冷却装置和控制冷却装置的方法 |
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| 申请号 | CN201280063465.0 | 申请日 | 2012-09-10 | 公开(公告)号 | CN104024767B | 公开(公告)日 | 2016-08-24 |
| 申请人 | 多美达责任有限公司; | 发明人 | A·平托; U·施拉莫; M·兰兹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种冷却装置，包括至少一个以再生方式运行的主冷却回路，特别是以 太阳能 驱动的冷却回路，其中冷却回路具有至少一个 压缩机 、至少一个 冷凝器 、至少一个 蒸发 器 、至少一个冷却空间、至少一个用于测量冷却空间中的冷却空间 温度 (Tair)的温度 传感器 、以及 控制器 。比较温度值(TSET)和冷却空间的期望温度值(SET)能够存储在控制器中。本发明的特点是，能够通过控制器来中断对冷却空间的冷却，以及能够通过控制器根据时间和/或冷却空间温度(Tair)来改变比较温度值(TSET)。本发明还涉及一种用于控制冷却装置的方法，其特点是，当接通控制器时，比较温度值(TSET)对应于期望温度值(SET)，并且当实际的冷却空间温度(Tair)已达到比较温度值(TSET)时，冷却空间的冷却被中断。在这种连接中，其中只要在预定时间段(t0)内实际的冷却空间温度(Tair)没有达到比较温度值(TSET)，则在预定时间段(t0)之后将比较温度值(TSET)减小所存储的校正值(dSET)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种冷却装置(1)，具有至少一个以再生方式运行的主冷却回路(2)，其中所述主冷却回路(2)具有至少一个压缩机(3)、至少一个冷凝器(4)、至少一个蒸发器(5)、至少一个冷却空间、至少一个用于测量所述冷却空间中的冷却空间温度(Tair)的温度传感器、以及控制器(6)，其中比较温度值(TSET)和所述冷却空间的期望温度值(SET)能够存储在所述控制器(6)中，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 冷却装置和控制冷却装置的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种冷却装置，其具有至少一个以再生方式运行的主冷却回路，其中冷却回路具有至少一个压缩机、至少一个冷凝器、至少一个蒸发器、至少一个冷却空间、用于测量冷却空间中的冷却空间温度的至少一个温度传感器、以及控制器，其中可以在控制器中存储比较温度值和冷却空间的期望温度值。本发明还涉及一种控制冷却装置的方法。 背景技术[0002] 典型地，这种冷却装置应用于偏远地区，特别是在正常情况下不能保证稳定且安全的能源供应的发展中国家。在这里，已经发现以光伏方式来产生其运行所需的电能是可行的，因为在大多数发展中国家的太阳照射在全年都是足够高的。因此，同样能够安全地存储需要被冷却的易坏的物品(例如医疗产品或食物产品)，当地居民的生活质量由此可以得到改善。 [0003] 为此，世界卫生组织(WHO)已做了阈值标准的目录，所使用的冷却装置及所使用的用于医疗产品的运输和存储的冷却设备必须要满足所述阈值标准。在这里，冷却温度基本上在2℃和8℃之间的范围内也是一个准则，并且在脱离了电源的情况下这个温度范围也能够维持至少三天。 [0004] 然而，这也直接指出了以光伏方式运行的冷却装置的最大的缺点，即在没有太阳照射的时间中(例如在夜间或多云时)不可能进行冷却或者仅能在外部电源的帮助下来保障冷却。然而，正是后者一般是不可能的。使用电池也不是很实用，因为这些会显著提高第一成本，提供备件和维修会变得困难，废电池的注重环保的处置是几乎不可能实现的。此外，这导致了在某种程度上需要对实际冷却方法的控制器，因为必须要尽可能明智地使用仅仅有限提供的能量来用于冷却。 [0005] 因此，在现有技术中已知的解决方案中，建立在用于储存冷量的冷却元件的高的热质量的基础上。在这里，在太阳照射下(如果存在的话)，压缩机永久运行以维持足够的制冷能力。