TW528843B - Refrigerating or heat pump system with gliding temperature heat rejection - Google Patents

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TW528843B
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Arne Bredesen
Armin Hafner
Petter Neksaa
Jostein Pettersen
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Description

A7 528843 五、發明說明（/ ) 發明領域 本發明係相關於一種冷卻或加熱泵系統’尤其相關於 用於食物或飮料之冷卻或冷凍的零售及/或儲藏箱櫃用的 冷卻系統，或是用於進行加熱之加熱泵’在該兩種狀況中 皆使用二氧化碳作爲冷卻劑。 習知技藝之描並 用於冷卻或冷凍櫥櫃之冷卻系統通常具有一種在一個 以蒸發與冷凝之蒸氣壓縮循環中操ί乍之冷卻劑。該冷卻劑 係被選定以使其臨界溫度能夠相當地低於所需之排熱（冷 凝）溫度。爲了在空氣冷卻式系統中達成有效的冷凝’係 需要一種相當高的空氣流動率，而有用於冷凝器以及空氣 流動系統之大空間需求。在大部分的系統中需要一個風扇 ，用以使空氣循環通過冷凝器。此解決方案的一項問題係 爲風扇有相當大的動力需求，以及用於風扇及其空氣流動 系統之額外的空間需求。強制的空氣流動以及風扇及其馬 達亦可能會產生噪音問題，並且風扇之安裝係會造成系統 額外的成本以及複雜性。 將熱量供應至室內空氣之住宅用及小型商業用加熱泵 通常具有一個帶有通過冷凝器之強制空氣循環的室內單元 .。同樣地，係需要一個空氣循環風扇或是鼓風機，而會造 成額外的動力消耗及噪音。此外，熱舒適度可能會由於溫 度僅稍微高於室溫之大空氣流動率以及/或高速空氣流的 通氣狀況而必須放棄。由於大空氣流動的需求，室內單元 的設計需要一種大容量，而此係會降低具吸引力產品設計 3 本紙張尺度適用中關家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱) ~ ~' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼t--------tT---------si. A7 528843 五、發明說明（之） 之選擇。 在目前冷卻或加熱泵系統中的冷卻劑係爲以碳氟化合 物爲基礎之化學物質，由於其消耗臭氧之性質以及/或者 其對於人造氣候改變之貢獻所致而並非爲吾人所希求者， 或者其可以是以碳氫化合物爲基礎之可燃性流體，然由於 安全上的考量，其爲有問題者。 在一超越臨界系統中，熱量係藉由降低超臨界壓力冷 卻劑之溫度而排出，並非如傳統系統中係藉由處於一恆定 溫度下之冷凝而排出。當超臨界壓力冷凝劑流動通過熱交 換器時，其會使熱量發散，且其溫度係會被降低（滑移溫 度）。在理想的情況下，冷卻劑溫度係以反向流動的冷卻 劑與空氣的流動而會接近於空氣進口溫度。 在以溫度滑移而將熱從冷卻劑排出的狀況中，與在一 冷凝器中之狀況相較之下空氣流動率係可以被降低並且空 氣出口溫度係被升高。在一冷凝器中，空氣出口所需的溫 度必須低於凝結溫度。在超越臨界系統中，高空氣溫度以 及降低的空氣流動率對於空氣流動越過熱交換器之自然對 流而言是有利的，其將能夠降低噪音，並相對於熱舒適而 言亦將有利於加熱杲之應用。 發明槪要 有鑑於上述問題及缺點，因此本發明之目的係爲提供 一種冷凍系統，其於一個帶有一小型自然空氣循環排熱系 統的系統之中使用一種安全及環保的冷卻劑，而不需要風 扇動力，或者在高負載狀況下僅需要較少的風扇動力。 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) K裝----- 1T--------- A7 528843 五、發明說明（$ ) 爲達成上述目的，本發明係描述一種使用不可燃的、 無毒的、以及環保的液態二氧化碳來作爲冷卻劑的系統。 本發明之特徵係在於，冷卻劑係於一超臨界壓力下以 通過藉由空氣之自然向上循環/對流而冷卻之排熱用熱交 換器的滑移溫度來進行排熱，如同在隨附申請專利範圍第 1項所界定者。 