CN108351174B - 热交换器 - Google Patents

热交换器 Download PDF

Info

Publication number
CN108351174B
CN108351174B CN201580084441.7A CN201580084441A CN108351174B CN 108351174 B CN108351174 B CN 108351174B CN 201580084441 A CN201580084441 A CN 201580084441A CN 108351174 B CN108351174 B CN 108351174B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
chamber
tube portion
tube
refrigerant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580084441.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108351174A (zh
Inventor
威廉默斯·弗朗西斯库斯·斯洪内恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Franke Technology and Trademark Ltd
Original Assignee
Franke Technology and Trademark Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Franke Technology and Trademark Ltd filed Critical Franke Technology and Trademark Ltd
Publication of CN108351174A publication Critical patent/CN108351174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108351174B publication Critical patent/CN108351174B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/14—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically both tubes being bent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/005—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having bent portions or being assembled from bent tubes or being tubes having a toroidal configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
    • F28D2021/0071—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00—Prediction; Simulation; Testing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

公开了一种热交换器，该热交换器包括用于容纳制冷剂的容器，该容器具有由容器壁的表面界定的腔室，容器包括用于输送制冷剂进入和离开腔室的入口和出口。至少一个管部分处于腔室内部，以使得流体能够连通以通过第一孔口和第二孔口进入和/或离开管部分。所述至少一个管部分具有平均直径。腔室包括用于流体的空间，所述空间具有体积，其中，至少一个管部分具有与用于流体的空间接触的外表面，所述外表面具有面积。该体积被该面积与该平均直径的乘积除后小于或等于一个常数。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器。更具体地说，本发明涉及一种用于对流体进行冷却的热交换器。本发明进一步涉及包括热交换器的冷却系统，其中，热交换器具有蒸发器的功能。
背景技术
流体冷却器可用于对诸如水的液体、诸如柠檬水或啤酒的消耗性液体或另外的流体进行冷却。这种流体冷却器广泛地应用于工业、家用电器、饮用场所、例如快餐店的餐馆、餐饮业等中。通常应该将被流体冷却器制冷的流体例如分配在玻璃器皿中。在这种工业中，已知的是，使用包括制冷容器的流体冷却器，该制冷容器包括容纳有制冷剂的通过制冷容器内部的管。通过这种方式，可以将诸如水的冷却液体存储在制冷剂容器的内部；并且流过管的制冷剂可以使水冷却。消耗性液体可以通过浸入冷却的水中的另一根管被供给。然而，通常，这种流体冷却器的尺寸很大，因此在它们所使用的场所中占用了大量的空间。这些流体冷却器的另一个缺点是它们的能量效率低下。
更一般地，已知，制冷系统中使用热交换器。但是，需要一种改进的热交换器。
GP 1247580公开了一种制冷系统，该制冷系统包括压缩机、冷凝器、流体管线和冷却单元，其中，该冷却单元包括容纳有制冷剂的环形制冷剂腔室。
DE 10 2012 204057进一步公开了一种热交换器，该热交换器包括腔部，该腔部被填充有从蒸发器出来的制冷剂，以便在将制冷剂送入冷凝器之前调节制冷剂的温度。
发明内容
本发明的一方面在于提供一种高效的和/或仅需要有限量的制冷剂的紧凑型热交换器。
本发明的一方面在于提供一种热交换器，该热交换器包括：
用于容纳制冷剂的容器，该容器具有由容器壁的表面界定的腔室，该容器包括用于输送制冷剂进入和离开腔室的入口和出口；
至少一个管，该管的至少一个管部分位于腔室内部，其中，管部分的第一端部被固定到容器的第一孔口并且管部分的第二端部被固定到容器的第二孔口，以使得流体能够连通以通过第一孔口和第二孔口进入和/或离开管部分，其中，所述至少一个管部分具有平均直径；
其中，腔室包括用于制冷剂的空间，所述空间具有体积，
