本發(fā)明涉及一種使用相變材料作為儲(chǔ)熱部的制冷裝置(refrigerator)。本發(fā)明被認(rèn)為與如在酒吧和酒館中發(fā)現(xiàn)的市售瓶裝飲料冷卻器特別相關(guān)，因?yàn)樗鼈兘?jīng)受相對(duì)高峰值的冷卻負(fù)載。

背景技術(shù)：

例如瓶裝飲料冷卻器的制冷展示柜在娛樂場所被廣泛地用于儲(chǔ)存和冷卻向顧客銷售的飲品。制冷展示柜通常設(shè)置有透明或透視的門，使得能夠向顧客展示內(nèi)部的飲品。

例如，當(dāng)門被頻繁地打開以取出給顧客的飲料時(shí)和/或當(dāng)制冷裝置被補(bǔ)充大量待冷卻的容器裝飲料時(shí)，瓶裝飲料冷卻器經(jīng)受相對(duì)高的冷卻負(fù)載。

為了應(yīng)對(duì)高冷卻負(fù)載，為商業(yè)場所準(zhǔn)備的瓶裝飲料冷卻器配備有比在相似容積的家用冰箱中通常發(fā)現(xiàn)的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)大的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。這使得它們與尺寸相當(dāng)?shù)募矣帽湎啾容^不經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

除了由于它們的尺寸以外，在商用制冷裝置中典型使用的較大的壓縮機(jī)與用于家用冰箱的較小的壓縮機(jī)相比效率較低，因?yàn)閷?duì)于家用冰箱的較大市場驅(qū)使所使用的壓縮機(jī)向較大效率發(fā)展。

另外，瓶裝飲料冷卻器的整體效率已為需要使用具有相對(duì)低絕熱性的材料以使門透視/透明而讓步。該問題對(duì)于如在用于銷售冷藏/冷凍商品的商店中常見的、在經(jīng)營時(shí)間打算打開前部(即，沒有門)運(yùn)行的展示柜是特別尖銳的。

ca2103978涉及具有兩個(gè)制冷室的系統(tǒng)，一個(gè)用于冷藏室，另一個(gè)用于冷凍室，冷藏室和冷凍室均具有蒸發(fā)器?？刂蒲b置用于引導(dǎo)制冷劑在蒸發(fā)器之間流動(dòng)以控制室的溫度?？梢耘c任一蒸發(fā)器一起使用相變材料。

de202006010757涉及在內(nèi)壁上具有相變材料當(dāng)做蓄熱器的制冷展示柜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明被構(gòu)思的目的是為了提高制冷展示柜的效率，本發(fā)明被認(rèn)為對(duì)于經(jīng)受周期性大負(fù)載變化的任何制冷裝置有益。

根據(jù)本發(fā)明，一種具有用于容納待冷卻物體的冷卻室的制冷裝置，所述制冷裝置包括：儲(chǔ)熱部，其包括相變材料；蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其包括用于冷卻所述冷卻室的第一蒸發(fā)器和用于冷卻所述相變材料的第二蒸發(fā)器；以及控制制冷劑的流動(dòng)的部件，其根據(jù)所述制冷裝置的冷卻負(fù)載控制制冷劑至所述第一蒸發(fā)器和所述第二蒸發(fā)器的流動(dòng)，其中，當(dāng)所述制冷裝置處于相對(duì)低的冷卻負(fù)載時(shí)，制冷劑流至所述第二蒸發(fā)器以冷卻所述相變材料，當(dāng)所述制冷裝置處于相對(duì)高的冷卻負(fù)載時(shí)，制冷劑流至所述第一蒸發(fā)器，使得通過所述第一蒸發(fā)器和所述相變材料將增強(qiáng)的冷卻提供至所述冷卻室。

當(dāng)制冷裝置處于相對(duì)低的冷卻負(fù)載時(shí)，設(shè)想：由于相變材料和第二蒸發(fā)器將提供一些冷卻效果，所以制冷劑可以基本上僅流至第二蒸發(fā)器以冷卻相變材料。然而，在優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)所述制冷裝置處于相對(duì)低的冷卻負(fù)載時(shí)，制冷劑流至所述第一蒸發(fā)器和所述第二蒸發(fā)器二者。

