热电温差式冰箱的制作方法

专利名称：热电温差式冰箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及热电温差装置，特别涉及具有强化热绝缘和贮能能力的热电温差式冰箱。
背景技术：
热电温差装置的基础理论和运行已发展了若干年。现代热电温差装置通常包含一组采用珀尔帖效应进行运行的电热偶。热电温差装置基本上是小型热泵，它们和诸如机械热泵、冰箱或任何其它用于输送热能的设备一样遵从热力学定律。主要差别是热电温差装置应用固态电元件(热电偶)进行运行，而不是更为传统的机械/流体加热和冷却元件。
当直流(DC)电功率施加给一台具有一组热电偶的热电温差装置时，在热电偶的冷侧，热量被吸收和通过热电偶，并在热电偶的热侧散失。最好在热电温差装置的热侧连接一个热谭(有时称作“热的谭”)以促使将来自热电偶的热量散失至附近的环境中。同样，在热电温差装置的冷侧也经常连接一个热谭(有时称作“冷的谭”)以促使将来自附近环境的热量移走。有时热电温差装置也称作热电致冷器；然而，由于它们是一类热泵，因此，热电装置能或像致冷器，或象加热器一样运行。
存在着各种种样的容器和密封设备，它们被设计成保持在所选的温度范围内。这种容器和密封设备的例子包括，但不限于，冰箱，野餐致冷器，包含敏感电子设备的箱柜和器管移植容器，熟知的依靠直流电压系统进行运行的热电温差装置的用途是保持在冰箱和手提致冷器的要求的运行温度。在名为“温度可控制野餐箱”的美国专利NO.4726193中展示了具有热电致冷器容器的一个例子。在名为“热电温差式冰箱”的美国专利2837899；名为“热电温差式冰箱”的美国专利3177670；和名为“冰箱一密封布局”的美国专利3280573中展示了应用热电温差装置进行运行的冰箱例子。在名为“具有抽成真空的孔隙结构和采用P-型和N-型热电半导体的热电板的热电半导体”的美国专利5168339公开了电子致冷板。
常规的冰箱通常由具有中央控制冷却系统的热绝缘密封设备构成，中央控制冷却系统是基于氟化碳氢化合物(氟利昂)或其它类型的碳氢化合物的蒸汽压缩循环工作的。冷却系统具有的冷却容量通常比实际的热负载大，造成冷却系统在双负载循环间隙地动作-或者接通或者切断。由于在压缩机断开时，冰箱升温，在压缩机运行时，冰箱冷却，因此双负载循环造成温度变动。这样，在常用的冰箱中温度是不稳定的，而是在上限和下限之间循环。这样的压缩机循环可能会降低有关联的冷却系统的运行效率。
现有的冷却系统通常包括空气/蒸发器接口，它要求相对高的空气流率以便获得最好的冷却效率和阻止在蒸发器上形成霜或冰。这样的空气流率常常超过冷却冰箱内部所需的空气速度，而这又进一步造成系统的低效率。
蒸汽压缩冷却循环通常采用CFCs(氯-碳氟化合物)，诸如氟利昂，作为工作流体。CFCs对环境的反面效应是人所共知的，存在有国和国际两方面的规定取缔使用这种CFCs。其它碳氟化合物，诸如HCFCs和HFCs在制冷系统中使用时也有它们本身的限制和问题。

发明内容
按照本发明，与使用过去热电温差式冰箱相比将这种冰箱内部维持在所选温度的有关缺点和问题已大大减少或消除。本发明提供一种高效，无碳氟化合物的冰箱系统，它把超级热绝缘材料与热电温差装置以及相变材料相结合，从而提出一种能量高效，对环境有益的系统。
根据本发明的一个观点，冰箱在其内部设置有热电组件，诸如每英寸R值大于20(R20/英寸)的热传量高阻抗的热绝缘材料，和空气流动控制系统，它们相互配合，从而大大改进由此得到的冰箱的性能系数。通过采用每英寸R值大于20(R20/英寸)的热绝缘材料(有时称作“超级热绝缘材料”)，与操作冰箱有关的热负载大大降低，从而采用热电组件以便为冰箱提供冷却系统成为可能。还可在冰箱内部包括各种类型的热能贮存箱和相变材料以便进一步提高性能系数，使热电组件和每英寸R值大于20(R20/英寸)的绝热材料相结合的好处达到最大。
