CN100449230C - 商用制冷系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中温食品商用制冷系统以及用于操作该制冷系统的方法。该系统有一限定物品陈列区的陈列柜并具有一蒸发器，该蒸发器包括鳍管型热交换器，该蒸发器与位于一制冷回路中的一压缩机、一冷凝器和一可操作地连接于该蒸发器的膨胀装置相连接，该制冷回路含有制冷剂，其中来自物品陈列柜的空气在经过鳍管型热交换器时与穿过所述蒸发器的管道的制冷剂进行热交换而被冷却。根据本发明，一蒸发器压力控制阀设置在制冷回路中，该控制阀可操作地对于离开蒸发器的制冷剂流进行调节，所述蒸发器压力控制阀被设定在一制冷剂的预设压力点，由此制冷剂具有在-2.78～0℃之间的温度；以及所述热交换器的鳍片密度至少为5鳍/25.4毫米。

Description

商用制冷系统及其操作方法
技术领域
本发明总的涉及一商用制冷系统以及用于操作该制冷系统的方法，，由此明显减少除霜的必要。所述系统具有一限定物品陈列区的陈列柜并且具有一蒸发器，该蒸发器包括鳍管型热交换器，其中该蒸发器与位于一制冷回路中的一压缩机、一冷凝器和一可操作地连接于该蒸发器的膨胀装置相连接，该制冷回路含有制冷剂，其中来自物品陈列柜的空气在经过鳍管型热交换器时与穿过所述蒸发器的管道的制冷剂进行热交换而被冷却。
背景技术
在传统应用中，超级市场和便利店均装配有陈列柜，这些陈列柜可以是敞开的或装有隔门的，用来将新鲜食品和饮料展示给消费者并将新鲜食品和饮料保持在一制冷的环境中。一般，由掠过蒸发器盘管热交换表面的空气将冷湿空气提供于物品陈列区，蒸发器盘管位于陈列柜内与物品陈列区域分开的区域，这样消费者看不见蒸发器。诸如R-404A型制冷剂的合适的制冷剂流过蒸发器盘管的热交换管。当制冷剂在蒸发器盘管中蒸发时，热量被流过蒸发器的空气吸收由此空气温度降低。
制冷系统安装于超级市场和便利店以将一处于适当状态的制冷剂提供给设备中的陈列柜的蒸发器盘管。整个制冷系统至少包括：一陈列柜、一冷凝器、连接于陈列柜的至少一蒸发器、一热膨胀阀以及将这些装置连接于封闭循环回路中的适当的制冷剂管线。热膨胀阀在制冷管线中置于相对于用来使制冷液膨胀的蒸发器入口的冷却流的下游侧。膨胀阀用来计量制冷液并使其在进入蒸发器前膨胀至由具体的制冷剂确定的所需低压，膨胀的结果是制冷液的温度也明显下降。当低压、低温的液体经过蒸发管并吸收掠过蒸发器表面的空气热量时，它被蒸发。一般，超级市场和杂货店制冷系统包括多个位于多个陈列柜内的多个蒸发器、多个压缩机组成的组件、与之匹配的一压缩架以及一个或多个冷凝器。
另外，在某些制冷系统中，一蒸发器压力调节阀(ERP)被置于在蒸发器出口处的制冷剂管线中。EPR阀用来将蒸发器中的压力维持在由所用具体制冷剂所设的预定压力以上。在使用冷水的制冷系统中，公知的是设置EPR阀用来将蒸发器内的制冷剂维持在冰点以上。例如，在使用冷却剂R-12的冷水制冷系统中，EPR阀可将压力设置在32psig(磅/平方英寸)的压力点上，这与制冷液温度为1.11℃(34华氏度)时的压力相当。
在传统应用中，在食品陈列制冷系统中的蒸发器一般与温度低于水的结霜点的制冷剂一起运行，在运行时，当掠过蒸发器表面的冷空气中的湿气与蒸发器表面接触时，蒸发器上将结霜。由于蒸发器表面上结霜，蒸发器的性能恶化，流过蒸发器的自由气流受到约束并且在极端情况下停止。因此，一般都设备一带除霜系统的食品陈列制冷系统，该除霜系统可选择地或自动地操作，一般24小时内运作1-4次，每次循环最多为110分钟，以将形成于蒸发器表面上的霜除去。
用于食品陈列制冷系统中的蒸发器除霜的传统方法包括：使空气掠过一电热元件并由此掠过蒸发器，使环境温度的储藏气掠过蒸发器，以及使热制冷气经由制冷剂管线通过蒸发器。后者方法一般被称为热气除霜，来自压缩机的热气状制冷剂以相反方向通过蒸发器。热气状制冷剂在结霜的蒸发器中冷凝并作为冷凝液回到聚积器中而不是直接到达压缩机以防止压缩机积水或损环。通过使热气状制冷剂冷凝所散发的潜在热使霜融化于蒸发器上。
尽管利于除霜并由此重建适当的气流蒸发器的操作条件，它仍具有缺陷。由于在除霜期间的冷却循环必须中断，物品的温度在除霜期间上升。这样，在商用陈列柜中的物品将反复受到一段时间的冷热交替作用。另外，在制冷系统中还必须提供附加控制以适当调整除霜循环，特别是在具有多个制冷商用柜的商店中用以保证所有商用柜不会同时处于除霜状态。
由此，最好使商用制冷器，特别是一中温的商用机在不间断的除霜状态下运行，而无须使用除霜循环。莫瑟的第3577744号美国专利公开了一使其中物品区保持无霜状态而蒸发器盘管保持无冰状态的敞开的制冷陈列柜动作的一方向。在所公开的方法中，一个小的第二蒸发器被用来使加压储存的周围空气干燥。随后，将冷却的、被除湿的气体按计量注入主要冷气流并与物品区表面保持紧密接触地流过。由于与表面紧密接触的空气被除湿，在物品区的表面上就不会结霜。
维尔科夫的第3681896号美国专利公开了通过将一定量的静电流至蒸汽流和引入到蒸汽流中的水滴，以控制诸如蒸发器的热交换器中的霜形成的方法。带电的水滴使空气中的水蒸气凝在一起，这些带电的水蒸气和水滴聚积于充有相反电荷的置于热交换器盘管上游侧的板表面上。这样，掠过热交换器盘管的冷却空气具有相对较低的湿度，霜形成于热交换器盘管上的状况就不会发生。
施维兹克伯的第4279969号美国专利公开了一用来维持一高湿度、无霜环境的的制冷器。诸如吸入压调节阀或毛细管的一附加的节流元件被安装在蒸发器和压缩机之间的回路管线上、用以节流而使蒸发器表面温度维持在零度以上。另外，蒸发器表面的尺寸远大于具有相同制冷体积的传统蒸发器表面，最好是传统蒸发器尺寸的两倍，并可达到传统蒸发器尺寸的十倍。
发明内容
本发明的目的是提供一种以相对无霜模式运作商用制冷系统的方法，由此大大降低了除霜的必要。
本发明的另一目的是提供一种能相对无霜运作的商用制冷系统。
本发明又一目的是提供一具有紧凑结构的陈列柜热交换器的商用制冷系统。
按照本发明的设备方面内容，一商用制冷系统具有一限定物品陈列区的陈列柜并且具有一蒸发器，该蒸发器包括鳍管型热交换器，其中该蒸发器与位于一制冷回路中的一压缩机、一冷凝器、以及一可操作地连接于该蒸发器的膨胀装置相连接，该制冷回路含有制冷剂，其中来自物品陈列柜的空气在经过鳍管型热交换器时与穿过所述蒸发器的管道的制冷剂进行热交换而被冷却。根据本发明，将一蒸发器压力控制装置设置在所述制冷回路中，该蒸发器压力控制装置可操作地对于离开蒸发器的制冷剂流进行调节；将蒸发器中的压力维持在一预定压力上，用以将蒸发器中从液体膨胀至蒸汽的制冷剂的温度大约维持在-2.78～0℃之间(27至32华氏度)的范围内；该蒸发器具有鳍片密度至少5鳍/25.4毫米，最好在6至15鳍/25.4毫米的范围内的鳍片密度相对较高的热交换器盘管。
按照本发明的另一方面内容，提供一种运作商用制冷系统的方法，所述制冷系统具有一限定物品陈列区的陈列柜并且具有一蒸发器，该蒸发器包括鳍管型热交换器，其中该蒸发器与位于一制冷回路中的一压缩机、一冷凝器和一可操作地与蒸发器相连的膨胀装置相连接，该制冷回路含有制冷剂，其中来自物品陈列柜的空气在经过鳍管型热交换器时与穿过所述蒸发器的管道的制冷剂进行热交换而被冷却。根据本发明，将一蒸发器压力控制阀设于制冷回路中，该控制阀可操作地对于离开蒸发器的制冷剂流进行调节；该蒸发器压力控制阀设定在一预定压力点上以将蒸发器中的制冷剂温度维持在-2.78～0℃之间(27之32华氏度)的范围内；蒸发器热交换器被设计成鳍片密度至少为5鳍/25.4毫米，最好是在6鳍/25.4毫米至15鳍/25.4毫米的范围内。
附图说明
为进一步了解本发明，下面将结合附图对本发明的较佳实施例作详细的描述，在附图中：
图1是采用本发明的商用制冷系统的示意图；以及
图2是表示图1所示商用制冷系统的布局的正面图。
具体实施方式
为便于阐述，本发明的商用制冷系统具有一带单个蒸发器的陈列柜、单个冷凝器和单个压缩机。应该懂得本发明的原理可适用于具有单个或多个陈列柜，在每个陈列柜中具有一个或多个蒸发器，单个或多个冷凝器和/或单个或多个压缩机布局的多种不同的商用制冷系统的实施例。
参阅图1和图2，本发明的商用制冷系统10包括：一压缩机20、一冷凝器30、一蒸发器40、一膨胀装置50和一蒸发器压力控制装置60，均通过制冷剂管线12、14、16和18连接在封闭的制冷回路中。然而，应该懂得本发明也可适用于具有附加的元件、控制装置和附件的制冷系统。压缩机20的出口或高压侧通过制冷剂管线12连接到冷凝器30的入口。冷凝器30的出口34由制冷剂管线14连接于膨胀装置50的入口。膨胀装置50的出口由冷凝剂管线16连接于置于陈列柜内的蒸发器40的入口42。蒸发器40的出口44由一般称为吸入管的制冷剂管线18连接而回到吸嘴或压缩机20的低压侧。
蒸发器40位于陈列柜100的隔间110内，该隔间110与物品陈列区120分离并在其下方。在传统应用中，空气通过自然流动或借助风扇70流过蒸发器40并由此经过物品陈列区120而循环，由此维持储藏于物品陈列区120内的置物架130上的物品的温度并使其低于陈列柜100附近的储藏区的周围温度。当空气经过蒸发器40时，它掠过鳍管型热交换器盘管的外表面与流过热交换器盘管的管道的制冷液建立热交换关系。
尽管膨胀装置50如图所示位于陈列柜100内，它也可安装于制冷剂管线14的任何位置，用来计量蒸发器40内的制冷液流的正确流量。在传统应用中，当尽可能多地不使制冷液流出蒸发器40而进入吸入管18时，蒸发器40的效率最高。尽管可使用传统膨胀装置的任何具体形式，但膨胀装置50最好包括一具有诸如一安装成与蒸发器40出口44下游处的吸入管18热接触的传感球头54之类的热传感元件的恒温膨胀阀52(TXV)，传感球头54通过一传统的毛细管56连接回热膨胀阀52。
最好包括一传统的蒸发器压力调节阀(EPRV)的蒸发器压力控制装置60，用来通过经由吸入管18离开蒸发器40制冷液的调整，将蒸发器内的压力维持在一预设的压力点。通过将蒸发器内的压力维持在一预设的压力点，蒸发器中从液体变为气体的制冷剂的温度将维持在一具体的温度下，这温度与流过蒸发器的具体制冷剂有关。
将这两种阀结合以控制蒸发性能，其中TXV52用来将蒸发器40内的液体维持在适当水平，而EPRV60用来保持蒸发器40运作在一所需温度下。因此，由于各种具体的制冷剂定的都具有其特有的温-压特征曲线，理论上可通过将EPRV调整至一由具体制冷剂确定的最小压力点而提供蒸发器40的无霜运作。这样，蒸发器40内的制冷剂温度可有效地维持，并使与制冷空间内的湿气接触的蒸发器40所有外表面的温度均高于结霜温度。
对于那些诸如用来陈列牛奶和其它乳制品的、中温范围的制冷陈列柜，一般用于商用制冷器领域的是将制冷剂温度维持在大约-6.67℃(20华氏度)、并将蒸发器热交换器设计成使制冷气通过陈列柜的物品腔以0～4.44℃(32至40华氏度)的温度进行循环。如果制冷剂温度可维持在一更高的温度，例如-1.67℃(29华氏度)，以避免霜形成于蒸发器热交换器上，温差将明显减少。在这种情况下，为将制冷气的温度维持在一特定范围内，需要增加蒸发器热交换器的表面积以补偿减少的温差值。在传统应用中，这种蒸发器热交换器表面积的增加伴随的后果是不希望的蒸发器热交换器所占体积的增加。
按照本发明，蒸发器40包括一高效率的热交换器，该热交换器被设计成用温度在-2.78～0℃(27至32华氏度)之间的制冷剂来将通过蒸发器的制冷循环气冷却冷却到0～2.22℃(32至36华氏度)之间，由此热交换器盘管保持相对无霜或至少低于低结霜模式。本发明的高效率蒸发器40的鳍管型热交换器盘管具有相对较高的鳍片密度，即至少5鳍/25.4毫米的鳍片密度、最好在6至15鳍/25.4毫米的范围内。在商用制冷工业中，用于强力空气蒸发器的传统热交换器盘管的鳍管型热交换器盘管一般具有在2至4鳍/25.4毫米之间的低鳍片密度。在商用制冷工业的传统应用中，仅在中温和低温的蒸发器中使用低度热交换器。这种应用会引起密蒸发器热交换器表面的结霜和所需除霜操作间周期的延长。由于结霜，相之邻鳍片间的可供气体通过的有效流通空间逐变小，直至极端情况：空间被渐霜所横跨。结霜的结果是，热交换性能降低、且流向物品陈列区的制冷气流减少，由此必须启动除霜循环。
本发明的高效率蒸发器40的鳍片密度相对较高的热交换器盘管使其可在制冷剂温度与蒸发器开口处空气温度之间的温差明显低于传统的鳍片密度较低的商用制冷器的该温差的情况下运作。因此，按照本发明，无霜运作可用于多个中温陈列柜的场合中。另外，在其余的中温陈列柜和低温陈列柜的应用场合中无法达到真正的无霜运作，但采用了本发明则使除霜要求明显减少，由此除霜循环所需的时间明显减少。
本发明的高效率蒸发器40的热交换器盘管相对于具有相同热交换能力的传统商用制冷用蒸发器的盘管在体积上更为紧凑。例如，由密希根州的奈而斯的泰勒制冷公司制造的用于L6D8型中温陈列柜的蒸发器，被设计成可与-6.67℃(20华氏度)的制冷剂一起使用。它具有一传统设计的鳍管型热交换器盘管具有10排直径为40.6毫米(8/5英寸)、鳍片密度为2.1鳍/25.4毫米的管道，它提供了大约为46平方米(495平方英尺)的热交换表面积以及大约为8.7立方英尺的体积。将本发明的高效率蒸发器安装于L6D8陈列柜中，按照本发明的陈列柜可在相对地为无霜的模式下运行。高效率的蒸发器在制冷剂温度为-1.67℃(29华氏度)的温度下运行。相对于前述传统热交换器，高效率蒸发器的高鳍片密度热交换器具有8排3/8英寸直径、鳍片密度为10鳍/25.4毫米的管道，它们提供了大约92.9平方米(1000平方英尺)的热交换面积以及大约4立方英尺的体积。这样，在该情况下，本发明的高效率蒸发器在名义上提供了两倍的热传导表面积，而仅占传统蒸发器的一半体积。
尽管已对本发明较佳实施例作了描述和示例，然而熟悉本领域的人还可进行其它的变化。本发明的范围仅由所附权利要求的范围所限定。

Claims (4)

1.一种中温食品商用制冷系统，所述系统具有一限定物品陈列区的陈列柜并且具有一蒸发器，该蒸发器包括鳍管型热交换器，其中该蒸发器与位于一制冷回路中的一压缩机、一冷凝器和一可操作地连接于该蒸发器的膨胀装置相连接，该制冷回路含有制冷剂，其中来自物品陈列柜的空气在经过鳍管型热交换器时与穿过所述蒸发器的管道的制冷剂进行热交换而被冷却，其特征在于：
一蒸发器压力控制阀设置在制冷回路中，该控制阀可操作地对于离开蒸发器的制冷剂流进行调节，所述蒸发器压力控制阀被设定在一制冷剂的预设压力点，由此蒸发器内的制冷剂具有在-2.78~0℃之间的温度；以及
所述热交换器的鳍片密度至少为5鳍/25.4毫米。
2.如权利要求1所述制冷系统，其特征在于，所述热交换器具有6至15鳍/25.4毫米的鳍片密度。
3.用来操作一商用制冷系统的方法，所述系统包括一限定物品陈列区的陈列柜以及一蒸发器，该蒸发器包括鳍管型热交换器，其中该蒸发器与位于一制冷回路中的一压缩机、一冷凝器以及一可操作地连接于该蒸发器的膨胀装置相连接，该制冷回路含有制冷剂，其中来自物品陈列柜的空气在经过鳍管型热交换器时与穿过所述蒸发器的管道的制冷剂进行热交换而被冷却，其特征在于：
将一蒸发器压力控制阀置于所述制冷回路中，该控制阀可操作地对于离开蒸发器的制冷剂流进行调节；
将所述蒸发器压力控制阀设在一制冷剂的预设压力点，由此蒸发器内的制冷剂的温度在-2.78~0℃之间；以及
将所述热交换器的鳍片密度至少设置为5鳍/25.4毫米。
4.如权利要求3所述的方法，其特征还在于，将所述热交换器的鳍片密度设置为6至15鳍/25.4毫米。
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