當(dāng)制冷裝置處于相對(duì)高的冷卻負(fù)載時(shí)，優(yōu)選地，通過將制冷劑基本上僅引導(dǎo)到第一蒸發(fā)器以使由第一蒸發(fā)器提供的冷卻效果最大化。

通過在冷卻負(fù)載低的階段引導(dǎo)制冷劑通過第二蒸發(fā)器，系統(tǒng)中的備用容量能夠用于將相變材料(pcm)冷卻至較低能量狀態(tài)，例如從氣體至液體或從液體至固體。

當(dāng)制冷裝置處于相對(duì)高的冷卻負(fù)載時(shí)，第一蒸發(fā)器和儲(chǔ)熱部能夠同時(shí)(順次)用于冷卻空氣。由于第一蒸發(fā)器和儲(chǔ)熱部是分開的，所以冷卻表面面積增大，使得冷卻速度更快。由于pcm在之前的低冷卻負(fù)載階段后至少部分(如果不是全部)處于較低能量狀態(tài)，制冷劑流能夠被引導(dǎo)至(主要地或完全地)第一蒸發(fā)器，有利于第二蒸發(fā)器，使得由第一蒸發(fā)器提供的空氣的冷卻增強(qiáng)。即使流至第二蒸發(fā)器的制冷劑被限制或關(guān)閉，處于較低能量狀態(tài)的pcm由于逐漸轉(zhuǎn)變至較高能量狀態(tài)而將繼續(xù)冷卻空氣。因此，在峰值載荷期間，制冷劑能夠主要用于冷卻空氣，而不是主要用于冷卻pcm。

通過以這種方式控制制冷劑提高了系統(tǒng)的效率。儲(chǔ)熱部提供了類似于將冷卻負(fù)荷延展至一個(gè)更長周期的效果。如果制冷裝置的效能有任何降低(如果有的話)，這允許系統(tǒng)使用較小的、更高效的壓縮機(jī)，并使該效能降低最小化。

儲(chǔ)熱部還可以使得制冷裝置能夠在臨時(shí)電源故障的情況下繼續(xù)冷卻。

冷卻負(fù)載的狀態(tài)通常通過感測實(shí)際溫度和期望溫度之間的溫度差來確定。

為了提高在冷卻室內(nèi)的空氣的冷卻率，優(yōu)選的是包括使冷卻室中的空氣循環(huán)經(jīng)過儲(chǔ)熱部的冷卻表面的部件，優(yōu)選地還經(jīng)過第一蒸發(fā)器。強(qiáng)制空氣冷卻被認(rèn)為特別對(duì)于展示制冷裝置有利，其中通過對(duì)流或傳導(dǎo)的冷卻對(duì)于提供為了應(yīng)對(duì)較高熱負(fù)荷所需的冷卻率可能不可實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，循環(huán)空氣的部件包括風(fēng)扇。優(yōu)選的是，空氣被循環(huán)離開冷卻室、經(jīng)過儲(chǔ)熱部的冷卻表面、經(jīng)過第一蒸發(fā)器然后返回冷卻室。

制冷裝置可以包括導(dǎo)管，該導(dǎo)管介于冷卻室的壁和制冷裝置的外絕熱壁之間。儲(chǔ)熱部可以安裝在該導(dǎo)管內(nèi)。為了提供最大的表面積，優(yōu)選的是，儲(chǔ)熱部安裝在導(dǎo)管內(nèi)，使得儲(chǔ)熱部的兩個(gè)相反的外側(cè)暴露于流過導(dǎo)管的空氣。換句話說，空氣流經(jīng)儲(chǔ)熱部的兩側(cè)。優(yōu)選地，儲(chǔ)熱部是細(xì)長的且其長軸線與導(dǎo)管的軸線平行，使得儲(chǔ)熱部將其大部分表面積呈現(xiàn)給流經(jīng)的空氣。

