制冷装置以及包含其的保冷箱的制作方法

1.本实用新型涉及一种制冷装置以及包含其的保冷箱，尤其涉及一种可控制蒸发/升华压力以维持制冷装置周围或保冷箱内温度的制冷装置以及包含其的保冷箱。


背景技术：

2.许多原料、产品需放置在适当温度的环境才得以有效保存。随着全球环境温度的变化加剧，保存空间的温度维持便显得格外重要。
3.以食品为例，在热带、亚热带地区，食品需要的保存温度通常比室外温度低，为了维持低温，一直以来多是在运输工具上加装冷冻/冷藏机组(包含压缩机及相关配件)以长时间的维持较低的空间温度。相应的便需要占用大量空间、使用大量电力，同时产生不小的运作噪音。
4.近年，由于人们追求便利及流行疾病的防范措施，除了大份量的食品运输，小份量食品的递送更是日益盛行。
5.由于小份量食物采用更简便的运送方式，装载少量食物的运输工具(例如：机车)实难以、也不会装配冷冻/冷藏机组，而是采用隔热材质包裹食物，或者将食物与冰块、干冰一同放置以吸收空间中的热量。然而，此类方式的保冷效果无法维持太久、更无法使放置空间的温度依需求保持恒定，难以确保食物的风味且可能产生其他问题，例如：产生许多废弃的隔热材质、空间中的二氧化碳气体无法排放及/或无法暂时停止制冷维持更长时间的制冷力等。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，本实用新型提供一种制冷装置及一种包含其的保冷箱，其可以控制蒸发/升华压力以维持制冷装置周围或保冷箱内温度，同时可不使用额外电力、不占大量空间、暂时停止制冷及/或不产生噪音等。
7.为达上述目的，本实用新型提供的制冷装置包含一装置本体及一压力控制组件。装置本体包含一容纳空间，容纳空间用于容纳制冷剂。压力控制组件可被设置以控制蒸发/升华压力，且与装置本体相连接，使容纳空间与装置本体的外部流体连通。压力控制组件包含一关断阀，关断阀可开启或关闭容纳空间与装置本体的外部的连通。
8.为达上述目的，本实用新型还提供了一种保冷箱，包含一箱内空间，箱内空间设置有一制冷装置，制冷装置可通过压力控制组件连通制冷装置的容纳空间与保冷箱的外部。
9.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱所具有的制冷剂为液态二氧化碳。
10.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱所具有的压力控制组件包含背压调整阀，且被设置为将蒸发或升华压力控制在0.1至 72.9barg之间。
11.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱所具有的装置本体还包含一蒸发管、一上管及一下管。上管设置于蒸发管的上方并与蒸发管流体连通。下管设
置于蒸发管的下方并与蒸发管流体连通。上管与压力控制组件相连接。
12.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱所具有的蒸发管包含至少一散热片。
13.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱所具有的蒸发管包含一截面形状，该截面形状为六星形、八星形或雪花形。
14.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱所具有的上管还包含充填口，用于充填制冷剂。
15.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱还包含一保护壳体，保护壳体包围装置本体，且是由金属材料所制成。
16.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱所具有的保护壳体包含多个孔洞。
17.在一实施例中，本实用新型提供的制冷装置及包含其的保冷箱所具有的装置本体是由铝合金所制成。
18.为让上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文以较佳的实施例配合所附图式进行详细说明。
