CN1299459A - 重复冻结和溶化用的填冰式冷藏装置 - Google Patents

Abstract

一种充填冰的冷藏装置,用于使用被冷却的空气或冷却液重复冻结和溶化冰。该装置包括一冰源用的弹性壳体(2),借助于一尺寸基本上稳定的外套(3)在一空气导向装置或液体导向装置的邻近处保持紧密的热传递接触,从而安装所述导向装置使接触待冷却的或去湿的空气,或接触于在并源里的冷却液。

Description

重复冻结和溶化用的填冰式冷藏装置

本发明涉及一种按照主权项的前序部分的、重复冻结和溶化用的填冰式冷藏装置。冷藏装置例如在制冷技术里特别用于车辆冷却和空调。

对车辆要冷却并进行空气调节，这是因为在车辆里的空气温度和湿度能达到有损于车辆驾驶员的精力集中的程度，这样就影响了道路交通的安全。对空气进行处理的另一理由是车辆乘客的舒适性和有关被运物品的要求。

没有在运转的车辆通常不能进行冷却或空气调节，这是因为冷却和空调系统通常由车辆驱动装置连结供应的。如此，特别在太阳下，这样的车辆能受到明显的加热。

如果车辆里座了乘客和发动机不能或不可运转时，这种加热作用尤其厉害，这样，空调和冷却系统不能发挥作用，这是因为例如在渡船、载重车和边界交叉路口上的车辆在停车和堵车(go traffic)或在烟雾的情况下，驱动装置是不可用于冷却和空调的。

本发明的问题是为这样的情况提供一种冷藏装置。这样就不必有一单独的驱动装置用于冷却或空调系统，使冷却和空调能与驱动发动机的运转无关地进行。

提议将冰用于该冷藏装置的运行，特别是在车辆里。冰可从水或一种含水溶液或混合物(以下仅称为水，以利理解)制取。

在所有标准的单组份液体中，水具有最高的比热和最高的单位溶解热(specific melting heat)。此外，水是便宜而安全的。这样就使水成为一种合适的储存介质。由于冰(潜能)的高溶解热，用冰(潜能)的冷藏远超过冷水(显能)的冷藏，这是因为其较小的容积或重量较轻。

但是，在冰范围里比起多数其他物质水具有一异常的特性。尤其是当形成冰的情况下体积增大，而在过冷或低温冷却冰时体积则再次减小。如果这一体积变化不能被结构措施(如缓冲体积(buffer volume))所补偿，在其内制取冰的容器就会由于冰的压力而裂开。

出于重量和空间的原因，该冷藏装置还应小而轻。这就要求在水完全冻结为冰之后的结果应是：要使冻结和溶化时的体积变化以一操作安全的方式被吸收掉。

按照本发明，有一具有主权利要求的诸特征的冷藏装置能满足这些限制条件。诸从属权利要求给出了本发明的诸有利的实施例。

在车辆里并由车辆的驱动装置供给的该冷却系统，在操作期间和在现有容量范围内，取代了车辆内部的冷却和/或能附加地提供该冷藏装置(“加料操作”)。部分或全部的冷却容量用于冰的形成(如该冷藏装置的水被加热，该水的就首先冷却到冰点)。

作为冷却系统的调节能力的一种功能，在冰冻之后，冰进一步冷却(“过冷”)或该冷藏装置的冷源被中断。在任何情况下，该冰的体积至少暂时增大了。

一旦该冷藏装置用于空调目的(“排放操作”)，流到冰的热量加热和/或溶化了该冰。该冰又转换为水，该水可随意地还在被加热。这一排放过程也伴随着体积的改变。

在加料和排放操作中的体积的变化的结果是，由于变化的比容，附加的驱动力就产生作用，尤其是在排放操作期间这样就导致溶化的冰浮在水中。如在每个操作循环期间该冷藏装置完全排放(冰被完全溶化)，当一加料操作再次进行时，总是使用了相同的起始状态，在此状态下冰在该冷藏装置的最冷点最初形成冰。这种类型的加料操作是可重复再现的，并能从结构上稍容易地被控制。

