TW202305297A - 製冷裝置以及包含其之保冷箱 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種製冷裝置，包含裝置本體以及壓力控制組件。裝置本體包含容納空間，容納空間適以容納製冷劑；壓力控制組件適以控制蒸發/昇華壓力，且與裝置本體相連接，使容納空間與裝置本體之外部流體連通；壓力控制組件包含關斷閥，適以開啟或關閉容納空間與裝置本體之外部的連通。如此，可使裝置周圍的溫度維持固定。本發明還提供一種保冷箱，包含箱內空間，設置有本發明之製冷裝置，製冷裝置藉由壓力控制組件連通製冷裝置之容納空間與保冷箱之外部。

Description

製冷裝置以及包含其之保冷箱

本發明係關於一種製冷裝置以及包含其之保冷箱，特別是關於一種可控制蒸發/昇華壓力以維持製冷裝置周圍或保冷箱內溫度的製冷裝置以及包含其之保冷箱。

許多原料、產品需放置在適當溫度的環境才得以有效保存。隨著全球環境溫度的變化加劇，保存空間的溫度維持便顯得格外重要。

以食品為例，在熱帶、亞熱帶地區，食品需要的保存溫度通常比室外溫度低，為了維持低溫，一直以來多是在運輸工具上加裝冷凍/冷藏機組(包含壓縮機及相關配件)以長時間的維持較低的空間溫度。相應的便需要佔用大量空間、使用大量電力，同時產生不小的運作噪音。

近年，由於人們追求便利及流行疾病的防範措施，除了大份量的食品運輸，小份量食品的遞送更是日益盛行。

由於小份量食物採用更簡便的運送方式，裝載少量食物的運輸工具(例如：機車)實難以、也不會裝配冷凍/冷藏機組，而是採用隔熱材質包裹食物，或者將食物與冰塊、乾冰一同放置以吸收空間中的熱量。然而，此類方式的保冷效果無法維持太久、更無法使放置空間的溫度依需求保持恆定，難以確保 食物的風味且可能產生其他問題，例如：產生許多廢棄的隔熱材質、空間中的二氧化碳氣體無法排放及/或無法暫時停止製冷維持更長時間的製冷力等。

鑑於上述問題，本發明提供一種製冷裝置及一種包含其之保冷箱，其可以控制蒸發昇華壓力以維持製冷裝置周圍或保冷箱內溫度，同時可不使用額外電力、不佔大量空間、暫時停止製冷及/或不產生噪音等。

為達上述目的，本發明提供的製冷裝置包含一裝置本體及一壓力控制組件。裝置本體包含一容納空間，容納空間適以容納製冷劑。壓力控制組件可被設置以控制蒸發昇華壓力，且與裝置本體相連接，使容納空間與裝置本體之外部流體連通。壓力控制組件包含一關斷閥，關斷閥可開啟或關閉容納空間與裝置本體之外部的連通。

為達上述目的，本發明還提供了一種保冷箱，包含一箱內空間，箱內空間設置有一製冷裝置，製冷裝置可藉由壓力控制組件連通製冷裝置之容納空間與保冷箱之外部。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱所具有的製冷劑為液態二氧化碳。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱所具有的壓力控制組件包含背壓調整閥，且被設置為將蒸發或昇華壓力控制在0.1至72.9barG之間。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱所具有的裝置本體更包含一蒸發管、一上管及一下管。上管設置於蒸發管之上方並與蒸 發管流體連通。下管設置於蒸發管之下方並與蒸發管流體連通。上管與壓力控制組件相連接。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱所具有的蒸發管包含至少一散熱片。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱所具有的蒸發管包含一截面形狀，該截面形狀為六星形、八星形或雪花形。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱所具有的上管更包含充填口，適以充填製冷劑。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱更包含一保護殼體，保護殼體包圍裝置本體，且是由金屬材料所製成。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱所具有的保護殼體包含複數孔洞。

