正低温冷却装置以及使用该装置的设备 本发明涉及尤其为了保存不同产品或介质而对它们进行冷却的技术领域， 或者对 房间或乘客车厢进行冷却的技术领域。
在上述领域中， 通过使用制冷剂的压缩和膨胀的连续循环的冷却装置来制冷是公 知的。为此， 该装置通常包括压缩制冷剂的压缩机， 然后制冷剂被送至冷凝器， 在冷凝器中 制冷剂被冷却。然后将液态的制冷剂传送至向蒸发器供给的减压元件， 在蒸发器处制冷剂 被再次加热。气态的制冷剂在离开蒸发器之后， 被再次送往压缩机。因此所构造的冷却装 置工作在闭合回路中。这种冷却装置的蒸发器是冷却源， 将要被冷却的介质被放置为与该 冷却源接触。因为蒸发器的交换表面的温度显著低于 0℃， 所以冷却装置包括调节装置， 调 节装置控制压缩机的间歇操作以在制冷壳体或空调房中获得期望的温度。
虽然这样的冷却装置在获得期望温度方面是非常令人满意的， 但它们仍然具有缺 点， 即在蒸发器处导致相当严重的冷凝现象。 而且， 该冷凝通常伴随着堆积在冷凝器表面上 的霜冻。这些冷凝和霜冻现象对冷却介质的湿度产生负面影响， 这对特定类型食物的保存 或用户舒适度是不利的。 而且， 因为霜冻对蒸发器热特性产生负面影响， 因此要定期对蒸发 器的霜冻进行除霜。
因此， 需要一种新型冷却装置， 其减少冷凝现象并消除蒸发器上产生霜冻的所有 风险。
为了达到上述目的， 本发明涉及用于冷却介质或元件的连续循环装置， 所述装置 包括 ：
- 闭合回路， 用于制冷剂的循环 ；
- 压缩机装置， 连接至闭合回路并且压缩制冷剂 ；
- 冷凝器， 连接至闭合回路， 位于压缩机的下游， 并且使压缩的制冷剂冷凝 ；
- 蒸发器， 连接至闭合回路， 位于冷凝器的下游， 具有与将要被冷却的介质或元件 交换的表面并且使制冷剂蒸发 ；
- 向蒸发器供给的装置， 连接至闭合回路， 置于冷凝器与蒸发器之间并且使制冷剂 膨胀。
根据本发明， 冷却装置的特征在于， 适用于确保在称为正低温蒸发器的蒸发器长 时间持续供应期间， 正低温蒸发器的交换表面的温度严格大于 0℃。
本发明还涉及用于制冷剂的连续循环冷却和闭合回路循环的方法， 所述方法包括 以下步骤 ：
- 通过压缩机装置在压缩机装置的出口处将制冷剂压缩至压缩压力 ；
- 在冷凝器中使压缩的制冷剂冷凝 ；
- 在供应装置的出口处使冷凝的制冷剂膨胀至膨胀压力 ；
- 将膨胀的制冷剂供应至称为正低温蒸发器的蒸发器， 蒸发器具有与被要被冷却 的介质或元件交换的表面 ；
- 在正低温蒸发器中使制冷剂蒸发， 以冷却与交换表面接触的介质 ；
- 通过压缩机装置在蒸发器的出口处吸入制冷剂。
根据本发明， 本方法的特征在于， 所述压缩压力和 / 或膨胀压力适于使得在称为 正低温蒸发器的蒸发器的长时间持续供应期间， 所述正低温蒸发器的交换表面的温度大于 0℃。
为了本发明的目的， 持续长时间供应等同于装置的正常工作， 并且对应于蒸发器 的不间断供应超过一小时、 甚至超过两小时， 与蒸发器的断续供应完全不同。 蒸发器的持续 长时间供应的时间还可被限定为正低温蒸发器工作在稳定状态或实质上稳定状态的时间。
使用这样的正低温蒸发器的优点在于， 消除在蒸发器的交换表面上出现霜冻或结 冰的所有风险。而且， 蒸发器交换表面的正温度基本上减少了蒸发器交换表面上的冷凝现 象， 这使得正低温蒸发器尤其适用于对必须在具有高湿度的空气中以正温度保存的物品进 行存储的壳体。由于不破坏湿度， 因此根据本发明的冷却装置特别适用于对住宅房间或乘 客车厢的空气进行调节的应用。因此， 正低温蒸发器适用于使其交换表面直接与将要被冷 却的介质接触， 而不需要插入隔热材料。因此可将正低温蒸发器直接置于将要被冷却的壳 体中， 与将要被冷却的介质或流体接触。
