專利名稱：具有最優(yōu)化氣流的食品冷藏器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于冷藏新鮮水果和其他新鮮食物制品的裝置，特別是涉及一種使用珀爾帖效應(yīng)熱電裝置的、改進(jìn)的臺面安放式水果冷藏器。
遵循公知的珀爾帖效應(yīng)進(jìn)行工作的熱電裝置，被用作冷卻/加熱裝置已經(jīng)有許多年。這種熱電裝置包括一排的半導(dǎo)體電偶，其中這些半導(dǎo)體電偶進(jìn)行電串聯(lián)連接和熱并聯(lián)連接。半導(dǎo)體電偶被夾在金屬化陶瓷基片之間。當(dāng)直流電流串聯(lián)地施加給熱電裝置時，該熱電裝置用作熱泵，其中在冷側(cè)吸收熱量，從而對冷側(cè)進(jìn)行冷卻，同時熱量在另一側(cè)散失。電流的反向會導(dǎo)致熱流動方向的反向。將散熱器和吸熱器附著在相應(yīng)的冷熱兩側(cè)上，可以提高該熱電裝置的效率。
珀爾帖效應(yīng)裝置已經(jīng)長期用于設(shè)置冷藏器和/或加熱器，以保持食物新鮮或溫?zé)崾澄镆员愎?yīng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并眾所周知地，使用強(qiáng)迫空氣對流可促進(jìn)熱傳遞。典型地，較小的電扇用于使空氣循環(huán)經(jīng)過吸熱器、進(jìn)入并貫穿食物用容器，同時另一個風(fēng)扇使外部環(huán)境空氣橫穿過散熱器，以從該散熱器處散發(fā)熱量。
盡管在現(xiàn)有技術(shù)中新鮮水果和其他易腐爛食物制品用的冷藏器是公知的，但這些裝置在市場上的銷售卻不太成功。可能有眾多的原因來解釋市場銷售的不太成功。一個原因是實(shí)心的熱電模塊的成本和熱傳遞效率。此外，為獲得最大的冷卻效率需要進(jìn)行冷卻空氣的循環(huán)，這導(dǎo)致管路系統(tǒng)較為復(fù)雜，該較為復(fù)雜的管路系統(tǒng)大大地增加了容器(典型地由模制塑料材料制成)的成本。較長且復(fù)雜的空氣循環(huán)管路系統(tǒng)也導(dǎo)致了熱量損失和壓力下降，這二者都會降低效率或增加產(chǎn)品成本?，F(xiàn)有冷藏器的另一問題是冷卻空氣在待冷卻食物中的分布。最優(yōu)化冷卻空氣的分布模式及最優(yōu)化冷卻空氣在食物容器區(qū)域內(nèi)的停留時間，將是非常重要的。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，用于新鮮水果或其他易腐食品的冷藏器使用了可以最優(yōu)化冷卻空氣流并進(jìn)而最優(yōu)化熱傳遞效率的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)帶有制造成本相對較低的容器結(jié)構(gòu)并允許使用相對較小的熱電模塊。美國專利5,448,109中公開了可增加效率的熱電模塊，其特別適用于本發(fā)明的水果冷藏器。
根據(jù)本發(fā)明最廣泛的方面，本發(fā)明的食物冷藏器包括底座殼體，用于安置被夾于吸熱器和相對散熱器間的珀爾帖效應(yīng)熱電模塊。該底座殼體還限定了管路系統(tǒng)，其包括與該吸熱器相熱傳遞連通的冷卻空氣供應(yīng)管、空氣返回管及置于冷卻管路系統(tǒng)中用于在其中循環(huán)空氣的冷卻空氣循環(huán)風(fēng)扇。
食物容器部分與該底座殼體相鄰，并容置封閉側(cè)壁及用于取出食物的可移開或可開啟蓋。該食物容器部分中包括與該管路系統(tǒng)連通的多個進(jìn)口孔和出口孔。該進(jìn)口孔和出口孔被設(shè)計成最優(yōu)化氣流。
