CN1605821B - 用于冷冻商品柜的蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种冷冻商品柜，包括有一个限定了一个产品展示区的容器以及一个与产品展示区分开的空气通路。该容器包括有一个部分地将产品展示区与空气通路的一个垂直部分分开的后壁。该后壁包括多个靠近产品展示区下部的孔隙。这些孔隙连通空气通路的垂直部分和产品展示区的下部。该冷冻商品柜还包括有一个位于空气通路中以产生一个通过该通路的气流的风扇以及一个以一个斜角位于空气通路的垂直部分中且与后壁相邻的蒸发器从而允许气流通过该蒸发器，通过孔隙，然后进入产品展示区的下部。

Description

用于冷冻商品柜的蒸发器

技术领域

本发明总的来说涉及冷冻商品柜，更具体地说涉及中温冷冻商品柜。

背景技术

通常，超级市场和便利店配备有冷冻商品柜，其可以打开或带有门，用于在保持新鲜食品和饮料处于冷冻状态的同时将它们呈现给顾客。典型地，通过使气流通过一个蒸发器盘管的热交换面或者一个蒸发器从而将含水分的冷空气提供至冷冻商品柜的产品展示区。一种适当的致冷剂通过这个蒸发器，并且随着致冷剂通过蒸发器时的蒸发，其从通过蒸发器的空气中吸热。于是就降低了通过蒸发器的空气的温度从而以进入冷冻商品柜的产品展示区。

图1示出了现有技术中这样的一种冷冻商品柜10。冷冻商品柜10包括有一个容器14，该容器大致上限定了一个内底壁18、一个内后壁22和一个内顶壁26。由内底壁18、内后壁22和内顶壁26所限定的区域限定了一个产品展示区30，在产品展示区里，新鲜食品和/或饮料存放在一个或多个货架32上。容器14包括有一个敞开式的正面以让顾客可以取放存储在容器14里的新鲜食品和/或饮料。

容器14还大致上限定了一个与内底壁18相邻的外底壁34、一个与内后壁22相邻的外后壁38，以及一个与内顶壁26相邻的外顶壁42。一个下部管道46限定于内底壁18和外底壁34之间以让基本上水平的气流通过这个下部管道46。内底壁18包括有一个与下部管道46相通的开口50以使周围的空气被吸入下部管道46中。一个后部管道46限定于内后壁22和外后壁38之间并且与下部管道46流体相通并相邻。后部管道54允许基本上垂直的气流通过这个后部管道54。一个上部管道58限定与内顶壁26和外顶壁42之间并且与后部管道54流体相通并相邻。上部管道58允许基本上水平的气流通过这个上部管道58。内顶壁26包括有一个与上部管道58相通的开口62以让上部管道58中的气流从其中排出。组合起来之后，下部管道46、后部管道54和上部管道58组成了一个与产品展示区分开的空气通道。

冷冻商品柜10还包括有其中的一个冷冻系统(没有全部示出)的一些部件。一个或多个风扇66置于下部管道46里并朝向容器14的后面以产生通过下部管道46、后部管道54和上部管道58的气流。一个常规的圆管散热片蒸发器70置于后部管道54里并朝向容器14的底部。蒸发器70位于风扇66的下游从而使得由风扇66所产生的气流通过蒸发器70。风扇66也可以位于蒸发器70的上游。冷冻系统还可以包括有其它部件(未示出)，例如一个或多个压缩机、一个或多个冷凝器、一个存储器以及一个或多个膨胀阀，所有的这些可以位于远离冷冻商品柜10的位置。

蒸发器70配置为从存储器中接收一种液体致冷剂。现有技术中已知，由于液体致冷剂在通过蒸发器70时会气化，因为其从通过蒸发器70的气流中吸热。所以，随着气流通过蒸发器70，气流的温度会降低。然后，加热的或气态的致冷剂离开蒸发器70并泵送回远程位置处的压缩机中以再处理入冷冻系统。

参考图1，内后壁22包括有若干形成于其中的孔隙74。孔隙74位于内后壁22的中央，并且将产品展示区30和后部管道54流体连接。孔隙74允许后部管道54中的部分冷冻空气离开后部管道54并进入产品展示区30。那么，位于产品展示区30的产品就可以由冷冻空气进行冷冻。

