多温区冰箱的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多温区冰箱，冷藏室位于冰箱箱体上半部分，所述冷冻室和变温室位于冰箱下半部分；热端重力热管的冷凝段管路向上排布在冰箱外壳左壁面内侧，冷端重力热管蒸发段管路向下排布在变温室内部后壁面及左右壁面，冷端重力热管的冷凝段通过导冷铜套与自由活塞斯特林制冷机的冷头相连接，所述热端重力热管的蒸发段通过导热铜套与自由活塞斯特林制冷机的热端相连。自由活塞斯特林制冷机具有制冷温区广、结构紧凑、低温制冷效率高等特点，结合重力热管传热效率高，结构简单的优点可使变温室达到最低?60℃的温度。该新型多温区冰箱可通过调节变频压缩机的工作频率，以及自由活塞斯特林制冷机的输入电压实现对冰箱内不同制冷温度的精确控制。
【专利说明】
多温区冰箱
技术领域
[0001]本发明涉及一种冰箱，特别涉及一种将斯特林制冷机压缩节流制冷结合的多温区冰箱。
【背景技术】
[0002]随着人们生活水平的提高，普通冰箱(温度高于-18°C)的冷冻功能逐渐无法满足人们对一些食品的冷冻要求，如一些海鲜需要在-40°C以下保存更好。以肉食品为例，在普通冰箱保存时，7°C冷藏不能超过2日，(TC冷藏不能超过5日，-18°C冷冻时，时间也不能超过I个月。对于需要长时间保存的食品，冷冻温度越低，越可抑制微生物生长繁殖和酶的活性，营养损失比较小，保存鲜度越好。
[0003]传统的家用冰箱制冷一般采用单级蒸汽压缩式节流制冷系统，由压缩机、冷凝器、节流部件和蒸发器四个基本部分组成，各个部分通过管道连接在一起组成一个封闭的系统。系统内充以一定量的制冷剂，制冷剂在系统内通过压缩、冷凝、节流、蒸发四个循环过程制冷。采用蒸汽压缩制冷的冰箱制冷速度快，制冷效果好，技术成熟，因此性能稳定、寿命长。采用蒸汽压缩制冷的冰箱工作时，压缩机在温控器的控制下间歇启停。当冰箱中的温度高于设定温度时，压缩机启动制冷，柜内温度降低，直至冰箱中的温度达到设定温度以下的某一临界值，压缩机停止工作，冰箱内温度开始上升。当温度上升至另一高于设定温度的临界值时，压缩机又开始启动工作。以上过程反复循环。因此，即使冰箱处于稳定状态，箱体中的温度也有周期性的波动，这对于一些像海鲜类的高级食品保存不利。而且单级蒸汽压缩节流制冷系统也很难实现-40°C以下的制冷温度，无法满足对一些食品保存的温度需求。
[0004]斯特林制冷循环由两个等温过程和等容过程组成，其理论循环效率为卡诺效率。相对来说，在低温制冷工况下采用斯特林制冷技术具有更高的制冷效率。斯特林制冷机采用气体膨胀制冷的闭式循环，由压缩单元与膨胀单元无阀连通而成。采用氦气作为制冷工质，不会对臭氧层产生破坏，是一种极其环保的制冷技术。自由活塞斯特林制冷机没有复杂的管路系统，压缩机和膨胀机集成在一起，具有运动部件少、无油润滑、不易磨损、可靠性高、寿命长、结构紧凑、重量轻、制冷效率高等优点，而且还具有控温精度高，满负荷和局部负荷下都具有较高的效率，通过调节输入电压即可控制制冷量和制冷温度。
[0005]热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，具有很高的导热性。重力热管只能单向导热，且冷凝段必须高于蒸发段。工作时，重力热管内部的工作液体在蒸发段吸热汽化成为蒸汽，蒸汽上升至冷却段释放热量重新凝结成液体，再依靠重力回流到蒸发段。本发明所使用的热管为两相闭式热虹吸管(重力热管)。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提出一种将自由活塞斯特林制冷机和压缩节流制冷系统相结合的多温区冰箱，实现食品对于不同保存温度的需求，该冰箱可实现最低-60°C的制冷温度，并且控温精度高，可靠性好。