在一個實(shí)施方案中，這些孔這樣取向，使得冷氣流形成圓形的漩渦模式。氣流的漩渦運(yùn)動有助于最大化冷卻空氣與被封閉食物接觸的時間，從而提高了冷卻效率。
在另一實(shí)施方案中，冷卻空氣開口這樣取向，以引導(dǎo)氣流遠(yuǎn)離空氣返回管，從而延長空氣在食物容器區(qū)域中循環(huán)的時間。設(shè)計不限于這些結(jié)構(gòu)，其他氣流最優(yōu)化模式也是可能的。本發(fā)明的目的在于最優(yōu)化氣流，同時最小化制造成本。
在一個綜合實(shí)施方案中，容置該熱電裝置和該管路系統(tǒng)的底座殼體，與容納食物的部分相分離。該實(shí)施方案允許為清潔目的而容易地取下食物容器部分，但在殼體和食物容器的接觸面處需要設(shè)置附加壁。
該底座的頂部可以具有與該食物容器底部中的孔相對齊的孔。為控制氣流進(jìn)入該食物容器中的速率，該食物容器可相對于該底座旋轉(zhuǎn)，從而部分地阻擋住該食物容器的氣流孔。
在另一綜合實(shí)施方案中，容置該熱電裝置和該管路系統(tǒng)的殼體，與容納食物的部分一體形成，從而需要分離所述兩個室的單壁。這種方法通過使所需元件的數(shù)量最小化而最小化了制造成本。
食物容器部分通常被可移開或可開啟的蓋所封閉，使得冷卻空氣能持續(xù)地再循環(huán)。然而，在一個實(shí)施方案中，外部環(huán)境空氣供應(yīng)導(dǎo)管與冷卻管路系統(tǒng)連通，并包括計量裝置，以控制外部空氣流動，從而幫助凈化該冷卻管路系統(tǒng)中的乙烯氣體和其他水果成熟副產(chǎn)物。該計量裝置可以包括連接到風(fēng)扇上游的管路系統(tǒng)的小徑管。
在另一綜合實(shí)施方案中，容置該熱電裝置的底座殼體，還包括塔，該塔包括管路系統(tǒng)的一部分。塔頂部的空氣進(jìn)口孔幫助確保再循環(huán)的冷卻空氣流向該食物容器的頂部。為保持管路長度較短，空氣出流孔接近塔的底部?？諝獬隽骺走@樣取向，以使得流出的空氣流向該食物容器的周邊。
為幫助維持容器的內(nèi)部溫度，可在容器內(nèi)嵌有可移開的絕緣套。該絕緣套的形狀與封閉側(cè)壁的內(nèi)部相一致。該可移開蓋也可設(shè)有絕熱襯墊。
在該容器內(nèi)可設(shè)有各種隔件，從而通過改變流經(jīng)各溫度區(qū)的冷卻空氣流來將該容器分成不同的溫度區(qū)。這種隔件可被設(shè)置成從容器底壁豎直地向上延伸，或水平設(shè)置并例如附著到中心塔或容器側(cè)壁上。
附圖詳細(xì)說明

圖1是顯示本發(fā)明的水果冷藏器的總體結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2是圖1所示的水果冷藏器的縱剖視圖。
圖3是用于觀察內(nèi)部元件而將水果冷藏器半剖后的透視圖。
圖4是圖3中除去食物容器和蓋后的透視圖。
圖5是圖2剖視圖的局部視圖。
圖6是除去蓋后的水果冷藏器的俯視圖。
圖6A是沿圖6中的線6A-6A的局部剖視圖。
圖7是除去蓋后的水果冷藏器的俯視圖，顯示本發(fā)明的可替換實(shí)施方案。
圖8是圖7的水果冷藏器的局部縱剖視圖。
圖9是水果冷藏器的縱剖視圖，顯示本發(fā)明的可替換實(shí)施方案。
圖10是水果冷藏器的透視圖，顯示為觀察內(nèi)部元件而半剖的替換實(shí)施方案。
圖11是圖10的水果冷藏器的縱剖視圖。
圖12是水果冷藏器的縱剖視圖，顯示本發(fā)明的可替換實(shí)施方案。