根据本发明的一个特征， 正低温蒸发器包括至少一个用于使制冷剂循环的通道， 正低温蒸发器的内壁通过热传导材料或材料组件连接至交换表面。优选地， 将内壁连接至 -1 -1 交换表面的材料或材料组件具有大于或等于 1Wm K 的导热系数。在更优选的方式中， 将 内壁连接至交换表面的材料或材料组件具有大于或等于 10Wm-1K-1 的导热系数。因此， 根据 该特征， 蒸发器的交换表面的正温度不是由于在制冷剂循环通道与蒸发器交换表面之间使 用低导热材料而引起的， 而是特别是在与蒸发器相关联的供应和膨胀装置的出口处达到的 压力中， 以及可选地在制冷剂的压缩压力中， 由构造制冷剂蒸发器的供应的方法而引起的。 特别地， 根据本发明， 进行冷却装置的设计和调节， 使得与正低温蒸发器非常短时间 ( 几分 钟， 甚至更短时间 ) 的断续供应不同， 蒸发器的交换表面的温度甚至在正低温蒸发器的相 当长时间 ( 超过一小时， 甚至超过两小时 ) 持续供应期间总是正的。在正低温蒸发器的持 续供应期间， 压缩机也持续工作。
根据本发明另一方案， 用于冷却装置的制冷剂选自二氧化碳 (CO2)、 碳氢化合物 (HC)、 含氯氟烃 (CFC)、 含氢氯氟代烃 (HCFC)、 含氢氯氟代烃 (HFC) 及其混合物。制冷剂还 可选自 ：
- 三氟甲烷 ；
- 二氟乙烷 ；
- 五氟乙烷 ；
- 四氟乙烷 ；
- 异丁烷 ；
- 丙烷 ； 以及
- 它们的混合物。
根据本发明的另一特征， 冷却装置适于在正常工作模式下， 制冷剂的压力为 ：
- 对于使用 R134a 类型的制冷剂， 在压缩机出口处的压缩压力在 7 巴至 17 巴之间， 优选地在 8 巴至 15.5 巴之间 ； 对于使用 R404a 类型制冷剂， 在压缩机出口处的压缩压力在 15 巴至 28 巴之间 ；
- 对于使用 R134a 类型的制冷剂， 在供应装置出口处的膨胀压力在 2 巴至 4 巴之间， 优选在 2.5 巴至 3.5 巴之间 ； 对于使用 R404a 类型的制冷剂， 在供应装置出口处的膨胀 压力在 5 巴至 7 巴之间。
此处给出的压力值为绝对巴。
使用这样的压力显著减少了压缩机的电耗， 因为根据本发明， 蒸发器中制冷剂的 压力大于通常由根据现有技术的冷却装置使用的制冷剂压力。 特别地， 根据现有技术， 蒸发 器中制冷剂的压力值在 2 巴以下， 并且使用 R134a 类型制冷剂时通常在 1.2 巴。根据本发 明的蒸发器中的压力增加能够减小压缩机入口和出口之间的压力差， 因此减小达到压缩机 的出口压力所必需的能量。
根据本发明， 可以以任何适合的方式在压缩机出口处实现制冷剂的冷却， 因此根 据本发明的一个特征， 冷却装置包括空气冷凝器。 根据本发明的另一个特征， 冷却装置包括 水冷凝器， 可以理解， 冷却装置能够使用水冷凝器和空气冷凝器， 或适合冷却装置使用的任 何类型的冷凝器。
根据本发明， 冷却装置可被设计为对不同类型的介质或可能是或可能不是食品的 产品进行冷却。