构成本发明的冰箱的显著技术优点包括由于系统运行效率总体改进造成的低功率消耗。由于冷却系统包括热电组件，与通常氟化碳氢化合物蒸汽压缩机的双循环有关的功率脉冲已被消除。热电温差装置的有效功率消耗正比于由于采用超级热绝缘材料而引起的被降低的热负载。采用每英寸R值大于20(R20/英寸)的热绝缘材料使得冰箱的壁厚能降低，这造成在相同总体外型形状下有较大的内部体积。通过在制造冰箱中采用超级热绝缘材料，在冰箱内部可在相当长的时期内维持所要求的温度或温度范围，甚至没有功率可用于热电组件时也如此。这一能力在冰箱用于药物贮存或作为航运容器时特别有用。还有，采用超级热绝缘材料可消除或减少任何类型在外部的竖框加热器的需要，因为湿气不可能在密封设备的表面上冷凝。
构成本发明的冰箱的又一有意义的技术优点在于具有将热电组件和冷却系统的其它部件安装在冰箱门组件上的能力。这一布置造成密封设备在电学上是钝化的，没有或几乎没有开口或焊接熔接，这可以改进冰箱的总体运行效率和/或使生产更为容易，且成本少一些。这样的布置也使部件的维修和更换容易些。
本发明冰箱的还有另一技术优点是热电组件与超级热绝缘材料相配合的设置。采用热电组件避免了与蒸汽压缩机相伴随的接通-切断循环。还有，热电组件是与超级热绝缘材料相伴随的被降低的热负载相匹配的。简单的调节温度设置，同一个装置就能作为冰箱或冷冻机运行。此外，该布置只包含非常少的运动部件，从而可减少磨损，增加可靠性。还有，较少的运动部件减少必须润滑的事物，并可提高部件故障的平均间隔时间。更有甚者，这一布置有助于减少系统的嘈声和振动。
本发明另一有意义的技术优点在于本发明提出的热电组件，超级热绝缘板和相变材料的结合，从而可为各种多样的容器，盒子或其它类型的密封设备提供冷却。按本发明提出的，将冷却系统的各种部件安装在密封设备的门上，使得在密封设备中为移走密封设备内部的热量所需的开口数目能大大减少，并使制造更为容易。还有采用热电组件作为冰箱冷却系统的一部分，消除了CFCs的应用。采用超级热绝缘板作为冰箱的一部分也很为可取地使其生产的冰箱可不采用碳氟化合物。这产品是一个对环境有益的系统，它符合国家和国际对碳氟化合物的所有规定的要求。
根据本发明的另一观点所提出的冰箱，其中冷却系统安装在冰箱门上。较为可取的是，冷却系统包括热电组件，该热电组件具有与热电温差装置热侧相固定的第一热谭和与热电温差装置冷侧相固定的第二热谭。冰箱门和冰箱的密封设备还可取地包括超级热绝缘材料。冰箱的密封设备令人满意地包括内衬垫和外衬垫，在它们之间设置有超级热绝缘材料，电动马达可安装在门上，并靠近热电组件。电动马达包括旋转轴，它通过马达和门而延伸。在旋转轴的每一端可安装一个叶轮或螺旋桨以促进空气相对相应的热的谭和冷的谭的循环。安装在门内部的叶轮和/或螺旋桨也促进冰箱内部中的空气循环。附图概述现在参照下述说明，结合附图对本发明及其优点进行更为全面的了解，其中

图1是一台冰箱或密封设备的等轴侧图，它构成本发明的一个实施例，具有热电组合件，超级热绝缘板和内部空气流动道；图2是沿图1中2-2线，部分断去后的截面图，它表示与图1中冰箱相连系的超级热绝缘板，内部空气流动道的一部分以及内部柜室；图3a-3d是部分断去后的示意截面图，它表示在冰箱或密封设备内的冷却系统的不同安装位置，冰箱或密封设备具有按本发明一个观点提出的超级绝热材料和内部空气流动道；图4a-4d是冰箱或密封设备部分断去后的示意截面图，它包含本发明一个观点提出的超级绝热材料、冷却系统和在不同位置的具有相变材料的热能储存箱；图5是部分为立面图，部分为部分断去后的截面图，它表示包含本发明一个观点提出的具有冷却系统的，图1中冰箱的门组件一些部分；图6a-6d是冰箱的部分立面图和部分为部分断去后的截面示意图，冰箱包含本发明一个观点提出的安装在门上的冷却系统，位于冰箱内部不同位置的相变材料和不同的空气流动控制系统；而图7是包含本发明另一实施例的冰箱或密封设备的等轴侧图。发明的详细说明结合图1至7可对本发明的最佳实施例及其优点得到最好的了解，相同的数字用于指示不同图中相同和相应的部件。
图1和2中表示的是包含本发明一个实施例的冰箱20。冰箱20的主要部件包括具有门组件22及安装于其上的冷却系统70的密封设备40。门组件22提供进入密封设备40内部的入口。安装在门组件22上的冷却系统70包括空气循环装置72和热电组件90。门组件22最好包括若干空气入口孔24和若干空气出口孔26。还设置有把手28和铰链(未表示)用于开关门22。冰箱20可进行运行以便将密封设备40中的温度维持在一个选定的温度范围内，该范围可高于或低于摄氏零度。