附图说明
19.图1为本实用新型的制冷装置的概念示意图；
20.图2为本实用新型的制冷装置的一实施例的剖面示意图；
21.图3为图2的制冷装置的蒸发管的立体示意图；
22.图4a至图4c为图2制冷装置中具有不同横截面的蒸发管示意图；
23.图5为本实用新型的制冷装置设置有保护壳体的示意图；
24.图6为本实用新型的保冷箱的立体示意图；
25.图7为本实用新型的保冷箱的箱内温度与制冷装置的冷力的对照图表；以及
26.图8为本实用新型的保冷箱的箱内温度与续航力的对照图。
27.符号说明：
28.1、1’:制冷装置
29.10:装置本体
30.11:壳体
31.12:上管
32.12d:长度延伸方向
33.13:容纳空间
34.14:蒸发管
35.14a:上端
36.14b:下端
37.14d:长度延伸方向
38.15:流体接头
39.16:下管
40.16d:长度延伸方向
41.18:二氧化碳
42.20:压力控制组件
43.22:关断阀
44.24:蒸发压力调整阀
45.26:排气管
46.30:保护壳体
47.31:孔洞
48.100:保冷箱
49.110:开口
50.121:充填口
51.122:充填阀
52.123:压力表
53.142:散热片
54.142d:长度延伸方向
55.b:长度
56.c:长度
57.t:厚度
58.td:差值
59.te:蒸发温度
60.to:保冷箱的箱内温度
61.l:液体
62.g:气体
具体实施方式
63.以下将具体地描述根据本实用新型的具体实施例；惟，在不背离本实用新型的精神下，本实用新型尚可以多种不同形式的实施例来实践，不应将本实用新型尚保护范围解释为限于说明书所陈述者。
64.除非上下文中清楚地另外指明，否则本文所用的单数形式「一」也包含多个形式，而所述的方位(如上、下、内、外等)为相对方位，可依据制冷装置或保冷箱的使用状态而定义，并非指示或暗示制冷装置或保冷箱需有特定方向的构造或操作，也不该理解为本实用新型的限制。
65.请参考图1，图1是根据本实用新型的实施例的制冷装置1，制冷装置1 包含装置本体10以及压力控制组件20。装置本体10可具有一壳体11，以定义一容纳空间13，容纳空间13可容纳一制冷剂。制冷剂可选地为固态二氧化碳、液态二氧化碳或其他环保冷媒。壳体11可由铝合金、铜合金、铁合金或者其他可导热的材料的其中一或多者所制成。压力控制组件20可以控制一蒸发或升华压力，且与装置本体10相连接，使容纳空间13与装置本体10的外部可以流体连通，以将相变的制冷剂排放到装置本体10的外部。如此，除了通过装置本体10中制冷剂在蒸发/升华时会吸收热量(相变时所需潜热)的物理特性达到制冷效果，还可以通过控制蒸发或升华压力进一步维持制冷剂的蒸发温度在固定区间。
66.详细而言，请参考图2所示，本实用新型的制冷装置1的一实施例的装置本体10的壳体11可区分为一上管12、一蒸发管14以及一下管16。上管 12、蒸发管14及下管16为一管状容器(也可以为其他能够封装制冷剂的任意形状容器)，上管12设置于蒸发管14的上方，下管16设置于蒸发管14下方。于本实施例中，上管12的长度延伸方向12d与下管16的长度延伸方向 16d彼此大致平行，蒸汽管14的长度延伸方向14d与上管12、下管16的长度延伸方向12d、16d大致垂直。上管12、蒸发管14以及下管16可以是一体成型被制造而成；也可以是分开独立制造而成再彼此连接，例如每个蒸发管14的上端14a及下端14b分别可设置有一流体接头15，使蒸发管14可与上管12以及下管16流体连通，并共同定义一容纳空间13。当制冷装置1的放置方式是使蒸发管14的长度延伸方向14d与放置平面的水平面大致呈垂直、且各蒸发管14内的制冷剂为流体时(例如呈液体l)，制冷剂可因下管16的设置而在蒸发管14内保持在同一高度，使热传能力于各个蒸发管14之间均匀分布。上管12可包含一充填口121，以供使用者填充制冷剂至装置本体10 的容纳空间13中，当制冷剂为流体时，充填口121可设置有充填阀122，例如液控式充填阀或弹簧复位式充填阀以助于填充。为了增加热传面积，装置本体10可设置有数个蒸发管14，在图2中示出为五个蒸发管14，但不以此作为限制。