[0007]本发明的技术方案为:一种多温区冰箱，包括冰箱箱体、制冷系统，所述冰箱箱体由冷藏室、冷冻室和变温室组成，所述冷藏室位于冰箱箱体上半部分，所述冷冻室和变温室位于冰箱下半部分;所述制冷系统由压缩节流制冷系统、自由活塞斯特林制冷机-热管系统构成，所述自由活塞斯特林制冷机-热管系统包括自由活塞斯特林制冷机、冷端重力热管、热端重力热管、导冷铜套和导热铜套，所述热端重力热管的冷凝段管路向上排布在冰箱外壳左壁面内侧，所述冷端重力热管蒸发段管路向下排布在变温室内部后壁面及左右壁面，所述冷端重力热管的冷凝段通过导冷铜套与自由活塞斯特林制冷机的冷头相连接，所述热端重力热管的蒸发段通过导热铜套与自由活塞斯特林制冷机的热端相连。
[0008]所述的导冷铜套为圆形铜套，一端开孔与自由活塞斯特林制冷机的冷头连接，圆形铜套内侧与自由活塞斯特林制冷机的冷头之间涂有导热硅脂，圆形铜套内设有圆环形凹槽，使传热工质R170在圆环形凹槽流动充分换热；所述圆形铜套侧面开有两个与圆环形凹槽连通的导冷小孔。
[0009]所述导热铜套为环形铜套，环形铜套内表面和自由活塞斯特林制冷机的热端之间涂有导热硅脂，环形铜套内部设有环形凹槽，使传热工质R600a在环形凹槽流动充分换热；环形铜套侧面开有两个与环形凹槽连通的导热小孔。
[0010]所述变温室的制冷温度范围为-60-10°C，变温室由自由活塞斯特林制冷机提供冷量;所述自由活塞斯特林制冷机是直线电机驱动的整体式自由活塞斯特林制冷机，自由活塞斯特林制冷机内部所用工质为氦气，自由活塞斯特林制冷机安装于冰箱的左侧中部，自由活塞斯特林制冷机尾部固定有减震块，并且减震块朝向冰箱箱体背板。
[0011 ]所述冷端重力热管包括第一冷端热管和第二冷端热管，第一冷端热管和第二冷端热管分别与导冷铜套侧面的第一、二导冷小孔连接，所述冷端重力热管管路向下倾斜15°角，内部所用工质为R170;所述热端重力热管包括第一热端热管和第二热端热管，第一热端热管和第二热端热管分别与导热铜套侧面的第一、二导热小孔连接，所述热端重力热管管路向下倾斜10°，内部所用工质为R600a。
[0012]与现有的冰箱相比，本发明的有益效果在于:
(I)由于采用自由活塞斯特林制冷机，可以使冰箱的最低制冷温度达到_60°C，并且可以通过改变驱动电压来调节压缩活塞行程，从而控制制冷量和制冷温度。可根据不同冷冻温度的要求分类保存食品。
[0013](2)由于将自由活塞斯特林与重力热管相结合，有效解决了自由活塞斯特林导冷和散热问题，并且与冰箱箱体紧密结合，增加了传热的高效性，安装简单，不占用箱体内部容积。
【附图说明】
[0014]图1是本发明所采用的自由活塞斯特林制冷机的示意图；
图2是本发明所用自由活塞斯特林制冷机冷端导冷铜套示意图；
图3是本发明所用自由活塞斯特林制冷机热端导热铜套示意图；
图4是本发明采用的自由活塞斯特林制冷机、导冷铜套、导热铜套的组合装配示意图； 图5是本发明的自由活塞斯特林制冷机及重力热管系统的组合装配示意图； 图6本发明的压缩节流制冷系统、自由活塞斯特林制冷机和重力热管系统的组合装配示意图；
图7是本发明的制冷系统及冰箱箱体组合正面视图；
图8是本发明的制冷系统及冰箱箱体组合背面视图；
图9是本发明冰箱的外型示意图；
图10是本发明的多温区冰箱的工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0015]为更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明:
如图1至图9所示，一种斯特林制冷机与压缩节流制冷相结合的多温区冰箱，包括冰箱箱体700、制冷系统。冰箱箱体700包括冰箱外壳706，显示屏707，冰箱门708，绝热层705。箱体内部空间有冷藏室701，位于冰箱上半部分，冷冻室703，位于冰箱下半部分右侧，变温室702，位于冰箱下半部分左侧，每个室内均有置物板704 ο显示屏707连接控制器800，既可显示各制冷室内的温度，也可以控制变频压缩机608的运行频率和自由活塞斯特林制冷机100的输入电压，可有效控制各室内的制冷温度。
