本实用新型是有关一种冰箱，特别是一种节能冰箱。
背景技术：
冰箱的用电量约占家庭用电的11％，因此冰箱也有节能的需求。当开关门造成冰箱内的冷空气流失时，冰箱内的温度传感器或双金属开关会触发压缩机启动，以维持一默认温度。然而，随着开关门次数增加，压缩机亦随着频繁启动或增加运行时间而增加耗电。有鉴于此，如何减少压缩机的启动次数便是目前极需努力的目标。
技术实现要素：
本实用新型提供一种节能冰箱，其是设置一红外线传感器以感测冰箱内物品的一温度，并依据物品的温度及/或温度的一变化率来控制致冷模块启动或停止。因此，本实用新型能够减少压缩机启动的次数，以降低能源消耗。
本实用新型一实施例的节能冰箱包含一隔热腔体、一致冷模块、一红外线传感器以及一控制器。隔热腔体用以容置至少一物品。致冷模块与隔热腔体连接，以降低隔热腔体内的一腔体温度。红外线传感器设置于隔热腔体内，以感测物品的一温度，并输出相对应的一温度信号。控制器与红外线传感器以及致冷模块电性连接，以接收温度信号，并依据物品的温度以及温度的一变化率至少其中之一，控制致冷模块启动或停止。
以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
【附图说明】
图1为一示意图，显示本实用新型一实施例的节能冰箱。
图2为一示意图，显示本实用新型一实施例的红外线传感器。
图3为一示意图，显示本实用新型另一实施例的红外线传感器。
图4为一示意图，显示本实用新型另一实施例的节能冰箱。
【符号说明】
10 节能冰箱
11、11a、11b 隔热腔体
121 压缩机
122 冷凝器
123 蒸发器
124、124a、124b 风扇
13、13a、13b 红外线传感器
131 热电堆传感器
131’ 红外线数组感测芯片
131a 热电堆感测组件
131a’ 红外线数组感测组件
131b 透镜
131c 热敏电阻
132、132’ 信号处理器
132a 信号放大器
132b 偏压电阻
132c 信号多任务器
132d 模拟至数字转换器
132e 微控制器
132f 非挥发性内存
132g 通讯接口
14 控制器
15 温度传感器
16 检测器
17 外部温度传感器
20 物品
PSS 像素选择信号
SS1、SS2 感测信号
TS 温度信号
θ 感测视角
【具体实施方式】
以下将详述本实用新型的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本实用新型亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本实用新型的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本实用新型有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本实用新型可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免对本实用新型形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表组件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。
请参照图1，本实用新型的一实施例的节能冰箱10包含一隔热腔体11、一致冷模块、一红外线传感器13以及一控制器14。隔热腔体11用以容置至少一物品20，例如食物。致冷模块与隔热腔体11连接，以降低隔热腔体11内的一腔体温度。举例而言，致冷模块包含一压缩机121、一冷凝器122、一膨胀阀(未图示)以及一蒸发器123。冷媒经压缩机121压缩后成为高温高压的气态冷媒，之后经冷凝器122凝结为高温低压的液态冷媒，通过膨胀阀后即为较低温低压的液态冷媒。最后，蒸发器123气化冷媒使得冷媒温度得以进一步降低且恢复成气态冷媒。较低温的冷媒与隔热腔体11内的空气进行热交换，即可带走隔热腔体11内的热能。气态冷媒回到压缩机121进行压缩并重复上述步骤即可循环利用，以逐渐降低隔热腔体11内的腔体温度。致冷模块的详细原理为本实用新型所属技术领域中具有通常知识者所熟知，且非为本实用新型的主要技术特征，故在此不再赘述。于一实施例中，压缩机121可为一变频式压缩机，以获得较佳的能源效率。可以理解的是，致冷模块可包含一风扇124，借由风扇124促进隔热腔体11的空气流动可进一步增加热交换的效果。
