CN1144988C - 高效致冷系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于致冷系统的改进的蒸发器，用于降低其中介质的温度，其中由具有第一导热系数的第一材料构成的第一管道被与其紧密接触的第二材料的主体所围绕，第二材料的导热系数不同于第一材料的导热系数。蒸发器的致冷剂入口和出口设置在主体中，并且在入口和出口中间的致冷剂路径包括多个位于路径中的叶片以增加第二材料在路径中的表面积。还描述了一种应用改进的蒸发器并包括一个过冷却器的致冷系统，并公开了制造该蒸发器的方法。

Description

高效致冷系统
技术领域
本发明涉及致冷系统，尤其涉及一种应用改进的蒸发器结构的高效致冷系统，该改进的蒸发器结构可与过冷却器等一起使用以形成一种改进的系统。
背景技术
作为背景技术，致冷系统应用一种致冷循环，这种致冷循环应用于致冷器、热泵和空调器中。当致冷器用于产生进出建筑物的热流时，致冷器就变成热泵。当它引起热流从建筑物向外流出时，于是它也被称空调器。如图1的背景技术示意图所示，致冷系统10包括冷凝器12、节流/安全阀14、蒸发器16和压缩机18。气态和液态(有时是两者的混合物)的致冷剂通过管线或管道流动，流动方向由箭头8表示。在理想致冷剂循环中，如图2示意地所示的致冷剂的压力(P)与其体积(V)的曲线图，饱和的液态致冷剂通过节流或安全阀14，液体膨胀成具有某些夹杂液体的气体，并以“b”表示。具有液体混合物的气体流过蒸发器16，在是致冷器的情况下，蒸发器16得以使热量从食品等处移走，然后传达给气体、液体混合物。当气体吸收热量时，它就膨胀，体积增大。于是气体被压缩机18压缩，如图1和2中的线段“d-e”所示，然后通过冷凝器12，当气体体积减小时，它发出热量，而压力基本保持恒定。在理想致冷循环中，从d至e的压缩是绝热的，气体的压力随着体积的减少而增加。此外，由于从“a”点的饱和液体通过节流或安全阀膨胀至在“b”点的气体液体混合物，从“a”至“b”的过程也认为是绝热的。理想致冷系统的效率描述为相对于压缩机所加入的功在“b-d”(即通过蒸发器16)的热流量。因为压缩机加入的功必须等于(在理想系统中，不考虑损失)从状态“e”的热流量减去在“b-d”的热流量，显然，效率将随着在循环“b-d”部分的热流量相对于由压缩机加入系统中的功的总量的增加而增加。这样，例如，对于相同的压缩机功总量，蒸发器越有效，系统的效率就越高。
对于在蒸发器中冷冻食品而言，例如在冰淇淋、冰块、非奶类糖果制品(此后称为软用餐甜点)等的生产中，通常的做法是采用碎屑表面热交换器，它是用致冷套环绕不锈钢圆筒制成的。在这样的结构中，致冷剂紧密接触不锈钢圆筒，从而冷却圆筒的表面，这样，食品迅速冰冻并随后从内冷冻圆筒表面刮走。此类致冷套的结构有些复杂并包括相当多的焊缝，致冷套中有内挡板，用于引导致冷剂的流动。
制造冷冻圆筒的一种更为常用的方法是用铜管缠绕不锈钢圆筒，并引导致冷剂通过铜管，从而将热量通过铜管从冷冻圆筒传向致冷剂。例如，Clancy的美国专利2,364,130显示了一种热交换装置，其所具的管子紧密接触圆筒壳或套并螺旋地围绕圆管壳或套而缠绕。这种制造方法中的一个困难是以损害好的传热方式才能确保铜管很好地安装到不锈钢上。另一改进冷冻圆筒的蒸发性能的尝试公开在1995年5月30日颁发给Kaiser等的美国专利5,419,150中，他们尝试通过应用附加的内致冷管(见Kaiser专利的图12)来增加蒸发器的内侧表面积以改进蒸发器(冷冻器)的性能。
在现有技术，诸如Evinger的专利1,837,416中公开了增加热交换器效率的其它方法，其中所示热交换器具有适当长度的螺旋缠绕的金属薄片和由诸如铜或铜合金制成的内波纹壳。Sutter的专利1,514,887、Bowling的专利2,611,585和Huggins的专利3,486,489均显示了热交换器的不同结构。但是，没有一种现有技术提出如本申请权利要求提出的发明。在Cozer的美国专利4,896,247中，冷却流体流过围绕内室的螺旋通道，以便从所包含的有形系统中带走热量。Cozer认识到螺旋流动形式能提高冷却系统的冷却效率。但是，Cozer没有认识到需要增大暴露在致冷剂中的表面积，以便提高效率并使其达到最大。
已经发现，在此类蒸发器的热交换中的最重要因素是热量从蒸发器本身向致冷剂的传递。通过显著地增大暴露在致冷剂中的表面积，热量可从冷冻室更快更有效地传向致冷剂。
