CN115023573A - 风冷式制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于风冷式制冷循环装置(1)的风冷模块(3)，其包括被配置为用于与风冷式制冷循环装置(1)的压缩装置(2)流体连接的减温器和冷凝器换热器(6)以及被配置为用于与风冷式制冷循环装置(1)的膨胀装置(4)流体连接的过冷器(7)，减温器和冷凝器换热器(6)和过冷器(7)都被配置为允许制冷剂流体在它们内部通过以借由被引导通过它们的空气流(F)冷却制冷剂流体，过冷器(7)相对于减温器和冷凝器换热器(6)在下游流体串联并且物理分离，后面这些元件相对地定位成使得空气流(F)先在过冷器(7)中通过然后在减温器和冷凝器换热器(6)中通过。

Description

风冷式制冷循环装置
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年11月18日提交的意大利专利申请第102019000021486号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种风冷式制冷循环装置，特别是用于空气调节、食品储存、工艺冷却机和用于管理介质温度和/或湿度的其他机器。
背景技术
风冷式制冷循环装置广为人知并用于管理封闭空间中的介质温度和/或湿度。然而，已知这种装置具有高能量消耗。
这样的高能量消耗特别是对于需要调节大量空气流或大型工艺冷却装置的工业或商业空间等大型设备是关键参数。
在US201024532A1、EP2535671A2、US2011192188A1和EP3364129A1中公开了已知的制冷装置的例子。
因此，需要提高已知的风冷式制冷循环装置的效率，从而降低它们的能量消耗。
本发明的目的是以成本有效且优化的方式满足上述需求。
发明内容
上述目的通过如所附权利要求中所述的风冷式制冷循环装置来实现。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面结合附图通过举例的方式描述优选实施方式，在附图中：
·图1是根据本发明的第一实施方式的风冷式制冷循环装置的示意性功能表示；
·图2是示出图1的风冷式制冷循环装置的热力制冷循环的p/h图；
·图3是示出图1和图6的风冷式制冷循环装置的热力制冷循环的T-s图；
·图4是根据本发明的第一实施方式的风冷式制冷循环装置的侧视示意图；
·图5是图4的实施方式的一部分的立体图；
·图6是根据本发明的第二实施方式的风冷式制冷循环装置的示意性功能表示；
·图7是示出图6的风冷式制冷循环装置的热力制冷循环的p/h图。
具体实施方式
根据本发明的风冷式制冷循环装置在图1中示意性示出，并且总体上用附图标记1表示。
风冷式制冷循环装置1包括压缩装置2，其被配置为在压缩装置2的输入端2a和输出端2b之间移动制冷剂流体并增加其压力。
风冷式制冷循环装置1然后包括与压缩装置2流体串联连接的风冷模块3，该风冷模块3被配置为在风冷模块3的输入端3a和输出端3b之间使制冷剂流体减温、冷凝和过冷，从而与环境空气交换热能，特别是向环境空气提供热量。
风冷式制冷循环装置1还包括与风冷式模块3流体串联连接的膨胀装置4，该膨胀装置4被配置为降低该膨胀装置4的输入端4a和输出端4b之间的流体压力。
然后，风冷式制冷循环装置1还包括与膨胀装置4流体串联连接的蒸发装置5，该蒸发装置5被配置为蒸发制冷剂流体并使制冷剂流体的温度过热，从而与介质(空气或水或其他介质)交换热能，特别是从该介质吸收热量。
根据本发明的一个方面，风冷模块3包括彼此流体串联但物理分离的减温器和冷凝器换热器(以下为简洁起见称为“冷凝器”6)和过冷器换热器7(以下为简洁起见称为“过冷器”)。
