專利名稱：帶有標準蒸發器螺旋管和eepr控制的商品冷凍柜的制作方法
技術領域：
本發明大體涉及商品冷凍技術，特別是涉及食品冷凍柜及其溫度控制系統的改進。
在過去的四十年里在商品冷凍領域，通過采用改進的隔熱材料，更好的冷凍劑、更有效的空氣輸送裝置和壓縮裝置系統、更好的照明以及采用均一的周圍空氣溫度和在食品貯存等采用更好的溫度控制，已取得了很大的進展。影響食品冷凍柜的結構和制造的許多重要因素中，包括冷凍要求和冷凍性能、用于強度、可靠性和安全性以及隔熱效果、貯存容量、物品冷凍能力、還有制造的使用成本的結構設計。
目前市場上使用著多種食品柜，以方便不同食品的售賣同時滿足其冷凍需要，在低溫領域，食品冷凍柜保持食品陳列溫度在在約0°F，而冰淇淋箱則在大約-5°F～10°F溫度范圍內操作。冷凍食品最好保存在可伸手取食品的冷凍箱內(帶有玻璃前門)，其前側可打開，多擱板商品柜最好陳列不同的食品。類似地，在28°F～50°F的物品溫度范圍的中溫領域，帶有玻璃前門熟食商品柜一般最好用于售賣新鮮的切片肉、干酪、色拉或其它熟食品，但前門可打開的多擱板商品柜廣泛用于包裝的肉類和奶制品，而單擱板櫥箱則最好用于新鮮物品。因此，即使商品柜具有某些8英尺(8′)和12英尺(12′)長的工業標準，每一商品冷凍柜裝置的制造仍然需要手工操作。
過去，多數商品冷凍柜采用帶散熱片和導管的蒸發器螺旋管，它沿冷凍柜的整個長度延伸，以在整個長度上從頭至尾取得一致的空氣冷卻。在某些應用中蒸發器螺旋管分成兩個或多個全長部分，這些部分串列連接，冷凍劑可順次流過，并且一般是串列地設置在底部和/或商品櫥箱的下后壁處。這種螺旋管及其控制閥裝置一般只能設在物品區的內下井型區域，以進行維修。此外，雖然這種設置不會影響箱型商品柜的的結構剛性，但已發現一后壁型蒸發器螺旋管設置會限制多擱板商品柜內垂直框架的結構支撐能力，以及熟食商品柜內玻璃前板的懸置。MichaelGrassmuck的同時轉讓的未決申請No.08/057,980公開了熟食和探取型商品柜內玻璃前板鉸接與結構支撐的改進，并且采用了本發明的空氣冷卻的控制系統。
在過去，也在蒸發器-壓縮機吸抽管線內設置了壓力調節閥，以調節蒸發器螺旋管流出的冷凍劑蒸汽，以及用于建立和保持一定的蒸發器吸抽壓力(相對于壓縮機)和在蒸發器螺旋管內產生一相應的飽和冷凍劑溫度。一般只有這些閥中的一種可響應于蒸發器壓力、或者蒸發器與壓縮機間的壓力差，并且另外，是通過一第二優選閥來控制許多現有技術中的閥。這種現有技術的例子有Hanson3303664另一種后壓力調節閥與溫度有關，因為它影響壓力傳感器并且觸發響應于一閥件的膜片控制的壓力。這種閥的例子有Quick 3316731設計的另一類蒸發器壓力調節閥呆同時響應于通過一優先閥的溫度和壓力。這種閥的例子有Pritchard 2161312Dube 2401144Boyle 2993348Miller 3242688本發明涉及冷凍食品柜的空氣冷卻與控制系統，該冷凍食品柜具有一隔熱櫥箱，里面帶有一物品區；若干標準蒸發器螺旋管，這些螺旋管具有基本上相同的熱交換能力并具有預定長度，它們以預定的方案水平地隔開地設置；第一冷凍劑測量裝置，用于控制在蒸發器部分高側(入口)流動的液體冷凍劑；第二冷凍劑測量裝置，用于控制在蒸發器部分低側(出口)流動的吸抽壓力和冷凍劑蒸汽；電子控制裝置，用于檢測蒸發器部分順流側排出空氣溫度并且根據所測溫度操作第二測量裝置。本發明還涉及在受控的蒸發器的冷凍模式和解凍模式以及根據檢測到的空氣溫度作出響應的過程中操作一電子蒸發器壓力調節(EEPR)閥的方法。
本發明的主要目的是提供一種新型的標準蒸發器螺旋管，它便于標準化設計以及不同的冷凍裝置的制造，它通過具有降低冷凍劑損失和改善其效率的較小尺寸的螺旋管就可提供增大的螺旋管能力；它可產生更好的物品冷凍溫度；它可消除往返式彎曲和蒸發器螺旋管的連接并使冷凍劑泄漏損失最小；它可用于帶有一個或多個液體測量控制裝置的多個平等管道部分；它可同時響應于液體和吸抽控制；它便于制造、安裝和維修。本發明的另一特征是可控制商品冷凍柜蒸發器的操作，以保持預選食品區的溫度基本上為恒溫。本發明的另一目的是在冷凍和解凍模式過程中以及響應于檢測到的排出空氣溫度的過程中給相連的蒸發器裝置的吸抽控制提供一EEPR閥。本發明的第三個目的是給冷凍蒸發器吸抽壓力調節提供一種改進的裝置和控制策略，以獲得所需的操作溫度并保持排出空氣和陳列區的溫度。通過余下的描述，本發明的這些及其它目的和優點將更加清楚。
