УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЯ ИНЕЯ В ХОЛОДИЛЬНИКЕ
DEVICE FOR REDUCING FROST DEPOSITION IN REFRIGERATOR

Перекрестная ссылка на связанные заявки
На эту заявку испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент CША № 60/795638, озаглавленной "Устройство для уменьшения отложения инея в морозильнике".
Предпосылки к созданию изобретения
Настоящее изобретение относится к уменьшению влажности в замкнутом пространстве. Конкретнее, изобретение относится к способу и устройству для значительного уменьшения отложения инея на внутренней поверхности морозильника и на его содержимом и для удаления инея в случае его отложения.
Нарастание со временем инея в морозильнике является известным неудобством. С течением времени на внутренних поверхностях морозильника и на его содержимом отлагается все больше инея, что значительно уменьшает годное к использованию пространство внутри морозильника. Кроме того, иней в морозильнике имеет также тенденцию вызывать потерю вкусового или ароматизирующего вещества в пищевом продукте и может обесцвечивать некоторые пищевые продукты. Таким образом, пользователи с готовностью берут на себя функцию удалять отложения инея из морозильника, используя такие способы, как помещение горячих предметов в морозильник, откалывание льда лопаткой и т.п. Однако после того как удален иней, проблема остается нерешенной, потому что иней со временем будет снова отлагаться, так что потребуется повторение процесса удаления инея.
Кроме вышеописанных неудобств, присутствие инея в морозильнике может также иметь дополнительные более вредные влияния на морозильник. Со временем по мере отложения инея отверстия для доступа воздуха могут становиться закупоренными, что налагает дополнительную нагрузку на компрессор и механизм морозильника в целом. Это приводит к дополнительному потреблению электроэнергии, неэффективности и возможным неисправностям. Если позволить даже большее отложение инея, то тогда возникает риск появления недостатка в том, что иней может фактически проникать в механические части морозильника, в конце концов также приводя к неисправностям. В каждом из этих случаев конечным результатом является, по меньшей мере, чрезмерные счета за электроэнергию, дорогостоящий ремонт или замена всего морозильника.
В морозильнике иней образуется по двум основным причинам. Первой причиной, по которой образуется иней в морозильнике, является открывание морозильника. При открывании морозильника сравнительно теплый влажный воздух из наружной окружающей среды стремится внутрь морозильника. При наличии резкого перепада температуры между внутренним пространством морозильника и окружающим воздухом влага, присутствующая в наружном воздухе, быстро конденсируется в туман по мере того, как охлаждается воздух. Когда морозильник закрыт, туман не имеет никакой возможности для удаления и медленно осаждается на любую имеющуюся поверхность, в конце концов накапливаясь и образуя слой льда или инея.
Второй причиной образования инея является сублимация. Когда в морозильнике помещены продукты, включая кубики льда и т.п., влага обычно сублимируется из этих продуктов и снова замерзает в виде инея на других поверхностях морозильника или на его содержимом.
Отложение инея в морозильниках является известной проблемой, и в настоящее время существуют два общепринятых способа удаления инея из морозильника. Однако ни один из них не является особенно эффективным.
Первый способ удаления инея из морозильника - это традиционный способ, который включает в себя извлечение всего содержимого из морозильника, выключение устройства и предоставление льду возможности расстаивать. При этом способе можно дополнительно способствовать расплавлению льда, используя нагревательное средство, например теплую воду, электрическую сковороду и т.п. Этот способ конечно не является идеальным, потому что при нем требуются извлечение содержимого из морозильника и его повторное помещение в холодильник, пока оно не оттаяло. Кроме того, при этом способе требуется чрезмерное количество времени.
Другой способ удаления инея из морозильника осуществляется обычно внутри морозильников, известных как "безинеевые" морозильники. При этом способе, применяемом в таких морозильниках, температура внутри морозильника фактически повышается в некоторый заданный период времени: для либо плавления, либо сублимации инея, отложенного в морозильнике. Хотя этот способ является до некоторой степени эффективным, он все же требует встраивания в морозильник дополнительных сложных механических частей. Он может увеличить общую стоимость покупки и ремонта морозильника. Кроме того, при этом способе требуется дополнительная энергия из-за необходимых циклов нагрева.
