專利名稱：用于冰箱的兩用蒸發(fā)器系統(tǒng)的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種用于家用冰箱的改進的蒸發(fā)器配置。
已有技術

圖1示出了一采用單個蒸發(fā)器10的傳統(tǒng)的無霜冰箱。在壓縮機(未圖示)運行的同時，風扇12使空氣經過蒸發(fā)器10，藉以使空氣冷卻。大多數(shù)冷空氣進入冷凍室14。一小部分冷空氣被用來冷卻新鮮食品冷藏室16。當蒸發(fā)器風扇12和壓縮機停止運轉時，電加熱器18通電，使蒸發(fā)器盤管化霜。所有具有自動化霜功能的美國冰箱都采用以上的配置。
圖1所示配置的主要優(yōu)點是簡單和低成本，這是因為只采用了一個蒸發(fā)器和一個風扇。與雙蒸發(fā)器系統(tǒng)相比，單個蒸發(fā)器盤管還可降低空間方面的需求。
圖1所示的傳統(tǒng)配置的主要缺點是，由于采用具有單個蒸發(fā)溫度的制冷劑來冷卻兩個室，因而帶來相關的高能耗。制冷劑的溫度必須低于冷凍室溫度，而一個高效的系統(tǒng)可以利用比冷凍室所需溫度高30至40F的蒸發(fā)器溫度來冷卻新鮮食品。由于大約一半的制冷載荷來自新鮮食品冷藏室，對采用兩個蒸發(fā)溫度的系統(tǒng)來說，可能實現(xiàn)高達20％或更多的節(jié)能效果。
已經有若干種類型的采用兩個蒸發(fā)器的冰箱?！皬娏Α钡姆桨甘牵捎脙蓚€完全獨立的、具有兩個壓縮機的回路。由于附加了若干元件，此方法會使成本升高。此外，由于小功率壓縮機的效率較差，若采用二個較小的壓縮機來代替一個較大的壓縮機，理論上的節(jié)能效果會被這種低效率所抵消。
洛倫茲(Lorenz)循環(huán)是另一種采用兩個蒸發(fā)器的方案。它采用了兩個基本處于相同蒸發(fā)壓力的串聯(lián)的蒸發(fā)器。兩種蒸發(fā)溫度是借助當工作流體與內部熱交換器的結合時兩種或多種制冷劑的非共沸(zeotropic)混合物來實現(xiàn)的?；旌衔锏恼舭l(fā)溫度會隨著揮發(fā)組份的逐漸蒸發(fā)以及含揮發(fā)組份越來越少的液體的變濃而升高。采用一內部熱交換器是為了產生兩個蒸發(fā)溫度。試驗表明，在采用碳氫化合物或HCFCs(氫氯氟碳)化合物的情況下，這種配置能實現(xiàn)20％的節(jié)能效果。主要問題是，無法找到一種不可燃的、不含氯的、合適的制冷劑化合物。如何在一種混合物中使每個室都達到正確的制冷劑補給也是一個需要解決的問題。
另一些冰箱采用一電磁閥在兩個蒸發(fā)器之間切換。在一種典型的配置中，可以對冷凍室蒸發(fā)器連續(xù)地冷卻，并且僅在需要冷卻新鮮食品冷藏室時，利用電磁閥使制冷劑進入第二蒸發(fā)器。這種配置常見于亞洲的冰箱，它可以對每個室實現(xiàn)獨立的溫度控制。由于當新鮮食品冷藏室制冷時，制冷劑溫度還是在冷凍溫度之下，所以通常不能實現(xiàn)顯著的節(jié)能。
美國專利5,406,805揭示了一種串聯(lián)的制冷系統(tǒng)，它是對雙蒸發(fā)器構造的最新的改進。這種已有技術的系統(tǒng)采用了兩個強制對流型蒸發(fā)器，它們分別用于冷凍室和冷藏室，每個蒸發(fā)器均具有其專用風扇。在某一時間，控制器只讓一個蒸發(fā)器風扇運轉。當壓縮機剛開始運行時，只有新鮮食品冷藏室的蒸發(fā)器的風扇運轉。一旦新鮮食品冷藏室被冷卻，控制器使新鮮食品冷藏室的風扇停轉，然后使冷凍室風扇運轉。