CN103557670B - 超市冷柜冷凝热集中处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超市冷柜冷凝热集中处理系统，包括若干冷柜以及散热收集系统，每个冷柜包括压缩机和冷凝器，所述散热收集系统包括：若干排热管道，每条排热管道对应一个冷凝器；若干风扇，用于将冷凝器周边的热空气转移至对应的排热管道中；若干温度控制器，用来监控温度并控制风扇的开启和关闭；总管道，用于收集所有排热管道的热空气。本发明从超市整体热循环角度进行思考，降低了整体能耗；通过加快冷柜的散热和压缩机散热的排放速度，提高冷柜工作效率，增加冷柜降温效果；通过第一控制阀、第二控制阀以及散热管道实现热空气排出还是再利用两种模式的切换，提高了适用性。

Description

超市冷柜冷凝热集中处理系统

技术领域

本发明涉及冷凝热管理技术领域，特别是涉及一种超市冷柜冷凝热集中处理系统。

背景技术

电冰箱主要包括制冷系统和电器系统，其中制冷系统包括：压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管、制冷剂、干燥过滤器。

制冷剂是制冷工质，是电冰箱制冷系统的搬运工，在制冷系统中实现冷循环；干燥过滤器是内装分子筛的器件，用来过滤系统中的污物和吸附制冷剂中残留的水分；压缩机是将电能转化为机械能，电机带动机械部分运转，将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制冷剂；冷凝器是制冷系统的散热装置，将压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽在冷凝器里经过热量产地向周围散热，使制冷剂蒸汽冷却后液化成液体；毛细管一般是铜制的，管内直径在1mm以下，连接于冷凝器与蒸发器之间，起到一个能降低压缩机送来的高压液化制冷剂的压力的作用；蒸发器是将从毛细管降压后的制冷剂液体，在低压下蒸发，由液体变成气体，经蒸发器吸收箱内的热量，达到制冷的目的。

电冰箱制冷循环主要分四个过程，分别是压缩过程、冷凝过程、节流过程与蒸发过程。压缩过程是由压缩机来完成，这部分也是冰箱主要的功耗来源；冷凝过程由冷凝器完成，该过程放出大量热量；节流过程由毛细管完成，毛细管将冷凝器送来的高压、中温(接近室内温度)的制冷剂液体节流成低压、低温的制冷剂液体(其中含部分气体)；蒸发过程：经节流后的制冷剂流过蒸发器，从而吸收箱内的热量，达到制冷降温的目的。

随着化石燃料的大量使用，造成的能源资源日益枯竭以及环境污染已经成为人类社会可持续发展的重要制约因素。节能减排，特别是建筑节能受到越来越多的关注。大型超市通常会配备大量的冷柜(冷柜是冰箱、冷藏柜的另一种称呼)用来存储各种需要冷冻或冷藏的食品用于保存食品，同时使用空调系统控制室内温度。由于传统的冷柜制作厂商单独站在单个冷柜效能的角度考虑，没有结合超市整体的热循环进行思考，冷柜产生的冷凝热没有得到正确的处理，从而增加了超市的整体能耗。如图1所示，该图为目前超市中冷柜产生的冷凝热的处理流程图。冷柜在工作时会产生大量冷凝热，这部分热能直接排放到超市室内，由于超市室内需要由空调系统维持一定温度，因此冷柜工作产生的热量需要通过空调系统传运到室外，从而增加了空调的负荷，造成了多余的能耗。

申请公布号为CN103292556A的专利文献公开了一种冰箱集热器，其主要包括冰箱，预热水箱，保温水箱三大部分，冰箱中的压缩机、冷凝器、毛细管、干燥过滤器、蒸发器成闭合回路连接，冷凝器置于预热水箱内部；该发明有效利用了冷凝器产生的废热来加热预热水箱中的水，当水温达到人体感觉到的舒适温度时，使预热水箱中的水流向保温水箱，此时人们就可以使用保温水箱中温度几乎恒定的生活热水了。申请公布号为CN101749919A的专利文献公开了一种能对冰箱制冷时产生的冷凝热进行利用的冷凝热利用系统冰箱及冷凝热利用方式，解决了现有技术中冰箱的冷凝热散发到外部空气中，造成了能量的大量浪费，而且向外部排放不同程度地造成环境的变化的缺点，整个系统设置于同一个壳体内，壳体内分隔成热利用室和低温室，压缩机入口处的蒸发器布置在冰箱低温室的位置，压缩机出口处的冷凝器直接布置在热利用室的位置，冷凝器散发的热量直接提供给橱柜室进行加温，将冷凝器直接紧贴在热利用室的外壁，这样缩短热辐射传递的距离，可以较大限度地利用冷凝热，也可以减少对橱柜加热所需的能量的额外输入，节省了能源，也减少了对外部环境热量的排放，减低了对环境空气的影响。但是上述两个专利对冷凝热利用方式也不能很好的适用于超市，而且当利用冷凝热的设备达到饱和后对冷凝热的利用效率就大大降低，冷凝热还是会对外部环境产生影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种超市冷柜冷凝热的集中管理系统，将冷凝热收集后再利用或者排放至超市外部，从而达到节能减排的目的。