在一實施例中，本發明提供的製冷裝置及包含其之保冷箱所具有的裝置本體是由鋁合金所製成。

為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文以較佳的實施例配合所附圖式進行詳細說明。

1、1’:製冷裝置

10:裝置本體

11:殼體

12:上管

12D:長度延伸方向

13:容納空間

14:蒸發管

14a:上端

14b:下端

14D:長度延伸方向

15:流體接頭

16:下管

16D:長度延伸方向

18:二氧化碳

20:壓力控制組件

22:關斷閥

24:蒸發壓力調整閥

26:排氣管

30:保護殼體

31:孔洞

100:保冷箱

110:開口

121:充填口

122:充填閥

123:壓力錶

142:散熱片

142D:長度延伸方向

b:長度

c:長度

T:厚度

Td:差值

Te:蒸發溫度

To:保冷箱的箱內溫度

L:液體

G:氣體

第1圖為本發明的製冷裝置的概念示意圖；

第2圖為本發明的製冷裝置之一實施例的剖面示意圖；

第3圖為第2圖的製冷裝置的蒸發管的立體示意圖；

第4a圖至第4c圖為第2圖的製冷裝置的蒸發管具有不同橫截面的示意圖；

第5圖為本發明的製冷裝置設置有保護殼體的示意圖；

第6圖為本發明的保冷箱的立體示意圖；

第7圖為本發明的保冷箱的箱內溫度與製冷裝置的冷力的對照圖表；以及

第8圖為本發明的保冷箱的箱內溫度與續航力的對照圖。

以下將具體地描述根據本發明的具體實施例；惟，在不背離本發明之精神下，本發明尚可以多種不同形式之實施例來實踐，不應將本發明尚保護範圍解釋為限於說明書所陳述者。

除非上下文中清楚地另外指明，否則本文所用之單數形式「一」亦包含複數形式，而所述之方位(如上、下、內、外等)係為相對方位，可依據製冷裝置或保冷箱的使用狀態而定義，並非指示或暗示製冷裝置或保冷箱需有特定方向之構造或操作，亦不該理解為本發明的限制。

請參考第1圖，第1圖是根據本發明之實施例之製冷裝置1，製冷裝置1包含裝置本體10以及壓力控制組件20。裝置本體10可具有一殼體11，以定義一容納空間13，容納空間13可容納一製冷劑。製冷劑可選地為固態二氧化碳、液態二氧化碳或其他環保冷媒。殼體11可係由鋁合金、銅合金、鐵系合金或者其他可導熱的材料的其中一或多者所製成。壓力控制組件20可以控制一蒸發或昇華壓力，且與裝置本體10相連接，使容納空間13與裝置本體10之外部可以流體連通，以將相變的製冷劑排放到裝置本體10之外部。如此，除了透過裝置本體10中製冷劑在蒸發昇華時會吸收熱量(相變時所需潛熱)的物理特性達到製冷效果，還可以透過控制蒸發或昇華壓力進一步維持製冷劑的蒸發溫度在固定區間。

詳細而言，請參考第2圖所示，本發明之製冷裝置1的一實施例的裝置本體10的殼體11可區分為一上管12、一蒸發管14以及一下管16。上管12、蒸發管14及下管16為一管狀容器(亦可以為其他能夠封裝製冷劑的任意形狀容器)，上管12設置於蒸發管14的上方，下管16設置於蒸發管14下方。於本實施例中，上管12的長度延伸方向12D與下管16的長度延伸方向16D彼此大致平行，蒸氣管14的長度延伸方向14D與上管12、下管16的長度延伸方向12D、16D大致垂直。上管12、蒸發管14以及下管16可以是一體成型被製造而成；也可以是分開獨立製造而成再彼此連接，例如每個蒸發管14的上端14a及下端14b分別可設置有一流體接頭15，使蒸發管14可與上管12以及下管16流體連通，並共同定義一容納空間13。當製冷裝置1的放置方式是使蒸發管14的長度延伸方向14D與放置平面的水平面大致呈垂直、且各蒸發管14內的製冷劑為流體時(例如呈液體L)，製冷劑可因下管16的設置而在蒸發管14內保持在同一高度，使熱傳能力於各個蒸發管14之間均勻分佈。上管12可包含一充填口121，以供使用者填充製冷劑至裝置本體10的容納空間13中，當製冷劑為流體時，充填口121可設置有充填閥122，例如液控式充填閥或彈簧復位式充填閥以助於填充。為了增加熱傳面積，裝置本體10可設置有數個蒸發管14，在第2圖中示出為五個蒸發管14，但不以此作為限制。