然后，存储的冷量通常经由风扇被引入到实际的冷却空间，医疗产品存储在所述冷却空间中。为防止这里的冷却空间温度降低到低于0℃(在该温度下贮存在冷却装置中的医疗产品会被损坏)，这种冷却装置具有在需要时提供热能的加热器。 [0006] 在长期的野外实验中已经证明这种系统是非常可行的。然而，在这种系统中，医疗产品的存储容量相应地受限于所需的用于存储冷量的热质量。此外，需要多个组件，例如加热装置和风扇，这些组件的备件供应和维护有时可能会有问题。此外，还有一个事实是，不能实现或是在很长的运行时间后才能实现热质量以及由此所使用的冷却元件各自的均匀冷冻。 发明内容[0007] 因此，本发明的问题是提供一种冷却装置，其能够满足上面描述过的WHO的标准，其中能够提供冷却装置的足够的存储容量而放弃了额外的加热器，并且确保了所使用的冷却元件的均匀和完全的冻结。此外，本发明的问题是提供一种用于控制这种冷却装置的方法。 [0009] 本发明的冷却装置，具有至少一个以再生方式运行的主冷却回路，其中所述主冷却回路具有至少一个压缩机、至少一个冷凝器、至少一个蒸发器、至少一个冷却空间、至少一个用于测量所述冷却空间中的冷却空间温度的温度传感器、以及控制器，其中比较温度值和所述冷却空间的期望温度值能够存储在所述控制器中，其特点在于， [0010] 能够通过所述控制器来中断对所述冷却空间的冷却，以及 [0011] 能够通过所述控制器根据时间和/或所述冷却空间温度来改变所述比较温度值。 [0012] 本发明的用于控制根据前述的冷却装置的方法，其特点在于， [0013] 当接通所述控制器时，所述比较温度值对应于所述期望温度值，并且当实际的冷却空间温度已达到所述比较温度值时所述冷却空间的冷却被中断，其中只要在预定时间段内所述实际的冷却空间温度没有达到所述比较温度值，则在所述预定时间段之后将所述比较温度值减小存储的校正值。 [0014] 与现有技术中已知的冷却装置相比，根据本发明的冷却装置的特点在于，可通过控制器中断对冷却空间的冷却，并且可通过控制器根据时间和/或冷却空间温度来改变比较温度值。这是有利的，因为不存在永久的冷却能力，但可以在达到了预期的冷却空间温度时中断冷却。这通过将比较温度值与冷却空间温度进行比较来实现。当经过一段时间后仍有可用的能量或还未达到所期望的温度时，控制器可以减小比较温度值，使得分别发生冷却法空间或所使用的冷却元件的进一步冷却。在这里，为了不进入危险范围(在所述危险范围，必然能预计到被冷却的物品的损坏)，还可以使得冷却的中断作为实际冷却空间温度的函数。因此，利用现存的能量进行冷却，然而若预计过低的温度会损坏被冷却的物品则中断所述冷却。 [0015] 优选地，主冷却回路具有至少一个额外的冷却空间以及分配给所述额外的冷却空间中的至少一个额外的蒸发器。额外的蒸发器经由阀连接到主冷却回路，并且优选地可以通过通断所述阀来中断冷却空间的冷却。因此，利用现存的能量，尽管冷却空间的温度已经足够低，仍然可以发生进一步的冷却。在这里，可以想到，额外的冷却空间具有存储罐，利用所述存储罐冷却空间可以在没有能量时被冷却。可选地，额外的冷却空间可以是用于冷却冰袋或类似物的冷冻隔间。冰袋可被用于短途运输医疗产品。 [0016] 有利的是，冷却装置具有第二冷却回路，所述第二冷却回路具有用于冷却第二冷却空间的第二压缩机，其中可以经由开关来为第二压缩机提供能量。因此，随着能量的进一步的过剩，可以使用用于冷却另外的冷却空间的第二冷却回路。第二冷却空间可以例如具有存储罐，或者可以是冷冻隔间。 [0017] 优选地，冷却装置具有附加电路，其中控制器可以经由所述附加电路来提供能量。因此控制器的能量供应独立于冷却回路的能量供应。 [0018] 在这里，有利的是，附加电路具有变压器。这样，即使在输入电压的电压下降的情况下也能够维持恒定的输出电压。这可以防止控制器的切断也处于电压下降的情况下，该情况例如可能是在压缩机的接通瞬变过程的条件下发生。 [0019] 优选地，附加电路具有至少一个电容器。这样，即使实际上不能获取更多的能量时(例如由于云而没有太阳照射的期间)，也能为控制器提供能量。 [0020] 关于方法，实现了所述问题的解决方案，在于：在接通控制器时的比较温度值对应于期望的温度值，并且如果实际的冷却空间温度已达到了比较温度值则中断冷却空间的冷却，其中只要在预定时间段内实际的冷却空间温度没有达到比较温度值，则在所述预定时间段之后，通过存储的校正值来降低所述比较温度值。也就是说，如果在预定时间段之后没有达到期望的冷却空间温度，则降低比较温度值。这里的背景是，在预定时间段内没有达到期望的温度值也分别表示相对较高的初始或室外温度，从而使得冷却空间优选地在延长的时间段内被进一步冷却，从而使得所使用的冷却元件完全冻结。在这里，应当确保校正值不会被选择的太高使得冷却空间的温度降低到危险范围，在所述危险范围被冷却的物品会被损坏。 [0021] 在这里，合适的是，通过切断主冷却回路的压缩机来中断冷却空间的冷却。特别合适的是，若实际的冷却空间温度降低到比比较温度值低一个滞后值，则切断压缩机；并且如果实际的冷却空间温度比比较温度值超过一个滞后值，则接通压缩机。这样，可以分别避免冷却空间的过度冷却或过度加热。换言之，实际的冷却空间温度在比较温度值附近振荡，其中变化量对应于滞后值。因此，还可以分别考虑冷却回路或压缩机的延迟响应。 [0022] 优选地，比较温度值以所存储的校正值的一定量逐渐上升，直到比较温度值对应于期望的温度值，其中所述比较温度值在下一个步骤切断压缩机时增加。因此确保了压缩机可以尽可能长期的运行，并且确保了在达到预期的温度值之前用于冷却所述冷却空间的冷却元件完全冻结。 [0023] 合适的是，通过切换阀来中断冷却空间的冷却。特别合适的是，若实际的冷却空间温度降低到比比较温度值低一个滞后值，则切换阀；并且若实际的冷却空间温度超过比较温度值一个滞后值，则切换阀。这意味着，通过切换阀，由额外的蒸发器来对额外的冷却空间进行冷却，直到阀再次切换并且蒸发器再次对冷却空间进行冷却。这是有利的，因为压缩机是永久运行的，并在一定不能对冷却空间进行冷却的阶段对额外的冷却空间进行冷却。 [0024] 在这里，有利的是，比较温度值上升所存储的校正值的一定量，直到比较温度值对应于期望的温度值，其中通过切换所述阀，所述比较温度值在下一个步骤增加。这确保了压缩机的运行时间最大化，并且可以存储尽可能多的冷量。 [0025] 此外，被认为有利的是，若主冷却回路的压缩机被切断，则对第二压缩机供电。如果存在足够的可用能量，特别合适的是，主冷却回路的压缩机和第二压缩机被同时提供能量。所以，可以从可用的能量中获得最大冷产率。 [0026] 优选地，通过直流变压器，附加电路的输出电压独立于输入电压而保持恒定。因此，当输入电压暂时下降(例如是由于压缩机的接通瞬变过程造成的)时，控制器不会切断。这特别是在这种情况，即如果暂时地没有足够可用的能量(例如由于云)，则压缩机被切断。 这导致的优点是，不会丢失存储在控制器中的可能已经减少或增加了的实际上有效的比较温度值。此外，这也确保了一直维持预定时间段中已经经过的时间，直至比较值温度值降低。否则，这会导致每次切断控制器之后都重新开始运行所述时间段。因此，能够防止在冷却元件完全冻结之前达到期望的温度值。 [0027] 有利的是，借助附加电路的所述至少一个电容器，预防了在危险时间段中控制器的切断。在这里，危险时间段可以理解为除了太阳辐射没有能量可用的时间段。这特别是在这种情况，即由于云或动物或车辆矗立在太阳能模块的前面。应选择所述至少一个电容器的容量使得能够度过一般可预料到的危险时间段。 [0029] 下面，通过在附图中示出的例子来具体解释本发明。在此： [0030] 图1示意性地示出了根据本发明的冷却装置的构造的原理示意图； [0031] 图2示意性地示出了根据本发明的具有主冷却回路和第二冷却回路的冷却装置的运行图； [0032] 图3示意性示出了具有主冷却回路的冷却装置从投入运行起的冷却空间温度、比较温度值以及压缩机运行时间的时序图； [0033] 图4示意性示出了具有主冷却回路的冷却装置在投入运行之后的冷却空间温度、比较温度值以及压缩机运行时间的时序图； [0034] 图5示意性示出了具有主冷却回路的冷却装置的冷却空间温度、比较温度值、压缩机运行时间以及阀位置的时序图，其中所述主冷却回路具有两个蒸发器。 具体实施方式[0035] 图1示出了根据本发明的冷却装置1的原理构造的示意图。