熱交換器和用于傳熱的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于在可逆空氣源熱泵系統(tǒng)中使空氣與制冷劑流之間進(jìn)行有效傳熱的熱交換器。當(dāng)所述系統(tǒng)以熱泵模式運(yùn)行時(shí)，空氣流被引導(dǎo)穿過(guò)熱交換器，并且被制冷劑加熱。在所述熱交換器的第一區(qū)段中，避免一部分空氣流被所述制冷劑加熱，并且當(dāng)所述這部分空氣流已經(jīng)被所述制冷劑加熱后，在所述熱交換器的另一個(gè)區(qū)段中，將這部分空氣流用于使制冷劑過(guò)冷。當(dāng)所述系統(tǒng)以空調(diào)(冷卻)模式運(yùn)行時(shí)，利用被膨脹的制冷劑，所述相同的熱交換器可以用于冷卻空氣流。
【專利說(shuō)明】熱交換器和用于傳熱的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年5月18日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/649，046和2012年8月15日提交的美國(guó)專利N0.13/585，934的優(yōu)先權(quán)，據(jù)此二者的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用的方式并入本申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]總體而言，本發(fā)明涉及用于在流體之間傳熱的熱交換器和方法，并且更具體而言，涉及制冷系統(tǒng)中的熱交換器和傳熱。

【背景技術(shù)】
[0004]蒸汽壓縮系統(tǒng)通常用于制冷和/或空氣調(diào)節(jié)和/或加熱以及其他用途。在一個(gè)典型的蒸汽壓縮系統(tǒng)中，通過(guò)連續(xù)的熱力學(xué)循環(huán)使制冷劑(有時(shí)被稱為工作流體)循環(huán)，以將熱能從非受控的周?chē)h(huán)境傳遞到溫度和/或濕度受控的環(huán)境，或者將熱能從溫度和/或濕度受控的環(huán)境傳遞到非受控的周?chē)h(huán)境。盡管這樣的蒸汽壓縮系統(tǒng)在其實(shí)施中可以不同，但他們通常包括至少一個(gè)作為蒸發(fā)器而運(yùn)作的熱交換器，和至少一個(gè)作為冷凝器而運(yùn)作的其他熱交換器。
[0005]在前述系統(tǒng)中，制冷劑通常以一定的熱力學(xué)狀態(tài)(即，壓力和焓條件)進(jìn)入蒸發(fā)器，在該熱力學(xué)狀態(tài)中所述制冷劑為過(guò)冷液體或具有相對(duì)低的蒸汽品質(zhì)的部分汽化的兩相液體。在制冷劑穿過(guò)蒸發(fā)器時(shí)熱能被導(dǎo)入所述制冷劑中，使得制冷劑或以具有相對(duì)高的蒸汽品質(zhì)的部分汽化的兩相液體形式或以過(guò)熱蒸汽形式流出蒸發(fā)器。
[0006]在該系統(tǒng)中的另一個(gè)位置中，制冷劑以過(guò)熱蒸汽形式，特別是以高于蒸發(fā)器的運(yùn)行壓力的壓力進(jìn)入冷凝器。在制冷劑穿過(guò)冷凝器時(shí)熱能從所述制冷劑中被移走，使得制冷劑以至少部分冷凝的狀態(tài)流出冷凝器。最常見(jiàn)的是，制冷劑以全冷凝的過(guò)冷液體形式流出冷凝器。
[0007]—些蒸汽壓縮系統(tǒng)是可逆熱泵系統(tǒng)，既能夠以空調(diào)模式(比如當(dāng)非受控的周?chē)h(huán)境的溫度高于受控環(huán)境的期望溫度時(shí))又能夠以熱泵模式(比如當(dāng)非受控的周?chē)h(huán)境的溫度低于受控環(huán)境的期望溫度時(shí))運(yùn)行。這種系統(tǒng)可能需要能夠在一個(gè)模式中作為蒸發(fā)器并且在另一個(gè)模式中作為冷凝器運(yùn)行的熱交換器。