本发明采取的技术方案如下：

一种超市冷柜冷凝热集中处理系统，包括若干冷柜以及散热收集系统，每个冷柜包括压缩机和冷凝器，所述散热收集系统包括：

若干排热管道，每条排热管道对应一个冷凝器；

总管道，至少有一段向上延伸，用于收集所有排热管道的热空气。

冷柜工作时，冷凝器会产生大量热量，冷凝器周边空气的温度会比较高。利用烟囱效应的拔升力，冷凝器周边的热空气会转移至排热管道中，各排热管道再将热空气排入总管道，最后通过总管道将热空气排出室外或者对热空气进行再次利用。

作为优选，所述排热管道靠近冷凝器的一端设有漏斗形的收风口。通过漏斗形的收风口能够将热空气更好的引入排热管道中。

作为优选，所述散热收集系统还包括若干隔热罩，每个隔热罩内均安置有一个冷凝器、一个压缩机。通过隔热罩能够最大程度的防止冷凝器和压缩机产生的热量进入超市中，

作为优选，所述散热收集系统还包括：

若干风扇，设置在隔热罩内，冷凝器与排热管道之间，用于将冷凝器周边的热空气转移至对应的排热管道中；

若干温度控制器，用来监控温度并控制风扇的开启和关闭。通过温度控制器来检测冷凝器周边空气的温度，当温度到达设定的阀值时，温度控制器会控制风扇工作，将冷凝器周边的热空气转移至排热管道中

作为优选，所述隔热罩设置有空气进入孔，还设有与收风口固定对接的出风孔。通过空气进入孔和出风孔来实现隔热罩内的空气流通，保证空气能正常流动。

作为优选，所述空气进入孔设置在隔热罩内气压最低处，所述出风孔设置在隔热罩内气压最高处。空气进入孔设置在气压最低处，这样设置使得空气进入孔处空气的压力小于隔热罩外部空气的压力，这能方便外部压力较高的空气进入空气进入孔，而且能够防止隔热罩内部较热的空气通过空气进入孔排出；出风孔设置在气压最高处，这样设置能够更快的将隔热罩内的热空气排出至排热管道内；隔热罩内气压最低处和最高处位置的确定可以通过计算流体力学模拟来确。

还包括散热利用系统，所述散热利用系统包括：

第一控制阀，安装于总管道上，用来控制总管道的开启与闭合；

若干散热管道，连接至总管道，用来连通热空气；

热耗能设备，与散热管道连接，利用散热管道内的热空气工作；

若干第二控制阀，每个第二控制阀对应安装在一条散热管道上，用来控制散热管道的开启与闭合。

第一控制阀控制总管道的开启和闭合以此来调整整个散热利用系统的开启和关闭，当第一控制阀将总管道闭合时，所述总管道不能将热空气排出至室外，此时热空气通过散热管道进入热耗能设备中，而通过第二控制阀能够控制各条热能利用管道的开启和闭合，以此实现对热空气再利用。通过第一控制阀能够对热空气排出还是再利用这两种模式进行切换，在热能耗设备不需要工作时，可以直接打开总管道将热空气排出，以此减少超市空调的能耗；在热能耗设备使用时，通过第一控制阀闭合总管道，打开与热能耗设备相连那条散热管道的上的第二控制阀，进行对热空气的再利用。

作为优选，所述总管道至少有一段竖直布置，垂直高度为4800mm～6000mm。

作为优选，每条排热管道的长度为150mm～250mm，各排热管道平行分布，且相邻两条排热管道之间的距离为1200mm～1800mm。。

作为优选，所述排热管道和总管道的外表面均包覆有隔热层。通过隔热层能够最大程度的减少热空气在排热管道和总管道的热损失，这不仅能减少热空气对超市环境的影响，也能提高热空气再利用的效率。

作为优选，所述总管道连通至室外的那端与超市的排风管道相连。这能减少总管道的长度，且增强了总管道排出热空气的效率。

本发明的有益效果是：从超市整体热循环角度进行思考，降低了整体能耗；通过加快冷柜的散热和压缩机散热的排放速度，提高冷柜工作效率，增加冷柜降温效果且能避免排热器过热导致的油漆脱落，油漆味弥散，以及冷柜附近温度过高等弊端，提高顾客舒适度；通过第一控制阀、第二控制阀以及散热管道实现热空气排出还是再利用两种模式的切换，提高了适用性。