示出的冷却装置1具有主冷却回路2(对此，见图2)、控制器6和附加电路11。控制器6通过控制线路18连接到冷却回路2的不同组件。通过太阳能模块16将太阳的光转换成电能对示出的冷却系统1以再生的方式提供能量。然后，经由电源线路17提供能量，其中经由附加电路11独立于剩余的冷却回路2为控制器6提供能量。为此，附加电路11具有直流变压器(未示出)和多个电容器(未示出)，以在输入电压下降的情况下也保持用于供给控制器6的输出电压。另外，电容器允许当太阳的照射没有提供足够的用于运行的能量时对控制器6的能量供给。特别是，利用电容器因此能够度过延长的多云时间段或类似情况。 [0036] 在图2中，示出了具有主冷却回路2和第二冷却回路9的根据本发明的冷却装置的运行图。主冷却回路2由压缩机3、冷凝器4、过滤干燥器14以及经由阀8连接到冷却回路2的两个蒸发器5和7组成。在阀8和蒸发器5、7之间分别布置有节流器15。冷却空间(未示出)经由蒸发器5被冷却，并且额外的冷却空间(未示出)经由额外的蒸发器7被冷却。所述额外的冷却空间可以是例如存储罐或冷冻隔间。控制器6经由第一控制线路19连接到压缩机3，从而使得能够通过控制器来接通或切断压缩机3。阀8(其具体为三通电磁阀)经由第二控制线路20连接到控制器6，从而使得控制器6能将冷却回路切换到蒸发器5或者切换到额外的蒸发器7。换句话说，通过利用控制器6来切换阀8，可以决定是否要对冷却空间或额外的冷却空间进行冷却。为此，控制器6经由温度传感器来检测各冷却空间中的实际温度，以获得最佳的冷却效果。 [0037] 此外，在图2中，示出了第二冷却回路9具有第二压缩机10、第二冷凝器13、过滤干燥器14和第二蒸发器12。节流器15布置在第二蒸发器12的上游。这个第二冷却回路9用于冷却第二冷却的空间(未示出)，所述第二冷却的空间可以是例如存储罐或冷冻隔间。第二压缩机10经由第三控制线路21连接到控制器6，从而使得可通过控制器6来接通和切断第二压缩机10。也就是说，在图2所示的例子中，通过接通和切断压缩机3、10和/或通过切换阀8，控制器6能够控制总共三个冷却空间。 [0038] 图3示出了当冷却装置投入运行时冷却装置的时序图，所述冷却装置具有主冷却回路和冷却空间。当安装冷却装置时，冷却空间中的温度Tair对应于环境温度。只要冷却装置投入运行，控制器接通压缩机(C通)，并且冷却回路开始对冷却空间进行冷却，由此冷却空间的温度Tair下降。为此，在控制器中存储期望温度值SET、比较温度值TSET和滞后值HW。当投入运行时，比较温度值TSET对应于期望温度值SET。进一步地，控制器通过温度传感器测量冷却空间中的温度Tair，并将其与比较温度值TSET匹配。如果经过预定时间段t0之后，冷却空间中的温度Tair还没有达到比较温度值TSET，则控制器将比较温度值TSET减小所存储的校正值dSET。选择所存储的校正值dSET，使得比较温度值TSET不会减小到低于0℃。一直对冷却空间进行冷却，直到冷却空间中的温度Tair已达到现在降低了的比较温度值TSET减去滞后值HW。控制器切断压缩机(C断)。接着，比较温度值TSET逐渐增加。在这里，在n个步骤中每个比较温度值TSET的增加对应于校正值dSET的第n个部分。由于现在没有冷却，冷却空间中的温度Tair上升。只要冷却空间中的温度达到现在增加了dSET/n的比较温度值TSET加上滞后值HW，则压缩机再次被接通(C通)，而冷却空间被再次冷却。冷却空间中的温度Tair下降。如果现在已经达到了比较温度值TSET减去滞后值HW，则压缩机被再次切断(C断)，并且比较温度值TSET增加了下一个量dSET/n。重复这个过程，直到比较温度值TSET再次对应于期望温度值SET。由于控制器具有独立的压缩机的能量供给，在由于缺乏太阳照射而造成的压缩机的暂时切断时，也不是每次都重新启动循环，而是从断点处继续。如果在太阳活动周期结束时(也就是在夜幕降临时)，不是所有的n个步骤都已经完成，则将用于下一个太阳活动周期的比较温度值TSET设定回到期望温度值SET。这样，将压缩机的运行时间最大化，并且确保了冷却元件确实完全且均匀的冻结。 [0039] 在下文中，以数值示例的方式详细说明运行模式。