化霜是這樣實現(xiàn)的，即，只讓新鮮食品冷藏室的風扇運轉，并驅動一具選擇性的電磁閥，使制冷劑在兩個蒸發(fā)器之間自由地循環(huán)。借助溫差環(huán)流效應，可以利用新鮮食品冷藏室的熱量來對冷凍室蒸發(fā)器進行化霜，無需一電加熱器。這種化霜方法需要新鮮食品蒸發(fā)器實際地低于冷凍室蒸發(fā)器，從而允許自然的對流工作。試驗證明，與傳統(tǒng)的單蒸發(fā)器系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)能實現(xiàn)10-20％的節(jié)能效果。雖然這種串聯(lián)系統(tǒng)是對傳統(tǒng)單蒸發(fā)器系統(tǒng)的一種主要的改進，但它仍需要兩個蒸發(fā)器和兩個蒸發(fā)器風扇。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明的一個目的在于，提供一種比目前市售的傳統(tǒng)冰箱能更有效運行的冰箱。本發(fā)明的另一個目的在于，只借助一個蒸發(fā)器和一個蒸發(fā)器風扇就能提供已有技術的串聯(lián)型制冷系統(tǒng)所能獲得的各種益處，從而降低系統(tǒng)成本并提高其效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有一新鮮食品冷藏室和一隔開的冷凍室的冰箱設備。第一和第二壁將冷凍室與新鮮食品冷藏室隔開，并在其間限定了一空腔，該空腔容納了一用于使冷空氣交替地循環(huán)流過新鮮食品冷藏室和冷凍室的可逆風扇裝置。第一壁將空腔與冷凍室隔開，而第二壁將空腔與新鮮食品冷藏室隔開。該冰箱設備還包括一單個壓縮機，一冷凝器和一位于空腔內的單個蒸發(fā)器。由多個相互連接的管子構成的制冷劑回路使制冷劑依次流過壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器，最后返回壓縮機?？赡娴娘L扇裝置位于所述空腔內，用于產生沿第一方向流過冷凍室的循環(huán)空氣流，以及沿著與第一方向相反的第二方向流過新鮮食品冷藏室的冷空氣流。至少第一對空氣閥位于第一和第二壁內，并處于可逆風扇裝置的相對兩側，其中之一可響應于沿第一流動方向的空氣流而打開，并響應于沿第二流動方向的空氣流而關閉；第一對空氣閥中的另一個空氣閥可響應于沿第二流動方向的空氣流而打開，并響應于沿第一流動方向由風扇產生的空氣流而關閉。
在一較佳實施例中，該冰箱設備還包括位于空腔兩端的第二對空氣閥，可逆風扇裝置位于該對空氣閥之間。在這個較佳實施例中，第一壁中的兩個空氣閥可響應于沿第一方向的空氣流而打開，并響應于沿第二方向的空氣流而關閉。同樣地，第二壁中的兩個空氣閥可響應于沿第二方向的空氣流而打開，并響應于沿第一方向的空氣流而關閉。
在該較佳實施例中，可逆的風扇裝置包括一單個的風扇，它可借助一可逆電動機驅動而交替地正轉和反轉。
在一較佳實施例中，第一和第二壁中的空氣閥是單通的瓣閥。
因此，本發(fā)明可提供如下優(yōu)點1.采用一單個蒸發(fā)器即可為冷凍室和新鮮食品冷藏室提供有效的、獨立的制冷；2.采用可逆風扇和控制閥門的簡單組合即可為新鮮食品冷藏室或冷凍室提供直接制冷。
3.采用溫度較高的液態(tài)制冷劑，而不是用單獨的加熱源來提高與瓣閥接觸點的溫度，從而防止瓣閥冷凍地閉合；以及4.采用來自新鮮食品冷藏室的空氣對用于冷凍室的同一蒸發(fā)器盤管進行化霜。
