专利名称：热交换器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于蒸汽压縮系统特别是跨临界蒸汽压缩系统的热交换器 装置。
背景技术：
跨临界蒸汽压缩制冷应用和系统的散热过程在高于制冷剂的临界压力时进 行。制冷齐赃此过程中没有经历相变，并且制冷剂的温度改变贯穿于齡散热 过程中。如果热交换器装置与冷源近似于理想逆流布置，则该制冷系统的能效 增加。
因此，本发明的主要的目的是提供一种具有高效热交换器装置的系统。 本发明进一步的目的是提供这样一种系统，其易于结合到现有制冷系统中。
本发明的其它的目的和优点也将在此说明。
发明内容
根据本发明，前述的目的和优点均已实现。
根据本发明，提供了一种制冷系统，其包括压缩机，用于至少在系统运 行的第一模式下沿流路驱动制冷剂；第一热交换器，在第一模式下沿流路处于 压縮机下游；第二热交换器，在第一模式下沿流路处于压缩tUl游；压力调节 器或膨胀装置，在第一模式下在流路中处于第一热交换器的下游和第二热交换 器的上游，其中第一热交换器布置在一个外壳内部，所述外壳限定了热交换流 体的流路，并且限定了沿着该流路的流通截面缩小的区域，并且第一热交换器 布置在所淑;tM截面縮小的区域内。
根据本发明，提供了一种制冷系统，其包括压縮机，用于至少在系统运 行的第一模式下沿流路驱动制冷剂；第一热交换器，在第一模式下沿流路处于 压縮机下游；第二热交换器，在第一模式下沿流路处于压缩lHJr游；压力调节 器或膨胀装置，在第一模式下在流路中处于第一热交换器的下游和第二热交换 器的上游，其中用于第一热交换器的热交换流体横截于该制冷剂流路部段以逆
流形式被引导。
一个最优实施方式是在跨临界蒸汽压縮操作中利用C(M乍为制冷剂。提供 蛇形和/或平行模块的制冷齐l硫路。本发明在特殊环境下的应用被称做瓶^7令却 器，或用于冷却和储存饮料的冷却装置。这样的冷却器例如可以是自动售货机 为冷柜的形式。
在一个实施例中，饮料冷柜的外壳为热交换流体(例如空气)限定出内部 流通区域，并且该流通区域具有用于使流经此处的热交换流体流动加速的节流 部分。根据本发明，该制冷剂流路定位在该节流部分处。
图1是根据本发明的逆流热交换装置的示意图； 图2是根据本发明的替换逆流热交换装置的示意图； 图3示出了包括本发明的热交换器装置的饮料冷柜的优选结构； 图4示出了根据本发明的一种"战类型的热交换器； 图5示出了图3中结构的优选实施例。
具体实施例方式
本发明涉及一种制冷系统，尤其是以跨临界蒸汽压縮方式运行的系统，它 的一个具体实施例为饮料冷柜。依据本发明，采用这样一种热交换器结构，其 在制冷剂流体和热交换流体之间提供高效热交换。
跨临界蒸汽压缩系统在高于制冷剂临界压力的压力下运行，因此制冷齐赃 ltbl程中不经历相变。在这种情况下，已发现，散热热交换器相对于热交换器
流体的逆流布置提供了更佳的运行效率，并且该逆流布置结构可借助由多个平 行的流路部段形成的单个流路组成的热交换器* 似获得。
热交换器在壳体内的位置已被证明是非常重要的，并且人们发现在流速增 加的区域设置热交换器使得热交换过程更为高效。
图1示出了一个制冷剂系统10，其包括压缩机12、第一热交换器14、第 二热交换器16、膨胀装置18和如图所示以串联的方式连接这些部件的制冷剂 管路。
图3进一步地示出安装有制冷剂系统10的饮料7令柜20。图3示出了压縮 机12以及第一热交换器14和第二热交换器16。冷柜20具有外壳，其限定了 第一热交换流体流路(箭头22),其中外界空气从入口 24吸入，通过第一热
交换器14，到达出口 26。还限定了第二流体流路(箭头28)，第二流体流路 从饮糾令柜内的空间流出，通过第二热交换器16，回到被7令却的空间。如图3 所示，流路22穿过外壳并流经流通截面(flow area)缩小的区域23。在该区 域23中，流过外壳的空气3Iit增加。根据本发明，优选将热交换器14放置在 区域23中。
图1示出了根据本发明的第一热交换器14的简化结构,并且示出了单个制 冷剂流路或管路形式的热交换器，所述流路或管路形成为一系列基本上平行的 流路部段。在此实施例中，这些流路部段从压缩机12连续输入制冷剂流体， 以使流路部段包括上游流路部段30和下游流路部段32。在图1所示的实施例 中，所有的流路部段是单个蛇形通路的一部分，因此，当就从上游段30至下 游段32而言时，每个段相对于制冷剂的流动逐渐向下游延伸。第一热交换器14 位于饮料冷柜20的外壳中，使进来的热交换流体22首先通过下游制冷剂流路 部段32,然后逐渐地顺次流过下一个流路部段，直到最终通过上游流路30。 根据本发明，己发现此结构在热交换流体和制冷剂之间提供了良好的热交换， 尤其是当规定的系统是跨临界蒸汽压縮系统时。
图2示出了一可替换的实施例，其中流路部段分为两个主要的热交换器组 或部件，所述组被布置成以限定上游和下游部件。在每个部件中，限定出平行 的部段。如图所示，进来的热交换流体首先通过下游部件，然后流过上游部件。
应当理解，图1和2的结构是本发明的逆流装置的示例，对于本领域技术 人员来说当然可以对这些具体的结构进行改造，且落在本发明广义范围之内。 进一步地，根据本发明的热交换器的一个优选实施例是金属丝绕管式热交换器 (wire-on-tube heat exchanger)，其中一实施例如图4所示。图4示出了由单个 流管52确定的热交换器50的一部分，如图1所示，所述流管52具有蛇形流 动结构，同时也可以构造成具有垂直结构。具体地，当沿箭头58所示的气流 的方向观察时，热交换器50具有交错的倾斜角形截面54、 56。 一系列的金属 丝60定位成沿着热交换器50沿基本上横截于由管路52限定的流路的方向， 金属丝60伏选地沿着角形截面54、 56接附该管路52。金属丝60可以如图4 所示优选的设于管路52两侧。图4示出了具有多个圈数的金属丝绕管式热交 换器。可以理解，实际的热交换器可以对于附加的一个或多个角形截面54、 56 连续地设置，以满足热交换器流程的需要。 如上所述，图3进一步示出了本发明的实施例，该系统10安装在一^i欠 糾令柜20内。在这个系统中，饮料被储存在一个冷藏区内，该冷藏区位于图 中所示的部分之上，沿着流路28与空气流相3iM。
流路22代表外界或周围的空气流，空气流通过位于7賴卩器20的前部34 的入口 24进入，通过第一热交换器14的第一部件14a，继而第一热交换器14 的第二部件14b，然后至出口26，该出口26优选的在冷却器20的后部36。
外壳的内部壁38将流路22的区域与流路28的区域分隔。所述的壁还用 于确定一个沿着流路22的区域，在该区域中截面积或流动截面是受限的。沿 着流路22的M^的流截面用来增加通)lit匕处的流速。为此，第一热交换器14 的第二部件14b j爐的设于如图所示柳艮制流动的区域以便增加流入热交换器 的热交换流体的流速。已经发现，根据本发明，上述设置的位置有助于进一步 地增加热交换流体和制冷剂间的热交换效率。在实施例中示出了流路22后部 的缩小的流截面的区域23，并且基本上完全被热交换器部件14b填充。
进一步根据本发明，如图5所示， 一种热交换器即例如图4中的金属丝绕 管式热交换器可以优选地设置于流速增加的区域23，这样的热交换器与穿过区 域23的气流的热交换特别高效。在这种结构中，有可能从图3中热交换器14a 占用的空间中完全地省去该热交换器，从而利用此空间用于其它的用途。因此， 本发明的一方面，热交换器有益地位于外壳的区域23内，该区域23能够减小 空气流动截面并产生增大的气流速度，进一步的优选方案是在区域23设置一 种金属丝绕管式热交换器。在此申请中，金属丝绕管式热交换器是一种具有一 个或多个管路的热交换器，最好为单管，设置金属丝是为了影响流过的空气流 动从而增加热交换器效率。这样一种热交换器尤其适用于设置在具有如区域23 的区域内，因为大多数热交换器在此位置具有大的气流阻力。然而，金属丝绕 管式热交换器具有十分低的气流阻力，以致于在区域23中设置该热交换器不 会显著干涉系统的流动动力，进一步地，金属丝绕管式热交换器在这样的流动 条件下热交换尤为高效。
如上所述，图3示出了一具体实施例的结构，利用该结构产生沿着流路22 和流路28的流动。沿着流路22的流动可以利用由如图所示的马达42驱动的 风扇40产生。同样的，沿着流路28的流动可以利用由如图所示的马达46驱 动的风扇44产生。用于产生所要求的流动的其它结构对本领域技术人员而言
是x^;f周知的，并且均落于本发明范围内。
应当理解，由第一热交换器4及其部件14a 、 14b代表的制冷剂流路可 以是管路、微通道或小通道等类似物的形式。所述管路的第二流体表面面积可 以被增加，例如用附着于该管路的肋片。该肋片可以是任何的类型，并可以是 板状、金属丝、条形肋片或任何其他的开娥。 一个j腿实施例是如上所述的"金 属丝绕管式"结构，如图4中所示。
在瓶装冷却器及应用二氧化碳(C02)作为制冷剂的其他小型制冷应用场 合中，本发明提供了特别的有益效果。本发明可以最有效地利用热交换器可用 的容积空间。此外，032制冷应用的高运行压力减少了系统运行性能上的压降 效果。因此，如图1所示的热交换器的单管蛇形排列中的高压降没有明显减少 系统运行性能，而有效利用热交换器流路的可用容积可以使系统的运行性能最 大化。具体地，通常热交换器14a (图3)占用的容积可以用于其它的系统部 件，或使得现有部件更大和/或更高效。
在这里讨论了根据本发明的系统，其在以至少一个运行模式下，与制冷剂 回路的多个部件具有上游和下游关系。考虑到应用本发明的装置的装置例如饮 糾令柜在除了"正常7賴卩模式以外，可以具有多种运行模式，和/或间歇的运行 模式，其中在"正常"冷却模式第一热交换器放热且第二热交换^^令却冷藏间 内的空气。
己经详述了本发明的一个或多个具体实施方式
。然而，可以理解，在不脱 离本发明的精神和范围盼瞎况下，可以作出各种改进。例如，当作为现有系统 的再制造或现有系统结构的再设计来实施时，现有结构的细节可能会影响实施 的细节。相应地，其它实施例都落在下述权利要求的保护范围之内。
权利要求
1、一种制冷系统，包括压缩机，用于至少在系统运行的第一模式下沿流路驱动制冷剂；第一热交换器，在第一模式下沿流路处于压缩机的下游；第二热交换器，在第一模式下沿流路处于压缩机的上游；和压力调节器或膨胀装置，在第一模式下沿流路处于第一热交换器的下游和第二热交换器的上游；其中，该第一热交换器设置于外壳内，所述外壳限定出用于热交换流体的流路，并且所述外壳限定出沿着该流路流通截面减少的区域，该第一热交换器布置在该流通截面减少的区域内。
2、 如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第一热交换器包括金属丝 绕管式热交换器。
3、 如权利要求1所述的系统，其特征在于，该热交换器包括多个基本平 行的制冷齐U流路部段，并且热交换流体相对于在第一热交换器中的制冷剂以逆 流形式被引导，并且大至好黄截于该制冷剂流路部段。
4、 一种制冷系统，包括压縮机，用于至少在系统运行的第一模式下沿流路驱动制冷剂； 第一热交换器，在第一模式下沿流路处于压縮机的下游； 第二热交换器，在第一模式下沿流路处于压縮机的上游；和 压力调节器或膨胀装置，在第一模式下沿流路处于第一热交换器的下游和第二热交换器的上游；其中，第一热交换器包括多个基本平行的制冷剂流路部段，用于第一热交换器的热交换流体横截于该制冷剂流路部段以逆流形式被弓I导。
5、 如权利要求4所述的系统，其特征在于，该制冷剂流路相对于来自压 缩机的制冷齐惧有上游端和下游端，热交换流体从制冷剂流路部段的下游端弓I 导至上游端以提供逆流。
6、 如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括用于引导热交换流体 的流动使之基本横穿制冷剂流路部段的结构。
7、 如权利要求4所述的系统，其特征在于，该制冷剂流路部段由蛇行排列的至少一4^U冷剂流路限定。
8、 如权利要求4所述的系统，其特征在于，该制冷剂流路部段由多个热 交换模块限定，所述热交换模块相对于帝U冷剂流串联布置且相对于该热交换流 体呈逆流。
9、 如权利要求8所述的系统，其特征在于，^热交换模块包括多个基 本平行的制冷剂流路部段。
10、 如权禾腰求4所述的系统，其特征在于，该制冷剂的主要物质部分包 括co2，并且第一和第二热交换器是制冷剂-空气热交换器。
11、 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的系统适合于在跨临界 蒸汽压缩模式下运行。
12、 一种包括如权利要求4所述的系统的饮料冷却装置。
13、 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的饮料冷却装置包括 具有热交换流体的入口和出口的外壳，所述外壳在入口和出口之间限定出节流 部分，并且第一热交换器设于该节流部分的区域内。
14、 一种用于在制冷剂和热交换流体之间热交换的方法，包括 ^H缩机运行，以便将制冷剂从该压缩机驱动到位于外壳中的热交换器，所述外壳限定出热交换介质用的流路，所述外壳限定出用于热交换介质的流动 截面减小的区土或，并且所述的热交换器设于该区域内；禾口使得热交换流体沿大致横截于所述基本平行的流路的方向流过该区域中的 热交换器。
15、 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的热交换器包括多个 基本上平行的流路部段。
16、 如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括 向所述基本上平行的流路部段连续供应，以便相对于来自压缩机的制冷剂限定出至少一个上游流路和至少一个下游流路，并且，流动步骤包括使得热交换流体从下游流路到上游流路^M所述基本上 平行的流路部段。
全文摘要
一种制冷系统，包括压缩机，用于至少在系统运行的第一模式下沿流路驱动制冷剂；第一热交换器，在第一模式下沿流路处于的所述压缩机的下游；第二热交换器，在第一模式下沿流路处于的所述压缩机的上游；压力调节器或膨胀装置，在第一模式下沿流路处于第一热交换器的下游和第二热交换器的上游；其中第一热交换器设置于外壳内，所述外壳为热交换流体限定了流路，并且所述外壳限定了沿着流路流动截面减小的区域，第一热交换器设于该流动截面减小的区域内。
文档编号F25B1/00GK101184963SQ200580049151
公开日2008年5月21日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年3月18日
发明者H·-J·胡夫, P·费尔马, T·H·谢内尔, 钰 陈 申请人:开利商业冷藏公司