優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)說明圖1顯示本發(fā)明一個實(shí)施方案的水果冷藏器14。該水果冷藏器包括用于在水平面上支承冷藏器的支承底座1。在該底座內(nèi)具有用于容納冷卻系統(tǒng)各種元件的空間，這里將詳細(xì)說明這些元件。可移開容器2安置在底座1上。可移開蓋3提供了通向待保存的食物的通道。該容器2的內(nèi)部設(shè)有多個進(jìn)口孔4，用于使冷卻空氣分布到該容器內(nèi)。位于中心處的出口孔5為空氣提供了回流通道。一旦流過該孔5，空氣將再次被冷卻并通過該孔4排出。雖然這是優(yōu)選實(shí)施方案，但也可能使氣流反向，從而將孔5用作排出口而將孔4用作進(jìn)氣口。該底座1、該容器2和該可移開蓋3都可由注射模制的塑料材料制成。優(yōu)選地，該底座1為不透明的，該容器2和該可移開蓋3為透明的。
參照圖2和圖5，該底座1適當(dāng)?shù)刂С性谥?5上，以在該底座下面提供敞開空間，用于使環(huán)境冷卻空氣進(jìn)入。該底座1的靠下內(nèi)部限定了充分敞開的環(huán)境空氣室16，其中該環(huán)境空氣室16大體由底座側(cè)壁17和底座擋板13所限定。
該容器2及容納在其中的食品由利用公知珀爾帖(Peltier)效應(yīng)的熱電模塊12進(jìn)行冷卻。該熱電模塊12安置在該底座擋板13中，且通常水平地放置在該底座擋板13所在的平面中。通過對該熱電模塊施加DC電流，熱量將在一面被吸收(本例中是熱電模塊12的上側(cè))，從而使其冷卻。熱量將在該熱電模塊的另一面被散失(本例中是熱電模塊12的下側(cè))，從而對其加熱。如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的那樣，吸熱器10附著在該熱電模塊的上表面，而散熱器11附著在該熱電模塊的下表面。該吸熱器10通常由鋁構(gòu)成，包含底板18和一組密排的肋片19。同樣地，該散熱器11包含鋁制底板20和一體的密排肋片21。在散熱器11處工作的熱電模塊12所排放的熱量，由通過該環(huán)境空氣室16的環(huán)境空氣流所散失。
該底座1的上壁7支承著該容器2的下壁6。該容器中的孔4與該底座上壁7中的弧形槽22流體連通，且該容器中的孔5與該底座上壁7中的孔23流體連通。底座上壁7和底座擋板13之間的空間8，具有經(jīng)由孔4、弧形槽22、孔5和孔23而與容器內(nèi)部24流體連通的管路系統(tǒng)。風(fēng)扇9通過該孔5和該孔23吸進(jìn)空氣。當(dāng)空氣從該風(fēng)扇9的靠下部分排出時，空氣流經(jīng)吸熱器10上方、進(jìn)入該管路系統(tǒng)8并經(jīng)由該弧形槽22和該孔4再次進(jìn)入該容器內(nèi)部24。從而，使得該容器內(nèi)部24中的空氣被再循環(huán)并冷卻。
在另一實(shí)施方案中，可以調(diào)節(jié)冷卻空氣向該容器內(nèi)部24的流入。在底座上壁7和容器下壁6通常為圓形的冷藏器結(jié)構(gòu)中，該底座上壁7中的弧形槽22可以使用成圓形的一排間隔開的一定尺寸孔來代替，以與容器的容器下壁6中的孔正好對齊。當(dāng)該底座上壁7和該容器下壁6中的孔完全對齊時，會使得空氣完全地流入該容器。然而，該容器相對于該底座的輕微旋轉(zhuǎn)，將部分地關(guān)閉對齊的孔，從而減少空氣流。
該容器2中的孔4被這樣成形，以最優(yōu)化冷卻空氣的流動。在圖6所示的一個實(shí)施方案中，該孔4被這樣取向，以使得流出的冷卻空氣產(chǎn)生逆時針漩渦模式的流動。該漩渦模式傾向于延長冷卻空氣與水果接觸的時間，從而提高了冷卻效率。
