CN112135524A - 微通道冷冻筒组件 - Google Patents
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Abstract
公开了一种微通道冷冻筒组件，其包括位于外筒内的内筒。多个凹槽位于内筒的外部，其在内筒位于外筒内时形成多个微通道。内筒包括入口集管和分配集管，多个孔位于入口集管和分配集管之间的脊中。分配集管与微通道流体连通。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月16日提交的美国临时申请号62/793101的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开总体涉及冷冻筒组件，更具体地，涉及与半冷冻产品分配设备一起使用的微通道冷冻筒组件。
背景技术
微通道热交换器用作蒸发器，以冷冻乳制品用于软包装和摇动生产。当前技术利用外部分配器以及多个入口和出口，以将制冷剂分配到微通道流动路径。在当前技术中，分配器上通常有六个钎焊接头，冷冻筒入口上有四个钎焊接头，冷冻筒出口上有四个接头，出口集管上有四个接头。这样一来，共有18个钎焊接头。
发明内容
本公开涉及一种微通道冷冻筒组件，其通过使用加压集管、多个孔、第二分配集管和出口集管将分配机构从冷冻筒的外部重新定位到冷冻筒内。制冷剂可通过单个入口进入入口集管。制冷剂可在入口集管周围流动，并通过多个孔(例如4至16个孔)从入口集管传递到分配集管。制冷剂可以从分配集管流向沿筒延伸的微通道。该集管和孔设计将确保制冷剂围绕筒均匀分布。制冷剂可离开微通道进入筒内的出口集管。筒上可能只有一个出口连接。
本公开使将制冷剂从冷冻筒外部分配和收集的特征移动到冷冻筒内。这种设计减少冷冻筒上的入口连接数量，比如从10个减少到1个。冷冻筒上的出口数量可以从8个减少到1个。采用这种设计将消除冷冻筒的入口处的外部分配器和出口处的集管。本公开可以通过减少钎焊接头的数量并且消除外部分配器和收集器来降低制造产品的成本。该设计还可以通过减少接头来提高可靠性。
本公开包括一种用于半冷冻产品分配设备的冷冻筒，冷冻筒包括：内筒，其具有入口端和出口端；外筒，其具有入口端和出口端，其中外筒同轴地设置在内筒上；在内筒的外部表面上平行于内筒的纵向轴线延伸的多个微通道，其中多个微通道位于内筒和外筒之间；围绕内筒的圆周的第一入口集管，其中第一入口集管位于内筒的入口端附近；围绕内筒的圆周的第二入口集管，其中第二入口集管位于第一入口集管和多个微通道之间，其中第二入口集管与多个微通道流体连通；位于第一入口集管和第二入口集管之间的集管脊，其中集管脊构造成防止流体从第一入口集管流动至第二入口集管；集管脊中的多个孔，其构造成允许流体从第一入口集管流动至第二入口集管；以及围绕内筒的圆周的出口集管，其中出口集管位于内筒的出口端附近，其中出口集管与多个微通道流体连通。
本公开包括一种用冷冻筒冷却产品的方法，包括以下步骤：在内筒的内部提供要冷却的产品；通过外筒中的入口开口将制冷剂添加到第一入口集管；通过多个孔将制冷剂从第一入口集管移动到第二入口集管；通过多个微通道将制冷剂从第二入口集管移动到出口集管；以及当制冷剂移动通过多个微通道时，通过将热量从产品传递到冷却剂来冷却产品。
附图说明
图1是微通道冷冻筒组件的实施例的透视图；
图2是微通道冷冻筒组件的实施例的另一透视图；
图3是微通道冷冻筒组件的实施例的部件的侧视图；
图4是微通道冷冻筒组件的实施例的部件的另一侧视图；
图5是微通道冷冻筒组件的实施例的部件的详细视图；
图6是微通道冷冻筒组件的实施例的部件的详细视图；
图7是描述操作微通道冷冻筒组件的实施例的方法的图；
图8是微通道冷冻组件的另一实施例的透视图；
图9是图8的实施例的内筒的透视图；
图10是图8的实施例的外筒的透视图；
图11是图8的截面E-E的剖视图；
图12是图11的细节D的详细视图；
图13是图8的截面A-A的剖视图，该截面与脊和微通道对准，以防止在该截面处流过脊，但允许流过微通道；
图14是图8的截面B-B的剖视图，该截面与穿过脊和微通道的孔对准以允许流过；
图15是图8的截面C-C的剖视图，该截面与穿过脊的孔和沿该截面的凹槽对准，以允许在该截面处流过脊，但防止流过第二筒的内表面的提醒。
具体实施方式
参照附图，图1示出了与半冷冻产品分配设备(未示出)一起使用的微通道冷冻筒组件100。微通道冷冻筒组件100包括第一筒102和第二筒104。第二筒104可以同轴地设置在第一筒102上。第二筒104可以包括单个入口开口106和单个出口开口108(如图2所示)。入口开口106和出口开口108可以位于第二筒104的大致相对侧。在一实施例中，从轴向端观察组件100时，入口开口106位于十二点钟位置，而出口开口108位于六点钟位置。在其他实施例中，入口开口106和出口开口108可以设置成面向大致相反的方向，例如入口开口面向在十点钟位置和两点钟位置(包括该范围内的所有位置)的范围内的方向，而出口开口108可以面向在八点钟位置和四点钟位置(包括该范围内的所有位置)的范围内的方向。在其他实施例中，入口开口106和出口开口108都可以面向同一方向，或同一“大致方向”—在本文中定义为在钟面上正负一小时。入口开口106和出口开口108也可以位于第二筒104的相对端。
第一筒102可包括构造成容纳半冷冻产品的内室。内室可包括第一内室开口110和第二内室开口112。在微通道中流动的制冷剂可从内室中的半冷冻产品吸收热量，并随着其沿组件100流过微通道而加热并蒸发。以这种方式，制冷剂和半冷冻产品可以处于热交换关系，使得半冷冻产品被冷却。
图2示出了组件100，其从图1所示的视图沿纵向轴线稍微旋转。图2示出了第二筒104中的位于与入口开口106的相对侧上的出口开口108。出口开口108可以位于底部以允许重力帮助从组件100中移除制冷剂。
图3示出了没有第二筒104的第一筒102。第一筒102可以包括入口集管114、分配集管116和出口集管118。当第一筒102位于第二筒104内时，入口开口106与入口集管114流体连通。当第一筒102位于第二筒104内时，出口开口108与出口集管118流体连通。
第一筒102可包括沿第一筒102的纵向长度延伸的多个凹槽120。当第二筒104同轴地位于第一筒102上时，凹槽120可形成包含制冷剂的微通道(类似于元件121a(图10、11、15))。第一筒102可包括位于入口集管114和分配集管116之间的脊122。脊122可包括多个孔124，例如4至16个孔124。
孔124可允许制冷剂从入口集管114流动至分配集管116。制冷剂可围绕入口集管114的圆周流动并通过孔124从入口集管114流到分配集管116。入口集管114中的制冷剂的压力可以高于分配集管116中的制冷剂的压力。孔124可以共同用作限制孔，以实现制冷剂从入口集管114到分配集管116的受控或期望的流动。通过在入口集管114到分配集管116之间产生永久的压力损失，孔124可限制制冷剂从入口集管114流动至分配集管116。孔124的总面积确定了通过孔124的制冷剂流量。制冷剂可围绕分配集管116的圆周流动至沿着第一筒102延伸的微通道。
第一筒102可包括位于第一筒102的端部的突起126、128。突起126、128可与第二筒104过盈配合，以将制冷剂容纳在第一筒102和第二筒104之间。
图4是第一筒102的一端的近视图。图4示出了入口集管114、分配集管116、凹槽120、脊122和孔124。图4示出了孔124可以围绕脊122周向间隔开。孔124可以围绕脊122均匀间隔开或者可以围绕脊122不均匀间隔开，以便优化和/或均衡分配制冷剂到分配集管116和微通道中。在一些实施例中，可能不存在直接邻近入口开口106的孔124，以防止大量制冷剂从入口开口106流入直接邻近入口开口106的孔124。
图5示出了具有示例性尺寸的单个孔124的详细视图。孔124的尺寸可以设计成共同提供期望的横截面积，以允许制冷剂从入口集管114流到分配集管116。每个孔124可以是大致矩形形状，如图5所示。在其他实施例中，孔可以是其他形状，例如三角形、弯曲的(比如圆形、半圆形或部分圆形或者其他几何或任意形状)，只要形成脊122的其余材料与第二筒104的内表面接触即可，以防止制冷剂流过脊122而不是通过孔124。每个孔124的深度和宽度可以根据需要改变以实现期望的横截面积，并且对本公开进行透彻了解的普通技术人员将能够设计脊122上的孔的数量和尺寸而无需过度实验，以及内筒的其他几何和数值方面。例如，每个孔124的深度(在图5中示出为0.032英寸)可以约为脊122的深度的一半，或者在其他实施例中约为脊的高度的1/4、1/3或超过一半。作为另一示例，每个孔124的深度可以是脊122的深度，并且每个孔124可以是孔的宽度的一半或1/4、1/3或者超过一半。在对本说明书和附图进行透彻阅读和理解之后，本领域普通技术人员将容易理解，孔的相对大小和相对尺寸是所提供的孔的数量以及脊122上的期望压差的函数，并且本领域普通技术人员将能够设计期望孔124以实现期望的流动特性而无需过度实验。可以选择每个孔124的深度和/或宽度以便于制造。例如，每个孔124的宽度(在图5中示出为0.094英寸)可以由用于创建每个孔124的工具(例如钻头)的宽度确定，并且可以调节每个孔124的深度以达到所需的横截面积。可以理解，在对内筒进行机械加工的实施例中，孔的深度和宽度可基于钻头或可用于机械加工这些特征的其他工具的直径而具有下限。
图6示出了凹槽120的详细视图。凹槽120可具有齿轮齿轮廓，如图6所示，与方形轮廓相反。在图6的表中示出了齿轮齿的示例性尺寸。对于凹槽120，使用齿轮齿轮廓代替方形轮廓可以简化凹槽120的制造。在一些实施例中，可以通过使用滚齿机来制造凹槽120。与使用方形轮廓相比，使用齿轮齿轮廓还可以通过在第一筒102的外部提供凹槽120的侧面的更宽基部来增加微通道的强度。在其他实施例中，可以使用具有其他轮廓的凹槽，例如方形、三角形、梯形或弓形等。对本说明书和附图进行透彻了解的本领域普通技术人员将理解，其他凹槽将是足够的，只要它们提供足够的表面积以用于第一筒102和制冷剂之间所需的热传递并且结合基于对组件100的供应压力而允许通过多个凹槽的足够流量，并且只要凹槽的外边缘与第二筒104的内表面充分接触，以防止制冷剂在流过第一筒时从凹槽中流出。本领域普通技术人员将仅通过常规优化并且无需过度实验就能够建立凹槽的合适几何形状、尺寸和数量。
在图8-15示意性示出的其他实施例中，第一筒102a和第二筒104a的部分的构造可以颠倒，其中第二筒104a仍同轴地设置在第一筒102a上并且冷却剂流过入口开口106a和出口开口108a之间的第一筒102a的外表面并且半冷冻产品流过第一和第二开口110a、112a之间的室。(在该实施例中，具有相似功能和结构的部件以与上面讨论并在图1-6中描绘的对应结构一致的元素编号标注，其中字母修改了元素编号。为了简洁起见，在与上述实施例相同的程度上，这些部件的结构和功能将不在本实施例中描述，但在此讨论部件的任何实质性差异)。
在该实施例中，第一筒102a的外表面可以是光滑的圆柱形表面，其中第二筒104a的内表面包括形成入口集管114a、突起126a、128a、脊122a(和孔124a)以及形成微通道121a的凹槽120a的结构。这些特征的径向尖端与第一筒102a的外表面接触并形成过盈配合，以建立通过组件100a的制冷剂流动，并防止流动绕过这些特征(与下面的实施例相反，这些特征(如图1-6所示)的径向尖端接触第二筒104的内表面)。否则，第一筒102a和第二筒104a的结构以及第二筒104a的内表面上的部件均以与上面讨论的第一筒102和第二筒104的结构相同的方式构造。
图7示出了使用微通道冷冻筒组件100的方法700。步骤702包括在内筒的内部提供要冷却的半冷冻产品。步骤704通过外筒中的入口开口将制冷剂添加到入口集管。步骤706通过多个孔将制冷剂从入口集管移动到分配集管。步骤708通过多个微通道将制冷剂从分配集管移动到出口集管。当制冷剂移动通过多个微通道时，步骤710通过将热量从半冷冻产品传递到制冷剂来冷却半冷冻产品。
尽管已经描述了某些实施例，但应当理解，本公开不限于此，并且可以在不脱离本文公开的情况下进行修改。虽然本文描述的每个实施例可能仅指代某些特征，并且可能未具体指代相对于其他实施例描述的每个特征，但应认识到，除非另有说明，否则本文描述的特征是可互换的，即使在没有提及具体特征的情况下也是如此。还应当理解，上述优点并不一定是本公开的唯一优点，并且不一定期望通过本公开的每个实施例都将实现所有描述的优点。本公开的范围由所附权利要求书限定，并且在字面上或等同地落入权利要求书含义内的所有装置和方法均意图包含在其中。
Claims (25)
1.一种用于半冷冻产品分配设备的冷冻筒，所述冷冻筒包括：
内筒，其具有入口端和出口端；
外筒，其具有入口端和出口端，其中外筒同轴地设置在内筒上；
在内筒的外部表面上平行于内筒的纵向轴线延伸的多个微通道，其中多个微通道位于内筒和外筒之间；
围绕内筒的圆周的第一入口集管，其中第一入口集管位于内筒的入口端附近；
围绕内筒的圆周的第二入口集管，其中第二入口集管位于第一入口集管和多个微通道之间，其中第二入口集管与多个微通道流体连通；
位于第一入口集管和第二入口集管之间的集管脊，其中集管脊构造成防止从第一入口集管至第二入口集管的流体流动；
集管脊中的多个孔，其构造成允许从第一入口集管至第二入口集管的流体流动；以及
围绕内筒的圆周的出口集管，其中出口集管位于内筒的出口端附近，其中出口集管与多个微通道流体连通。
2.根据权利要求1所述的冷冻筒，还包括位于所述外筒中的与所述第一入口集管流体连通的入口开口和位于所述外筒中的与所述出口集管流体连通的出口开口，其中所述入口开口和出口开口位于外筒的纵向轴线的相对侧。
3.根据权利要求2所述的冷冻筒，其中，所述入口开口面向第一方向，而所述出口开口面向与第一方向大致相反的方向。