其中，至少一个管部分具有与用于流体的空间接触的外表面，所述外表面具有面积；
其中，该体积被该面积与该平均直径的乘积除后小于或等于0.15。这可能等于说，可以用制冷剂填充的所述体积等于或小于由所述管部分限定的体积的0.6倍。
该热交换器可以具有相对大的热交换能力，同时显著地减少例如在冷却系统中所需的制冷剂的量。腔室内部的至少一个管部分可以包括多个相邻的管部段。相邻的管部段可被限定为具有相对的外表面的管部段。
优选地，体积被面积与平均直径的乘积除后小于或等于0.1。更优选地，体积被面积与平均直径的乘积除后小于或等于0.08。这有助于进一步减少制冷剂的量和/或提高冷却能力。
腔室内部的至少一个管部分可以包括多个相邻的管部段，其中，相邻的管部段相对于彼此间隔开，其中一对相邻的管部段之间的间隔为至多2毫米，优选地至多1毫米，优选地至多0.5毫米。这有助于减少制冷剂的量和/或者甚至更大地提高冷却能力。
腔室内部的至少一个管部分可以包括多个相邻的管部段，该相邻的管部段在腔室的横截面中形成六边形的铺设结构。六边形的铺设结构是获得紧凑型热交换器的合适结构。替代地，相邻的管部段可以以矩形网格的方式布置或以另外合适的形式布置。
六边形的铺设结构的多个相邻的管部段可以布置成行，每行由多个绕组组成，其中，任何一行相对于每个相邻行的绕组的数量相差一个绕组，其中，当考虑接连的行时，绕组的数量单调递增或递减，或者先增加然后减小。这提供了管部段布置的紧凑轮廓。
至少一个管部分可以围绕所述容器壁的壁部分并围绕腔室外部的区域被布置成多个绕组。这可以提供具有小体积的腔室，同时管不需要形成急转弯。所述外部区域可以形成凹部，该凹部穿过腔室并且以容器壁的所述壁部分为边界。
该腔室可以具有圆环面的形状。例如，圆环面可以由六边形或四边形产生。六边形或四边形可以具有遵循管的轮廓的圆化的角。
更一般地，腔室的整体形状可以采取具有属类0，1，2，……的连接的可定向表面的形式，其中属类＝1限定圆环面。连接的可定向表面的属类是一个整数，它表示在不会导致最终拓扑面(manifold)断开的情况下沿着不相交的闭合的简单曲线的切割的最大次数。然而，虽然圆环面的形状是优选的，但本发明不限于特定类型的表面。
两个相邻的绕组的管的中心轴线之间的距离被三的平方根的二分之一乘后可以小于管的外直径。这限定了一个紧凑的六边形的铺设结构。
从容器壁的表面到至少一个管部分的与容器壁的该表面相邻的第一部段的圆周的距离可以基本上等于该圆周到至少一个管部分的与第一部段相邻的第二部段的圆周之间的距离。
用于流体的空间可以包括作为制冷剂的丙烷。紧凑的设计意味着只需要相当少量的丙烷。因此，所提出的热交换器能够符合严格的环境和/或安全相关规定。
该容器可以进一步包括本体，并且容器壁可以被包围在该本体中，其中，该本体被构造成基于所述腔室与热交换器的环境之间的压力差来增强容器壁。本体可以是一个圆环面形状的本体。
热交换器可以是系统的一部分，该系统还包括压缩机、冷凝器和膨胀阀，其中，压缩机、冷凝器、膨胀阀和热交换器流体连通，其中，入口流体地连接到膨胀阀并且出口流体地连接到压缩机。
根据本发明的另一方面，提供了一种对流体进行冷却的方法。该方法包括：
提供流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器以形成制冷循环，其中，蒸发器包括热交换器，并且热交换器包括容器，该容器具有由容器壁的表面界定的腔室，该容器包括用于输送制冷剂进入和离开腔室的入口和出口，其中，提供流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器包括将容器的入口流体地连接到膨胀阀并将容器的出口流体地连接到压缩机；
提供至少一个管，该管的至少一个管部分位于腔室内部，其中，管部分的第一端部被固定到容器的第一孔口，并且管部分的第二端部被固定到容器的第二孔口，以使得流体能够连通以通过第一孔口和第二孔口进入和/或离开管部分，其中，所述至少一个管部分具有平均直径；
使腔室设置有用于流体的空间，所述空间具有体积，
其中，至少一个管部分具有与用于流体的空间接触的外表面，所述外表面具有面积；
其中，该体积被该面积与该平均直径的乘积除后小于或等于0.15；
该方法进一步包括：
操作压缩机以使制冷剂循环通过包括用于流体的空间的制冷循环，并且使另外的流体流动穿过管部分。
本领域技术人员应当理解的是，上述特征可以以任何认为有用的方式进行组合。此外，关于热交换器或冷却系统描述的修改和变化同样可以应用于该方法，并且关于该方法描述的修改和变化同样可以应用于热交换器或冷却系统。
附图说明
在下文中，通过示例并参照附图来说明本发明的一些方面。附图是图解的并且可能没有按比例绘制。
图1示出了冷却系统。
图2示出了热交换器的透视图。
图3示出了热交换器的局部工作的敞开视图。
图4示出了热交换器的一部分的横截面。
图5示出了热交换器的顶视图。
图6示出了热交换器的侧视图。
图7示出了具有热交换器的局部横截面的替代冷却系统。
图8示出了具有热交换器的顶视图的替代冷却系统。
图9示出了热交换器的一部分的横截面。
图10示出了另一个热交换器的横截面。
图11是对液体进行冷却的方法的流程图。
图12示出了第二示例热交换器的横截面。
图13示出了第二示例热交换器的透视图。
图14示出了第三示例热交换器的横截面。
图15示出了第三示例热交换器的透视图。
图16示出了第三示例热交换器的局部工作的敞开透视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地描述示例实施方式。然而，应当理解的是，本文所描述的细节仅作为示例被提供以帮助理解本发明，而不是限制本公开内容的范围。技术人员将能够得到在由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围和精神内的替代实施例。