附圖簡要說明附圖中圖1是一具有冷凍室和新鮮食品冷藏室的已有技術的冰箱的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一較佳實施例的以冷凍室制冷方式工作的示意圖；圖3是圖2所示的較佳實施例以一種組合化霜的方式進行工作的示意圖，所述組合化霜也就是同時以新鮮食品冷藏室制冷方式和冷凍室化霜方式來進行工作；以及圖4是一個完整的制冷循環(huán)示意圖，其中包括圖2和圖3所示的蒸發(fā)器。
對較佳實施例的描述圖2和圖3示出了本發(fā)明的一個較佳實施例，它采用了一個可逆風扇20以及四個瓣閥或空氣閥22、24、26和28，可以對這些構件加以控制而讓單個蒸發(fā)器30交替地冷卻新鮮食品冷藏室32和冷凍室34。瓣閥22-28可充當單通閥或止回閥，它們只允許空氣單向地流動。因此，當風扇20吹向附圖的左側時，空氣流將冷凍室的空氣閥26和28打開，讓冷空氣(即，通過蒸發(fā)盤管30而得以冷卻的空氣)循環(huán)經過冷凍室。當空氣流到附圖的左側時，也就是在冷凍室制冷的方式下，空氣閥22和24的閥瓣被強制地關閉。當風扇20反轉而建立起一個通過空腔36至附圖右側的空氣流時，各空氣閥也都反過來建立起一個與冷凍室化霜方式相結合的新鮮食品冷藏室制冷方式，如圖3所示。因此，在圖3中，風扇20建立起一個通過空腔36和通過新鮮食品冷藏室32的空氣流。在方式下，空氣閥22和24的閥瓣被空氣流強制地打開，而空氣閥26和28的閥瓣被關閉。在圖3所示的構造中，來自新鮮食品冷藏室的空氣流過蒸發(fā)器盤管，使堆積于其上的冰融化，從而對蒸發(fā)器盤管起到了化霜的作用。融化的冰還能為新鮮食品冷藏室12提供有用的冷卻作用。因此，化霜的能量需求幾乎為零，與傳統(tǒng)的冰箱相比，可以節(jié)約總能量的5-10％。
空氣閥22、24、26和28的閥瓣應該用重量很輕的材料制成并具有足夠的剛度，以便讓這些閥瓣能被來自風扇的空氣壓力推動，同時又能防止回流?？捎脕碇圃爝@種閥瓣的合適材料是雙面光滑的剛性聚苯乙烯薄片。為了解決在空氣閥的閥瓣上形成冰的可能性，如圖2和圖3中標號38和39所示，閥瓣處于閉合位置的接觸點可以是管道，這些管道可以接收來自制冷劑回路(參見圖4)的熱制冷劑液體。與傳統(tǒng)的在冰箱中采用電加熱器的方法相比，利用液態(tài)制冷劑來加熱閥瓣表面可以通過兩種途徑來實現(xiàn)節(jié)能。第一，液態(tài)制冷劑無需附加的電能來提供熱量。第二，制冷劑液體可以對蒸發(fā)器施加一附加的冷卻作用，從而抵消蒸發(fā)器所產生的熱量。第二個優(yōu)點意味著除了液態(tài)制冷劑所提供的之外，不需要附加的壓縮機能量來去除熱量。這些組合效應不包含用于加熱的能量損失，也就是說，利用制冷劑液體來進行加熱，使能量損失幾乎為零。
雖然圖2和圖3所示的實施例中有四個空氣閥，但如果冷凍室和新鮮食品冷藏室之間的空氣泄漏是可接受的，那么也可以去除其中的兩個空氣閥。利用兩個空氣閥來工作的合理構造是，在管道或空腔38的相對兩端分別設置一個冷凍室空氣閥和一個新鮮食品冷藏室空氣閥。為提供足夠的控制，至少需要兩個這樣的空氣閥。
較合適的是，圖2和圖3中的可逆風扇20是一個螺槳型風扇，它帶有一可使其反向旋轉的電動機。在一變化型實施例中，采用串聯(lián)的兩個風扇，它們向著相反的方向吹，在任何時候只有一臺風扇工作。該變化型實施例的優(yōu)點是無需一可逆風扇，缺點是需要一第二風扇。與該變化型實施例相關的一個問題是，空氣必須流過不工作的那個風扇，這樣就限制了空氣流并產生附加的壓力差。