4.根据权利要求2所述的冷冻筒，其中，所述入口开口和出口开口分别面向同一大致方向。
5.根据权利要求3所述的冷冻筒，其中，所述入口开口位于所述外筒的顶部，而所述出口开口位于所述外筒的底部。
6.根据权利要求2所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的任何一个都不沿着所述内筒的纵向方向与所述入口开口成直线。
7.根据权利要求1所述的冷冻筒，其中，所述多个微通道与外筒接触。
8.根据权利要求1所述的冷冻筒，其中，所述多个微通道各自具有齿轮齿轮廓。
9.根据权利要求1所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的每个包括四个侧面，其中所述侧面中的三个由所述集管脊形成，而另一个侧面由所述外筒的内部表面形成。
10.根据权利要求9所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的每个的深度约为所述集管脊的高度的一半。
11.根据权利要求1所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的每个是矩形的。
12.根据权利要求11所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的每个的深度约为所述多个孔中的每个的宽度的三分之一。
13.一种利用权利要求1所述的冷冻筒来冷却产品的方法，所述方法包括：
在所述内筒的内部提供要冷却的产品；
通过所述外筒中的入口开口将制冷剂添加到第一入口集管；
通过所述多个孔将制冷剂从第一入口集管移动到第二入口集管；
通过所述多个微通道将制冷剂从第二入口集管移动到出口集管；以及
当制冷剂移动通过多个微通道时，通过将热量从产品传递到制冷剂来冷却产品。
14.一种用于半冷冻产品分配设备的冷冻筒，所述冷冻筒包括：
第一筒，其具有入口端和出口端；
第二筒，其具有入口端和出口端，其中第二筒同轴地设置在内筒上；
在第二筒的内部表面上平行于第二筒的纵向轴线延伸的多个微通道，其中多个微通道位于第一筒和第二筒之间；
围绕第二筒的内圆周的第一入口集管，其中第一入口集管位于第二筒的入口端附近；
围绕第二筒的内圆周的第二入口集管，其中第二入口集管位于第一入口集管和多个微通道之间，其中第二入口集管与多个微通道流体连通；
集管脊，其位于第一入口集管和第二入口集管之间并且从第二筒的内表面延伸，其中集管脊构造成防止从第一入口集管至第二入口集管的流体流动；
集管脊中的多个孔，其构造成允许从第一入口集管至第二入口集管的流体流动；以及
围绕内筒的圆周的出口集管，其中出口集管位于第二筒的出口端附近，其中出口集管与多个微通道流体连通。
15.根据权利要求14所述的冷冻筒，还包括位于所述外筒中的与所述第一入口集管流体连通的入口开口和位于所述外筒中的与所述出口集管流体连通的出口开口，其中所述入口开口和出口开口位于外筒的纵向轴线的相对侧。
16.根据权利要求15所述的冷冻筒，其中，所述入口开口面向第一方向，而所述出口开口面向与第一方向大致相反的方向。
17.根据权利要求15所述的冷冻筒，其中，所述入口开口和出口开口分别面向同一大致方向。
18.根据权利要求16所述的冷冻筒，其中，所述入口开口位于所述外筒的顶部，而所述出口开口位于所述外筒的底部。
19.根据权利要求15所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的任何一个都不沿着所述内筒的纵向方向与所述入口开口成直线。
20.根据权利要求14所述的冷冻筒，其中，所述多个微通道与内筒接触。
21.根据权利要求14所述的冷冻筒，其中，所述多个微通道各自具有齿轮齿轮廓。
22.根据权利要求14所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的每个包括四个侧面，其中所述侧面中的三个由所述集管脊形成，而另一个侧面由所述内筒的外部表面形成。
23.根据权利要求22所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的每个的深度约为所述集管脊的高度的一半。
24.根据权利要求1所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的每个是矩形的。
25.根据权利要求24所述的冷冻筒，其中，所述多个孔中的每个的深度约为所述多个孔中的每个的宽度的三分之一。
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