由图2可最好地看到，密封设备40最好包括外衬垫42和内衬垫44，而若干超级热绝缘板46则放置于其间。如下文将更详细解释的那样，门组件22的部分最好也包括超级热绝缘板46。还有，在本发明中不同于板46的其它超级热绝缘材料也可满意地使用。
内柜室60最好放置在密封设备40的内部之中以便将空气流动道62部分地限定在柜室60的外部和内衬垫44的内部之间。空气流动道62(图3a-d；4a-d)可用于提供“空气帘”，它进一步提高冷却系统70和冰箱20的总体性能。在下文将对设置这种空气帘的好处进一步加以说明。在内柜室60的内部最好设置若干搁板64用于将食品或其它易腐败的物品贮藏在冰箱20内。根据冰箱20的功能和设计用途，搁板64的数目和位置可加以改变。对某些应用，可包括一扇或多扇门作为内柜室60的部分。
热绝缘性能通常采用“R”值加以衡量，这里R是以HrFt2F/Btu(小时·英尺2·华氏度/英热量单位)为单位的热阻率。R值越高表示热绝缘性能越好。经常用每英寸的R值来比较不同热绝缘材料的热性能。例如玻璃纤维的每英寸的R值大约为3.2HrFt2F/Btu，而苯乙烯泡沫材料每英寸的R值大约为5HrFt2F/Btu。采用每英寸的R值大于20HrFt2F/Btu(R20/英寸)的热绝缘材料可得到本发明的最大好处。
在本专利申请中，名词“超级热绝缘板”指热绝缘材料，其每英寸R值(传输热能的阻力)大于约20(R20/英寸)。本发明可令人满意地采用多种类型的超级热绝缘板。这种具有高R值的超级热绝缘板的例子示于名为“高R超级热绝缘板的制造方法”的美国专利NO.5090981和名为“高R超级热绝缘板”的美国专利NO.5094899之中，在1992年12月23日存档的未审定美国专利申请系列号NO.07/993883中也说明了最佳超级热绝缘板，这三个参考文献已包含在本申请的各方面中作为参考。这些超级热绝缘板可从位于俄亥俄州，托利多的欧文斯-康宁玻璃纤维公司买到。对这些超级热绝缘板，欧文斯-康宁公司采用“AURA”作为商标。
示于图2和5中的超级热绝缘板46通常具有矩形形状。但是，对于本发明，具有正方形、椭圆形、圆形或任何其它几何形状的超级热绝缘板也可令人满意地被使用。参考图5，超级热绝缘板46最好包括具有第一壁50和第二壁52的密封外壳48。在外壳48中，在壁50和52之间可放置各类填充材料或热绝缘材料54以及支承结构56。外壳48最好由气体不渗透材料制成。通常，外壳48沿壁50和52的边缘加以密封以便保持外壳48内部所需的真空度。对某些应用，超级热绝缘板46可抽空到10-4托(10-4托为深层空间应用)至10托间的真空度。
美国专利NO.5090981和NO.5094899提出采用矿物纤维板和在纤维板板空隙中充填颗粒物质以便执行填充材料54和支承结构56的作用。名为“小型真空热绝缘”的美国专利NO.5157893提出采用球形玻璃或陶瓷珠子起填充材料54的作用，采用连续的金属薄板起支承结构56的作用。名为“真空热绝缘板和真空热绝缘板的制作方法”的美国专利NO.5252408提出采用颗粒活性炭、活化碳黑、硅胶或其它合适的混合物的压缩块以便执行填充材料54和支承结构56的作用。名为“冰箱柜室热绝缘用的真空热绝缘系统”的美国专利NO.5082335的提出采用一种真空热绝缘板，它具有许多密封间隔，其间包含微孔填充热绝缘材料。上述每个专利都已包含在本发明多个方面内以便参考。
在组装密封设备40时，超级热绝缘板46最好放置在内衬垫44和外衬垫42之间。同样，参考图5，在制作门组件22时，最好将超级热绝缘板46放置在内衬垫30和外衬垫32之间。如下文将更为详尽的介绍，孔34和36最好通过衬垫30和32而设置以便在将冷却系统70安装至门组件22上时使用。
冷却系统70的主要部件包括空气循环装置72和热电组件90。构成冷却系统70的不同部件可或者安装在门组件22的外部部分或者在门组件的内部部分，在其间放置有超级热绝缘板46。覆盖层38最好盖住门组件22的外部部分，而覆盖层39盖住门组件22的内部部分。如下文将更详尽的解说，覆盖层38和39起空气流动控制系统一部分的作用，以便在冷却系统70之内建立要求的空气流动道。