圖4示出了整個制冷回路，其中包括如圖2和圖3所示的蒸發(fā)器30。如圖4所示，從蒸發(fā)器30排出的被蒸發(fā)的制冷劑受到引導，依次經過一壓縮機40、一冷凝器42、熱制冷劑液體管道38，39、吸入成液體(suction-to-liquid)熱交換器31、帽蓋管33，最后返回蒸發(fā)器30。吸入成液體型熱交換器31位于熱液體管道的下游。如圖4進一步所示，只要空氣閥的表面保持足夠地熱從而允許空氣閥能自由地工作，也可以將吸入成液體型熱交換器31的一部分設置在熱液體管道的上游。家用冰箱內通常包括吸入成液體型(也可稱之為吸入管型)熱交換器，這種熱交換器利用熱的冷凝液體來使傳向壓縮機的吸入氣體(氣態(tài)制冷劑)變熱，從而可改善循環(huán)特性，并降低吸入氣體從周圍環(huán)境獲得不必要的熱量。用于操作圖4所示制冷系統(tǒng)的不同控制方式如下表所示。
表格控制方式的概括
在工作中，當新鮮食品冷藏室32內的溫度升高到一預定溫度以上，一熱傳感器或溫度自動調節(jié)器提供一信號，表示需要制冷。響應于這樣一個信號，風扇20以新鮮食品冷藏室制冷方式來進行工作，如圖3所示。來自新鮮食品冷藏室的循環(huán)空氣經過蒸發(fā)器30，使制冷劑蒸發(fā)并以氣態(tài)排出蒸發(fā)器30。在通過壓縮機40之后，制冷劑處于高壓和高溫狀態(tài)(對制冷劑R12而言，大約為140-180°F)。隨著制冷劑流過冷凝器42，通過自然的對流和/或強制對流(如果有一風扇的話)可去除熱量。隨后，制冷劑排出冷凝器，其壓力大約與在冷凝器入口處相同，而完全變成液體的制冷劑的溫度則為大約90°F(或者是大約高于周圍環(huán)境溫度10°F)。
因此，本發(fā)明借助一種簡單、低成本和緊湊的單蒸發(fā)器系統(tǒng)兼有了雙蒸發(fā)器系統(tǒng)的節(jié)能效果。與串聯(lián)制冷系統(tǒng)相比，本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，當冷凍室位于新鮮食品冷藏室的下方時，本發(fā)明的化霜仍可以工作得很好。
在不偏離本發(fā)明的精神或實質特性的情況下，還可以用其它特定的形式來實施本發(fā)明。因此，以上的各實施例僅僅是為了說明而不是限制，本發(fā)明的保護范圍應由所附權利要求書而不是以上的說明書來限定，所有落入各權利要求范圍的等價的變換都應涵蓋在權利要求書的保護范圍內。
權利要求
1.一種冰箱設備，包括一新鮮食品冷藏室；一冷凍室；將所述冷凍室與所述新鮮食品冷藏室隔開并在其間限定了一空腔的第一和第二壁，所述第一壁將所述空腔與所述冷凍室隔開，所述第二壁將所述空腔與所述新鮮食品冷藏室隔開；一位于所述空腔內的單個蒸發(fā)器；一冷凝器；一單個壓縮機；一制冷劑回路，包括多個管道，用于讓制冷劑依次流過所述壓縮機、所述蒸發(fā)器、所述冷凝器，最后返回所述壓縮機；可逆的風扇裝置，用于產生沿第一方向通過所述空腔并流過所述蒸發(fā)器的空氣流，以及沿第二方向通過所述空腔并流過所述蒸發(fā)器的空氣流；一位于所述第一壁內、在所述空腔一端的第一空氣閥，所述第一空氣閥可響應于沿所述第一流動方向的空氣流而打開，從而建立一個流過所述冷凍室的循環(huán)空氣流，并響應于沿所述第二流動方向的空氣流而關閉；一位于所述第二壁內、在所述空腔的與前述那一端相對的一端上的第二空氣閥，所述可逆風扇裝置位于所述第一和第二空氣閥之間，所述第二空氣閥可響應于沿第二流動方向的空氣流而打開，從而建立一個流過所述新鮮食品冷藏室的循環(huán)空氣流，并響應于沿所述第一流動方向的空氣流而關閉；以及用于使所述空氣流在所述第一和第二方向之間切換的控制裝置。