当然还存在增加蒸发器效率的其它手段，从而使蒸发器可制造成更为紧凑和更加有效率，同时还使诸如软用餐甜点的体积增大的食品可以由此通过。
致冷系统中的过冷却器是人们已知的装置，它们被用于蒸发蒸发器中尚未完全变成气体的低压液态致冷剂，从而使液体不返回压缩机，在压缩机中它可能引起损坏。通常，致冷系统中的过冷却器通过在高压液态致冷剂与冷的、低压吸入线路致冷剂气体之间设置一台热交换器而用于此目的。被抑制的状态称为致冷剂的“反向淹没”。诸如采用除霜循环的冰柜的致冷系统通常装配有过冷却器。
已发现，结合本发明的蒸发器，添加过冷却器可以在广泛的运行条件范围下充分利用蒸发器热交换表面。例如，没有过冷却器，则必须按正常条件下约60％的利用率来设计蒸发器，这样，在恶劣条件下才不会有过度的反向淹没。已发现，在过去此安全边界必须要有更大和更昂贵的蒸发器，这将导致更多的食品(如软用餐甜点)因为在冷冻状态下存放时间更长变质而使产品被回收。
对于过冷却器，诸如Newton的美国专利2,120,746、Brown的美国专利3,852,974和Woods的美国专利4,696,168均显示了过冷却器在致冷系统中的优点，即抑制反向淹没。但它们中没有一个显示利用诸如由本发明显示和提出的高效率结构的蒸发器的优点。
发明内容
鉴于以上所述，本发明原理的特点是通过增加从蒸发器本身到致冷剂的热交换率以增加致冷系统的效率。
本发明的另一特点是提出一种简单而有效的方法，以显著增加致冷剂暴露在其中的表面积，从而有效地从需在冷冻室内移去热量的食品或介质中移走热量。
本发明的又一特点是在增加整个致冷系统的效率的同时，得以使用更小、更紧凑的冷冻室，但在更小的空间内具有相同的介质生产量。
本发明的又一特点是提出一种蒸发器结构，其增大的效率使它能在具有或不具有提高效率的过冷却器时使用，但使得具有较紧凑结构和充分的蒸发器利用率的高效率可以通过应用过冷却器而获得。
为此目的，本发明提出一种致冷系统用的改进型蒸发器，用于降低其中的介质温度。蒸发器包括一个具有导热内侧表面的管道。致冷剂路径设置在管道的外侧但与其接触，多个叶片与管道导热接触地设置在路径中，从而增加暴露给路径中的致冷剂的表面积。
在本发明的另一实施例中，提出了一种致冷系统用的改进型蒸发器，用于降低其中的介质温度。蒸发器包括一个管道，该管道具有由第一材料构成的内侧表面，第一材料具有第一导热系数；一个由第二材料构成的主体或第二管道，它外切第一管道的第一材料并设置成至少沿部分第一管道与其紧密接触。第二材料的导热系数不同于第一材料的导热系数。蒸发器的致冷剂入口和蒸发器的致冷剂出口设置在第二管道中，而致冷剂路径设置在第二材料中入口与出口中间，在路径中设有多个叶片，从而增加第二材料的表面积。蒸发器还包括外切所述第二材料并与第二材料配合、从而密封在第二材料中的致冷剂路径的管道。
还提出了一种采用根据本发明制造的蒸发器的致冷系统，该蒸发器包括一个圆筒，该圆筒具有由第一材料构成的内侧表面，第一材料具有第一导热系数；和第二管状构件，它外切第一材料的第一管状构件并与其紧密接触。第二管状构件的第二材料所具有的导热系数最好大于第一材料的导热系数。致冷剂路径设置在第二材料中位于蒸发器的致冷剂入口和出口中间，该路径包括多个径向伸展和突出的叶片，叶片由第二材料构成，第二材料紧密接触第一材料。一个密封件外切第二管道来密封该路径，以抑制致冷剂除了通过连接路径的致冷剂入口和出口外不会逃逸至系统外部。如果需要，尤其是在一结构紧凑的系统中，过冷却器热交换器设置在冷凝器出口与安全阀入口中间以限定高压致冷剂路径，而第二低压致冷剂路径位于蒸发器出口与压缩机入口中间并与高压致冷剂路径进行热交换，从而增大致冷系统的效率，并得以使蒸发器的结构更为紧凑。
附图说明
参考下述说明和权利要求并结合附图可对本发明的其它特点、优点和目的有更为完全的了解，其中：
图1是典型的理想闭路循环致冷系统的示意图；
图2是压力体积曲线图，为了说明背景技术，它显示了图1所示理想致冷系统中理想致冷剂的压力体积关系；
图3是表示部件拆下时蒸发器的冷冻室的局部侧视图，它可用作本发明装置的组成部分；
图4显示了图3中的冷冻室，其以第二材料外切冷冻管道，为了使该装置的视图清楚或不受到破坏，用虚线表示了迂回或螺旋致冷剂路径；
图5是从第二管道拆下的另一管道，它用于外切第二管道以密封致冷剂路径，从而使致冷剂路径除了通过路径的致冷剂入口和出口外不与系统外部连通；
