CN1306234C - 冷凝器以及制冷剂的冷凝方法 - Google Patents

Abstract

一种用在制冷移动集装箱的冷却系统中的冷凝器(1)，包括：卷绕成水平盘管的管子(5)，该盘管放置于主体部分中，靠近所述主体部分的内表面并且与其同轴；位于气态制冷剂入口下方和盘管上方的引导盘(10)，该引导盘覆盖了由卷绕成盘管的管子所包围的空间，以朝向盘管与圆柱形主体部分之间的区域引导通过所述入口被引入的气态制冷剂。

Description

冷凝器以及制冷剂的冷凝方法

技术领域

本申请涉及一种特别用于制冷移动集装箱的冷却系统中的冷凝器。本申请还涉及冷凝制冷剂的方法。

背景技术

在制冷技术领域中，冷凝器是公知的。在制冷系统中，冷凝器用来在制冷剂再循环进入制冷过程之前将气态制冷剂冷凝成为液态制冷剂。

此外，制冷系统还适用于运输单元，例如铁路货车和移动集装箱。特别是随着全球贸易的膨胀，移动集装箱的使用量已经呈现出上涨趋势。移动集装箱对于运输货物是非常有用的，因为可以容易地将它们从船上装载到卡车或者铁路货车上，反之亦然。由于象食品之类例如水果和肉制品的货物交易量不断增加，这些货物在运输和存储的过程中需要冷却，因此对制冷移动集装箱的需求量也不断增加。

制冷移动集装箱通常装备有单独的冷却系统，在正常条件下，已知的系统就可以提供令人满意的冷却效果。已知的冷却系统依赖于由空气冷却的冷凝装置。当制冷移动集装箱被运输到卡车或者火车上时，由于一个或多个风扇以及卡车或者火车移动产生的风可以为冷凝过程提供令人满意的冷却，因此空冷冷凝装置可以很好地进行工作。然而，当数个制冷移动集装箱被存储起来的时候，例如在集装箱运货船或者仓库中，空冷冷凝装置就很难或者根本不可能提供令人满意的冷却。在集装箱运货船中尤其是这样。负载容量和经济需要要求集装箱装载得非常靠近。这种装载方式使得空气进气口和空气的流通都被大大地减少。而且，如果船处在热带环境中，则空气温度可能会非常高。这些条件降低了空冷装置的容量。如果冷凝装置不能令人满意地工作或者不能工作，则冷却系统的压力可能上升到一个不期望的高水平，这可能会导致系统的损害。

这些不适当条件需要这样一种用在安装于移动集装箱中的冷却系统中的冷凝器，这种冷凝器在空气温度相对较高和空气对流很少或者没有的条件下可以令人满意地工作。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用在制冷移动集装箱的冷却系统中的冷凝器，它可以不依靠环境温度和空气冷却来进行工作。

而且，本发明的一个目的是提供一种与容量相比具有最小尺寸的冷凝器。

此外，本发明的一个目的是提供一种可以在高达30bar的压力条件下运作的冷凝器。

本发明还有一个目的是提供一种相对于空冷冷凝装置可以为温度控制提供更好选择的冷凝器。

本发明的一个进一步的目的是提供一种抗腐蚀的冷凝器。

这些目的以及其它目的通过本发明如下所述的冷凝器和冷凝方法得以实现。

本发明的冷凝器提供了一种相对于尺寸具有高容量的冷凝器，而且它还可以进行高效率的温度控制，并且将移动制冷系统中冷凝器所需占用的空间减至最小。此外，本发明的冷凝器在空冷冷凝装置不适用的地方可以正常地发挥作用。本发明对于那些存储在集装箱运货船上的冷藏集装箱特别有用。在这种情况下，冷凝器可以由海水进行冷却，从而为冷凝器提供了一种便宜而高效的冷却。

