CN1367364A - 冷柜快速冷却和解冻的控制方法和装置 - Google Patents

冷柜快速冷却和解冻的控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

用于冷柜的快速冷却和解冻装置(160)包含一个与装配式空气处理器(162)的可操作元件相连的电子控制器(330),以便在密封盘(122)中产生对流气流,实现快速冷却和安全解冻。该控制器被配置为根据用户选择来操作空气处理器执行冷却或是解冻模式,根据选择的冷却模式或解冻模式调整空气处理器元件,在盘中维持恒温气流以执行用户选择的冷却模式或解冻模式。控制器响应用户输入和密封盘内温度状况执行相应的冷却和解冻运算(490)。

Description

冷柜快速冷却和解冻 的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及一种冷柜，具体涉及冷柜快速冷却和解冻装置(refrigerator quickchill and thaw systems)的控制系统。
背景技术
普通的家用冷柜包括冷却储藏室和新鲜食品储藏室，它们或由中央竖框壁分开，并排放置或由水平的中央框壁分隔开而上下布置。在新鲜食品储藏室通常设置有搁板和抽屉，而在冷却室则通常设置搁板和铁丝筐。另外，在冷却室中还可设置制冰器。冷却室的门和新鲜食品储藏室的门各自关闭通向冷却室和新鲜食品储藏室的开口。
现有的冷柜冰箱通常需要较长的时间来冷却放置在其中的食品和饮料。例如，六包装的苏打水通常要花大约4个小时冷却到保鲜温度(约45°F或以下)。通常希望饮料，例如苏打水冷却时间远远少于几个小时。为此，常将这些物品放入冷却室以快速冷却。如果不密切监视放入冷却室中的物品，则这些物品将被冻结，并很可能破坏盛装物品的包装，而脏污冷却室。
有人曾提出在冷柜新鲜食品贮藏室(refrigerator fresh storage compartment)和冷却室中设置多个快速冷却和过冷分隔间的方法，以更快地冷却和/或维持食物和饮料物品在所需的控制温度下，以长久地储存物品。例如，美国专利No.3747361，4358932，4368622和4732009。然而，这些分隔间非理想地减小了冷柜的储藏空间，很难清洗和维修，也不能证明确实能够有效地在预期的时间范围内将食品和饮料冷却，如用半小时(one halfhour)或更少的时间将六包装的苏打水冷却到保鲜温度。而且，放有食品或饮料物品的冷却分隔间置于冷却室中，如果用户不能迅速将其取出则很容易冻结，这是不希望的。
目前也有很多在冷柜新鲜食品储藏室中设置解冻分隔间以解冻冻结食品的尝试。例如，美国专利No.4385075。然而，解冻分隔间也不可避免地减小了冷柜的储存空间(refrigerator compartment space)，且很容易由于解冻分隔间中过高的温度而使食物酸败。
因此，很需要提供一种用于新鲜食品储藏室中快速冷却和解冻的装置，以快速地冷却食品和饮料而不使它们冻结，在制冷室(refrigerator compartment)内在控制冷却温度下及时解冻物品，从而避免酸败食品，且减少在冷柜贮藏室中占用的空间。
发明内容
在一个示例性的实施例中，冷柜中的控制系统包括快速冷却和解冻装置。该快速冷却和解冻装置包括装配式空气处理器，用于在温度高于和低于新鲜食品贮藏室的温度下、在可抽出(slide-out)的密封盘内产生对流的气流，以实现既可快速冷却又可安全解冻盘中的食品。
需要进一步说明的是，上述空气处理器包括一个一次风门单元用以传送供给空气，例如在冷柜冷却室的竖框壁中通过开孔使空气处理器的供给气流通道能够与一次风门件相通实现空气交换。在空气供给通道中有一个风扇用以经空气通道向盘中补充空气，一条气流再循环通路使从盘中流出的空气与气流供给通道中的冷却室空气(freezer air)混合从而实现快速冷却。在空气处理器的回风管中装有加热器用于加热空气处理器中的空气以实现解冻功能。在与至少一路再循环通路和返回气流通路连通的位置处安置一个温度传感器，实现快速冷却和解冻装置的温度响应操作。
上述快速冷却和解冻装置控制系统包含一个与空气处理器操作部件相耦合的电子控制器，控制器被配制为调整空气处理器元件在密封盘中产生恒定温度气流，当用户选择冷却模式时在盘中维持第一恒定温度气流，当用户选择解冻模式时在盘中维持第二恒定温度气流。
控制器执行冷却运算，在密封盘中维持所期望的温度，控制器响应位于空气处理器内的温度传感器的温度反馈并进行必要的空气处理器再调整操作。控制器也可执行解冻运算，一方面监视加热器的热量输出以感应冷却包装物的解冻状态，另一方面通过把监测热输出与参考热输出相比较确定解冻模式的结束。
由于需要在空间有限的快速冷却和解冻装置中对食物和饮料提供有效的冷却和安全解冻，所以需提供一种适当的电子控制方案。
附图说明
图1是包括快速冷却和解冻装置的冷柜透视图；
图2是切去了图1示出的快速冷却和解冻装置的一部分的部分透视图，；
图3是图2所示的快速冷却和解冻装置的局部透视图，示出了安置在其中的空气处理器；
图4是图3所示的空气处理器的局部透视图；
图5是图4所示的空气处理器在快速冷却模式下的操作原理图；
图6是图4所示的空气处理器在快速解冻模式下的操作原理图；
图7是另一实施例中空气处理器在快速解冻模式下的操作原理图；
图8是根据本发明一个实施例的冷柜控制器的方框图；
图9是图8所示的主控制板的方框图；
图10是快速冷却和解冻装置的示意图；
图11，12和13是图10所示的快速冷却和解冻装置的加热曲线图；
图14是图10所示快速冷却和解冻装置的冷却状态图；