接续上述说明，红外线传感器13设置于隔热腔体11内。红外线传感器13以非接触的方式感测物品20的一温度，并输出相对应的一温度信号。控制器14与红外线传感器13以及致冷模块电性连接。控制器14接收红外线传感器13所输出的温度信号，并依据物品20的温度以及物品20温度的一变化率至少其中之一，来控制致冷模块(例如压缩机121以及风扇124)启动或停止。
举例而言，食物的水分含量甚高，例如75％以上，汤品的话水分占比更高。可以理解的是，水的比热约是空气4.2倍，且空气的重量较低，因此，冰箱开门导致冷气流失所造成的热损失相对较小。举例而言，以100公升的冷藏室为例，空气重量约为0.12公斤，而储存于冷藏室中的食物可能达5-15公斤。因此，在食物的比热以及重量远大于空气的情况下，流失冷空气所造成的热损失只占一小部分，换言之，即使冰箱门全开或完全置换成室温的空气，食物的温度也不会马上升高。
然而，已知冰箱的温度传感器以及双金属开关检测到冷藏室内的温度过高即启动压缩机，因此随着开关冰箱门的次数增加，将增加冰箱的能耗。相反的，本实用新型的节能冰箱在食物温度尚未达到默认温度时并不会启动压缩机，如此可减少启动压缩机的次数而降低能耗。举例而言，控制器14能够以摄氏5度作为控制压缩机121启动或停止的温度默认值，亦即物品20的温度上升至摄氏5度时启动压缩机121，或者物品20的温度下降至摄氏5度时停止压缩机121。为了避免压缩机121频繁启动，可在温度默认值上加入一个迟滞区间，例如当物品20的温度上升至摄氏7度时启动压缩机121，而物品20的温度下降至摄氏4度时停止压缩机121。
为了更精确地控制致冷模块的运转时间与周期，控制器14可透过物品20的温度变化率来估算物品20的热容量。于一实施例中，本实用新型的节能冰箱10包含一温度传感器15，其与控制器14电性连接。温度传感器15可感测一冷风的一初始温度，并输出相对应的一初始温度信号。举例而言，温度传感器15可为一接触式温度传感器，以感测蒸发器123的温度作为冷风的初始温度。但不限于此，温度传感器15亦可设置于出风口，并以出风口所感测到的冷风温度作为初始温度。控制器14接收温度传感器15所输出的初始温度信号，即可依据物品的温度及/或物品温度的变化率以及冷风的初始温度估算物品20的一热容量。控制器14可依据估算出的物品20热容量更精确地控制致冷模块的运转时间与周期。
举例而言，蒸发器的送风量为S公升/每分钟，蒸发器123输出的冷风温度为T1，而物品20欲降低至目标温度T2，空气的密度为d(约1.2克/公升)，空气的比热为1焦耳/克，则每分钟馈入的制冷能量为S×(T2-T1)×d焦耳。当冰箱馈入的制冷能量热交换至物品20时即降低物品20的温度，如此即可估算出物品20的热容量，其单位为焦耳。举例而言，物品20的初始温度为T3，压缩机121启动一段时间t1后，物品20的温度为T4，则物品20的热容量D1以公式(1)表示：
D1＝k×(T3-T4)×S×d×t1 (1)
其中k为制冷利用率，物品20的热容量D1的大小受到物品20的比热以及重量影响。将物品20的比热设定为一平均值，则借由物品20的热容量D1大小即可估算冰箱内物品20的重量。
同样的，压缩机121停止运转前物品20的温度为T5，停止运转一段时间t2后，物品20的温度为T6，则热损失量以公式(2)表示：
D2＝(T6-T5)×S×d×t2 (2)