接續上述實施例，製冷裝置1的壓力控制組件20可設置與上管12流體連通。壓力控制組件20由流體流動方向之上游至下游，可依序包含關斷閥22、蒸發壓力調整閥24及排氣管26，但其順序不以此作為限制。關斷閥22用以開啟或關閉容納空間13與裝置本體10之外部的連通，當關斷閥22開啟時，蒸發的氣體G可通過壓力控制組件20及排氣管26排出到製冷裝置1之外部；當關斷閥22關 閉時，蒸發的氣體G無法離開製冷裝置1，進而避免製冷劑產生相變而可延長製冷能力的續航時間。蒸發壓力調整閥24是可以機械式地控制蒸發或昇華壓力，以維持蒸發或昇華溫度，蒸發壓力調整閥24可為減壓調壓閥或背壓型調壓閥。舉例而言，背壓型調壓閥可為世偉洛克(Swagelock)之KPB系列的調壓閥。排氣管26可為一長管狀，以可調整地將製冷劑排放至遠離製冷裝置1之處。

由於將液態二氧化碳的蒸發壓力控制在4.2~72.9barG之間時，可對應-56.6~31.1℃的蒸發溫度；將固態二氧化碳的昇華壓力控制在0.1~4.0barG之間時，可對應-78~-57℃的昇華溫度，較符合本發明預期之使用情境期望的保冷溫度，且二氧化碳又具有無毒、不可燃、不會破壞臭氧層等優點，以下以二氧化碳作為製冷劑詳細說明蒸發壓力調整閥24之作用如下：

若製冷劑是液態二氧化碳，藉由蒸發壓力調整閥24將裝置本體10之容納空間12內的壓力維持在72.9barG，製冷劑的蒸發溫度原則上可維持在31.1℃；若製冷劑是固態二氧化碳，將裝置本體10的容納空間12內的壓力維持在0.1barG，製冷劑的的昇華溫度原則上可維持在-78℃。其原理在於，當將蒸發壓力維持在72.9barG時，液態二氧化碳轉換為氣態二氧化碳的臨界點溫度為31.1℃(即蒸發壓力為72.9barG時的蒸發溫度)，若環境溫度大於31.1℃，液態二氧化碳便會持續蒸發直到環境溫度降到31.1℃。只要環境溫度不高於31.1℃，裝置本體內的液態二氧化碳便會維持在液體狀態、不會產生相變，也不會再對外收熱量，製冷裝置1便得以具有較長的續航力。同理，以固態二氧化碳作為製冷劑時，將昇華壓力維持在4barG的情況下，固態二氧化碳轉換為氣態二氧化碳的臨界點溫度為-57℃(即昇華壓力為4barG時的昇華溫度)，只要環境溫度不高於-57℃， 裝置本體內的固態二氧化碳便會維持在固體狀態、不會對外收熱量，以具有較長的續航力。