本發明之較佳實施例係被更進一步地界定在隨附申請 專利範圍的第2項至第8項之中。 藉由採用二氧化碳之特殊熱力性質的優點，並藉由適 當的設計該系統，排熱係可以如上述般地以空氣之自然對 流而發生，而能夠大大地降低空氣流動率，並且不需要特 殊的空氣循環風扇。 圖示簡單說明 本發明將於下文中藉由示例並參照圖示來加以更進一 步說明，其中之圖示係爲： 第一圖係顯示出一個超越臨界蒸氣壓縮系統，其包括 有被連接在一封閉迴路中的一個壓縮器、一個以自然空氣 循環之空氣冷卻式排熱單元、一個膨脹裝置、與一個被連 接到一封閉迴路之蒸發器； 第二圖係說明一個根據本發明以自然空氣對流之排熱 單元的截面圖，其包括有一個空氣流動導管以及一個排熱 用熱交換器，該排熱用熱交換器係以直線佈局之圓形管件 爲基礎； 第三圖係說明一個根據本發明第二實施例、以自然空 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 528843 五、發明說明（4 ) 氣循環之排熱單兀的截面圖，其具有一個空氣流動導管以 及一個排熱用熱交換器，該排熱用熱交換器係以交錯佈局 之圓形管件爲基礎； 第四圖係說明一個根據本發明第三實施例、以自然空 氣循環之排熱單元的側視圖，其具有一個空氣流動導管以 及一個排熱用熱交換器，該排熱用熱交換器係以摺疊型管 件爲基礎； 第五圖係說明一個根據本發明第四實施例之排熱單元 的截面圖，該排熱單兀帶有一個空氣流動導管以及一個排 熱用熱交換器、，該排熱用熱交換器係被形成爲一螺旋幾何 形狀； 第六圖係說明一個根據本發明之第五實施例的排熱單 元，其中諸管件係被附接至一板件，用以增大空氣側之熱 傳導表面； 第七圖係說明一種使用多埠口擠製式（Multi Port Extmded; MPE)熱交換器之以自然空氣循環的完全相反流 動式排熱單元，該熱交換器帶有在其一側或兩側上延伸之 表面的板件鰭片；以及 第八圖係說明根據申請專利範圍第5項而被使用於一 .冷凍庫或類似裝置中之實施例的示例。 圖示主要元件符號說明 I 進口 0 出口 10 熱傳管件 II 空氣流動導管/外側空氣流動殻體或罩體 6 ----—-------- — — 111 — — ^ · I I--I I I {靖先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 528843 A7 B7 13 2 0 2 1 2 2 2 3 五、發明說明（ 空氣流動導管 熱交換器冷卻劑入口 出口 壓縮器 排熱單元 膨脹器 蒸發器 較佳實施例之詳p描沭 參照第一圖至第六圖，本發明之實施例將在下文中予 以詳細地解釋。 第一圖係顯示一個蒸氣壓縮系統的示例，該系統係包 括有一壓縮器2 0、空氣冷卻式排熱單元2 1、膨脹器2 2、以及蒸發器2 3。該等部件係被連接在一封閉迴路中 ，而該迴路係運作於一超臨界蒸/氣壓縮循環中，亦即帶有 超臨界高側壓力。該排熱用熱交換器2 1係藉由空氣之自 然向上的循環/對流而被冷卻。 第二圖說明一個排熱單元之截面圖，該排熱單元帶有 一空氣流動導管或外側空氣流動殼體或罩體11以及熱傳 管件1 0。空氣係於位在系統之下方端部中的進口 i處進 入，並且於位在頂部之出口 〇處離開。當空氣藉由熱傳管 件而被加熱時，空氣循環係以自然對流達成。來自壓縮器 之高溫冷卻劑經由熱交換器冷卻劑入口1 2而進入並且流 動通過熱交換器，而同時將熱排至空氣，藉此達成一種有 效的煙囪效應。被冷卻之冷卻劑經由出口 1 3而離開熱交 換器。爲了更進一步增加空氣流動率，一個額外垂直長度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--------- A7 528843 五、發明說明（έ ) 的導管1 1 a可以被附加在熱交換器上方來增加煙囪效應 。爲了改善空氣的流動，「煙囪（chimney)」或排氣管（ stack)亦可被建立有一會聚用及發散用噴嘴截面。 如同由第三圖之截面圖所示者，該熱傳管件1 〇亦可 以一種交錯方式被配置在流動導管之內，用以增大表面並 改善熱傳導。 第四圖係顯示一個自然空氣循環排熱單元之側視圖， 其帶有空氣流動導管11以及一個以摺疊型管件爲基礎的 熱交換器1 1。爲了最大化空氣循環以及熱交換器的效率 ，冷卻劑應在一大體上相反於空氣之流動方向上進行流動 。藉以位在頂部12處之冷卻劑進口以及位在底部13處 之出口，如同在圖示中所指出者，係可以達成介於兩個不 的同空氣及冷卻劑流動間之所需關係。 另一個可行的實施例係說明於第五圖中，其中該空氣 流動導管1 1係具有一個圓形截面，並且該熱傳管件1 0 被形成爲一個在空氣流動導管1 1內部的螺旋狀。爲了使 得空氣導管1 1相對於空氣流動之截面能夠最佳化，一個 包含有熱傳管件之環狀物可以藉由將一內側圓形管件插入 至導管之中而被建立，所插入之管件係於端部處被關閉。 如第六圖所示者，該熱傳管件可以形成在一板件或一 導管1 1中殼體之一個整合部分，亦即被建立在導管或殻 體之中，用以增大面對空氣流動之熱傳導表面。如果需要 的話，沿著導管高度的熱傳導可以藉由在板件中提供狹槽 、狹縫、或鰭片而被降低或消除。殼體板件或導管可以具 8 本紙張尺度_中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)" -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ▼裝---- ·111111. A7 528843 五、發明說明（7 ) 有一平坦表面，或者該表面可以由垂直鰭片或封閉式導管 狀的結構構成，其可以改善自然對流空氣流動。 在隨附申請專利範圍中所界定之本發明並未受限於圖 示顯示以及上文解釋之示例，因此在以上的所有實施例之 中，導管或殼體的一個或數個壁部亦可以被運用作爲熱傳 表面。此外，即使圖中所顯示的熱傳管件帶有一圓形截面 ，任何管件幾何形狀係可以被使用，包括有平直管件、卵 型管件、多埠口管件、以及更複雜的幾何形狀。再者，冷 卻劑管件亦可以被整合至空氣流動導管材料之中，而給予 一個亦能夠藉由輻射來增強熱傳之整合式的排熱及空氣導 管單元。數種增強及外部表面擴張亦可能用於熱傳管件， 包括有金屬線、鰭片、小支柱等等。一項示例係被顯示在 第七圖中，其使用帶有板件鰭片延伸式表面之多埠口擠製 式（Multi Port Extruded; MPE)熱交換器，其中高溫冷卻 劑係於頂部處進入，並且被空氣之自然向上循環/對流之 後而於底部處離開，此係爲一種對此種狀況爲理想之完全 相反流動的熱交換程序。 第八圖顯示根據申請專利範圍第5項而被使用於一冷 凍庫或類似裝置中之實施例的示例。該熱交換器1 0被安 置在底部隔室中，而空氣流動導管1 1 a係在冷凍庫後方 ’而使空氣流動殼體或罩體1 1延伸，用以增強自然空氣 流動/循環。 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝 ·111111.

Claims (1)

  1. 528843 § D8 六、申請專利範圍 (1 2 )朝向一位於底部處之出口（ 1 3 )。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 7、 根據申請專利範圍第3項所述之系統，其特徵係 在於，冷卻器通過排熱用熱交換器（2 1 )之冷卻劑管件 或導管（1〇)的流動係大體上爲從一位於頂部處之進口 (1 2 )朝向一位於底部處之出口（ 1 3 )。 8、 根據申請專利範圍第4項所述之系統，其特徵係 在於，冷卻器通過排熱甩熱交換器（2 1 )之冷卻劑管件 或導管（10)的流動係大體上爲從一位於頂部處之進口 (1 2 )朝向一位於底部處之出口（ 1 3) ° 9、 根據申請專利範圍第1項所述之系統’其特徵係 在於，一個額外的空氣流動導管（1 1 a )係被安裝在排 熱用熱交換器（2 1 )的頂部上’用以增加空氣流動率。 1 0、根據申請專利範圍第2項所述之系統’其特徵 係在於，一個額外的空氣流動導管（1 1 a )係被安裝在 排熱用熱交換器（2 1 )的頂部上’用以增加空氣流動率 〇 1 1、根據申請專利範圍第3項所述之系統’其特徵 係在於’一個額外的空氣流動導管（11a)係被安裝在 排熱用熱交換器（2 1)的頂部上’用以增加空氣流動率 0 1 2、根據申請專利範圍第4項所述之系統，其特徵 係在於，一個額外的空氣流動導管（1 1 a )係被安裝在 排熱用熱交換器（2 1 )的頂部上’用以增加空氣流動率 0 ____2____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210><297公釐） 528843 蔻 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 1 3、根據申請專利範圍第5項所述之系統，其特徵 係在於，一個額外的空氣流動導管（1 1 a )係被安裝在 排熱用熱交換器（2 1 )的頂部上，用以增加空氣流動率 〇 1 4、根據申請專利範圍第6項所述之系統，其特徵 係在於，一個額外的空氣流動導管（1 1 a )係被安裝在 排熱用熱交換器（2 1 )的頂部上，用以增加空氣流動率 〇 1 5、根據申請專利範圍第7項所述之系統，其特徵 係在於，一個額外的空氣流動導管（1 1 a )係被安裝在 排熱用熱交換器（2 1 )的頂部上，用以增加空氣流動率 〇 1 6、根據申請專利範圍第8項所述之系統，其特徵 係在於，一個額外的空氣流動導管（1 1 a )係被安裝在 排熱用熱交換器（2 1 )的頂部上，用以增加空氣流動率 〇 1 7、根據申請專利範圍第1項至第1 6項其中任一 項所述之系統，其特徵係在於，一個額外的空氣流動噴嘴 裝置係被安裝在該排熱用熱交換器（2 1 )的頂部，用以 增加空氣流動率。 1 8、根據申請專利範圍第1項至第1 6項其中任一 項所述之系統，其特徵係在於，該空氣流動導管或殻體（ 1 1 )係完全地或部分地被使用作爲熱交換表面，藉此， 冷卻劑管件或導管（1 0 )係形成該導管或殼體（1 1 ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 528843 頜 C8 D8 六、申請專利範圍 之一整合部分。 1 9、根據申請專利範圍第1 7項所述之系統，其特 徵係在於，該空氣流動導管或殼體（1 1 )係完全地或部 分地被使用作爲熱交換表面，藉此，冷卻劑管件或導管（ 1 0 )係形成該導管或殻體（1 1 )之一整合部分。 2 0、根據申請專利範圍第1項至第1 6項其中任一 項所述之系統，其特徵係在於，一個風扇係被安裝於空氣 流動導管（1 1 )之前、之後或之內，用以改善於高負載 狀況下的空氣流動。 2 1、根據申請專利範圍第1 7項所述之系統，其特 徵係在於，一個風扇係被安裝於空氣流動導管（1 1 )之 前、之後或之內，用以改善於高負載狀況下的空氣流動。 2 2、根據申請專利範圍第1 8項所述之系統，其特 徵係在於’ 一個風扇係被安裝於空氣流動導管（1 1 )之 前、之後或之內，用以改善於高負載狀況下的空氣流動。 2 3、根據申請專利範圍第1 9項所述之系統，其特 徵係在於’ 一個風扇係被安裝於空氣流動導管（1 1 )之 前、之後或之內，用以改善於高負載狀況下的空氣流動。 2 4、根據申請專利範圍第1項至第1 6項其中任一 項所述之系統，其特徵係在於，二氧化碳係被使用作爲冷 卻劑。 2 5、根據申請專利範圍第1 7項所述之系統，其特 徵係在於’二氧化碳係被使用作爲冷卻劑° 2 6、根據申請專利範圍第1 8項所述之系統，其牛寺 ------------------------------------------------------------訂----------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t 國國家標準(CNS)A4 規格(210 X 297 公釐) '' 528843 韶 C8 D8 六、申請專利範圍 徵係在於，二氧化碳係被使用作爲冷卻劑。 2 7、根據申請專利範圍第1 9項所述之系統，其特 徵係在於，二氧化碳係被使用作爲冷卻劑。 2 8、根據申請專利範圍第2 0項所述之系統，其特 徵係在於，二氧化碳係被使用作爲冷卻劑。 2 9、根據申請專利範圍第2 1項所述之系統，其特 徵係在於，二氧化碳係被使用作爲冷卻劑。 3 0、根據申請專利範圍第2 2項所述之系統，其特 徵係在於，二氧化碳係被使用作爲冷卻劑。 3 1、根據申請專利範圍第2 3項所述之系統，其特 徵係在於，二氧化碳係被使用作爲冷卻劑。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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