在圖7所示的另一實(shí)施方案中，孔25被這樣取向，以使得流出的冷卻空氣被強(qiáng)制朝向遠(yuǎn)離該孔5的方向流動，從而延長了冷卻空氣停留在該容器內(nèi)部24中的時間。圖8顯示朝外取向的孔25的剖面。
本發(fā)明不限于上述兩種的孔取向，其他優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)也是可行的。
在另一種可節(jié)省成本的實(shí)施方案中，該容器2相對于該底座1不可移開。該容器2的底部被該底座1的上壁所共用。圖9顯示這種可替換結(jié)構(gòu)的水果冷藏器的縱剖視圖。壁26是容器內(nèi)部24與管路系統(tǒng)8之間的共用部分。冷卻空氣經(jīng)由進(jìn)口孔27分布到室24內(nèi)，并經(jīng)由孔28返回到管路系統(tǒng)8?？?7的取向使得最優(yōu)化了進(jìn)入該容器內(nèi)部24的氣流。
在圖9實(shí)施方案的改型中，共用壁26被形成為可從該底座處分離的容器2的一部分。從而，當(dāng)從該底座上提起該容器時，就敞開了該管路系統(tǒng)。在該實(shí)施方案的改型中，從該容器進(jìn)入該管路系統(tǒng)的返回流出氣流，穿過該容器底壁26中心處的孔28，或者孔28可設(shè)置在較小的圓形板中，該較小的圓形板形成該風(fēng)扇9用的殼體的一部分。在后一種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)該容器被放置于該底座上時，該容器底壁設(shè)置有圍繞該較小圓形板的中心圓形開口。
在圖10和圖11所示的另一實(shí)施方案中，塔31是底座殼體1的一體部分?？諝膺M(jìn)口孔5設(shè)置于該塔31的頂部。出口孔4設(shè)置于食物容器2的底壁中，且這樣取向以使得流出的冷卻空氣被向上和向外地導(dǎo)向該食物容器2的周邊。該綜合實(shí)施方案確保冷卻空氣循環(huán)流向食物容器區(qū)域24的頂部，但是可通過孔4的最優(yōu)化外形和位置來保持管路長度較短。該管路系統(tǒng)8的返回部分，用于經(jīng)孔4接收空氣，并優(yōu)選被中間阻擋壁32所縮短。
已知地，成熟水果會釋放出乙烯氣體和有機(jī)分解的其他副產(chǎn)物。需要通過定期或周期地更換在容器內(nèi)部24再循環(huán)流動的冷卻空氣，來排出上述氣體。特別如圖12所示，環(huán)境氣體導(dǎo)管29包括小徑的計量管，且從底座的側(cè)壁17延伸至管路系統(tǒng)8內(nèi)，其中少量的外部環(huán)境氣體被吸熱器風(fēng)扇9吸入，并與再循環(huán)冷卻空氣相混和。如圖所示，環(huán)境空氣導(dǎo)管29敞開至管路系統(tǒng)8內(nèi)，其中該管路系統(tǒng)8正好位于風(fēng)扇9入口的上游。但是可以理解，導(dǎo)管可以在其他位置連接在管路系統(tǒng)上?？梢酝ㄟ^使用在導(dǎo)管29入口端的可選夾管閥或計量閥30來調(diào)節(jié)環(huán)境空氣的進(jìn)氣。為了使乙烯或其他氣態(tài)副產(chǎn)物相應(yīng)地排出，優(yōu)選在容器2和蓋子3之間設(shè)置小的漏隙，但是也可以使用手動調(diào)節(jié)的出氣槽。該出氣槽可以設(shè)置在容器2的壁上或者蓋子3上。