图1示出了能够使制冷剂在制冷循环中循环的冷却系统的示图。该冷却系统包括压缩机1、冷凝器2、阀3、膨胀设备4和蒸发器14。蒸发器以横截面示出。该横截面对应于图3中的横截面303。这些构件1、2、3、4、14被流体地连接以形成制冷循环。压缩机、冷凝器、阀、膨胀设备和蒸发器的许多不同的实施方式在本领域中是已知的。例如，阀3和膨胀设备4可以通过膨胀阀结合。本发明的一些方面涉及蒸发器5，该蒸发器可以被包括在冷却系统的这种制冷循环中。在下文中，将更详细地对蒸发器14进行描述。应当注意的是，在图1、图7和图8中，压缩机1、冷凝器2、阀3和膨胀设备4被绘制为符号以表明可以使用任何合适的设备，而蒸发器14已经被更详细地绘制以说明蒸发器14的某些实施例的方面。
如图1所示，蒸发器14包括包含腔室302的容器5，而腔室302容纳管道10、301。
图2示出了可以在制冷循环中起蒸发器14的作用的容器5、201的透视图。在这个示例中，容器具有圆环面形状。所示的圆环面是通过使平面六边形401(参见图4)围绕该六边形401外部的轴线(在数字202处不精确地画出)回转而产生的圆环面，该轴线平行于六边形401的平面且与六边形不相交。应当理解的是，六边形可以被其他形状替代。图4中示出了六边形401。如图4所示，六边形可以具有圆化的角。对六边形401的角进行圆化可以遵循管部分402的轮廓。
在图2和图3中示出的是管部分8，该管部分8与管部分10的一个端部连接以使流体能够穿过管部分8流入管部分10中。图中还示出了管部分9，该管部分9与管部分10的另一个端部连接以使流体能够从管部分10流入管部分9中。应当注意到的是，流体的流动可以反向的，使得流体从管部分9流入管部分10中，然后流入管部分8中。
图3示出了如图1和图2所示的同一容器5、201的部分工作的敞开图。所示的容器5、201的腔室302具有如上所述的圆环面形状。该图示出了容器5、201的腔室302密集地填充有管道301。管道301在腔室302内部围绕上述轴线202被卷绕并且因此围绕由所述腔室包围的凹部被卷绕，该凹部形成所述腔室外部的区域。
图4再次示出了对应于如图1、图2和图3所示的容器5的一部分303的横截面。应当注意的是，为了简单起见，图2、图3和图4中没有绘制出用于输送制冷剂的管12和11。如从图中可看到的，热交换器的腔室302被密集地填充有管绕组404。这些绕组可以都属于同一个管。替代地，在腔室302内部存在多个管，并且每个绕组属于这些管中的一个管。
在特定的示例中，腔室302和管绕组404的结构的尺寸如下。一个管或多个管可以具有7mm的内直径、8mm的外直径、0.5mm的壁厚度。任何两个相邻的管绕组之间的距离可以是8.5mm，该距离是从管的中心轴线到中心轴线测得的。从管到容器壁的距离可以是0.5mm。绕组的数量可以是27。
图5示出了腔室的顶视图，在该图中未示出绕组。图6示出了腔室的侧视图。腔室的尺寸的示例如下。腔室的最小直径501可以是292.65mm，而腔室的最大直径502可以是407.35mm。该直径的测量可以以±1mm的精度完成。腔室的高度601可以是52mm。
返回到图1，数字8和9示意性地指出了管通过容器壁中的两个孔口进入和离开腔室302。这些孔口可以包围该管，使得制冷剂不能通过该孔口进入或离开该腔室，并且来自外部的流体不能通过该孔口进入到该腔室中。此外，容器壁具有入口6和出口7，该入口和出口与管道11、12相连接，以将制冷剂从膨胀设备输送到腔室302中并且从腔室302输送到压缩机1中。入口6位于腔室302的底侧处，或者位于至少低于腔室内部的液态制冷剂的液位处。然而，在其他实施例中，入口6也可以位于高于液态制冷剂的液位处。出口7位于腔室302的顶侧处，或者位于至少高于腔室内部的液态制冷剂的液位处。这样，没有液态制冷剂可以到达压缩机。
如所说明的，该容器可以用于冷却系统的制冷循环中。处于该状态的容器在腔室中容纳有制冷剂，该制冷剂被循环通过冷却循环。一些制冷剂处于液体状态，另一部分处于蒸气状态。容器具有由容器壁的表面界定的腔室，该容器包括用于输送制冷剂进入和离开腔室的入口和出口。入口可以处于任何地方；在某些实施例中，出口优选地高于液态制冷剂的液位。提供了至少一个管，在工作时，待冷却的液体将流动穿过该管。至少一个管部分处于腔室内部，其中，该管部分的第一端部被固定到容器的第一孔口并且该管部分的第二端部被固定到容器的第二孔口，以使流体能够连通以通过第一孔口和第二孔口进入和/或离开管部分。例如，管延伸穿过第一孔口和/或第二孔口。如下文所说明的，第一孔口和第二孔口可以是容器壁中的孔口和/或圆环面形状的本体中的孔口，该本体可以包围(enclose)容器壁。在图2和图3所示的示例中，热交换器的腔室具有孔洞201。容器内部的管部分围绕所述容器壁的壁部分被布置成多个绕组，该壁部分限定所述孔洞。孔洞201一直延伸穿过容器5并且由容器壁的壁部分限定，使得流体不会通过该孔洞而泄漏。绕组以六边形的铺设结构的方式布置并形成束，使得每对相邻的绕组之间具有空间。例如参考图4可以对该六边形的铺设结构获得最好的理解，图4示出了容器在孔洞的一侧处的如图3中数字303所示的横截面。换言之，在垂直于管绕组或管部段的中心轴线的横截面中，管以六边形网格的方式布置。管可以固定至彼此以将它们保持就位。
容器壁的表面403被布置成使得在容器壁和位于束的外侧的所有绕组402之间具有空间。位于束的外侧的绕组是那些被少于六个相邻的绕组环绕的绕组。例如，绕组405被六个相邻的绕组406-411环绕并且不处于束的外侧。绕组412由三个相邻的绕组406、413、414环绕，并且绕组414由四个相邻的绕组412、406、407、415环绕。
在图4所示的示例中，以六边形铺设的绕组被布置成多行，例如，416、417、418等，每行418由多个绕组414、407、408等组成，其中，任何一行417中相对于每个相邻的行416或418的绕组的数量相差一个绕组。当依次考虑接连的行416、417、418等时，绕组的数量首先从三个绕组增加到六个绕组，然后减小到四个绕组。
在一个替代实施例中，每行中的绕组的数量单调增加或单调减少。例如，行中的绕组的数量可以从例如三(底部行)增加到七(顶部行)。在另一个示例中，行中的绕组的数量可以从例如七(底部行)减少到三(顶部行)。可以在三个不同方向上识别六边形的铺设结构中的行，并且每行中的绕组的数量的增加/减少适用于这些方向中的至少一个方向。
返回到图4，对于可以对行进行识别所沿的所有三个方向，每行中的绕组的数量增加的模式是相同的。该特性也有助于保持腔室小。