图6是一个局部剖面侧视图，它表示图5中的密封管道叠加至图4中的装置上，并得以形成本发明蒸发器的一个实施例；
图7是本发明提出的应用在致冷剂路径中的叶片优选形式的放大局部立体图；
图8是根据本发明制造的蒸发器的另一实施例的局部侧视图，其中叶片沿着冷冻室的纵向向外伸展；
图9是沿图8中线9-9截取的示意性放大局部剖视图；
图10是一个放大端视图，它表示图9中具有第一组叶片的90°扇形部分的剖视图；
图11是一个放大端视图，它表示与图10所示相似的另一实施例的90°扇形部分的剖视图，它具有叶片的第二实施例，以便增加从冷冻室到致冷剂的热流量；
图12是一个放大端视图，它表示另一叶片实施例的90°扇形部分的剖视图，以进一步增加从冷冻室到致冷剂的热流量；
图13是本发明蒸发器的另一种叶片结构，它能进一步增加热传递效率；
图14是本发明蒸发器的另一实施例，它类似于图6所示的实施例，但没有图5中的密封管道；以及
图15是采用本发明的蒸发器并具有过冷却器以进一步增强系统效率的改进的致冷系统的示意方框图。
具体实施方式
现转向参考附图，特别是其中的图3至图6，在其中显示了按本发明制造的蒸发器的显著的或改进的部分。蒸发器20(图6)包括第一管道或冷冻室30，它成形成为一个圆筒，圆筒具有内侧表面32以及被冷冻材料或介质的相应入口和出口端部34和36。至少管道30的内侧表面32由具有第一导热系数的第一材料构成。第二管道40也成形为一圆筒，它由具有不同的导热系数的第二材料构成，在优选实施例中采用大于第一材料导热系数的导热系数，第二管道40至少沿部分第一管道30布置成与其紧密接触。在图6所蒸发器的实施例中，密封管或圆筒60外切第二管道40的外表面41并其配合，从而密封第二材料并形成致冷剂的入口62和出口64，对此将在下文说明。
根据本发明的一个特点，致冷剂路径42设置在第二管道40中、位于致冷剂入口62和出口64的中间。(路径42用虚线表示)。在所示示例中，致冷剂路径42是迂回或螺旋形的，并从密封管60的致冷剂入口62伸展至出口64。为增加从冷冻室或第一管道30的内侧至管道40的热传导效率，在路径42中设置了多个叶片46。应认识到，螺旋路径可以是十分密的螺旋，但为显示和清楚起见，第二管道的部分第二材料，诸如螺旋分隔板44显示在相邻路径42的中间。
构成第一管道30或至少其内侧表面的典型材料是不锈钢，在应用蒸发器冷冻介质或诸如软用餐甜点食品的示例中不锈钢是优选的，因为与介质接触的装置内部部件必须易于维护并确保清洁的环境。当然，在内侧表面32上的材料也可由电镀材料构成，电镀材料沉积在第二材料的内侧表面上，从而形成第一管道或冷冻室30。此外，此材料可包括导热材料沉积层，它布置在第二材料的内侧表面上，从而形成管道或冷冻室30。但是，在任何一种处理软用餐甜点等物品的冷冻室结构中，维护和清洁的要求以及室的构造能有助于冷冻室30内侧的清洁都是要优先考虑的。
第二管道40由第二材料构成，它具有不同的导热系数，在优选实施例中采用大于第一材料导热系数的导热系数。一种材料，诸如易于机械加工的铝能有助于形成路径42，如需要，还能同时制造叶片46。可应用铣床进行切削工序。如果第一管道是分开的，即是一个不锈钢圆筒，则将第二管道装配在第一管道上可以任何常用的方式进行。例如，可采用压配合，冷却第一管道30，加热第二管道的铝，将部件装配在一起，然后将其冷却。
但是已发现，通过钢球冲击模锻或液压成形使第一管道或冷冻室30相对于第二管道40进行径向膨胀也可将第二管道40相当好的密封和安装到第一管道30上。这可在钢球冲击模锻工序之后通过将介质排出口部分36焊接至管30的主体上而完成。在钢球冲击模锻时，直径大于第一管道30内径的球被用力通过第一管道，引起管道径向位移进入并压着第二管道40。当然，应用此方法时，第二管道40与第一管道30的初始配合应相当紧密。
将第一管道30安装至第二管道40上的另一种方法与钢球冲击模锻类似，通常称为液压成形。密封第一管道30，将水或其它液体加入密封管道中，然后加压使第一管道径向膨胀形成与第二管道40的密封配合。在相应为第一和第二管道30和40之间产生密封的另外方法可通过电磁成形加以完成。在此方法中，线圈松散地外切管30和40而放置，一个大电流脉冲地通过线圈。此脉冲产生的电磁场通过导电工件(即铝)给予其相当的动能，引起第二管道40塌缩在第一管道30上。可用于电磁成形的设备的一个示例由位于8224 Ronson Road，San Diego，CA 92111的Maxwell Magneform公司制造。
