Комбинированное устройство охлаждения и создания вакуума - RU2369809C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к комбинированному устройству охлаждения и создания вакуума, содержащему цепь охлаждения, предпочтительно содержащую компрессор для сжимания хладагента, конденсатор для конденсации хладагента, поступающего из компрессора, расширительное приспособление для понижения давления в хладагенте и, по меньшей мере, один испаритель для испарения хладагента, причем цепь охлаждения разделена на ветвь высокого давления и ветвь низкого давления, средства для создания вакуума внутри контейнера.

Известно, что наиболее широко распространенный способ сохранения пищевых продуктов состоит в размещении их в такие холодильные устройства, как, например, холодильники, морозильные камеры или подобные устройства, так как при низкой температуре снижается биологическая активность, и процессы изменения пищевых продуктов замедляются.

Охлаждение указанных холодильных устройств и, следовательно, пищевых продуктов, содержащихся в них, происходит известным образом, т.е. указанные устройства оснащены цепью охлаждения, содержащей компрессор, конденсатор, расширительное устройство и испаритель.

Задача компрессора заключается в сжатии хладагента, обычно R134a или R600a, который, таким образом, достигает высокого давления, и передачи его в газообразном состоянии на конденсатор, в котором хладагент конденсируется и становится жидкостью высокого давления.

Затем хладагент под высоким давлением проходит через расширительное приспособление, которое является элементом, установленным между конденсатором и блоком испарителя цепи охлаждения, назначение которого состоит в резком снижении давления в хладагенте. Следовательно, расширительное приспособление создает разность давлений. Наличие разности давлений в цепи охлаждения является очень важным, так как она вызывает изменение точки кипения хладагента. Без этого изменения давления цепь охлаждения будет просто контейнером хладагента, так как указанный хладагент не будет резко понижать свою температуру до нескольких десятков °C ниже нуля и, следовательно, замораживание не произойдет.

Затем хладагент, находящийся в расширительном приспособлении, который обычно состоит из небольшой трубки, называемой «капилляром», направляется на испаритель, который проходит внутри стенок холодильного устройства для поглощения тепла из камеры, которую требуется охладить. Поглотив тепло, хладагент испаряется и переходит в газообразное состояние, это позволяет осуществлять процесс охлаждения в холодильном устройстве.

Хладагент, находясь в газообразном состоянии, затем отводится компрессором для повторения холодильного цикла.

Другой способ хранения пищи также известен, который состоит в размещении пищевых продуктов в специальные контейнеры, в которых создается вакуум для снижения химических процессов и биологической активности из-за недостатка кислорода, таким образом, замедляя порчу пищевых продуктов. Вакуумный способ позволяет достигать хороших результатов хранения при условии, что обеспечивается оптимальный уровень вакуума.

Создание вакуума внутри пищевых контейнеров происходит известным образом, в частности, с использованием цепи для создания вакуума, содержащей электродвигатель, насос и канал, соединенный с пищевым контейнером. При включении электродвигателя вакуумный насос выполняет всасывающее действие, который через соединительный канал всасывает воздух, находящийся внутри контейнера, таким образом создавая там вакуум.

В известных охладительных устройствах указанные способы хранения пищевых продуктов иногда объединяли вместе, стремясь достичь суммарного результата для увеличения времени хранения пищевых продуктов.

В действительности отдельные известные холодильные устройства, в частности холодильники, морозильные камеры или подобные устройства, оснащены цепью охлаждения для замораживания плюс цепью для создания вакуума внутри пищевых контейнеров.

В соответствии с известными решениями цепь охлаждения и схема для создания вакуума разделены. Следовательно, указанное холодильное устройство имеет несколько недостатков, обусловленных большим количеством элементов, составляющих цепь охлаждения и цепь для создания вакуума. Такая сложность неизбежно приводит к более высоким затратам.