優(yōu)選地，第一蒸發(fā)器位于所述儲(chǔ)熱部的下游，使得在高冷卻負(fù)載階段能夠使用pcm的全部冷卻效果以在空氣經(jīng)過第一蒸發(fā)器之前冷卻空氣。

蒸發(fā)壓縮制冷系統(tǒng)優(yōu)選地還包括壓縮機(jī)、冷凝器、至少一個(gè)膨脹裝置、第一路徑以及第二路徑，其中制冷劑通過第一路徑流至第一蒸發(fā)器然后回到壓縮機(jī)，通過第二路徑流至第二蒸發(fā)器然后回到壓縮機(jī)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，第二蒸發(fā)器的第二路徑下游與第一蒸發(fā)器的第一路徑上游合并。

在第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器之間控制制冷劑的流動(dòng)的部件可以起作用以將制冷劑引導(dǎo)至兩個(gè)蒸發(fā)器(以相等或不等的速率)或完全地或基本上引導(dǎo)至一個(gè)蒸發(fā)器或另一個(gè)蒸發(fā)器。

優(yōu)選地，根據(jù)冷卻負(fù)載來控制制冷劑至第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器的流動(dòng)的部件包括閥和控制器。優(yōu)選地，控制器根據(jù)冷卻負(fù)載控制閥的姿態(tài)。如上所述，優(yōu)選地，通過確定冷卻室和/或?qū)Ч軆?nèi)的空氣的溫度和期望溫度之間的差來確定冷卻負(fù)載。優(yōu)選地，通過溫度傳感器確定冷卻室和/或?qū)Ч軆?nèi)的空氣的溫度。

優(yōu)選地，控制器還根據(jù)pcm的兩相的相對(duì)比例來控制閥的姿態(tài)。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，閥僅具有兩個(gè)位置，即制冷劑被引導(dǎo)至兩個(gè)蒸發(fā)器的第一位置和制冷劑僅被引導(dǎo)至第一蒸發(fā)器的第二位置。優(yōu)選地，閥為雙穩(wěn)態(tài)閥。這允許簡化控制系統(tǒng)。

優(yōu)選地，控制器還控制壓縮機(jī)的操作和/或上述的循環(huán)空氣的部件的操作和/或速度。

優(yōu)選的是，pcm包括作為主要成分的水，水也可以包含一種或多種溶質(zhì)以調(diào)節(jié)冰點(diǎn)。

第二蒸發(fā)器可以被配置成局部地或完全地位于pcm內(nèi)，使得pcm從內(nèi)側(cè)向外被冷卻。優(yōu)選的是，儲(chǔ)熱部包括確定pcm改變狀態(tài)的程度的部件?？刂破髂軌蚴褂迷撔畔⒖刂浦评鋭┲恋诙舭l(fā)器的流動(dòng)和/或控制壓縮機(jī)。

在可選的方面中，本發(fā)明提供一種具有用于保持待冷卻物體的冷卻室的制冷裝置，其包括：儲(chǔ)熱部，所述儲(chǔ)熱部包括相變材料以在制冷裝置處于相對(duì)高的冷卻負(fù)載的階段將冷卻室冷卻；蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其包括第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器，其中制冷劑流過第一蒸發(fā)器以冷卻冷卻室，當(dāng)制冷裝置處于相對(duì)低的冷卻負(fù)載時(shí)，制冷劑流過第二蒸發(fā)器以冷卻相變材料；以及根據(jù)所述制冷裝置的冷卻負(fù)載控制流至第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器的制冷劑的流動(dòng)的部件。

附圖說明

現(xiàn)在將參照以下附圖通過示例描述本發(fā)明，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的制冷展示柜的局部側(cè)截面示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的制冷回路的示意圖；以及