图15是图10所示快速冷却和解冻装置的解冻状态图；
图16是图10所示快速冷却和解冻装置的加热控制运算流程图；
图17是图10所示快速冷却和解冻装置的关闭状态图；
图18是图10所示快速冷却和解冻装置的状态图。附图说明
图1所示的是按本发明实施的一个示范性的并排式冷柜100。当然，可以发现，本发明的优点可以在其他类型的冷柜中获得。因此，在此所作的描述仅是为了说明本发明，而不是对本发明的各个方面的限制。
冷柜100包括一个新鲜食品储藏室102和冷却室104。冷却室104和新鲜食品储藏室102并排布置。并排式冷柜例如冷柜100可从路易斯维尔市的通用电气公司(General Electric Company，Appliance Park，Louisville，KY 40225)得到。
冷柜100包括一外壳106和内衬108，110。在外壳106和内衬108及110之间的空隙以及内衬108和110之间的空隙内填充着现场发泡的绝热材料。外壳通常是这样形成的，即通过将一层适宜的材料，例如预先喷过漆的钢材，折叠成倒转的U字形，以形成外壳106的顶壁和侧壁。外壳106的底壁通常是单独制成的，并与外壳侧壁相连，形成底部框架以支撑冷柜100。内衬108和110由适宜的塑性材料模制而成，以分别形成冷却室104和新鲜食品储藏室102。另一种方法是，内衬108和110也可由弯曲并焊接一层适宜的金属例如钢而形成。图示的实施例中包括两个分开的内衬108和110，虽然冷柜是较大容积的装置，但分开的内衬提高了强度，而且易于保持在制造公差范围内。在较小的冷柜中，只加工出一个内衬，竖框架设在内衬相对两侧之间，将其分隔成冷却室和新鲜食品储藏室。
一个隔热条112延伸在外壳前侧凸缘和内衬的外部前侧边缘之间。隔热条112由适宜的弹性材料制成，例如用挤压的丙烯睛-丁二烯一苯乙烯为基的材料(通常称为ABS)制成。
内衬108和110之间的隔热材料被另一适当的弹性材料条所遮盖，即通常所指的竖框114。竖框114最好也是由挤压的ABS材料制成。可以理解，在冷柜中用分开的竖框将一个内衬分成冷却室和新鲜食品储藏室，竖框的正面部件相应于竖框114。隔热条112和竖框114形成正面，并完全沿着外壳106内侧周围边在内衬108和110之间垂直地延伸。竖框114为腔室之间的绝热层，它和分隔腔室的内衬中的间隔层，在这里被统称作中央竖框壁116。
通常在新鲜食品储藏室102中设置搁板118和可外拉的抽屉120，以支承其中所储藏的物品。底部抽屉和盘122部分形成将在下面详细描述的快速冷却和解冻装置(图1未示出)，上述装置与其他冷柜部件一起根据用户喜好通过位于新鲜食品储藏室102上部区域并与微处理器相连的控制界面124由微处理器(图1未示出)有选择地进行控制。在冷却室104中也设有搁板126和铁丝筐128。另外，在冷却室104中还可设置制冰器130。
冷却室门132和新鲜食品储藏室门134各自关闭开启冷却室102和新鲜食品储藏室104的开口。每扇门132，134是通过上铰链136和下铰链(图中未示出)固定的，可在其打开的位置(如图1所示)和关闭的位置(图中未示出)之间绕其外部的垂直边旋转，以关闭有关的储藏室。冷却室门132包括多个储藏搁架138和密封垫140，新鲜食品储藏室门134也包括多个储藏搁架142和密封垫144。
图2是新鲜食品储藏室102的局部剖切视图，图中示出了彼此叠放并位于快速冷却和解冻装置160上方的储藏抽屉120。快速冷却和解冻装置160包括置于接近五边形的机械室164(图2虚线部分所示)的一个空气处理器162和密封盘122，以减小新鲜食品储藏室中快速冷却和解冻装置160所占用的空间。储藏抽屉120通常是没有内部温度控制的可拉出的抽屉。因而储藏抽屉120的温度与新鲜食品储藏室102的工作温度基本相等。快速冷却和解冻盘122置于储藏抽屉120稍前方的位置，以适合机械室164。空气处理器162有选择地控制盘122中的空气温度，使盘122中气流循环，以增强盘与盘中央的传热，从而分别及时解冻和迅速冷却，这将在下面详细描述。当快速解冻和制冷装置160暂停不用时，密封盘122在温度等于新鲜食品储藏室102的温度时达到一稳定状态，盘122可用作第三冷藏抽屉。在另一实施例中，使用了数量较多或更少的冷藏抽屉120和快速冷却和解冻装置160以及其他尺的快速冷却盘122和冷藏抽屉120。
按照常规的冷柜，机械室164至少一部分地包括用以完成蒸汽压缩循环以冷却气体的部件。这些部件包括依次连接并充灌制冷剂的压缩机(未示出)，冷凝器(未示出)，膨胀装置(未示出)，及蒸发器(未示出)。蒸发器是热交换器类型，它使流经蒸发器的空气向流过蒸发器的制冷剂传递热量，借此使制冷剂蒸发。被冷却的空气被用来冷却一个和多个冷柜或冷却室。
图3是冷柜100一部分的局部剖视图，该冷柜包括安装在新鲜食品储藏室内衬108上的、在机械室164(图2所示)的外侧壁180之上的空气处理器162，机械室在新鲜食品储藏室102的底部182上。通过竖框中央壁116上的开口(未示出)和通过供给管盖184的供给和返回管道(图3未示出)接收来自冷却室底部的冷空气并使冷空气返回冷却室底部(图3中未示出)。供给管道盖184内的供给和返回管道与空气处理器供给管道186流体连通，在空气处理器供给管道186各侧的再循环管道188和回风管道190是用来产生强迫空气对流，对流贯穿放置了快速冷却和解冻盘122(图1、图2所示)的新鲜食品储藏室底部182，就放置在这里。供给管道186的放置位置使从盘122上面和后面(见图2)的空气能以向下的角度排出盘122，置于空气处理器供给管道186中的活动叶片192的作用是导向和均匀分配快速冷却和解冻盘122内的空气。灯架194固定在空气处理器162的两边，给快速冷却和解冻盘122提供照明，空气处理器盖196用来保护空气处理器162的内部元件，它与管道186，188和190共同构成完整的气流通道。在另外的实例中，一个或多个整体的灯源形成在一个或多个空气处理器管道186，188，190之中，在其外部固定有灯架194。
