装置供电源61向珀尔帖装置75提供大的电功率。
结果，导热体73的温度迅速降低靠近珀尔帖装置75的部位下降得特别快。因此导热体的温度开始朝着冰点或更低的温度下降。因此在监视温度传感器64发来的检测信号的同时，在导热体温度下降到水冻结温度稍前的一个时间点，增大供给内部风扇77的电功率，其结果就可增大内部空气的线速度，使导热体73具有一较高的导热率。因此能避免水在导热体73表面上冰水，所以可保持较高的内部湿度。
附带提及，内部风扇77的高速旋转可以是连续的也可以是间歇的。但是内部风扇过度长时间的高速旋转会导致电力浪费，还会对储藏的蔬菜类食品产生不利影响。因此必须设定这样一种控制模式，即要将高速旋转限定在既能保持理想的温度和湿度值又能重新进行这种额定运行的范围内。
下面将说明一具体的例子。
内部容积：30公升。
隔热材料：两个构件，非氟型膨胀树脂；厚度：80毫米。
珀尔帖装置：使用142块半导体片。每片是边长1.4毫米的正方形。采用两级级联结构。安装成6组。
吸热系统：
一由铝制成的第一导热体，它装有一内部风扇和吸热鳍片。用于内部风扇的电压是6至12V(额定电压是6V)。
散热系统：
使用纯净水作为传热介质的再循环型。最终的散热是通过一散热器将热量散发到空气中。
冷藏室的预置内部温度：3.5℃
外部空气温度：30℃
在上述的实施例中，虽然针对普通的家用电冰箱进行了说明。但是本发明不仅仅局限于这种类型的电冰箱，例如它还可以应用于一种称作“送货到家储藏盒”的储藏盒装置。现在有一种系统，其中储藏盒布置在一单独的房屋或诸如公寓之类的多住户房屋内。当家庭送货员送货上门而收货人家中没人时，送货员就把包装的物品留在储藏盒装置中并在收货人家的信箱内放入一张送货单。当收货人回到家时，收货人可从送货单得知包装物品已送到，就可从储藏盒装置中将其取出。如果这样的储藏盒装置用作具有冷藏或冷冻功能可用于储藏鱼或肉之类易腐食品的储藏柜，则可以应用本发明的电冰箱。
Claims (2)
1.一种电冰箱，它包括：
一由隔热层构成并具有一开口的壳体(51)；
一用来可开启地关闭所述壳体(51)的所述开口的隔热门(52)；
一布置在所述壳体(51)内并具有一位于所述壳体(51)的内部空间背后的热传导表面的导热体(53)；
一与所述导热体(53)热连接的珀尔帖装置(55)；
一用来对所述珀尔帖装置(55)供电的装置供电源(61)；和
一控制单元(63)，它用来控制所述装置供电源(61)以便在所述隔热门打开随后关闭之后，可将所述装置供电源(61)供给所述珀尔帖装置(55)的电功率控制在保持所述壳体(51)的一预置内部温度所需额定电功率的1.3至2倍的范围内。
2.一种如权利要求1所述的电冰箱，其特征在于，珀尔帖装置(55)具有一种级联结构。
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