但是，如在该冷藏装置从冷却系统再次接受供应(“部分排放”)之前冰还未全部溶化，操作该冷藏装置就有困难了。由于冰的浮力和可能由于来自车辆操作的力，来自一部分排放的冷藏装置的冰能收集在诸点，在这些点导致在重复的加料操作的情况下的附加的问题。借助于通过冷却或制冷机的能量的释放，集聚的冰可能局部导致一增大的体积，所以提高了压力，这在容器结构上是附加的负担。

该部分排放问题能被这样地抵消，即，以这样的方式控制冷却，在可以重复的冻结之前必须始终是一完全的排放。但是，这表示了能量的浪费，仅仅对于时间原因，例如在汽车情况下，通常是不可能或不明智的。

因此，一车辆的冷藏装置必须是“循环保证(cycle-proof)”的，即，在一随机数目的循环里所有加料和包括部分排放的排放状态必须是操作安全的。

本发明以一冷藏装置实现所希望的目的，该冷藏装置具有主权利要求的诸特征，其中，在其内形成和溶化冰的该容器被构造得具有弹性。有利的是，特别是有一弹性套管，该套管由一外部尺寸稳定的外套以一固定方式保持并与空气或一些待被冷却的和/或去湿的其他冷却流体紧密的热传递接触。在该外套上能设置诸肋或诸肋段、凹部或分叉，以达到增大热传递面积的目的。

一最佳实施例提出了一基本上为圆形横截面的弹性套管，该套管座落在一包绕它的尺寸稳定的环形外套内，在该外套上一环形部分呈现为一槽口，以便在外套变形的情况下使该套管能产生体积的变化。

还提出的是：该外套被构造得带有一个以上的凹部和用于待被提供的用于将诸段保持在一起的诸夹紧件。该外套也能完全由诸夹紧件形成。还提出的是：用于冷却或对流体供应进行制冷的管子与该外套的内部或凹部保持热传递接触。致于该冷却流体管在该套管里的安排，所述套管能以这样的一种方式连接于该管子，即该套管在其入口和出口(例如，由连结管和套管)紧密而永久地连接于该管子。

该套管也能具有一垫子形状，它带有一凹部(pocket)以接收一管子。一垫子状套管能以这样的方式环绕该冷却流体管，即，所述垫子被放置在该管子的四周，使该管子位于该垫子的“褶皱处”。在这样的情况下，不需要例如通过连结来固定。通过将该套管细分为诸腔，形成了诸多较小的单独的体积，在每种情况下冰被保持在这些腔里。这些较小的体积能例如由该垫子状套管的诸纵向和/或横向缝所表示。该垫子状套管能通过硫化作用、焊接、粘结或缝制细分为诸小体积。

也能将部分的流体或一些其他的流体以诸胶囊的形式引入该套管里。由于诸胶囊的堆积，最终就防止了它们的漂浮，从而没有浮力所造成的溶化的冰的明显的漂浮。这样在该套管里给出了基本均匀的结构。

诸胶囊能被填入一种可冻结的流体，而一特定的胶囊体积能保留其内无流体。它合适地是一空气体积，它在冻结流体时被压缩并导致胶囊体积不增大或仅少许增大。因此，冰的高压被一种可压缩的气体所吸收。

对有关诸胶囊和该套管包含相同的还是不同的流体这一问题，例如必须作出决定。在套管里的流体能是一种物质，该物质在一不同的温度下冻结或保留为液体。该套管也能包含一种可冻结的流体，而诸胶囊包含一种非冻结流体。如诸胶囊包含一种可压缩的物质(一种气体，例如空气)，这是一种特殊的情况。这种气体将吸收四周的冻结的流体的冰压力，并改变了其体积。

每一种这样的可能性具有其自己的特定的使用领域，它们尤其是取决于该冷藏装置的几何尺寸和所需的时间成份。诸单独的胶囊有利地以弹性方式构造，使能恢复它们的形状，但也能是一元件，如在诸胶囊里的一弹簧，该元件补偿体积的变化并恢复该胶囊的形状。恢复该胶囊形状的另一可能性是在诸胶囊里的一补偿体积变化的气体体积。最后提出了具有一透镜和/哑铃形的诸胶囊。