本說明書的附圖中相同部件采用相同標號，其中
圖1為垂直剖開的部分透視圖，它表示了本發明的熟食店商品貯存的一玻璃柜；圖2為大致沿圖1的2-2線的透視圖并表示了本發明標準蒸發器螺旋管特征的一實施例；圖3為圖2的標準螺旋管及其EEPR控制的原理圖；圖4為一局部剖開的透視圖，它表示了本發明的其前端打開的具有多層隔板的商品貯存柜；圖5為圖4的隔熱腔和空氣控制部件的分解圖，并表示了本發明的標準螺旋管及EEPR控制的另一實施例；圖6為圖4和5所示實施例的原理圖；圖7為帶有示意性地伸出的控制電路的剖視圖，它表示本發明的EEPR閥控制；圖8為EEPR閥的控制器操作的流程圖；圖9為本發明的解凍控制功能的曲線圖；圖10為一典型的12英尺商品柜的前側示意圖，它表示本發明的另一種修改形式；圖11為圖10的改型的制冷系統的原理圖；圖12為具有多個獨立的陳列格的商品柜的透視圖，它表示本發明的另一改型的多蒸發器和EEPR控制；圖13則為圖12的空氣控制系統的示意圖。
為公開本發明，示出了本發明的標準蒸發器螺旋管和電子蒸發器壓力調節器(EEPR)控制的不同實施例，這些實施例中是采用不同的食品陳列格或商品柜，典型的超級市場可裝備這種食品陳列格或商品柜。這種食品陳列格一般制造成標準的8英尺(8′)或12英尺(12′)長，但也可布置成在相同的總的溫度范圍內多個商品柜排成一列形式的多貯存柜。保持陳列區的溫度為0°F以冷凍食品的低溫冷凍需要使螺旋管的溫度大致在-5°F～-20°F的范圍內，以使空氣溫度大約在-3F～-11F之間；并且保持新鮮食品區的溫度在34°F～46°F的范圍內(鮮肉)的中溫冷藏需要使螺旋管溫度大致在約15°F～24°F范圍之內，而相應的空氣溫度則在約24°F～37°F之間。顯而易見，封閉的前臺柜，例如熟食柜或帶有玻璃板的商品柜，比前端打開的多層隔板的商品柜更容易冷凍，并且這種商品柜的隔熱保溫性質及能力成為主要的設計因素。
同樣為公開本發明，應當理解不同的商品冷凍系統都可采用本發明的制冷和控制系統。例如，可采用帶有多個壓縮機的傳統的“后腔”(back room)型封閉式冷凍系統，或者通過在購物處巧妙地設置壓縮裝置，也可采用本發明的商品柜——這種壓縮裝置為共同提出的未決專利申請No.08/057617中所公開和要求保護的那種。無論哪種情況，都可理解本發明冷凍系統的一般操作，并且對于本領域內的普通技術人員來說，顯而易見，在他們的傳統的冷凍經驗方面，都會用到不同的冷凍詞語如“高側”、“低側”以及“排出空氣”。
參照圖1～3，示出了本發明的一實施例，一封閉的熟食商品柜DM一般包括一安裝于基底部分11上的櫥箱10、空氣循環裝置12位于櫥箱的盒體之中以及一上陳列柜或陳列部分13。一般地，上陳列柜部分13設置有一斜的后售貨壁14，以提供可滑動地進入的售貨門14a，還設置有一短的水平頂壁15、端壁16以及彎曲的雙玻璃前板17，這些玻璃前板基本上與端壁前緣吻合，并且所有這些構件一起構成冷凍物品陳列區18，其內具有擱板裝置19。需要時可使基底部分11、上部13的后、頂、端壁隔熱，以在陳列區18內保持最佳的冷凍狀況。玻璃板17一般從周圍關閉物品區18，但為了打開該玻璃板以貯存、清理或者售貨，該玻璃板被鉸接于19a。這些玻璃板的重量通過支柱20傳遞給基底11，這些支柱相互隔開并且將滑動門14a置于其間。空氣循環裝置12包括一位于柜13之底上的增壓腔12a、用于使空氣在柜內以及陳列區18內循環的多個風扇12b。
本發明的特征之一在于商品柜DM的冷凍裝置21，特別是采用多個標準蒸發器螺旋管部分22來取代傳統的全長螺旋管，下文將詳細描述。本發明的另一特征在于商品柜DM的冷凍控制，它包括一采用靜熱力膨脹閥23形式的高側液體控制或測量裝置，還包括一采用EEPR閥24形式的低側吸抽控制或測量裝置，及其電子控制器25，此后也將詳細地描述。
參照圖3，其示出了一典型的冷凍系統26，可以看出膨脹閥23通過液體管線27a從系統儲液室27接收高壓液體冷凍劑，并且根據用傳統方法由測溫器28檢測到的吸抽溫度/壓力，通過一分配器(未示出)和通向標準螺旋管22的輸送管線23a來測量液體。標準螺旋管22的吸抽管線24a的低側設置有EEPR閥24，以通過主吸抽管線30a向系統壓縮機裝置30的吸抽側回送過熱的冷凍劑蒸發汽。壓縮機裝置30通過排放管線31a向冷凝器31排放高壓蒸發冷凍劑，這時冷凍劑被冷卻和冷凝成液態并通過管線31b排放儲液室27以完成循環。如液體和吸抽管線27a、30a中的箭頭所示，冷凍系統26可在同一溫度范圍內貯放其它食品。