如前所述，熱電模塊12一般被設(shè)置為上表面是冷的，而下表面是熱的。因為使供應(yīng)給熱電模塊的電流極性反向會導(dǎo)致熱流動方向反向，所以任一實(shí)施例中的水果冷藏器都可用于溫?zé)崴源龠M(jìn)或強(qiáng)化水果的成熟。在該可選的結(jié)構(gòu)中，熱電模塊12的上表面是熱的，而下表面是冷的。
某些水果在購買時經(jīng)常還處于生的或半熟的狀態(tài)。例如香蕉在購買時通常處于半熟狀態(tài)，并允許在敞開的空氣中成熟。通過使供應(yīng)給熱電模塊12的電流極性反向，可以利用溫?zé)醽硎股幕虬胧斓乃焖俚爻墒?；?dāng)成熟后，通過再次使電流反向以向容器24提供冷卻空氣，從而水果可以保存較長時間。
總之，溫度控制是優(yōu)異的(且迄今為止是最好的)控制水果成熟的方式。如上所述，溫?zé)峥梢员挥脕韽?qiáng)化和促進(jìn)生的或半熟的水果成熟；但是在水果成熟后，冷卻是減慢生物成熟過程并在較長時間內(nèi)保存水果的最佳可行方式。
熱電模塊12的熱傳遞方向可以如上所述地進(jìn)行反向。也可以通過控制所供應(yīng)的電流和電壓來控制加熱和冷卻的程度。通過這一方式，用戶例如可以選擇一個設(shè)定點(diǎn)來使水果按照所需的速度成熟；或者相反地，用戶可以選擇一個冷卻設(shè)定點(diǎn)，以在使水果最為可口的某一溫度下保存成熟的水果。也可以使用其他的冷卻或加熱方式，或者由用戶手動設(shè)置，或者由可編程微處理芯片進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1.一種水果冷藏器，其包括支承底座，其包括殼體；珀爾帖效應(yīng)熱電裝置，其安置在該殼體中并處于吸熱器和散熱器之間；封閉的食物容器，其與該殼體相鄰，并包括用于空氣入流及空氣出流的開口；用于分布該流入和流出空氣的管路系統(tǒng)，所述管路系統(tǒng)封閉該吸熱器，并包括空氣進(jìn)口空間和空氣出口空間中的至少一個，以通過所述開口使所述吸熱器和所述食物容器之間流體連通，還包括殼體壁和容器壁中的至少一個的一部分；風(fēng)扇，其安置于所述管路系統(tǒng)中，以形成所述空氣入流與空氣出流；及該容器中的所述開口這樣取向，以使得空氣停留在該容器中的時間最長。
2.如權(quán)利要求1所述的水果冷藏器，其特征在于所述管路系統(tǒng)限定了流道，該流道的全長小于該殼體與該容器間的相鄰接觸面的長度。
3.如權(quán)利要求1所述的水果冷藏器，其特征在于該空氣出流開口這樣取向，以使在該容器的氣流中形成漩渦模式。
4.如權(quán)利要求1所述的水果冷藏器，其特征在于該空氣出流開口這樣取向，以引導(dǎo)氣流沿遠(yuǎn)離該空氣入流開口的方向流進(jìn)該容器。
5.如權(quán)利要求1所述的水果冷藏器，其特征在于還包括中心塔，該中心塔延伸進(jìn)該容器中并構(gòu)成該管路系統(tǒng)的一部分，所述中心塔包括一個連接到管路系統(tǒng)其余部分上的固定底端以及一個自由相反端。
6.如權(quán)利要求5所述的水果冷藏器，其特征在于所述空氣入流開口設(shè)于該中心塔的自由端中，所述空氣出流開口設(shè)于該容器的下壁中，且這樣取向以引導(dǎo)空氣沿徑向流向該容器的外周。
7.如權(quán)利要求6所述的水果冷藏器，其特征在于所述出流開口緊鄰該中心塔的底端。
8.如權(quán)利要求5所述的水果冷藏器，其特征在于所述空氣出流開口設(shè)于該中心塔的自由端中，所述入流開口設(shè)于該容器的下壁中，且這樣取向以引導(dǎo)空氣沿徑向流向該容器的外周。
9.如權(quán)利要求8所述的水果冷藏器，其特征在于所述入流開口緊鄰該中心塔的底端。