应认识到，第二管道40的材料可由不同于铝的材料，如铜构成。但是，铝比铜便宜，且通过传导和致冷剂在材料上对流形成的传热性质相似。
在密封管道60放置在第二管道40上并与其具有压靠、接触的关系之后，可通过在48和50处焊接将密封管道60密封或连接至第二管道上，并且可通过在38处焊接而将排出端部36连接至第一管道或冷冻室30上。
可以认为本发明蒸发器20效率的提高是由于致冷剂相对叶片以及传导材料的表面积的增加，传导材料使热量得以从冷冻室30的内侧通过第一材料壁传导至第二管道40。叶片46的现有形式示于图7中，它显示了一个由铣床在形成于第二管道40的路径42中加工成形的4个叶片的放大立体图。为此，铣床在第二管道40的传导材料中成形窄缝或凹槽45，在所示示例中，可切削5个这样的窄缝45，以便在窄缝中间形成4个叶片46。为使读者对尺寸有一个较清楚的概念，在图7所示的示例中，叶片的高度“h”约为1/2英寸(12.7mm)，而叶片46的厚度“t”约为1/16英寸(1.6mm)，窄缝宽度“S”也是1/16英寸(1.6mm)，抵靠第一管道30接触的其余材料的厚度“m”也是1/16英寸。但是应明白，这些尺寸只是示例，它们可根据理论并在其指导下加以改变，即暴露于致冷剂中的表面积越大，从冷冻室30至叶片、从而也就是至致冷剂的热传导效率越高，传导的热量越多。
现请转向参考图8和图9，图中显示了根据本发明制造的蒸发器80的另一实施例。蒸发器80包括介质和致冷剂的入口端部82和出口端部84，它们抵靠着具有内侧表面92的内侧管道或冷冻室90。第二管道100由导热系数不同于管道90的材料的导热系数的材料构成，它外切着由第一管道90内部形成的第一管道或冷冻室，并包括多个分隔开的、径向伸出的叶片110。在所示实施例中，叶片沿第二管道100纵向伸展，并通常与蒸发器80同轴。外切第二管道的是密封管道120，它与叶片110和第二管道底部部分一起形成位于叶片110中间的致冷剂路径112。如图所示，入口和出口端部中的每一个包括环形室83和85，它们使得致冷剂可通过入口管81进入蒸发器80和通过出口管86排出蒸发器80。应认识到，可在第二材料的管道100中切削叶片110以形成螺纹或螺旋形的致冷剂路径。螺旋路径虽然由于长度的增加而增加了叶片的表面积，但螺旋路径的成形需要更复杂的加工才能形成这些叶片，且从冷冻室，即从第一管道90的内侧表面92和致冷剂入口81与出口86之间的致冷剂流动路径112传出的热交换并没有相应的改进。在图8和9所示的实施例中，如前所述，具有第一导热系数的第一材料可包括不锈钢，或甚至可包括在第二材料或第二管道100内侧表面上的电镀或沉积材料薄层。当然，沉积的第一材料可包括导热涂料或其它材料，它使热量得以从冷冻室和第一管道30传导进入用于使致冷剂与叶片110接触的第二材料中。
如前面一样，叶片110可由铣床成形，尽管也可由挤压成形。在图10中显示了图9的蒸发器80的放大的四分之一截面图，其中由切削窄缝112每隔5度形成了72个叶片110，叶片和窄缝是交叉指形的。管道120可以任何现有方式连接至端部82和84上，例如在其伸出的端部通过连续堆焊和点焊连接至叶片上。为给出某些尺寸概念，第一管道90由0.025英寸(0.635mm)厚的不锈钢构成。叶片110由其形成的第二管道100的材料由1100铝构成。
为增加从冷冻室至致冷剂的传热，已发现增加致冷剂路径中的叶片数将导致更大的传热。为此，现请参考图11，图中显示了蒸发器80a的四分之一截面图。在图11所示的实施例中，例如为0.025英寸不锈钢的内侧管道90a连接至例如为1100铝的第二管道100a，并包括90个叶片110a，它们还是由位于叶片110a中间的窄缝112a形成。叶片数增加对增加从冷冻室内侧至致冷剂的热传导的优点以下将变得更为明显。此时足以证明，具有90个叶片的图11中的实施例与具有72个叶片的图10中的实施例相比，在其它条件均相同时，将使热交换增加16.9％。