在理想条件下，D1值等于D2值，如果T3＝T6，T4＝T5则k×t1＝t2。当制冷利用率k＝1时，压缩机启动的时间t1以及停止的时间t2相同。
实际运作时，物品20的温度下降以及上升有一延迟现象，控制器14可取得物品20的热容量或重量与温度变化(温度下降或温度上升)的经验值作为压缩机121启动或停止时开始测量温度参考。由于透过D1值或D2值，或是物品20温度的变化率(亦即斜率)可估算物品20的热容量或重量，控制器14即可更精确地控制致冷模块的运转时间与周期。举例而言，物品20的热容量或重量较大时，在降温的过程中可在物品20的表面温度达到较低的温度才停止压缩机121运转，如此可延长压缩机121启动的周期。
以上是在封闭环境下，即冰箱门没有开启的情况下进行推演。可以理解的是，当物品量很多时，则物品的热容量较大，冰箱门开启所造成的热损失仅对于蒸发器123冷风外泄的影响较大。若冰箱门为开启状态且压缩机121为运转状态，此时只需延长压缩机121的运转时间补偿冰箱门开启所造成的热损失即可。若冰箱门为开启状态且压缩机121为停止状态，由于冰箱外的热空气在自然流动的情况下能影响到物品温度上升的速度会慢很多，因此压缩机121维持停止状态即可，以降低启动压缩机121启动的次数。
请再参照图1，于一实施例中，本实用新型的节能冰箱10更包含一检测器16，其与控制器14电性连接。检测器16可检测节能冰箱10的冰箱门的开启状态，例如冰箱门是否开启、开启的时间长短及/或开启角度等，并输出相对应的一检测信号。控制器14接收检测器16所输出的检测信号，并依据冰箱门的开启状态进一步控制致冷模块的启动或停止。
于一实施例中，本实用新型的节能冰箱10更包含一外部温度传感器17，其与控制器14电性连接。外部温度传感器17可感测节能冰箱10的一外部环境温度，并输出相对应的一环境温度信号。控制器14接收外部温度传感器17所输出的环境温度信号，并依据外部环境温度进一步控制致冷模块的启动或停止。举例而言，外部环境温度较高时，启动压缩机121的默认值可以调升摄氏1至2度，如此可避免因压缩机121的功率不足而频繁启动，导致冰箱耗电量急遽上升。
请参照图2，于一实施例中，红外线传感器13可为一单颗红外线传感器。举例而言，红外线传感器13包含热电堆传感器131以及信号处理器132。热电堆传感器131以及信号处理器132可设置于同一封装以减少体积，例如TO5封装。热电堆传感器131包含一热电堆感测组件131a以及一热敏电阻131c。热敏电阻131c可补偿热电堆感测组件131a，以获得较为准确的感测结果。为了克服冰箱中物品多少不一以及量测物品温度的误差，于一实施例中，热电堆传感器131更包含一透镜131b，其设置于热电堆感测组件131a的一感测端，以定义红外线传感器13的一感测视角θ。举例而言，感测视角θ可为10-20度。可以理解的是，透镜131b的材料必须可透射红外线，举例而言，透镜131b的材料可为硅或锗，其可透射的红外线波长约为1-12μm。于一实施例中，透镜131b可为硅质的菲涅耳透镜。
接续上述说明，信号处理器132包含一信号放大器132a、一偏压电阻132b、一信号多任务器132c、一模拟至数字转换器132d以及一微控制器132e。偏压电阻132b用以量测热敏电阻131c的电阻值，以推算出热电堆感测组件131a的环境温度，进而计算出物品的温度。信号放大器132a用以放大热电堆感测组件131a所输出的感测信号SS1。信号多任务器132c用来切换来自热敏电阻131c的感测信号SS2或信号放大器132a所放大的感测信号SS1，并馈送至模拟至数字转换器132d转换为数字信号后由微控制器132e作计算，并输出相对应的温度信号TS至控制器14。于一实施例中，微控制器132e的输出端口可为数字式，例如I2C、UART，模拟电压式或是逻辑IO输出。
