CN100575813C - 多部件热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种制冷系统包括：压缩机，用于在至少系统运行的第一模式下沿着流路驱动制冷剂；第一热交换器，在第一模式下沿流路处于所述压缩机下游；第二热交换器，在第一模式下沿流路处于所述压缩机上游；压力调节器或膨胀装置，在第一模式下沿流路处于第一热交换器下游和第二热交换器的上游；该第一热交换器包括沿第一热交换器的热交换流体的流路设置的多个热交换器部件。热交换器部件可以布置在该单元内的更小的可用区域内，以便更有效地利用空间。

Description

多部件热交换器
技术领域
本发明涉及蒸汽压缩系统，具体而言，涉及用于这种系统的热交换器结构。
背景技术
在许多蒸汽压缩系统中，热交换器的布置非常受空间局限。对于这些应用场合，与具有适当尺寸的热交换器的系统相比，系统性能通常较低，这是由于热交换器中空气和制冷剂之间的温差大造成的。
除了系统的空间需求之外，还存在对更高效的热交换的需求，本发明的目的就是为了提供这样一种系统。
其它的目的和优点将在下面披露。
发明内容
根据本发明，前述目的和优点均已实现。
根据本发明，提供了一种制冷系统，其包括：压缩机，用于至少在系统运行的第一模式下沿着流路驱动制冷剂；第一热交换器，在第一模式下沿该流路处于压缩机的下游；第二热交换器，在第一模式下沿该流路处于压缩机的上游；膨胀装置，在第一模式下沿该流路处于第一热交换器的下游和第二热交换器的上游；其中，该第一热交换器包括沿用于第一热交换器的热交换流体的流路设置的多个热交换器部件。
该热交换器部件可以布置在位于整个单元中可用的较小的区域内，从而更有效地利用空间。此外进一步地，流向这些热交换器部件的流体流动可以设计成，以便提供热交换流体(例如空气)与制冷剂的逆向流动。另外，本发明的系统即使不能完全地但是至少能部分地结合在盒体中，当需要时，该盒体能容易地在现有冰箱单元的外壳或箱内实现互换以便更换盒体，而不必更换整个单元。
附图说明
参照附图，下面详细描述本发明的优选实施例：
图1是本发明的具有多部件热交换器的系统的透视图；
图2是本发明的多部件热交换器系统的示意图；
图3显示了本发明的系统中制冷剂和空气的流动。
具体实施方式
本发明涉及一种致冷装置的蒸汽压缩系统，具体而言，涉及蒸汽压缩系统-优选是跨临界蒸汽压缩系统中的热交换器的布置。
如上所述，热交换器与诸如空气等热交换介质的接触面积越大，蒸汽压缩系统的运行效率越高。根据本发明，热交换器和热交换介质之间更大的接触面积的获得是这样实现的，即，通过利用特定的蒸汽压缩系统之内所有潜在的可用空间来容纳热交换器的附加部件，这样的热交换器是由一系列或多个热交换器部件构造成的。通过这种方式，小的可用空间仍然被利用，以增加热交换效率，以至整个系统的效率。
图1示出了依照本发明的系统。图1示出了系统10，其在这个具体实施例中是用于瓶装冷却器制冷装置的蒸汽压缩系统。图1示出了该装置的下部，其包括容纳蒸汽压缩系统的外壳12。为了进一步讨论该蒸汽压缩系统，参照图1-3，该蒸汽压缩系统包括压缩机14、下流热交换器16、膨胀装置18和蒸发器20。压缩机14可以运转以便沿着制冷剂管路来驱动制冷剂(参见图3)，首先至热交换器16，然后送至膨胀装置18，再到蒸发器20。制冷剂从蒸发器20流出再返回压缩机14以完成循环。
根据本发明，第一热交换器16具有第一热交换部件22和第二热交换部件24。这些部件布置在外壳12内，以便利用可用空间，从而用相对小的可用空间实现大量的热交换。
如图所示，外壳12为热交换介质(例如空气)限定了流路，以便与第一热交换器16进行热交换。外壳12上部还为从冷藏间(未示出，但是位于外壳12之上，且如箭头27所示地供给冷却空气)内流出的空气限定了流路，以便被第二热交换器20处理。
对于热交换系统，尤其是作为本发明优选实施方案的蒸汽压缩系统，增大热交换器的热交换介质与运送的制冷剂的热交换器之间的热交换接触面积是该系统获得高效率的关键。已经发现，这样的系统在制冷剂与热交换介质逆向流动时工作效率最高。也就是说，参照图3，如果热交换介质或空气沿箭头方向26的方向流动，最好让制冷剂在如图所示的流动方向经过热交换器16，以使得制冷剂的流动方向与热交换介质的流动方向相反。进一步参照图1-3，很容易明白，第一热交换器16的第一和第二部件22、24可以并且很可能做到在尺寸和/或形状上方面存在不同，以便这些部件能够有效地利用特定的装置内的可用有效空间。例如，如实施例所示，第一部件22在相对于流动的横截平面上具有一个相对较大的面积，且在从前到后的方向上相对较薄。这是因为在该实施例中，第一部件22的尺寸设计成安装在朝着外壳12前部入口处的一个相对狭窄的空间范围内(由前向后)。在此实施例中，外壳12内的第二空间在壁28下面，所述壁28将用于处理第一气流26的外壳12的一部分与用于处理第二部分空气27的外壳12的第二部分分隔开。壁28相对于外壳12的外围向下延伸，并且当空气从外壳12的入口端30流至出口端32时，产生流动截面的限制。流动截面面积减小的这个区域使得通过该区域的气流流速增加。已知发现，流速增加的气流能够提高如本发明中的热交换器的效率。根据本发明，优选将第一热交换器16的第二部件24布置在上述流截面减小的区域内，以便利用该区域中增加的流速：此外，该区域的形状决定了第二部件24与第一部件22相比具有不同的结构。具体地，该区域具有一个基本上较小的高度，并且与容纳第一部件22的空间相比，从入口端到出口端延伸范围更长。因此，第二部件24具有有利形状并且适合于正确地安装在该空间内，从而尽可能的提供最大量的热交换器面积，且进一步地利用流过该区域的流速增加的空气。