[0008]在如上所述的一些系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)熱交換器需要以兩種模式有效運(yùn)行時(shí)，可能導(dǎo)致難以滿足對(duì)于冷凝式熱交換器和蒸發(fā)式熱交換器的有競(jìng)爭(zhēng)力的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供一種用于在制冷劑與空氣流之間傳熱的熱交換器。所述熱交換器包括在兩個(gè)制冷口之間延伸的制冷劑流動(dòng)通道。沿所述制冷劑流動(dòng)通道布置所述熱交換器的三個(gè)區(qū)段。一個(gè)空氣流動(dòng)通道依次穿過(guò)與所述制冷口之一相鄰的第一區(qū)段以及與所述制冷口中的另一個(gè)相鄰的第二區(qū)段，但繞過(guò)第三區(qū)段延伸。與第一個(gè)空氣流動(dòng)通道平行的另一個(gè)空氣流動(dòng)通道僅延伸穿過(guò)所述第三區(qū)段。
[0010]在一些實(shí)施方案中，所述制冷劑流動(dòng)通道包括至少兩個(gè)穿過(guò)第三區(qū)段的通道。在一些這種實(shí)施方案中，所述制冷劑以與所述空氣呈并流-交叉流的關(guān)系流過(guò)這些通道。
[0011]在一些實(shí)施方案中，所述兩個(gè)空氣流動(dòng)通道包括擴(kuò)展的表面部件以促進(jìn)空氣與制冷劑之間的傳熱，并且在一些這種實(shí)施方案中，在所述第一區(qū)段中的擴(kuò)展的表面部件的間隔密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在所述第三區(qū)段中的擴(kuò)展的表面部件的間隔密度。在一些這種實(shí)施方案中，所述第一區(qū)段中基本無(wú)擴(kuò)展的表面部件。
[0012]在一些實(shí)施方案中，在一個(gè)或多個(gè)所述區(qū)段中，所述制冷劑流動(dòng)通道由扁平管限定。在一些這種實(shí)施方案中，在所述第一區(qū)段和第三區(qū)段的至少一個(gè)通道之間，所述扁平管中的至少一部分管是連續(xù)的。在一些這種實(shí)施方案中，在所述第二區(qū)段和第三區(qū)段的至少一個(gè)通道之間，所述扁平管中的至少一部分管是連續(xù)的。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，一種從制冷劑中移走熱量的方法包括將空氣流分隔為第一部分和第二部分。將第一部分熱量從所述制冷劑傳遞到所述第一部分空氣，并且在第一部分熱量之后將第二部分熱量從所述制冷劑傳遞到所述第一部分空氣。在第一部分熱量和第二部分熱量已從所述制冷劑中移走之后，將第三熱量從所述制冷劑傳遞到所述第二部分空氣。然后將被加熱的第一和第二部分空氣重新混合。
[0014]在一些實(shí)施方案中，提供一種在制冷劑和空氣之間傳熱的熱交換器，所述熱交換器包括在第一制冷口和第二制冷口之間延伸的制冷劑流動(dòng)通道；熱交換器的第一區(qū)段，第二區(qū)段和第三區(qū)段依次沿所述制冷劑流動(dòng)通道布置，所述第一區(qū)段布置在第一制冷口與第二區(qū)段之間，所述第三區(qū)段布置在第二制冷口與第二區(qū)段之間；并且第一和第二平行布置的空氣流動(dòng)通道延伸穿過(guò)所述熱交換器，第一空氣流動(dòng)通道依次穿過(guò)第一區(qū)段、第三區(qū)段且繞過(guò)第二區(qū)段，所述第二空氣流動(dòng)通道穿過(guò)第二區(qū)段且繞過(guò)第一區(qū)段和第三區(qū)段，其中，制冷劑與空氣之間的傳熱在所述熱交換器的第一區(qū)段中基本被抑制，其中，在所述熱交換器以空調(diào)模式運(yùn)行期間，所述第二制冷口操作性地連接到膨脹裝置，用以接收來(lái)自膨脹裝置的冷卻后的制冷劑。
[0015]本發(fā)明的一些實(shí)施方案提供一種從制冷劑中移走熱量的方法，包括:將空氣流分隔為第一部分和第二部分；將第一部分熱量在所述制冷劑和所述第一部分空氣之間傳遞，同時(shí)抑制所述制冷劑和第二部分空氣之間的熱傳遞；在第一部分熱量已經(jīng)傳遞到第一部分空氣之后，將第二部分熱量在制冷劑和第一部分空氣之間傳遞；在傳遞完第一部分和第二部分熱量之后將第三部分熱量在制冷劑和第二部分空氣之間傳遞；以及將所述第一部分空氣和第二部分空氣重新混合，以提供具有變化的溫度的空氣流。
[0016]在一些實(shí)施方案中，通過(guò)移除走所述第一和第二部分熱量，使得所述制冷劑消除過(guò)熱并被冷凝。在一些這種實(shí)施方案中，通過(guò)移走所述第三部分熱量，使所述制冷劑過(guò)冷。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1a和Ib分別為以空調(diào)模式和加熱模式運(yùn)行的制冷系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖2為表示用于圖1a和Ib所示的系統(tǒng)的典型蒸汽壓縮循環(huán)的壓力-焓的曲線圖；