冷冻气流没有通过孔隙74的剩余部分在通过内顶壁26上的开口62从上部管道58排出之前，垂直地流经后部管道54、水平地流经上部管道58。在从内顶壁26上的开口62排出之后，冷冻气流在被风扇66吸入内底壁18上的开口50以重新使用之前，沿着冷冻商品柜10的敞开式正面向下移动。在现有技术中这部分冷冻气流称为空气帘(air curtain)78。空气帘78，尤其，有助于将产品展示区30里的空气温度维持在32°F至41°F的标准温度范围内，这个标准温度范围是由食品和药品监督局(FDA)为潜在危险食品所定的食品标准所确定。

如图1所示，常规圆管散热片蒸发器70的尺寸经常需要将风扇66置于产品展示区30下面的下部管道46中。于是，风扇66占用了冷冻商品柜10内珍贵的空间，否则这些空间可以用于存储额外的食品和/或饮料产品。而且，从产品展示区30溢出的产品可能会接触到风扇66，从而使得冷冻商品柜10的清洁更加困难。

在实际应用中，在中温冷冻商品柜10(例如那些通常用于展示农产品、肉类、牛奶以及其它日常用品或者饮料类的冷冻商品柜)中使用的蒸发器70通常工作在远低于水的凝固点(也就是32°F)的冷冻温度。而且，气流通常以低于水的凝固点的温度从蒸发器70中离开。因而，在冷冻商品柜10工作期间，由于空气中的水分凝结在蒸发器70上并凝固，经常会在蒸发器70上形成霜。

这样的中温冷冻商品柜10以这样的方式运行是因为冷冻产品，例如农产品、肉和日常用品必须保持在一个其中温度维持在由FDA所确定的32°F至41°F温度范围内的环境中。对于现有技术中的冷冻商品柜10，为了在产品展示区30达到这个温度，将通过常规圆管散热片蒸发器70的致冷剂保持在大约24°F的饱和温度。通过蒸发器70的所得到气流被冷冻至大约31°F。在这个排出温度，气流里的水分会从气流中凝结出去，停留在蒸发器10上，并且由于蒸发器70维持在一个低于水的凝固点的温度，水分会凝固，这样就导致了蒸发器70上霜的形成。由于蒸发器70上形成有霜，蒸发器70的性能恶化，并且通过蒸发器70的自由气流受到限制并且在极端情况下会终止。

常规的圆管散热片蒸发器70的特点是具有低的片密度，典型地是在每英寸2至4个片的范围内。这种情况增加了霜在蒸发器70表面上出现的可能并且需要延长所需除霜操作之间的周期。随着霜的形成，在相邻风扇之间供空气通过的有效流动空间逐渐变小直到，在极端情况下，霜搭接成桥。由于霜的形成，蒸发器的性能降低，因而需要一个除霜操作。典型地，每天需要几次除霜操作以去除蒸发器70上聚积的霜。进行除霜操作对食品和/或饮料产品是有害的，因为这些产品可能会升温至超过由FDA所确定的32°F至41°F的温度范围。对蒸发器70进行除霜通常还会导致能耗的增加，因为刚开始时需要一个相对大量的能量以在除霜操作之后将产品展示区30里的空气温度“降低(pull down)”至32°F至41°F范围内的一个可接受温度。

由于其固有的低效率，常规的圆管散热片蒸发器70通常体积很大，并且经常以下述方式安装在冷冻商品柜10里：要求通过蒸发器70的气流以与蒸发器70的一个主要尺寸(也就是长度或高度)一致的方向通过蒸发器70从而以获得气流离开蒸发器70时所需的温度以及冷冻商品柜10的产品展示区30里所需的空气温度。气流以与主要尺寸一致的方向通过蒸发器70以使蒸发器70有足够的时间来从气流中去除热量从而将气流冷冻至大约31°F的温度。而且，要求孔隙74位于内后壁22的中央，因为蒸发器70的高度确定了孔隙74的位置。这样会阻止冷冻空气到达位于产品展示区30下部80的产品。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种冷冻商品柜，其包括有一个限定了一个产品展示区的容器以及一个与产品展示区分开的空气通路。该容器包括有一个部分地将产品展示区与空气通路的一个垂直部分分开的后壁。该后壁包括有若干靠近产品展示区下部的孔隙。这些孔隙连通空气通路的垂直部分和产品展示区的下部。该冷冻商品柜还包括有一个位于空气通路中以产生一个通过该通路的气流的风扇，以及一个位于空气通路中的垂直部分中且与后壁相邻并且相对于一个由空气通路的垂直部分所限定的垂直轴线成一个斜角的蒸发器，从而允许气流通过该蒸发器，通过孔隙，然后进入产品展示区的下部。

在另一个方面，本发明提供了一种冷冻商品柜，其包括有一个限定了一个产品展示区的容器以及一个与产品展示区分开的空气通路。该容器包括有一个部分地将产品展示区与空气通路分开的后壁。该冷冻商品柜还包括有一个位于空气通路中以产生一个通过该通路的气流的风扇，以及一个位于空气通路中用于接受来自风扇的气流的扁平管蒸发器。该扁平管蒸发器配置为冷冻该气流。

在又一个方面，本发明提供了一种冷冻商品柜，其包括有一个限定了一个产品展示区的容器以及一个与产品展示区分开的空气通路。该容器包括有一个部分地将产品展示区与空气通路分开的后壁。该冷冻商品柜还包括有一个位于空气通路中以产生一个通过该通路的气流的风扇，以及一个限定了一个主要尺寸和一个次要尺寸的蒸发器。该蒸发器置于空气通路里后壁的后面，其放置方式使得气流在与次要尺寸一致的方向上通过蒸发器。

在下述详细说明、权利要求以及附图之上，对于本领域的技术人员来说，本发明的其它特点和方面将会很明显。

附图说明

在附图中，相同的附图标记表示相同的部件：

图1是现有技术中的一个冷冻商品柜的横剖面侧视图，并露出了一个位于空气通道里并朝向冷冻商品柜后部的常规圆管散热片蒸发器。

图2是本发明的一个冷冻商品柜的横剖面侧视图，并露出了一个位于空气通道里并朝向冷冻商品柜后部的蒸发器。

图3是图2所示冷冻商品柜的局部视图，并且切除部分部件以显示空气通道里的蒸发器。

图4是蒸发器一部分的放大视图。

图5是图4所示蒸发器一部分的局部剖视图。

在对本发明的特点进行详细说明之前，应当理解的是，不应当将本发明限于只应用在下述描述中出现的或附图中所示的部件的结构和装置的细节部分。本发明可以有其它实施例，可以以不同的方式使用或实施。而且，应当理解的是，此处所使用的措辞和术语是为了说明而不应当视为限制。

具体实施方式

参考图2-3，其中示出了一种改进的中温冷冻商品柜82。这样的一个冷冻商品柜82可以放置在超级市场或便利店中用于将新鲜食品和/或饮料呈现给顾客。图2-3中的冷冻商品柜82的一些部件和图1中的冷冻商品柜10的相似，因而，相同部件标记为相同的附图标记并且不再进行描述。

这种改进的冷冻商品柜82利用了一个扁平管蒸发86，而不是常规的圆管散热片蒸发器70。如此处所用，扁平管蒸发器86并不限于只使用例如氨等双相致冷剂。而且，扁平管蒸发器86还可以用作只使用例如乙二醇等单相致冷剂的热交换器以从通过蒸发器86的气流中吸热。蒸发器86可以是一个沿着冷冻商品柜82的长度延伸的单个蒸发器或者也可以是沿着冷冻商品柜82的长度延伸并连接在一起的多个模块蒸发器，如Hussmann的美国再授权专利No.RE37,630(名称为：带有模块蒸发器盘管和EEPR控制的冷冻商品柜)所描述。

总的来说，扁平管蒸发器86提供了比常规圆管散热片蒸发器70更好的性能。例如，与常规圆管散热片蒸发器70的2psi致冷剂侧压降相比，扁平管蒸发器86能达到低至约0.67psi的致冷剂侧压降。低的致冷剂侧压降可以让致冷剂更易于在蒸发器86中到处移动。而且，与常规圆管散热片蒸发器70的0.07inwg(水柱压力计，英寸)压降相比，扁平管蒸发器86能达到低至约0.03inwg的空气侧压降。低的空气侧压降可以让气流通过蒸发器86的速度降低。另外，扁平管蒸发器86允许低至1°F的接近温度。接近温度定义为排出气流的温度和通过蒸发器86的致冷剂的饱和温度之间的差值。常规的圆管散热片蒸发器70只允许低至7°F的接近温度。然而，在冷冻商品柜82的其它结构中，也可以在冷冻商品柜82中使用能达到扁平管蒸发器86性能的高性能圆管散热片蒸发器(例如，一个空气调节盘管，未示出)。

如图3-4所示，扁平管蒸发器86包括有由若干扁平管98所流体连接的一个进气歧管90和一个排气歧管94。在冷冻商品柜82的一个优选结构中，扁平管98位于后管道54中，其放置方式使得进气歧管90和排气歧管9基本上水平朝向并且扁平管98基本上垂直朝向。通过这样的方式在后管道54中放置蒸发器86，除了实际上减轻了冷凝物去除问题之外，还减轻了致冷剂的非均匀分布问题。还可以在进气歧管90里放置一个分流器以帮助减轻致冷剂的非均匀分布问题。

扁平管98可以形成为包括有若干通道，或者内部通路102(参见图5)，其尺寸比常规的圆管散热片蒸发器70中盘管的内部通路要小得多。如此处所用，扁平管98还可以包括有若干小型多端口管，或者微型多端口管(也称作微通道管)。然而，在扁平管98的其它结构中，扁平管98可以只包括有一个通道，或者内部通路102。在图示的结构中，扁平管98、进气歧管90和排气歧管94是由高度传导的金属制成，例如铝，不过也可以使用其它高度传导的金属。另外，扁平管98通过钎焊工艺接合至进气歧管90和排气歧管94，不过也可以使用焊接工艺。

与穿过常规圆管散热片蒸发器70的盘管的气流相比，小的内部通路102允许穿过扁平管98的气流和内部通路102里所带的致冷剂之间更充分的热交换。在图示的构造中，内部通路102配置为矩形横截面，然而扁平管98的其它构造可以具有其它横截面的内部通路102。扁平管98分成约12至15个内部通路102，每个内部通路102高约1.5毫米、宽约1.5毫米，相比之下，常规的圆管散热片冷凝器盘管的一个盘管的内部通道直径为约9.5毫米(3/8英寸)至12.7毫米(1/2英寸)。然而，在扁平管98的其它构造中，内部通道102可以小至0.5毫米×0.5毫米，也可以大至4毫米×4毫米。扁平管98还可以由挤制铝材制成以提高扁平管98的热传导能力。在图示的构造中，扁平管98宽约22毫米。然而，在其它构造中，扁平管98可以宽至26毫米，或者窄至18毫米。另外，相邻扁平管98之间的间隔可以约为9.5毫米。然而，在其它构造中，相邻扁平管98之间的间隔可以大至16毫米，或者小至3毫米。

如图4所示，扁平管蒸发器86包括有若干接合至扁平管98并且沿着扁平管98放置的百叶窗式散热片106。可以通过钎焊或焊接工艺将散热片106接合在相邻的扁平管98之间。和扁平管98和进气歧管90以及排气歧管94一样，散热片106由例如铝等高度传导性金属制成。包括扁平管98、进气和排气歧管90，94以及散热片106的钎焊组合形成一个钎焊铝构造。在图示构造中，百叶窗式散热片106配置为V形模式并且包括有若干形成于散热片106里的百叶窗108。在图示构造中，沿着扁平管98的散热片密度可以低至每英寸6个散热片，高至每英寸18个散热片。然而在其它构造中，沿着扁平管98的散热片密度可以高至每英寸25个散热片。