特别地，冷凝器6包括与压缩装置2的输出端2b流体连接的入口6a和与过冷器7的输入端7a流体连接的输出端6b。过冷器7包括与膨胀装置4的入口4a流体连接的输出端7b。根据本发明的另一方面，空气流F被配置为通过风冷模块3，特别是首先通过过冷器7然后通过冷凝器6。因此，过冷器7通过已经被冷凝器6减温和冷凝的流体与环境空气交换热量，该冷凝器6与被过冷器7加热的空气和来自压缩装置2的过热流体进行换热。可选地，风冷式制冷循环装置1还可以包括储液器，其流体地插入在冷凝器6与过冷器7之间，以保证饱和制冷剂液体流在任何制冷循环工作条件下都到达过冷器7。
在图2和图3的热力学图中可以看出，制冷剂流体在所述的风冷式制冷循环装置1中遵循以下列出的变换：
·由于压缩装置而进行点2a＝5b与2b之间的压缩，其中气态制冷剂流体因压缩装置2提供的功W而进入更高压力的过热状态；
·由于冷凝器6而进行点2b和6b之间的恒压(压力损失除外)换热，其中制冷剂流体转变为过热蒸气(即转变为饱和液体)，向环境空气提供热量Q1’；
·由于过冷器7而进行点6b和点7b之间的进一步换热，在过冷器7中，冷凝流体继续降低其温度，向环境空气提供热量Q1”；以及
·点7b和4b之间的等焓膨胀，其中经冷凝的流体降低其压力直至达到当前温度；以及
·点4b与点2a之间的恒温换热(压力损失除外)，其中流体蒸发并且过热转变为蒸气相，从而从介质中提取热量Q2。
根据上文，清楚的是，由于过冷器7而进行的风冷模块3中的进一步冷却阶段减少了装置1中的
Figure BDA0003644724280000031
(exergy)的浪费。
实际上，在图3中可以看出，面积E1表示在制冷剂流体的等焓膨胀过程中损失的
Figure BDA0003644724280000032
而面积E2表示等焓膨胀已经开始时像往常一样从换热器的出口6b损失的
Figure BDA0003644724280000033
由于
Figure BDA0003644724280000034
损失减少了，因此制冷剂循环的
Figure BDA0003644724280000035
平衡更大。
上述装置1的有利的物理实施方式部分在图4和图5中示出。
实际上，图4和图5示出了与风冷模块3流体连接的制冷剂流体源，该制冷剂流体源处于例如由多个压缩机8限定的压力。特别地，所公开的实施方式1包括多个风冷模块3，每个风冷模块3由通风器11承载，例如已知类型的V形通风器11。
因此，但非限制性地，每个通风器11包括向共同的对称轴线A会聚的左侧板11a和右侧板11b。在顶部，每个通风器11包括设有通风装置12(例如，电动风扇)的顶板11c。在底部，通风器11由底板11d封闭，而在横向上每个通风器11由相应的前板和后板11e封闭。
因此，通风装置12可以从封闭空间13吸入空气，该封闭空间13在侧面由侧板11a、11b和横向板11e界定并在轴向上由顶板11c和底板11d界定。
优选地，风冷模块3被容纳在侧板11a、11b中并且优选在由该后者界定的大部分区域上延伸，这些侧板11a、11b被选择(vote)为允许风冷模块3的固定。换句话说，板11a、11b限定了在板11a、11b的大部分区域上延伸并允许容纳风冷模块3的开口(未被示出)。
特别地，冷凝器6和过冷器7都可以被实现为空气流F可以通过的板状交换器，并且根据本发明的一个方面，它们被承载为彼此相对并且被空间14隔开。更具体地，冷凝器6具有面向空间13的一侧和面向空间14的相对侧以避免二者之间的任何热接触，而过冷器7具有面向环境的一侧和面向冷凝器6的相对侧。
因此，空气流F被通风装置12吸取通过风冷模块3，即通过冷凝器6和过冷器7。因此，一对气流F被吸取通过风冷模块3并且这样的气流F通过通风装置12穿过顶板11c排放到环境中。
如在图5中可以进一步更详细地看出，根据本发明的另一方面，在其具有多于一个通路的情况下，制冷剂流体从更靠近顶板的边缘(即在沿着竖直轴线A的冷凝器6的上部)进入冷凝器6，然后从更靠近底部开口的边缘(即在沿着竖直轴线A的冷凝器6的下部)离开冷凝器6。