附图说明

图1是目前超市中冷柜产生的冷凝热的处理流程图；

图2是本发明超市冷柜冷凝热集中管理系统的原理图；

图3是本发明超市冷柜冷凝热集中管理系统的主视图；

图4是本发明超市冷柜冷凝热集中管理系统的俯视图；

图5是本发明超市冷柜冷凝热集中管理系统的左视图；

图6是隔热罩内布局的正视图。

图中各附图标记为：

1.冷柜，2.总管道，3.排热管道，4.第一控制阀，5.散热管道，6.第二控制阀，7.热耗能设备，8.隔热罩，9.压缩机，10.冷凝器，11.温度控制器，12.风扇，13.出风孔，14.收风口，15.空气进入孔。

具体实施方式

如图3～6所示，一种超市冷柜冷凝热集中处理系统，包括四台冷柜1、散热收集系统以及散热利用系统，每个冷柜包括一台压缩机9和一台冷凝器10，散热收集系统包括：

四条长度为200mm的排热管道3，每条排热管道对应一个冷凝器10，且各排热管道平行分布，相邻两条排热管道之间的距离为1500mm，排热管道的内径为2寸(66.7mm)；

四只风扇12，用于将冷凝器周边的热空气转移至对应的排热管道中；

四只温度控制器11，用来监控温度并控制风扇的开启和关闭；

总管道2，用于收集所有排热管道的热空气，总管道有一段竖直布置，垂直高度为5000mm；

隔热罩8，用于安置冷凝器10、压缩机9以及风扇12。

如图6所示，排热管道靠近冷凝器的一端设有漏斗形的收风口14，通过该漏斗形的收风口能够将热空气更好的引入排热管道3中。隔热罩8上设有空气进入孔15以及与收风口14固定对接的出风孔13。通过计算流体力学模拟来确定隔热罩内的气压分布情况，空气进入孔设置在隔热罩内气压最低处，出风孔设置在隔热罩内气压最高处。通过隔热罩能够最大程度的防止冷凝器和压缩机产生的热量进入超市中；空气进入孔设置在隔热罩内气压最低处，空气进入孔处空气的压力小于隔热罩外部空气的压力，这能方便外部压力较高的空气进入空气进入孔15，而且能够防止隔热罩内部较热的空气通过空气进入孔排出；出风孔设置在隔热罩内气压最高处，这样设置能够更块的将隔热罩内的热空气排出至排热管道内。

本发明还包括散热利用系统，散热利用系统包括：

第一控制阀4，安装于总管道2上，用来控制总管道的开启与闭合；

两条散热管道5，连接至总管道，用来连通热空气；

两个热耗能设备7，与散热管道连接，利用散热管道内的热空气工作，该热能消耗设备可以解冻食品，为熟食保温，也可以是烘手器等等；

两个第二控制阀6，每个第二控制阀对应安装在一条散热管道上，用来控制散热管道的开启与闭合。

第一控制阀控制总管道的开启和闭合以此来调整整个散热利用系统的开启和关闭，当第一控制阀将总管道闭合时，总管道不能将热空气排出至室外，此时热空气通过散热管道进入热耗能设备中，而通过第二控制阀能够控制各条热能利用管道的开启和闭合，以此实现对热空气再利用。通过第一控制阀能够对热空气排出还是再利用这两种模式进行切换，在热能耗设备不需要工作时，可以直接打开总管道将热空气排出，以此减少超市空调的能耗；在热能耗设备使用时，通过第一控制阀闭合总管道，打开与热能耗设备相连那条散热管道的上的第二控制阀，进行对热空气的再利用。

本发明排热管道和总管道的外表面均包覆有隔热层，且总管道远离排热管道的那端与超市的排风管道相连。通过隔热层能够最大程度的减少热空气在排热管道和总管道的热损失，这不仅能减少热空气对超市环境的影响，也能提高热空气再利用的效率；总管道连接至超市的排风管道上，这能减少总管道的长度，而且增强了总管道排出热空气的效率。

具体工作过程，如图2所示，冷柜工作，冷凝器和压缩机会产生大量热量，冷凝器周边空气的温度会比较高。通过温度控制器来检测冷凝器周边空气的温度，当温度到达设定的阀值时，温度控制器会控制风扇工作，将冷凝器周边的热空气转移至排热管道中，各排热管道将热空气排入总管道，最后利用烟囱效应通过总管道将热空气排出室外或者通过散热管道将热空气排至热能消耗设备上。

根据华美电器有限公司提供的冷柜数据，目前一台市场上常见冷柜耗电量范围为1-2KWh/24h，而其制冷系数ε在1.1-1.5之间。理论计算中，取冷柜的耗电量为1.5KWh/24h(并假定这部分电量主要用于制冷)，制冷系数ε为1.2。计算得到冷柜冷凝器的冷凝热散热量为3.3KWh/24h，冷柜压缩机散热为0.49KWh/24h，排风扇的功率为10W。在现有条件下，超市冷柜产生的冷凝热通过空调制冷系统处理，取空调的制冷系数ε1＝2.6，则空调的电耗为1.46KWh/24h。如果采用本发明超市冷柜冷凝热集中管理系统，假设能将冷凝器的冷凝热和压缩机的散热完全转出至超市外面，电能消耗只在排气风扇上，这部分电能消耗为0.5KWh/24h，对比空调的1.46KWh/24h电耗，节约了0.96KWh/24h的电量。

为了使热空气排出超市的效果更好，本发明进行了模拟，并且针对不同的冷柜台数、排热管道的内径、总管道竖直的高度以及风扇的开关状态，设计了不同的方案，这些方案涉及的冷柜台数、排热管道的内径、风扇的开关状态、总管道竖直的高度以及所对应的模拟结果，如表1～7所示。各表中，出口风速是指总管道远离收风口那端的风速，出口温度是指总管道远离收风口那端的温度，工作区间温度是指隔离罩内温度控制器测得的温度。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表1～表6中的风扇都为关闭状态，通过表1～表6得到如下结果：

①在冷柜台数、排热管道的内径不变时，若总管道竖直部分高度越高，工作区间温度越低；

②在冷柜台数、总管道竖直部分高度不变时，排热管道的内径越大，工作区间温度越低；

③在排热管道的内径、总管道竖直部分高度不变时，冷柜台数越多工作区间温度越高，但温度相差很小。

对比表5和表7，在冷柜台数、排热管道的内径、总管道竖直部分高度都不变的情况下，风扇开启后，工作区间温度显著降低。

在模拟冷柜台数为4台、排热管道的内径为2寸、总管道竖直部分高度为5m的模型时，针对三种不同的状态(未使用本发明、使用本发明但未开启风扇、使用本发明且开启风扇)，多次测量工作区域的温度并取平均值，数据如下：

未使用本发明时，工作区域的温度为：52.3℃；

使用本发明但未开启风扇时，工作区域的温度为：51.7℃；

使用本发明且开启风扇时，工作区域的温度为：46.8℃。

通过上面的三个数据得出：即使本发明未开风扇也有一定的效果，而开启风扇后，效果显著。

Claims (5)

1.一种超市冷柜冷凝热集中处理系统，包括若干冷柜以及散热收集系统，每个冷柜包括压缩机和冷凝器，其特征在于，所述散热收集系统包括：

若干排热管道，每条排热管道对应一个冷凝器；

总管道，至少有一段向上延伸，用于收集所有排热管道的热空气；所述排热管道和总管道的外表面均包覆有隔热层；

若干隔热罩，每个隔热罩内均安置有一个冷凝器、一个压缩机；

隔热罩设置有空气进入孔，还设有与收风口固定对接的出风孔，空气进入孔设置在隔热罩内气压最低处，所述出风孔设置在隔热罩内气压最高处；

若干风扇，设置在隔热罩内，冷凝器与排热管道之间，用于将冷凝器周边的热空气转移至对应的排热管道中；

若干温度控制器，用来监控温度并控制风扇的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的超市冷柜冷凝热集中处理系统，其特征在于，所述排热管道靠近冷凝器的一端设有漏斗形的收风口。

3.根据权利要求1所述的超市冷柜冷凝热集中处理系统，其特征在于，还包括散热利用系统，所述散热利用系统包括：

第一控制阀，安装于总管道上，用来控制总管道的开启与闭合；

若干散热管道，连接至总管道，用来连通热空气；

热耗能设备，与散热管道连接，利用散热管道内的热空气工作；

若干第二控制阀，每个第二控制阀对应安装在一条散热管道上，用来控制散热管道的开启与闭合。

4.根据权利要求1所述的超市冷柜冷凝热集中处理系统，其特征在于，所述总管道至少有一段竖直布置，垂直高度为4800mm～6000mm。

5.根据权利要求3所述的超市冷柜冷凝热集中处理系统，其特征在于，每条排热管道的长度为150mm～250mm，各排热管道平行分布，且相邻两条排热管道之间的距离为1200mm～1800mm。