Кроме того, известные холодильные устройства используют вакуумный насос, соединенный со своим собственным электродвигателем, отделенным от цепи охлаждения и снабженным электрическим шнуром.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков и создание комбинированного устройства охлаждения и создания вакуума, в частности холодильника или морозильной камеры, имеющих другую улучшенную конструкцию по сравнению с известными решениями.

Основной целью настоящего изобретения является создание комбинированного устройства охлаждения и создания вакуума, оснащенного экономичными и эффективными средствами для создания вакуума внутри пищевых контейнеров.

Другой целью настоящего изобретения является создание комбинированного устройства охлаждения и создания вакуума, которое при рациональном потреблении электроэнергии обеспечивает очень хорошие эксплуатационные характеристики.

Согласно изобретению создано комбинированное устройство охлаждения и создания вакуума, содержащее цепь охлаждения, предпочтительно содержащую компрессор для сжимания хладагента, конденсатор для конденсации хладагента, поступающего из компрессора, расширительное приспособление для понижения давления в хладагенте и, по меньшей мере, один испаритель для испарения хладагента, причем цепь охлаждения разделена на ветвь высокого давления и ветвь низкого давления, средства для создания вакуума внутри контейнера, отличающееся тем, что средства для создания вакуума соединены с ветвью низкого давления цепи охлаждения для использования разницы давлений, получаемой в цепи охлаждения, для создания вакуума в контейнере.

Средства для создания вакуума могут содержать насос, предпочтительно поршневой насос, использующий периодические изменения давления хладагента, находящегося в цепи охлаждения. Насос может иметь корпус, разделенный на первую полость и вторую полость с помощью подвижного элемента. Подвижный элемент может содержать спиральный элемент, заключенный в металлическую оболочку. Объемы и давления в первой полости и второй полости корпуса насоса могут изменяться в зависимости от деформации подвижного элемента.

Средства для создания вакуума могут содержать канал и соединительный элемент, обеспечивающие соединение насоса с контейнером.

Первая полость корпуса насоса может быть соединена с каналом посредством первого клапана.

Первая полость корпуса насоса может быть соединена с атмосферой посредством второго клапана.

Первый и второй клапаны могут быть механическими клапанами, которые открываются и закрываются в зависимости от давления в первой полости корпуса насоса.

Устройство может содержать электронную систему управления, и первый и второй клапаны регулируются этой электронной системой управления.

Соединительный элемент может быть установлен в отделении устройства, предпочтительно, на внутренней стенке устройства.

Указанный канал может содержать клапан, в частности обычно закрытый клапан, пропускающий воздух в канал.

Цепь охлаждения может быть способна работать в двух режимах, в частности в первом режиме охлаждения и втором режиме создания вакуума.

Цепь охлаждения может содержать первый клапан, установленный в ветви высокого давления, в частности, на стороне выхода конденсатора, который замыкает цепь охлаждения, таким образом предотвращая прохождение хладагента из ветви высокого давления в ветвь низкого давления.

Цепь охлаждения может содержать второй клапан, установленный в ветви низкого давления, в частности, на стороне выхода испарителя, который соединяет средства для создания вакуума с ветвью низкого давления цепи охлаждения.

Устройство может содержать электронную систему управления, и первый клапан цепи охлаждения и/или второй клапан цепи охлаждения способны регулироваться с помощью электронной системы управления.

Вторая полость может быть соединена с ветвью низкого давления цепи охлаждения посредством второго клапана цепи охлаждения.

Компрессор может управляться термореле, которое регулирует температуру устройства.

Устройство может содержать электронную систему управления, предназначенную для управления компрессором независимо от состояния указанного термореле.

Цепь охлаждения содержит фильтр, в частности, установленный на стороне входа расширительного приспособления, предназначенный для улавливания любых загрязняющих частиц, находящихся в цепи охлаждения, для предотвращения засорения расширительного приспособления.