腔室302和容器壁403的表面具有由六边形产生的圆环面的形状。该六边形具有遵循管402、412的轮廓的圆化的角。当每行中的绕组的数量是单调的时，腔室和容器壁的表面的形状是由四边形产生的圆环面的形状，该四边形可选地具有圆化的角。
两个相邻的绕组410、411的管的中心轴线之间的距离被三的平方根的二分之一乘后小于管的外直径(图9中由d表示)。参照图9，两个相邻的绕组的管的中心轴线之间的距离等于一对相邻的管部段之间的间隔(图9中由s表示)和管部分的外直径(图9中由d表示)之和。在一个具体的示例中，两个相邻的绕组的管的中心轴线之间的距离为8.5mm，管的内直径为7mm，并且管的外直径为8mm。行416、417、418的间距在本示例中为7.4mm，该间距小于相邻的绕组的中心轴线之间的8.5mm的距离，这使得设计紧凑。
从内表面401到管的、与内表面401相邻的第一部分的圆周402的距离可以约等于该圆周与管的绕组的第二部分的圆周419之间的距离，该管的绕组的第二部分与管的第一部分相邻。
根据权利要求1所述的热交换器，其中，管具有7mm的内直径，并且每对相邻的绕组的轮廓之间的距离在0.2mm到0.8mm之间。
除其他参数外，根据热交换器的尺寸，热交换器可以与各种制冷剂材料(包括氟利昂)共同使用。在特定的示例中，腔室包括作为制冷剂的丙烷。上述尺寸非常适于基于作为制冷剂的丙烷的冷却系统。
图7示出了另一种构造。由于图7的大多数方面类似于图1的构造，因此这里将省略其详细描述。图7所示的构造与图1所示的构造的不同之处在于：腔室302的入口706位于腔室的顶侧。
图8示出了图7所示的热交换器的顶视图。图8示出了腔室302的入口706和腔室302的出口7位于相对于轴线202的相对侧上。更一般地，将入口706和出口7定位成充分地远离彼此可能是有利的，以避免通过入口706新进入的制冷剂通过出口7被直接吸出。当入口和出口均位于高于液态制冷剂的液位处时，这种构造是有利的。
例如，容器内的管部分的长度在25米至35米的范围内。腔室的体积减去由至少一个管部分占据的体积可以是例如在700mm3到800mm3之间，例如730mm3。这些尺寸可以使管特别适合作为用于啤酒龙头的冷却器。
图10示出了热交换器的另一个实施例。再次，仅示出了热交换器的与图3中表示为303的部分类似的部分的横截面。限定腔室1005的容器壁1001的表面1004是闭合表面，并且圆环面形状的本体1003包围容器壁1001。可选地，填充材料1002填充容器壁1001与圆环面形状的本体1003之间的任何空间。替代地，在容器壁1001和圆环面形状的本体1003之间不存在空间或仅存在小空间。圆环面形状的本体1003是圆环面形状的，例如环面(torus)形状的。容器壁/腔室也可以是圆环面形状的，但是是例如由六边形(如图中所示)或四边形产生的圆环面。由于环面1003和填充材料1002的结构更强，容器壁1001不必如此强以吸收腔室1005与热交换器的环境之间的压力差。
图12和图13示出了具有管1202的圆环面容器1201的另一个实施例。图12示出了图13中以数字1203表示的横截面。管绕组以矩形网格的方式布置，并且容器本身的形状是通过旋转矩形形状而产生的圆环面。为简单起见，图中省略了入口和出口。这些入口和出口可以类似于图1至图10的实施例。
图14、图15和图16示出了具有管1402的立方容器1401的另一个实施例。图15示出了透视图。图16示出了部分工作的敞开透视图。图14示出了图15中以数字1403表示的横截面。多个管部段1605通过U形件1604连接。如图14的横截面所示，管部段1605以矩形网格(正方形的铺设结构)的方式布置。管具有在腔室1410内部的管部分1402，并且管在部分1508和1509处延伸到腔室之外。应注意的是，在以类似方式使用U形件的替代实施例中，管部段1605可以以六边形的铺设结构的方式替代正方形的铺设结构的方式布置。用于制冷剂的入口6和出口7尚未被绘制出。这些入口和出口可以位于不同的位置，如上文关于图1至图10所描述的。例如，用于制冷剂的入口可以位于容器1401的底部，用于制冷剂的出口可以位于容器1401的顶部。但是，其他位置也是可行的。
图9示出了图3的横截面303。关于图9所说明的原理也可以应用于替代形状的容器，诸如图13至图16所示的容器。腔室302内部的至少一个管部分10具有外直径。如果直径沿着管部分变化，或者如果多个管部分具有不同的直径，则至少一个管部分仍具有平均管直径d。
在腔室302中，空间的一部分被至少一个管部分10占据。可选地，一些空间可能被其他对象占用。剩余空间902可以被流体(液体、气体)占据。在用作蒸发器时，该空间被制冷剂(部分处于液相，部分处于气相)占据。例如通过计算可以确定要被制冷剂占据的该剩余空间的体积。替代地，为了确定空间的体积，可以暂时用液体填充该空间，并且填充空间所需的液体量可被用于确定空间的体积。
至少一个管部分的外表面901的总面积A可以通过计算来确定。例如，如果管的半径是r并且管部分的长度是L，则面积A可以被估算为A＝2πrL。这样，确定了与空间中的制冷剂接触(用于热交换)的外表面的总面积。管的(平均)直径d是半径r的两倍，即d＝2r。
体积V可以以立方毫米(mm3)表示，面积A可以以平方毫米(mm2)表示，并且直径d可以以毫米(mm)表示。
由此限定的空间的体积V被至少一个管部分的外表面的面积A与至少一个管部分的平均直径d的乘积除后产生如下的数值N：
Figure GDA0002491510340000111
其中A＝2π(d/2)L。
由于对于圆形横截面的管部分，横截面积等于πd2/4，这可以表示为N＝V/(4Vt)，其中Vt是由管部分限定的体积，Vt＝πd2L/4＝Ad/4。
在某些优选实施例中，该数值N小于或等于0.15，即V/Vt≤0.6。在某些更优选的实施例中，该数值小于或等于0.12，即V/Vt≤0.48。在某些更优选的实施例中，该数值小于或等于0.10，即V/Vt≤0.4。在某些更优选的实施例中，该数值小于或等于0.09，即V/Vt≤0.36。在某些更优选的实施例中，该数值小于或等于0.08，即V/Vt≤0.32。在某些更优选的实施例中，该数值小于或等于0.05，即V/Vt≤0.2。
在所有情况下，与管部分的体积Vt相比,制冷剂体积V是相对小的，即V/Vt≤0.6。
例如，对于任何给定的管直径，对于该数值的限制可被用于确定相邻的管部段之间的空间量。
此外，在某些实施例中，该数值大于0.03，即V/Vt>0.12。
如图所示，腔室302内部的至少一个管部分包括多个相邻的管部段301。相邻的管部段可以相对于彼此间隔开，其中在一对相邻的管部段之间的间隔s为至多2毫米，优选地至多1毫米，优选地至多0.5毫米。该限制可以取代或补充上述对于通过用面积和平均直径的乘积来除体积而获得的数值的最大值的限制。这个限制可用于大直径或小直径的管。
在特定的示例中，管部分的直径可以是例如40mm或更大，并且相邻的管部段可以相对于彼此间隔开，其中在一对相邻的管部段之间的间隔为至多2毫米，优选地至多1毫米，优选地至多0.5毫米。
图11示出了对液体进行冷却的方法。在步骤1101中，该方法开始于提供循环，该循环包括压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、4以及蒸发器，其中，蒸发器包括热交换器14，并且热交换器14包括用于容纳制冷剂的容器5。在步骤1102中，压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器流体连通地连接以形成制冷循环，其中，蒸发器包括热交换器，并且热交换器包括容器，容器具有由容器壁的表面界定的腔室，容器包括用于输送制冷剂进入和离开腔室的入口和出口，其中，提供流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器包括将容器的入口流体地连接到膨胀阀并将容器的出口流体地连接到压缩机。还提供了至少一个管，该管的至少一个管部分处于腔室内部，其中，管部分的第一端部被固定到容器的第一孔口并且管部分的第二端部被固定到容器的第二孔口以使得流体能够连通以通过第一孔口和第二孔口进入和/或离开管部分，其中，所述至少一个管部分具有平均直径。腔室被设置有用于流体的空间，所述空间具有体积。所述至少一个管部分具有与用于流体的空间接触的外表面，所述外表面具有面积。该体积被该面积与该平均直径的乘积除后小于或等于0.2。该方法进一步包括在步骤1103中，操作压缩机以使制冷剂循环通过包括用于流体的空间的制冷循环，并使另外的流体流动穿过管部分。
在某些示例中，腔室内部的至少一个管部分被布置成多个相邻的管部段，其中，相邻的管部段具有相对的外表面，其中，在一对相邻的管部段之间存在用于流体的空间，其中，至少一个管部分的管部段之间的空间具有体积。所述至少一个管部分具有与用于流体的空间接触的外表面，所述外表面具有面积，并且该体积被该面积与该至少一个管部分的平均直径的乘积除后小于0.15、0.12、0.10、0.09或0.08。
示例提供了一种热交换器，该热交换器包括：
用于容纳制冷剂的容器，该容器具有由容器壁的表面界定的腔室，该容器包括用于通过容器壁输送制冷剂进入和离开腔室的入口和出口；
至少一个管，该管的至少一个管部分位于腔室内部，其中，管部分的第一端部被固定到容器壁的第一孔口并且管部分的第二端部被固定到容器壁的第二孔口，以使流体能够连通以通过第一孔口和第二孔口进入和/或离开管部分；
其中，热交换器的腔室具有孔洞，并且其中，管部分围绕所述容器壁的壁部分被布置成多个绕组，该壁部分限定所述孔洞；
其中，绕组以六边形的铺设结构的方式布置并形成束，使得每对相邻的绕组之间具有空间；
其中，容器壁的表面围绕该束被布置成在容器壁和被构造成在热交换期间浸没在液态制冷剂中并且处于该束的外侧的绕组中的每个绕组之间具有空间。
以六边形的铺设结构对管的绕组进行的布置导致由管占据的空间的量相对大并且腔室中的在管外部的空间的量相对小。后一空间将由液态制冷剂占据；由于用于液态制冷剂的空间减少，所以维持制冷循环所需的制冷剂总量减少。该设计允许紧凑的设计，同时允许制冷剂与管内部进行热交换并允许气态制冷剂向上逸出。
容器壁的表面可以布置成具有在容器壁与位于束的外侧的所有绕组之间的所述空间。这允许热交换器的紧凑设计。
表面可以是闭合的表面。这允许紧凑和/或坚固的设计。
以六边形铺设的绕组可以布置成行，每行由多个绕组组成，其中任何一行相对于每个相邻的行的绕组的数量相差一个绕组，其中，当依次考虑接连的行时，绕组的数量单调递增或递减，或者先增加然后减少。这允许紧凑的绕组束。
腔室可以具有由六边形或四边形产生的圆环面的形状。腔室的这种形状可以紧凑地封装管道。要注意的是，六边形或四边形的边缘在外部可以稍微圆化，例如以提供对腔室内高压的更好的抵抗力。
六边形或四边形具有遵循管的轮廓的圆化的角(例如参见图4中的数字402附近)。这进一步减少了供应在腔室内部的制冷剂的量。
两个相邻的绕组的管的中心轴线之间的距离被三的平方根的二分之一乘后可以小于管的外直径。这进一步减少了制冷剂的量。
从内表面到管的与内表面相邻的部分的圆周的距离可以等于管的第一绕组的圆周到管的第二绕组的圆周之间的距离，其中，第二绕组与第一绕组相邻。这进一步减少了制冷剂的量。
管可以具有7mm的内直径，并且每对相邻的绕组之间的距离可以在0.2mm到0.8mm之间。这允许紧凑的设计，同时允许制冷剂与管的内部进行热交换并允许气态制冷剂向上逸出。
该腔室可以包括作为制冷剂的丙烷。这是一种少量使用的合适的制冷剂。未被管占据的腔室部分的小尺寸有助于减少所需的制冷剂(例如丙烷)的量。
出口可以布置成高于制冷剂的液位。这防止了制冷剂从腔室逸出并以液体形式朝向压缩机移动。
容器壁可以被包围在圆环面形状的本体中。这允许以多种不同的方式加强设计。
例如，基于腔室与热交换器的环境之间的压力差，圆环面形状的本体可以被构造成加强容器壁。这允许容器壁的材料强度更低。例如，刚性填充材料可以装配在容器壁和圆环面形状的本体之间，其中，圆环面体形状的本体和填充材料使容器壁保持就位。
另一个示例是提供一种用于对液体进行冷却的冷却系统，该冷却系统包括循环，该循环包括流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀或膨胀设备以及上述热交换器，其中，入口流体地连接到膨胀阀并且出口流体地连接到压缩机。这允许热交换器在制冷循环中充当蒸发器。
另一个示例是提供一种对液体进行冷却的方法，该方法包括：
提供循环，该循环包括流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀或膨胀设备和蒸发器，其中，蒸发器包括热交换器，并且热交换器包括：
用于容纳制冷剂的容器，该容器具有由容器壁的表面界定的腔室，该容器包括用于通过容器壁输送制冷剂进入和离开腔室的入口和出口，
至少一个管，该管的至少一个管部分位于腔室内部，其中，管部分的第一端部被固定到容器壁的第一孔口并且管部分的第二端部被固定到容器壁的第二孔口，以使得流体能够连通以通过第一孔口和第二孔口进入和/或离开管部分，
其中，热交换器的腔室具有孔洞，并且其中，管部分围绕所述容器壁的壁部分被布置成多个绕组，该壁部分限定所述孔洞，
其中，绕组以六边形的铺设结构的方式布置并且形成束，使得每对相邻的绕组之间具有空间，
其中，容器壁的表面围绕该束布置，使得在容器壁和被构造成在热交换期间浸没在液态制冷剂中并且处于该束的外侧的绕组中的每个绕组之间具有空间；
将入口流体地连接到膨胀阀并将出口流体地连接到压缩机；和
操作压缩机以使制冷剂循环通过制冷循环，并使液体流动穿过管。
本文所描述的示例和实施例用于对本发明进行说明而不是限制。本领域技术人员将能够在不脱离权利要求的范围的情况下设计替代实施例。放置在权利要求括号中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。在权利要求或说明书中被描述为独立实体的项目可以作为组合所描述的项目的特征的单个硬件或软件项目实现。

Claims (18)

1.一种热交换器，所述热交换器包括：
用于容纳制冷剂的容器，所述容器具有由容器壁的表面界定的腔室，所述容器包括用于输送制冷剂进入和离开所述腔室的入口和出口；
至少一个管，所述管的至少一个管部分处于所述腔室内部，其中，所述管部分的第一端部被固定到所述容器的第一孔口并且所述管部分的第二端部被固定到所述容器的第二孔口，以使得流体能够连通以通过所述第一孔口和所述第二孔口进入和/或离开所述管部分，其中，所述至少一个管部分具有平均直径；
其中，所述腔室包括用于所述制冷剂的空间，所述空间具有体积，
其中，所述至少一个管部分具有与用于流体的空间接触的外表面，所述外表面具有面积；
其中，所述体积被所述面积与所述平均直径的乘积除后小于或等于0.15。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述体积被所述面积与所述平均直径的乘积除后小于或等于0.12。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述体积被所述面积与所述平均直径的乘积除后小于或等于0.10。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中，在所述腔室内部的所述至少一个管部分包括多个相邻的管部段，其中，相邻的管部段相对于彼此间隔开，使得在一对相邻的管部段之间具有间隔，所述间隔为至多2毫米。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述腔室内部的所述至少一个管部分包括多个相邻的管部段，该相邻的管部段在所述腔室的横截面中形成六边形的铺设结构或者以矩形网格的方式布置。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其中，所述六边形的铺设结构中的多个相邻的管部段被布置成行，每行由多个绕组组成，其中，任意一行相对于每个相邻的行的绕组的数量相差一个绕组，其中，当考虑接连的行时，绕组的数量单调递增或递减，或者先增加后减少。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述至少一个管部分围绕所述容器壁的壁部分并且围绕所述腔室外部的区域被布置成多个绕组。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其中，所述腔室具有由六边形或四边形产生的圆环面的形状。
9.根据权利要求8所述的热交换器，其中，所述六边形或四边形具有遵循所述管的轮廓的圆化的角。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其中，两个相邻的绕组的管的中心轴线之间的距离被三的平方根的二分之一乘后小于所述管的外直径。
11.根据权利要求1所述的热交换器，其中，从所述容器壁的表面到所述至少一个管部分的与所述容器壁的表面相邻的第一部段的圆周的距离基本上等于该圆周到所述至少一个管部分的与所述第一部段相邻的第二部段的圆周之间的距离。
12.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述用于流体的空间包括作为制冷剂的甲烷。
13.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述容器进一步包括本体并且所述容器壁被包围在所述本体中，其中，所述本体被构造成基于所述腔室和所述热交换器的环境之间的压力差来加强所述容器壁。
14.根据权利要求13所述的热交换器，其中，所述本体是圆环面形状的本体。
15.根据权利要求1所述的热交换器，所述热交换器进一步包括压缩机、冷凝器和膨胀阀，其中，所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀和所述热交换器流体连通，其中，所述入口流体地连接到所述膨胀阀并且所述出口流体地连接到所述压缩机。
16.根据权利要求4所述的热交换器，所述间隔至多1毫米。
17.根据权利要求4所述的热交换器，所述间隔至多0.5毫米。
18.一种对流体进行冷却的方法，所述方法包括：
提供流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，以形成制冷循环，其中，所述蒸发器包括热交换器，并且所述热交换器包括容器，所述容器具有由容器壁的表面界定的腔室，所述容器包括用于输送制冷剂进入和离开所述腔室的入口和出口，其中，提供流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器包括将所述容器的入口流体地连接到所述膨胀阀并且将所述容器的出口流体地连接到所述压缩机；