Из вышеизложенного должно быть очевидно, что в технике существует потребность в способе и устройстве для уменьшения отложения инея в морозильнике. Способ и устройство должны нуждаться в минимальном взаимодействии пользователя. Кроме того, в технике существует потребность в способе и устройстве для уменьшения отложения инея в морозильнике без дополнительных энергопотребления и связанных с этим расходов.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на вышеупомянутые потребности в технике посредством создания устройства и способа для уменьшения отложения инея в морозильнике, используя осушитель.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения морозильник, устойчивый к отложению инея, включает в себя морозильную камеру, дверь, охладитель и осушитель. Морозильная камера имеет объем. Дверь обеспечивает доступ к морозильной камере. Охладитель охлаждает воздух внутри морозильной камеры от первой температуры внутри камеры сразу же после закрывания двери до второй постоянной температуры во время периода охлаждения. Осушитель размещен в морозильной камере и выбран для абсорбции влаги из морозильной камеры со скоростью, которая достаточна для уменьшения относительной влажности внутри морозильной камеры до величины, достаточно низкой для по существу предотвращения отложения инея внутри морозильной камеры при постоянной температуре.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ регулирования отложения инея в морозильнике, имеющем морозильную камеру и охладитель для охлаждения воздуха внутри морозильной камеры до постоянной температуры, включает в себя охлаждение воздуха внутри морозильной камеры до постоянной температуры при первой относительной влажности, впуск теплого воздуха и влаги в морозильную камеру и повторное охлаждение воздуха внутри морозильной камеры до постоянной температуры, одновременно уменьшая относительную влажность воздуха внутри морозильной камеры.
Для понимания этих и других отличительных признаков изобретения можно сослаться на сопровождающие чертежи и нижеследующее описание, в которых иллюстрируется и описывается настоящее изобретение.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - перспективный вид предпочтительного варианта выполнения морозильника согласно настоящему изобретению,
фиг.2 - график зависимости между адсорбированной влагой и временем для различных осушителей согласно предпочтительным вариантам осуществления изобретения, и
фиг.3 - график зависимости между адсорбированной влагой и временем для дополнительных осушителей согласно дополнительным предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Теперь будут описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой при необходимости на сопровождающие чертежи.
Как подробнее описывалось выше, отложение инея в морозильниках создает проблему. Как показано на фиг.1, морозильник 2, в общем, содержит камеру 4, в которой хранятся пищевые продукты и т.п., и охлаждающее устройство 6 в сообщении с камерой 4 для понижения температуры в морозильной камере 4 и ее поддержания на постоянном уровне, по существу равном температуре замерзания или ниже ее. Обычно камера по существу изолирована от внешней среды. Однако когда осуществляется доступ в камеру, например, открыванием двери 8 морозильника 2, нарушается эта изоляция, и сравнительно теплый, влажный воздух устремляется в камеру, вытесняя часть воздуха, ранее заполняющего камеру. Этот сравнительно более теплый воздух вызывает образование тумана и одновременно повышает температуру в камере 4, так что при повторной изоляции холодильной камеры охлаждающее устройство 6 должно понижать температуру в камере. По мере того как понижается температура внутри морозильника 2, повышается относительная влажность воздуха, и если воздух становится насыщенным, то образуется иней на внутренних поверхностях морозильника 2 и/или на содержащихся в нем продуктах.
Изобретатели разработали способ уменьшения отложения инея в морозильнике. Конкретно, как установили изобретатели, при помещении пакета 10 с осушителем внутрь морозильника влага внутри морозильника может быть адсорбирована и/или абсорбирована до ее осаждения в виде инея. Конкретно, осушитель предпочтительно поддерживает относительную влажность в морозильнике ниже 100% в течение времени, которое требует охлаждающее устройство для возврата температуры в камере до постоянной температуры. Кроме того, правильно выбранный осушитель может понижать относительную влажность внутри морозильника для способствования сублимации инея уже в морозильнике. Сублимация льда обычно происходит при закрывании морозильника на короткий период времени. После сублимации получающаяся влага адсорбируется/абсорбируется составом осушителя.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения осушитель помещен в упаковку, например мешочек или пакетик. Упаковка является влагопроницаемой, так что окружающая влага в морозильнике может проходить через упаковку и захватываться осушителем.
Упаковка с осушителем согласно настоящему изобретению предпочтительно содержит адсорбент, который может быть из любого числа адсорбентов, включая глину, активированную глину, силикагель с широкими порами или порами стандартного размера, соль или молекулярное сито.