Согласно изобретению создан способ комбинированного охлаждения и создания вакуума с использованием устройства охлаждения, включающего цепь охлаждения, разделенную на ветвь высокого давления и ветвь низкого давления, и средства для создания вакуума внутри контейнера, соединенные с ветвью низкого давления цепи охлаждения, в соответствии с которым цепь охлаждения выполняет обычные холодильные циклы для охлаждения устройства, по меньшей мере, с одним циклом создания вакуума в контейнере, выполняемым между ними.

Цепь охлаждения может выполнять несколько последовательных циклов создания вакуума для создания вакуума внутри того же самого контейнера.

Другие цели, отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения будут более понятны при ознакомлении с нижеследующим подробным описанием и прилагаемыми чертежами, которые представлены в качестве неограничивающего примера и на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает основную схему устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 изображает схематический вид в разрезе части устройства, показанного на фиг.1.

Фиг.1 изображает основную схему комбинированного устройства охлаждения и создания вакуума в соответствии с настоящим изобретением. Устройство содержит цепь охлаждения, включающую компрессор 1, конденсатор 2, расширительное приспособление 5 и испаритель 6.

Компрессор 1 питается электроэнергией посредством электрического провода, который может быть соединен с выключателем (не показан на фигурах, являясь известным типом) и управляется термореле 9, которое регулирует температуру внутри холодильного устройства.

Конденсатор 2 может быть любым известным типом, используемым в бытовых холодильных устройствах, в частности, он может быть с воздушным охлаждением, статическим, ребристой батареей и/или проветриваемым с помощью вентилятора, не показанном на иллюстрации.

В варианте осуществления, показанном на фиг.1, расширительное приспособление 5 состоит из капилляра, т.е. тонкого канала, составляющего несколько метров в длину. Указанный капилляр, однако, может быть заменен любым другим типом известного расширительного приспособления.

Расширительное приспособление 5 позволяет получить резкое понижение давления в хладагенте, находящемся в цепи охлаждения, и дозировать хладагент, поступающий на испаритель 6. Ясно, что если холодильное устройство имеет более одного холодильного отделения, то цепь охлаждения будет содержать большое количество испарителей 6 в соответствии с известным способом.

Цепь охлаждения также содержит фильтр 3, в частности, установленный на стороне входа расширительного приспособления 5, предназначенный для улавливания любых загрязняющих частиц, находящихся в цепи охлаждения для предотвращения засорения расширительного приспособления 5.

Как известно, цепь охлаждения разделена на ветвь AP высокого давления, т.е. набор элементов, в которых хладагент находится под высоким давлением, и ветвь BP низкого давления, т.е. набор элементов, в которых хладагент находится под низким давлением; ветвь AP высокого давления начинается на выходе компрессора 1, включает конденсатор 2 и заканчивается на входе расширительного приспособления 5. Ветвь BP низкого давления начинается на выходе расширительного приспособления 5, содержит испаритель 6 и заканчивается на входе компрессора 1.

В варианте осуществления на фиг.1 цепь охлаждения также содержит первый клапан 4, расположенный в ветви AP высокого давления цепи охлаждения, в частности, на стороне выхода конденсатора 2, и второй клапан 7, расположенный в ветви BP низкого давления цепи охлаждения, в частности, на стороне выхода испарителя 6.

Первый клапан 4 позволяет замыкать цепь охлаждения, таким образом препятствуя прохождению хладагента из ветви AP высокого давления в ветвь BP низкого давления.

Второй клапан 7 позволяет соединять средства создания вакуума с ветвью BP низкого давления цепи охлаждения. Как изображено на фиг.1, средства для создания вакуума содержат насос 10, являющийся, предпочтительно, поршневым насосом, который может быть соединен с контейнером 13 через канал 11 и соединительный элемент 12.

Как известно, современные холодильные устройства содержат электронную систему управления, предназначенную для управления работой бытового электроприбора или его различных частей, которая может содержать панель управления, которой пользователь может управлять.