在这里， [0040] [0041] 当冷却装置投入运行时，压缩机被接通，而30℃的冷却空间温度Tair开始下降。当6小时之后，冷却空间温度Tair是例如9℃，并且因此高于5℃的比较温度值TSET，比较温度值TSET被减小了校正值dSET而达到3℃。只要冷却空间温度Tair现在已经达到了数值2.9℃(TSET-HW＝3℃-0.1℃)，则切断压缩机并且比较温度值增加了0.5℃(dSET/n＝2℃/4)达到3.5℃。冷却空间温度Tair开始上升。只要冷却空间温度Tair已经达到了数值3.6℃(TSET+HW＝3.5℃+ 0.1℃)，则再次接通压缩机并且冷却空间温度Tair再次下降。当冷却空间的温度达到3.4℃(TSET-HW＝3.5℃-0.1℃)时，再次切断压缩机并且比较温度值增加到4℃(TSET+dSET/n＝3.5℃+2℃/4)。此过程重复总共有n＝4次，直至比较温度值TSET再次对应于5℃的期望温度值SET。然后，压缩机在5.1℃的冷却空间温度Tair(TSET+HW＝5℃+0.1℃)被接通，并且在4.9℃的冷却空间温度(TSET-HW＝5℃-0.1℃)被切断。 [0042] 在图4中，示出了继续图3的时序图的时序图。在图示中，比较温度值TSET已经再次与期望温度值SET相同，并且压缩机如上所述地被接通和切断。冷却空间中的温度Tair在比较温度值TSET附近振荡。如果现在有一个较长的能量供应的中断，例如在夜间时，则压缩机被切断(C断)并且冷却空间中的温度Tair升高。只要可再次获得能量，则压缩机被接通(C通)并且重新启动在图3中描述的循环。比较温度值TSET对应于期望温度值SET。冷却空间温度Tair在时间t内达到比较温度值TSET，其中这个时间段t小于预定时间段t0。因此，比较温度值TSET没有减小校正值dSET，而是仍保持与期望温度值SET相同。 [0043] 图5在原理上示出了与图3中相同的时序图，其中在这个例子中另外提供有可通过阀(V)控制的额外的蒸发器和额外的冷却空间。在投入运行时，额外的冷却空间的温度Tbuffer对应于环境温度，因此对应于冷却空间温度Tair。与图3中所示的时序图形成对比，在本实施例中，如果冷却空间温度Tair对应于比较温度值TSET则不切断压缩机，而是切换阀，使得额外的冷却空间(V通)被冷却，并且额外的冷却空间中的温度Tbuffer下降。当切换阀时，比较温度值TSET也逐渐增加的校正值dSET的第n个部分。只要冷却空间中的温度Tair对应于现在增加了的对比温度值TSET加上迟滞值HW，则阀再次被切断(V断)，并且冷却空间被冷却，从而使得冷却空间温度Tair再次下降。仅在冷却空间温度Tair达到了比较温度值TSET减去滞后值HW时，阀才再次被切换。这个过程随后总共重复n次，直到比较温度值T再次对应于期望温度值SET。如能很好地在本实施例中看出的，压缩机在整个循环过程中不关闭，而是永久地保持接通(C通)。 [0044] 附图标记列表 [0045] 1 冷却装置 [0046] 2 主冷却回路 [0047] 3 压缩机 [0048] 4 冷凝器 [0049] 5 蒸发器 [0050] 6 控制器 [0051] 7 额外的蒸发器 [0052] 8 阀 [0053] 9 第二冷却回路 [0054] 10 压缩机 [0055] 11 附加电路 [0056] 12 第二蒸发器 [0057] 13 冷凝器 [0058] 14 过滤干燥器 [0059] 15 节流器 [0060] 16 太阳能模块 [0061] 17 线路 [0062] 18 控制线路 [0063] 19 第一控制线路 [0064] 20 第二控制线路 [0065] 21 第三控制线路 [0066] Tair 冷却空间温度 [0067] TSET 比较温度值 [0068] Tbuffer 存储罐的温度 [0069] SET 期望温度值 [0070] dSET 校正值 [0071] t0 预定时间段 [0072] t 时间 [0073] n 步骤 [0074] C 压缩机开关 [0075] V 阀开关 |
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