在另一个实例中，空气处理器162适于在盘122中的其他位置排出空气，举例来说，从快速冷却和解冻盘122的下后部或从中部或从盘122的两侧以一个向上的角度排出空气。在另外的实施例中，空气处理器162朝向置于别的地方而不是置于新鲜食品储藏室102的底部182的快速冷却盘122，于是例如，将中部贮藏抽屉转换成快速冷却和解冻分隔室。空气处理器162基本上是水平固定在新鲜食品储藏室102中，而在另外的实施例中，空气处理器162基本上垂直固定。但在另外的实施例中，几个空气处理器162被用来冷却在新鲜食品储藏室102中的相同或不同的快速冷却和解冻盘122。在又一实施例中，空气处理器162被用在冷却室104中(图1示出)，新鲜食品储藏室的空气循环流入快速冷却和解冻盘，防止盘中的物品被冻结。
图4是空气处理器162的顶部透视图，图中卸下了空气处理器盖196(图3示出)。由直的和弯曲的隔板250构成了一个空气供给通道252，一个回流通道254和一个再循环通道256。管道腔部件座258与常规双风门组260邻接，以便通过相应的返回和供给气流口262，264分别打开和关闭返回通道254和供给通道252的通路。常规单风门元件266通过气流口268打开和关闭回流通道254和供给通道252之间的通路，借此可根据空气处理器解冻和/或快速冷却模式不同有选择地将回流通路254转向到附加再循环通路上。加热器元件270装在再循环通道256的底面272上，在快速解冻模式时用来加热空气，在供给通道252中有一个风扇274用来从供给通道252吸入空气，强迫空气以定容流速通过活动叶片192(图3示出)进入快速冷却和解冻盘122(图2示出)，叶片192装在风扇274的下游以驱散进入快速冷却和解冻盘122的空气。温度传感器276装在和再循环通道256和/或回流通道254气流连通的位置上，上述温度传感器工作时与微处理器(图8未示出)耦合，微处理器可操作地依次与风门元件260，266，风扇274和加热器元件270耦合，实现空气处理器162的温度感应操作。
空气处理器162后部280基本上是平直的，从后部到前部278逐渐倾斜降低，以适合机械室164(图2示出)倾斜的外壁180，使进入到快速冷却和解冻盘122的空气以稍微朝下的角度排出。在一个实施例中，灯架194和灯源282(例如常规的球型灯)被安置在空气处理器162的两对侧，以便照明快速冷却和解冻盘122。在另外的实施例中，可在空气处理器162内部安置一个或多个灯源。
空气处理器162是组装式结构，当拿掉空气处理器盖196时，单风门元件266，双风门元件260，风扇274，叶片192(图3所示)，加热元件270和灯架194很容易维护和修理。出现故障的元件可以很简单的从空气处理器162中拉出，然后快速地更换一个好的元件。另外，整个空气处理器单元可以从新鲜食品储藏室102(图2所示)中拆下，换上相同或不同工作特性的另一单元。在这种情况下，空气处理器162可插进现有冷柜内作为配套元件，把现有的储藏抽屉或储藏室改造成快速冷却和解冻装置。
图5是空气处理器162在快速冷却模式下的功能示意图。开启双风门260，使来自冷却室104(图1所示)的冷空气由于风扇274的作用通过中央竖框壁116(图1、3所示)上的开口(未示出)到达空气处理器空气供给通道252。风扇274通过叶片192(图3所示)从空气供给通道252将空气排到盘122(图5虚框所示)，空气在盘中进行循环。盘122中的一部分循环空气通过再循环气流通道256返回空气处理器162，在那里与空气供给通路252的冷却室空气混合，再次借助风扇274的力量通过空气供给通道252进入盘122。盘122中的另一部分空气循环进入返回通道254，通过打开的双风门260流回冷却室104。单风门266关闭，从而防止气流从返回通道254流到供给通道252，同时不对加热元件270供电。
在一个实施例中，风门260和266可选择工作在全开和全关位置。在另一实施例中，风门260和266可被控制在全开位置和全关位置中间的部分开启和关闭位置，在空气处理器气流供给通道252中以此来相应增加或减少冷却室空气和再循环空气量，更好地调节盘122中气流的状况。因此，空气处理器162可操作在不同的模式，例如，节能模式，为特定食品和饮料规定的冷却模式，或剩余食物冷却循环，快速地把高于室温的剩余热食物冷却。举例来说，在剩余食物冷却循环中，空气处理器可操作在选择风门260全关、风门260全开的时间周期，然后逐渐地关闭风门260减少再循环空气和打开风门260引入冷却室的空气冷却剩余食物，因此避免了在冷却室104(图1所示)中出现的不希望的温度影响。在又一个实施例中，加热器270在冷柜100(图1所示)的剩余食物冷却循环期间也投入使用以减轻剧烈的温度波动和影响，在其间，通过选择盘122中的热空气，未加热空气和冷却室空气循环的混合使剩余食物以可控的速率被冷却。
当然还得重视，因为限制风门266的开度，使其处于中间位置限制了供给空气处理器162冷却室空气，结果盘122中的空气温度较高，降低了冷却效率。
双风门气流口262、264(图4所示)，单风门气流口268(图4所示)，以及气流通道252、254和256都是选定并设计好尺寸的，以便在盘122中达到理想的空气温度和对流效率，同时在冷却室104(图1所示)和盘122间的压降要在可接受的范围内。在本发明的一个示例性设备中，新鲜食品储藏室102的温度维持在大约37°F，冷却室104保持在大约0°F。被加热或冷却物品的初始温度和表面积影响该物品的冷却或除霜时间，快速冷却和解冻装置(图2示出)无法控制这些参数。更确切的说，对于冷却或加热置于适当密封的盘122中的给定物品到目标温度而言，空气温度和对流效率是快速冷却和解冻装置160最主要的控制参数。
在发明的一个具体实施例中，经试验确定，平均空气温度22°F结合对流效率6BTU/hr·ft2·°F足以在约小于45分钟时间内(准确性为99％)，将6包装的苏打水冷却到目标温度45°F或更低，其平均冷却时间大约25分钟。因为对流效率与风扇274的体积流量有关，体积流量可以确定，可以选择相应的风扇马达以达到确定的体积流量。在一个具体实施例中，对流效率约为6BTU/hr·ft2·°F对应的体积流量大约为45ft3/min。因为在冷却室104(图1所示)和快速冷却和解冻盘122之间存在的压降对风扇的输出和马达的性能造成影响，所以可从风扇马达的性能中压降与体积流量的关系曲线中确定出允许的压降。在具体的实施例中，使用了92mm，4.5W直流马达，该马达可以输出约45ft3/min流量的空气，按要求，压降小于0.11英寸水柱。
研究表明，在中央竖框壁116中为达到在冷却室104(图1所示)和空气处理器162之间有足够的气流流通的目的，开孔的尺寸与盘122中的压降有关。研究表明，在中央竖框壁上开一个面积为12in2的开口会产生0.11英寸水柱或更小的压降。在此压降下，为达到平均空气温度约为22°F，试验得出采用一种50％来自盘122的再循环空气和冷却室104的空气的混合气的冷却时间最短。然后确定所需再循环通道开口面积大约5in2，在0.11英寸水柱压降下，在供给通道中可得到50％的冷却室空气/再循环空气混合气体。通过研究压降与预先确定的在竖框壁上用于和冷却室104或供给空气气流连通的开口开度关系曲线表明，中央竖框壁上的开口面积分配40％供给和60％返回可以得到满意的性能参数。
因此，在盘122中由空气处理器162产生的对流气流能够以比一般冷柜快四倍多的速度迅速冷却6包装的苏打水。其他物品，例如2升瓶装苏打水、瓶装葡萄酒和其他罐装饮料以及包装食品都可以放在快速冷却和解冻盘122中，用比现有冷柜明显少很多的时间迅速冷却。
图6是表现空气处理器162在解冻模式的功能示意图。此种情况中双风门260关闭，向加热元件270供电，单风门266打开，以使返回通道254中的气流返回到供给通道252，再被风扇274驱送通过供给通道252进入盘122。空气也会从盘122通过再循环通道256返回供给通道252。加热元件270在一个实例中是箔式加热元件，它可周期地接通和断开，进行控制以达到理想解冻温度，此温度与新鲜食品储藏室102的温度无关。在另一实施例中，用其他公知的加热元件替代箔式加热元件270。
对空气处理器162中的加热元件270供电，对盘122中的空气温度和速率进行控制来对食物和饮料进行除霜，同时又不会超过该物品或待除霜物品的规定表面温度。也就是说，物品被除霜或解冻后，储存到上述物品使用前都能保持在冷藏状态。因此用户丝毫不必监视解冻过程。
在一个示范性实例中，对加热元件270供电，使空气温度达到大约40°到50°，更具体地说大约41度，以便维持可选择时间长短的除霜循环，例如，4小时循环，8小时循环或者12小时循环。在另一实例中，加热元件270以相同或不同的时间间隔使空气温度在两个或更多温度间循环，用以更快地解冻食品同时将物品的表面温度维持在允许的限制范围之内。在另一些实施例中，可为放置在盘122中的特定的食品和饮料的理想解冻选择执行定型解冻模式。在又一实例中，使加热元件270在响应盘122和空气处理器162中的温度变化条件下实现动态控制。
空气处理器162把快速冷却和改善解冻结合起来，因此能在单盘122中实现快速冷却和除霜。因此，具有双重用途的空气处理器162和盘122将这些特点令人满意地结合在一起，同时使占用的新鲜食品储藏室空间减少。
当空气处理器162既不处于快速冷却模式也不处于解冻模式时，它回到稳定状态，温度等于新鲜食品储藏室102的温度。在又一实例中，空气处理器162用于维持储藏盘122在不同于新鲜食品储藏室102的温度的可选温度上。对双风门260和风扇274进行控制以使冷却室空气循环维持盘122的温度为所期望的低于新鲜食品储藏室102的温度，利用单风门266，加热元件270，风扇274，维持盘122的温度为所期望的高于新鲜食品储藏室温度的温度，因此，快速冷却和解冻盘122可作为一个长期储存分隔间，不受新鲜食品储藏室102中温度波动影响，维持近似稳定的状态。
图7是空气处理器300的另一个实例功能示意图，该空气处理器包括一个与冷却室104的空气连通的双风门302，装有一个风扇306的供给通道304，装有一个加热元件310的返回通道308，一个打开和关闭通向一次再循环通道314的单风门312，和一个临近单风门312的二次再循环通道316。空气从空气处理器300的一侧排出，与上面描述的包括供给通道274的空气处理器162(见图46)不同，空气从空气处理器300的一侧排出，因此与上面描述的空气处理器62相比在盘122中形成了有差别的，至少有点不平衡的流型。空气处理器300还包括一个压力增加部分318，以便改善盘122内的气流分布。所示空气处理器300处在快速解冻模式，只需要打开双风门302就可工作在快速冷却模式下。值得注意的是，与空气处理器162(见图5、图6)比较，返回通道308是再循环空气的源头，这与空气处理器162不同，在162中，来自盘中的空气通过再循环通道256实现再循环，通道256与返回通道254分开。