总的来说，散热片106有助于通过扁平管蒸发器86的气流与扁平管98所带的致冷剂之间的热传导。扁平管蒸发器86提高的效率在部分上归因于和常规的圆管散热片蒸发器70的每英寸2至4个的散热片密度相比这么高的散热片密度。扁平管蒸发器86提高的效率还在部分上归因于百叶窗108，因为百叶窗108提供了若干前缘以重导向通过散热片106以及在其周围的气流。于是，散热片106和气流之间的热传导得到了提高。而且，百叶窗式散热片106高的空气侧热传导以及扁平管98的高的致冷剂侧热传导与钎焊铝构造的最小接触电阻一起产生了高效且高性能的扁平管蒸发器86。

和常规的圆管散热片蒸发器70相比，扁平管蒸发器86提高的效率可以允许扁平管蒸发器86在物理上比圆管散热片蒸发器70小得多。于是，扁平管蒸发器86就不会像常规的圆管散热片蒸发器70那么高、那么宽(或者厚)。而且，孔隙110可以形成于内后壁22中更接近于产品展示区30的下部80。孔隙110置为朝向内后壁22的底部，并且将产品展示区30的下部80和后管道54流体连接在一起。孔隙110允许后管道54中一些冷冻空气离开后管道54并且进入产品展示区30的下部80。那么位于产品展示区30的下部80的产品就可以由冷冻空气所冷冻，而这些产品在现有技术的冷冻商品柜10中不会接受到太多的冷冻空气。

如图2所示，蒸发器98位于后管道54中并且相对于经过后管道54的一个垂直轴线114呈斜角θ。蒸发器86可以这样放置是因为其物理尺寸比常规的圆管散热片蒸发器70小得多，常规的圆管散热片蒸发器70是以竖直的方向定向并且占据了现有技术中冷冻商品柜10的后管道54的整个宽度。然而，在其它构造中，蒸发器86可以与后管道54基本上垂直或平行地放置于后管道54中以使得气流基本上水平地通过蒸发器86。

通过如图2所示那么放置蒸发器86，可以让更大量的冷冻空气离开蒸发器86，通过孔隙110，然后进入产品展示区30的下部以冷冻其中的产品。于是就不再需要那些通常和一些常规的圆管散热片蒸发器70相联系的用于将冷冻空气向下重导向至产品展示区30下部80的复杂导管结构。在图示结构中，蒸发器86相对于垂直轴线114的角度θ约为11度。然而，在冷冻商品柜82的其它构造中，蒸发器86相对于垂直轴线114的角度θ可以介于约5度和11度之间。没有进入产品展示区30下部80的那部分冷冻空气向上移动从而如上述那样作为空气帘78排出。

由于使用了扁平管蒸发器86，可以允许风扇66从下管道46重定位至后管道54。之所以可以这样做是因为扁平管蒸发器86的高度比常规的圆管散热片蒸发器70小得多。通过这么做，可以节省出通常由风扇66所占用得空间从而在产品展示区30的下部80中存储更多的食品和/或饮料产品。而且，将风扇66重定位至后管道54中基本上防止了溢出的产品与风扇66相接触，这样就简化了冷冻商品柜82的清洁工作。然而，在冷冻商品柜82的其它构造中，风扇66可以仍然保留在如图1所示的下管道46中。于是，扁平管蒸发器86可以进一步降低从而使得扁平管蒸发器86可以直接置于产品展示区30的下部80中的最下面食品和/或饮料产品的后面。

和常规的圆管散热片蒸发器70相比，扁平管蒸发器86提高的效率还允许蒸发器的“湿操作(wet operation)”，同时在产品展示区30内保持FDA标准的32°F至41°F温度范围。常规的圆管散热片蒸发器70，由于其相对低的效率，只允许“冻坏的操作(frosted operation)”，其中通过圆管散热片蒸发器70的致冷剂的饱和温度保持在约24°F。通过圆管散热片蒸发器70的气流被冷冻至低于水的凝固点的约31°F。在这些排出温度，由于蒸发器70保持在低于水的凝固点以下的温度，气流里的水分会从气流中凝结出来，停留在蒸发器70上并凝固，从而导致霜在蒸发器70上形成。

常规的圆管散热片蒸发器70通常需要在接近FDA所确定的32°F至41°F温度范围的下限附近排出气流以保持产品展示区30的温度。这是为了适应在日常生活中出现的多次除霜操作。通过向产品展示区30提供大约31°F的已冷冻空气，在产品展示区30升温的同时可以有更多的时间用于蒸发器70除霜。由于食品和/或饮料产品保持在31°F或31°F左右的温度，除霜操作应当在食品和/或饮料产品升温至约41°F之前结束，41°F是FDA确定的温度范围的上限。