因此， 根据本发明的一个特征， 正低温蒸发器包括适于冷却空气的交换表面。 正低 温蒸发器可具有板状， 在板的水平处， 将要被冷却的空气通过自然对流而运动。 在制造紧凑 的交换器的情况下， 交换表面可由一组肋片形成。 根据本发明的一个特征， 冷却装置还包括强制通风装置， 该强制通风装置适于使 将要被冷却的空气在正低温蒸发器的交换表面循环。
根据本发明， 冷却装置还可包括被设计为对回路中包含的流体进行冷却的蒸发 器。因此， 根据本发明的一个特征， 正低温蒸发器包括至少一个通道， 用于将要被冷却的流 体的循环 ； 内壁， 形成正低温蒸发器的交换表面。 因为根据本发明的正低温交换器的交换表 面的温度大于 0℃， 所以这种液体的交换蒸发冷却器特别适于冷却水而不需要添加防冻产 品。
根据本发明， 蒸发器还可被设计以通过导热对产品或元件进行冷却。 因此， 根据本 发明的另一特征， 正低温蒸发器适于通过接触对元件进行冷却， 交换表面适于支撑被要被 冷却的元件。 这样的接触式蒸发器特别适于对不必冷冻但必须以相对低的正温度保存的食 物或产品 ( 例如， 鱼 ) 进行冷却。
根据本发明的另一特征， 冷却装置还包括负低温蒸发器， 负低温蒸发器连接至闭 合回路， 位于冷凝器的下游， 并且具有与将要被冷却的介质或元件接触的交换表面。 冷却装 置适用于使得在正常工作模式下， 负低温蒸发器的交换表面的温度低于 0℃。
本发明还涉及对住宅房间或乘客车厢进行空气调节的装置， 该装置包括至少一个 根据本发明的冷却装置。
根据本发明的一个特征， 空调设备包括强制通风装置， 该强制通风装置适于使空 气在正低温交换器的交换表面循环， 并且适于将该空气送入房间或乘客车厢中。
根据本发明的又一特征， 所述空调设备包括用于将通过正低温交换器冷却的空气 流送向用户的装置。具体地， 使用正低温交换器防止对冷却空气的相对湿度产生太多的负 面影响， 从而能够直接将冷却空气送向人或动物， 而不会使人或动物产生不适感或使粘膜 太快干燥的风险， 这种粘膜干燥通常与空气太干燥相关联。因此， 例如， 可设想将蒸发器装
置并入灯具中。因为冷却的空气在暖气团中自然地向下运动， 能够使通常位于灯具下方的 用户变凉快。该种冷却可通过风扇辅助或不通过风扇辅助。这样的组合特别具有吸引力、 有效且具有美感和令人愉悦， 并且还节能， 因为将冷却仅定向为朝向用户的方向， 而不需要 对整个房间进行冷却。
本发明还涉及用于对主体进行冷却的装置， 包括用于接纳主体的表面， 其特征在 于， 接纳表面通过根据本发明的冷却装置而被冷却。 特别地， 正低温蒸发器的使用防止主体 与正低温蒸发器直接接触而产生的不适和燃烧的风险， 其中正低温蒸发器形成用于接纳主 体的表面的至少一部分。 正低温蒸发器的使用还允许通过优选为水的冷却液的闭合回路循 环， 对用于接纳主体的表面进行冷却。特别地， 根据本发明的正低温蒸发器消除了霜冻风 险， 并因此消除了阻碍蒸发器中水回路的风险。 这是很大的优势， 因为用于接纳主体的表面 可由水垫构成， 水垫填充使用位置， 当水垫发生穿孔时不会有中毒的风险， 而且可以在使用 结束后将水垫排空而不需要具体的预防措施。
本发明还涉及可调温度的存储装置， 其包括由外围壁和至少一个通道门限定的至 少一个闭合的正温度存储壳体。 根据本发明， 存储装置包括根据本发明的冷却装置， 冷却装 置的正低温蒸发器与正温度存储壳体相关联地设置以对正温度存储壳体进行冷却。 正低温蒸发器的使用使得根据本发明的存储装置特别适于保存需要高湿度的产 品或食品， 否则需要提供附加的加湿器。