空气循环装置72最好包括电动马达74，它安装在门组件22的外部部分，靠近热电组件90。旋转轴76最好通过电动马达74和设置在衬垫30和32中的孔34而伸展。最好将诸如若干迷宫密封垫78的密封件装置放置在孔34和旋转轴76的邻近部分之间以便避免不希望有的空气流动和通过孔34沿旋转轴76的合成热能的传输。叶轮80最好在门组件22的外部部分固定在旋转轴76上。叶轮82最好在门组件22的内部部分固定在旋转轴76上。各种类型的螺旋桨和/或风扇叶可代替叶轮80和82安装在旋转轴76上。
热电组件90包括具有位于其相对两侧的第一热谭100和第二热谭102的热电装置92。热电装置92最好包括若干放置在导热板96和98之间的热电偶或热电元件94。对某些应用，板96和98可按要求由陶瓷和/或复合材料制成；当然，板96和98也可由其它电绝缘材料构成。热电元件94可从诸如铋碲化物材料中选择以便提供一组具有要求的热电特征的P-N结使热电装置92象热泵那样运行。
热电元件94最好在电学上是串联连接，而在热学上是并联连接的。可设置导电体或电源线(未表示)以便可以从12伏直流电源(未表示)供应电能。电源可以是电池、直流发电机、交流/直流转换器、或任何其它合适的直流电源。当向热电装置92供应直流电功率时，热量在以板98为代表的冷侧被吸收，通过热电元件或热电偶94，然后在板96的热侧被散失。
热电装置92的效率由于将第一热谭100与热板96相连接和将第二热谭102与冷板98相连接而大大地改进。第二热谭102最好包括放置在孔36之中的冷凝管104。诸如合成橡胶材料的各类密封体装置106可放置在冷凝管104的外部和孔36的内部之间以便阻止空气流动和在门组件22外部之间的热能向密封装置40内部的合成的不希望有的输送。冷凝管104与孔36和密封体装置106相结合以便提供用于将热电组件90安装在门组件22上的装置的一部分。冷凝管104可成形成第二谭102的整体部分。另外，冷凝管104也可构成独立部件，与热谭102和导热板98连接在一起。各类连接技术和安装方法可用于将第一热谭100和第二热谭102与热电装置92相固定。
所示的热谭100和102为肋片式热交换器，它们可由诸如铝或铜的适当材料冲压成单个组元。热谭100和102也可由具有所要求的热导率和强度特征在其它类型材料制成。此外，其它热交换结构，诸如针状肋片，开缝肋片或焊接肋片热谭也可用来代替图5中所示的单个组元冲压热谭100和102。
当对热电装置92供应直流电功率时，热能将从冰箱20的内部通过第二热谭102和冷凝管104流向导热板98。导热板98的热能被热电元件94传输至导热板96，并通过第一热谭100向冰箱20的外部散失或扩散。空气循环装置72邻近热谭100和/或热谭102而放置以促进空气循环，和通过热电组件90将来自冰箱20内部的热能传输到冰箱20的外部。名为“温度可调节野餐箱”的美国专利NO.4726193展示了一个用于热电装置的空气循环装置的例子，并经参考后被包含在本申请的多个方面之中。
可以采用各种技术和工艺将电热组件90安装在门组件22上。在将电热组件90安装在门组件22上时，其主要要求是要确保热电装置92的导热板98和冷凝管104能相互相邻地放置。同样，最好将热谭102和导热板98相互相邻地放置在热电装置92的相对侧。只要在热电装置92，冷凝管104和热谭100和102之间维持这一关系，各种类型的安装工艺都可令人满意地加以采用。
在本发明的许多应用中，冷却系统70最好安装在门组件22上。这一配置能使密封设备40中的焊接熔点数目达到最少。通过将冷却系统70放置在门组件22上，使冰箱20的维护、修理和/或生产大为容易。然而，本发明的一个重要特征是有可能按照采用所得到冰箱的特殊应用的要求来改变冷却系统70的位置。
图3a-3d是具有若干不同配置的冰箱120的示意图，其中包含本发明观点的冷却系统70可以安装在冰箱120中。图3a中，所示冷却系统70被安装在门组件122上。图3b中所示冷却系统70被安装在冰箱120的底部或下部分。图3c中所示冷却系统70被安装在冰箱120的后部。图3d中，所示冷却系统70被安装在冰箱120的顶部。冷却系统70位置改变的灵活性显示了热电装置与超级热绝缘材料相结合的重要优越性。