图8示出了本发明实例的控制器330。控制器330可用在如冷柜，冷却设备或它们的结合体，例如并排式冷柜100(图1所示)上。控制器人机界面(HMI)(图8未示出)包括显示(未示出)，一个或多个用于用户操作来选择冷柜特征的输入选择器(未示出)，上述特征包括选择但不仅限于快速冷却和解冻装置的特征。
控制器330包括一个诊断口332和一个通过异步内处理器通讯总线338与主控板336耦合的人机界面(HMI)板334。一个模拟/数字转换器(“A/D转换器”)340与主控板336相连。A/D转换器340把从若干传感器发出的模拟信号转换成数字信号，由主控板336进行处理上述若干传感器包括一个或多个新鲜食品储藏室温度传感器342，特殊盘(即带有温度传感器276(图4所示)的上面描述的盘122)，冷却室温度传感器344，外部温度传感器(图8未示出)和蒸发器温度传感器346。
在另一个实例(未示出)中，A/D转换器340还可数字化其它输入功能(未示出)，例如电源电流和电压，节电测量，压缩机循环调节，在辅助设备(例如时钟或指针压力开关)的模拟量输入时模拟时间和延时输入(基于两者都用和基于传感器)，压缩机密封系统的模拟压力感应，以实现诊断和功率/能量优化。其它输入功能包括通过红外检测器或声音检测器的外部通讯，根据环境光线调整HMI显示，根据食物的多少和气流/压力的变化调节冷柜以确保按要求对食物进行冷却或加热，以及高度调整，以确保食物冷却均匀。和通过改变风扇速度和变换气流来提高不同高处的降落率(pill-down rate of various altitude)。
数字输入和继电器输出(但不仅限于此)与冷凝器风扇速度348，蒸发器风扇速度350，压碎机螺线管(crasher solenoid)352，螺旋输送机马达354，个性化输入356，分水阀358，设置点用编码器360，压缩机控制362，除霜加热器364，门检测器366，竖壁风门368，特殊盘，即快速冷却和解冻盘122，空气处理器风门260，266(图4-6所示)和特殊盘加热器270(图4-6所示)相对应。主控板366还与一个脉宽调制器370相连，用来控制冷凝器风扇372，新鲜食品储藏室风扇374，蒸发器风扇376和快速冷却和解冻装置特殊盘风扇274(图4-6所示)的运行速度。
图9是主控板336的更详细的方框图。主控板336包含一个微处理器390。微处理器390执行温度调整/通讯分配，交流设备控制，信号调节，微处理器硬件监视和电可擦可编程只读存储器(EEPROM)读/写功能。另外，处理器390还执行许多控制运算，这些运算包括密封系统控制，蒸发器风扇控制，除霜控制，特殊盘控制，保鲜食品储藏室风扇控制，步进马达风门控制，水阀控制，螺旋输送机马达控制，立方/压碎螺线管控制(cube/crush solenoid control)，定时控制和自检操作。
处理器390与电源394相连，电源从线路调节单元396得到交流电源信号。线路调节单元396对线电压398进行滤波，例如，得到90-265伏特，50/60赫兹的交流电信号。处理器390也与EEPROM392和时钟电路400相连。
门开关输入传感器402与新鲜食品储藏室和冷却室门开关相连，感应门开关的状态。来自门开关输入传感器402的信号以数字方式传到处理器390，指示门开关的状态。保鲜食物热敏电阻342，冷却热敏电阻344，至少一个蒸发器热敏电阻346，特殊盘热敏电阻276(图4示出)，和环境热敏电阻404通过传感器信号调节装置406与处理器390相连。调节装置406从处理器390收到多路控制信号，然后把相应的各感应温度模拟信号提供给处理器390。处理器390还通过串行通讯链路412与分配板408和温度调整板410相连。调节装置406同时也可校准上面提到的热敏电阻342，344，346，276和404。
处理器390输出控制信号到直流风扇马达控制414，直流步进马达控制416，直流马达控制418和继电监视器420。监视器420与交流设备控制器422相连，向交流负载提供电源，例如向水阀358，立方/压碎螺线管352，压缩机424，螺旋输送机马达354，特殊盘加热器270和除霜加热器364提供电源。直流风扇马达控制414与蒸发器风扇376，冷凝器风扇372，保鲜食品储藏室风扇374和特殊盘风扇274相连。直流步进马达控制418与竖壁风门368相连，直流马达控制416与特殊盘风门260，266相连。以上描述的控制系统在作为一个小型独立的状态机执行的硬件控制下进行控制。
虽然下述控制方案涉及了特定快速冷却和解冻装置160(图2所示)的范围，可以想到该控制方案也适用于能达到期望的结果的其它结构的快速冷却和解冻装置的冷柜。因此，接下来进行的描述只是为了说明而不是对本发明的限制。
现在讨论图10，在一个示范实例中，快速冷却和解冻盘160(上文已描述并图示出)有4个主要器件，即空气处理器双风门260，单风门266，风扇274和加热器270需要控制。这些器件的动作由时间，一个热敏电阻(温度)输入276和用户输入决定。从用户的角度看，可在任何时间选择盘122为解冻模式或冷却模式。在示范实例中，由控制器330(图8所示)执行三种解冻模式和可选择地执行三种冷却模式。另外，快速冷却和解冻盘122可维持在可选温度或可选温度区中，以便长期储存食品和饮料。换句话说，快速冷却和解冻盘122在任何给定时间可按几种不同方式或模式(如冷却1，冷却2，冷却3，解冻1，解冻2，解冻3，区域1，区域2，区域3或关机等等)中的一种运行。载客供选择的一些实施例中，用户可以通过不同配置的人机界面板334(图8所示)获得其它模式或很少使用的模式(fewer modes)确定用户在选定的快速冷却和解冻特性情况下的选项。
上面图5注明的，在冷却模式，空气处理器双风门260打开，单风门266关闭，加热器270关闭，风扇274(图4-6所示)运转。当运行快速冷却模式时，将按照用户选择的冷却设定，如冷却1，冷却2，冷却3等保持这种配置持续预设好的时间周期。每种冷却设定控制空气处理器运行不同的时间周期以达到不同的冷却效果
在温度区域模式中，对风门260，266和加热器270进行动态调节，以保持盘122的固定温度不同于新鲜食品储藏室102或冷却室104的设置温度。
在解冻模式中，见图6的实例，双风门260关闭，单风门266打开，风扇274运转，用热敏电阻276(图4所示)作为反馈元件控制加热器270以达到特定温度。这种布局允许根据待解冻物品包装尺寸的不同来选择不同加热曲线。用户设定解冻1，解冻2或解冻3选择包装尺寸。
加热器270由位于主控板336(图8、9所示)以外的固态继电器控制。风门260，266是可逆的直流马达，直接由主控板336控制。热敏电阻276是温度测量元件，由主控板336读取数据。风扇274是瓦特直流风扇，由主控板直接控制。
冷却功能是定时功能，解冻功能更复杂。为了安全解冻不同尺寸包装的物品，加热曲线应能达到在给定时间产生一定的热量以便能正好解冻给定尺寸的包装物品，加热曲线的变化可按包装尺寸依次变化。
图11，12和13示例性地分别设定了加热曲线440，442，444，以示例性地使用于快速冷却和解冻盘122的解冻模式中。为每个时间和温度变量选择合适的值，从而获得用于给定包装的特定曲线。更具体地说，加热曲线变量包括高温(“Th”)和低温(“Tl”)，在一个示例性实例中，相应设为45°F和40°F。时间变量包括预热时间(“tp”)，低温时间(“tl”)，高温时间(“th”)，和终止循环的总时间(“tt”)。在一个实例中，tp设置为3小时，tl设置1小时，th设置2小时。预加热总是高温。从图11到图13可看出，在每个加热曲线的情况下，空气处理器被调整在盘122中达到温度Th并且在th时间内维持在Th温度，然后空气处理器被调整到使盘122中温度为Tl，在tl时间内维持温度Tl。加热曲线440(图11所示)包括预加热循环，在这个循环中，空气处理器被调整在盘122中产生温度Th，并在tp时间内维持温度Th。
加热曲线440，442和444存储在系统存储器392(图9所示)中，处理器390(图9所示)取出适当的加热曲线响应用户选择的特定解冻模式。在另一实例中，采用了具有更大或更小的时间、温度变量值的其它的加热曲线。
图14是快速冷却和解冻装置160(图2-6所示)的快速冷却状态图450。用户选择了需用的冷却模式如冷却1，冷却2或冷却3后，开始执行快速冷却模式，空气处理器风扇274(图4-6所示)运转。风扇274在线路上与一个界面LED(未示出)相并连，当选择了快速冷却模式后，该LED亮，显示进入快速冷却模式。一旦冷却模式被选择，装置进入初始化状态452，在此状态加热元件270(图4-6所示)断电(假定加热器270在此之前为运转状态)，在初始化时间ti内风扇274持续运转，在示例性实例中此段时间大约为1分钟
一旦达到初始化时间ti，便进入风门调位状态454。具体地说，在风门调位状态454，风扇274停转，双风门260打开，单风门266关闭。由于电源控制风门260和266位置调整过程中，风扇274停转，当风门260，266定位后风扇274运转。
一旦风门260和266定位，就进入冷却状态456，一直维持快速冷却模式，直到达到冷却时间(“tch”)。tch的具体时间值与冷却模式无关，由用户选择。
进入冷却状态456后，对另一定时器设定时间增量(“td”)，该增量小于冷却时间tch。当达到时间td时，读出空气处理器热敏电阻276的(图4所示)数值，以确定空气处理器再循环通道256和返回通道254之间的温差。如果温差高于或低于可接受的值，那么重新进入风门调位状态454，改变或调整空气处理器风门260，266，从而改变盘122中的气流，使温差达到可接受的值。如果温差可接受，冷却状态456继续保持。
达到时间tch后，操作进入终止状态458。在终止状态，风门260和266都关闭，风扇274停转，进一步的操作暂停。
图15是快速冷却和解冻装置160的解冻状态图表470。具体地说在初始状态472，加热器270断电，风扇274打开持续在初始时间ti内运转，在一个示范性实例中时间大约是1分钟。选择解冻模式后，进入该模式，风扇274运转。风扇274在线路上与一个界面LED(未示出)相并连，用户选择了解冻模式后，该LED亮，指示进入解冻模式。
一旦达到初始化时间ti，便进入风门调位状态474。具体地说，在风门调位状态474，风扇274停转，单风门266打开，双风门260关闭。由于电源控制调整风门260和266的位置时，风扇274停转，当上述风门定位后风扇274运转。
当风门260和266定位后，操作进入预加热状态476，预加热状态476调整解冻盘温度，使之在预先设定的时间tp内保持Th，不需要预热时，tp可以设为0。达到tp后，操作进入低热状态478。当已经到了总设定时间tt时，操作将从低热状态478直接进入终止状态480，或者低温时间tl到了(由适当的加热曲线确定，例如上文与图11-13相关的描述)直接进入高热状态482。在高热状态482中，当到达高温时间th时(由适当的加热曲线确定)操作将回到低热状态478。到达时间tt时，操作从高热状态482进入终止状态480。在终止状态480，风门260和266关闭，风扇274停转，暂停下一步操作。
图16展示了加热器控制运算490的流程图。加热器控制运算490的输出492是温度，它的输入是加热器接通控制信号494。在反馈环路496上加小积分量可以抑制热敏电阻输入494的干扰。风门运算450包括根据最后的风门指令，如果温度斜率与期望的斜率出现错误方向，重新进行运算的步骤。
图17展示了关闭状态图500。在常规模式502中，双风门260(图4-6所示)关闭，单风门266(图4-6所示)关闭，风扇274(图4-6所示)停转，加热器270(图4-6所示)断电。如果盘122中的温度超过了预先设定的新鲜食品储藏室温度值加预设定的偏移量的话，将进入非常规模式504。在非常规模式504，双风门260打开，单风门266关闭，风扇274运转，加热器270断电。一旦盘温度小于预设定的“常规”温度，操作将从非常规模式504进入常规模式500。
如果盘122中的温度在预定时间tr内小于新鲜食品储藏室温度减预设偏移量，那么也会进入异常状态504。在这种情况，双风门260关闭，单风门266打开，风扇274运转，加热器270断电。当到达预设时间ta，同时盘温度高于新鲜食品存储温度减偏移量时，将从非常规模式504重新进入常规模式502。
图18是一个状态图510，它展示了上面描述的每一种模式之间的关联。具体地说，一旦进入冷却解冻状态512，也就是当快速冷却和解冻装置160进入冷却或解冻模式时，那么就会进入初始状态514，冷却状态450(图14所示)，关闭状态500(图17所示)和解冻状态470中的一种状态。在每一种状态，都对单风门260(图4-6所示)，双风门266(图4-6所示)和风扇274(图4-6所示)进行控制。在解冻状态470会执行加热控制运算490(图16所示)。
正如下面所解释的那样，在解冻状态下，可以感应在盘122中的冻结包装物例如肉或其它主成分是水的食品，而不必考虑包装物的温度信息或包装物的物理特性。特别是通过安置于空气处理器再循环空气通道256(图4-6所示)中的温度传感器276(图4-6和10所示)感知空气出口温度，以及通过实时监测加热器270以维持空气温度恒定，这样就可以确定解冻物品的状态。一个装于新鲜食品储藏室102(图1所示)中的可选的、附加、如传感器342(图8图9所示)一样的传感器改善了解冻状态的检测性能。
在快速冷却和解冻装置160(图2-6)处于解冻模式中，主要由两方面决定需要的热量：即解冻冷却的包装物需要热量，和通过盘122的壁传到新鲜食品储藏室102(图1所示)所损失的热量。具体地说，在解冻模式中所需的热量由下面的关系式确定：
Q＝ha(tair-tsurface)+A/R(tair-tff)(1)
这里，ha是加热器常数，tsurface是解冻包装物的表面温度，tair是盘122中循环空气的温度，tff是新鲜食品储藏室温度，A/R是空盘热损失的经验常数。包装物表面温度tsurface会迅速上升直到包装物达到融点，然后保持相对恒定的温度直到冰全部融化。当冰全部融化后，tsurface再次迅速上升。
假定tff是一个常数，因为空气处理器被配置为在盘122中产生恒温空气流，tsurface是在等式(1)中唯一改变的温度。通过监测进入盘122中的热量来保持tair恒定，因此可以得到tsurface中的变化量。
如果加热器270的工作循环比保持空盘122温度恒定的参考工作循环长的话，tsurface可上升到包装物融点。因为水的导热系数远大于空气，所以当热量被传送到了包装核心以完成解冻过程时，包装物表面温度相对恒定。因此，当加热器工作循环较恒定时，tsurface相对恒定，包装物解冻。当包装解冻时，加热器工作循环会逐渐变短并趋近空盘负载时的稳定状态，借此触发解冻循环结束，此时加热器270断电，盘122中回到新鲜食品储藏室102(图1所示)的温度。
在另一实例中，为了更准确的感应解冻状态，tff也被监测。如果已知tff，在盘122是空的情况下，空盘常数A/R也知道，则可用tff确定所需的稳态加热工作循环。当实际的加热器工作循环趋近于在盘是空的情况下参考稳定状态工作循环时，包装物已被解冻，解冻模式可以终止。
虽然结合不同的具体实施例对本发明进行了说明，本领域普通技术人员应该理解在权利要求描述的方案和范围内可以对本发明做出修改。

Claims (24)

1.控制用于冷柜(100)的快速冷却和解冻装置(160)的方法，冷柜包括新鲜食品储藏室(102)和冷却室(104)，上述快速冷却和解冻装置包括一个密封盘(122)和一个空气处理器(162)，处理器与新鲜食品储藏室和冷柜的一些室连通，该冷柜还包括一个与空气处理器相连的电子控制器(330)，上述方法包括如下步骤：
调节空气处理器，以便在盘中产生恒定温度的气流；当用户选择执行冷却模式时，维持盘中处于第一恒定空气温度，当用户选择执行解冻模式时，维持盘中处于第二恒定空气温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述在盘(122)中维持恒定空气温度从而执行解冻模式的步骤包括如下步骤：
在至少第一预定时期内维持第一恒定温度；以及在至少第二预定时期内维持与第一恒定温度不同的第二恒定温度。
3.如权利要求2所述的方法，还包括如下步骤，根据加热曲线(440)，空气调节器(162)在第一恒定温度和第二恒定温度之间循环工作。
4.如权利要求1所述的方法，上述空气处理器(162)包括一个加热器(270)，上述执行解冻模式时在盘(122)中维持恒定空气温度的步骤包括：检测加热器热量输出的步骤；和上述热量输出与预设热量输出作比较以确定解冻模式终止的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其中检测加热器(270)的热量输出的步骤包括监测加热器工作循环的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其中空气处理器(162)包括至少一个空气供给通道(252)和一个空气返回通道(254)，一个用于与供给空气形成气流连通的第一风门(260)，一个用于在供给通道和返回通道间建立气流连通的第二风门(266)，上述调节空气处理器产生恒定温度气流的步骤包括调节第一和第二风门的位置以调整通过空气处理器的气流的步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述调节第一风门(260)和第二风门(266)的位置的步骤包括当选择冷却模式时打开第一风门，关闭第二风门。
8.如权利要求7所述的方法，其中空气处理器(162)还包括一个位于供给通道(252)的风扇(274)，所述调节空气处理器以产生恒温气流的步骤还包括当选择冷却模式时给风扇供电的步骤。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述调节第一风门(260)和第二风门(266)的位置的步骤包括当选择解冻模式时关闭第一风门，打开第二风门。
10.如权利要求9所述的方法，其中空气处理器(162)还包括一个加热器(270)，所述调节空气处理器以产生恒温气流的步骤还包括当选择解冻模式时给加热器供电的步骤。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述执行冷却模式时在盘(122)中维持恒定空气温度的步骤包括当选择冷却模式时在一段预设时期内维持盘中温度为预定空气温度的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其中空气处理器(162)包括一个返回通道(254)和一个再循环通道(256)，一个位于返回通道的第一温度传感器(276)和位于再循环通道的第二温度传感器(276)，所述在盘(122)中维持恒定空气温度的步骤还包括：确定第一和第二温度传感器的温度差的步骤；如果确定的温差是不能接受的将再调整空气处理器的步骤。
13.一种冷柜(100)的控制系统包括一个快速冷却和解冻装置(160)，该快速冷却和解冻装置包括一个空气处理器(162)和一个密封盘(122)，空气处理器可在至少一种冷却模式和至少一种解冻模式下工作，所述控制系统包括：一个与空气处理器相连的电子控制器(330)；所述控制器配置为：调整空气处理器以便在密封盘中产生恒温气流；当用户选择冷却模式时，在盘中维持第一恒定温度气流；当用户选择解冻模式时在盘中维持第二恒定温度。
14.如权利要求13所述的控制系统，所述控制器(330)还配置为：在至少第一预设时期内操作空气处理器(162)来维持第一恒定温度；执行解冻模式时，在至少第二预设时期内操作空气处理器来维持与第一恒定温度不同的第二恒定温度。
15.如权利要求14所述的控制系统，所述控制器(330)包括处理器(390)和存储器(392)，所述处理器配制为根据存储在系统存储器中的加热曲线(440)，空气处理器(162)在第一恒定温度和第二恒定温度之间循环工作。
16.如权利要求13所述的控制系统，上述空气处理器(162)包括一个加热器(270)，所述控制器还配置为：当选择解冻模式时，至少在第一预定时间内对加热器供电；监测加热器热量输出；将此热量输出与预定热量输出进行比较以确定解冻模式终止。
17.如权利要求16所述的控制系统，所述控制器(330)配置为监测加热器(270)的工作循环。
18.如权利要求13所述的控制系统，其中空气处理器(162)包括至少一个空气供给通道(252)和一个空气返回通道(254)，一个用于与供给空气形成气流连通的第一风门(260)，一个用于在供给通道和返回通道之间形成气流连通的第二风门(266)；所述控制器配置为调节第一和第二风门的位置，以调整通过空气处理器的气流。
19.如权利要求18所述的控制系统，所述控制器(330)配置为当选择冷却模式时，打开第一风门(260)关闭第二风门(266)。
20.如权利要求19所述的控制系统，其中空气处理器(162)还包括一个位于供给通道(252)上的风扇(274)，所述控制器(330)配置为当选择冷却模式时，给风扇供电。
21.如权利要求18所述的控制系统，所述控制器(330)配置为当选择解冻模式时，关闭第一风门(260)，打开第二风门(266)。
22.如权利要求21所述的控制系统，其中空气处理器(162)包括一个加热器(270)，所述控制器(330)配置为当选择解冻模式时，给加热器供电。
23.如权利要求13所述的控制系统，其中所述控制器(330)被配置为当选择冷却模式时，在预设时间内维持盘122内温度为预定温度。
24.如权利要求23所述的控制系统，其中空气处理器(162)包括一个返回通道(254)和一个再循环通道(256)，一个位于返回通道的第一温度传感器(276)，位于再循环通道的第二温度传感器(276)，所述控制器配置为：确定第一和第二温度传感器的温度差；如果确定的温差是不能接受的将再调整空气处理器。
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