现请参考图12，图中显示了按本发明制造的蒸发器80b的另一实施例的四分之一截面。如图所示，例如由不锈钢的第一材料构成的第一管道90b压靠接触地连接至第二管道100b上，其中叶片110b由在第二管道100b中的切削倾斜窄缝112b形成。连接密封管线或外管道120b以覆盖窄缝112b，从而形成致冷剂物质通过窄缝的路径或通道。在此实施例中，通过在管道100b中斜地切削出窄缝112b形成72个叶片，从而增加叶片110b的长度。在以下将会更清楚，即图12的实施例相对于图10所示的72个叶片的实施例增大了从冷冻室通过不锈钢的导热系数，但要略小于图11所示实施例的导热系数。
现请转向参考图13，图中显示了放大的叶片110c和相邻窄缝112c切口的成形，从而形成90个叶片加上45个短的或子叶片。在图13所示的实施例中，只显示了部分第二管道100c，每个叶片110c的主体均由切削窄缝112c形成，在所示实施例中窄缝112c在管道100c的材料(如铅)中斜地切削形成。图13中的叶片数相对于图12所示的叶片数由72个增加至90个。此外，为增加叶片的表面积，在交替交叉指形的叶片上，如在114处切削一个四分之一英寸深的窄缝，从而在交替交叉指形的叶片110c上形成另外的45个叶片115a、115b。如下文将讨论的，这将使传热流增加一个相当量。
为显示图8至图13中不同实施例的导热系数的差异，将一个不锈钢圆筒(0.025英寸厚)挤压至6061铝的圆筒中，圆筒在其中具有24个直径约1/2英寸的洞或孔，这些洞或孔沿第二材料或管道纵向或与其同轴地伸展(未示出)。被冷冻并保持于冷却温度8°F下的材料是软用餐甜点，蒸发器温度保持在-12°F。在其它结构相同的情况下，从冷冻室内侧至致冷剂的热传递流量为每小时2,263BTU(663瓦)。
在图10所示实施例中，即在1100铝中有72个叶片，其间为半英寸深的窄缝，并具有0.025英寸的不锈钢衬，软用餐甜点仍保持在8°F，而蒸发器温度也仍保持于-12°F，热传递流量为5,842BTU/h(1712瓦)，而在图11的90个叶片的实施例中，在所有其它条件相同时，热传递流量增加至6,830BTU/h(2002瓦)。在图12所示的具有倾斜叶片的实施例中，相对于图10的72个叶片的实施例，其热传递流量是6400BTU/h(1876瓦)，这表明它相对图10中垂直叶片的热传递能力增大，但与90个叶片的实施例相比，其热传递能力的增加不如90个叶片
实施例的大。
但是，在具有45个成形在交叉指形或中间叶片上的较小叶片的90个叶片的实施例中，热传递速率跃升至7,875BTU/h(2308瓦)，再一次表明，由于表面积比图11中90个叶片实施例的表面积增加，热传递效率增加。
所有热传递数据是根据在个人计算机上运行的有限元程序计算的。有限元程序“TERA”来自位于17114 Bircher Street，Grenada Hills，CA 91344的Tera分析公司。
现转向参考图14，其中所示蒸发器180的实施例相似于图6所示的蒸发器20的实施例。但是，在图14的实施例中，构成冷冻室等的内管道、套或圆筒130包括由第二材料构成的第二管道或圆筒140，第二材料具有不同的导热系数，在优选实施例中采用导热系数大于构成管道130的第一材料的导热系数。第二管道至少沿着部分第一管道130围绕、压靠或紧密接触地设置。在图6所示蒸发器的实施例中，密封管被用于外切第二管道的外表面并与其配合，但此处如图14所示，第二管道140仅具有内侧路径142，以便致冷剂从致冷剂入口162流至致冷剂出口164。与图6所示的实施例相同，被冷冻介质的入口端部134放置在管道130的一端，而介质出口端部136设置在其相对端。此外，通过在管道140的内侧以替代在其外侧切削形成致冷剂路径142可以提供不需要密封管道的简单优点。但是，与叶片底部传导接触不锈钢圆筒的情况相比较，悬在路径142中的叶片146需要更长的传导路径以进行热量流动，因而由于将叶片悬在路径中而不是从底部或不锈钢圆筒130向外伸出，将损失一些效率。同样，第二管道140可由铝或铜构成，以便易于机械加工或挤压。
现请转向参考图15，在图15所示的致冷系统200中，通过应用以上说明的任何一种改进的蒸发器220可获得致冷系统效率的进一步增加。在图15、特别是在其中应用了结构紧凑、尺寸小巧的蒸发器的实施例中，在冷凝器210的出口与节流安全阀205入口之间设置了过冷却器热交换器230。如图所示，这限定了高压致冷剂路径(从压缩机125通过冷凝器210、通过过冷却器230，然后至节流安全阀205)和第二低压致冷剂路径(从蒸发器220的入口通过过冷却器230，然后至压缩机215的吸入侧)，低压和高压致冷剂路径进行热交换，从而增加致冷系统的效率，并使蒸发器结构更紧凑。
