CN1963348A - 小型恒温冷冻器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种小型恒温冷冻器，是以变频冷冻系统、二次冷剂循环系统、温度补偿与除霜控制机构所组成，相互配合而维持负载体的恒温状态，使其具有变频冷冻机的优点、恒温冷冻系统对温度控制精密度的需求，并可解决除霜的问题，达到小型恒温控制的目的。

Description

小型恒温冷冻器

技术领域

本发明是有关于一种恒温冷冻器，应用于如冷冻用恒温箱、制程冷冻机、恒温控制仪器，特别是一种具有恒温控制、变频冷冻、并可解决除霜问题的小型恒温冷冻器。

背景技术

常见的冷冻冷藏装置包括家用电冰箱、商用展示柜、实验用恒温恒湿箱、低温冷冻箱等，目前以定频压缩机冷媒循环系统直接膨胀制冷的方式居多，家用及商用大部份以温度继电器进行压缩机的开关切换，以维持温度在要求的条件范围，其变异通常超过±3℃左右。实验室等级的冷冻冷藏装置，则以压缩机经常性启动(always-on)模式运转，再以电热补偿使得负载端温度控制在±1℃以内，甚至达到±0.5℃。

新型的变频冰箱可以采压缩机变转速进行温度控制，变异可维持在±1.5℃以内，这对于家用冷冻冷藏的功能已经足够，但是对于精密的温度控制要求仍有其不足之处，直膨系统的设计的优点是热传快，缺点则是温差大，另一项无法避免的缺点是除霜过程中，宜采管外电热除霜，除霜效果差，负载端温度易受干扰。

前案如美国专利公告第6694754号专利，提出的家用电冰箱除霜机构的专利，主要针对除霜周期内，以蒸发器温度回授调节除霜电热的脉波(pulse)，以避免蒸发器的温度过高，并达到省能的目的。而美国专利公告第6,354,093号专利，依据压缩机运转时间、蒸发器盘管温度、门扉开启时间等参数，转换成除霜电热的控制函数，以进行最佳化除霜控制。日本专利第2002162124号专利，以冷媒流量控制阀及旁通的毛细管控制双蒸发器的温度，属于直膨式单压缩机双蒸发器的冷冻控制机构。

美国专利公告第6,094,925号，针对单一冷冻主机进行多组负载的冷冻机构专利，主要是利用冷冻系统的冷凝器的热能进行蒸发器盘管的热液除霜的架构，这种缺点是系统成本高，并以高温冷媒直接除霜，冷冻端温度过高，并容易造成瞬间冷热冲击而损坏。

发明内容

本发明目的在于提出一种小型恒温冷冻器，引用前述变频冷冻机的优点，搭配恒温冷冻系统对温度控制精密度的需求，并可解决除霜的问题，具有仪器类冷冻冷藏恒温装置的商品价值。

根据本发明所揭露的小型恒温冷冻器，是包含变频冷冻系统、二次冷剂循环系统、恒温控制系统，而控制一负载体于恒温状态。

变频冷冻系统包含有相连接的变频压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，通过由变频压缩机压缩工作流体，并依序通过冷凝器、膨胀阀与蒸发器而回到变频压缩机，并可于蒸发器对外提供冷能；使二次冷剂循环系统接收此冷能，并将此冷能提供给予负载体，同时配合邻近二次冷剂循环系统的恒温控制系统的控制，使负载体达到恒温。

同时，恒温控制系统可提供恒温控制以及解决除霜问题；故，通过此设计，本发明具备有变频冷冻机的优点，同时保有恒温冷冻系统对温度控制精密度的需求，并可解决除霜的问题。

附图说明

图1是为本发明小型恒温冷冻器的示意图；

图2A是为本发明小型恒温冷冻器的恒温控制系统的第一实施例示意图；

图2B是为本发明小型恒温冷冻器的恒温控制系统的第二实施例示意图；

图3是为本发明小型恒温冷冻器的变频压缩机的电路架构示意图；

图4是为本发明应用于多负载的第一实施例示意图；及

图5是为本发明应用于多负载的第二实施例示意图。

【主要组件符号说明】

10箱体

11保温层

12恒温箱体风扇

13进气口

14容置空间

15出气口

16门扉

17门扉衬垫

20二次冷剂循环系统

21泵浦

22三通阀

23热交换器

24管路

30恒温控制系统

31固态继电器

32除霜电热

33恒温温度补偿电热

34切换开关

35温度传感器

36电源

40变频冷冻系统

41变频压缩机

42冷凝器

43膨胀阀

44蒸发器

47冷凝器风扇

48水冷系统

51变频控制器

52电压感测电路

53电源转换器

54交流电源

70负载体

71恒温与除霜电热系统

具体实施方式

根据本发明所揭露的小型恒温冷冻器，是应用于一负载体上，学理上称的为控制容积(control volumn)，首先以箱体10为例做一阐述，请参阅图1，包含有箱体10、二次冷剂(secondary coolant)循环系统20、恒温控制系统30以及变频冷冻系统40，箱体10内部具有容置空间14，外侧为保温层11，并具有门扉16，接缝处利用门扉衬垫17防止外界热能进入容置空间14。二次冷剂循环系统20包含有热交换器23、管路24、三通阀22与泵浦21；变频冷冻系统40包含有变频压缩机41、风扇47、冷凝器42、膨胀阀43以及蒸发器44。