[0019]圖3a和3b為流體流過(guò)根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的熱交換器的流程圖；
[0020]圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的熱交換器的局部立體視圖；
[0021]圖5為用于圖3所示的實(shí)施方案中的管和翅片組合的局部立體視圖；
[0022]圖6為圖4所示熱交換器的平面視圖；
[0023]圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的熱交換器的立體視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的任何實(shí)施方案之前，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不將其應(yīng)用局限于下面的描述中提出的或在附圖中例示的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和組件的布置。本發(fā)明能夠是其它實(shí)施方案并且能夠以不同的方式實(shí)施或?qū)崿F(xiàn)。另外，應(yīng)該理解的是，本文中使用的詞組和術(shù)語(yǔ)是為了描述的目的并且不應(yīng)視為限制。本文中使用“包含”、“包括”或“具有”和其變體是指包含其后所列的項(xiàng)目和其等價(jià)物以及其他的項(xiàng)目。除非另有說(shuō)明或限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“連接”、“支撐”和“耦合”及其變體被廣泛使用并且包含直接和間接的安裝、連接、支撐和耦合。進(jìn)一步地，“連接”和“耦合”并不限于物理或機(jī)械連接或耦合。
[0025]圖1a和Ib中簡(jiǎn)要地例示了既能夠以空調(diào)模式又能夠以加熱模式運(yùn)行的可逆熱泵系統(tǒng)30，所述系統(tǒng)包括壓縮機(jī)17、膨脹裝置18、第一熱交換器I和第二熱交換器19和四通閥20。制冷劑回路21使不同的組件相互連通以限定出穿過(guò)所述系統(tǒng)的閉合的環(huán)形制冷劑回路。
[0026]在所述系統(tǒng)30以空調(diào)模式運(yùn)行期間，如圖1a所示，所述壓縮機(jī)17運(yùn)行，以通過(guò)將過(guò)熱蒸汽制冷劑從所述系統(tǒng)中點(diǎn)22處的低壓狀態(tài)壓縮到所述系統(tǒng)中點(diǎn)23處的高壓狀態(tài)，引導(dǎo)制冷劑流穿過(guò)回路21。所述被壓縮的蒸汽制冷劑經(jīng)由四通閥20引導(dǎo)至熱交換器19，所述熱交換器19運(yùn)行，以從制冷劑中移出熱量。優(yōu)選地，所述熱交換器19可以設(shè)置在不需要受控的環(huán)境中。例如，所述熱交換器19可以設(shè)置在建筑物的外部，以便被移出的熱量可以排放到周?chē)h(huán)境中。可選地，所述熱交換器19可以將熱量從所述制冷劑中移出到另外的流體(例如液體冷卻劑)，以便將被移出的熱量輸送到另外的位置。
[0027]繼續(xù)參照?qǐng)Dla，優(yōu)選地，所述熱交換器19使所述制冷劑從過(guò)熱的蒸汽狀態(tài)冷卻并冷凝到過(guò)冷的液態(tài)。所述膨脹裝置18將制冷劑從系統(tǒng)中點(diǎn)26處的高壓過(guò)冷液態(tài)膨脹至系統(tǒng)中點(diǎn)27處的低壓兩相(蒸汽-液體)狀態(tài)。所述低壓兩相制冷劑被導(dǎo)入熱交換器1，在所述熱交換器I中將熱量傳遞到制冷劑中，從而使制冷劑完全蒸發(fā)，并且優(yōu)選地使制冷劑過(guò)熱。然后，流出所述熱交換器I的制冷劑經(jīng)由四通閥20被引導(dǎo)返回至所述壓縮機(jī)17的入口。