根据本发明的一个特征， 可调温度的存储装置包括正温度存储壳体和负温度存储 壳体。冷却装置包括与负温度存储壳体相关联设置的负低温蒸发器。当然， 在这样的情况 下， 负温度空气被限制在负温度存储隔间中。
根据本发明的一个实施方式， 存储装置包括 ：
- 冷却壳体， 通过分隔件与正温度存储壳体分离， 并且经由至少一个吸气孔和排气 孔与存储壳体相通， 正低温蒸发器置于冷却壳体中 ； 以及
- 强制通风装置， 适于使空气在正温度存储壳体与冷却壳体之间循环。
根据该实施方式的变体， 外围壁的至少一些部分包括双层壁， 双层壁形成冷却空 气循环的外围通道， 外围通道连接至排气孔并且通向正温度存储壳体。
并入壁厚度的冷却空气循环通道在外部介质与正温度存储壳体内部之间的插入 可减小甚至消除某些方向的温度梯度。而且， 空气在这些通道中的循环使得冷却的空气通 过在冷却的空气与壳体中的空气之间以及外界环境与冷却的空气之间的热传递而被再次 加热， 从而使冷却的空气在与将要被冷却、 或者将要保持在给定的保存温度的产品或食品 接触之前达到期望的温度。
优选但不是必须地， 冷却壳体位于正温度存储壳体的下方， 并且通道的至少一部 分通向正温度存储壳体的顶部。
根据上述实施方式的变体， 循环通道的一部分在中间高度通向正温度存储壳体， 这可使得在正温度存储壳体中限定具有不同温度的区域。
根据上述实施方式的另一变体， 外围壁的至少一些部分包括双层壁， 双层壁形成 用于吸入空气的外围通道， 外围通道连接至吸入孔并包括位于正温度存储壳体处的开放的 进气口。根据本发明， 吸入通道的至少一部分的进气口可位于存储壳体的顶部。吸入通道 的一部分的进气口还可位于正低温存储壳体的中间高度处。
根据上述实施方式的又一变体， 通道门向前打开， 并包括双层壁， 双层壁形成至少 一个冷空气循环通道， 冷空气循环通道连接至排气孔并且通向正温度存储壳体的顶部。
根据本发明的一个特征， 通风装置适于空气在存储壳体中的强制上升循环。
根据本发明的又一特征， 通风装置适于空气在存储壳体中的强制下降循环。
根据本发明存储装置的一个特征， 正低温交换器与外围壁分离。 特别地， 因为根据 本发明的正低温蒸发器的交换表面具有总是正的温度， 所以不再需要在隔热壁中包括正低 温蒸发器以更容易地除霜。 因此， 因为冷却装置、 更具体地其正低温蒸发器可与限定存储壳 体的壁分离， 而不存在破坏包含制冷剂的回路的风险， 所以装置的安装和拆除更加容易。
当然， 不同的特征、 实施方式以及本发明主题的变体可以相容或互不排斥的方式 相互结合。
此外， 参照图示了本发明不同主题的非限制性实施方式的附图， 本发明不同的其 他特征通过下面描述的具体实施方式而显现出来。
图 1 是根据本发明的冷却装置的示意图， 该冷却装置用于由住宅房间或车辆乘客 车厢使用的空调设备 ；
图 2 是灯具的示意图， 该灯具并入了根据本发明冷却装置的正低温蒸发器 ；
图 3 是通过接触对主体进行冷却的装置的示意图 ；
图 4 是根据本发明包括正温度存储壳体的存储装置的垂直剖面图 ；
图 5 是沿图 3 的 IV-IV 线的剖面图 ；
图 6 是与图 4 相似的剖面图， 示出了图 4 和图 5 所示的存储装置的另一工作模式 ；
图 7 和图 8 是与图 4 和图 5 相似的剖面图， 图示了在图 4 和图 5 中示出的存储装 置的变体实施方式 ；
图 9 是根据本发明包括正温度存储壳体和负温度存储壳体的存储装置的垂直剖 面图。