请参照图3，于一实施例中，红外线传感器13可为一红外线数组传感器，其包含一红外线数组感测芯片131’以及一信号处理器132’。红外线数组感测芯片131’包含一红外线数组感测组件131a’以及一透镜131b。红外线数组感测组件131a’感测物品20所辐射的红外线，并输出相对应的一感测信号SS1。红外线数组感测组件131a’可为热电堆数组传感器，其分辨率为4×4、8×8、16×16、32×32、64×64或80×80像素。于一实施例中，红外线数组传感器可为一电阻型数组红外线传感器。透镜131b设置于红外线数组感测组件131a’的一前端，以定义红外线数组感测组件131a’的一感测范围，亦即感测视角。在相同感测视角的情况下，红外线数组感测组件131a’的分辨率越高，每一像素的感测视角越小，因此分辨率越高，而能够精确量测物品20的温度。于一较佳实施例中，红外线数组感测芯片131’更包含一热敏电阻131c。热敏电阻131c感测一环境温度并输出一感测信号SS2。热敏电阻131c可补偿红外线数组感测芯片131’，以获得较为准确的感测结果。
接续上述说明，信号处理器132’包含一信号放大器132a、一微控制器132e、一非挥发性内存132f以及一通讯接口132g。信号处理器132’输出像素选择信号PSS至红外线数组感测组件131a’，红外线数组感测组件131a’则将所选定的感测像素的感测信号SS1输出至信号放大器132a，感测信号SS1经放大后输入微控制器132e。微控制器132e内建的数字至模拟转换器将红外线数组感测组件131a’所输出的感测信号SS1转换成数字信号。同样的，热敏电阻131c的电阻值亦经由微控制器132e内建的数字至模拟转换器转换，以得知环境温度。非挥发性内存132f可用来储存红外线数组感测组件131a’以及热敏电阻131c的校正参数，以用来计算所量测的物品温度。通讯接口132g则用来将温度信号TS输出至控制器14。举例而言，通讯接口132g可为I2C、USB、UART，模拟电压式或是逻辑IO输出。可以以理解的是，非挥发性内存132f以及通讯接口132g可整合至微控制器132e内，例如微控制器STM8L151G6U6。
请参照图4，于一实施例中，本实用新型的节能冰箱包含多个红外线传感器13a、13b，以分别感测多个隔热腔体11a、11b内的物品20的温度。依据此架构，控制器14即可依据不同隔热腔体11a、11b内的物品温度及/或温度的变化率分别控制相对应的致冷模块启动或停止。举例而言，隔热腔体11a作为冷冻室，隔热腔体11b作为冷藏室。当隔热腔体11a内的物品20的温度不足时，控制器14可启动压缩机121以及风扇124a使隔热腔体11a内的物品20降低至目标冷冻温度。而当隔热腔体11b内的物品20的温度不足时，控制器14可启动压缩机121以及风扇124b使隔热腔体11b内的物品20降低至目标冷藏温度。于一实施例中，依据不同的冰箱设计，当隔热腔体11b内的物品20的温度不足时，控制器14可仅启动风扇124b或风门(未图示)来导引隔热腔体11a内的冷空气来降低隔热腔体11b内的物品20降低至目标冷藏温度。于一实施例中，多个红外线传感器也可设置于同一隔热腔体内的多个不同区域，以感测不同区域内的物品的温度，如此控制器即可分别控制相对应的致冷模块启动或停止，以调整不同区域内的贮存温度。
综合上述，本实用新型的节能冰箱利用一红外线传感器感测冰箱内物品的一温度，并依据物品的温度及/或温度的变化率来控制致冷模块启动或停止，进而减少压缩机启动的次数而降低能源消耗。较佳者，本实用新型的节能冰箱可估算冰箱内贮存物品的热容量，而能更精确地控制致冷模块的运转时间与周期。
以上所述的实施例仅是为说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本实用新型之内容并据以实施，当不能以的限定本实用新型的专利范围，即大凡依本实用新型所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本实用新型的专利范围内。