以下表格显示了温度以及在某些示例中的致冷剂成分。在图15中，通过冷凝器210、过冷却器230，然后至节流安全阀205的致冷剂路径的高压侧用箭头8a表示。当然，致冷系统的不同部件用适当材料的管道或导管加以连接以传送致冷剂。此外，箭头8b表示致冷循环的低压气体/液体部分。在下表中，显示了具有和没有过冷却器的气体/液体温度。应注意的是，没有过冷却器时必须设计一种典型蒸发器，甚至是按本发明设计的一种蒸发器，以便在正常条件下有约为60％的利用率，从而在严酷条件下不会有过度的反向淹没。此外，如具有过冷却器，则冷冻室的尺寸可减少，从而减少机器的总体尺寸，同时保持机器对相同被冷冻介质的产量。
  没有过冷却器的参考系统(图1)  具有过冷却器的参考系统(图15)
温度@
冷凝器出口     90°F     90°F
安全阀入口     80°F     10°F
蒸发器入口     -15°F1     -15°F2
蒸发器出口     -15°F     -15°F
压缩机入口     -15°至60°F3     0°至10°F4
1、按体积计99％气体，1％液体
2、按体积计92％气体，8％液体
3、气体/液体混合物
4、低压气体
更大的液体含量能改进贯穿蒸发器全部长度的热传递效率。当具有过冷却器时，相当数量的液态致冷剂能得以流出出口，在此处它的冷却可在过冷却器中用于冷却更多的输入液体。
这样，已经显示了一个效率提高的蒸发器结构以及一个效率提高的致冷系统。而且，蒸发器的结构是这样的，它应用时能具有或没有提高效率的过冷却器，后者通过使结构得以更紧凑、蒸发器利用更充分来提高效率。
虽然对发明进行了具体细节的说明，显然，对于对致冷系统、其部件和结构等领域熟悉的技术人员而言，很容易提出其它实施例。
此外，虽然上述各种附图中显示的实施例目前是优选的，但应理解的是，仅仅是通过示例提出了这些实施例。本发明并不企图限于任何具体的实施例，而是意欲扩展至落入在所附权利要求范围内的各种修改方案。

Claims (34)

1、一种用于致冷系统的蒸发器，蒸发器用于降低其中的介质的温度，所述蒸发器包括：
第一管道，它具有由具有第一导热系数的第一材料构成的内侧表面；
一个介质入口和一个介质出口，它们与所述第一管道相联结；
由第二材料构成的第二管道，该第二管道外切所述第一管道并沿至少部分所述第一管道紧密接触地设置，所述第二材料所具有的导热系数不同于所述第一材料的导热系数；
位于所述第二管道中的一个蒸发器致冷剂入口和一个蒸发器致冷剂出口；
位于所述入口和出口中间的致冷剂路径，以及多个位于所述路径中从而增加第二材料在路径中的表面积的叶片；以及
外切所述第二材料并与第二材料配合、从而密封在第二材料中的致冷剂路径的管道。
2、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，在所述第二材料中位于所述入口和出口中间的所述路径包括在所述第二材料中从所述入口至所述出口的迂回的致冷剂通路。
3、如权利要求2的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，在所述第二材料中位于所述致冷剂入口和出口中间的所述路径包括一条螺旋线，它沿所述第一管道轴向和圆周方向地伸展。
4、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第二管道和第一管道是圆筒型，伸展在所述入口和出口之间的路径沿所述第二材料的所述第二圆筒纵向伸展并形成在其中，从而所述叶片沿径向伸展并与所述圆筒同轴。
5、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第二材料的导热系数大于第一材料的导热系数。
6、如权利要求5的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，在所述第二材料中位于所述致冷剂入口和出口中间的所述路径包括一条螺旋线，它沿所述第一管道轴向和圆周方向地伸展。
7、如权利要求5的致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第一和第二管道是圆筒型，伸展在所述入口和出口之间的路径沿所述第二材料的所述第二圆筒纵向伸展并形成在其中，从而所述叶片沿径向伸展并与所述圆筒同轴。