[0028]優(yōu)選地，被傳遞至所述熱交換器I中的制冷劑中的熱量是從通過(guò)被引導(dǎo)穿過(guò)所述熱交換器I的供應(yīng)空氣流傳遞的。所述供應(yīng)空氣從而進(jìn)而能被冷卻和/或除濕，并且能被供應(yīng)到被占據(jù)的空間內(nèi)，以便使該空間內(nèi)的環(huán)境舒適。
[0029]當(dāng)環(huán)境表明所述供應(yīng)空氣應(yīng)被加熱時(shí)，如圖1b所示，所述系統(tǒng)30也可以以加熱模式運(yùn)行。調(diào)節(jié)所述四通閥20以便經(jīng)由四通閥20將點(diǎn)23處的壓縮制冷劑引導(dǎo)至所述熱交換器I。在所述熱交換器I中，將熱量從過(guò)熱的壓縮制冷劑中移出，以便使所述制冷劑以過(guò)冷液態(tài)形式流出所述熱交換器I。正如將要被進(jìn)一步更詳細(xì)討論的那樣，在加熱模式中，所述制冷劑穿過(guò)熱交換器I的制冷劑流動(dòng)通道10，其流動(dòng)方向與以空調(diào)模式運(yùn)行時(shí)所述制冷劑穿過(guò)該流動(dòng)通道的流動(dòng)方向相反。
[0030]繼續(xù)參照?qǐng)Dlb，所述制冷劑通過(guò)膨脹裝置18從點(diǎn)26處的高壓過(guò)冷液態(tài)再一次膨脹至點(diǎn)27處的低壓兩相(蒸汽-液體)狀態(tài)。所述制冷劑接著被引導(dǎo)穿過(guò)所述熱交換器19，在所述熱交換器19中，所述制冷劑吸收熱量以完全蒸發(fā)，并且優(yōu)選過(guò)熱。流出熱交換器19的制冷劑進(jìn)而通過(guò)四通閥20被引導(dǎo)返回至壓縮機(jī)17的入口。
[0031 ] 圖2的壓力-焓曲線圖例示了穿過(guò)既能處于空調(diào)模式又能處于加熱模式的系統(tǒng)30的制冷劑的熱力學(xué)循環(huán)。如先前所討論的那樣，所述制冷劑從點(diǎn)22處的相對(duì)低壓過(guò)熱蒸汽狀態(tài)壓縮至點(diǎn)23處的相對(duì)高壓過(guò)熱蒸汽狀態(tài)，被冷卻并冷凝為點(diǎn)26處的相對(duì)高壓過(guò)冷液態(tài)，膨脹為點(diǎn)27處的相對(duì)低壓兩相(蒸汽-液體)狀態(tài)，并經(jīng)蒸發(fā)和輕微過(guò)熱返回點(diǎn)22處的熱力學(xué)狀態(tài)。
[0032]在熱交換器I (空調(diào)模式)或熱交換器19 (加熱模式)中熱量被傳遞至所述制冷劑中的速率可以被量化為所述制冷劑的質(zhì)量流速乘以從點(diǎn)27到點(diǎn)22的焓變。同樣，熱量從制冷劑被傳遞至熱交換器I (空調(diào)模式)或熱交換器19 (加熱模式)中的速率可以被量化為所述制冷劑的質(zhì)量流速乘以從點(diǎn)23到點(diǎn)26的焓變。從制冷劑中移出的熱量包括明顯的蒸汽部分(對(duì)應(yīng)于從點(diǎn)23到點(diǎn)24的焓變)、潛在的部分(對(duì)應(yīng)于從點(diǎn)24到點(diǎn)25的焓變)和明顯的液體部分(對(duì)應(yīng)于從點(diǎn)25到點(diǎn)26的焓變)。
[0033]為了改善熱交換器I的傳熱性能，對(duì)于制冷劑流動(dòng)通道10而言，所述通道包括多個(gè)依次穿過(guò)流經(jīng)所述熱交換器I的空氣流的通道是有利的。圖3a和3b例示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的熱交換器I的流動(dòng)通道布置，在圖3a中所述制冷劑與空氣流被設(shè)置成總體呈逆流的流動(dòng)方向，并且在在圖3b中所述制冷劑與空氣流被設(shè)置成總體呈并流的流動(dòng)方向。
[0034]在圖3a和3b的實(shí)施方案中，所述熱交換器I包括第一制冷口 9a和第二制冷口9b，所述制冷劑流動(dòng)通道10在這些制冷口之間延伸。所述制冷劑流動(dòng)通道10包括與制冷口 9a連通的流動(dòng)通道15和與制冷口 9b連通的流動(dòng)通道16。空氣流11被引導(dǎo)以交叉流的方式依次穿過(guò)通道15和16。在圖3a中，所述制冷口 9b用作入口，而制冷口 9a用到出口，以便所述制冷劑開(kāi)始沿通道16然后沿通道15流動(dòng)。因?yàn)橹评鋭┝鳈M穿所述這些通道的次序與所述空氣流橫穿所述這些通道的次序相反，所以這通常被稱為逆流操作。相反地，在圖3b中，所述制冷口 9a用作入口，而制冷口 9b用作出口，以便所述制冷劑開(kāi)始沿通道15然后沿通道16流動(dòng)。因?yàn)橹评鋭┝鳈M穿所述這些通道的次序與所述空氣流橫穿所述這些通道的次序相同，所以這通常被稱為并流操作。