過去每種類型商品冷凍柜大多是分別設計，以進行其食品陳列或貯存，并且其制造一般是常規的裝配過程。這些現有技術中的商品柜具有實心的、笨重的內部框架，其間帶有大的隔熱件，并且具有全支撐的內部櫥箱，其整個長度都有蒸發器螺旋管，以在陳列區的整個空間內獲得均勻的、平衡的氣流。已發現標準的內一外支撐框架結構可有效地支撐最大的商品柜櫥箱，不管是熟食柜中單個擱板的形式、還是用于冷凍食品、肉類或奶制品的2～5層擱板的貯存柜，這種貯存柜具有較大的擱板重量。本發明蒸發器螺旋管的標準化使之適于采用新的櫥箱框架件，它承擔隔熱板、擱板溝槽形成件的重量，并將其轉移至一外部框架總成上。
因此，本發明的標準蒸發器螺旋管22，其中采用了傳統的散熱片和導管結構，在幾個方面構成了商品柜領域的進步。標準螺旋管22被統一成4英尺(4′)長，以適于更靈活地放置和便于標準框架的使用，這一點在同時轉讓的由Martin J.Duffy發明的名稱為“具有標準外部框架結構的商品冷凍柜”的未決專利申請No.08/404036中作了詳細的說明。較短的標準螺旋管22具有連續的蛇形螺旋管，它不帶端接頭或類似物，從而根本上消除了螺旋管的泄漏。對于8或12英尺的螺旋管來說，管道具有適宜的較小的直徑，并且減少了所需的冷凍劑總量。螺旋管的散熱片比傳統形式更近地隔開，但由于采用了較小的管道，因此在螺旋管內仍可產生較大容積的空氣空間，以便于更有效的熱交換以及由風扇12b進行循環的空氣的冷卻，而不會增大空氣側的阻力。例如，現有技術的螺旋管或者采用3/4＂O.D.的管道，管道中心之間隔開2＂，或者采用5/8＂0.D.的管道，管道之間隔開1又3/8＂。已發現7/16＂O.D.的管道可隔開1.2＂并且仍能比傳統的螺旋管多產生50％的熱傳遞散熱表面。其結果是更好的螺旋管性能、使用更少的材料和更小的冷凍劑變化、更少的接頭和泄漏，并且帶來更好的解凍能力。
因此，仍然參照圖1～3，具有這些特征的若干標準螺旋管22首尾相連水平隔開設置。圖2表示圖1的熟食商品柜DM為12英尺的櫥柜，并因而具有3個相同尺寸的螺旋管部分22，它們設置在該封閉型的商品柜的支柱之間。在圖2和3所最佳地示出的實施例中，其高側液體測量裝置包括一單個靜熱力膨脹閥23，用于向每一螺旋管部分22分配相同的冷凍劑量，并因而設有相同長度的輸送管線23a，用于連接閥出口與各個螺旋管部分的入口。在中央螺旋管22內設置膨脹閥23意味著該處的輸送管線23a必須彎曲或者設置成具有相對于在閥23和中央螺旋管入口之間較短的直接距離的額外的長度。
現參照圖3和7，本發明的EEPR閥24設置在從螺旋管部分22引出的吸抽管線以及商品柜內，并且它位于標準螺旋管22和壓縮機負壓管(吸抽管)之間。該EEPR閥24具有一閥體部分36和一控制頭37，控制頭內設有一步進電機38。閥體部分36具有一入口腔39，它帶有一與螺旋管部分的吸抽管線24a相連的入口39a；還具有一出口腔40，它帶有一與壓縮機吸抽管線30a相連的出口40a。在腔39、40之間形成有一環形閥座41，一閥件42可相對于閥座41在一全關閉位置(圖示狀態)和一全打開位置之間軸向移動。當控制器25根據檢測到的標準螺旋管部分22內的空氣溫度而操作時，閥件42的位置可由步進電機38控制。在螺旋管部分22的順流(出口)側巧妙地設有至少一個空氣溫度傳感器43，并與控制器25相連，下面將進行描述。在最佳實施例中，每一螺旋管22都設有一傳感器43，并且控制器將多個傳感器讀取的數據平均后來確定EEPR閥的控制策略。
將可理解，對封閉的單個擱板的熟食商品柜DM的食品區進行空氣溫度控制，比對前端打開的、多個擱板的商品柜之食品區、例如圖4～6所示的4擱板肉類商品柜MM的空氣溫度控制更容易完成。如圖所示，在熟食櫥箱DM內可采用單個膨脹閥23，并且在EEPR閥24的控制中可采用單個傳感器43。因此，在具體描述EEPR閥的控制之前，首先公開標準螺旋管特征的其它實施例。