В Таблицах 1 и 2 показаны скорости абсорбции различными составами в зависимости от времени согласно испытаниям, проведенным изобретателями. В Таблице 1 композицией 1 является глина, и 1(А) и 1(В) обозначают две разные упаковки с этой композицией; композицией 2 является силикагель, и 2(А) и 2(В) обозначают две разные упаковки с этой композицией; композицией 3 является Transorb (зарегистрированный товарный знак), и 3(А) и 3(В) обозначают две разные упаковки с этой композицией; и композицией 4 является молекулярное сито, и 4(А) и 4(В) обозначают две разные упаковки с этой композицией. Таблица 2 использована для показа пятой композиции, содержащей 16-единичный силикагель с широкими порами. В этой таблице 5(А) обозначает пятую композицию, в то время как 5(В) обозначает 16-единичный силикагель, предоставленный для сравнения.
При этих испытаниях использовали стандартный верхний единичный морозильник, имеющий среднюю температуру 0°F (-18°С). Внешняя окружающая среда имела среднюю температуру 77°F (25°С) и относительную влажность 50%. При каждом из показанных испытаний вначале взвешивали осушители и затем помещали их в морозильник. Их затем периодически взвешивали для определения того, как много влаги абсорбировал осушитель. В "дни взвешивания", т.е. в дни, в которые взвешивали упаковки с осушителем, дверь морозильника открывали восемь раз, каждый раз на три секунды. В другие дни, когда не проводили взвешивание, дверь открывали три раза, каждый раз на три секунды. По подсчетам изобретателей при открывании морозильника каждый раз вводится около 500 мг влаги.
На фиг.2 графически представлены данные, содержащиеся в Таблице 1, а на фиг.3 графически представлены данные, содержащиеся в Таблице 3. На фиг.3 график для каждой из композиций 1-4 построен по средним величинам для образцов (А) и (В) соответствующей композиции.
Как показано в Таблицах 1 и 2 и на фиг.2 и 3, гель с вермикулитом, по-видимому, является наиболее эффективным при адсорбции влаги в условиях морозильника (т.е. между около 9°F (-13°C) и -5°F (-21°С)). Кроме того, гель с вермикулитом продолжал адсорбировать влагу в течение наибольшего периода времени. Среди испытывавшихся силикагелей со стандартными и широкими порами силикагели со стандартными порами, по-видимому, являются более адсорбционными, по меньшей мере, на протяжении 77-дневного периода испытания, как это показано в Таблице и на фиг.2.
Таблица 3 сходна с Таблицей 2, но показывает абсорбцию влаги шестой композицией, содержащей 8-единичный силикагель с широким порами на хлориде калия. В Таблице 3 эта композиция обозначена как 6(А), в то время как 6(В) обозначает 8-единичный силикагель, предоставленный для сравнения.
Согласно настоящему изобретению могут быть также использованы другие композиции для уменьшения отложения инея в морозильнике. В число таких альтернативных композиций может входить гигроскопичная соль, как, например, хлорид кальция. Абсорбент может быть смешан с такой солью или пропитан ею. Кроме того, согласно вариантам изобретения к абсорбенту могут быть добавлены стабилизаторы, как, например, вермикулитовые или целлюлозные материалы. Такие стабилизаторы удерживали бы любой избыточный материал, который может быть превращен в стабильный раствор. Возможно использование любого сочетания соли и стабилизаторов и всех таких сочетаний.
Кроме того, для достижения различных результатов могут быть использованы дополнительные добавки. Например, могут быть добавлены связующее и смолы для облегчения формования, литья или иного придания материалу заданной формы. Могут быть также использованы деодорирующие или ароматизирующие сорбенты. Кроме того, если необходимо регулировать окружающую среду, то могут быть также добавлены вещества, абсорбирующие или испускающие кислород или диоксид углерода и не оказывающие чрезмерный вред эффективности изобретения.
Изобретатели также испытывали другие композиции, некоторые из которых содержали многочисленные вышеописанные добавки. В Таблице 4 содержится перечень испытывавшихся композиций (включая композиции 1-5, уже описанные выше).