[0016]制冷系统包括压缩节流制冷系统600和自由活塞斯特林制冷机-热管系统500。压缩节流制冷系统600包括:变频压缩机608，冷凝器604，干燥过滤器601，毛细管607，冷冻室集液器606，冷冻室蒸发器605，冷藏室集液器603，冷藏室蒸发器602。变频压缩机608位于冰箱底部，冰箱后侧变频压缩机位置处有通风口，便于将压缩机产生的热量排到环境中；冷凝器604位于冰箱右侧，安装于冰箱外壳706内侧，可将热量通过外壳传递到环境中；干燥过滤器601位于蒸发器604末端，将蒸发器604和毛细管607连接;毛细管607另外一端连接冷冻室蒸发器605，冷冻室蒸发器605，位于冰箱下半部分的右侧，用于給冷冻室703提供冷量;冷冻室蒸发器605和冷藏室蒸发器602相连，冷藏室蒸发器602排列与于冰箱上半部分，給冷藏室701提供冷量;冷藏室集液器603和冷冻室集液器606分别位于冷藏室蒸发器602和冷冻室蒸发器605入口端。
[0017]如图4，5所示，自由活塞斯特林制冷机-热管系统500由自由活塞斯特林制冷机系统400和热管系统构成，自由活塞斯特林制冷机系统400包括自由活塞斯特林制冷机100，导冷铜套200，导热铜套300。热管系统包括冷端重力热管、热端重力热管，其中，冷端重力热管由第一冷端热管503和第二冷端热管504组成，热端重力热管由第一热端热管501和第二热端热管502组成。为使其正常工作，导冷的第一冷端热管503和第二冷端热管504的管路向下倾斜15°角，导热的第一热端热管501和第二热端热管502的管路向下倾斜10°角。自由活塞斯特林制冷机100安装于冰箱中间偏左部位，可方便连接第一热端热管501和第二热端热管502以及第一冷端热管503和第二冷端热管504。螺栓102可将制冷机的减震块101固定在自由活塞斯特林制冷机100尾部上。
[0018]第一热端热管501和第二热端热管502中所用工质为R600a，排布在冰箱左侧面上半部分，冰箱外壳706内侧，下端分别和导热铜套300上的第一、二导热小孔301，302连接，用于为自由活塞斯特林制冷机100的热端103散热;第一冷端热管503和第二冷端热管504中所用工质为R170，折叠排布在变温室702内侧，上端分别与导冷铜套上的的第一、二导冷小孔202、203连接，将自由活塞斯特林制冷机100的冷头104产生的冷量传递到变温室702内。导冷铜套200和导热铜套300内部均有凹槽使工质在其中流动相变换热。
[0019]如图2所示，导冷铜套200为圆形铜套，一端开孔与自由活塞斯特林制冷机100的冷头104连接，圆形铜套内侧与自由活塞斯特林制冷机100的冷头104之间涂有导热硅脂，圆形铜套内设有圆环形凹槽201，使传热工质R170在圆环形凹槽201流动充分换热；圆形铜套侧面开有两个与圆环形凹槽201连通的第一、二导冷小孔202、203。
[0020]如图3所示，导热铜套300为环形铜套，环形铜套内表面和自由活塞斯特林制冷机100的热端103之间涂有导热硅脂，环形铜套内部设有环形凹槽303，使传热工质R600a在环形凹槽303流动充分换热；环形铜套侧面开有两个与环形凹槽303连通的第一、二导热小孔301、302。