如图3a-3d所示，冰箱120最好包括放置在外衬垫42和内衬垫44之间的超级热绝缘材料146。如果需要，超级热绝缘材料146可以是与前述冰箱20中板46相仿的超级热绝缘板。另外，超级热绝缘材料146也可以不是由若干超级热绝缘板46，而是采用“箱中之箱技术”构成。与采用若干超级热绝缘板46相比，这种工艺使得形成的超级热绝缘材料146所具有的总体形状能更为接近密封设备40要求的形状。
现在参考图4a-4d，本发明的另一重要方面是包含有热能贮存箱110，其中放置有相变材料112。热能贮存箱110可旋转不同位置，可在门组件22的内部部分和/或在密封设备40的内部。图4a-4d展示了若干种配置，其中热能贮存箱110可以放置在包含本发明意图的冰箱220内，例如在门组件22上(图4a)，在底部部分(图4b)，在后部部分(图4c)，和在顶部部分(图4d)。
热能贮存箱110最好放置在空气流动道或空气帘62内。热能贮存箱110可如图4a-4d所示，简单地是一个在其中有相变材料112的矩形盒。然而，对很多应用情况，热能贮存箱110可包含若干纵向通道，它们使空气得以通过箱110，并使得从由此流过的空气向相变材料112的热能传输得以加强。
在某些应用情况，热能贮存箱110具有的几何形状可与热谭100和/或热谭102近似地相对应。其它诸如针状肋片、开缝肋片或焊接肋片热交换器的热交换器结构也可满意地用于热能贮存箱110。
各类相变材料112可令人满意地放置在热能贮存箱110内作为本发明的方面而加以使用。例如，在某些应用情况，水可以是用于本发明的令人满意的相变材料；与水有关的融化点是0℃。假如这对冰箱220的运行是合适的温度，那末水就可令人满意地用作热能贮存箱110内的相变材料112。
作为另一个例子，盐的水溶液也可用作相变材料112以便贮存和释放与重复凝结和融化相伴随的热能，在此期间相变材料的潜热能释放或吸收。在少数另一些例子中，石蜡油、有机盐、金属氢化物，或fullerine氢化物也可用作相变材料112。任何具有适宜的潜热特征和相变温度的化合物或混合物都可令人满意地在发明中应用。
名为“热能贮存综合体的容积热或冷贮存装置”的美国专利NO.4609036，和名为“环境驱动加热和冷却系统的相变贮能板”的美国专利NO.4290416提供了大量能满意地用于本发明的有关各类水化相变材料和结晶硫酸钠的资料。对于某些应用，采用盐的水溶液是令人满意的，它具有的融化点对应在冰箱220中可维持的低温。根据要求的冰箱220运行温度，可选择适当的相变材料112。上述两个专利经参考后都已包含在本申请的所有方面中。
通过超级热绝缘板46和/或超级热绝缘材料146的优点与具有相变材料112的热能贮存箱110的结合，冰箱220和冷却系统70的总体运行效率将大大地提高。在密封设备40内的热负荷是低的时候，冷却系统70可用于冷却相变材料112，使之从液相变到固相，并贮存与相变材料112相伴随的，形式为潜热特征的生成的“冷能”。当热负荷是高的时候，例如当门组件22被打开，食品放置在密封设备40内时，贮存在热能贮存箱110中的“冷能”将吸收热量，从而有助于冷却系统70将冰箱内的温度回复至其要求的运行水平。这样，采用相变材料可使应用热电组件90作为冷却系统70的一部分能得到的优点达到最佳。在大量使用冰箱220时，热电组件90将主要用于冷却密封设备40的内部及放置于其中的任何物品，而在冰箱220的使用不多时，例如在夜间，冷却系统70将用于把“冷能”贮存在相变材料112中。
可以包括一个旁路阀，以便如对图6c加以说明的，在相变材料112中的“冷能”用尽的情况下起辅助作用。
本发明能使冷却系统70和热能贮存箱110在按本发明生产的冰箱的有关空气流动道中的配置达到最佳。这样的实施例可以非常之多；在图6a-6d中分别展示的冰箱320，420，520和620就是本发明不同实施例中的某一些。