首先，变频压缩机41将工作流体(冷媒)压缩为高温高压状态，通过由风扇47辅助并接续通过冷凝器42、膨胀阀43，而成为低压低温状态，而于通过蒸发器44时，可将冷能提供出去，最后再回到变频压缩机41内进行压缩构成一个冷冻循环，其冷冻能力200W～30kW、冷媒的蒸发温度为-40℃～室温。而变频压缩机41的电路架构，请参阅图3，透过控制器51、电压感测电路52以及其实二极管等电子组件，将透过交换器(converter)53的交流电源54输入至变频压缩机41内，达到变频的目的，当然，此一电路架构仅为目前常见的一实施例，详细电路运作原理不再累述，且熟悉此项技术的人士可轻易将其置换。

接续请再参照图1，变频冷冻系统40的蒸发器44所提供的冷能，会提供二次冷剂循环系统20所需的冷能，其管路24内的工作流体通过由泵浦21的驱动通过蒸发器44后，前进至热交换器23，而箱体10透过风扇12强制对流，使内部的空气由出气口15离开容置空间14并通过热交换器23，然后再由进气口13进入容置空间14内，而将冷能提供给予容置空间10。

为了达到箱体10内容置空间14温度的恒温，于二次冷剂循环系统20的管路24一侧设计有恒温控制系统30，通过以控制其温度。恒温控制系统30的第一实施例，请参阅图2A，包含有电源36、温度传感器35、固态继电器31、切换开关34、除霜电热32以及恒温温度补偿电热33，主要是通过由温度传感器35、固态继电器31控制切换开关34的启动与否、以及启动位置，来控制恒温温度补偿电热33作动，提供热能给予二次冷剂循环系统20的管路24，以达到恒温控制的目的。而除霜电热33的启动时机，则是在管路24有结霜现象时，用以消除其结霜现象。而且，同时可以配合三通阀22的作用，改变管路24内部工作流体流经蒸发器44的比例，且泵浦21也是可以为可控制流量的泵浦21，更可配合改变工作流体的流量，达到恒温或是除霜的配合。

另一方面，请参阅图2B，为第二其实施例，可以利用单一个除霜电热32来取代原先两个电热的设计，配合使用固态继电器31的控制，调整除霜电热32的功率，同样也可达到恒温与除霜的控制。

而本发明设计的概念，同样也可应用于多负载体70的设计，请参阅图4，可以并联数个负载体70，且每一负载体70都包含有一个恒温控制系统71，也可达到相同目的。另外，请参阅图5，风扇47部分可利用水冷系统48加以取代，其可由冷却水塔或是制程的厂务水(facility water)来提供。

Claims (12)

1、一种小型恒温冷冻器，其特征在于，包含有：

一负载体；

一变频冷冻系统，是包含有相连接的一变频压缩机、一冷凝器、一膨胀阀、一蒸发器，通过由该变频压缩机压缩一工作流体，并依序通过该冷凝器、该膨胀阀与该蒸发器而回到该变频压缩机，并可于该蒸发器对外提供冷能；

一二次冷剂循环系统，是包含有一热交换器、一管路以及一二次冷剂，该热交换器装设于该负载体内并利用该管路连接该热交换器以及该变频冷冻系统的蒸发器，使该二次冷剂可吸收该冷能并提供至该负载体；及一恒温控制系统，是装设于邻近该二次冷剂循环系统，并控制该管路的温度，进而使该负载体达到恒温。

2、如权利要求1所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该变频冷冻系统的冷冻能力200W～30kW。

3、如权利要求1所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该变频冷冻系统的工作流体的蒸发温度为-40度～室温。

4、如权利要求1所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该恒温控制系统更包含有一除霜电热，消除因该二次冷剂的低温所产生的结霜现象。

5、如权利要求4所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该恒温控制系统更包含有一切换开关及一固态继电器，通过以控制该储双电热。

6、如权利要求4所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该二次冷剂循环系统更包含有一三通阀，于该除霜电热作动时，控制该次冷剂的循环回路。

7、如权利要求1所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该恒温控制系统是利用一恒温温度补偿电热，用以控制该负载体的恒温状态。

8、如权利要求7所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该恒温控制系统更包含有一切换开关及一固态继电器，通过以控制该恒温温度补偿电热。

9、如权利要求1所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该负载体是为一箱体，内部具有一容置空间。

10、如权利要求9所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该箱体于该容置空间外侧是为一保温层。

11、如权利要求9所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该箱体具有一门扉，并利用一门扉衬垫防止外界热能进入该容置空间。

12、如权利要求9所述的小型恒温冷冻器，其特征在于，所述该箱体利用一风扇，使该容置空间内的空气循环通过该二次冷剂循环系统的热交换器。

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