[0021]如图10所示，在压缩节流制冷系统600中，工质经变频压缩机608压缩后成为高温高压气体，由压缩机608出口流入冷凝器604，在冷凝器604中冷凝放热后变为低温高压液体，经过毛细管607节流后变为低温低压液体，进入冷冻室蒸发器605蒸发吸热，然后继续进入冷藏室蒸发器602吸收热量，为冷冻室703和冷藏室701提供冷量。经过蒸发过程后工质变为低温低压气体，流进入变频压缩机608，完成压缩节流循环过程。自由活塞斯特林制冷机的冷端接第一冷端热管503和第二冷端热管504，其工质为R170，在导冷铜套200内冷凝后变为液态，在重力作用下向下流动，在变温室702内的蒸发段蒸发吸热变为气态，然后向上流动回到导冷铜套200内，完成循环过程。自由活塞斯特林热端接第一热端热管501和第二热端热管502，其工质为R600a，在导热铜套300内蒸发为气体向上流动，在冷凝段冷凝放热后变为液态，在重力作用下流回导热铜套300。显示屏707连接控制器800，既可显示各制冷室内的温度，也可以控制变频压缩机608的运行频率和自由活塞斯特林制冷机100的输入电压，达到精确控制各室内的制冷温度。
【主权项】
1.一种多温区冰箱，包括冰箱箱体(700)、制冷系统，其特征在于:所述冰箱箱体(700)由冷藏室(701)、冷冻室(703)和变温室(702)组成，所述冷藏室(701)位于冰箱箱体(700)上半部分，所述冷冻室(703)和变温室(702)位于冰箱下半部分;所述制冷系统由压缩节流制冷系统(600)、自由活塞斯特林制冷机-热管系统(500)构成，所述自由活塞斯特林制冷机-热管系统(500)包括自由活塞斯特林制冷机(100)、冷端重力热管、热端重力热管、导冷铜套(200)和导热铜套(300)，所述热端重力热管的冷凝段管路向上排布在冰箱外壳(706)左壁面内侧，所述冷端重力热管蒸发段管路向下排布在变温室(702)内部后壁面及左右壁面，所述冷端重力热管的冷凝段通过导冷铜套(200)与自由活塞斯特林制冷机(100)的冷头(104)相连接，所述热端重力热管的蒸发段通过导热铜套(300)与自由活塞斯特林制冷机(100)的热端(I 03)相连。2.根据权利要求书I所述的多温区冰箱，其特征在于:所述的导冷铜套(200)为圆形铜套，一端开孔与自由活塞斯特林制冷机(100)的冷头(104)连接，圆形铜套内侧与自由活塞斯特林制冷机(100)的冷头(104)之间涂有导热硅脂，圆形铜套内设有圆环形凹槽(201)，使传热工质R170在圆环形凹槽(201)流动充分换热;所述圆形铜套侧面开有两个与圆环形凹槽(201)连通的导冷小孔。3.根据权利要求书I所述的多温区冰箱，其特征在于:所述导热铜套(300)为环形铜套，环形铜套内表面和自由活塞斯特林制冷机(100)的热端(103)之间涂有导热硅脂，环形铜套内部设有环形凹槽(303)，使传热工质R600a在环形凹槽(303)流动充分换热;环形铜套侧面开有两个与环形凹槽(303)连通的导热小孔。4.根据权利要求书I述的的多温区冰箱，其特征在于:所述变温室(702)的制冷温度范围为-60-10°C，变温室(702)由自由活塞斯特林制冷机提供冷量;所述自由活塞斯特林制冷机(100)是直线电机驱动的整体式自由活塞斯特林制冷机，自由活塞斯特林制冷机(100)内部所用工质为氦气，自由活塞斯特林制冷机(100)安装于冰箱的左侧中部，自由活塞斯特林制冷机(100)尾部固定有减震块(101)，并且减震块(101)朝向冰箱箱体背板。5.根据权利要求1-4任一项所述的多温区冰箱，其特征在于:所述冷端重力热管包括第一冷端热管(503)和第二冷端热管(504)，第一冷端热管(503)和第二冷端热管(504)分别与导冷铜套(200)侧面的第一、二导冷小孔(202、203)连接，所述冷端重力热管管路向下倾斜15°角，内部所用工质为R170;所述热端重力热管包括第一热端热管(501)和第二热端热管(502)，第一热端热管(501)和第二热端热管(502)分别与导热铜套(300)侧面的第一、二导热小孔(301、302)连接，所述热端重力热管管路向下倾斜10°，内部所用工质为R600a。
【文档编号】F25D11/02GK106052258SQ201610578387
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】陈曦, 武飞, 任道顺, 张华
【申请人】上海理工大学