Таблица 4Композиции осушителей для использования при уменьшении отложения инея в холодильнике
№ п\п
Композиция
1
Глина
2
Силикагель
3
Transorb (товарный знак) (вермикулит и хлорид кальция)
4
Молекулярное сито
5
Силикагель с широкими порами
6
Высушенный хлорид калия
7
Solka-Floc (товарный знак) 20 FCC и хлорид кальция, 52%
8
Solka-Floc 20 FCC и хлорид кальция, 2:1
9
Силикагель с широкими порами и хлорид кальция, 2:1
10
Растворитель из хлорида кальция на силикагеле с широкими порами
11
Хлорид калия и силикагель с широкими порами, 2:1
12
Solka-Floc 900 FСС и хлорид кальция, 2:1
13
Композиция из п.8, 52% Solka-Floc и 48% хлорида кальция
14
Solka-Floc 900 FСС 20% и хлорид кальция 80%
15
Solka-Floc 20 FСС 66% и хлорид кальция 33%
16
Solka-Floc 900 FСС 33%, хлорид кальция 20%, силикагель с широкими порами 66%
17
Solka-Floc 900 FСС 20%, хлорид кальция 20%, силикагель с широкими порами 60%
18
Силикагель 80% и хлорид кальция 20%
19
Силикагель с широкими порами 80% и хлорид кальция 20%
20
Хлорид калия 20% и силикагель с широкими порами 80%
21
Хлорид кальция 20%, Solka-Floc 20% и силикагель 60%
В таблицах 5 и 6 показаны результаты испытания, которые были проведены с использованием композиций, изложенных в Таблице 4. Конкретно, в этих таблицах показаны первоначальный вес (в граммах) осушителя и последующие веса того же самого осушителя. По этим весам специалист в данной области техники мог бы легко определить абсорбционную скорость для каждой композиции. В каждом из примеров в Таблицах 5 и 6 использовали стандартный верхний единичный морозильник, имеющий среднюю температуру 0°F (-18°С), от -5°F (-21°С) до 9°F (-13°С). Внешняя окружающая среда имела среднюю температуру 77°F (25°С) и относительную влажность 50%. В дни, в которые взвешивали упаковки с осушителем, дверь морозильника открывали восемь раз, каждый раз на три секунды. В другие дни, когда не проводили взвешивание, дверь открывали три раза, каждый раз на три секунды. По подсчетам изобретателей, при открывании морозильника каждый раз вводится около 500 мг влаги.
Как показано в таблицах, в одном и том же морозильнике разные композиции будут приводить к различным степеням адсорбции влаги. В настоящее время предпочтительной композицией осушителя является композиция 19, которая состоит из 80% силикагеля с широким порами и 20% хлорида кальция.
Осушители согласно настоящему изобретению предпочтительно будут адсорбировать влагу от около 30 дней до около 180 дней. По окончании срока действия, что может быть отмечено на упаковке и т.п., осушитель выбрасывают и заменяют новой упаковкой. Срок действия осушителя предпочтительно измеряется месяцами, так что пользователь может легко запомнить, когда необходимо заменять осушитель.
Кроме того, при относительной влажности от около 45% до 55% и температуре от 5°F (-21°С) до 9°F (-13°С) предпочтительный осушитель будет адсорбировать влагу предпочтительно в количество от около 20% до около 50% его веса. Как показано в вышеприведенных таблицах, некоторые из испытывавшихся композиций соответствуют этим пределам.
Компоненты осушителя предпочтительно содержатся в упаковке. Материал, из которого изготовлена упаковка, должен быть легко проницаем для окружающего водяного пара. Некоторыми подходящими материалами были бы какие-нибудь проницаемые, полупроницаемые, микропористые или пористые нетканые материалы или другие приемлемые пленки. В настоящее время предпочтительным материалом является пористый нетканый материал, как, например, ТYVЕК /зарегистрированный товарный знак/. В каждом из вышеописанных испытаний композицию помещали в мешочек из ТYVЕК. Как легко понять, пористость упаковки будет влиять на адсорбционную способность композиции осушителя. В частности, влага будет медленнее адсорбироваться тогда, когда поры упаковки сравнительно меньше, чем тогда, когда поры сравнительно больше. При отсутствии какой-либо упаковки будет обеспечиваться наибольшая скорость адсорбции.
Упаковка с осушителем согласно изобретению предпочтительно действует в интервале температур от около -20°F (-29°С) до около 20°F (-7°С), хотя вышеописанные упаковки будут также действовать в интервале температур от около -40°F (-40°С) до около 30°F (-1°С). Упаковки способны также действовать в окружающих средах, имеющих различную относительную влажность в пределах от около 20% до около 99%, но они предпочтительно используются при относительной влажности от около 45% до около 55%. В зависимости от композиции, использованной для осушителя, упаковка может адсорбировать влагу в течение от около 30 дней до около 270 дней. Однако предпочитаемый срок службы осушителя предпочтительно составляет от около 60 дней до около 180 дней. Срок службы осушителя будет также варьироваться в зависимости от, по меньшей мере, типа используемых адсорбента или смеси, используемых материалов, относительной влажности и температуры.