本发明包括各种空气流动控制系统，它们使冷却系统70和相关的热电阻件90以及热能贮存箱110的效率达到最大。空气流动控制系统的各种部件包括设置在门组件22的内部部分和外部部分中的空气循环装置72，空气流通道，以及在与本发明提出的每一冰箱相关的密封设备内部中的空气流动道。
如在图6a中热电冰箱320的某些应用中，冷却系统70安装在门组件22上，其中空气循环系统72则放置在热电组件90之上。这一布置使叶轮80能将空气通过入口24吸入至门组件22的外部部分，并将空气向下吹过第一热交换器100，然后通过出口26而吹出。安装在门组件22内部部分的叶轮82引导空气向下流过第二热谭102，然后通过门组件22下部分的空气流动出口108而流出。冰箱20和冰箱320最好具有相同的通过门组件22的外部部分和内部部分的空气流动道。箭头25表示在门组件22的外部部分的空气流动道。箭头27表示在门组件22的内部部分的空气流动道。
在图6a所示的实施例中，内柜室360被优先地放置在密封设备40中。与前述冰箱20使用的内柜室60相比，内柜室360在结构和尺寸上有很大的修改。热能贮存箱110被更为可取地沿着密封设备40的底部和后部部分而放置。内柜室360与空气出口108相配合，引导空气从第二热谭102流向热能贮存箱110。然后空气沿着密封设备40的后部向上流动，并向下流过搁板64。更为可取的是，内柜室360包括一个返回压力通风系统或压力通风室366，它引导空气流回至叶轮82。可以设置一扇内门368作为内柜室360的一部分以便有助于建立如图6a所示的要求的空气流动道。
由于包含在热能贮存箱110中的相变材料112对某些材料具有相当的重量，因此沿着密封设备40的底部和后部放置热能贮存箱110能为冰箱320提供强化的稳定性。对于冰箱320，优先择用的空气流动道是通过设备40底部的箱110，并沿着密封设备40的后部部分而上。然后空气能向外，向下流过搁板64。更为可取的是，内柜室360将具有内门368以便将空气流动引导返回至叶轮82。
再参考图6b，热电冰箱420包括安装在靠近门组件422下部分的冷却系统70，其中热电组件90位于空气循环装置72之上。这种布置造成空气从门组件422的底外部部分向上流过热交换器100，然后通过门组件422的上外部部分向外流出。冰箱420内的内空气流动道也是从叶轮82向上流过热交换器102，然后通过热能贮存箱110。内柜室60与门组件422和密封设备40的内部分配合，引导空气流过通道62返回至叶轮82。该空气流动控制系统在内柜室60周围造成一个空气帘以助于将冰箱40内部维持在要求的温度。
再参考图6c，热电冰箱520包括另一种空气流动控制系统。冰箱520的门组件522基本和前述说明的门组件422相同，除去热能贮存箱110已被移至密封设备40的上部部分。空气旁路阀504也安装在内柜室60中邻近热能贮存箱110。
在冰箱520正常运行期间，空气将从第二热谭102向上流动经过热能贮存箱110，然后现下流过放置在搁板64上的食品或其它物品。接着返回压力通风系统366引导空气流回至叶轮82。在高热负荷期间，诸如当门组件522被长时间地打开，和/或食品或其它物品，其温度高于冰箱520的内部温度，相变材料112可能变成用尽了。相变材料112成为用尽的一个例子是，假如将水用作相变材料112，一旦以冰出现的水全部融化，材料112的相变就完成了，就可说它是被用尽了，假如材料112被用尽，材料112从密封设备40吸收热量的能力就丧失了，事实上，材料112可能开始向循环通过它的空气传输热量。因此，希望将循环空气改道在材料112一旁通过，直至密封设备40内的温度达到要求的温度范围。旁路阀504就是为此的而设置。
旁路阀504可以放置在内柜室60之内，并与其连接有传感器或变送器用于引起旁路阀504将循环空气全部或部分地在密封设备40中从流过材料112进行改道。传感器可以是众多类型的传感器或变送器中的任何一种；例如，传感器是箱110中的温度传感器，或者是一种传感器用于测量箱110的膨胀/收缩，或是光学传感器，它根据透光程度以确定材料112的相。对所示的实施例，当传感器检测到相变材料112被用尽，旁路阀504移动至其第二位置，它部分地截止空气流入热能贮存箱110，并使空气得以直接流入的内柜室60。这样，空气流动旁路阀504使冷却系统70得以首先降低冰箱520内部中的温度而不是还冷却包含内部热能贮存箱110中的相变材料。其后，当冰箱520中的温度恢复至其要求范围，空气旁路阀504可回复至其第一位置，它允许冷空气(例如比相变材料112凝固点还冷)，通过热能贮存箱110而流动，并将“冷能”贮存在相变材料112中。这样，空气流动旁路阀504优化了空气分布和冰箱520的冷却能力。