因此，本發明之製冷裝置1，可藉由預先設定一固定的蒸發或昇華壓力，使其具有固定的蒸發或昇華溫度。為方便使用者依據不同需求進行調整，也可例如於上管12設置壓力錶123以監測容納空間13內的蒸發或昇華壓力，進而藉由控制蒸發或昇華壓力調整製冷裝置1周圍的溫度。可選地，蒸發壓力調閥24及壓力錶123可連接一控制器(圖未示)，讓使用者可藉控制器直接設定所需溫度，控制器便可經壓力錶123讀取壓力數值進而自動調整蒸發壓力調閥24要維持的蒸發或昇華壓力。

此外，上管12亦可與其他部品連接，例如彈簧式安全閥、槓桿式安全閥或脈衝式安全閥等(圖未示)，以避免過壓而發生意外。

請參考第3圖所示，為本發明蒸發管14的立體示意圖。為增加蒸發管14與空氣的接觸面積，蒸發管14之外表面可設置至少一散熱片142，散熱片可具有一厚度T，例如1mm左右，但不以此作為限制。散熱片142可具有一長度延伸方向142D，與蒸發管14的長度延伸方向14D基本上成平行。申言之，散熱片142可以是沿著長度延伸方向14D延伸，並可具有與蒸發管14的長度b相等或較短的長度c。請參考第4a圖至第4c圖所示，為本發明蒸發管14的橫截面示意圖。當蒸發管14具有複數散熱片142時，各個散熱片142可彼此間隔一距離，且排列成不同形狀，使蒸發管14的截面形狀可呈現六星形(第4a圖)、八星形(第4b圖)或雪花形(第4c圖)等，但不以此作為限制。若蒸發管14製造完成後之狀態(例如僅呈一管狀)已具有足夠的散熱面積，也可以不用再設置散熱片142。

請參考第5圖所示，本發明的製冷裝置1更可包含一保護殼體30。於本實施例中，保護殼體30可具有矩形形狀，以包圍上管12、蒸發管14及下管16，但不形成密閉空間，壓力控制組件20可設置在保護殼體30的外部，但不此作為限制。保護殼體30可用以避免製冷裝置1或裝置本體10遭受碰撞而產生損壞，亦可防止裝置本體10之殼體11與人體皮膚接觸，導致凍傷之意外。保護殼體30更可包含複數孔洞31，使得空氣能夠順暢的流通並接觸蒸發管而發生熱量交換。孔洞31可具有不同的尺寸與形狀，亦可排列成不同圖型或文字，提供多樣化的裝飾效果。保護殼體30亦可由金屬(例如：不鏽鋼)製成，以方便清洗並協助導熱，由於保護殼體30可以是間隔一距離的包覆製冷裝置1或裝置本體10，其溫度將不至於造成凍傷，但不以此作為限制。製成保護殼體30的材料也可以包含塑料材料。

接著請參考第6圖所示，為保冷箱100的立體示意圖，保冷箱100設置至少一製冷裝置1’，製冷裝置1’之技術內容可參考上述製冷裝置1之技術內容。於本實施例中，保冷箱100可為矩形殼體，其可係由塑料、金屬或泡沫材料所製成，並可選擇地設置有真空夾層。保冷箱100可包含至少一可開關地開口110，以供使用者放置需要被保冷的食物或物品。製冷裝置1’可以上管12位於上方、下管16位於下方的方向(又可稱直立方向)放置在保冷箱100中，但不以此作為限制。根據不同需求，製冷裝置1’的裝置本體10可在保冷箱100內，壓力控制組件20可以露出於保冷箱100外，方便使用者開啟或關閉製冷裝置1’，避免製冷劑不必要的流失，或方便使用者不需打開保冷箱100即可調整保冷箱100的空間溫度，以及將蒸發的製冷劑直接經壓力控制組件20排出至保冷箱100之外部。若壓力控制組件20位於保冷箱100內，仍可以將排氣管26的排出端設置於保冷箱100外，以將蒸發的製冷劑排放至保冷箱100外的空間。