然后，冷凝器6的出口通过接头导管15与过冷器7流体连接，如果过冷器7具有多于一个通路，则流体从更靠近底板的边缘(即，在沿着竖直轴线A的过冷器7的下部)进入，并且从更靠近顶板的边缘(即，在沿着竖直轴线A的过冷器7的上部)离开过冷器7。
因此，在这样的构造中，冷凝器6和过冷器7相对于彼此流体地放置成逆流构造；实际上，在冷凝器6的入口6a处流动的是最热的流体，而在放置在基本相同的高度处的过冷器7的出口7b处流动的是处于其最低温度的饱和流体并且反过来也是一样，在接头导管15中流动的是处于中间温度的饱和流体。
根据本发明的另一方面，过冷器7设置有相对于冷凝器6来说更低密度的翅片。
特别地，过冷器7可以包括0FPI(个翅片/英寸)到15FPI，而冷凝器可以包括高于20FPI的密度。进一步强调的是，如果冷凝器6和过冷器7都包括翅片，则它们始终是间隔开的，即，冷凝器6和过冷器7的翅片彼此不接触。
根据本发明的另一方面，限定过冷器7的交换器包括管子，该管子的横截面相对于冷凝器所包括的管子的横截面更小。特别地，过冷器7包括非常小横截面的通道(未被示出)，例如多端口扁平管道12mm×1.5mm。这种非常小横截面的通道提供了液体制冷剂的高速度并因此提供了高压降，甚至超过2巴。
风冷式制冷循环装置1的上面公开提出的物理实施方式的操作如下。
来自压缩装置2的经压缩和过热的气体由于相关导管而被输送到冷凝器6的开口6a；流体温度高出环境温度约50-80K。在这里，空气流F开始使流体冷却，直到在其输出端的温度达到高出环境温度约15K的温度。必须注意的是，使冷凝器6中的制冷剂流体冷却的气流已经被部分加热，因为它来自过冷器7，这在下文中说明。然后制冷剂流入过冷器7，使其温度降低到非常接近环境温度(比环境温度高出不到1K)，仅与环境温度的空气以及在环境温度下由风扇移动的所有空气进行换热。
必须注意的是，在已知的风冷式冷凝器中必须避免制冷剂压力下降，因为随之会发生制冷剂温度的降低以及因此的换热效率的损失。在图2的从P-h图的6b到7b的转变中可以看出沿着过冷器7的液体制冷剂压力下降，由于液体制冷剂正在降低其压力，从而保持在液体状态，因此该液体制冷剂压力下降不会产生任何温度变化并因此不会产生任何空气-制冷剂温度接近的降低，从而提供了利用高制冷剂压力下降增大传热系数的过冷器7的设计。
图6、图7公开了风冷式制冷循环装置1的另一个实施方式，其与第一实施方式的不同之处在于：包括相对于风冷模块3平行地流体插入的节热器20。
特别地，节热器20的第一开口20a与压缩装置2流体连接，第二开口20b与风冷模块的出口3b流体连接并且节热器20的输出第三开口20c与膨胀装置4流体连接。
更详细地，节热器20包括换热器21和与换热器21流体平行的膨胀装置22，该换热器21包括与过冷器7流体连接的入口21a和与膨胀装置4流体连接的出口21b。因此，膨胀装置22包括在下游流体连接至换热器21且在上游流体连接至膨胀装置4的入口22a和在上游流体连接至换热器21的出口22b。
特别地，如已知的和图6和图7中所示，膨胀装置22可以被控制为管理换热器21的下游，并且可以膨胀以对在换热器21的入口21a和出口21b之间流动的制冷剂流体提供进一步的冷却。然后，这种溢流将与制冷剂流体的剩余部分汇合流入压缩装置2中。
特别地，换热器21是液体逆流式换热器，如图7所示。在该图中始终可以看出，添加节热器允许在膨胀装置4中进行等焓膨胀之前液体在恒定压力下(压力损失除外)进一步冷却Q1”’。由于提供给环境的热量Q1增加，因此系统的效率进一步提高。
鉴于前述内容，根据本发明提出的风冷式制冷循环装置1的优点是显而易见的。
过冷器7与冷凝器6是分离的并在冷凝器6下游流体串联并且环境温度的空气流F首先流过过冷器7然后流到冷凝器6的事实减小了过冷器7和冷凝器6工作时的温差，从而提高了回收能量的百分比，即减少了系统的