再参考图6d，热电冰箱620与前述热电冰箱420相似，除了热能贮存箱110已被安装在密封设备40的顶部部分之内而不是安装在门组件，例如门组件522上。
对于前述的某些应用，内柜室360和/或60要包含一扇内门以助于设置要求的空气流动。对于其它的应用，不要求有内门，而在相关联的门组件22，422或522内部的覆盖层39将提供所要求的空气流动道。
图7叙述了本发明一个方面的一个修正实施例。密封设备720具有前门组件722和若干诸如侧壁742的侧壁，它们构成冰箱740。如前述一样，冰箱740最好是由超级热绝缘材料制成。冰箱740还可如前述一样包括热能贮存箱和相变材料。冰箱740的冷却系统位于顶部；展示的热潭100在顶部表面724与热电装置90相连接。图7的实施例不包含空气循环装置。
本发明可用于各类密封设备，诸如电子设备柜，药品贮藏柜，器管移植容器柜等。构成本发明的冷却系统70，超级热绝缘材料46和146，以及热能贮存箱110也不限于在冰箱中使用。
虽然对本发明及其优点进行了详尽的说明，但应理解，只要不脱离下述权利要求规定的发明精神和范围，各种改变，替换和变更都是可以改进的。
权利要求
1.一种装置，用于控制密封设备内部的温度，该密封设备具有一扇门以提供通向密封设备的入口，该装置包括安装在门上的热电装置，其中第一热潭放置在该热电装置的一侧，而第二热潭放置在该热电装置的另一侧；第二热潭被放置在门中的外部，而第二热潭被放置在门中的内部；用于相对第一热潭进行空气循环的装置；和用于相对密封设备内部和第二热潭进行空气循环的装置。
2.如权利要求1所述的装置，它还包括由热绝缘材料构成的密封设备，热绝缘材料的每英寸R值约大于20(R20/英寸)。
3.如权利要求1所述的装置，其中热电装置具有热侧和冷侧；和第一热潭和热侧相连接，而第二热潭和冷侧相连接。
4.如权利要求1所述的装置，其中空气循环装置包括安装在门上的电马达，并有一个叶轮与马达相连接。
5.如权利要求1所述的装置，它还包括内柜室，该内柜室被放置在密封设备内，并构成装置的一部分，该装置用于对相对第二热潭和密封设备内部的被选部分的空气循环进行指向。
6.如权利要求1所述的装置，其中相对第一热潭和相对密封设备内部以及第二热潭的空气循环装置包括安装在门上的电马达，马达具有通过电马达和门而延伸的旋转轴；旋转轴的第一端部从门中的外部伸出，而其第二端部从门中的内部伸出；和第一叶轮与旋转轴的第一端部相连接，而第二叶轮与旋转轴的第二端部相连接。
7.如权利要求1所述的装置，其中密封设备是由热绝缘材料构成的，且其中热绝缘材料是从一组包括填充有矿物纤维板的真空板，填充有玻璃珠的真空板和填充有微孔充填材料的真空板中选取。
8.如权利要求1所述的装置，还包括热能贮存箱，它被放置在密封设备内部之中；和贮存在热能贮存箱中的相变材料。
9.如权利要求8所述的装置，还包括空气旁路阀，用于对被相对密封设备内部和第二热潭进行空气循环的装置所循环的一部分空气进行指向，以便从热能贮存箱一旁通过。
10.如权利要求9所述的装置，还包括热传感器，而其中旁路阀是随热传感器而响应。
11.如权利要求8所述的装置，其中相变材料是从一组包括水，水化氯化钙和盐的物，有机盐，石蜡油，金属氢化物，fullerine氢化物和芒硝中选取。
12.一种热电冰箱，它包括密封设备，该密封设备具有五面壁和一个通向密封设备内部的开口；门组件，该门组件被安装在开口上，用于有选择地覆盖进入密封设备内部的入口；热电组件，用于将密封设备内部的温度维持在一个选定的范围之内；和壁，这些壁由每英寸的总体R值的大于20(R20/英寸)的超级热绝缘材构成。
13.如权利要求12所述的装置，其中超级热绝缘材料还包括若干真空板。
14.如权利要求12所述的装置，其中门组件包括超级热绝缘材料。