67.接续上述实施例，制冷装置1的压力控制组件20可设置与上管12流体连通。压力控制组件20由流体流动方向的上游至下游，可依序包含关断阀22、蒸发压力调整阀24及排气管26，但其顺序不以此作为限制。关断阀22用以开启或关闭容纳空间13与装置本体10的外部的连通，当关断阀22开启时，蒸发的气体g可通过压力控制组件20及排气管26排出到制冷装置1的外部；当关断阀22关闭时，蒸发的气体g无法离开制冷装置1，进而避免制冷剂产生相变而可延长制冷能力的续航时间。蒸发压力调整阀24是可以机械式地控制蒸发或升华压力，以维持蒸发或升华温度，蒸发压力调整阀24可为减压调压阀或背压型调压阀。举例而言，背压型调压阀可为世伟洛克(swagelock) 的kpb系列的调压阀。排气管26可为一长管状，以可调整地将制冷剂排放至远离制冷装置1之处。
68.由于将液态二氧化碳的蒸发压力控制在4.2～72.9barg之间时，可对应
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56.6～31.1℃的蒸发温度；将固态二氧化碳的升华压力控制在0.1～4.0barg 之间时，可对应-78～-57℃的升华温度，较符合本实用新型预期的使用情境期望的保冷温度，且二氧化碳又具有无毒、不可燃、不会破坏臭氧层等优点，以下以二氧化碳作为制冷剂详细说明蒸发压力调整阀24的作用如下：
69.若制冷剂是液态二氧化碳，通过蒸发压力调整阀24将装置本体10的容纳空间12内的压力维持在72.9barg，制冷剂的蒸发温度原则上可维持在 31.1℃；若制冷剂是固态二氧化碳，将装置本体10的容纳空间12内的压力维持在0.1barg，制冷剂的的升华温度原则上可维持在-78℃。其原理在于，当将蒸发压力维持在72.9barg时，液态二氧化碳转换为气态二氧化碳的临界点温度为31.1℃(即蒸发压力为72.9barg时的蒸发温度)，若环境温度大于31.1℃，液态二氧化碳便会持续蒸发直到环境温度降到31.1℃。只要环境温度不高于 31.1℃，装置本体内的液态二氧化碳便会维持在液体状态、不会产生相变，也不会再对外收热量，制冷装置1便得以具有较长的续航力。同理，以固态二氧化碳作为制冷剂时，将升华压力维持在4barg的情况下，固态二氧化碳转换为气态二氧化碳的临界点温度为-57℃(即升华压力为4barg时的升华温度)，只要环境温度不高于-57℃，装置本体内的固态二氧化碳便会维持在固体状态、不会对外收热量，以具有较长的续航力。
续航力的对照图。于本实施例中，保冷箱100具有箱内尺寸为宽度43公分、高度43公分、高度43公分，以及容积为0.080立方公尺的大小，设置于保冷箱100内的制冷装置1’的容积为0.64公升(l)，可填充0.384公斤(kg)的液态二氧化碳，且以背压调整阀设定蒸发压力。表中的温度差值(td)＝保冷箱的箱内温度(to)
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蒸发温度(te)。若用户希望保冷箱100的箱内温度为-20℃时，需要将蒸发压力设定在16.6barg，以维持对应的蒸发温度为-26℃，且具有冷力0.012千瓦(kw)，并可续航1.67小时(hrs)，其中液态二氧化碳的消耗量为0.147公斤/小时(kg/h)。
76.综合上述，本实用新型的制冷装置以及包含其的保冷箱，相较于现有的保冷方式，具有较长时间的制冷能力、可调整并维持期望的空间温度，且可控地温度范围较现有保冷方式广泛、占据空间较制传统冷冻/冷藏机组小、可以依照需求增加或减少放置的制冷装置数量(调度容易)、不需使用电力及动力、运作时无噪音振动、使用的零组件较不易故障等优点，除了有利于小份量物品运送，更可灵活应用于其他生活、工业、医疗等方面。
77.上述的实施例仅用来例举本实用新型的实施态样，以及阐释本实用新型的技术特征，并非用来限制本实用新型的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本实用新型所主张的范围，本实用新型的权利保护范围应以申请专利范围为准。