Figure BDA0003644724280000061
的下降。
因此，在不减少提供给压缩装置2的功的情况下，系统的效率大大提高。特别是热力效率提高了大约8-12％的值，其取决于制冷剂特性和制冷循环的工作条件，而不管有没有节热器。冷却能力在没有节热器的情况下提高了8-12％，在有节热器的情况下提高了14-16％，其同样取决于制冷剂和条件。
因此，对于必须用于少量操作的装置，可以去除节热器，从而降低成本、复杂性和负担。相反，对于必须用于大量操作的装置，节热器进一步增加效率，从而进一步提高装置的效率。
提高系统意味着明显降低功耗，从而为用户降低成本。
冷凝器6和过冷器7分离的事实提高了两个换热器的换热效率，避免了已知系统中的在接触点处的热桥的产生。
由于低热方法，过冷器7可以在不使用翅片或使用非常少的翅片的情况下工作，从而降低了系统的制造成本和负担，并且空气侧的压力下降可以忽略不计，否则将需要额外的风扇。
高制冷剂压力下降提供了良好的换热，没有闪蒸的风险(即，由于过冷，在减压过程中不会产生闪蒸蒸气)。
在过冷器7具有多于一个通路的情况下，V形通风器的特殊设置允许处于最低温度的制冷剂与最大空气流F接触，因为该后者最接近风扇。
显然，可以对所描述的空气布置装置1进行修改，该修改不超出权利要求限定的保护范围。
例如，很明显，风冷式制冷循环装置1可以包括与要求保护的风冷式制冷循环装置不同的另外的元件。
此外清楚的是，根据下文要求保护的特征，蒸发器5可以是任何类型，例如冷凝器6或过冷器7。
此外，压缩装置2和风扇12可以包括本领域已知的任何类型的压缩机，例如膨胀装置4可以包括任何已知的喷嘴或阀门，并且风扇12可以包括任何类型的风扇。
同样，所示的导管的拓扑结构和本文描述的物理实施方式仅仅是示例性的，很明显，所提出的形状和元件可以在它们的形状和数量方面有变化。
最后，很明显，该装置可以应用于目前存在的或未来生产的任何种类的制冷剂分子。

Claims (15)

1.一种用于风冷式制冷循环装置(1)的风冷模块(3)，所述风冷模块(3)包括被配置为用于与所述风冷式制冷循环装置(1)的压缩装置(2)流体连接的减温器和冷凝器换热器(6)以及被配置为用于与所述风冷式制冷循环装置(1)的膨胀装置(4)流体连接的过冷器换热器(7)，
其特征在于，所述减温器和冷凝器换热器(6)和所述过冷器(7)都被配置为允许制冷剂流体在其内部通过以借由被引导通过它们的空气流(F)冷却所述制冷剂流体，
其中，所述过冷器(7)相对于所述减温器和冷凝器换热器(6)在下游流体串联，并且其中所述过冷器(7)相对于所述减温器和冷凝器换热器(6)间隔开，从而避免它们之间的直接热接触，所述减温器和冷凝器换热器(6)以及所述过冷器(7)相对地定位成使得所述空气流(F)先在所述过冷器(7)中通过，然后在所述减温器和冷凝器换热器(6)中通过。
2.根据权利要求1所述的风冷模块，其特征在于，所述过冷器(7)是没有翅片的换热器。
3.根据权利要求1所述的风冷模块，其特征在于，所述过冷器(7)是具有比所述换热器6更低密度的翅片的换热器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的风冷模块，其特征在于，所述过冷器(7)设置有管子，该管子的横截面相对于所述减温器和冷凝器换热器(6)设置的管子的横截面更小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的风冷模块，其特征在于，所述过冷器(7)是设置有横截面小于2.5mm的管子的换热器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的风冷模块，其包括流体地插入在所述减温器和冷凝器换热器(6)与所述过冷器(7)之间的储液器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的风冷模块，其特征在于，所述减温器和冷凝器换热器(6)与所述过冷器(7)彼此物理分离。