2.如權利要求1所述的冰箱設備，其特征在于，它還包括一位于所述第一壁內、在所述空腔的所述相對端上的第三空氣閥，所述可逆風扇裝置位于所述第一和第三空氣閥之間，所述第三空氣閥響應于沿所述第一流動方向的空氣流而打開，并響應于沿所述第二流動方向的空氣流而關閉；以及一位于所述第二壁內、在所述一端上的第四空氣閥，所述可逆風扇位于所述第二和第四空氣閥之間，所述第四空氣閥可響應于沿所述第二流動方向的空氣流而打開，并響應于沿所述第一流動方向的空氣流而關閉。
3.如權利要求1所述的冰箱設備，其特征在于，所述第一和第二空氣閥是單通的瓣閥。
4.如權利要求2所述的冰箱設備，其特征在于，所述第一和第二空氣閥是單通的瓣閥。
5.如權利要求1所述的冰箱設備，其特征在于，所述可逆的風扇裝置包括一單個的風扇和一用于可逆地驅動所述單個風扇的可逆電動機。
6.如權利要求2所述的冰箱設備，其特征在于，所述可逆的風扇裝置包括一單個的風扇和一用于可逆地驅動所述單個風扇的可逆電動機。
7.如權利要求3所述的冰箱設備，其特征在于，所述可逆的風扇裝置包括一單個的風扇和一用于可逆地驅動所述單個風扇的可逆電動機。
8.如權利要求4所述的冰箱設備，其特征在于，所述可逆的風扇裝置包括一單個的風扇和一用于可逆地驅動所述單個風扇的可逆電動機。
9.一種制冷方法，包括如下提供一個包括一新鮮食品冷藏室和一冷凍室的冰箱，第一和第二壁將所述冷凍室與新鮮食品冷藏室隔開，并在其間限定了一空腔，所述第一壁將所述空腔與所述冷凍室隔開，所述第二壁將所述空腔與所述新鮮食品冷藏室隔開；一位于所述第一壁內、在所述空腔一端的第一空氣閥可響應于沿所述第一流動方向的空氣流而打開；一位于所述第二壁內、在所述空腔的與前述那一端相對的一端上的第二空氣閥，可逆風扇位于所述第一和第二空氣閥之間；一位于所述空腔內的單個蒸發(fā)器；一冷凝器；以及一單個壓縮機；使制冷劑流體依次循環(huán)流過所述壓縮機、所述蒸發(fā)器、所述冷凝器，最后返回所述壓縮機；交替地產生一沿第一方向流過所述空腔、所述蒸發(fā)器和所述第一空氣閥的空氣流，從而使空氣流循環(huán)流過冷凍室，并產生一沿第二方向流過所述空腔和所述蒸發(fā)器的空氣流，以打開所述第二空氣閥，關閉第一空氣閥，從而使空氣循環(huán)流過新鮮食品冷藏室；以及有選擇地關停壓縮機，借助沿所述第一流動方向的空氣流對冷凍室進行化霜。
全文摘要
本發(fā)明的冰箱設備包括一新鮮食品冷藏室(32)和一冷凍室(34),在這兩個室之間帶有一空腔或管道(36),它可以容納一單個蒸發(fā)器(30)和至少一個用于在空腔(36)內建立雙向空氣流的風扇(20),即流過空腔(36)和新鮮食品冷藏室(32)的空氣流,以及流過空腔(36)和冷凍室(34)的空氣流。單通空氣閥(22,24,26,28)位于空腔(36)的相對兩端,并處在風扇(20)的相對兩側,且在食品冷藏室和空腔之間建立連通關系。單通空氣閥可選擇地允許建立起通過空腔(36)流至新鮮食品冷藏室(32)的空氣流或通過空腔(36)和冷凍室(34)的空氣流。若以新鮮食品冷藏室制冷的方式進行工作,來自新鮮食品冷藏室(32)并循環(huán)流過蒸發(fā)器盤管(30)空氣可用于蒸發(fā)器盤管的化霜。
文檔編號F25D17/06GK1275192SQ98809204
公開日2000年11月29日 申請日期1998年4月23日 優(yōu)先權日1997年9月19日
發(fā)明者W·L·科普科 申請人:美國環(huán)境保護署