請參考第7圖所示，為維持保冷箱100之箱內溫度與製冷裝置1’(包含五個截面形狀為雪花形的蒸發管14)的冷力的對照圖表。第8圖所示為保冷箱100之箱內溫度與製冷裝置1’續航力的對照圖。於本實施例中，保冷箱100具有箱內尺寸為寬度43公分、高度43公分、高度43公分，以及容積為0.080立方公尺的大小，設置於保冷箱100內的製冷裝置1’的容積為0.64公升(L)，可填充0.384公斤(kg)的液態二氧化碳，且以背壓調整閥設定蒸發壓力。表中的溫度差值(Td)=保冷箱的箱內溫度(To)-蒸發溫度(Te)。若使用者希望保冷箱100之箱內溫度為-20℃時，需要將蒸發壓力設定在16.6barG，以維持對應的蒸發溫度為-26℃，且具有冷力0.012千瓦(kW)，並可續航1.67小時(Hrs)，其中液態二氧化碳的消耗量為0.147公斤/小時(kg/h)。

綜合上述，本發明之製冷裝置以及包含其的保冷箱，相較於習知保冷方式，具有較長時間的製冷能力、可調整並維持期望之空間溫度，且可控地溫度範圍較習知保冷方式廣泛、佔據空間較製傳統冷凍/冷藏機組小、可以依照需求增加或減少放置的製冷裝置數量(調度容易)、不需使用電力及動力、運作時無噪音振動、使用的零組件較不易故障等優點，除了有利於小份量物品運送，更可靈活應用於其他生活、工業、醫療等方面。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1:製冷裝置

10:裝置本體

11:殼體

12:上管

12D:長度延伸方向

13:容納空間

14:蒸發管

14a:上端

14b:下端

14D:長度延伸方向

15:流體接頭

16:下管

16D:長度延伸方向

20:壓力控制組件

22:關斷閥

24:蒸發壓力調整閥

26:排氣管

121:充填口

122:充填閥

123:壓力錶

142:散熱片

b:長度

L:液體

G:氣體

Claims (11)

1. 一種製冷裝置，包含：

   一裝置本體，包含一容納空間，該容納空間適以容納一製冷劑；以及

   一壓力控制組件，適以控制一蒸發或昇華壓力，且與該裝置本體相連接，使該容納空間與該裝置本體之外部流體連通；

   其中，該壓力控制組件包含一關斷閥，適以開啟或關閉該容納空間與該裝置本體之外部的連通。
2. 如請求項1所述之製冷裝置，其中該製冷劑為液態二氧化碳。
3. 如請求項1所述之製冷裝置，其中該壓力控制組件包含一背壓調整閥，且被設置為將該蒸發或昇華壓力控制在0.1至72.9barG之間。
4. 如請求項1所述之製冷裝置，其中該裝置本體更包含：

   一蒸發管；

   一上管，設置於該蒸發管之上方並與該蒸發管流體連通；以及

   一下管，設置於該蒸發管之下方並與該蒸發管流體連通；

   其中，該上管與該蒸發壓力控制組件相連接。
5. 如請求項4所述之製冷裝置，其中該蒸發管包含至少一散熱片。
6. 如請求項5所述之製冷裝置，其中該蒸發管包含一截面形狀，該截面形狀為六星形、八星形或雪花形。
7. 如請求項4所述之製冷裝置，該上管更包含一充填口，適以充填該製冷劑。
8. 如請求項1所述之製冷裝置，更包含一保護殼體，包圍該裝置本體，且是由一金屬材料所製成。
9. 如請求項8所述之製冷裝置，其中該保護殼體包含複數孔洞。
10. 如請求項1所述之製冷裝置，其中該裝置本體是由鋁合金所製成。
11. 一種保冷箱，包含一箱內空間，該箱內空間設置有一如請求項1-10任一項所述之製冷裝置，該製冷裝置藉由該壓力控制組件連通該製冷裝置之該容納空間與該保冷箱之外部。

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