8.一种用于风冷式制冷循环装置(1)的通风器(11)，所述通风器包括被配置为限定顶板(11c)、底板(11d)和至少一个板(11a、11b、11e)的结构，所述至少一个板(11a、11b、11e)连接至这样的顶板和底板(11c、11e)并且关于竖直轴线(A)彼此相对，后面的这些板(11a、11b、11c、11d、11e)被配置为限制空间(13)，所述空间(13)在侧面由所述至少一个板(11a、11b、11e)界定并且在轴向上由所述顶板和底板(11c、11d)沿着轴线(A)界定，
其中，所述侧板(11a、11b)中的每个侧板被成形为限定开口，所述开口被配置为容纳根据前述任一项权利要求所述的风冷模块(3)，并且其中所述顶板(11c)被配置为承载通风装置(12)，所述通风装置(12)被配置为从所述空间(13)吸入空气并使该空气流向环境。
9.根据权利要求8所述的通风器，其特征在于，所述结构包括两个侧板(11a、11b)和两个横向板(11c)，由此限定所述侧板(11a、11b)在相对于所述竖直轴线(A)的下侧会聚成的V形。
10.根据权利要求8或9所述的通风器，其特征在于，所述风冷模块(3)的所述减温器和冷凝器换热器(6)由相应的侧板(11a、11b)承载成从一侧面向所述空间(13)并从相对侧面对所述过冷器(7)，并且其中所述风冷模块(3)的所述过冷器(7)由相应的侧板(11a、11b)承载以从一侧面向环境并从相对侧面对所述减温器和冷凝器换热器(6)，所述减温器和冷凝器换热器(6)和所述过冷器(7)被空间(14)隔开。
11.根据权利要求10所述的通风器，其特征在于，所述减温器和冷凝器换热器(6)的入口(6a)和所述过冷器(7)的出口(7b)分别根据竖直轴线(A)放置在所述减温器和冷凝器换热器(6)的上部和所述过冷器(7)的上部，并且其中所述减温器和冷凝器换热器(6)的出口(6a)和所述过冷器(7)的入口(7a)分别根据竖直轴线(A)放置在所述减温器和冷凝器换热器(6)的下部和所述过冷器(7)的下部，所述减温器和冷凝器换热器(6)的所述出口(6a)和所述过冷器(7)的所述入口(7a)通过相对于减温器和冷凝器换热器(6)和过冷器(7)都间隔开的导管连接。
12.根据权利要求11所述的通风器，其特征在于，所述减温器和冷凝器换热器(6)的入口(6a)和所述过冷器(7)的出口(7b)相对于轴线(A)放置在基本相同的高度处，并且其中所述减温器和冷凝器换热器(6)的出口(6a)和所述过冷器(7)的入口(7a)相对于轴线(A)放置在基本相同的高度处。
13.根据权利要求11或12所述的通风器，其特征在于，所述减温器和冷凝器换热器(6)的入口(6a)和所述过冷器(7)的出口(7b)被放置成相对于所述减温器和冷凝器换热器(6)的出口(6a)和所述过冷器(7)的入口(7a)更靠近所述通风装置(12)。
14.一种风冷式制冷循环装置(1)，其包括：压缩装置(2)，该压缩装置(2)被配置为增加所述压缩装置(2)的入口(2a)和出口(2b)之间的制冷剂流体的压力；膨胀装置(4)，该膨胀装置(4)被配置为降低所述膨胀装置(4)的入口(4a)和出口(4b)之间的所述制冷剂流体的压力；以及蒸发器(5)，该蒸发器(5)被配置为允许所述蒸发器(5)的入口(5a)和出口(5b)之间的所述制冷剂流体从液态到气态的相变，所述风冷式制冷循环装置(1)包括串联地流体插入在所述压缩装置(2)与所述膨胀装置(4)之间的根据前述权利要求1至6中任一项所述的风冷模块(3)。
15.根据权利要求14所述的风冷式制冷循环装置，其还包括与所述风冷模块(3)平行地流体插入在所述压缩装置(2)与所述膨胀装置(4)之间的节热器(20)。
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