在第一个方面，本发明涉及一种用在制冷移动集装箱的冷却系统中的冷凝器，包括

-水平圆柱形主体部分，

-向上封闭所述主体部分的顶部，

-向下封闭所述主体部分的底部，

-卷绕成水平盘管的管子，该盘管放置于主体部分内，靠近所述主体部分的内表面并且与其同轴，

-穿过所述集装箱的壁以将冷却水提供给所述盘管的入口，

-用于从所述盘管排出废冷却水的出口，

-位于所述顶部中的气态制冷剂入口，

与所述底部的内部连通以回收液态制冷剂的出口，以及

-位于所述气态制冷剂入口的下方和所述盘管上方的引导盘，该引导盘覆盖了由卷绕成盘管的管子所包围的空间，以朝向盘管与圆柱形主体部分之间的区域引导通过所述入口被引入的气态制冷剂。

顶部、主体部分以及底部优选地由壁厚为1到5mm的金属材料制成，并且优选地焊接到一起。焊接可以使这些部件的装配结实可靠，这可以使冷凝器在压力提高例如压力高达30bar的情况下使用仍然安全。

引导盘用来引导气态制冷剂朝着圆柱形主体部分的外围部分流动，在该处，制冷剂通过与圆柱形主体部分内的管子表面接触而被冷却。而且，引导盘用来防止较热气态制冷剂进入盘管和圆柱形主体部分的中间部分，如果较热气态制冷剂进入中间部分则将导致较热气态制冷剂与冷凝液态制冷剂之间的接触。这种接触是非常不希望发生的，因为这会导致冷凝液态制冷剂的蒸发，从而给冷凝器的效果带来负面影响。

卷绕成盘管的管子优选地由可弯曲的金属合金制成，例如包含铜的合金。这种金属合金应当是抗海水腐蚀的，因为使用海水来作为集装箱货运船上的盘管的冷却水是很有利的。管子的内径优选地从10到30mm，并且壁厚在1和5mm之间。

在一个优选实施例中，盘管的外表面包括冷却翅片，这可以显著地增加盘管的表面面积和冷却容量。为了使冷凝器的容量与尺寸之比优化，优选地使每升冷凝器体积的盘管表面积至少为0.25m²。

此外，为了冷凝器的特性优化，优选地使盘管最接近主体部分内表面的部分与主体部分内表面之间的间距为0到3.5mm，并且优选的是0.1和3.0mm之间。这样，就有可能保证气态制冷剂获得与冷却表面的良好接触并且被冷凝为液态制冷剂。液态制冷剂通过液态制冷剂出口从冷凝器的底部被回收。

作为确保气态制冷剂与冷却表面之间的满意接触的另一个特征，优选地使盘管相邻绕圈之间的间距在0和3.5mm之间，并且优选的是0.1和3.0mm之间。

在本发明冷凝器的一个优选实施例中，圆柱形主体部分的直径在120和160mm之间，而高度为210到250mm。该实施例适于安装到传统移动集装箱的冷却系统中使用。

为了获得令人满意的压力方面的特性，顶部和底部优选地制成形状为球体的一部分。众所周知，球形可以提供最佳的抗压特性。

在一个优选实施例中，引导盘的上表面基本与顶部的下表面平行。因此，当顶部被形成为球体一部分的时候，引导盘也应当制成球体的一部分。该实施例为从入口进入冷凝器上方外围的气态制冷剂提供了均匀的分配。

在另一个优选实施例中，引导盘周界的直径为110到155mm，并且引导盘应当至少覆盖冷却盘管的中间开口。

对于使用制冷剂的冷却系统，通常选择压力提高的条件，因此优选地将本发明的冷凝器构造成在压力至少高达3×10⁶Pa(30bar)的条件下运形。

为了减少制冷移动集装箱的空载重量，因而希望减少单元重量，并且优选地冷凝器的成品重量少于11kg。此外，为了获得每体积单元的高容量，优选地每升冷凝器体积的冷凝器容量至少为2kw。