При предпочтительном способе использования упаковки с осушителем согласно изобретению пользователь приобретает упаковку и помещает ее в морозильник. Упаковка поддерживает безиниевую окружающую среду в морозильнике в течение рекомендуемого срока службы, а в конце срока службы ее выбрасывают и заменяют.
Выше было описано несколько разных композиций осушителя. Понятно, что в зависимости от желаемых результатов могут быть использованы другие композиции. Например, другая композиция может быть полезной в зависимости от желаемой скорости адсорбции или желаемого полезного срока службы упаковки с осушителем. При выборе эффективной упаковки с осушителем могут приниматься во внимание все характеристики, включая равновесную относительную влажность осушителя, температуру внутри и снаружи морозильника и относительную влажность внутри и снаружи морозильника. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения может быть желательным использование упаковки с осушителем, которая поддерживает относительную влажность внутри холодильника немного ниже 100%, например от 90% до 99%. В этом варианте осуществления изобретения осушитель не адсорбирует больше влаги, чем это необходимо для поддержания безиниевой окружающей среды. Кроме того, предполагаются другие варианты осуществления изобретения, при которых желательно, чтобы относительная влажность в морозильнике была бы значительно понижена, например, до 40%-50%, чтобы позволить более быстрые и/или более эффективные сублимацию и последующую абсорбцию водяного пара. Кроме того, как описывалось выше, состав упаковочного материала также будет иметь некоторое значение для характеристик всей упаковки с осушителем.
Хотя изобретение до этого описывалось как используемое в окружающей среде морозильника, изобретение может быть также использовано в любой окружающей среде для способствования уменьшению отложения конденсата или инея на поверхностях. Например, устройство может быть также использовано в воздухопроводах кондиционеров и т.п.
Абсорбент может быть в порошкообразном виде в упаковке или он может быть в некотором другом виде. Например, адсорбент мог быть формован в решетчатую структуру, помещен в коробку, формован в твердый блок посредством связующего, смолы или прессования, формован в лист посредством связующего, смолы или прессования, спрессован в любую форму, спечен в любую форму, формован в любую форму, покрыт другим веществом или формован в гофрированный лист. Понятно, что для осушителя, формованного по некоторым из этих способов, не потребуются пакетик, мешочек или саше.
Кроме того, как предполагают изобретатели, морозильник мог быть изготовлен со специальным держателем или гнездом для упаковки с осушителем. Таким образом, упаковке с осушителем согласно изобретению может быть придана форма для ее помещения в держатель или гнездо.
В альтернативном варианте осуществления изобретения осушитель образован в виде множества листов, уложенных в пачку один над другим. Каждый лист предпочтительно имеет верхнюю поверхность, имеющую обнаженный осушитель, и нижнюю поверхность, расположенную вблизи верхней поверхности следующего листа в пачке. Когда верхний лист достигает конца своего полезного срока службы, удаляют этот лист, открывая следующий лист в пачке, в частности следующие листы осушителя. Удаленный лист предпочтительно выбрасывают. Кроме того, в этом варианте осуществления изобретения в каждый лист может быть введено идентифицирующее вещество, как, например, цветоизменяющее вещество, чтобы указывать пользователю о том, что обнаженный лист достиг конца своего полезного срока службы, например, вследствие насыщения осушителя. Кроме того, в этом варианте осуществления изобретения между листами и/или над верхним листом может быть помещен барьерный слой, который может быть удален для обнажения и приведения в действие нижележащего осушителя. Нижняя часть самого нижнего листа предпочтительно имеет также расцепляемый клей и т.п. для прикрепления упаковки с осушителем к внутренней поверхности морозильника.
Вышеизложенные варианты осуществления изобретения являются показательными вариантами и используются в иллюстративных целях. Эти варианты, как предполагается, не ограничивают пределы изобретения. Из прочтения предшествующего описания очевидны изменения и модификации, которые находятся в пределах изобретения. Как предполагается, изобретение ограничено лишь пределами прилагаемой формулы изобретения.