提供至少一个管，所述管的至少一个管部分处于所述腔室内部，其中，所述管部分的第一端部被固定到所述容器的第一孔口并且所述管部分的第二端部被固定到所述容器的第二孔口，以使得流体能够连通以通过所述第一孔口和所述第二孔口进入和/或离开所述管部分，其中，所述至少一个管部分具有平均直径；
使所述腔室设置有用于所述制冷剂的空间，所述空间具有体积，
其中，所述至少一个管部分具有与用于流体的空间接触的外表面，所述外表面具有面积；
其中，所述体积被所述面积与所述平均直径的乘积除后小于或等于0.15；
所述方法进一步包括：
操作所述压缩机以使制冷剂循环通过包括用于流体的所述空间的所述制冷循环，并使得另外的流体流动穿过所述管部分。
CN201580084441.7A 2015-11-09 2015-11-09 热交换器 Active CN108351174B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/076041 WO2017080573A1 (en) 2015-11-09 2015-11-09 Heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108351174A CN108351174A (zh) 2018-07-31
CN108351174B true CN108351174B (zh) 2020-07-28

Family

ID=54478028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580084441.7A Active CN108351174B (zh) 2015-11-09 2015-11-09 热交换器

Country Status (12)

Country Link
US (1) US11002488B2 (zh)
EP (1) EP3374717B1 (zh)
CN (1) CN108351174B (zh)
AU (1) AU2015414668B2 (zh)
BR (1) BR112018009367B1 (zh)
DK (1) DK3374717T3 (zh)
ES (1) ES2768779T3 (zh)
MX (1) MX2018005817A (zh)
PL (1) PL3374717T3 (zh)
RU (1) RU2689262C1 (zh)
UA (1) UA121423C2 (zh)
WO (1) WO2017080573A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL2937657T3 (pl) 2014-04-25 2020-04-30 Franke Technology And Trademark Ltd Wymiennik ciepła
EP3594606A1 (en) * 2018-07-09 2020-01-15 W. Schoonen Beheer B.V. Filling for heat exchanger
EP4141371A1 (en) * 2021-08-23 2023-03-01 Dhes B.V. Air cooled heat exchanger

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3858646A (en) * 1974-05-28 1975-01-07 Harry E Naylor Heat exchanger
CN102037305A (zh) * 2008-03-20 2011-04-27 法雷奥热系统公司 热交换器和包括这种交换器的集成空调组件
CN202709812U (zh) * 2012-07-27 2013-01-30 江门市地尔汉宇电器股份有限公司 鼓泡式螺旋管夹套热交换器
EP2937657A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-28 W. Schoonen Beheer B.V. Heat exchanger

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1247580A (en) 1969-02-12 1971-09-22 William Stokely Dixon A refrigeration system
US4090554A (en) * 1976-11-17 1978-05-23 The Babcock & Wilcox Company Heat exchanger
CA1122202A (en) 1979-11-23 1982-04-20 Gordon M. Cameron Heat exchanger having improved tube layout
US4687049A (en) * 1982-05-12 1987-08-18 Ergenics, Inc. Thermally reversible heat exchange unit and method of using same
US4706644A (en) * 1985-11-12 1987-11-17 Nakai Gary T Engine Heater
US5379832A (en) * 1992-02-18 1995-01-10 Aqua Systems, Inc. Shell and coil heat exchanger
US5839383A (en) 1995-10-30 1998-11-24 Enron Lng Development Corp. Ship based gas transport system
US5846498A (en) * 1996-02-27 1998-12-08 Praxair Technology, Inc. Reactor system