如上所述，根据本发明，该蒸汽压缩系统的一个优选实施例是跨临界蒸汽压缩系统。该系统对于本领域技术人员来说是已知的，该系统基于在第一热交换器中没有冷凝的制冷剂来运转。跨临界蒸汽压缩系统的制冷剂的实施例为CO2。当然，其它的能够被较好适用的制冷剂也落在在本发明的范围内，以便能够提供适当的受益于本发明热交换器结构的蒸汽压缩系统。
膨胀装置18可以是本领域技术人员已知的用于降低制冷剂压力的任何合适的膨胀装置。各种已有的膨胀装置都能用于该目的。根据本发明的优选方面，这样一种压力调节器，例如在共同拥有并且同时提交的PCT专利申请中公开的所述的，其具有代理标签号05-258-WO，名称为用于跨临界蒸汽压缩系统的高侧压调节装置，是用于本发明的特别希望的膨胀装置类型。本发明所使用的术语“膨胀装置”被认为是包括这样一种压力调节器。
执行蒸发器功能的第二热交换器20在附图中显示为单个热交换器。应当理解，第二热交换器20还可以由多个部件构造呈，处理来自冷藏间尤其是小型的和/或不规则形状的冷藏间的气流。
图3示出从第一热交换器16至膨胀装置18然后至第二热交换器或蒸发器20的制冷剂管路连接。制冷剂来自蒸发器20，再返回到压缩机14的吸入口。
应当理解，由于增加了热交换器和热交换介质间的接触面积，本发明提供了增加的热交换效率。还应当理解，本发明的系统提供了热交换可用的增大的空间使用率，从而提供了根据本发明所期望的高效运转的蒸汽压缩系统。
在一些系统中，有可能利用一个热交换器分成多个部分并且设置在该热交换器中可以用来增加总热传递面积的位置。本申请利用该方案并结合使用多个部分的热交换器，以便使得有效的制冷剂流动与空气(或其它的传热介质)流动互相相反。
图2示出了两部件热交换器的实施例。在这种情况下，如果空气流是从前到后，制冷剂流首先通过部件24，然后通过部件22。如果气流从后到前，制冷剂流首先通过部件22，然后通过部件24。这个构思特别适用于跨临界蒸汽压缩系统(例如利用CO2)，其中离开放热热交换器的制冷剂的温度要尽可能接近进入热交换器的吸热流体(一般是空气)，这对于效率是极其重要的。单个热交换器部分或部件还可以按逆流方式循环，以便尽可能进一步地提高此效果。
在图2中，仅一个风扇34用来移动流经所有热交换器部件22，24的传热流体(空气)。尽管这不是一个必需的实施例，但这对于费用和能量效率具有额外的好处。
该热交换器部分或部件可以作为一整体部件被制造或运输，或者分别制造并且在单元组装过程中连接在一起。这类热交换器尤其适用于这样的应用，其中由于结垢的原因热交换器上采用的肋片数量少。由于结垢的考虑而减少肋片，可以通过增大的热交换器管或通道表面面积来补偿。热交换器可以是圆管板翅、金属丝绕管(wire on tube)、微通道、或任何其它的结构。
已经描述了本发明一个或多个实施例。然而应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种修改。例如，当作为现有系统的再制造或现有系统结构的再设计来实施时，现有结构的细节可能会影响实施的细节。因此，其它的实施例落在下面权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种制冷系统，包括：
压缩机，用于至少在系统运行的第一模式下沿着流路驱动制冷剂；
第一热交换器，在第一模式下沿该流路处于压缩机的下游；
第二热交换器，在第一模式下沿该流路处于压缩机的上游；
膨胀装置，在第一模式下沿该流路处于第一热交换器的下游和第二热交换器的上游；
其中，该第一热交换器包括沿用于第一热交换器的热交换流体的流路设置的多个热交换器部件；
该第一热交换器安装在外壳内，所述外壳限定出用于热交换器介质流过第一热交换器的流路，所述流路具有沿着该流路的一流动截面区域和一流动截面减小的区域，至少一个所述热交换器部件布置在所述流动截面减小的区域中。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换流体的流路与在热交换部件中的制冷剂的流动逆向。
3、如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第二热交换器还包括多个热交换部件。
4、如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第一热交换器安装在一具有独立的且不连续的可用空间的外壳内，并且所述热交换器部件位于该空间内。
5、如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括制冷机外壳，该外壳限定出盒体容纳区，并且所述热交换器部件安装于盒体内，该盒体适于插入到该容纳区内。
6、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个热交换器部件至少包括第一热交换器部件和第二热交换器部件，该第一热交换器部件具有与该第二热交换器部件不同的形状。
7、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一热交换器部件设置在所述流动截面减小的区域以外，而所述第二热交换器部件设置在所述流动截面减小的区域中。
8、如权利要求1所述的系统，其特征在于，制冷剂主要物质部分包括CO2；并且第一和第二热交换器是制冷剂-空气热交换器。
9、如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统包含制冷剂，并且制冷剂是跨临界蒸气压缩。
10、一种包括如权利要求1所述的系统的饮料冷却设备。
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