在附图中， 共同的标号表示对不同实施方式而言是共同的元件。
如图 1 所示， 根据本发明且整体由参考标号 1 表示的冷却装置包括闭合回路 2， 在 闭合回路 2 中制冷剂以环路形式循环， 以在其内维持压缩和膨胀的连续循环。因此， 冷却装 置包括压缩机 3， 对于 R134a 类型的制冷剂， 压缩机 3 将制冷剂压缩至 7 巴至 17 巴之间、 优 选 8 巴至 15.5 巴之间的压缩压力。在压缩机 3 的出口处， 高压的制冷剂通过回路 2 被引导 至冷凝器 4， 制冷剂在冷凝器 4 处冷却和液化。制冷剂从冷凝器 4 通过回路 2 传送至用于向 蒸发器 6 供给的装置 5。供应装置 5 适于使制冷剂膨胀， 从而使其达到 2 巴至 4 巴之间、 优 选为 2.5 巴至 3.5 巴之间的膨胀压力。供应装置 5 能够以任何适当的方式制成， 例如以减 压器或毛细管形式制成， 其结构特征已被选择以达到期望的膨胀值。冷却装置 1 还包括控 制装置 7， 控制装置 7 基于温度传感器 8 提供的信息控制压缩机 3 的操作。
根据本发明， 蒸发器 6 可以是任何适合的类型， 根据所示的示例， 蒸发器 6 由具有 肋片 ( 未示出 ) 的蒸发式冷却器形成。根据本发明的必要特征， 冷却装置 1、 更具体地压缩 机 3 和减压元件 5 的工作点被确定， 使得在与蒸发器的连续长时间供应相对应的正常工作 模式中， 交换器 6 的交换表面 9 的温度严格大于 0℃， 从而防止在交换表面 9 上出现霜冻。 因此， 蒸发器 6 具有作为正低温 (froid positif) 蒸发器的资格。交换表面 9 的正温度可 减少与蒸发器 6 接触的空气脱水， 从而可将该空气直接吹向用户 U。 因此， 根据图示的示例，冷却装置 1 还包括 ： 通风机 15， 通过正低温蒸发器 6 的交换， 确保空气的强制循环 ； 以及导 流板 16， 将空气引导至用户。由冷却装置 1、 通风机 15 和导流板 16 形成的组件形成的空调 装置能够在房间中使用或用于车辆乘客车厢空气调节。
根据本发明以及如图 2 所示， 正低温蒸发器可与灯具 17 相关联， 从而使位于灯具 下方的用户 U 通过自然对流而变凉快。
正低温蒸发器的使用还具有如下优点， 即， 可消除冷却物品与蒸发器的交换表面 9 直接接触时发生燃烧的所有风险。
因此， 可设想如图 3 所示在装置 19 的情况下使用根据本发明的冷却装置 1， 通过接 触对主体 (sujet) 进行冷却。该装置包括表面 20， 表面 20 接纳通过冷却装置 1 进行冷却的 主体 S。根据图示的示例， 表面 20 的一部分由正低温蒸发器 6 的交换表面 9 形成。
而且， 由于正低温蒸发器 6 的存在， 根据本发明的冷却装置 1 尤其适于存储和保存 需要相对高湿度的产品， 例如酒。
因此， 图 4 和图 5 图示了更适于以适当的温度保存瓶装酒的存储装置。
根据图示的示例， 整体由标号 25 表示的存储装置包括隔热外围壁 26， 隔热外围壁 26 限定了正温度存储壳体 27。壳体 27 的前面打开， 装置 25 包括向前打开的门 28。当然， 存储装置 25 包括根据本发明的冷却装置 1， 冷却装置 1 的正低温蒸发器 6 与正温度存储壳 体 27 相关联地设置。根据图示的示例， 正低温蒸发器 6 置于冷却壳体 29 中， 冷却壳体 29 通过分隔件 30 与存储壳体分离， 分隔件 30 在其中央具有吸气孔 31 并在其周缘具有用于排 气的外围孔 32。