8、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，具有第一导热系数的所述第一材料包括不锈钢的圆筒。
9、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第一材料包括设置在所述第二材料的内侧表面上的导热材料薄层，从而形成一个与所述第二管道配套配合的导热材料圆筒。
10、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第一材料包括设置在所述第二材料的内侧表面上的电镀金属薄层，从而形成一个电镀金属圆筒。
11、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第二材料包括铝，并且具有大于所述第一材料的导热系数。
12、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第二材料包括铜，并且具有大于所述第一材料的导热系数。
13、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第一材料包括设置在所述第二材料的内侧表面上的导热材料沉积层。
14、如权利要求1的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述叶片斜地设置在所述路径中，从而增加叶片在所述路径中的表面积。
15、一种用于致冷系统的蒸发器的制造方法，蒸发器用于降低其中的介质的温度，该制造方法包括：
成形由具有第一导热系数的第一材料构成的第一管道；
设置与所述第一管道相联结的介质入口和出口；
成形由第二材料构成的第二管道，该第二管道外切所述第一管道，至少其部分设置成与所述第一管道紧密配套接触；
在所述第二管道中成形致冷剂路径，并且在所述路径中设置多个由所述第二材料构成的叶片以增加第二材料在所述致冷剂路径中的表面积；以及
成形一个外管道，并相对所述第二管道叠置配合地设置所述外管道，从而沿圆周方向密封所述第二管道中的路径。
16、如权利要求15的用于致冷系统的蒸发器的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：
通过在第二管道的外侧切削路径以形成所述叶片和所述路径，以及切削分隔的窄缝从而在它们之间形成所述叶片。
17、如权利要求16的用于致冷系统的蒸发器的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：斜地切削窄缝，从而增加叶片的表面积。
18、如权利要求15的用于致冷系统的蒸发器的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：在至少某些所述叶片上成形子叶片，从而进一步增加所述叶片的表面积。
19、如权利要求15的用于致冷系统的蒸发器的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：
通过在第二管道的内侧切削路径以形成所述叶片和所述路径，以及切削分隔的窄缝从而在它们之间形成所述叶片。
20、如权利要求15的用于致冷系统的蒸发器的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：挤压所述第二管道，从而形成路径和叶片。
21、如权利要求15的用于致冷系统的蒸发器的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：使所述第一管道贴着所述第二管道内侧径向变形，从而在所述第一和第二管道之间强制形成紧密接触。
22、一种致冷系统，该致冷系统包括一个具有致冷剂入口和出口的压缩机、一个具有致冷剂入口和出口的冷凝器、限定位于所述压缩机的所述出口与所述冷凝器的入口之间的致冷剂输送导管的装置、一个具有致冷剂入口和出口的蒸发器、以及位于所述冷凝器出口和所述蒸发器入口中间的第二致冷剂输送导管、一个在所述第二导管中位于所述冷凝器出口和所述蒸发器入口中间的安全阀、以及从所述蒸发器的所述出口延伸至所述压缩机入口的第三致冷剂导管装置，从而形成一个闭路致冷系统；
所述蒸发器包括一个圆筒，该圆筒具有由第一导热系数的材料构成的内侧表面；和一个第二材料构成的第二管道，该第二管道外切所述第一材料的所述第一管状构件，至少部分所述第二管道与其紧密配合接触，所述第二材料所具有的导热系数大于所述第一材料的所述导热系数；
