CN1893864A - 中温冷藏商品柜 - Google Patents

Abstract

一种冷却商品柜(100)包括立式、前部开口的保温箱(110)，限定了商品展示区域(125)，商品展示区域(125)通过空气循环回路(122、114、116)与隔室(120)气流连通。在隔室(120)中设置有高压力降蒸发器(40)和多个紧密间隔的风扇(70)。蒸发器(40)具有相对高的散热片密度的热交换器盘管，该热交换器盘管提供穿过蒸发器的相对高的空气侧压力降。穿过蒸发器所增加的流阻与所述多个紧密间隔的风扇最终导致横跨蒸发器的长度上的一致的蒸发器出口温度曲线。

Description

中温冷藏商品柜

技术领域

本发明一般涉及冷藏商品柜系统，并且具体的涉及一种冷藏的、中温、商品柜系统，用于展示食品和/或饮料产品。

背景技术

在通常情况下，超市和便利店配备有展示柜，展示柜可以是开放的或可以具有门，用于将新鲜食物或饮料呈现给顾客，而将新鲜食物或饮料保持在一种冷藏环境中。一般的，通过使空气经过蒸发器盘管的热交换面，从而将冷的、含潮气的空气提供给每个展示柜的产品展示区域，蒸发盘管的热交换面设置在展示柜中的一个区域内，所述区域与产品展示区域相间隔，从而使得蒸发器在顾客的视线之外。一种适宜的制冷剂，例如R-404A通过蒸发器盘管的热交换管道。由于在蒸发器盘管内的制冷剂蒸发，在蒸发器上通过的空气的热被吸收了，从而降低了空气的温度。

制冷系统安装在超市和便利店中，以在适当的条件下给设施内展示柜的蒸发器盘管提供制冷剂。所有制冷系统至少包括以下组件：一个压缩机、一个冷凝器、至少一个与展示柜联合的蒸发器、恒温膨胀阀、以及在一个闭合循环回路中连接这些装置的适宜的的制冷剂管路。恒温膨胀阀设置在相对于用于膨胀液态制冷剂的蒸发器的制冷剂流动的入口的制冷剂管线上游。膨胀阀用来计量液态制冷剂，并将液态制冷剂膨胀到一个期望的较低压力，所述低压力根据先前进入到蒸发器的特定制冷剂选取。作为这种膨胀的结果，液态制冷剂的温度也显著降低了。该低压、低温液体当在通过蒸发器管路的过程中从经过蒸发器表面的空气中吸收热时进行蒸发。一般的，超市和食品杂货店制冷系统包括设置在多个展示柜内的多个蒸发器、一个称作压缩机支架的多个压缩机的部件、以及一个或多个冷凝器。

此外，在某些制冷系统中，在制冷管线内的蒸发器出口处设置有蒸发器压力调节(EPR)阀。EPR阀用来将蒸发器内的压力保持在所使用的特定制冷剂的预定压力设定点之上。在冷却水的制冷系统中，公知的是设置EPR阀以将蒸发器中的制冷剂保持在水的冰点以上。例如，在一种使用R-12作为制冷剂的水冷却制冷系统中，EPR阀可以设定在32psig(磅每平方英寸，分度)的压力设定点处，折合为34华氏度的制冷温度。

在通常情况下，冷藏食品展示系统中的蒸发器通常随着霜点以下的制冷温度而工作。从而，在运行过程中，因为在通过蒸发器表面的冷却空气中的潮气与蒸发器表面接触，蒸发器上就将形成霜。在例如那些通常用于展示农产品、牛奶和其它乳制品、或一般饮料的中温制冷展示柜中，根据具体的冷藏商品，一般将冷藏商品保持在32到41华氏度的温度范围内。例如在中温农产品展示柜中，商业制冷领域中的通常情况是让循环冷却空气在一个蒸发器的管路上方通过，在蒸发器中以大约21华氏度穿过管路盘管的制冷剂将冷却空气的温度保持在31或32华氏度。例如在中温乳制品展示柜中，商业制冷领域中的通常情况是让循环冷却空气在一个蒸发器的管路上方通过，在蒸发器中以大约21华氏度穿过管路盘管的制冷剂将冷却空气的温度保持在28或29华氏度。在这些制冷剂温度处，管路壁的外表面将在霜点温度以下。因为在蒸发器表面上结霜，所以蒸发器的性能降低，并限制穿过蒸发器的空气的自由流动，以及在极端情况下停止穿过蒸发器的空气的自由流动。

某种类型的具有安装在制冷剂管路上的简易平板散热片的散热片管式热交换器盘管，通常用作在商业制冷产业上的蒸发器，特征是具有低散热片密度，一般是每英寸2到4片散热片。通常，在中温展示柜中，一个蒸发器和多个轴流风扇设置在一个强制通风装置中，用于为展示柜的商品区域提供冷却空气。更一般的，所述风扇设置在相对于气流的上游，即在强制通风模式中，设置在在商品展示区域下方隔室内的蒸发器的上游，在那里商品柜长度上每四英尺设置一个风扇。即在一个四英尺长的商品柜内，一般应有一个风扇，在一个八英尺长的商品柜内应有两个风扇，以及在一个十二英尺长的商品柜内应有三个风扇。运行中，风扇强制空气流过蒸发器，在散热片管式热交换器盘管的管路之上通过，并且使冷却空气流通穿过商品柜外壳后侧上的一个气流管，并且从那里开始穿过商品柜外壳顶部的一个气流管排出到商品展示区域。在前部开口的展示柜构造中，从上部气流管排出的冷却空气一般向下穿过商品展示区域的前侧，而形成一个气帘，该气帘将商品展示区域与储藏的周围环境分隔开，从而减少了周围空气向商品展示区域的渗透。

如前所述，在商业制冷产业中，通常情况下蒸发器中仅使用低散热片密度的热交换器，用于中温应用。预料到蒸发器热交换器表面结霜并且期望延长在要求除霜操作之间的周期，才产生这种惯例。由于结霜，在临近散热片之间让空气通过的有效流动空间逐渐变得越来越小，极端的，霜跨接在该空间。由于结霜，热交换器的性能下降，并且减少了到商品展示区域的足够的冷却空气的流量，从而迫使启动除霜循环。此外，由于通过低散热片密度的蒸发器盘管的压力降相对较小，这样一个小的压力降与前述在风扇之间相对宽的间距一起，导致在蒸发器盘管的上通过蒸发器盘管的空气速度的显著变化，这又导致在离开盘管的空气温度上出现了不期望的变化。在八英寸的跨度上6华氏度高的温度变化是不正常的。这种制冷空气温度分层能够对商品温度潜在的构成巨大的影响，导致在商品展示柜内产品温度的不期望变化。

当在蒸发器盘管上结霜时，趋于从低气流速度的区域内开始聚集。结果，气流进一步分配不均，并且温度分布变得更为不正常。作为由多个常规间隔的轴流风扇产生的固有速度分布的结果，通过蒸发器的气流分布也不正常。由于每个风扇产生一个如速度流量一样的正态分布曲线，那么气流速度分布曲线的特征是一条波动图形，气流速度在每个风扇的中心线附近剧烈增加，在相邻风扇之间降到最小值。

Behr的美国专利US5743098披露了一种冷却食品商品柜，具有一个包括多个预定长度的组合蒸发器盘管部分的组合空气冷却及循环装置，每个蒸发器盘管部分具有一个单独的与此相关的空气移送装置。蒸发器盘管水平、间隔、首位相连的设置在商品柜的商品展示区域下方的隔室内。一对单独的轴流风扇与每个蒸发器部分一起，用于将来自商品展示区域的一个相关区域的空气循环通过蒸发器盘管，进行冷却，并从那里起返回到所述商品展示区域的相关区域。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的中温商品柜，其具有一个改进的通过蒸发器的气流分布。

本发明的另一个目的是提供一种冷却商品柜，其具有一个蒸发器，特征在于横跨蒸发器的长度上具有一个相对更为一致的排气温度。

提供一种制冷商品柜，其具有一个限定商品展示区域的保温箱和一个与商品展示区域隔开的隔室，在所述隔室中设置有一个蒸发器以及多个横向间隔的空气循环轴流风扇。根据本发明，蒸发器的特征在于具有相对高的空气侧压力降。更优选的，蒸发器是一种散热片管式热交换器，其具有每英寸6到15片散热片范围内的散热片密度。更进一步，所述散热片具有增强传热的构造。另外，可以更紧密的间隔轴流风扇以沿着蒸发器的长度方向容纳更多的风扇。更优选的，风扇以大约2英尺或更小的间隔隔开。

附图说明

为了进一步理解本发明，参照下述结合附图的本发明优选实施例的详细描述，其中：

图1是具有中温食品商品柜的商用制冷系统的原理图；

图2是图1中示意性示出的商用制冷系统的一个典型设计的正视图；

图3是本发明的冷却商品柜的一个优选实施例的部分区域的侧视图；

图4是沿图3中4-4线的平面图；以及

图5是一个图解比较，将离开根据本发明的一个具有多个紧密间隔的轴流风扇的、相对高的压力降的蒸发器的空气流速曲线，与离开一个具有多个常规间隔的轴流风扇的、相对低的压力降的蒸发器的空气速度曲线进行比较。

具体实施方式

图1和2所示的制冷系统表示具有一个单独的、与冷却商品柜相关的蒸发器、一个单独的冷凝器、以及一个单独的压缩机。应当知道，本发明的冷却商品柜可以用于具有单独或多个商品柜的商用制冷系统的不同实施例中，每个商品柜具有一个或多个蒸发器、单独的或多个冷凝器和/或单独的或多个压缩机装置。

现在参照图1和2，制冷商品柜系统10包括五个基本组件：一个压缩机20、一个冷凝器30、一个与冷却商品柜100相关的蒸发器40、一个膨胀装置50以及一个蒸发器压力控制装置60，它们通过制冷管线12、14、16和18连接在一个闭合的制冷回路中。此外，系统10包括一个控制器90。然而，应当理解该制冷系统可以包括另外的组件、控制和附件。压缩机20的高压侧或出口通过制冷剂管线12连接到冷凝器30的入口32。冷凝器30的出口34通过制冷剂管线14连接到膨胀装置50的入口。膨胀装置50的出口通过制冷剂管线16连接到设置在展示柜100内的蒸发器40的入口41。蒸发器40的出口43通过制冷剂管线18反向连接到压缩机20的吸入或低压侧，制冷剂管线18通常称为吸入管线。

冷却商品柜100通常称作展示柜，包括一个立式、前部开口的保温箱110，限定商品展示区域125。蒸发器40是一种散热片管式热交换器盘管，设置在冷却商品柜100的隔室120中，在本实施例中，隔室120在商品展示区域125下方并与其分离。然而如果期望，隔室120可以设置在商品展示区域的上方或后方。如果在通常情况下，设置在隔室120内的空气循环装置70，使空气通过形成在保温箱110的壁内的气流通道112、114和116循环到商品展示区域125，以将储存在商品展示区域125内的隔架130上的商品保持在期望的温度。一部分冷却空气穿出气流通道116，通常向下穿过展示区域125的前面，从而在冷却商品展示区域125与展示柜100附近的商店区域内的环境温度之间形成一个气帘。

膨胀装置50通常接近于蒸发器40而设置在展示柜100中，但是也可以安装在制冷管线14的任何位置上，用于计量到蒸发器40的液态制冷剂的合适数量。如在通常情况下，当液态制冷剂尽可能满并且液态制冷剂不从蒸发器流到吸入管线18时，蒸发器40最为有效的工作。虽然可以使用任何特定形式的通用膨胀装置，但是膨胀装置50更为优选的包括一个具有热敏元件的恒温膨胀阀(TXV)52，例如一个感应线圈54，其与蒸发器40的出口44的吸入管线18下游热接触的安装。感应线圈54通过一条通用毛细管线56反向连接到恒温膨胀阀52。

蒸发器压力控制装置60可以包括一个步进电机控制的吸入压力调节器或任何通用蒸发器压力调节阀(缩写为EPRV)，通过调节通过吸入管线18而离开蒸发器的制冷剂流量来运行蒸发器压力控制装置60，从而将蒸发器内的压力维持在预选的期望运行压力下。通过将蒸发器的运行压力保持在所述期望压力下，在蒸发器40中从液体到蒸汽膨胀的制冷剂温度将保持在与通过蒸发器的特定制冷剂相关的一个特定温度下。

现在参照图3和4，冷却中温商品柜100的前部开口的保温箱110限定了一个具有多个展示隔架130的商品展示区域125。蒸发器40和多个例如轴流风扇70的空气循环装置共同设置在商品柜100的隔室120中，在气流循环回路中隔室120通过流量管112、114和116与商品展示区域相连，流量管112、114和116设置在保温箱110的壁内。根据本发明的一个方面，蒸发器40包括一个相对高压力降的散热片管式热交换器盘管42，与通常用于常规中温展示柜中的相对低散热片密度的散热片管式热交换器盘管相比，散热片管式热交换器盘管42具有相对高的散热片密度，即每英寸散热管46至少5片散热片44的散热片密度。由于相对高的散热片密度，由穿过蒸发器盘管的循环空气所受到的压力降显著高于在相同流量条件下由穿过一个常用低散热片密度的散热片管式热交换器盘管的循环空气所受到的压力降，一般大大约2到8倍。通过高散热片密度的热交换器盘管所增加的流阻导致通过蒸发器的一个更为一致的空气流量分布。更优选的是，高效蒸发器40的相对高密度的散热片管式热交换器盘管42具有在每英寸6到15片范围内的散热片密度。与常用低散热片密度的蒸发器操作时制冷剂温度与蒸发器出口气温的温度差相比，相对高散热片密度的热交换器盘管42能够工作在显著较低的温度差情况下。

在本发明的另一方面中，优于一般用于现有技术中的商业制冷商品柜中的标准平板散热片，散热片44可以具有一个增强型面。优选的，散热片44可以包括波纹板，设置有垂直于穿过散热片管式热交换器盘管42的气流方向延伸的板波纹。使用增强构造的散热片不仅增加了在盘管与空气之间的热交换，而且增加了通过热交换器盘管42的压力降，从而进一步改善了穿过蒸发器的气流分布的一致性。

根据本发明的又一方面，减小了相邻风扇70之间的间距，以沿高效蒸发器40的长度上设置更多的风扇70。增加风扇的数量进一步改进了沿蒸发器长度上的气流分布的一致性。更优选的，在相邻风扇70间的间距减小到2英尺或更小。例如，根据本发明的这一方面，如图4中极好的示出的，在12英尺长的实施例中，与在常用制冷商品柜中以4英尺间距间隔的3台风扇相对，本发明的制冷商品柜100将具有以2英尺间距间隔开的6台风扇。和蒸发器40的相对高散热片密度盘管相关而增加的流阻与增加的大量风扇一起作用，生成了穿过蒸发器出口的一个明显更为均匀的速度曲线，导致形成了特性上与本发明的高效蒸发器40相关的基本一致的蒸发器出口温度分布。

轴流风扇的叶片斜度可以从常规的35度倾角减少到在25到30度范围内的倾角。此外，优选增加风扇电动机的功率。例如，在一个12英尺蒸发器的装配中，根据本发明的教导，可以使用六个具有27度叶片倾角的16瓦特的风扇，代替三个具有35度叶片倾角的9瓦特的风扇。

现在参照图5，曲线A表示根据本发明离开一个单元的蒸发器的标准气流速度曲线，所述单元配备有一个高散热片密度的蒸发器40以及多个横向间隔的轴流风扇70，多个风扇70沿着蒸发器的长度方向以2英尺间距间隔。曲线B表示低散热片密度的蒸发器的通用现有技术设置的标准蒸发器出口气流速度特征曲线，所述设置具有与此相关的多个横向间隔的轴流风扇，那些风扇以大于2英尺的3英尺间距间隔。如曲线B所示，在这种通用设置中，气流速度基本沿着蒸发器的长度改变。峰值速度直接出现在轴流风扇的下游，最小速度出现在每对相邻轴流风扇的中间以及蒸发器的横向末端。由于具有根据本发明的高压力降的蒸发器和较多的更为紧密间隔的风扇，在蒸发器的出口获得了明显更为一致的气流速度曲线，如曲线A所示。

在如图3和4所示的本发明的冷却商品柜100的实施例中，高效蒸发器40和增加了数量的更为紧密间隔的风扇70设置成吸引流动配置。即，风扇70设置在相对于蒸发器气流的下游。如此布置，风扇70将循环空气吸引通过蒸发器40，导致与在常用强制流动装置中相比获得了更为一致的、在沿蒸发器40的长度上的出口气流的局部速度分布。然而，应当理解，高压力降蒸发器40和风扇装置70也适用于如图2所示的强制吸引装置中的蒸发器和风扇。

由于每种特定的制冷剂具有其自身的特征温度-压力曲线，所以通过将EPRV 60根据所使用的制冷剂设定到一个预定的最小压力设定点，能够提供蒸发器40的无霜工作。在这种情况下，蒸发器40内的制冷剂温度可以有效的维持在一个温度点上，在此温度点处蒸发器40与制冷空间内的潮湿空气接触的所有外表面在结霜温度之上。然而，由于结构障碍或在蒸发器盘管上的气流分布不均匀，盘管上的一些区域处于结霜条件下，导致开始结霜。

优选的，可以设置控制器90以调节EPRV 60工作的设定点压力。控制器90接收来自至少一个传感器的信号来感应蒸发器40的一个指示温度的操作参数，所述传感器是可操作的与蒸发器40相关联的，在所述温度处制冷剂在蒸发器40中沸腾。所述传感器可以包括一个压力转换器92，压力转换器92安装在蒸发器40附近的吸入管线18上的出口43，并可操作的感应蒸发器出口压力。来自压力转换器92的信号91为所使用的给定制冷剂指示在蒸发器40内的制冷剂操作压力，并因此指示在蒸发器40中制冷剂沸腾时的温度。可选择的，所述传感器可以包括一个温度传感器94，温度传感器94安装在蒸发器40的盘管上，并可操作的感应蒸发器盘管的外表面的工作温度。来自压力传感器94的信号93指示蒸发器盘管的外表面的工作温度，并因此也指示在蒸发器40中制冷剂沸腾时的温度。优选的，压力转换器92和温度传感器94都可安装有输入信号，控制器90从两个传感器中接收所述输入信号，从而当一个传感器失去作用时提供安全性能。

控制器90确定实际制冷剂沸腾温度，在此温度下，蒸发器根据输入信号或从传感器92和/和传感器94接收的信号进行工作。在将所确定的实际制冷剂沸腾温度与用于制冷剂沸腾温度的期望工作范围进行比较之后，若必要的话，控制器90可调整EPRV 60的设定点压力以保持制冷剂沸腾温度，此时，蒸发器40工作在期望的温度范围内。

制冷商品柜系统10可以根据2000年8月31日提交的一般指定、共同未决美国专利申请序列号09/652353中详细描述的具体优选的操作方法进行操作。根据这种操作方法，控制器90执行可选择的将EPRV 60的设定点压力在第一时间周期调节到第一设定点压力，在第二时间周期调节到第二设定点压力，以在两个设定点压力之间连续的循环EPRV 60。第一设定点压力选择在所用制冷剂的压力范围内，在饱和状态时等同于在24华氏度到32华氏度的范围内的制冷剂温度。第二设定点压力选择在所用制冷剂的压力范围内，在饱和状态时等同于在31华氏度到38华氏度的范围内的制冷剂温度。因此，在中温展示柜100的蒸发器40中的制冷剂沸腾温度通常维持在一个冷冻程度，在第一时段的24华氏度到32华氏度的范围内的第一温度与在第二时段的31华氏度到38华氏度的范围内的第二温度之间循环。在这种操作循环模式中，蒸发器40以一种制冷模式连续工作，在处于较冷制冷剂沸腾温度的第一操作循环时段中可能发生局部结霜，任何不期望的局部结霜在处于较热制冷剂沸腾温度的第二操作循环时段中周期性的消除。一般的，优选的将在一个工作循环的第二时段期间的蒸发器内的制冷剂沸腾温度保持在高于在该工作循环的第一时段期间的蒸发器内的制冷剂沸腾温度大约2到大约12华氏度。

虽然工作循环的第一和第二时段的各自持续时间将根据展示柜进行改变，但是通常第一时段在持续时间上基本超过第二时段。例如，在相对低的制冷剂沸腾温度下工作的一般的第一时段通常延续大约两小时到几天，而在相对高的制冷剂沸腾温度下工作的一般的第二时段通常延续大约十五到四十分钟。然而在不脱离本发明的精神和范围的情况下，制冷系统的操作器可以有选择地或独立地将控制器90编程为任何期望的第一时段持续时间和任何期望的第二时段持续时间。

在从以相对低的制冷剂沸腾温度操作到以相对高的制冷剂沸腾温度继续制冷操作的转换中，可以优选的短暂的将稳态工作维持在大约31到大约32华氏度的中间温度。在该中间温度工作的时段通常延续少于十分钟，并且一般是大约四到八分钟。这样一种中间稳态阶段可能是期望的，例如在单压缩机制冷系统中，作为一种避免过多压缩机循环的手段。在随后从以相对高的制冷剂沸腾温度操作返回到相对低的制冷剂沸腾温度操作中，没有设置中间稳态阶段。

虽然仅示出并描述的本发明的一个优选实施例，但是本领域技术人员能够进行其他的改变。因此意味着本发明的范围不仅由所附权利要求的范围所限定。

Claims (5)

1、一种制冷商品柜系统，包括：

保温箱，限定商品展示区域，并具有与商品展示区域隔开的隔室；

空气循环回路，将所述商品展示区域与所述隔室气流连通地连接；

相对高压力降的蒸发器，设置在所述隔室中，所述蒸发器具有散热片管式热交换器，散热片管式热交换器具有在每英寸6片到每英寸15片范围内的散热片密度；所述散热片具有增强的热传输结构，以及

多个空气循环风扇，设置在所述隔室中，与所述蒸发器协同关联。

2、如权利要求1所述的制冷商品柜系统，其特征在于，所述蒸发器和所述多个风扇设置成吸引流动配置，借此风扇将循环空气吸引通过蒸发器。

3、如权利要求1所述的制冷商品柜系统，其特征在于，所述风扇沿着所述蒸发器以大约2英尺的间距以隔开关系设置。

4、如权利要求1所述的制冷商品柜系统，其特征在于，所述散热片为非平面构造。

5、如权利要求4所述的制冷商品柜系统，其特征在于，所述蒸发器的散热片具有波纹板状构造。

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