[0035]如先前所指出的那樣，圖1a和圖1b所示的制冷劑系統(tǒng)30在以空調(diào)模式運(yùn)行時(shí)具有沿所述制冷劑流動(dòng)通道10按照一個(gè)方向流動(dòng)的制冷劑，并且在以加熱模式運(yùn)行時(shí)具有沿所述制冷劑流動(dòng)通道10按照相反方向流動(dòng)的制冷劑。因此，根據(jù)圖3a和3b的實(shí)施方案的熱交換器I在一個(gè)這種模式中將經(jīng)歷空氣和制冷劑之間的逆流傳熱，并且在另一個(gè)這種模式中將經(jīng)歷空氣和制冷劑之間的并流傳熱。
[0036]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在給定熱負(fù)荷的條件下，在空調(diào)模式中以逆流傳熱方式運(yùn)行對(duì)于使熱交換器I的尺寸最小化是非常有利的。然后，當(dāng)系統(tǒng)30處于加熱模式時(shí)，所述熱交換器I于是以并流方式運(yùn)行。這導(dǎo)致所述高溫過(guò)熱蒸汽制冷劑(壓力-焓圖上的點(diǎn)23)在制冷口 9a進(jìn)入所述制冷劑流動(dòng)通道，并且所述低溫過(guò)冷液體制冷劑(壓力-焓圖上的點(diǎn)26)在制冷口 9b流出所述制冷劑流動(dòng)通道。在使所述制冷劑從點(diǎn)23到點(diǎn)24不再過(guò)熱的過(guò)程中，由于制冷劑具有較高的溫度，可能使與通道15的開(kāi)始處的這段制冷劑流動(dòng)通道進(jìn)行傳熱的這部分空氣流被加熱到一個(gè)過(guò)高的溫度而不能充分地使通道16的末端處的制冷劑過(guò)冷。不充分的過(guò)冷可能導(dǎo)致制冷劑質(zhì)量流量增大和系統(tǒng)效率降低以及其他的問(wèn)題。
[0037]為了避免加熱模式中出現(xiàn)由于不充分過(guò)冷而產(chǎn)生的不良效果，所述熱交換器I沿制冷劑流動(dòng)通道10設(shè)有第一區(qū)段12、第二區(qū)段13和第三區(qū)段14。所述第一區(qū)段12布置在所述制冷口 9a與所述第二區(qū)段13之間，而所述第三區(qū)段14布置在所述制冷口 9b與所述第二區(qū)段13之間。一部分空氣流Ila被引導(dǎo)穿過(guò)所述區(qū)段13并繞過(guò)所述區(qū)段12和14，而另一部分空氣流Ilb繞過(guò)所述區(qū)段13并被引導(dǎo)首先穿過(guò)所述區(qū)段12繼而穿過(guò)所述區(qū)段14。所述部分空氣流Ilb與通道15內(nèi)的制冷劑之間的傳熱速率在所述區(qū)段12內(nèi)基本上被抑制，以便空氣Ilb的溫度保持在足夠低的溫度，從而使區(qū)段14中的制冷劑能夠?qū)崿F(xiàn)令人滿意的過(guò)冷。
[0038]在一些情況下，使在加熱模式下從制冷劑到空氣流的傳熱能力最大化可能反而是優(yōu)選的。這可以通過(guò)在加熱模式中以逆流傳熱方式運(yùn)行(如圖3a所示)來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，當(dāng)系統(tǒng)30處于空調(diào)模式時(shí)，所述熱交換器I則以并流方式運(yùn)行(如圖操作3b所示)。然后就會(huì)在空調(diào)模式中遇到一個(gè)與上述問(wèn)題類似的問(wèn)題，因?yàn)榕c通道15的開(kāi)始處的這段制冷劑流動(dòng)通道進(jìn)行傳熱的這部分空氣流被冷卻到一個(gè)過(guò)低的溫度，從而不能充分地使通道16的末端處的制冷劑過(guò)熱。此問(wèn)題也可以通過(guò)上述的方式解決?；旧弦种瓶諝饬鞯牟糠諭lb與通道15內(nèi)的制冷劑之間的傳熱速率，這允許空氣Ilb的溫度保持在足夠高的溫度，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)段14中的制冷劑的令人滿意的過(guò)熱。
[0039]現(xiàn)在參照?qǐng)D4-6，將描述熱交換器I的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方案。最佳如圖4所示的那樣，所述熱交換器I可包括第一管狀總管2a和第二管狀總管2b。而圖4-6中未示出的是，每個(gè)總管2可包括所述制冷口 9中的一個(gè)。所述總管2布置在所述熱交換器I的同一端，而回路總管5布置在相對(duì)的一端。所述總管2設(shè)有沿其長(zhǎng)度規(guī)則分布的狹縫6，并且所述扁平管3承接在所述狹縫6中并且從所述總管2延伸到所述回路總管5。為清楚起見(jiàn)，圖4中僅示出了兩個(gè)扁平管3，但應(yīng)該理解的是，在每個(gè)狹縫6處都設(shè)有管3。彎曲的翅片結(jié)構(gòu)4抵靠于所述扁平管3的寬側(cè)設(shè)置并結(jié)合到所述扁平管3的寬側(cè)，從而限定出多個(gè)流動(dòng)通道28，使得空氣可以以交叉流的方式穿過(guò)所述流動(dòng)通道28流經(jīng)所述扁平管3。另外，為清楚起見(jiàn)，圖4中僅示出了單層的彎曲翅片結(jié)構(gòu)4，但應(yīng)該理解的是，在每組相鄰的扁平管3之間都設(shè)有重復(fù)的彎曲的翅片結(jié)構(gòu)4。
[0040]可以按共同待決的美國(guó)專利申請(qǐng)13/076，607中所示的那樣構(gòu)造所述回路總管5，該申請(qǐng)的發(fā)明人與本申請(qǐng)的發(fā)明人相同，該美國(guó)專利申請(qǐng)13/076，607的內(nèi)容通過(guò)引用的方式并入本文中?？蛇x地，所述回路總管可以構(gòu)造為其它的形式，比如具有另外一對(duì)管狀總管，這對(duì)總管之間是流體連通的。在一些實(shí)施方案中，所述扁平管3可以是細(xì)長(zhǎng)的扁平管，所述扁平管的中心設(shè)有隔開(kāi)兩個(gè)直線長(zhǎng)度的弧線，所述每個(gè)直線長(zhǎng)度與所述兩個(gè)總管相連。
[0041]最佳如圖5所示的那樣，所述扁平管3可以設(shè)有內(nèi)部網(wǎng)狀物7，從而在每個(gè)扁平管3內(nèi)限定出多個(gè)微通道8。在一些實(shí)施方案中，所述熱交換器I可以包括代替扁平管的圓管和/或代替彎曲的翅片4的板式翅片。
[0042]在不安裝彎曲的翅片結(jié)構(gòu)4的條件下，在與所述總管2a緊密相鄰的區(qū)段12中，經(jīng)過(guò)所述扁平管3的空氣流與穿過(guò)所述扁平管3內(nèi)部通道的制冷劑流之間的傳熱被抑制。由所述彎曲的翅片結(jié)構(gòu)4沿與所述總管2a連通的扁平管3的剩余長(zhǎng)度所限定的多個(gè)流動(dòng)通道28，使穿過(guò)所述區(qū)段13的那部分空氣流11與穿過(guò)所述區(qū)段12的那部分空氣流11之間保持相隔。使穿過(guò)所述區(qū)段12的那部分空氣流保持相對(duì)不變的溫度。
[0043]在一些實(shí)施方案中，所述總管2a包括制冷口 9，以用于在加熱模式下從壓縮機(jī)17接收制冷劑流。當(dāng)制冷劑沿所述第一通道15流過(guò)區(qū)段13到達(dá)所述回路總管5時(shí)，從所述制冷劑中移出第一部分熱量。當(dāng)所述制冷劑從所述回路總管5沿所述第二通道16穿過(guò)區(qū)段13時(shí)，從所述制冷劑中移出第二部分熱量。所述制冷劑接著穿過(guò)所述區(qū)段14到達(dá)所述總管2b，與穿過(guò)所述區(qū)段12的那部分空氣流形成傳熱關(guān)系。
[0044]通過(guò)將第一部分熱量傳遞到所述區(qū)段13中的這部分空氣，從而可以將這部分空氣加熱到某一溫度，在該溫度下這部分空氣足以使制冷劑冷凝，但不能充分地使所述制冷劑過(guò)冷。因此，所述第一和第二部分熱量之和對(duì)應(yīng)于制冷劑從壓力-焓圖上的點(diǎn)23到點(diǎn)25的焓變，從而使制冷劑以飽和液體的形式流出所述區(qū)段13。因?yàn)榇┻^(guò)區(qū)段14的空氣保持基本恒定的溫度，該溫度是足夠冷的，以移走能夠使制冷劑的焓從點(diǎn)25的焓減小到點(diǎn)26的焓所需的那部分熱量，從而使制冷劑以過(guò)冷液體的形式流入所述總管2b。
[0045]在一些實(shí)施方案中，所述總管2a包括制冷口 9，以用于在空調(diào)模式下從膨脹裝置18接收制冷劑流。當(dāng)制冷劑沿所述第一通道15流過(guò)區(qū)段13到達(dá)所述回路總管5時(shí)，向所述制冷劑傳遞第一部分熱量。當(dāng)所述制冷劑從所述回路總管5沿所述第二通道16流過(guò)區(qū)段13時(shí)，向所述制冷劑傳遞第二部分熱量。所述制冷劑接著經(jīng)過(guò)所述區(qū)段14到達(dá)所述總管2b，與經(jīng)過(guò)所述區(qū)段12的那部分空氣流形成傳熱關(guān)系。
[0046]所述第一部分熱量從所述區(qū)段13中的這部分空氣傳遞，從而致使可以將該部分空氣冷卻到某一溫度，在該溫度下這部分空氣足以使制冷劑蒸發(fā)，但不能有效地使所述制冷劑過(guò)熱。因?yàn)榻?jīng)過(guò)區(qū)段14的空氣已經(jīng)保持在基本恒定的溫度，該溫度是足夠熱的，以提供使制冷劑的焓增加到壓焓圖上的點(diǎn)22的焓所必需的那部分熱量，從而使制冷劑以過(guò)熱液體的形式流入所述總管2b。在熱交換器I的一些可選的實(shí)施方案中，一種翅片密度大幅減少的翅片結(jié)構(gòu)可以代替無(wú)翅片區(qū)域設(shè)置在區(qū)段12中。在一些可選的實(shí)施方案中，單個(gè)彎曲的翅片結(jié)構(gòu)可以延伸穿過(guò)區(qū)段13中的兩組扁平管3。在一些實(shí)施方案中，第一通道15中的彎曲的翅片結(jié)構(gòu)4的翅片密度可以與第二通道16中的盤(pán)繞的翅片結(jié)構(gòu)4的翅片密度不同。
[0047]圖7示出了一種可選的熱交換器實(shí)施方案I’。在實(shí)施方案I’中，所述管狀的總管2a被重新布置，以使所述熱交換器的區(qū)段12與區(qū)段13之間隔開(kāi)。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，對(duì)本發(fā)明的某些特征和元件的不同替代方案進(jìn)行了描述。除了與上述的每個(gè)實(shí)施方案相互排斥或不相符的特征、元件和操作方式以外，應(yīng)該注意的是，根據(jù)一個(gè)特定的實(shí)施方案描述的可選的特征、元件和操作方式可以應(yīng)用于其它的實(shí)施方案。
[0049]以上描述的和附圖中例示的實(shí)施方案僅通過(guò)實(shí)例給出，并且并不意味著是對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和原理的限制。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍的前提下，在所述元件和它們的構(gòu)造以及布置中可以有各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種在制冷劑和空氣之間傳遞熱量的熱交換器，包括: 在第一制冷口和第二制冷口之間延伸的制冷劑流動(dòng)通道； 沿所述制冷劑流動(dòng)通道依次布置的所述熱交換器的第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段，所述第一區(qū)段布置在所述第一制冷口和所述第二區(qū)段之間，所述第三區(qū)段布置在所述第二制冷口與所述第二區(qū)段之間；和 平行布置的延伸穿過(guò)所述熱交換器的第一空氣流動(dòng)通道和第二空氣流動(dòng)通道，所述第一空氣流動(dòng)通道依次延伸穿過(guò)所述第一區(qū)段和所述第三區(qū)段，并繞過(guò)所述第二區(qū)段，所述第二空氣流動(dòng)通道延伸穿過(guò)所述第二區(qū)段，并繞過(guò)所述第一區(qū)段和所述第三區(qū)段，其中制冷劑與空氣之間的傳熱在所述熱交換器的第一區(qū)段中基本被抑制， 其中，在所述熱交換器以空調(diào)模式運(yùn)行時(shí)，所述第二制冷口操作性地連接到一膨脹裝置，用以接收來(lái)自所述膨脹裝置的冷卻后的制冷劑。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，當(dāng)所述熱交換器以熱泵模式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使所述第一制冷口與壓縮機(jī)可操作地結(jié)合，以從所述壓縮機(jī)接收過(guò)熱的制冷劑。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，進(jìn)一步包括沿所述第一空氣流動(dòng)通道和第二空氣流動(dòng)通道布置的多個(gè)擴(kuò)展表面部件，以促進(jìn)所述空氣與所述制冷劑之間的傳熱。
4.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于，在所述第一區(qū)段中的擴(kuò)展表面部件的間隔密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在所述第二區(qū)段和第三區(qū)段中的擴(kuò)展表面部件的間隔密度。
5.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于，所述第一區(qū)段基本沒(méi)有所述擴(kuò)展表面部件。
6.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，在所述熱交換器的第一、第二和第三區(qū)段中的一個(gè)或多個(gè)中，所述熱交換器進(jìn)一步包括多個(gè)扁平管以限定出所述制冷劑流動(dòng)通道。
7.如權(quán)利要求7所述的熱交換器，其特征在于，所述制冷劑流動(dòng)通道包括至少兩個(gè)穿過(guò)所述第二區(qū)段的通道，所述多個(gè)扁平管包括限定出所述至少兩個(gè)通道中的一個(gè)的第一多個(gè)扁平管，并且所述多個(gè)扁平管包括限定出所述至少兩個(gè)通道中的另一個(gè)的第二多個(gè)扁平管。
8.如權(quán)利要求7所述的熱交換器，其特征在于，所述第一多個(gè)扁平管進(jìn)一步在所述熱交換器的第三區(qū)段中限定出所述制冷劑流動(dòng)通道。
9.如權(quán)利要求8所述的熱交換器，其特征在于，所述第二多個(gè)扁平管進(jìn)一步在所述熱交換器的第一區(qū)段中限定出所述制冷劑流動(dòng)通道。
10.一種從制冷劑中移出熱量的方法，包括: 將空氣流分成第一部分和第二部分； 將第一部分熱量在所述制冷劑和所述第一部分空氣之間傳遞，同時(shí)抑制所述制冷劑和所述第二部分空氣之間的熱傳遞； 在第一部分熱量已經(jīng)被傳遞到所述第一部分空氣之后，將第二部分熱量從所述制冷劑中傳遞到所述第一部分空氣； 在第一部分熱量和第二部分熱量已經(jīng)被傳遞之后，將第三部分熱量從所述制冷劑中傳遞到所述第二部分空氣；和 將所述第一部分空氣和第二部分空氣重新混合，以提供具有變化的溫度的空氣流。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過(guò)傳遞所述第一部分熱量和第二部分熱量，使所述制冷劑消除過(guò)熱并被冷凝。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過(guò)傳遞第三部分熱量，使所述制冷劑過(guò)冷。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括使所述空氣和所述制冷劑穿過(guò)熱交換器，以傳遞所述第一、第二和第三部分熱量。
14.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括: 在從制冷劑中傳遞所述第一和第二部分熱量之前，使制冷劑穿過(guò)所述熱交換器的一個(gè)區(qū)段；和 在所述第三部分熱量被傳遞到所述第二部分空氣之前，使所述第二部分空氣穿過(guò)熱交換器的所述區(qū)段，其中，當(dāng)所述第二部分空氣穿過(guò)熱交換器的所述區(qū)段時(shí)，所述第二部分空氣的溫度基本不變。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括相對(duì)所述第一和第二部分空氣以逆流方式移動(dòng)制冷劑。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括相對(duì)所述第一和第二部分空氣以并流方式移動(dòng)制冷劑。
【文檔編號(hào)】F28D7/16GK104303001SQ201380026065
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月18日
【發(fā)明者】M·約翰遜, B·C·恩格爾 申請(qǐng)人:摩丁制造公司