正低温交换器 6 与强制通风装置 34 相关联， 强制通风装置 34 例如为置于 冷却壳体中的通风机 34。通风机 34 被设计为从正温度存储壳体 27 吸入空气， 以使吸入的 空气与正低温蒸发器 6 的交换表面 9 接触。根据图示的示例， 外围排气孔 33 通向垂直通道 35， 垂直通道 35 由与外围壁 26 和门相关联的衬里分隔件 36 限定。通道 35 通向存储壳体 27 的上部， 以将冷却的空气传送至上部， 然后冷却的空气在正低温存储壳体 27 中下降， 然 后被再次吸入到冷却壳体中。这样的空气循环允许空气在进入存储壳体 27 之前在通道 35 中被再次加热， 这使空气更精确地到达期望的温度， 并且减小甚至消除壳体 27 中的水平温 度梯度。 应该注意的是， 在这样的工作模式中， 冷却壳体中的温度将低于正温度存储壳体 27 中的普遍温度。因此， 例如在冷却壳体 29 中采用抽屉 50 以在饮用温度下存储瓶装酒， 而正 温度存储壳体 27 中的温度将具有适合存酒条件的最优值。
这样的工作模式可在存储壳体 27 中获得减小的垂直温度梯度和实际上零的水平 温度梯度。
然而， 基于存储壳体 17 中所存储物品的性质， 例如大于或等于 12℃的垂直温度梯 度在具有实际上零的水平温度梯度的壳体 27 的顶部与底部之间是理想的。因此， 通过逆转 由通风装置 34 提供的通风的方向， 可修改存储装置 25 的工作模式。因此， 如图 6 所示， 空 气在壳体 27 内部具有强制上升运动并且被吸入存储壳体 27 的顶部， 以通过外围通道 35 输 送至冷却壳体 29。 通风装置 34 以低速工作， 以引起空气在壳体 27 中的减速垂直上升运动。
根据本发明， 强制通风装置 34 的工作方向和 / 或速度可在工厂里确定， 或由存储 装置 25 的用户进行调节。
图 7 和图 8 图示出图 4 和图 5 所示的存储装置的变体实施方式。根据该变体实施 方式， 冷空气循环通道 35 通过位于中间高度处的中间孔 37， 通向正温度存储壳体 27。 而且，根据该示例， 存储装置 25 的后壁包括双层壁 38， 双层壁 38 至少形成一个、 甚至多个外围空 气吸入通道 39。这些外围吸入通道 39 连接至吸入孔 33， 并且包括位于存储室 27 上部的开 放的进气口和位于存储壳体 27 中间高度处的开放的进气口。 吸入通道 39 和中间排气口 37 以及其他元件的关联性可在正温度存储壳体 27 中限定具有不同存储温度的两个区域 A 和 B。
根据本发明， 存储装置还可被设计为保存不同的食品。因此图 9 图示了除了正温 度存储壳体 27 之外， 还包括负温度存储壳体 40 的存储装置。冷却装置包括负低温蒸发器 41， 负低温蒸发器 41 被提供使得其交换表面 42 的温度严格小于 0， 负温度存储壳体 40 中的 温度适于保存例如冷冻食品或深冷冻食品。
应该注意的是， 根据该实施方式， 正低温蒸发器 6 被设计， 使得其交换表面 9 能够 接纳可被保持在大于 0°的恒定低温下的容易变坏的食品， 例如鱼 P。因此， 根据图示的示 例， 蒸发器 6 形成接触式蒸发冷却器。当然， 可以设想使接触式正低温蒸发器 6 与置于正温 度存储壳体中的空气冷却器正低温蒸发器互补。
当然， 在权利要求的背景下可对根据本发明的冷却装置以及冷却装置或空调设备 进行各种其它改动。