在第二个方面，本发明涉及一种在冷凝器中冷凝制冷剂的方法，该冷凝器包括水平的基本为圆柱形的主体部分，该主体部分在顶端和底端分别由顶部和底部封闭，所述方法包括以下步骤：

i)将气态制冷剂供给冷凝器的顶部；

ii)朝向冷凝器主体部分上部的内表面引导制冷剂；

iii)使制冷剂可以经过由冷却盘管组成的冷却表面从冷凝器外围部分进入冷凝器中间部分，同时从气态制冷剂冷凝成为液态制冷剂；

iv)从冷凝器的底部回收液态制冷剂。在步骤ii)中，优选地借助于覆盖圆柱形主体部分的上部中间部分和冷却盘管中心部分的引导盘，来朝向冷凝器主体部分上部的内表面引导气态制冷剂。由于气态制冷剂被强制朝着冷凝器的外围部分流动，因此外围的压力将稍高于冷凝器中间部分的压力。该压差将成为气态制冷剂在经过冷却盘管的冷却表面时从冷凝器外围朝着中间移动的驱动力，这将使得大部分气态制冷剂冷凝成为液态制冷剂。液态制冷剂被收集在冷凝器的底部，在该底部液态制冷剂被回收以在制冷系统中进行再循环。通过本发明可以获得一种高效的冷凝制冷剂的方法。

当使用优选的制冷剂，如R134A时，为了通过本发明的方法获得最佳的可能输出，压力在2×10⁵和2×10⁶Pa(2和20bar)之间，优选地使冷凝器中的压力在2和15bar之间，并且冷却表面的温度在0和40℃之间。

由于该方法十分高效，因此制冷剂优选地在小于5升的体积中被冷凝。而且，制冷剂在每升冷凝器体积至少为0.2m²的冷却表面上冷凝。因而，可以减小冷凝器的尺寸以适应已知的移动制冷系统。

优选地，制冷剂在每升冷凝器体积至少为0.25m²的冷却表面上冷凝。

冷却盘管通过水来冷却，该水可以是普通的自来水、海水、河水或湖水。因此，该方法对于集装箱货运船上的制冷移动集装箱尤其有用。

可用本方法冷凝的制冷剂的类型为R134A或类似的制冷剂。

下面将根据附图来进一步详细描述本发明，该附图示出了本发明的一个实施例。

附图说明

在附图中：

图1是本发明冷凝器一个实施例的横截面。

具体实施方式

在图1中示出了本发明的冷凝器1。该冷凝器包括水平圆柱形主体部分2。该圆柱形主体部分向上由顶部3封闭，而向下由底部4封闭。在主体部分2中，管子5被卷绕成水平盘管。该盘管被双盘绕以提供有效的冷却。盘管5具有冷却水入口6和废冷却水出口7，二者都位于冷凝器的底部附近。此外，顶部3具有气态制冷剂入口8和回收液态制冷剂的出口9。该出口9与冷凝器1底部4的内部连通以回收收集在底部4中的液态制冷剂。在气态制冷剂入口8的下方，设置有引导盘10。该引导盘10覆盖了由卷绕成盘管的管子5所包围的空间以引导气态制冷剂，该气态制冷剂在高压下被引导通过入口8朝向盘管5和圆柱形主体部分2之间的区域流动。优选地，引导盘10与盘管5最外面的绕圈的上表面接触。

典型地，冷凝器的壳体材料为钢合金SA240型304或316，并且壁厚为3mm。顶部3和底部4通过焊接连接到圆柱形主体部分上，以使冷凝器能够抵抗提高的压力。冷凝器能够抵抗至少4.5×10⁶Pa(45bar)的压力。顶部3和底部4被制成形状为球体的一部分，该球体的半径为98mm。球形可以最大程度地抗压。