扁平管蒸发器86提高的效率允许“湿操作”，其中通过扁平管蒸发器86的致冷剂的饱和温度维持在约32°F以将通过扁平管蒸发器86的气流冷冻至水的凝固点之上的约33°F。可以这样做是由于和常规的冷冻商品柜10相比气流以相对低的速度移过扁平管蒸发器86的巨大热传导表面。

致冷剂的饱和温度还可以降低(至30°F，无霜)以将通过扁平管蒸发器86的气流冷冻至33°F以下。在这些排出温度，气流中的水汽将会从气流中冷凝出去，并以水珠的形式停留与蒸发器86上。由于水珠不会凝固，就基本上防止了在蒸发器86上霜的形成，因而就整体地消除了除霜操作。而且，在操作期间蒸发器86的性能不会下降。水珠可以落入并被收集于蒸发器86下面的一个排水管(未示出)中，在别的地方这个排水管用于在除霜操作期间收集水珠。

如前所述，可以允许一些从扁平管蒸发器86中排出的冷冻气流直接进入产品展示区30。由于在使用扁平管蒸发器86时不再需要除霜操作，离开蒸发器86并进入产品展示区30的冷冻空气可以从31°F升高至33°F。这样，产品展示区30里的食品和/或饮料产品可以很好地保持在FDA确定的32°F至41°F温度范围内，因为消除了由于除霜操作而引起的温度波动。而且，将致冷剂的饱和温度从24°F提高至32°可以降低压缩机的能耗，并且除霜操作的取消可以通过消除在除霜操作之后初始的“降低(pull down)”工作从而额外地节省能量。

和蒸发器86的主要尺寸(高度或长度尺寸)相比，扁平管蒸发器86增加的效率还允许将气流在蒸发器86的次要尺寸(宽度或厚度尺寸)上导向。之所以这样是可能的是由于扁平管蒸发器86有充分的时间可以从气流中去除足够的热量从而将气流冷冻至所需的33°F排出温度。

Claims (9)

1.一种冷冻商品柜，其包括：

一个限定了一个温度保持在32°F至41°F范围内的产品展示区的中温冷冻容器和一个与产品展示区分开的空气通路，该容器包括有一个部分地将产品展示区与空气通路分开的后壁；

一个位于空气通路中以产生一个通过该通路的气流的风扇；

一个位于空气通路中以接受来自风扇的气流的扁平管热交换器，该扁平管热交换器配置成用来冷冻该气流，并且该扁平管热交换器还被构造成用于湿操作，热交换器配置为在至少30°F的温度运行，以基本上防止霜在热交换器上的形成。

2.如权利要求1所述的冷冻商品柜，其中该后壁部分地将产品展示区与空气通路的一个垂直部分分开，并且其中该后壁包括多个靠近产品展示区下部的孔隙，这些孔隙连通空气通路的垂直部分和产品展示区的下部。

3.如权利要求2所述的冷冻商品柜，其中热交换器置于空气通路的垂直部分中且与后壁相邻，并且相对于一个由空气通路的垂直部分所限定的垂直轴线成斜角，从而允许气流通过该热交换器，通过孔隙，然后进入产品展示区的下部。

4.如权利要求3所述的冷冻商品柜，其中热交换器与垂直轴线成约5度至15度角。

5.如权利要求1所述的冷冻商品柜，其中热交换器位于后壁的后面。

6.如权利要求1所述的冷冻商品柜，其中风扇位于后壁的后面。

7.如权利要求1所述的冷冻商品柜，其中热交换器包括多个以每英寸6至25个散热片的密度位于其上的散热片。

8.如权利要求1所述的冷冻商品柜，其中热交换器限定了一个高度或长度尺寸和一个宽度或厚度尺寸，热交换器置于空气通路里后壁的后面，其放置方式使得气流在与宽度或厚度尺寸一致的方向上通过热交换器。

9.如权利要求4所述的冷冻商品柜，其中扁平管热交换器是一个微通道热交换器。

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