15.如权利要求14所述的装置，其中超级热绝缘材料包括若干真空板。
16.如权利要求13所述的装置，其中每块真空板还包括气密外壳，外壳内填充有选自一组包括矿物纤板，玻璃珠，和微孔充填材料的热绝缘材料。
17.如权利要求12所述热电冰箱，其中热电组件还包括热电装置，该热电装置具有放置在冰箱的外部的第一热潭和放置在冰箱内部的第二热潭；和用于相对密封设备内部和第二热潭进行空气循环的装置。
18.如权利要求17所述热电冰箱还包括被放置在冰箱内部之中的热能贮存箱；和贮存在热能贮存箱中的相变材料。
19.如权利要求18所述热电冰箱，其中相变材料是从一组包括水，水化氯化钙与其它盐的混合物，有机盐，石蜡油，金属氢化物，fullerine氢化物和芒硝中选取。
20.如权利要求12所述热电冰箱还包括安装在门上的热电装置，所具有的第一热潭放置在门中的上部，第二热潭放置在门中的内部；和门组件，它包括至少一块每英寸R值约大于20(R20/英寸)的真空板。
21.如权利要求12所述热电冰箱还包括热电组件，它被安装在门上，其具有的热电装置和第一热潭被放置在门中的外部，而第二热潭被放置在门中的内部；热能贮存箱，它被安装在门中的内部；和相变材料，被贮存在热能贮存箱之中。
22.如权利要求12所述热电冰箱还包括热电组件，它被安装在门组件上；热电组件还包括热电装置，其具有的第一热潭被放置在热电装置的一侧，而第二热潭被放置在热电装置的另一侧；第一热潭，它被放置在门中的外部，而第二热潭则被放置在门组件的内部；装置，它用于相对第一热潭进行空气循环；和装置，它用于相对密封装置的内部和安装在门组件上的第二热潭进行空气循环。
23.如权利要求12所述热电冰箱，还包括内柜室，它形成在内柜室的外部和密封设备的内部之间。
24.如权利要求23所述热电冰箱，还包括热能贮存箱，它被放置在空气流动道内；和相变材料，它贮存在热能贮存箱内。
25.如权利要求24所述热电冰箱，还包括空气旁路阀，用于将被相对密封设备内部和第二热潭进行空气循环的装置所循环的部分空气引导进入密封设备，而不通过热能贮存箱。
26.一种用于控制密封设备内温度的热电冰箱，该冰箱包括若干超级热绝缘壁，用于组成密封设备；一扇与若干超级热绝缘壁相连接的门，它用于提供通向密封设备的入口；热电装置，它被安装在门上，其具有的第一热潭被放置在该热电装置的第一侧，而第二热潭被放置在该热电装置的第二侧；热电装置的第一侧被放置在门中的外部，而热电装置的第二侧被放置在门中的内部；一个装置，用于相对第一热潭和相对密封设备的内部和第二热潭进行空气循环，该循环装置包括安装在门上的电马达，它所具有的旋转轴通过电马达和门而延伸，该旋转轴所具有的第一端部从门中的外部伸出，而其第二端部从门中的内部伸出，第一叶轮，它与旋转轴的第一端部相连接，和第二叶轮，它与旋转轴的第二端部相连接；热能贮存箱，它被放置在密封设备内部中；相变材料，它被贮存在热能贮存箱中和；空气旁路阀，它用于有选择地将在密封设备内部循环的部分空气至少部分在热能贮存箱一旁通过。
27.如权利要求26所述热电冰箱，其中超级热绝缘壁具有的每英寸的R值约大于20(R20/英寸)。
28.如权利要求26所述热电冰箱，其中超级热绝缘壁包括气体不渗透材料。
全文摘要
提出了一种冰箱，它将超级热绝缘材料(46)的优点与热电装置(90)和相变材料(110)相结合以便提出一种对环境有益的系统，这种系统能量高效，并能在持续时间间隔内维持相对均匀的温度，而需要的电能则相对的低。这种冰箱包括热电组件(90)，它具有包含有热的潭(100)和冷却的潭(102)的热电装置。超级热绝缘材料包括若干真空板。该冰箱由具有门(22)的密封设备构成。真空板可包含在密封设备的壁内和门内。通过将热电组件安装在门上，密封设备的生产简化，冰箱的总体R等级增加。
文档编号F25D19/00GK1146238SQ95191588
公开日1997年3月26日 申请日期1995年1月12日 优先权日1994年1月12日
发明者布赖恩·V·帕克, 小马尔科姆·C·史密斯, 迈克尔·D·吉利, 兰斯·克里斯科洛, 约翰·L·尼尔森, 拉尔夫·D·麦格拉斯 申请人:马洛工业公司, 海洋工程国际公司, 欧文斯·柯宁