參照圖4～6，采用“100”系列的標號描述了一前端打開的多擱板商品柜MM。該商品柜MM具有下基底框架111和一外垂直結構框架111a，其上裝有一上櫥箱部分113，該櫥箱113帶有一后板114、一頂壁115、端壁(未示出)，它們共同構成一冷凍物品陳列區118，該陳列區118具有一前開口117。在陳列區118內還安裝有合適的擱板(未示出)或其它物品陳列裝置(即盒板)。圖5的分解圖表示上櫥箱113包括一帶有垂直后部114a和頂部115a的外隔熱板104、帶有一垂直部分114b和一水平頂部115b的內板或襯套105。這些外板和內板104、105通過隔開的內部框架件106空間隔開地裝配，以形成連接后部和頂部空氣的分配管道(未示出)。一下櫥箱板107蓋住一空氣導管112a，該導管112a與帶有風扇112b的空氣循環送風裝置112相連。標準螺旋管部分112水平首尾相連地設置在內部框架106之間，并且與空氣循環裝置112相連，以冷卻空氣流，從而在陳列區118內產生用于物品冷卻的所需的排出空氣溫度。
在圖4～6的實施例中，液體測量裝置包括每一螺旋管部分的一獨立的膨脹閥123，可分別根據其各自的檢測器(128)及預設條件進行操作。EEPR閥124和其控制器125位于商品柜內并在各個螺旋管122的順流側設有獨立的溫度傳感器143。每一蒸發器部分122采用獨立的EEPR閥也是本發明的一個特征，但帶有一單個控制器125。
通過一個或多個膨脹閥23、123以及一個或多個EEPR閥24、124來完成流過蒸發器以對商品物品區18、118進行冷凍的冷凍劑的測量。根據商品的性質以及其冷凍需要，可以采用不同的膨脹閥和EEPR閥構造。圖3所示的構造包括一單個膨脹閥23和一單個EEPR閥。圖6中示出了在商品柜MM的每一蒸發器122具有一個膨脹閥123并且在其公共吸抽管線上具有一單個EEPR閥124。為了控制一螺旋管的溫度與另一螺旋管的溫度不同，在其吸抽側設有其本身的EEPR閥，如圖11所示。
蒸發器22、122攜帶的冷凍劑量通過操作EEPR閥來控制。膨脹閥23、123的功能是通過將蒸發器的吸抽側維持在最優的冷凍劑過熱值(例如5F)來使冷凍操作處于最優狀態，而不是獲得溫度控制。因此，根據由安裝于每一蒸發器出口端的檢測器28、128檢測到的冷凍劑的溫度來分別調節每一膨脹閥23、123。該膨脹閥可相當較廉價地制造并預設為以一預定的方式根據由其檢測器檢測到的溫度進行操作。在大多數情況下在安裝之后并不需要重新調節膨脹閥。
膨脹閥23、123以及其相應的檢測器28、128可設置成幾種不同的形式，下面的描述并不是詳盡的。例如，用于所有3個蒸發器的單個膨脹閥23，如圖3所示，是通過位于最后的蒸發器的吸抽管線靠近順流側處的檢測器28來控制的。如圖6所示，每一蒸發器122具有其本身的小巧的膨脹閥123，它通過位于該蒸發器出口鄰近的檢測器128來操作。圖11所示的膨脹閥和檢測器具有與所描述的幾乎相同的布置。
通過膨脹閥使得本發明與商品柜的蒸發器溫度控制具有鮮明的對照，該膨脹閥是根據檢測到的由蒸發器排出的空氣溫度進行調節的。通過對一大體上為恒定吸抽壓力的膨脹閥進行操作來控制一具體蒸發器的排出空氣溫度，會導致從蒸發器流出的冷凍劑過熱的變化。例如，當排出空氣的溫度太低時，膨脹閥下移并減小流入蒸發器內的冷凍劑。結果，蒸發器內所有的冷凍劑在到達蒸發器的出口之前完全地蒸發了，這樣，蒸發器內不能保持冷凍劑的沸騰會引起效率的降低，在蒸發器上所獲得的非均勻的解凍，這需要更頻繁的解凍循環、以及附加的去濕操作。因此，本發明通過在蒸發器附近、最好是在商品柜本身內設置EEPR閥24可精密地控制飽和的蒸發器溫度，并且通過保持基本上為恒定的過熱，膨脹閥可用于確保蒸發器有效地操作。
EEPR閥24、124的操作是通過安裝于商品柜內并與EEPR閥的一閥管路相連的控制器25、125來進行控制的，以選擇地致動其步進電機38，使之在41打開、關閉或調節閥的開啟。接著蒸發器設置的溫度傳感器43、143檢測相應的蒸發器排出的空氣溫度。這些傳感器可以產生對應于所檢測到的溫度的信號并將其傳送到控制器25、125。控制器采用檢測溫度值的平均值了控制EEPR閥24、124，下面將更詳細地描述。可以理解，只要不脫離本發明的范圍，可采用更多或更少數量的溫度傳感器，還可采用檢測溫度以外其它參數的傳感器并且該傳感器的信號可進行不同的處理，以用于控制EEPR閥。
為了獲得EEPR閥件42的所需的位置精度，控制器可設計成能補償將步進電機37與閥件42相連的傳動裝置(未示出)的固有松動或運動損失。步進電機位置與閥件位置之間的適應性可常規地不一致，以進行微調。當電機37的運動方向改變時，可能會出現這種不一致，例如當電機首先使閥件42在腔39內朝向更大地打開的位置移動，然后小量地反向移動該閥件使之更加關閉。當運動方向改變時，傳動的松動可能會導致閥件不會移動，即使步進電機移向對應于新的閥位置的位置。為了克服這一固有的非精確性，控制器25、125操作使閥件42的由控制器控制的朝向最終位置的運動總是出現在前述運動的同一方向。更具體地說，閥件總是朝向其最終位置沿閥打開的方向移動，使冷凍劑壓力可保持傳動更緊密。例如，當控制算法要求閥處于950步驟的位置(對應于閥的一更關閉的位置)時，閥件可位于對應于步進電機37的1000步驟的位置。控制器致動閥管路使電機轉至940步驟的位置，即越過控制算法所要求的位置，并且然后到達950步驟的最終位置。由于吸抽管線內的冷凍劑壓力趨向于使閥件打開從而因壓力的作用而去除了傳動的任何松動，因此位置高度精確。
現參照圖8的流程圖，它簡單地示出了EEPR閥24、124的操作。圖中由80處啟動，該處同時根據冷凍系統的啟動和EEPR閥的控制器25、125的初始操作結合進行特殊的操作(未詳細示出)。EEPR閥的操作將結合圖4～6所示的商品柜MM進行描述，該商品柜為8英尺(8′)長，具有兩個蒸發器122和與每一蒸發器相連的一個溫度傳感器143。控制器125的致動驅動回路使步進電機(137)轉動至一完全越過閥件(142)的關閉位置的位置。然后步進電機的位置儲存在控制器內用作以后操作的參考“關閉”位置。此外，當冷凍系統126首先致動(或在關閉后重新致動)時，控制器125在程序的作用下通過將EEPR閥件(142)移至一完全打開的位置，直至溫度傳感器143檢測到平均溫度T小于或等于商品柜的溫度設置點Tset時為止，可迅速降低商品柜MM的溫度。
當離開啟動序列80后，控制器進入冷凍模式，該模式包括通過調節EEPR閥124將蒸發器(122)排出的空氣溫度保持在Tset的控制程序82。冷凍模式82包括根據由傳感器檢測到的溫度T調節閥的開度(通過改變閥件的位置)，還包括周期性的判斷程序83，以確定解凍模式的啟動，以及閥的參考位置的數據儲存程序(85)，例如，代表在正常的冷凍模式過程中保持平均排出空氣溫度T大致等于Tset的閥的位置。閥的參考位置用作EEPR閥在緊接著一解凍模式之后的下一個正常的冷凍模式的初始設置。
控制器內編程有一缺省的閥的基準位置，以用于在啟動系統后的第一冷凍模式中設置EEPR閥。在離開冷凍模式的初始操作一足夠長的時間之后，控制器將儲存一新的閥的基準位置，從而使EEPR閥足以轉入一穩定的操作模式(即位置)，以保持排出的空氣溫度為Tset。因此，當開始冷凍模式時，控制器(在81)首先設置一等于儲存周期Tstore的閥的參考位置儲存時間t1。在一最優實施例中，Tstore等于60分鐘。控制器內的一計時器開始倒計數從Tstore至t1的時間，直至t1等于0(見84)。然后控制器儲存EEPR閥件閥的基準或平均位置(見85)，用作下一個冷凍模式的參考。
通過冷凍模式，控制器從與蒸發器122相連的溫度傳感器143接收溫度信號。該控制器對檢測到的溫度T進行平均并使用一控制算法(即一PID控制算法)來處理平均溫度并向步進電機產生一控制信號以調節閥的開度。通過這一方法，操作EEPR閥來改變蒸發器的吸抽壓力從而改變蒸發器的溫度。雖然沒有表示出，但控制器包括各種警示器，用于檢測空氣制冷系統的失效。
可由控制器內的計時器、或通過一位于商品柜外的主解凍計時器和在系統126內對若干個商品柜控制冷凍與解凍循環、或者通過檢測一些時間外的參數來控制解凍循環的啟動。解凍方法可采用關機(關閉高側液體輸送)或電子解凍，而空氣循環裝置21仍然操作以加速蒸發器內的熱分散。應當了解一種典型的解凍可在線地完成，它包括兩個組成部分即一溶冰期和一滴水期，其中溶冰期完全溶解聚積于螺旋管的散熱片34和管道33上的冰(其達到滴水溫度)、而滴水期則使水從蒸發器內流出以避免再結冰。可以預見解凍熱氣也可用作其它作用，這時風扇12a在解凍溶冰期停止運轉。任何情況下，只要控制器知道到了解凍的時候，它就會進入解凍模式。
通過控制器致動閥回路以完全關閉(步驟86)EEPR閥，停止商品柜內正常的冷凍模式，就開始了蒸發器的解凍。蒸發器排出空氣的溫度開始上升，并且控制器在步驟87周期性地對傳感器143檢測的溫度進行平均，判斷該平均溫度是否等于或超過儲存于控制器內滴水時溫度Tdrip。在最佳實施例中，根據經驗將滴水時溫度Tdrip選擇為32°F以上的排出空氣溫度，該溫度是當蒸發器內所有的冰都除掉后在溶冰期結束時檢測到的。可由檢測到蒸發器內已無冰時來啟動滴水時間的開始。一種完成方法是首先檢測在解凍模式過程中排出空氣溫度上升的平穩狀態，它表明通過蒸發器的空氣的熱能正在用于溶解冰。然后控制器等待該平穩狀態下排出空氣溫度的上升，它表明冰已除掉并且商品柜內的熱能重新加熱空氣。排出空氣溫度的這種上升表示已完全溶冰并且滴水時間已經開始(參見圖9)。在最佳實施例中，隨著檢測Tdrip，將滴水時間t2重新設置(88)給時間周期Tdrip并且控制器部分地打開EEPR閥以測量流過蒸發器的冷凍劑，見步驟89。然后控制器根據檢測到的平均溫度調節EEPR閥，以在Tdrip制冷商品柜。同時，冷凍在Tdrip開始，控制器內的計時器90開始從Tdrip～0倒計數t2。因此，如圖9所示，Tdrip的冷凍允許留在蒸發器上的冷凝劑隨著冰的溶解而從蒸發器上掉下，而限制商品柜內空氣溫度在該最終解凍周期中上升，從而使物品區118的空氣溫度上升以及使物品處于實質上大于Tdrip的空氣溫度中的可能性最小，而同時也縮短了后續的降溫時間。
當控制器發現滴水時間t2等于0時，控制器在Tdrip暫停冷凍，這表明滴水時間Tdrip周期已結束。然后通過完全打開EEPR閥(步驟91)并且不論溫度傳感器143檢測到的排出空氣溫度T如何一直保持其打開，直至檢測到的平均溫度首先達到或低于Tset(步驟92)，此時控制器進入降溫模式。在跟著解凍后的降溫周期中取消正常的對EEPR閥的調節以及將閥保持在完全打開的位置將加速使降溫達到冷凍設置點。在檢測到的溫度首次達到Tset后，使閥立即設置到在冷凍模式中控制器最后操作中儲存的閥參考位置93。閥參考位置儲存時間t1重新設置給Tstore(步驟81)并且上述冷凍模式再次開始。
由所述控制器和EEPR閥的操作所引起的排出空氣的作用圖示于附圖9中，其中與現有技術中的解凍循環作了比較。商品柜中解凍溶冰期產生類似于現有技術解凍循環中的排出空氣溫度的上升。排出空氣溫度到達一平穩的結冰點(一般略高一點)。這時冰開始從蒸發器上溶化。當冰除掉后，排出空氣溫度再次開始上升，但解凍并未結束，因為冷凝劑仍然留在蒸發器上。在現有技術中，排出空氣溫度(虛線所示)對于整個滴水時間都允許上升，而允許冷凝劑從蒸發器上滴下以獲得一干凈的螺旋管。實際上排出空氣溫度并不常超過41°F，導致現有技術的商品柜中不希望的物品區的變熱。相反，本發明的商品柜在滴水時可限制排出空氣溫度在大約35F以內，從而物品區和空氣導管系統在解凍的最后階段仍保持比較冷卻。
通過將EEPR閥保持在一全開位置而取得的快速降溫使得排出空氣溫度以大的斜率向設置點Tset下降。相反，如果在階段周期結束后允許進行EEPR型閥的正常的現有技術調節，排出空氣溫度可靠的達到設置點Tset。其理由在于當到達設置點時，控制算法造成冷凍變慢。因此，同本發明相比，現有技術中不會那么快地到達設置點Tset。
現參照圖10和11，結合一12英尺長的前端打開的商品柜PM示出了空氣冷卻系統的另一修改的實施例，該商品柜具有帶3個物品冷卻區218a、218b、218c的櫥箱210。物品冷卻區218a、218b一般是結合圖4～6所示的商品柜MM，其中這些物品區218a、218b具有需要中溫冷凍存放新鮮食品的多個擱板219。然而，物品區218c代表一盒板型后板(205)，用于預先包裝物品例如干酪和冷凍切片的冷凍陳列。已知道在擱板、盒板或類似物相鄰區之間的空氣分布特性可能不同，并且可能會使得一個區內的空氣溫度比所需的要高。在現有技術中其解決方案是以一低的蒸發器溫度來操作整個貯存柜。對于這種標準的螺旋管發明，可在相鄰區之間進行調節，例如通過在低溫下操作蒸發器螺旋管(222c)以提供較冷的排出空氣溫度。可以預想除了各個螺旋管(222)的溫度傳感器243a、243b和243c外，控制器225還可設置物品區溫度傳感器209a、209b和209c以及利用所檢測到的數據，以獲得所需的操作平衡。具體參見圖11，可使用一EEPR閥224b來控制兩個螺旋管部分222a和222b，并且可使用另一EEPR閥224c來進行螺旋管222c的更冷的操作。