圖3是示出儲(chǔ)熱部的局部示意側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，制冷展示柜包括具有玻璃門2的絕熱殼體1。殼體優(yōu)選地由與用于結(jié)構(gòu)剛度的高密度聚氨酯結(jié)合的真空形成的絕熱板形成。玻璃門可以是雙層玻璃的或優(yōu)選為三層玻璃的。可以在玻璃板之間設(shè)置氪氣以提高絕熱性。柜置于保持包括壓縮機(jī)3、冷凝器4和與該冷凝器相聯(lián)的風(fēng)扇5的蒸汽壓縮制冷部件的基部上。

柜1具有室6，待保存的產(chǎn)品在室6中被冷卻?？梢詾槭?提供照明，該照明優(yōu)選為節(jié)能的led照明。照明電源優(yōu)選地位于室6的外側(cè)。為了進(jìn)一步減小裝置熱負(fù)載，led光源也可以位于室6的外側(cè)，并通過諸如光引導(dǎo)件、光導(dǎo)纖維、氣凝膠等適當(dāng)?shù)牟考⒐庖龑?dǎo)至室6。

空氣通過風(fēng)扇7a從室6被吹至導(dǎo)管7中以便被冷卻。至少通過形成室6的內(nèi)壁6a和絕熱殼體1的內(nèi)壁之間的間隙部分地限定導(dǎo)管7。室6的基部可以由第一蒸發(fā)器10(參照下文)或其殼體限定。

圖1和圖2示出制冷回路。來自冷凝器4的冷凝的制冷劑能夠可選擇地沿著兩個(gè)路徑中的一個(gè)路徑流動(dòng)回到壓縮機(jī)3。第一路徑8通過第一膨脹裝置9a和第一蒸發(fā)器10，典型代表為散熱片和管蒸發(fā)器，輸送制冷劑。第二路徑11通過第二膨脹裝置9b和第二蒸發(fā)器12輸送制冷劑，其中該第二蒸發(fā)器12嵌入在保持相變材料(pcm)14的儲(chǔ)熱單元13內(nèi)，在該情況下相變材料為水。

通過在冷凝器4的下游的閥15控制制冷劑的流動(dòng)。通過控制器16控制閥15的位置，該控制器16也用于控制壓縮機(jī)3、冷凝器風(fēng)扇5和導(dǎo)管風(fēng)扇7a。

如圖1和圖2所示，該系統(tǒng)配置成已從第二蒸發(fā)器12流出的制冷劑隨后經(jīng)由第一蒸發(fā)器10流回至壓縮機(jī)3。其他配置是可能的，包括在壓縮機(jī)3的上游合并的兩個(gè)分開的路徑。

回到圖1，第一蒸發(fā)器10和儲(chǔ)熱單元13都以如下方式安裝：使循環(huán)通過導(dǎo)管7的空氣經(jīng)過儲(chǔ)熱單元13和第一蒸發(fā)器10的冷卻表面以冷卻空氣。

溫度傳感器17感測來自室6的空氣的溫度并將相應(yīng)的信號(hào)提供至控制器16。

第一蒸發(fā)器10位于儲(chǔ)熱部13的下游，使得在高冷卻負(fù)載階段中最暖的空氣經(jīng)過儲(chǔ)熱部13提高來自pcm14的熱傳遞。

如圖3所示，第二蒸發(fā)器12嵌入在儲(chǔ)熱部13內(nèi)，使得首先在主要為冰的中央?yún)^(qū)域14a發(fā)生pcm14的冷凍，在中央?yún)^(qū)域14a的外側(cè)是主要由水形成的外部區(qū)域14c。通過記錄冰/水界面14b的位置探測pcm14已冷凍/融化的程度。這通過在儲(chǔ)熱部13的外壁和蒸發(fā)器12之間的多點(diǎn)處測量pcm14的導(dǎo)電性的(多個(gè))傳感器18來實(shí)現(xiàn)。通過控制器16接收來自(多個(gè))傳感器18的信號(hào)。在包含pcm的儲(chǔ)熱的技術(shù)領(lǐng)域中已知該配置。