Компрессор 1, первый клапан 4, второй клапан 7 и термореле 9 управляются электронной системой 8 управления холодильного устройства, в варианте фиг.1 электронная система 8 управления состоит из электронной панели управления. Кроме того, электронная система 8 управления способна управлять компрессором 1 независимо от состояния термореле 9.

Контейнер 13 состоит из герметизированного сосуда, приспособленного для содержания в камере холодильного устройства, и имеет отверстие, закрываемое клапаном, в частности механическим клапаном (не показан на фигурах), который позволяет поддерживать вакуум внутри контейнера 13.

Соединительный элемент 12 может состоять, например, из пластмассовой трубки. В любом случае соединительный элемент выполнен таким образом, чтобы соединять контейнер 13 с каналом 11, и расположен в камере холодильного устройства, предпочтительно, на внутренней стенке указанного устройства.

Соединительный элемент 12 и контейнер 13 могут также быть снабжены уплотняющими средствами, например прокладками.

Канал 11 содержит обычно закрытый клапан 14. Когда клапан 14 открыт, например, при нажатии кнопки (не показана на фигурах) холодильного устройства, воздух поступает в канал 11 для восстановления атмосферного давления внутри канала 11, таким образом облегчая отсоединение контейнера 13 от соединительного элемента 12.

Фиг.2 изображает схематическое сечение насоса 10. Насос 10 имеет корпус 15, в частности имеющий цилиндрическую форму, герметично разделенный внутри на первую полость A и вторую полость B посредством подвижного элемента 16, в частности гофрированной мембраной. Объемы и давления первой полости A и второй полости B изменяются в зависимости от деформации подвижного элемента 16.

Первая полость A соединена с каналом 11 посредством клапана 17 и с атмосферой посредством клапана 18. Вторая полость B соединена с ветвью BP низкого давления цепи CR охлаждения посредством клапана 7. Клапаны 17 и 18 являются механическими клапанами, которые открываются и закрываются в зависимости от давления внутри первой полости A. В частности, клапан 17 открывается, когда давление в первой полости A ниже давления внутри канала 11, и закрывается, когда давление в первой полости A выше давления внутри канала 11. Наоборот, клапан 18 открывается, когда давление в первой полости A выше атмосферного давления, и закрывается, когда давление в первой полости A ниже атмосферного давления.

Комбинированное устройство охлаждения и создания вакуума в соответствии с настоящим изобретением создает вакуум внутри пищевого контейнера 13 и работает, как описано ниже следующим образом.

Цепь охлаждения охладительного устройства в соответствии с настоящим изобретением может работать в двух режимах: первый режим охлаждения и второй режим создания вакуума.

Когда цепь охлаждения работает в режиме охлаждения, компрессор 1 отводит хладагент из ветви BP низкого давления и подает его под высоким давлением в ветвь AP высокого давления и на конденсатор 2, в котором указанный хладагент конденсируется и охлаждается. После прохождения через фильтр 3 и первый клапан 4 хладагент проходит через расширительное устройство 5 и поступает под низким давлением в ветвь BP низкого давления цепи охлаждения.

Затем хладагент проходит через испаритель 6, который состоит из системы трубок, выполненных в виде змеевика, проходящего, главным образом, внутри стенок холодильного устройства и затем возвращающегося на компрессор 1. При прохождении через испаритель 6 хладагент испаряется, таким образом охлаждая отделения холодильного устройства.

По этому пути движения хладагента электронная система 8 управления держит первый клапан 4 открытым, а второй клапан 7 закрытым. Следовательно, в этом положении средства для создания вакуума, в частности насос 10, не соединены с ветвью BP низкого давления цепи CR охлаждения, и холодильное устройство выполняет свои обычные холодильные циклы для охлаждения пищевых продуктов.