10.如權(quán)利要求1所述的水果冷藏器，其特征在于還包括封閉該底座的大體圓形的底座上壁；用于支承在該底座上壁上的大體圓形的容器下壁；該空氣入流開口包括位于所述底座上壁和容器下壁中的對齊模式的開口，以在對齊位置時提供最大的氣流；及所述容器位于所述底座上壁上，并可相對于所述底座上壁旋轉(zhuǎn)，以從最大氣流減少氣流。
11.如權(quán)利要求1所述的水果冷藏器，其特征在于還包括將該管路系統(tǒng)連接到環(huán)境外部空氣的導(dǎo)管。
12.如權(quán)利要求11所述的水果冷藏器，其特征在于還包括閥，所述閥位于所述管中用于控制環(huán)境外部空氣的流動。
13.如權(quán)利要求1中所述的水果冷藏器，其特征在于還包括形成所述管路系統(tǒng)的下壁的殼體上擋板；及所述容器下壁包括所述空氣入流開口和出流開口中的至少一個。
14.如權(quán)利要求13所述的水果冷藏器，其特征在于位于所述容器下壁中的所述一個開口，設(shè)置在所述容器下壁的徑向外周的附近。
15.如權(quán)利要求14所述的水果冷藏器，其特征在于所述另一個開口設(shè)置在該容器下壁的中心處。
16.如權(quán)利要求14所述的水果冷藏器，其特征在于該風(fēng)扇包括安置在所述擋板中心處的風(fēng)扇殼體，所述另一個開口設(shè)置在所述風(fēng)扇殼體中。
17.如權(quán)利要求13所述的水果冷藏器，其特征在于所述容器下壁包括所述空氣入流開口和所述空氣出流開口。
18.如權(quán)利要求13所述的水果冷藏器，其特征在于該空氣出流開口這樣取向，以使該容器中的氣流形成漩渦模式。
19.如權(quán)利要求13所述的水果冷藏器，其特征在于該空氣出流開口這樣取向，以引導(dǎo)氣流在遠(yuǎn)離該空氣入流開口的方向上流進(jìn)該容器。
20.如權(quán)利要求13所述的水果冷藏器，其特征在于還包括還包括將該管路系統(tǒng)與環(huán)境外部空氣相連接的導(dǎo)管。
21.如權(quán)利要求1所述的水果冷藏器，其特征在于還包括從該容器內(nèi)部引出的排氣口。
22.如權(quán)利要求21所述的水果冷藏器，其特征在于所述排氣口包括在該容器或蓋中的可調(diào)節(jié)槽。
23.如權(quán)利要求1所述的水果冷藏器，其特征在于還包括用于控制氣流溫度的熱電裝置用的控制裝置。
24.如權(quán)利要求23所述的水果冷藏器，其特征在于所述控制裝置包括用于使提供給該熱電裝置的電流極性反向的裝置。
25.如權(quán)利要求23所述的水果冷藏器，其特征在于所述控制裝置包括用于控制提供給該熱電裝置的電流和電壓大小的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種食物冷藏器，其包括支承在底座上的封閉容器，且從該底座中的珀爾帖效應(yīng)熱電模塊接收冷卻空氣流，并通過冷卻空氣入流開口流入該容器。通過安裝在空氣管路系統(tǒng)中的風(fēng)扇，可使空氣從該容器返回到該底座，其中該空氣管路系統(tǒng)與該熱電裝置的吸熱器相連。在每個所公開的實(shí)施方案中，最小化了管路長度，并通過空氣孔的布置和取向使得流進(jìn)該容器的氣流最優(yōu)化。
文檔編號A23B7/04GK1701207SQ03821261
公開日2005年11月23日 申請日期2003年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月10日
發(fā)明者喬治·A·克拉克, 馬克·S·湯普森 申請人:德爾塔T公司