參見圖12和13，對于低溫或中溫冷凍可采用一分立的或“井”(well)型商品柜IM。這種貯存柜大多設計成帶有多個物品保存區，并且圖12示出了帶有兩個平行的物品區318a和318b以及在該兩個區旁橫向延伸的一個端區318c的三格櫥箱310。一般地，這兩個平行區318a和318b帶有一個共用中心壁308背靠背地設置，并形成有一內部空氣導管(未示出)，而端區部分318c具有一獨立的空氣冷卻系統。最好是如圖13所示，在本發明的一直形式中每一冷卻區(318)是通過蒸發器螺旋管冷凍(332a用于318a區、332b用于318b區、而322c用于318c區)。多個螺旋管的吸抽可通過一單個EEPR閥控制。控制器25根據由每一空氣循環系統312a、312b和312c的至少一個傳感器343檢測到的排出空氣溫度來操作EEPR閥。將可理解，在某些較短的獨立商品柜櫥箱部分只需一單個蒸發器螺旋管(322c)。
本發明的范圍將包括這些對于本領域內普通技術人員來說顯而易見的那些變化和修改，并且僅受到所附權利要求書的限制。
權利要求
1.一商品冷凍柜內的空氣冷卻系統，具有一隔熱的櫥箱，它帶有一單個物品區，用于陳列和食品銷售，該系統包括標準的蒸發器裝置，它帶有若干螺旋管部分，它們的尺寸以及熱交換能力基本相同，該若干螺旋管部分具有預選長度并且水平地、在所述隔熱櫥箱內首尾相對地分隔設置；液體冷凍劑測量裝置，用于控制在所述標準蒸發器裝置高側流入的液體冷凍劑；以及將每一螺旋管部分連接的裝置，用于使流過該螺旋管部分的獨立的空氣流進行循環并且將所有的空氣流分散到單個物品區以進行冷卻。
2.如權利要求1所述的空氣冷卻系統，它包括其它冷凍劑測量裝置，這些裝置設置在所述標準蒸發器裝置的低側，用于控制至少一個螺旋管部分內的吸抽壓力。
3.如權利要求2所述的空氣冷卻系統，它包括用于周期性地對所述蒸發器裝置進行解凍的裝置，并且所述的其它冷凍劑測量裝置包括檢測空氣溫度并在解凍過程中調節吸抽壓力的裝置。
4.如權利要求2所述的空氣冷卻系統，其中該其它測量裝置包括用于調節所述蒸發器裝置的螺旋管部分的冷凍劑蒸汽流量的蒸發器壓力調節(EEPR)閥裝置，以及用于檢測所述的至少一個螺旋管部分的順流側排出空氣溫度的裝置，還包括用于在一冷凍模式和一解凍模式操作該EEPR閥裝置的控制器裝置。
5.如權利要求4所述的空氣冷卻系統，其中該液體和其它測量裝置以及該EEPR閥裝置都位于商品柜內。
6.如權利要求4所述的空氣冷卻系統，其中該控制器裝置用于在解凍模式的初始溶冰期關閉該EEPR閥，并且也用于根據檢測到的排出空氣溫度超過一預設值來在解凍模式的滴水時期調節該EEPR閥裝置，從而在該解凍模式余留的滴水時間的預設值處提供一冷凍狀態。
7.如權利要求1所述的空氣冷卻系統，其中該標準蒸發器裝置的所述的若干螺旋管部分以使冷凍劑相互平行流動的關系設置，而對于所述的液體冷凍劑測量裝置來說是以順序流動的關系設置，并且所有的這些螺旋管部分同時具有一可操作的冷卻模式以及同時具有一不可操作的解凍模式。
8.如權利要求7所述的空氣冷卻系統，其中該商品柜設置有在冷卻期間能從周圍正常地關閉物品區的裝置，并且該液體冷凍劑測量裝置包括一單個靜熱力膨脹閥，以及大致具有相同長度的管道裝置，這些管道裝置將所述的膨脹閥連接至每一所述的螺旋管部分。
9.如權利要求17所述的空氣冷卻系統，其中該商品柜在所述物品區的前側設置成在任何時刻都可向周圍打開，并且該液體冷凍劑測量裝置包括至少兩個靜熱力膨脹閥，它們在出流側可操作地連接至少兩個相應的和獨立的螺旋管部分。
10.如權利要求1所述的空氣冷卻系統，其中該空氣流動裝置包括用于將獨立的空氣流發散到水平相鄰并且大致鄰接的單個物品區內的裝置。
11.一商品冷凍柜內的空氣(制冷)冷卻系統，具有一隔熱的櫥箱，它帶有一單個物品區，該系統包括標準的蒸發器裝置，它帶有若干螺旋管部分，它們的尺寸以及熱交換能力基本相同，該若干螺旋管部分以相互首尾相對的關系設置，并且每一螺旋管部分都可操作地與一預定的該物品區的分立部分相連，以用于冷凍；第一冷凍劑測量裝置，用于控制在所述標準蒸發器裝置高側流入的液體冷凍劑；設置于所述蒸發器裝置低側的第二冷凍劑測量裝置，用于控制至少一個螺旋管部分內的吸抽壓力；以及將每一螺旋管部分連接的空氣流動裝置，用于使流過該螺旋管部分的獨立的空氣流進行循環并且將所有的空氣流分散到物品區的背靠背的部分內。
12.如權利要求11所述的空氣冷卻系統，它包括周期性地對所述蒸發器裝置進行解凍的裝置，并且其中該第二冷凍劑測量裝置包括檢測排出空氣溫度并在解凍過程中調節吸抽壓力的裝置。