优选地，管子5的内径为19mm，外径为25mm。该管子由合金CUNI(铜镍合金，可以抵抗海水)制成，并且卷绕成由外盘管和内盘管组成的双盘管。冷却水首先通过入口6进入内盘管并且到达盘管顶部，然后在这里进入外盘管并向下流动，最后通过出口7离开外盘管。这种盘管结构保证了冷凝器集中在下部进行冷却，液态制冷剂从该下部被回收。因此可以在较低温度下回收液态制冷剂。

管子5的外表面设置有冷却翅片以获得更大的冷却表面。

引导盘10位于冷凝器1的上部，并且覆盖了盘管的中间空间。这种构造所具有的优点是，可以防止通过入口8进入冷凝器的较热气态制冷剂向下移动进入盘管5的中间从而导致底部4中的液态制冷剂蒸发。此外，引导盘10将从入口8进来的气态制冷剂引导至盘管5和圆柱形主体部分2之间的区域，从而在冷凝制冷剂沿着冷却盘管5的表面穿过从冷凝器1外围进入冷凝器中间时提供有效的冷却。为了保证冷却表面和冷凝制冷剂之间的有效接触，盘管绕圈与主体部分2的内壁之间的间距较小，并且优选地小于3.5mm。而且，相邻盘管绕圈之间的间距较窄，并且优选地小于3.5mm。

构造盘管所选择的材料优选地为可以抵抗象海水一样的腐蚀性物质的钢合金。

Claims (11)

1、一种用在制冷移动集装箱的冷却系统中的冷凝器，包括：

-水平圆柱形主体部分(2)，

-向上封闭所述主体部分的顶部(3)，

-向下封闭所述主体部分的底部(4)，

-卷绕成水平盘管的管子(5)，该盘管放置于主体部分中，靠近所述主体部分的内表面并且与该内表面同轴，

-穿过所述集装箱的壁以将冷却水提供给所述盘管的入口(6)，

-用于从所述盘管排出废冷却水的出口(7)，

-位于所述顶部中的气态制冷剂入口(8)，

和与所述底部的内部连通以回收液态制冷剂的出口(9)，以及

-位于所述气态制冷剂入口下方和所述盘管上方的引导盘(10)，该引导盘覆盖了由卷绕成盘管的管子所包围的空间，以朝向盘管与圆柱形主体部分之间的区域引导通过所述气态制冷剂入口被引入的气态制冷剂。

2、根据权利要求1所述的冷凝器，其中所述顶部和底部被焊接到所述主体部分上。

3、根据权利要求1所述的冷凝器，其中盘管包括冷却翅片。

4、根据权利要求1所述的冷凝器，其中每升冷凝器体积的盘管表面积至少为0.25m²。

5、根据权利要求1所述的冷凝器，其中盘管最接近主体部分的内表面部分与主体部分内表面之间的间距为0到3.5mm。

6、根据权利要求1所述的冷凝器，其中冷却盘管的相邻绕圈之间的间距在0和3.5mm之间。

7、根据权利要求1所述的冷凝器，其中所述容器被构造成在高达3×10⁶Pa(30bar)的压力条件下运作。

8、根据权利要求1所述的冷凝器，其中每升冷凝器体积的容量至少为2000W。

9、一种在冷凝器中冷凝制冷剂的方法，该冷凝器包括基本为圆柱形的主体部分，该主体部分在顶端由顶部封闭，而在底端由底部封闭，所述方法包括以下步骤：

v)将气态制冷剂供给冷凝器的顶部；

vi)朝向冷凝器主体部分上部的内表面引导制冷剂；

vii)使制冷剂可以经过由冷却盘管组成的冷却表面从冷凝器外围部分进入冷凝器中间部分，同时从气态制冷剂冷凝成为液态制冷剂；

viii)从冷凝器的底部回收液态制冷剂。

10、根据权利要求9所述的方法，其中当制冷剂为R134A时，压力在2×10⁵和2×10⁶Pa(2和20bar)之间。

11、根据权利要求9或10所述的方法，其中制冷剂在小于5升的体积中冷凝，并且制冷剂在每升冷凝器体积至少为0.25m²的冷却表面上冷凝。

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