从下面对一最佳实施例和诸附图的描述，能理解本发明的进一步特点和优点。附图中：

图1表示被一尺寸稳定的外套3包绕的一弹性套管2，一根或多根冷却液管4从外部连接于该套管2；

图2与图1相对应，冷却液管4居中地通过待被冻结的水；

图3表示该外套被细分为几段；

图4表示一进一步的结构，其中，该外套由诸夹紧带5形成；

图5表示被一尺寸稳定的外套3包绕的一弹性套管2，一根或多根冷却液管4连接于外套的内部；

图6表示一弹性套管；

图7表示如图6中的一弹性套管，它依靠收缩所产生的“系断(tying off)”被细分为诸较小的体积单元；

图8表示一哑铃状胶囊；

图9表示一垫子形的弹性套管，它被两表面的似点状的(punctiform)接头所细分；

图10表示被一垫子形的弹性套管，它被诸纵向和/横向缝9细分为诸腔。

在图1中，一弹性套管2外包绕了一尺寸稳定的外套3，使获得一刚性的尺寸稳定的容器，在该容器里水被冻结，冰能被溶化，在通常操作温度下的体积的变化由一弹性内衬和外衬的略微的形状的变化所吸收。由于该套管2的内衬较薄，就能较容易地进行热传递。由于该套管2的伸长，进一步改进了全表面的良好的热接触，这是因为提高了该连结的紧密性(intimacy)。

利用诸充液管4排除热量，在这些管子里冷却液被蒸发，这样，能具有必须的冷却能力。这些管子4能如图1所示的设置在外面，或如图2和5所示设置在内部。诸管子4能与套管2保持热传递接触。

在结构上的可取之处是其中的套管2被结构设计成一“垫子”，如为一被纵向和横向的诸缝9细分的长套管2。该套管2位于一根或多根管子的四周，并被插入外套中。这样就避免了在该套管2与管子4之间的诸缝或接合部，这样就提高了操作安全性和可靠性。

一进一步的结构能包括诸包绕在套管四周的夹紧带5，即使用诸弹性夹紧带5，或如果套管2是非常弹性的则使用刚性夹紧带5，这些刚性夹紧带无弹性，在后一种情况下体积的改变能被位于诸夹紧带之间的诸槽通过套管的膨胀而吸收。为了增大清楚限定的几何尺寸，能在套管与诸夹紧带之间又引入诸个杆或棒形式的刚性“插入件”，这样限定了该冷藏装置的几何尺寸。

图6所示的并利用系断装置6进行系断而被细分的套管2能例如通过一长软管形成，并利用诸金属夹、带子、硫化作用等细分，这样，形成了诸单独的腔，使在未冻结的水里的冻结的冰的浮力的效果减小到一较小的值，因此就“均化”了浮力的作用。

将在上方位置导致冰的压缩的不希望的冰的“不对称冻结”必然在诸较小的区域和因此也在冰容积的小的绝对长度变化上被细分了。

也能将部分的流体或一些其他的流体以充流体的胶囊7的形式放入套管里。图10是一哑铃形胶囊的实例，但也可为明显的球形或透镜状胶囊。

但是，由于胶囊7为哑铃形，就获得一特别大的表面积，这样就在该胶囊壁中留下足够的弹性以补偿体积的变化。

在此提出了：也能用一种可冻结的液体充填诸胶囊和一特定的胶囊容积里保持无液体。它适当地是一空气体积，它在液体冻结时被压缩，以及只允许该胶囊体积略微增大或根本不增大。如此，冰的高压被一压缩气体，如空气所吸收。

可用的降冰点物质是有机盐，如乙酸盐、甲酸盐、丙酸盐，以及甘醇、糖、果糖、氨水、甲碱或一种甲碱化合物、甘油、氯化钙、氯化镁、普通的盐、乙醇、异丙醇或甲醇。

对于具体的用途，留下的选择是在诸胶囊和套管里是使用相同的还是不同的流体。在套管里的流体能是一种物质，该物质在另一温度下冻结或要保留为液体。

套管也能包含一种冻结的流体，而诸胶囊包含一种不冻结的流体。如果诸胶囊包含一种可压缩的物质，如空气的气体时，这是一种特别的情况。这种气体吸收周围的冻结的流体的冰的压力，并改变了它的体积。

由于诸胶囊在体积变化之后将再回复为它们最初的形状，合适的是以这样的方式构造诸胶囊，即不能产生永久变形。对于诸球形胶囊，尤其存在这样的危机，这些球形胶囊能被作用在所有侧面的外部压力“压凹”，因此不可能再回复为它们的最初的形状。因此，一种透镜状或哑铃形胶囊的设计是较合适的。使用一种冻结的液体(膨胀)还是一种不冻结的液体，这并不重要。

为了提高诸胶囊的回弹性，也能向诸胶囊里引入小弹簧(膨胀弹簧、螺旋弹簧等)或一种可压缩材料，如泡沫材料、橡胶等，或者将上述物质与流体和可选地与一种气体填料一起引入。透镜状胶囊特别适合于这样的目的。

最后还提出的是：垫子形式的套管2具有较大的尺寸，诸垫子包绕冷却的流体管。以垫席形式被划分为诸多小的“单独的垫子”的这种套管能被似点状的(punctiform)接头所分割，或者在内部设置网状结构，以防冰的漂浮。

还能以一固定方式将一延伸体积(extension volume)，如以一气体或充空气物体或一可压缩的材料如泡沫橡胶的形式“缝”入一套管内。但是，必须考虑到：漂浮的冰不必改变该延伸件的取向，另外，在重复的部分排放的情况下所述膨胀体积的回弹性必须十分高，以便在每一种情况下都恢复最初的体积。

Claims (12)

1．一种充填冰的冷藏装置，它伴有空气或一种冷却流体的冷却，用于重复冻结和溶化冰，其特征在于，用于一冰源的一弹性套管(2)，该套管被一尺寸基本稳定的外套(3)保持住，在一空气或流体导向装置的位置伴有彼此间的热传递接触，安装该流体导向装置是用于使待被冷却或湿化的空气或一种冷却流体移动，以通过该冰源。

2．按照权利要求1的冷藏装置，其特征在于诸肋或肋段或凹部或尖叉，用于增大在外套(3)上的热传递表面积。

3．按照上述诸权利要求中之一项的冷藏装置，其特征在于包绕一弹性套管(2)的一基本上为环形横截面的外套(3)，在该外套中一环形部分形成为一槽口，用于增大该外套的变形，以允许该套管(2)产生体积变化。

4．按照权利要求3的冷藏装置，其特征在于，该外套(3)构造得具有一个以上的凹部，另设有诸夹紧件(5)以将诸段保持在一起。

5．按照上述诸权利要求中之一项的冷藏装置，其特征在于，诸外套夹紧带(5)放置在该弹性套管(2)的四周。

6．按照上述诸权利要求中之一项的冷藏装置，其特征在于用于冷却流体源的一管子(4)，该管子接触于外套(3)的内部或外部。

7．按照上述诸权利要求中之一项的冷藏装置，其特征在于，套管(2)的形状如一带有一凹部的垫子，用于接收一管子(4)。

8．按照上述诸权利要求中之一项的冷藏装置，其特征在于将套管(2)细分为诸腔，用于形成多个其内保持冰的小体积单元。

9．按照权利要求8的冷藏装置，其特征在于，在套管(2)内引入了诸弹性小套管(胶囊)，用于吸收水，这样能确保紧密度并还补偿冰的漂浮作用。

10．按照权利要求9的冷藏装置，其特征在于该套管里的诸胶囊(7)，在这些胶囊里具有不冻结流体。

11．按照权利要求10的冷藏装置，其特征在于在诸胶囊里的一元件，它能补偿体积变化并恢复胶囊形状。

12．按照权利要求11的冷藏装置，其特征在于设在诸胶囊里的一气体体积，用于补偿体积变化并恢复胶囊形状。

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