中溫冷藏商品櫃的製作方法
2023-04-24 16:19:26 1
專利名稱：中溫冷藏商品櫃的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及冷藏商品櫃系統，並且具體的涉及一種冷藏的、中溫、商品櫃系統，用於展示食品和/或飲料產品。
背景技術：
在通常情況下，超市和便利店配備有展示櫃，展示櫃可以是開放的或可以具有門，用於將新鮮食物或飲料呈現給顧客，而將新鮮食物或飲料保持在一種冷藏環境中。一般的，通過使空氣經過蒸發器盤管的熱交換面，從而將冷的、含潮氣的空氣提供給每個展示櫃的產品展示區域，蒸發盤管的熱交換面設置在展示櫃中的一個區域內，所述區域與產品展示區域相間隔，從而使得蒸發器在顧客的視線之外。一種適宜的製冷劑，例如R-404A通過蒸發器盤管的熱交換管道。由於在蒸發器盤管內的製冷劑蒸發，在蒸發器上通過的空氣的熱被吸收了，從而降低了空氣的溫度。
製冷系統安裝在超市和便利店中，以在適當的條件下給設施內展示櫃的蒸發器盤管提供製冷劑。所有製冷系統至少包括以下組件一個壓縮機、一個冷凝器、至少一個與展示櫃聯合的蒸發器、恆溫膨脹閥、以及在一個閉合循環迴路中連接這些裝置的適宜的的製冷劑管路。恆溫膨脹閥設置在相對於用於膨脹液態製冷劑的蒸發器的製冷劑流動的入口的製冷劑管線上遊。膨脹閥用來計量液態製冷劑，並將液態製冷劑膨脹到一個期望的較低壓力，所述低壓力根據先前進入到蒸發器的特定製冷劑選取。作為這種膨脹的結果，液態製冷劑的溫度也顯著降低了。該低壓、低溫液體當在通過蒸發器管路的過程中從經過蒸發器表面的空氣中吸收熱時進行蒸發。一般的，超市和食品雜貨店製冷系統包括設置在多個展示櫃內的多個蒸發器、一個稱作壓縮機支架的多個壓縮機的部件、以及一個或多個冷凝器。
此外，在某些製冷系統中，在製冷管線內的蒸發器出口處設置有蒸發器壓力調節(EPR)閥。EPR閥用來將蒸發器內的壓力保持在所使用的特定製冷劑的預定壓力設定點之上。在冷卻水的製冷系統中，公知的是設置EPR閥以將蒸發器中的製冷劑保持在水的冰點以上。例如，在一種使用R-12作為製冷劑的水冷卻製冷系統中，EPR閥可以設定在32psig(磅每平方英寸，分度)的壓力設定點處，折合為34華氏度的製冷溫度。
在通常情況下，冷藏食品展示系統中的蒸發器通常隨著霜點以下的製冷溫度而工作。從而，在運行過程中，因為在通過蒸發器表面的冷卻空氣中的潮氣與蒸發器表面接觸，蒸發器上就將形成霜。在例如那些通常用於展示農產品、牛奶和其它乳製品、或一般飲料的中溫製冷展示櫃中，根據具體的冷藏商品，一般將冷藏商品保持在32到41華氏度的溫度範圍內。例如在中溫農產品展示櫃中，商業製冷領域中的通常情況是讓循環冷卻空氣在一個蒸發器的管路上方通過，在蒸發器中以大約21華氏度穿過管路盤管的製冷劑將冷卻空氣的溫度保持在31或32華氏度。例如在中溫乳製品展示櫃中，商業製冷領域中的通常情況是讓循環冷卻空氣在一個蒸發器的管路上方通過，在蒸發器中以大約21華氏度穿過管路盤管的製冷劑將冷卻空氣的溫度保持在28或29華氏度。在這些製冷劑溫度處，管路壁的外表面將在霜點溫度以下。因為在蒸發器表面上結霜，所以蒸發器的性能降低，並限制穿過蒸發器的空氣的自由流動，以及在極端情況下停止穿過蒸發器的空氣的自由流動。
某種類型的具有安裝在製冷劑管路上的簡易平板散熱片的散熱片管式熱交換器盤管，通常用作在商業製冷產業上的蒸發器，特徵是具有低散熱片密度，一般是每英寸2到4片散熱片。通常，在中溫展示櫃中，一個蒸發器和多個軸流風扇設置在一個強制通風裝置中，用於為展示櫃的商品區域提供冷卻空氣。更一般的，所述風扇設置在相對於氣流的上遊，即在強制通風模式中，設置在在商品展示區域下方隔室內的蒸發器的上遊，在那裡商品櫃長度上每四英尺設置一個風扇。即在一個四英尺長的商品櫃內，一般應有一個風扇，在一個八英尺長的商品櫃內應有兩個風扇，以及在一個十二英尺長的商品櫃內應有三個風扇。運行中，風扇強制空氣流過蒸發器，在散熱片管式熱交換器盤管的管路之上通過，並且使冷卻空氣流通穿過商品櫃外殼後側上的一個氣流管，並且從那裡開始穿過商品櫃外殼頂部的一個氣流管排出到商品展示區域。在前部開口的展示櫃構造中，從上部氣流管排出的冷卻空氣一般向下穿過商品展示區域的前側，而形成一個氣簾，該氣簾將商品展示區域與儲藏的周圍環境分隔開，從而減少了周圍空氣向商品展示區域的滲透。
如前所述，在商業製冷產業中，通常情況下蒸發器中僅使用低散熱片密度的熱交換器，用於中溫應用。預料到蒸發器熱交換器表面結霜並且期望延長在要求除霜操作之間的周期，才產生這種慣例。由於結霜，在臨近散熱片之間讓空氣通過的有效流動空間逐漸變得越來越小，極端的，霜跨接在該空間。由於結霜，熱交換器的性能下降，並且減少了到商品展示區域的足夠的冷卻空氣的流量，從而迫使啟動除霜循環。此外，由於通過低散熱片密度的蒸發器盤管的壓力降相對較小，這樣一個小的壓力降與前述在風扇之間相對寬的間距一起，導致在蒸發器盤管的上通過蒸發器盤管的空氣速度的顯著變化，這又導致在離開盤管的空氣溫度上出現了不期望的變化。在八英寸的跨度上6華氏度高的溫度變化是不正常的。這種製冷空氣溫度分層能夠對商品溫度潛在的構成巨大的影響，導致在商品展示櫃內產品溫度的不期望變化。
當在蒸發器盤管上結霜時，趨於從低氣流速度的區域內開始聚集。結果，氣流進一步分配不均，並且溫度分布變得更為不正常。作為由多個常規間隔的軸流風扇產生的固有速度分布的結果，通過蒸發器的氣流分布也不正常。由於每個風扇產生一個如速度流量一樣的正態分布曲線，那麼氣流速度分布曲線的特徵是一條波動圖形，氣流速度在每個風扇的中心線附近劇烈增加，在相鄰風扇之間降到最小值。
Behr的美國專利US5743098披露了一種冷卻食品商品櫃，具有一個包括多個預定長度的組合蒸發器盤管部分的組合空氣冷卻及循環裝置，每個蒸發器盤管部分具有一個單獨的與此相關的空氣移送裝置。蒸發器盤管水平、間隔、首位相連的設置在商品櫃的商品展示區域下方的隔室內。一對單獨的軸流風扇與每個蒸發器部分一起，用於將來自商品展示區域的一個相關區域的空氣循環通過蒸發器盤管，進行冷卻，並從那裡起返回到所述商品展示區域的相關區域。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種改進的中溫商品櫃，其具有一個改進的通過蒸發器的氣流分布。
本發明的另一個目的是提供一種冷卻商品櫃，其具有一個蒸發器，特徵在於橫跨蒸發器的長度上具有一個相對更為一致的排氣溫度。
提供一種製冷商品櫃，其具有一個限定商品展示區域的保溫箱和一個與商品展示區域隔開的隔室，在所述隔室中設置有一個蒸發器以及多個橫向間隔的空氣循環軸流風扇。根據本發明，蒸發器的特徵在於具有相對高的空氣側壓力降。更優選的，蒸發器是一種散熱片管式熱交換器，其具有每英寸6到15片散熱片範圍內的散熱片密度。更進一步，所述散熱片具有增強傳熱的構造。另外，可以更緊密的間隔軸流風扇以沿著蒸發器的長度方向容納更多的風扇。更優選的，風扇以大約2英尺或更小的間隔隔開。
為了進一步理解本發明，參照下述結合附圖的本發明優選實施例的詳細描述，其中圖1是具有中溫食品商品櫃的商用製冷系統的原理圖；圖2是圖1中示意性示出的商用製冷系統的一個典型設計的正視圖；圖3是本發明的冷卻商品櫃的一個優選實施例的部分區域的側視圖；圖4是沿圖3中4-4線的平面圖；以及圖5是一個圖解比較，將離開根據本發明的一個具有多個緊密間隔的軸流風扇的、相對高的壓力降的蒸發器的空氣流速曲線，與離開一個具有多個常規間隔的軸流風扇的、相對低的壓力降的蒸發器的空氣速度曲線進行比較。
具體實施例方式
圖1和2所示的製冷系統表示具有一個單獨的、與冷卻商品櫃相關的蒸發器、一個單獨的冷凝器、以及一個單獨的壓縮機。應當知道，本發明的冷卻商品櫃可以用於具有單獨或多個商品櫃的商用製冷系統的不同實施例中，每個商品櫃具有一個或多個蒸發器、單獨的或多個冷凝器和/或單獨的或多個壓縮機裝置。
現在參照圖1和2，製冷商品櫃系統10包括五個基本組件一個壓縮機20、一個冷凝器30、一個與冷卻商品櫃100相關的蒸發器40、一個膨脹裝置50以及一個蒸發器壓力控制裝置60，它們通過製冷管線12、14、16和18連接在一個閉合的製冷迴路中。此外，系統10包括一個控制器90。然而，應當理解該製冷系統可以包括另外的組件、控制和附件。壓縮機20的高壓側或出口通過製冷劑管線12連接到冷凝器30的入口32。冷凝器30的出口34通過製冷劑管線14連接到膨脹裝置50的入口。膨脹裝置50的出口通過製冷劑管線16連接到設置在展示櫃100內的蒸發器40的入口41。蒸發器40的出口43通過製冷劑管線18反向連接到壓縮機20的吸入或低壓側，製冷劑管線18通常稱為吸入管線。
冷卻商品櫃100通常稱作展示櫃，包括一個立式、前部開口的保溫箱110，限定商品展示區域125。蒸發器40是一種散熱片管式熱交換器盤管，設置在冷卻商品櫃100的隔室120中，在本實施例中，隔室120在商品展示區域125下方並與其分離。然而如果期望，隔室120可以設置在商品展示區域的上方或後方。如果在通常情況下，設置在隔室120內的空氣循環裝置70，使空氣通過形成在保溫箱110的壁內的氣流通道112、114和116循環到商品展示區域125，以將儲存在商品展示區域125內的隔架130上的商品保持在期望的溫度。一部分冷卻空氣穿出氣流通道116，通常向下穿過展示區域125的前面，從而在冷卻商品展示區域125與展示櫃100附近的商店區域內的環境溫度之間形成一個氣簾。
膨脹裝置50通常接近於蒸發器40而設置在展示櫃100中，但是也可以安裝在製冷管線14的任何位置上，用於計量到蒸發器40的液態製冷劑的合適數量。如在通常情況下，當液態製冷劑儘可能滿並且液態製冷劑不從蒸發器流到吸入管線18時，蒸發器40最為有效的工作。雖然可以使用任何特定形式的通用膨脹裝置，但是膨脹裝置50更為優選的包括一個具有熱敏元件的恆溫膨脹閥(TXV)52，例如一個感應線圈54，其與蒸發器40的出口44的吸入管線18下遊熱接觸的安裝。感應線圈54通過一條通用毛細管線56反向連接到恆溫膨脹閥52。
蒸發器壓力控制裝置60可以包括一個步進電機控制的吸入壓力調節器或任何通用蒸發器壓力調節閥(縮寫為EPRV)，通過調節通過吸入管線18而離開蒸發器的製冷劑流量來運行蒸發器壓力控制裝置60，從而將蒸發器內的壓力維持在預選的期望運行壓力下。通過將蒸發器的運行壓力保持在所述期望壓力下，在蒸發器40中從液體到蒸汽膨脹的製冷劑溫度將保持在與通過蒸發器的特定製冷劑相關的一個特定溫度下。
現在參照圖3和4，冷卻中溫商品櫃100的前部開口的保溫箱110限定了一個具有多個展示隔架130的商品展示區域125。蒸發器40和多個例如軸流風扇70的空氣循環裝置共同設置在商品櫃100的隔室120中，在氣流循環迴路中隔室120通過流量管112、114和116與商品展示區域相連，流量管112、114和116設置在保溫箱110的壁內。根據本發明的一個方面，蒸發器40包括一個相對高壓力降的散熱片管式熱交換器盤管42，與通常用於常規中溫展示櫃中的相對低散熱片密度的散熱片管式熱交換器盤管相比，散熱片管式熱交換器盤管42具有相對高的散熱片密度，即每英寸散熱管46至少5片散熱片44的散熱片密度。由於相對高的散熱片密度，由穿過蒸發器盤管的循環空氣所受到的壓力降顯著高於在相同流量條件下由穿過一個常用低散熱片密度的散熱片管式熱交換器盤管的循環空氣所受到的壓力降，一般大大約2到8倍。通過高散熱片密度的熱交換器盤管所增加的流阻導致通過蒸發器的一個更為一致的空氣流量分布。更優選的是，高效蒸發器40的相對高密度的散熱片管式熱交換器盤管42具有在每英寸6到15片範圍內的散熱片密度。與常用低散熱片密度的蒸發器操作時製冷劑溫度與蒸發器出口氣溫的溫度差相比，相對高散熱片密度的熱交換器盤管42能夠工作在顯著較低的溫度差情況下。
在本發明的另一方面中，優於一般用於現有技術中的商業製冷商品櫃中的標準平板散熱片，散熱片44可以具有一個增強型面。優選的，散熱片44可以包括波紋板，設置有垂直於穿過散熱片管式熱交換器盤管42的氣流方向延伸的板波紋。使用增強構造的散熱片不僅增加了在盤管與空氣之間的熱交換，而且增加了通過熱交換器盤管42的壓力降，從而進一步改善了穿過蒸發器的氣流分布的一致性。
根據本發明的又一方面，減小了相鄰風扇70之間的間距，以沿高效蒸發器40的長度上設置更多的風扇70。增加風扇的數量進一步改進了沿蒸發器長度上的氣流分布的一致性。更優選的，在相鄰風扇70間的間距減小到2英尺或更小。例如，根據本發明的這一方面，如圖4中極好的示出的，在12英尺長的實施例中，與在常用製冷商品櫃中以4英尺間距間隔的3颱風扇相對，本發明的製冷商品櫃100將具有以2英尺間距間隔開的6颱風扇。和蒸發器40的相對高散熱片密度盤管相關而增加的流阻與增加的大量風扇一起作用，生成了穿過蒸發器出口的一個明顯更為均勻的速度曲線，導致形成了特性上與本發明的高效蒸發器40相關的基本一致的蒸發器出口溫度分布。
軸流風扇的葉片斜度可以從常規的35度傾角減少到在25到30度範圍內的傾角。此外，優選增加風扇電動機的功率。例如，在一個12英尺蒸發器的裝配中，根據本發明的教導，可以使用六個具有27度葉片傾角的16瓦特的風扇，代替三個具有35度葉片傾角的9瓦特的風扇。
現在參照圖5，曲線A表示根據本發明離開一個單元的蒸發器的標準氣流速度曲線，所述單元配備有一個高散熱片密度的蒸發器40以及多個橫向間隔的軸流風扇70，多個風扇70沿著蒸發器的長度方向以2英尺間距間隔。曲線B表示低散熱片密度的蒸發器的通用現有技術設置的標準蒸發器出口氣流速度特徵曲線，所述設置具有與此相關的多個橫向間隔的軸流風扇，那些風扇以大於2英尺的3英尺間距間隔。如曲線B所示，在這種通用設置中，氣流速度基本沿著蒸發器的長度改變。峰值速度直接出現在軸流風扇的下遊，最小速度出現在每對相鄰軸流風扇的中間以及蒸發器的橫向末端。由於具有根據本發明的高壓力降的蒸發器和較多的更為緊密間隔的風扇，在蒸發器的出口獲得了明顯更為一致的氣流速度曲線，如曲線A所示。
在如圖3和4所示的本發明的冷卻商品櫃100的實施例中，高效蒸發器40和增加了數量的更為緊密間隔的風扇70設置成吸引流動配置。即，風扇70設置在相對於蒸發器氣流的下遊。如此布置，風扇70將循環空氣吸引通過蒸發器40，導致與在常用強制流動裝置中相比獲得了更為一致的、在沿蒸發器40的長度上的出口氣流的局部速度分布。然而，應當理解，高壓力降蒸發器40和風扇裝置70也適用於如圖2所示的強制吸引裝置中的蒸發器和風扇。
由於每種特定的製冷劑具有其自身的特徵溫度-壓力曲線，所以通過將EPRV 60根據所使用的製冷劑設定到一個預定的最小壓力設定點，能夠提供蒸發器40的無霜工作。在這種情況下，蒸發器40內的製冷劑溫度可以有效的維持在一個溫度點上，在此溫度點處蒸發器40與製冷空間內的潮溼空氣接觸的所有外表面在結霜溫度之上。然而，由於結構障礙或在蒸發器盤管上的氣流分布不均勻，盤管上的一些區域處於結霜條件下，導致開始結霜。
優選的，可以設置控制器90以調節EPRV 60工作的設定點壓力。控制器90接收來自至少一個傳感器的信號來感應蒸發器40的一個指示溫度的操作參數，所述傳感器是可操作的與蒸發器40相關聯的，在所述溫度處製冷劑在蒸發器40中沸騰。所述傳感器可以包括一個壓力轉換器92，壓力轉換器92安裝在蒸發器40附近的吸入管線18上的出口43，並可操作的感應蒸發器出口壓力。來自壓力轉換器92的信號91為所使用的給定製冷劑指示在蒸發器40內的製冷劑操作壓力，並因此指示在蒸發器40中製冷劑沸騰時的溫度。可選擇的，所述傳感器可以包括一個溫度傳感器94，溫度傳感器94安裝在蒸發器40的盤管上，並可操作的感應蒸發器盤管的外表面的工作溫度。來自壓力傳感器94的信號93指示蒸發器盤管的外表面的工作溫度，並因此也指示在蒸發器40中製冷劑沸騰時的溫度。優選的，壓力轉換器92和溫度傳感器94都可安裝有輸入信號，控制器90從兩個傳感器中接收所述輸入信號，從而當一個傳感器失去作用時提供安全性能。
控制器90確定實際製冷劑沸騰溫度，在此溫度下，蒸發器根據輸入信號或從傳感器92和/和傳感器94接收的信號進行工作。在將所確定的實際製冷劑沸騰溫度與用於製冷劑沸騰溫度的期望工作範圍進行比較之後，若必要的話，控制器90可調整EPRV 60的設定點壓力以保持製冷劑沸騰溫度，此時，蒸發器40工作在期望的溫度範圍內。
製冷商品櫃系統10可以根據2000年8月31日提交的一般指定、共同未決美國專利申請序列號09/652353中詳細描述的具體優選的操作方法進行操作。根據這種操作方法，控制器90執行可選擇的將EPRV 60的設定點壓力在第一時間周期調節到第一設定點壓力，在第二時間周期調節到第二設定點壓力，以在兩個設定點壓力之間連續的循環EPRV 60。第一設定點壓力選擇在所用製冷劑的壓力範圍內，在飽和狀態時等同於在24華氏度到32華氏度的範圍內的製冷劑溫度。第二設定點壓力選擇在所用製冷劑的壓力範圍內，在飽和狀態時等同於在31華氏度到38華氏度的範圍內的製冷劑溫度。因此，在中溫展示櫃100的蒸發器40中的製冷劑沸騰溫度通常維持在一個冷凍程度，在第一時段的24華氏度到32華氏度的範圍內的第一溫度與在第二時段的31華氏度到38華氏度的範圍內的第二溫度之間循環。在這種操作循環模式中，蒸發器40以一種製冷模式連續工作，在處於較冷製冷劑沸騰溫度的第一操作循環時段中可能發生局部結霜，任何不期望的局部結霜在處於較熱製冷劑沸騰溫度的第二操作循環時段中周期性的消除。一般的，優選的將在一個工作循環的第二時段期間的蒸發器內的製冷劑沸騰溫度保持在高於在該工作循環的第一時段期間的蒸發器內的製冷劑沸騰溫度大約2到大約12華氏度。
雖然工作循環的第一和第二時段的各自持續時間將根據展示櫃進行改變，但是通常第一時段在持續時間上基本超過第二時段。例如，在相對低的製冷劑沸騰溫度下工作的一般的第一時段通常延續大約兩小時到幾天，而在相對高的製冷劑沸騰溫度下工作的一般的第二時段通常延續大約十五到四十分鐘。然而在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，製冷系統的操作器可以有選擇地或獨立地將控制器90編程為任何期望的第一時段持續時間和任何期望的第二時段持續時間。
在從以相對低的製冷劑沸騰溫度操作到以相對高的製冷劑沸騰溫度繼續製冷操作的轉換中，可以優選的短暫的將穩態工作維持在大約31到大約32華氏度的中間溫度。在該中間溫度工作的時段通常延續少於十分鐘，並且一般是大約四到八分鐘。這樣一種中間穩態階段可能是期望的，例如在單壓縮機製冷系統中，作為一種避免過多壓縮機循環的手段。在隨後從以相對高的製冷劑沸騰溫度操作返回到相對低的製冷劑沸騰溫度操作中，沒有設置中間穩態階段。
雖然僅示出並描述的本發明的一個優選實施例，但是本領域技術人員能夠進行其他的改變。因此意味著本發明的範圍不僅由所附權利要求的範圍所限定。
權利要求
1.一種製冷商品櫃系統，包括保溫箱，限定商品展示區域，並具有與商品展示區域隔開的隔室；空氣循環迴路，將所述商品展示區域與所述隔室氣流連通地連接；相對高壓力降的蒸發器，設置在所述隔室中，所述蒸發器具有散熱片管式熱交換器，散熱片管式熱交換器具有在每英寸6片到每英寸15片範圍內的散熱片密度；所述散熱片具有增強的熱傳輸結構，以及多個空氣循環風扇，設置在所述隔室中，與所述蒸發器協同關聯。
2.如權利要求1所述的製冷商品櫃系統，其特徵在於，所述蒸發器和所述多個風扇設置成吸引流動配置，藉此風扇將循環空氣吸引通過蒸發器。
3.如權利要求1所述的製冷商品櫃系統，其特徵在於，所述風扇沿著所述蒸發器以大約2英尺的間距以隔開關係設置。
4.如權利要求1所述的製冷商品櫃系統，其特徵在於，所述散熱片為非平面構造。
5.如權利要求4所述的製冷商品櫃系統，其特徵在於，所述蒸發器的散熱片具有波紋板狀構造。
全文摘要
一種冷卻商品櫃(100)包括立式、前部開口的保溫箱(110)，限定了商品展示區域(125)，商品展示區域(125)通過空氣循環迴路(122、114、116)與隔室(120)氣流連通。在隔室(120)中設置有高壓力降蒸發器(40)和多個緊密間隔的風扇(70)。蒸發器(40)具有相對高的散熱片密度的熱交換器盤管，該熱交換器盤管提供穿過蒸發器的相對高的空氣側壓力降。穿過蒸發器所增加的流阻與所述多個緊密間隔的風扇最終導致橫跨蒸發器的長度上的一致的蒸發器出口溫度曲線。
文檔編號F25D19/00GK1893864SQ200480037252
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月15日 優先權日2003年12月15日
發明者R·H·L·常, E·D·小達迪斯, K·K·馮, S·－L·K·創 申請人:開利公司