一条在所述第二材料中位于所述蒸发器的所述致冷剂入口和出口中间的路径，所述路径包括多个所述第二材料的径向伸展和突出的叶片，这些叶片与所述第二材料紧密接触；以及
一个密封件，该密封件外切所述第二管道以密封所述路径，使所述路径除了通过所述路径的致冷剂入口和出口外不与所述系统的外部连通。
23、如权利要求22的致冷系统，其特征在于，该致冷系统包括一个过冷却器热交换器，它位于冷凝器出口和安全阀入口中间的导管装置中，以限定高压致冷剂路径；和一个第二低压致冷剂路径，它位于蒸发器出口和压缩机入口的中间，该致冷剂路径通过过冷却器，并在其中与高压致冷剂路径进行热交换。
24、一种用于致冷系统的蒸发器，所述致冷系统包括一个具有致冷介质入口和出口的压缩机、一个具有致冷介质入口和出口的蒸发器、一个具有致冷介质入口和出口的冷凝器、一条从压缩机出口通向冷凝器入口并从冷凝器出口通向蒸发器入口的致冷剂管线、一个位于蒸发器和冷凝器中间的致冷剂管线中的安全阀、以及一条位于蒸发器出口和压缩机入口中间的致冷剂管线，所述蒸发器包括：
一个圆筒，它具有一个由第一材料构成的内侧圆筒表面，该第一材料具有第一导热系数；
一个第二材料，该第二材料外切所述第一材料，并形成一个围绕所第一圆筒、由第二材料构成的第二管道，第二材料所具有的导热系数大于所述第一材料的导热系数；以及
一条致冷剂路径，该路径延伸通过所述第二材料并带有装置以使所述第二材料暴露给所述路径中的所述致冷剂的表面积增加。
25、如权利要求24的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，在所述第二材料中位于所述入口和出口中间的所述路径包括一条在所述第二材料中从所述入口至所述出口的迂回的致冷剂通路。
26、如权利要求25的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，在所述第二材料中位于所述入口和出口中间的所述迂回路径包括一条在所述第二材料中从所述入口至所述出口的螺旋路径。
27、如权利要求24的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，延伸在所述入口与出口之间的路径沿所述第二材料的所述圆筒纵向延伸，因而增加所述第二材料的表面积的所述装置是叶片，这些叶片沿所述圆筒的径向伸展并与所述圆筒同轴。
28、如权利要求24的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，具有第一导热系数的所述第一材料包括不锈钢。
29、如权利要求24的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第一材料包括一个设置在所述第二材料的内侧表面上的电镀金属薄层。
30、如权利要求24的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第二材料包括铝。
31、如权利要求24的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第二材料包括铜。
32、如权利要求24的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，所述第一材料包括一个设置在所述第二材料的内侧表面上的导热材料沉积层。
33、如权利要求24的用于致冷系统的蒸发器，其特征在于，该蒸发器包括一个外切所述第二管道的套筒，从而密封在所述第二材料中的致冷剂路径。
34、一种用于致冷系统的冷冻室，该冷冻室用于降低其中的诸如软用餐甜点的介质的温度，所述冷冻室包括一个改进的蒸发器，该蒸发器包括：
一个具有内侧表面的导热第一管道，介质放置在其中以获得温度降低；
一个介质入口和一个介质出口，它们与所述第一管道相联结；
一条致冷剂路径，该路径限定在所述第一管道的外侧但与其接触，以及多个位于所述路径中与所述第一管道导热接触的叶片，以增加暴露给路径中的致冷剂的表面积；以及
一个第二管道，该第二管道外切所述第一管道并设置成沿至少部分所述第一管道紧密接触，所述第二管道包括所述致冷剂路径和所述叶片。
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