為了最大化儲(chǔ)熱部13呈現(xiàn)給導(dǎo)管7內(nèi)的空氣的冷卻表面，儲(chǔ)熱部13與壁6a和殼體1都間隔開，使得空氣能夠經(jīng)過儲(chǔ)熱部13的兩側(cè)。

回到圖1和圖2，現(xiàn)在將描述制冷裝置的操作。當(dāng)制冷裝置在穩(wěn)定狀態(tài)模式中運(yùn)行時(shí)，即流出室的空氣的溫度處于期望溫度或在期望溫度附近，控制器16操作閥15使得制冷劑通過第二蒸發(fā)器12沿著第二路徑11被泵取，從而冷卻和冷凍在儲(chǔ)熱部13內(nèi)的pcm14。一旦pcm14已如由傳感器18所確定的冷凍，則控制器16能夠致使壓縮機(jī)3和冷凝器風(fēng)扇5關(guān)閉/減慢以節(jié)約能源。典型地，該壓縮機(jī)或者開啟或者關(guān)閉，但是在一些情況下降低速度也是可行的。

通過應(yīng)用該控制，在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行期間的pcm14的冷凍的狀態(tài)能夠控制在例如完全冷凍和融化掉20％之間，以確保足夠的pcm14被冷凍以在下一個(gè)高冷卻負(fù)載階段提供附加的冷卻。如果在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行期間確定pcm14充分地冷凍，則控制器16能夠致使壓縮機(jī)3關(guān)閉或降低速度以減少能量消耗。

另外，控制器可以控制風(fēng)扇7a在該穩(wěn)定狀態(tài)期間的操作或速度，作為調(diào)節(jié)和控制室空氣溫度的另外的方法。

在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行的具體實(shí)施方式中，制冷劑流過兩個(gè)蒸發(fā)器，且通過調(diào)節(jié)離開室的空氣溫度來控制產(chǎn)品溫度?？諝鉁囟仁峭ㄟ^調(diào)整風(fēng)扇7a的速度和切換壓縮機(jī)3和冷凝器風(fēng)扇5的開啟和關(guān)閉來控制的。在此之上，如果通過傳感器18測量的冷凍pcm的量降到閾值以下，則壓縮機(jī)3和冷凝器風(fēng)扇5啟動(dòng)。如果空氣溫度變得過低，則風(fēng)扇7a的速度降低。一旦pcm到達(dá)或接近100％冷凍，則壓縮機(jī)/風(fēng)扇停止，儲(chǔ)熱部/pcm冷卻空氣。隨著空氣溫度升高，風(fēng)扇速度增大直到達(dá)到另一閾值溫度，隨后壓縮機(jī)/風(fēng)扇啟動(dòng)。

在相對(duì)高熱負(fù)載階段，如通過傳感器17確定的探測到來自室6的空氣的溫度在期望溫度以上(可能高出期望溫度的幅度超過可以接受的范圍)，控制器16調(diào)節(jié)閥15，使得制冷劑優(yōu)先地被引導(dǎo)到第一蒸發(fā)器10。這向第一蒸發(fā)器10提供更大的冷卻能力以冷卻循環(huán)空氣。此外，通過儲(chǔ)熱單元13對(duì)首先經(jīng)過儲(chǔ)熱單元13的空氣的冷卻效果還減小了第一蒸發(fā)器10的冷卻負(fù)載。

一旦感測到溫度已落到期望溫度或靠近期望溫度，則控制器16將操作閥15以使待被引導(dǎo)通過第二蒸發(fā)器12的制冷劑流或制冷劑流的一部分再冷凍pcm14，并且將最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)條件。

應(yīng)該理解，在沒有脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，對(duì)于上述實(shí)施方式存在多種可行變化。例如，制冷裝置可以包括兩個(gè)以上的蒸發(fā)器?？商娲?，溫度傳感器可以安裝在室6中。

如上所述，儲(chǔ)熱部可以使得制冷裝置能夠在臨時(shí)電源故障的情況下繼續(xù)制冷。然而，也可以設(shè)置電池以在電源故障時(shí)運(yùn)行蒸汽壓縮系統(tǒng)。