13.如權利要求11所述的空氣冷卻系統，其中該第二冷凍劑測量裝置包括電子蒸發器壓力調節(EEPR)閥裝置，用于調節所述蒸發器裝置的至少一個螺旋管部分的冷凍劑蒸汽流量所，以及用于檢測所述的一個螺旋管部分的順流側排出空氣溫度的裝置，還包括用于在一冷凍模式和一解凍模式操作該EEPR閥裝置的控制器裝置。
14.如權利要求13所述的空氣冷卻系統，其中該控制器裝置用于在解凍模式的初始溶冰期關閉該EEPR閥，并且也用于根據檢測到的排出空氣溫度超過一預設值來在解凍模式的滴水時期調節該EEPR閥裝置，從而在該解凍模式余留的滴水時間的預設值處提供一冷凍狀態。
15.一商品冷凍柜內的空氣(制冷)冷卻系統，具有一隔熱的櫥箱，它帶有一單個物品區，該系統包括帶有一冷凍模式的蒸發器裝置，它用于冷卻櫥箱內的空氣，以獲得一預選的排出空氣溫度降低氣流；還包括液體冷凍劑測量裝置，用于控制在所述標準蒸發器裝置高側流入的液體冷凍劑；以及用于使流過該蒸發器裝置和該物品區的空氣流進行循環的裝置；以及第一冷凍劑測量裝置，用于控制在所述標準蒸發器裝置高側流入的液體冷凍劑；設置于所述蒸發器裝置低側的其它冷凍劑測量裝置，用于控制吸抽壓力；該其它測量裝置包括用于調節所述蒸發器裝置的冷凍劑蒸汽流量的蒸發器壓力調節(EEPR)閥裝置；以及用于檢測該蒸發器裝置順流側排出空氣溫度的裝置；還包括根據所述檢測裝置作出反應的控制器裝置，用于在所述冷凍模式和解凍模式操作該EEPR閥裝置。
16.如權利要求15所述的空氣冷卻系統，其中該控制器裝置用于在解凍模式的初始溶冰期關閉該EEPR閥，并且也用于根據檢測到的排出空氣溫度超過一預設值來在解凍模式的滴水時期調節該EEPR閥裝置，從而在該解凍模式余留的滴水時間的預設值處提供一冷凍狀態。
17.控制用于食品的商品冷凍柜之蒸發器螺旋管的排出空氣溫度的方法，其中蒸發器螺旋管具有一冷凍模式和一解凍模式并且蒸發器螺旋管的吸抽側具有由一閥控制器回路操作的電子蒸發器壓力調節器(EEPR)閥，該控制方法包括以下步驟(a)檢測蒸發器螺旋管排出空氣的溫度并且產生一相應的信號；(b)通過調節流過的冷凍劑蒸汽流來操作蒸發器螺旋管在冷凍模式時的EEPR閥，以保持預選的排出空氣溫度；(c)在蒸發器螺旋管的解凍模式操作該EEPR閥，(1)在該蒸發器螺旋管的一預選的溶冰期首先關閉EEPR閥，直至達到一預定的滴水溫度，并且(2)然后在一最終的滴水期根據對排出空氣溫度超過一預選值的檢測，致動該閥控制器裝置，以提供有限的冷凍，從而在解凍模式的余留階段保持預選溫度。
18.如權利要求17所述的控制方法，其中在冷凍模式操作EEPR閥步驟還包括以下步驟(1)監測EEPR閥的位置；(2)在冷凍模式隨著EEPR閥操作的進行，對一預選的周期進行計時，被選擇的時間周期允許該閥基本上穩定在保持排出空氣穩定在一預設點的位置，(3)當預選周期計時完后，儲存該時刻的閥的參考位置。
19.如權利要求18所述的控制方法，其中蒸發器具有一降溫模式，該控制方法還包括下列步驟(d)在蒸發器螺旋管的降溫模式操作EEPR閥，(1)首先將EEPR閥移向其全開位置，(2)將EEPR閥保持在全開位置，直至檢測到預選的排出空氣穩定。
20.如權利要求19所述的控制方法，其中在降溫模式操作EEPR閥的步驟還包括緊跟在檢測預選的排出空氣溫度之后的步驟(3)在冷凍模式操作EEPR閥期間，將EEPR閥設置在儲存于閥控制器回路內的閥基準位置。
21.如權利要求17所述的控制方法，其中蒸發器具有一降溫模式，該控制方法還包括下列步驟(d)在蒸發器螺旋管的降溫模式操作該EEPR閥，(1)首先將EEPR閥移向其全開位置；(2)將該EEPR閥保持在其全開位置，直至檢測到預選的排出空氣溫度。
全文摘要
一食品冷凍柜內的空氣冷卻和控制系統，該冷凍柜具有一隔熱的櫥箱，若干具有基本相同的熱交換能力的標準的蒸發器螺旋管部分，并且具有預定的長度，以預定的方式首尾相對地水平分隔設置。該系統還包括第一冷凍劑測量閥，和第二冷凍劑測量裝置，一電子控制裝置檢測蒸發器部分順流側的排出空氣溫度并且據此操作第二測量閥。在另一方面，還公開了在受控的蒸發器的冷凍和解凍模式以及響應于所檢測到的空氣溫度過程中操作一電子蒸發器壓力調節(EEPR)閥的方法。
文檔編號F25B5/02GK1153551SQ96190185
公開日1997年7月2日 申請日期1996年2月21日 優先權日1996年2月21日
發明者約翰A·貝爾 申請人:哈斯曼公司