Если пользователь хочет создать вакуум внутри контейнера 13, он/она соединяет контейнер 13 с соединительным элементом 12 и затем приводит в действие устройство управления, например кнопку (не показана на фигурах), которая позволяет электронной системе 8 управления генерировать сигналы, используемые для отсоединения термореле 9 от цепи охлаждения, чтобы термореле 9 не смогло включать и/или отключать компрессор 1 закрытия первого клапана 4, чтобы хладагент не смог поступить в ветвь BP низкого давления через расширительное устройство 5 открытия второго клапана 7, чтобы соединить средства для создания вакуума, в частности насос 10 с ветвью BP низкого давления цепи охлаждения, включения компрессора 1, который всасывает хладагент из ветви BP низкого давления и подает его в ветвь AP высокого давления и на конденсатор 2.

После включения компрессора 1 давление в ветви BP низкого давления падает. Так как второй клапан 7 открыт, подвижный элемент 16 насоса 10 перемещается вниз. В таком положении объем первой полости A увеличивается, тогда как давление внутри указанной первой полости A уменьшается. Это понижение давления в первой полости A заставляет клапан 17 открыться, а клапан 18 закрыться. Так как клапан 17 соединяет первую полость A с каналом 11 и так как контейнер 13 соединен с соединительным элементом 12, воздух отводится из контейнера 13 и в нем создается вакуум.

Когда подвижный элемент 16 достигнет максимально возможного сжатия, электронная система 8 управления генерирует сигналы, используемые для отключения компрессора 1, открытия первого клапана 4, для того чтобы хладагент мог вследствие разности давления между ветвью AP высокого давления и ветвью BP низкого давления проходить через расширительное устройство 5 и поступать в ветвь BP низкого давления.

Так как второй клапан 7 все еще открыт, поток хладагента в ветви BP низкого давления вызывает повышение давления как в ветви BP низкого давления, так и во второй полости B насоса 10.

Если хладагент, поступивший в ветвь BP низкого давления, обусловил повышение давления, электронная система 8 управления генерирует сигналы, используемые для закрытия клапана 7, чтобы отсоединить насос 10 от ветви BP низкого давления цепи охлаждения, соединения термореле 9 с цепью охлаждения, чтобы оно смогло включать и/или выключать компрессор 1, и холодильное устройство снова может работать в режиме охлаждения.

Повышение давления во второй полости B вызывает растяжение подвижного элемента 16 и увеличение объема второй полости B. Следовательно, объем первой полости A уменьшается, а давление в первой полости A повышается.

Это повышение давления в первой полости A заставляет клапан 17 закрыться, а клапан 18 открыться, таким образом соединяя первую полость A с атмосферой и позволяя подвижному элементу 16 принимать свою первоначальную форму, указанную на фиг.2 пунктирной линией.

После прохождения через расширительное приспособление 5 в ветвь BP низкого давления хладагент поступает на испаритель 6 и выполняет процесс охлаждения холодильного устройства, даже если компрессор 1 отключен. Это позволяет компенсировать электроэнергию, используемую для включения компрессора 1 с целью создания вакуума внутри контейнера 13.

Так как в канале 11 и внутри контейнера 13 был создан вакуум, то для того чтобы без усилий отсоединить контейнер 13 от соединительного элемента 12, достаточно открыть клапан 14 для того, чтобы позволить воздуху пройти в канал 11, таким образом снижая давление в нем. На этой стадии возможно создать вакуум внутри нового контейнера 13 посредством соединения его со средствами для создания вакуума через соединительный элемент 12 и посредством запуска через электронную систему 8 управления нового цикла создания вакуума.

Подвижной элемент 16 в соответствии с настоящим изобретением может иметь конструкцию, подобную той, которая используется в механических термореле, т.е. спирального элемента, заключенного в металлическую оболочку. Размеры насоса 10 и подвижного элемента 16 могут меняться, в частности, в зависимости от конструкции и/или отделений холодильного устройства, например, чтобы не занимать слишком много места внутри холодильного устройства. Вероятно, что если насос 10 и подвижной элемент 16 небольших размеров, одного включения подвижного элемента будет недостаточно для создания уровня вакуума, желаемого пользователем, внутри контейнера 13. В этих случаях, однако, будет достаточно повторить цикл создания вакуума внутри контейнера 13 несколько раз, пока уровень вакуума внутри контейнера 13 не станет таким, который необходим для пользователя.