US6695044B1 (en) * 1999-03-27 2004-02-24 Chart Heat Exchangers Limited Partnership Heat exchanger
DE60138627D1 (de) * 2000-07-14 2009-06-18 Univ Virginia Schaum für wärmetauscher
AU2003231877A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-19 University Virginia Patent Foundation Method for manufacture of periodic cellular structure and resulting periodic cellular structure
US7243711B2 (en) 2004-03-30 2007-07-17 Caterpillar Inc. Efficient heat exchanger and engine using same
UA76301C2 (en) 2004-08-11 2006-07-17 Subsidiary Neksus Production A Pipe heat exchanger
US7360581B2 (en) * 2005-11-07 2008-04-22 3M Innovative Properties Company Structured thermal transfer article
ES2551140T3 (es) * 2009-01-12 2015-11-16 Heatmatrix Group B.V. Evaporador por termosifón
US8573289B1 (en) * 2009-07-20 2013-11-05 Hrl Laboratories, Llc Micro-architected materials for heat exchanger applications
US9310135B1 (en) * 2010-05-28 2016-04-12 Cool Energy, Inc. Configureable heat exchanger
DE102012204057A1 (de) 2012-03-15 2013-09-19 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Wärmeübertrager für ein kältegerät

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3858646A (en) * 1974-05-28 1975-01-07 Harry E Naylor Heat exchanger
CN102037305A (zh) * 2008-03-20 2011-04-27 法雷奥热系统公司 热交换器和包括这种交换器的集成空调组件
CN202709812U (zh) * 2012-07-27 2013-01-30 江门市地尔汉宇电器股份有限公司 鼓泡式螺旋管夹套热交换器
EP2937657A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-28 W. Schoonen Beheer B.V. Heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
MX2018005817A (es) 2018-09-17
UA121423C2 (uk) 2020-05-25
EP3374717A1 (en) 2018-09-19
AU2015414668B2 (en) 2021-08-05
BR112018009367A2 (pt) 2018-11-13
DK3374717T3 (da) 2020-02-10
EP3374717B1 (en) 2020-01-01
CN108351174A (zh) 2018-07-31
ES2768779T3 (es) 2020-06-23
PL3374717T3 (pl) 2020-07-27
BR112018009367B1 (pt) 2021-07-13
WO2017080573A1 (en) 2017-05-18
US11002488B2 (en) 2021-05-11
RU2689262C1 (ru) 2019-05-24
AU2015414668A1 (en) 2018-05-17
BR112018009367A8 (pt) 2019-02-26
US20180328671A1 (en) 2018-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108351174B (zh) 热交换器
US10866016B2 (en) Heat exchanger
JP2007212091A (ja) シェルアンドチューブ型凝縮器
US11199345B2 (en) Heat exchange unit and refrigeration cycle apparatus
US11135548B2 (en) Compressed-air heat exchanger, dehumidification unit using heat exchanger, and dehumidification system provided with dehumidification unit
CN202734422U (zh) 一种饮品制冷机
WO2017080586A1 (en) Cooling system for fluids
JP2021524572A (ja) 熱交換器のための充填
CN206930187U (zh) 螺旋式热交换器
CN114812054A (zh) 一种液位冷凝系统及其使用方法
CN103256764A (zh) 一种制冷剂罐

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant