ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к теплообменнику. Более конкретно, настоящее изобретение относится к теплообменнику для охлаждения жидкости. Настоящее изобретение также относится к системе охлаждения, содержащей указанный теплообменник, при этом указанный теплообменник обладает функцией испарителя.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Охладитель жидкости обычно используют для охлаждения жидкости, такой как вода, жидкости, предназначенной для потребления, такой как лимонад или пиво, или другой жидкости. Такие охладители жидкости широко применяются в промышленности, бытовой технике, питейных заведениях, ресторанах, например в ресторанах быстрого питания, предприятиях общественного питания, и т.д. Жидкость, охлажденная в охладителе жидкости, часто должна быть разлита, например, в стеклянную тару. В этом виде индустрии известно использование охладителей жидкости, содержащих охлаждающий сосуд, содержащий трубку с холодильным агентом, которой проходит через внутренности охлаждающего сосуда. В этом случае, жидкость, которую предполагается охлаждать, такая как вода, может находиться внутри сосуда с холодильным агентом; а указанный холодильный агент, который протекает через указанную трубку, может охлаждать эту воду. Указанная жидкость, предназначенная для потребления, может подаваться через другую трубку, погруженную в охлажденную воду. Однако обычно габаритные размеры охладителей жидкости такого типа являются достаточно большими и поэтому занимают большой объем пространства заведения, в котором они используются. Другим недостатком таких охладителей жидкости является то, что они являются энергетически неэффективными.
В общем, в холодильных установках обычно используют теплообменники. Однако существует потребность в теплообменниках с улучшенными свойствами.
В документе GP 1247580 раскрыта холодильная система, содержащая компрессор, конденсатор, трубопровод для жидкости и агрегат охлаждения, при этом этот агрегат охлаждения содержит кольцевую камеру для холодильного агента, содержащую холодильный агент.
В документе DE 102012204057 также раскрыт теплообменник, содержащий полость, заполненную холодильным агентом, выходящим из испарителя для регулировки температуры холодильного агента перед направлением его в конденсатор.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одним из аспектов настоящего изобретения является предоставление компактного теплообменника, который является эффективным и/или который нуждается в небольшом количестве холодильного агента.
Одним из аспектов настоящего изобретения является предоставление теплообменника, содержащего:
сосуд для холодильного агента, при этом указанный сосуд имеет внутреннюю камеру, ограниченную поверхностью стенок сосуда, а также содержит впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанную внутреннюю камеру и из нее;
по меньшей мере одну трубку, у которой по меньшей мере одна часть трубки находится внутри указанного сосуда, при этом первый конец указанной части трубки закреплен в первом отверстии указанного сосуда, а второй конец указанной части трубки закреплен во втором отверстии указанного сосуда с возможностью перетекания жидкости в указанную часть трубки и/или из нее через указанное первое отверстие и указанное второе отверстие, при этом упомянутая по меньшей мере одна часть трубки имеет средний диаметр;
при этом указанная камера имеет пространство для холодильного агента, где упомянутое пространство имеет некоторый объем,
при этом по меньшей мере одна часть трубки имеет внешнюю поверхность, контактирующую с пространством для указанной жидкости, где упомянутая поверхность имеет некоторую площадь;
при этом указанный объем, деленный на произведение указанной площади и указанного среднего диаметра, меньше или равен 0,15. Это может быть эквивалентно утверждению о том, что упомянутый объем, который может быть заполнен холодильным агентом, равен или меньше 0,6 объема, образуемого упомянутой частью трубки.
Этот теплообменник может иметь относительно высокую производительность теплообмена, при этом значительно сниженное количество холодильного агента, который требуется, например, в системе охлаждения. Указанная по меньшей мере одна часть трубки внутри указанной камеры может содержать множество соседних сегментов трубки. Соседние сегменты трубки могут быть определены как сегменты трубки с обращенными наружу поверхностями.
Предпочтительно, указанный объем, деленный на произведение указанной площади и указанного среднего диаметра, меньше или равен 0,1. Более предпочтительно, указанный объем, деленный на произведение указанной площади и указанного среднего диаметра, меньше или равен 0,08. Это также помогает снизить количество холодильного агента и/или повысить производительность охлаждения.
Указанная по меньшей мере одна часть трубки внутри указанной камеры может содержать множество соседних сегментов трубки, при этом соседние сегменты трубки размещены по отношению друг к другу с промежутком между парой соседних сегментов трубки самое большее 2 миллиметра, предпочтительно самое большее 1 миллиметр, предпочтительно самое большее 0,5 миллиметра. Это помогает снизить количество холодильного агента и/или еще больше повысить эффективность охлаждения.
Указанная по меньшей мере одна часть трубки внутри указанной камеры может содержать множество соседних сегментов трубки, при этом соседние сегменты трубки образуют гексагональное заполнение в поперечном сечении указанной камеры. Гексагональное заполнение является подходящей структурой для получения компактного теплообменника. В качестве альтернативы, соседние сегменты трубки могут быть размещены в форме прямоугольной сетки или в другой приемлемой форме.
Указанное множество соседних сегментов трубки гексагонального заполнения могут быть расположены рядами, при этом каждый ряд состоит из некоторого количества витков, при этом указанное количество витков в любом одном ряду отличается по отношению к каждому соседнему ряду на один виток, при этом при рассмотрении последующих рядов, количество витков является либо монотонно увеличивающимся или уменьшающимся, или сначала увеличивается, а затем уменьшается. Это обеспечивает компактную схему размещения сегментов трубки.
По меньшей мере одна часть трубки может быть выполнена с множеством витков вдоль части стенки упомянутой стенки сосуда и вокруг участка, внешнего по отношению к камере. Это может обеспечивать получение камеры с малым объемом, при этом нет необходимости в том, чтобы у указанной трубки были резкие повороты. Упомянутый внешний участок может образовывать углубление, при этом указанное углубление находится в указанной камере и ограничено упомянутой частью стенки указанной стенки сосуда.
Указанная камера может иметь форму тороида. Указанный тороид может быть в форме, например, шестиугольника или прямоугольника. Указанный шестиугольник или прямоугольник может иметь сглаженные углы, следуя контуру указанной трубки.
В более широком смысле, общая форма указанной камеры может принимать форму сопряженной, ориентированной поверхности рода 0, 1, 2, …, где род = 1 определяет тороид. Указанный род сопряженной, ориентированной поверхности является целым числом, представляющим максимальное количество отрезков вдоль непересекающихся замкнутых простых кривых без визуализации образующегося многообразия. Однако, хотя форма тороида является предпочтительной, настоящее изобретение не ограничено конкретным типом поверхности.
Расстояние между центральной осью трубки в двух соседних витках, умноженное на половину квадратного корня из трех, может быть меньше внешнего диаметра указанной трубки. Это определяет компактную гексагональную упаковку.
Расстояние от поверхности указанной стенки сосуда до окружности первого сегмента по меньшей мере одной части трубки, прилегающей к указанной поверхности, может быть по существу равно расстоянию между этой окружностью и окружностью второго сегмента по меньшей мере одной части трубки, прилегающей к первому сегменту.
Пространство для указанной жидкости может содержать пропан в качестве холодильного агента. Компактная конструкция означает, что требуется лишь небольшое количество пропана. Таким образом, предлагаемый теплообменник способен соответствовать серьезным экологическим требованиям и/или правилам безопасности.
Указанный сосуд может дополнительно содержать корпус, а стенка сосуда может быть заключена в корпус, при этом корпус выполнен с возможностью усиления стенки сосуда с учетом разности давлений между указанной камерой и окружающей средой теплообменника. Указанный корпус может быть корпусом тороида.
Указанный теплообменник может быть частью системы, дополнительно содержащей компрессор, конденсатор и расширительный клапан, в котором компрессор, конденсатор, расширительный клапан и теплообменник являются сообщающимися для перетекания текучей среды, причем впускной патрубок соединен с расширительным клапаном с возможностью перетекания текучей среды, а выпускной патрубок соединен с компрессором с возможностью перетекания текучей среды.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ охлаждения жидкости. Указанный способ включает:
обеспечение компрессора, конденсатора, расширительного клапана и испарителя, соединенных с возможностью перетекания текучей среды, с образованием контура охлаждения, при этом указанный испаритель содержит теплообменник, а теплообменник содержит сосуд с камерой, ограниченной поверхностью стенки сосуда, при этом указанный сосуд содержит впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанную камеру и из нее, при этом обеспечение компрессора, конденсатора, расширительного клапана и испарителя, соединенных с возможностью перетекания текучей среды, включает соединение впускного патрубка указанного сосуда с расширительным клапаном с возможностью перетекания текучей среды и соединение выпускного патрубка указанного сосуда с компрессором с возможностью перетекания текучей среды;
обеспечение по меньшей мере одной трубки, у которой по меньшей мере одна часть трубки находится внутри указанной камеры, при этом первый конец этой части трубки закреплен в первом отверстии указанного сосуда, а второй конец этой части трубки закреплен во втором отверстии указанного сосуда с возможностью перетекания жидкости в указанную часть трубки и/или из нее через указанное первое отверстие и указанное второе отверстие, при этом упомянутая по меньшей мере одна часть трубки имеет средний диаметр;
обеспечение указанной камеры с пространством для жидкости, где упомянутое пространство имеет некоторый объем, при этом по меньшей мере одна часть трубки имеет внешнюю поверхность, контактирующую с пространством для указанной жидкости, где упомянутая поверхность имеет некоторую площадь;
при этом указанный объем, деленный на произведение указанной площади и указанного среднего диаметра, меньше или равен 0,15;
при этом указанный способ дополнительно включает:
функционирование компрессора для циркуляции холодильного агента через контур охлаждения, включающий пространство для указанной жидкости, и обеспечения дальнейшего потока жидкости через указанную часть трубки.
Специалист в данной области поймет, что описанные выше признаки могут быть скомбинированы любым способом, который считается полезным. Кроме того, модификации и вариации, описанные в отношении теплообменника или системы охлаждения, также могут быть применены к способу, а модификации и вариации, описанные в отношении способа, могут также применяться к теплообменнику или системе охлаждения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем аспекты настоящего изобретения будут описаны с помощью примеров со ссылкой на чертежи. Чертежи выполнены схематически для иллюстративных целей, и могут быть не вычерчены в масштабе.
На Фиг. 1 показана система охлаждения.
На Фиг. 2 показан вид теплообменника в перспективе.
На Фиг. 3 показан частично раскрытый вид теплообменника.
На Фиг. 4 показан поперечное сечение части теплообменника.
На Фиг. 5 показан вид теплообменника сверху.
На Фиг. 6 показан вид теплообменника сбоку.
На Фиг. 7 показана альтернативная система охлаждения с частично раскрытым видом теплообменника.
На Фиг. 8 показана альтернативная система охлаждения с видом теплообменника сверху.
На Фиг. 9 показано поперечное сечение части теплообменника.
На Фиг. 10 показано поперечное сечение еще одного теплообменника.
На Фиг. 11 показана блок-схема способа охлаждения жидкости.
На Фиг. 12 показано поперечное сечение второго примера теплообменника.
На Фиг. 13 показан вид второго примера теплообменника в перспективе.
На Фиг. 14 показано поперечное сечение третьего примера теплообменника.
На Фиг. 15 показан вид третьего примера теплообменника в перспективе.
На Фиг. 16 показан частично раскрытый вид третьего примера теплообменника в перспективе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее примеры реализации настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылкой на чертежи. Однако следует понимать, что описанные здесь детали представлены только в качестве примеров, которые помогают понять настоящее изобретение и не ограничивают объем раскрытия. Специалист в данной области сможет найти альтернативные варианты осуществления, которые входят в объем и соответствуют духу настоящего изобретения, определенный прилагаемой формулой изобретения и их эквивалентами.
На Фиг. 1 показана диаграмма системы охлаждения, обеспечивающей циркуляцию холодильного агента в контуре охлаждения. Указанная система охлаждения содержит компрессор 1, конденсатор 2, клапан 3, расширительное устройство 4, и испаритель 14. Испаритель показан в поперечном сечении. Сечение соответствует поперечному сечению 303 на Фиг. 3. Указанные компоненты 1, 2, 3, 4, 14 соединены с возможностью перетекания текучей среды с образованием контура охлаждения. В технике известно множество различных вариантов исполнения компрессора, конденсатора, клапана, расширительного устройства и испарителя. Например, клапан 3 и расширительное устройство 4 могут быть объединены с помощью расширительного клапана. Некоторые аспекты настоящего изобретения относятся к испарителю 5, который может быть включен в такой контур охлаждения системы охлаждения. В дальнейшем испаритель 14 будет описан более подробно. Следует отметить, что на Фиг. 1, 7, 8, компрессор 1, конденсатор 2, клапан 3 и расширительное устройство 4 нарисованы в виде символов, чтобы указать, что может быть использовано любое подходящее устройство, тогда как испаритель 14 был нарисован более подробно, чтобы проиллюстрировать аспекты некоторых вариантов осуществления испарителя 14.
Как показано на Фиг. 1, испаритель 14 содержит сосуд 5, который содержит камеру 302, а указанная камера 302 содержит трубки 10, 301.
На Фиг. 2 показан вид сосуда 5, 201 в перспективе, который может выполнять роль испарителя 14 в контуре охлаждения. В этом примере указанный сосуд имеет тороидальную форму. Проиллюстрированный тороид представляет собой тороид, созданный путем вращения планарного шестиугольника 401 (см. Фиг. 4) вокруг оси (свободно нарисованный под номером 202), внешней по отношению к этому шестиугольнику 401, при этом ось является параллельной плоскости шестиугольника 401 и не пересекает указанный шестиугольник. Понятно, что шестиугольник может быть заменен другими формами. Указанный шестиугольник 401 проиллюстрирован на Фиг. 4. Как показано на Фиг. 4, шестиугольник может иметь сглаженные углы. Скругление угла шестиугольника 401 может следовать контуру части трубки 402.
На Фиг. 2 и на Фиг. 3 показана часть трубки 8, соединенная с одним концом части трубки 10, чтобы обеспечить текучей среде возможность прохождения через часть трубки 8 в часть трубки 10. Также показана часть трубки 9, которая соединена с другим концом трубки 10, чтобы обеспечить текучей среде возможность прохождения через часть трубки 10 в часть трубки 9. Следует отметить, что направление потока жидкости может быть обращено таким образом, так что жидкость будет течь из части трубки 9 в часть трубки 10, а затем в часть трубки 8.
На Фиг. 3 показан частично обработанный открытый чертеж того же сосуда 5, 201, который показан на Фиг. 1 и 2. Указанная камера 302 показанного сосуда 5, 201 имеет форму тороида, как описано выше. На указанном чертеже показано, что в указанную камеру 302 указанного сосуда 5, 201 плотно упакована трубка 301. Трубка 301 намотана внутри указанной камеры 302 вокруг вышеупомянутой оси 202 и, таким образом, вокруг углубления, заключенного в упомянутой камере, при этом углубление образует область, внешнюю по отношению к упомянутой камере.
На Фиг. 4 снова показано поперечное сечение, соответствующее участку 303 указанного сосуда 5, показанного на Фиг. 1, 2, и 3. Следует отметить, что трубки 12 и 11 для транспортировки холодильного агента для простоты не были нарисованы на Фиг. 2, 3, и 4. Как видно из указанного чертежа, в указанную камеру 302 теплообменника плотно упакованы витки 404 трубки. Эти витки могут принадлежать одной и той же трубке. В качестве альтернативы, множество трубок может находиться внутри указанной камеры 302, и каждый изгиб принадлежит одной из этих трубок.
В конкретном примере размеры места расположения указанной камеры 302 и витков трубки 404 являются следующими. Трубка или трубки могут иметь внутренний диаметр 7 мм, наружный диаметр 8 мм, толщину стенки 0,5 мм. Расстояние между любыми двумя соседними витками трубки, измеренное от центральной оси до центральной оси трубки, может составлять 8,5 мм. Расстояние от трубки до стенки сосуда может составлять 0,5 мм. Количество витков может составлять 27.
На Фиг. 5 показан вид указанной камеры сверху, в котором витки не показаны. На Фиг. 6 показан вид указанной камеры сбоку. Пример размеров указанной камеры следующий. Наименьший диаметр 501 указанной камеры может составлять 292,65 мм, а наибольший диаметр 502 указанной камеры может составлять 407,35 мм. Указанное измерение может выполняться с точностью ±1 мм. Высота 601 указанной камеры может составлять 52 мм.
Возвращаясь к Фиг. 1, цифрами 8 и 9 схематично обозначено то, что трубка входит и выходит из указанной камеры 302 через два отверстия в стенке сосуда. Трубка может проходить через отверстие так, что никакой холодильный агент не может втекать в указанную камеру или вытекать из нее через указанное отверстие, и никакие жидкости извне не могут войти через отверстие в камеру. Кроме того, стенка сосуда имеет впускной патрубок 6 и выпускной патрубок 7, соединенный с системой трубок 11, 12, для транспортировки холодильного агента от расширительного устройства в указанную камеру 302 и из указанной камеры 302 в компрессор 1. Впускной патрубок 6 расположен в нижней части указанной камеры 302, или по меньшей мере ниже уровня жидкого холодильного агента внутри камеры. Однако, впускной патрубок 6 также может быть расположен над уровнем жидкого холодильного агента в других вариантах осуществления. Выпускной патрубок 7 расположен в верхней части указанной камеры 302, или по крайней мере выше уровня жидкого холодильного агента внутри камеры. Таким образом, никакой жидкий холодильный агент не может попасть в компрессор.
Как уже объяснялось, указанный сосуд может быть использован в контуре охлаждения системы охлаждения. Сосуд в этом состоянии содержит в камере холодильный агент, циркулирующий через контур охлаждения. Некоторые холодильные агенты находятся в жидком состоянии, другие - в парообразном состоянии. Сосуд содержит камеру, ограниченную поверхностью стенки сосуда, при этом сосуд содержит впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в камеру и из нее. Впускной патрубок может быть расположен где угодно; выпускной патрубок расположен предпочтительно выше уровня жидкого холодильного агента в определенных вариантах осуществления. При этом обеспечивается по меньшей мере одна трубка, через которую протекает охлаждаемая жидкость. По меньшей мере одна часть трубки находится внутри камеры, при этом первый конец части трубки закреплен в первом отверстии указанного сосуда, а второй конец части трубки закреплен во втором отверстии указанного сосуда с возможностью перетекания жидкости в указанную часть трубки и/или из нее через указанное первое отверстие и указанное второе отверстие. Например, трубка проходит через первое отверстие и/или второе отверстие. Первое отверстие и второе отверстие может быть отверстием в стенке сосуда и/или отверстием в корпусе тороида, который может включать в себя стенку сосуда, как объяснено ниже. В примере, показанном на Фиг. 2 и 3, в указанной камере теплообменника присутствует отверстие 201. Часть трубки внутри сосуда выполнена с множеством витков вдоль части стенки упомянутой стенки сосуда, при этом часть стенки определяет упомянутое отверстие. Отверстие 201 проходит полностью через сосуд 5 и определяется частью стенки сосуда, так что жидкости не просачиваются через отверстие. Витки расположены в гексагональном заполнении и образуют пучок с пространством между каждой парой соседних витков. Такое гексагональное заполнение может быть наилучшим образом объяснено со ссылкой на, например, Фиг. 4, где показано поперечное сечение указанного сосуда с одной стороны отверстия, указанного на Фиг. 3 под номером 303. Иными словами, в поперечном сечении перпендикулярно центральной оси витков трубки или сегментов трубки, указанные трубки расположены в виде гексагональной сетки. Трубки могут быть прикреплены друг к другу, чтобы удерживаться на месте.
Поверхность 403 указанной стенки сосуда имеет пространство между стенкой сосуда и всеми витками 402, которые находятся снаружи пучка. Витки, которые находятся снаружи пучка, - это те витки, которые окружены менее чем шестью соседними витками. Например, обмотка 405 окружена шестью соседними витками 406-411 и не находится снаружи пучка. Обмотка 412 окружена тремя соседними витками 406, 413, 414, а обмотка 414 окружена четырьмя смежными витками 412, 406, 407, 415.
В примере, показанном на Фиг. 4, гексагонально размещенные витки расположены рядами, например, 416, 417, 418 и т.д., каждый ряд 418 состоит из некоторого количества витков 414, 407, 408 и т.д., где количество витков в любом одном ряду 417 отличается по отношению к каждому смежному ряду 416 или 418 одним витком. При рассмотрении, в свою очередь, последовательных рядов 416, 417, 418 и т.д., количество витков сначала увеличивается от трех витков до шести витков, а затем уменьшается до четырех витков.
В альтернативном варианте осуществления, количество витков в каждом ряду монотонно увеличивается или монотонно уменьшается. Например, количество витков в ряду может увеличиваться, например, от трех (нижний ряд) до семи (верхний ряд). В другом примере количество витков в ряду может уменьшаться, например, от семи (нижний ряд) до трех (верхний ряд). Ряды в гексагональном заполнении могут быть идентифицированы в трех разных направлениях, а увеличение/уменьшение количества витков в каждом ряду относится к, по меньшей мере, одному из этих направлений.
Возвращаясь к Фиг. 4, принцип увеличения числа витков в каждой строке является одинаковым для всех трех направлений, в которых эти ряды могут быть идентифицированы. Это свойство также помогает получить указанную камеру маленького размера.
Указанная камера 302 и поверхность указанной стенки сосуда 403 имеет форму тороида, образованного шестиугольником. Этот шестиугольник имеет сглаженные углы, следуя контуру трубки 402, 412. Когда количество витков в каждом ряду монотонно, форма указанной камеры и поверхности является формой тороида, образованного прямоугольником, необязательно со сглаженными углами.
Расстояние между центральной осью трубки в двух соседних витках 410, 411, умноженное на половину квадратного корня из трех, меньше, чем наружный диаметр трубки (обозначенный как d на Фиг. 9). Со ссылкой на Фиг. 9, расстояние между центральной осью трубки в двух смежных витков равно сумме пространства (обозначенного как s на Фиг. 9) между парой соседних сегментов трубки и наружным диаметром (обозначенным как d на Фиг. 9 ) части трубки. В конкретном примере расстояние между центральной осью трубки двух смежных витков составляет 8,5 мм, внутренний диаметр трубки составляет 7 мм, а внешний диаметр трубки составляет 8 мм. В этом примере расстояние между рядами 416, 417, 418 составляет 7,4 мм, которое меньше расстояния 8,5 мм между центральными осями смежных витков, что делает конструкцию компактной.
Расстояние от внутренней поверхности 401 до окружности 402 первой части трубки, прилегающей к внутренней поверхности 401, может быть примерно равно расстоянию между этой окружностью и окружностью 419 второй части обмотки трубки, смежной с первой частью трубки.
В теплообменнике по п. 1, в котором трубка имеет внутренний диаметр 7 мм, расстояние между контурами каждой пары соседних витков составляет от 0,2 до 0,8 мм.
В зависимости от других параметров, размеров теплообменника, указанный теплообменник может использоваться в сочетании с различными холодильными агентами, в том числе фреоном. В конкретном примере, указанная камера содержит пропан в качестве холодильного агента. Описанные выше размеры хорошо подходят для системы охлаждения на основе пропана в качестве холодильного агента.
На Фиг. 7 проиллюстрирована альтернативная конфигурация. Поскольку большинство аспектов на Фиг. 7 аналогичны конфигурации на Фиг. 1, их подробное описание здесь будет опущено. Конфигурация, показанная на Фиг. 7 отличается от конфигурации, показанной на Фиг. 1 тем, что впускной патрубок 706 указанной камеры 302 расположен в верхней боковой части камеры.
На Фиг. 8 показан вид сверху теплообменника, показанного на Фиг. 7. Показано, что впускной патрубок 706 указанной камеры 302 и выпускной патрубок 7 указанной камеры 302 расположены на противоположных сторонах относительно оси 202. В более широком смысле может оказаться целесообразным размещение впускного патрубка 706 и выпускного патрубка 7 достаточно далеко друг от друга, что можно избежать того, что холодильный агент, который недавно прибыл через впускной патрубок 706, сразу же высасывается через выпускной патрубок 7. Такая конфигурация является полезной, когда и впускной патрубок и выпускной патрубок расположены выше уровня жидкого холодильного агента.
3
3
3
Например, длина части трубки внутри указанного сосуда находится в диапазоне от 25 метров до 35 метров. Указанный объем указанной камеры минус объем, занятый по меньшей мере одной частью трубки, может составлять, например, от 700 мм и 800 мм, например 730 мм. Эти размеры могут сделать трубку особенно пригодной в качестве охладителя для пивного крана.
На Фиг. 10 показан еще один вариант теплообменника. Опять же, показано только поперечное сечение части теплообменника, аналогичной части, обозначенной как 303 на Фиг. 3. Поверхность 1004 указанной стенки сосуда 1001, который определяет указанную камеру 1005, представляет собой закрытую поверхность, а корпус 1003 в форме тороида включает в себя стенку сосуда 1001. Необязательно, наполняющий материал 1002 заполняет любое пространство между стенкой сосуда 1001 и корпусом тороида 1003. В качестве альтернативы, между стенкой сосуда 1001 и корпусом 1003 в форме тороида отсутствует какое-либо пространство или существует лишь небольшое пространство. Корпус 1003 тороида имеет форму тороида, например, торообразную. Стенка сосуда/камера также может иметь форму тороида, но, например, тороида, образованного шестиугольником (как на чертеже) или прямоугольником. Из-за более прочной конструкции тороида 1003 и наполнителя 1002 стенка сосуда 1001 не должна быть настолько прочной, чтобы поглощать разность давлений между камерой 1005 и окружающей средой теплообменника.
На Фиг. 12 и на Фиг. 13 показан другой вариант осуществления сосуд 1201 в форме тороида с трубками 1202. На Фиг. 12 показано поперечное сечение, указанное на Фиг. 13 под номером 1203. Витки трубки выполнены в виде прямоугольной сетки, и форма самого сосуда представляет собой тороид, создаваемый поворотом прямоугольной формы. Впускные патрубки и выпускные патрубки для простоты опущены на чертеже. Эти впускные патрубки и выпускные патрубки могут быть аналогичны вариантам осуществления, показанным на Фиг. с 1 по 10.
На Фиг. 14, на Фиг. 15 и на Фиг. 16 показан другой вариант осуществления кубического сосуда 1401 с трубками 1402. На Фиг. 15 показан вид в перспективе. На Фиг. 16 показан частично открытый вид в перспективе. На Фиг. 14 показано поперечное сечение, указанное на Фиг. 15 под номером 1403. Несколько сегментов трубки 1605 соединены посредством U-части 1604. Сегменты трубки 1605 расположены в прямоугольной сетке (квадратная черепица), как показано в поперечном сечении на Фиг. 14. Трубка имеет часть трубки 1402 внутри указанной камеры 1410, при этом указанная трубка выходит из указанной камеры в участках 1508 и 1509. Следует отметить, что в альтернативном варианте осуществления с использованием U-части аналогичным образом, сегменты трубки 1605 могут быть размещены в гексагональном заполнении вместо квадратной черепицы. Впускной патрубок 6 и выпускной патрубок 7 для холодильного агента не были нарисованы. Они могут быть расположены в разных местах, как описано выше в отношении Фиг. от 1 до 10. Например, впускной патрубок для холодильного агента может быть расположен в нижней части указанного сосуда 1401, а выпускной патрубок для холодильного агента может быть расположен в верхней части указанного сосуда 1401. Однако другие места также возможны.
На Фиг. 9 показано поперечное сечение 303, присутствующее на Фиг. 3. Принципы, разъясненные в отношении Фиг. 9 также могут быть применены к альтернативным вариантам формы сосудов показанным, например, на Фиг. 13-16. По меньшей мере одна часть трубки 10 внутри указанной камеры 302 имеет внешний диаметр. Если диаметр изменяется вдоль части трубки, или если множество частей трубок имеют разные диаметры, то по мере мере одна часть трубки все же имеет средний диаметр трубки d.
В указанной камере 302 часть пространства занята по крайней мере одной частью трубки 10. Необязательно, какое-то пространство могут занимать другие объекты. Оставшееся пространство 902 может занимать текучая среда (жидкость, газ). При использовании в качестве испарителя это пространство занимает холодильный агент (частично в жидкой фазе, а частично в газовой фазе). Указанный объем этого оставшегося пространства, занятого холодильным агентом, можно определить, например, путем вычисления. В качестве альтернативы, чтобы определить указанный объем пространства, пространство может быть временно заполнено жидкостью, а количество жидкости, необходимое для заполнения пространства, может быть использовано для определения указанного объема пространства.
Общая площадь А наружной поверхности 901 по мере мере одной части трубки может быть определена путем расчета. Например, если радиус трубки равен r, а длина части трубки равна L, то площадь А можно оценить как А=2πrL. Таким образом определяется общая площадь внешней поверхности, которая находится в контакте (для теплообмена) с холодильным агентом в указанном пространстве. (Средний) диаметр d трубки в два раза превышает радиус r, т.е. d=2r.
3
2
Указанный объем V может быть выражен в кубических миллиметрах (мм), площадь А может быть выражена в квадратных миллиметрах (мм), а диаметр d может быть выражен в миллиметрах (мм).
Указанный объем V определенного таким образом пространства, деленный на произведение площади А внешней поверхности по меньшей мере одной части трубки и среднего диаметра d по по мере мере одной части трубки, приводит к числу N следующим образом:
2
2
t
t
t
Поскольку для части трубки круглого поперечного сечения площадь указанного поперечного сечения равна πd/4, это может быть выражено как N=V/(4V), где V является указанным объемом, определяемым указанной частью трубки, V=πdL/4=Ad/4.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления это число N меньше или равно 0,15, то есть V/Vt<0,6. В некоторых более предпочтительных вариантах осуществления это число меньше или равно 0,12, то есть V/Vt<0,48. В некоторых более предпочтительных вариантах осуществления это число меньше или равно 0,10, то есть V/Vt<0,4. В некоторых более предпочтительных вариантах осуществления это число меньше или равно 0,09, то есть V/Vt<0,36. В некоторых более предпочтительных вариантах осуществления это число меньше или равно 0,08, то есть V/Vt<0,32. В некоторых более предпочтительных вариантах осуществления это число меньше или равно 0,05, то есть V/Vt<0,2.
t
Во всех случаях, указанный объем холодильного агента V является относительно небольшим по сравнению с указанным объемом V указанной часть трубки, то есть V/Vt<0,6.
Например, ограничение для этого числа может быть применено для любого заданного диаметра трубы, чтобы определить количество пространства между соседними сегментами трубки.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления указанное число больше 0,03, то есть V/Vt>0,12.
Как показано на рисунке, по мере мере одна часть трубки внутри указанной камеры 302 содержит множество соседних сегментов трубки 301.
Соседние сегменты трубки могут быть разнесены по отношению друг к другу на расстояние s между парой соседних сегментов трубки самое большое 2 миллиметров, предпочтительно самое большее 1 миллиметра, предпочтительно самое большее 0,5 миллиметра. Это ограничение может заменить или дополнить вышеупомянутое ограничение относительно максимального числа, полученного делением указанного объема на произведение указанной площади и среднего диаметра. Это ограничение может применяться к трубкам большого или малого диаметра.
В конкретном примере диаметр части (частей) трубки может быть, например, 40 мм или больше, и соседние сегменты трубки могут быть разнесены по отношению друг к другу на расстояние между парой соседних сегментов трубки самое большее 2 миллиметра, предпочтительнее самое большее 1 миллиметр, предпочтительно самое большее 0,5 миллиметра.
На Фиг. 11 проиллюстрирован способ охлаждения жидкости. На этапе 1101 способ начинается с обеспечения цикла, включающего компрессор 1, конденсатор 2, расширительный клапан 3, 4 и испаритель, при этом испаритель содержит теплообменник 14, а теплообменник 14 содержит сосуд 5 для хранения холодильного агента. На этапе 1102 расширительный клапан конденсатора компрессора и испаритель соединяются с возможностью перетекания текучей среды с образованием контура охлаждения, в котором испаритель включает теплообменник, а теплообменник содержит сосуд, имеющий камеру, ограниченную поверхностью стенок сосуда, при этом сосуд содержит впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанную камеру и из нее, в котором обеспечение компрессора, конденсатора, расширительного клапана и испарителя с возможностью перетекания текучей среды включает в себя соединение впускного патрубка указанного сосуда с расширительным клапаном с возможностью перетекания текучей среды и соединение выпускного патрубка указанного сосуда с компрессором с возможностью перетекания текучей среды. Также обеспечивается по меньшей мере одна трубка, у которой по меньшей мере одна часть трубки находится внутри указанной камеры, при этом первый конец указанной части трубки закреплен в первом отверстии указанного сосуда, а второй конец указанной части трубки закреплен во втором отверстии указанного сосуда с возможностью перетекания жидкости в указанную часть трубки и/или из нее через указанное первое отверстие и указанное второе отверстие, при этом упомянутая по меньшей мере одна часть трубки имеет средний диаметр. Указанная камера снабжена пространством для жидкости, имеющим некоторый объем. По меньшей мере одна часть трубки имеет внешнюю поверхность, контактирующую с пространством для указанной жидкости, где указанная поверхность имеет некоторую площадь. Указанный объем, деленный на произведение площади и среднего диаметра, меньше или равен 0,2. Указанный способ дополнительно включает в себя на этапе 1103 управление компрессором для циркуляции холодильного агента через контур охлаждения, включая пространство для указанной жидкости, и обеспечение перетекания текучей среды через указанную часть трубки.
В некоторых примерах, по мере мере одна часть трубки внутри указанной камеры расположена в множестве соседних сегментов трубки, в которой соседние сегменты трубки имеют обращенные наружу поверхности, где между парой соседних сегментов трубки имеется пространство для жидкости, при этом пространство в между сегментами трубки по по меньшей мере одной части трубки имеет некоторый объем. По меньшей мере одна часть трубки имеет внешнюю поверхность, контактирующую с пространством для указанной жидкости, имеющую некоторую площадь, а указанный объем, деленный на произведение указанной площади и среднего диаметра по меньшей мере одной части трубки, меньше 0,15, 0,12, 0,10, 0,09 или 0,08.
Одним примером является обеспечение теплообменника, содержащего: сосуд для хранения холодильного агента, имеющий камеру, ограниченную поверхностью стенок сосуда, при этом сосуд содержит впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанную камеру и из нее через стенку сосуда;
по меньшей мере одну трубку, у которой по меньшей мере одна часть трубки находится внутри камеры, при этом первый конец части трубки закреплен в первом отверстии указанной стенки сосуда, а второй конец части трубки закреплен во втором отверстии указанной стенки сосуда с возможностью перетекания жидкости в указанную часть трубки и / или из нее через указанное первое отверстие и указанное второе отверстие;
при этом указанная камера теплообменника представляет собой отверстие, и в котором часть трубок расположена во множестве витков вдоль части стенки упомянутой стенки сосуда, причем эта часть стенки определяет упомянутое отверстие;
при этом указанные витки размещены в гексагональном заполнении и образуют пучок с пространством между каждой парой смежных витков;
при этом поверхность указанной стенки сосуда расположена вокруг пучка с пространством между стенкой сосуда и каждым из витков, которые сконфигурированы для погружения в жидкий холодильный агент во время теплообмена и находятся снаружи указанного пучка.
Размещение витков трубки в гексагональном заполнении обеспечивает относительно большое пространство, занимаемое трубкой и относительно небольшое пространство в указанной камере снаружи трубки. Последнее пространство заполняет жидкий холодильный агент; поскольку пространство для жидкого холодильного агента уменьшено, уменьшается общее количество холодильного агента, необходимого для циркуляции в контуре охлаждения. Указанная конструкция позволяет обеспечить компактный дизайн, позволяя при этом холодильному агенту обмениваться теплом с внутренней трубкой, и позволяет газообразному холодильному агенту двигаться вверх.
Поверхность указанной стенки сосуда может быть выполнена с пространством между стенкой сосуда и всеми витками, которые находятся снаружи пучка. Это позволяет создать компактный дизайн теплообменника.
Указанная поверхность может быть замкнутой поверхностью. Это позволяет обеспечить компактную и/или прочную конструкцию.
Гексагонально размещенные витки могут быть расположены рядами, при этом каждый ряд состоит из некоторого количества витков, причем количество витков в одном ряду отличается по отношению к каждому соседнему ряду одним витком, причем при рассмотрении последовательных рядов по очереди количество витков либо монотонно увеличивается или уменьшается, либо сначала увеличивается, а затем уменьшается. Это позволяет обеспечить компактный пучок витков.
Указанная камера может иметь форму тороида, образованного шестиугольником или прямоугольником. Такая форма указанной камеры позволяет компактно разместить указанную систему трубок. Следует отметить, что края шестиугольника или прямоугольника могут быть слегка закруглены наружу, например, чтобы обеспечить лучшее сопротивление высокому давлению внутри камеры.
Углы указанного шестиугольника или прямоугольника сглажены, следуя контуру трубки (см., например, цифру 402 на Фиг. 4). Это дополнительно уменьшает количество холодильного агента, находящегося внутри камеры.
Расстояние между центральной осью трубки у двух смежных витков, умноженное на половину квадратного корня из трех, может быть меньше внешнего диаметра трубки. Это дополнительно уменьшает количество холодильного агента.
Расстояние от внутренней поверхности до окружности части трубки, прилегающей к внутренней поверхности, может быть равно расстоянию между окружностью первой обмотки трубки до окружности второй обмотки трубки, при этом вторая обмотка примыкает к первой обмотке. Это дополнительно уменьшает количество холодильного агента.
Указанная трубка может иметь внутренний диаметр 7 мм, а расстояние между каждой парой смежных витков может составлять от 0,2 до 0,8 мм. Это позволяет получить компактный дизайн, позволяя холодильному агенту обмениваться теплом с внутренней частью трубки и позволяет газообразному холодильному агенту двигаться вверх.
Указанная камера может содержать пропан в качестве холодильного агента. Это подходящий холодильный агент, который используется в небольших количествах. Небольшой размер части указанной камеры, которая не занята трубками, помогает уменьшить необходимое количество холодильного агента (например, пропана).
Указанный выпускной патрубок может располагаться выше уровня жидкости холодильного агента. Это не позволяет холодильному агенту выходить из указанной камеры и двигаться в сторону компрессора в форме жидкости.
Стенка сосуда может быть заключена в корпус тороида. Это позволяет получить прочную конструкцию несколькими различными способами.
Например, корпус в форме тороида может быть выполнен с возможностью усиления стенки сосуда с учетом разности давлений между указанной камерой и окружающей средой теплообменника. Это позволяет использовать для изготовления стенки сосуда менее прочный материал. Например, прочный наполняющий материал может быть размещен между стенкой сосуда и корпусом тороида, при этом корпус тороида и наполняющий материал удерживают стенку сосуда на месте.
Другим примером является обеспечение системы охлаждения жидкости, включающей в себя контур, содержащий компрессор, конденсатор, расширительный клапан или расширительное устройство, и теплообменник, описанный выше, с возможностью перетекания текучей среды, в которой впускной патрубок соединен с расширительным клапаном, а выпускной патрубок соединен с компрессором с возможностью перетекания текучей среды. Это позволяет теплообменнику функционировать в качестве испарителя в указанном контуре охлаждения.
Еще одним примером является обеспечение способа охлаждения жидкости, который включает:
обеспечение контура, включающего компрессор, конденсатор, расширительный клапан или расширительное устройство, и испаритель, с возможностью перетекания текучей среды, причем указанный испаритель включает в себя теплообменник, а теплообменник включает:
сосуд для холодильного агента, имеющий камеру, ограниченную поверхностью стенок сосуда, при этом указанный сосуд содержит впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанную камеру и из нее через стенку сосуда,
по меньшей мере одну трубку, у которой по меньшей мере одна часть трубки расположена внутри указанной камеры, при этом первый конец указанной части трубки закреплен в первом отверстии указанной стенки сосуда, а второй конец указанной части трубки закреплен во втором отверстии указанной стенки сосуда с возможностью перетекания жидкости в указанную часть трубки и/или из нее через указанное первое отверстие и указанное второе отверстие,
при этом указанная камера теплообменника представляет собой отверстие, а части трубок расположены в виде множества витков вдоль части упомянутой стенки сосуда, причем эта часть стенки определяет указанное отверстие,
при этом витки расположены в виде гексагонального заполнения и образуют пучок с пространством между каждой парой смежных витков,
при этом поверхность указанной стенки сосуда расположена вокруг пучка с пространством между стенкой сосуда и каждым из витков, которые сконфигурированы для погружения в жидкий холодильный агент во время теплообмена и находятся снаружи пучка;
обеспечение соединения впускного патрубка с расширительным клапаном и соединение выпускного патрубка с компрессором с возможностью перетекания текучей среды; а также
управление компрессором для обеспечения циркуляции холодильного агента через контур охлаждения и протекания жидкости через указанную трубку.
Примеры и варианты осуществления, приведенные в настоящем описании, служат для иллюстрации, а не ограничения рамок настоящего изобретения. Специалист в данной области техники сможет спроектировать альтернативные варианты осуществления без выхода за рамки формулы изобретения. Ссылочные обозначения, помещенные в круглые скобки в формуле изобретения, не должны толковаться для ограничения объема формулы изобретения. Элементы, описанные как отдельные объекты в формуле изобретения или в описании, могут быть реализованы как единое аппаратное или программное устройство, объединяющее признаки описанных элементов.