Следовательно, принцип действия охладительного устройства, являющегося целью настоящего изобретения, можно описать на основании комбинированного способа охлаждения и создания вакуума с использованием холодильного устройства, содержащего цепь охлаждения, которая разделена на ветвь высокого давления и ветвь низкого давления, и средств для создания вакуума внутри контейнера, соединенных с ветвью низкого давления цепи охлаждения, в котором цепь охлаждения выполняет обычные холодильные циклы для охлаждения холодильного устройства, по меньшей мере, с одним циклом для создания вакуума в контейнере, выполняемого между ними.

Если средства для создания вакуума имеют небольшие размеры, цепь охлаждения может выполнять несколько последовательных циклов создания вакуума для создания вакуума внутри того же самого контейнера.

Отличительные особенности настоящего изобретения, а также его преимущества очевидны из указанного описания.

В частности, соединение средств для создания вакуума с ветвью низкого давления цепи охлаждения позволяет использовать разность давлений внутри цепи охлаждения для создания вакуума внутри контейнера, в которой насос использует периодические изменения давления хладагента в цепи охлаждения.

Другим преимуществом настоящего изобретения является использование компрессора цепи охлаждения не только для циркуляции хладагента внутри цепи охлаждения, но также для создания вакуума внутри контейнера. Это неизбежно влечет за собой значительную экономию энергии, также принимая во внимание, что стадия охлаждения после стадии создания вакуума внутри контейнера наступает при отключенном компрессоре, т.е. без потребления электроэнергии указанным компрессором.

Другим преимуществом устройства в соответствии с настоящим изобретением является то, что количество элементов, составляющих цепь охлаждения, и средств для создания вакуума значительно меньше, чем требовалось для устройств охлаждения известного уровня техники; следовательно, отличительные преимущества, предлагаемые данным решением, очевидны в отношении затрат и надежности всего устройства.

Очевидно, что многие другие изменения и применения холодильного устройства, описанного здесь в качестве примера, возможны для специалистов в данной области техники, а также, что при практической реализации настоящего изобретения элементы могут иметь формы и размеры, отличающиеся от тех, которые описывались, или заменены другими технически равноценными элементами.

Наряду с возможными различными изменениями клапаны насоса могут непосредственно регулироваться электронной системой управления холодильного устройства. Кроме того, этот вариант позволит улучшить работу устройства охлаждения и создания вакуума, являющегося целью настоящего изобретения, а также полностью использовать потенциальные возможности указанной электронной системы управления.

Следовательно, легко понять, что настоящее изобретение не ограничивается указанным устройством, а может включать многие изменения, усовершенствования или замены равноценных частей и элементов не отходя от сущности новизны идеи изобретения, как точно определено в нижеследующей формуле изобретения.

Реферат

Комбинированное устройство охлаждения и создания вакуума содержит цепь охлаждения, которая содержит компрессор для сжимания хладагента, конденсатор для конденсации хладагента, поступающего из компрессора, расширительное приспособление для понижения давления в хладагенте и, по меньшей мере, один испаритель для испарения хладагента. Цепь охлаждения разделена на ветвь высокого давления и ветвь низкого давления, средства для создания вакуума внутри контейнера. Средства для создания вакуума соединены с ветвью низкого давления цепи охлаждения для использования разницы давлений, получаемой в цепи охлаждения, для создания вакуума в контейнере. Заявленное устройство реализуется посредством способа комбинированного охлаждения и создания вакуума. Использование данной группы изобретений позволяет обеспечивать хорошие эксплуатационные характеристики при рациональном потреблении энергии. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула