CN102269490B - 冷凝单元过热降温器 - Google Patents

Abstract

一种冷凝单元具有：风扇，该风扇有选择地可操作以沿着气流路径抽吸空气通过冷凝单元；沿着气流路径设置的第一排冷凝器管；以及相对于第一排冷凝器管沿着气流路径下游设置的第二排过热降温器管。一种冷凝单元具有：气流路径，沿着气流路径设置的过热降温器热交换器；以及沿着气流路径设置的冷凝器热交换器。一种对制冷剂进行过热降温的方法包括：使具有第一空气温度的空气遇到包括具有第一制冷剂温度的制冷剂的冷凝器管；将空气的温度升高到第二空气温度；以及使具有第二空气温度的空气遇到包括具有第二制冷剂温度的制冷剂的过热降温器管，该第二制冷剂温度高于第一制冷剂温度。

Description

冷凝单元过热降温器

背景技术

供热、通风和空气调节***(HVAC***)有时包括一个或多个所谓的“冷凝单元”，其可包括一个或多个压缩机、所谓的冷凝器盘管以及风扇组件。工作时，压缩机可压缩制冷剂并将过热制冷剂(即其温度大于制冷剂饱和温度的制冷剂)排放到该冷凝器盘管。当该制冷剂经过冷凝器盘管时，风扇组件可构造成有选择地使空气与冷凝器盘管接触。响应于空气与冷凝器盘管的接触，热量可从制冷剂传递到空气，从而对制冷剂进行过热降温和/或降低制冷剂的温度。在一些情形中，冷凝器盘管内的制冷剂的温度被降低至制冷剂的饱和温度。对处于饱和温度的制冷剂进行连续的热量移除，并结合适当地保持冷凝器盘管内的压力，会导致气相制冷剂中的一些或全部转换为液相制冷剂。

制冷剂通常可以液相和/或气液混合相流出冷凝器盘管。此后制冷剂可从冷凝器盘管输送到制冷剂膨胀装置，在这里降低制冷剂压力并且在此之后，制冷剂被有选择地排放到HVAC***的可提供冷却功能的所谓的蒸发器盘管中。

发明内容

在本公开文本的一些实施例中，提供了一种冷凝单元，具有：风扇，该风扇有选择地可操作以抽吸空气沿着气流路径穿过冷凝单元；沿着该气流路径设置的第一排冷凝管；以及相对于第一排冷凝管沿着气流路径下游设置的第二排过热降温器管。

在本公开文本的其它一些实施例中，提供一种冷凝单元，具有：气流路径；沿着该气流路径设置的过热降温器热交换器；以及沿着该气流路径设置的冷凝器热交换器。

在本公开文本的其它实施例中，提供一种使制冷剂过热降温的方法。该方法包括：使具有第一空气温度的空气遇到包括具有第一制冷剂温度的制冷剂的冷凝器管；从冷凝器管的制冷剂传递热量到空气，并且将空气的温度升高到第二空气温度；以及使具有第二空气温度的该空气遇到包括具有第二制冷剂温度的制冷剂的减温器管，该第二制冷剂温度高于第一制冷剂温度。

附图说明

为了更完整地理解本公开文本及其优点，现参照结合附图和详细描述得出的以下简要描述，其中，同样的附图标记代表同样的零件。

附图1是冷凝单元的简化示意图；

附图2是冷凝单元的替代实施例的简化示意图；

附图3是冷凝单元的另一替代实施例的简化示意图；

附图4是描述相对于沿着附图3的冷凝单元的一段气流路径运动的制冷剂温度和空气温度的变化图表；和

附图5是所谓的热泵HVAC***的实施例的简化示意图，该热泵HVAC***包括基本上类似于附图2的冷凝单元和附图3的冷凝单元中的至少一个的冷凝单元。

具体实施方式

人们需要增加效率评价的HVAC***。一些HVAC***可根据公知的能量效率比(EER)效率标准获得效率评价。在一些情形中，压缩机可以是冷凝单元内的主要能量消耗部件。因此，人们已经致力于减少运转压缩机所必须付出的工作量，以便实现冷凝单元的所希望的热交换率。通过降低压缩机运行的作功量，冷凝单元消耗更少的能量并且增加了HVAC***的效率。在一些情形中，可以选择热交换器，降低冷凝温度以减小压缩机运行所必须的作功量。然而，降低冷凝温度而不作其它***变换，会降低HVAC***冷凝单元的冷凝器盘管的传热速率(Q)，并且依次会降低HVAC***的EER。

气冷式冷凝器盘管的传热速率(Q)可以表示为Q＝U×A×ΔT，其中U是总的热传递系数，A是传热表面积，以及ΔT是热交换器的两个工作流体之间的温差。冷凝器盘管的第一工作流体可以是空气，而冷凝器盘管的第二工作流体可以是制冷剂。根据上面的方程式的原理，如果没有作出其它的***更换，当制冷剂的饱和温度降低时，两种工作流体之间的温差ΔT会减小，导致传热速率Q被不希望地降低。因此，为了保持和/或增加具有相对较低的冷凝温度的冷凝单元的EER，可以通过增加传热表面积A来增加和/或保持传热速率Q，以便补偿降低的ΔT。在一些实施例中，可以通过简单地增加冷凝器盘管的管束来增加传热表面积A。在通常垂直堆叠成管束的冷凝器盘管中，将管束增加到冷凝器盘管会增加该冷凝器盘管的总高度。

响应于一些冷凝器盘管的传热表面积A的增加，一些冷凝单元的总的外壳尺寸也不期望地增加了。在一些情形中，由于增加的空间需求，较大的冷凝单元被认为不符合审美观。尽管通过增大一些冷凝盘管的传热表面积A获得效率上的增加，但是人们仍然需要提供增加的EER和/或占据较少空间的冷凝单元。本公开文本提供用于提供具有增加效率的冷凝单元和/或冷凝器盘管的***和方法，和/或用于提供占据较少空间并同时保持所希望的效率和/或传热速率的冷凝单元和/或冷凝器盘管的***和方法。

现参照附图1，示出了冷凝单元100的简化示意图。冷凝单元100通常包括压缩机102、风扇104和组合型热交换器106。通常，冷凝单元100包括底侧108和顶侧110，底侧108通常可位于地平面附近或用于冷凝单元100的另一支承结构的附近，顶侧110通常可与热交换器106的上端和/或风扇104的一部分的垂直位置中的一个或多个相关联。在一些实施例中，热交换器106的总高度112可基本上从底侧108附近延伸至顶侧110。

冷凝单元100的组合型热交换器106被构造成接收来自压缩机102的压缩的制冷剂，并且对制冷剂进行过热降温并将制冷剂从蒸汽冷凝为液体。在一些实施例中，从压缩机102经过排出管路114排出的制冷剂气体可供给到热交换器106。在一些实施例中，排出管路114可以供给多个并联的流体回路116。每个流体回路116可以包括过热降温器管118和多个冷凝器管120。通常，制冷剂可以从排出管路114流入多个并联的流体回路116的每个过热降温管118，然后从过热降温管118流入在下游串连的冷凝器管120。制冷剂然后经过多个回路出口管124离开多个并联的流体回路116中的每一个并汇集地将制冷剂供给到液体管线126。液相和/或混合相的制冷剂可经过液体管线126输送到制冷剂膨胀装置。

热交换器106通常是利用周围的环境空气作为第一流体以及制冷剂作为第二流体的气冷式热交换器。压缩机102可以使制冷剂沿着上述路径循环经过热交换器106，同时风扇104使周围环境空气流经热交换器106。风扇104通常可以位于顶侧110附近。风扇104可以构造成从热交换器106外部抽吸周围的环境空气，沿着大致垂直于热交换器106的总高度112的方向经过热交换器106，并最终向上流出冷凝单元100。简化表示的气流路径128描述了空气如何流入和流出冷凝单元100。应当认识到，由于过热降温管118中的制冷剂和周围环境空气温度之间的温差可高于冷凝器管120中的制冷剂和周围环境空气温度之间的温差，因此由过热降温管118实现的传热速率可高于由冷凝器管120实现的传热速率。

现参照附图2，示出了冷凝单元200的替代实施例的简化示意图。冷凝单元200通常包括压缩机202、风扇204、过热降温器热交换器206和冷凝器热交换器208。通常，冷凝单元200包括底侧210和顶侧212，底侧210通常可位于地平面附近或用于冷凝单元200的另一支承结构的附近，顶侧212通常与过热降温器热交换器206和冷凝器热交换器208中的一个或多个的上端和/或风扇204的一部分的垂直位置中的一个或多个相关联。在一些实施例中，冷凝器热交换器208的总高度214基本上从底侧210附近延伸至顶侧212。

过热降温器热交换器206和冷凝器热交换器208独立地工作以便分别地对制冷剂进行过热降温并冷凝制冷剂。在一些实施例中，从压缩机202经过排出管路216排出的制冷剂气体可供给到过热降温器热交换器206。在一些实施例中，排出管路216可以供给多个并联的过热降温器流体回路218。每个过热降温器流体回路218可以包括过热降温器管220。通常，制冷剂可以从排出管路216经过过热降温器供给管222流入过热降温器管220并从过热降温器管220流入共享的过热降温器出口管224。制冷剂可以经过过热降温器出口管224流出该过热降温器热交换器206。

制冷剂可以从过热降温器出口管224供给到多个并联的冷凝器流体回路226。每个冷凝器流体回路226可以包括一个或多个冷凝器管228。通常，制冷剂可以从过热降温器出口管224经过冷凝器供给管230流入冷凝器管228。制冷剂经过冷凝器回路出口管232离开多个并联的冷凝器流体回路226并汇集地将制冷剂供给到液体管线234。液相和/或混合相的制冷剂可经过液体管线234输送到制冷剂膨胀装置。

过热降温器热交换器206和冷凝器热交换器208通常是利用周围的环境空气作为第一流体以及制冷剂作为第二流体的气冷式热交换器。压缩机202可以使制冷剂沿着上述路径循环经过热交换器206、208，同时风扇204使周围环境空气流经热交换器206、208。风扇204通常可以位于顶侧212附近。在一些实施例中，过热降温器管220可以相对于相邻的冷凝器管228位于大致下游气流位置。在一些实施例中，过热降温器热交换器206可以大致位于基本上由冷凝器热交换器208的至少一部分包围的空间内。在一些实施例中，过热降温器热交换器206的至少一部分可以基本上位于风扇204附近、在空气流速相对较高的区域内，和/或在被选择为即使由于过热降温器热交换器206相对于冷凝器热交换器208的临近设置而造成任何气压下降也能确保气流通过过热降温器热交换器206的位置中。

风扇204可以构造成从冷凝器热交换器208外部抽吸周围的环境空气并沿着大致垂直于冷凝器热交换器208的总高度214的方向经过冷凝器热交换器208。此后，该空气被进一步从冷凝器热交换器208处抽出、经过过热降温器热交换器206并最终向上流出冷凝单元200。简化表示的气流路径236描述了空气如何流入和流出冷凝单元200。应当认识到，通过确保周围环境空气在遇到相对较热的过热降温器管220之前遇到相对较冷的冷凝器管228的至少一部分，可以积极地影响冷凝单元200的总传热速率。换句话说，通过以上述方式提供气流，周围环境空气和热交换器206、208之间的温差可以最大化。

此外，在一些实施例中，冷凝单元100包括与冷凝单元200基本上相同的EER效率评价，与总高度112相比总高度214可显著降低。因此，在一些实施例中，相比于简单地允许冷凝单元100，冷凝单元200的构造的选择可减少总的空间的需求。进一步地，在一些实施例中，采用与冷凝单元100构造相对的冷凝单元200构造，即使在单元100、200包括基本上相同的热交换器表面积时也能提供显著增加的效率。

下面参照附图3，示出了冷凝单元300的另一替代实施例的简化示意图。除了冷凝单元300包括两排冷凝器管228而非一排冷凝器管228之外，冷凝单元300基本上与冷凝单元200相似。因此，冷凝单元300可以描述为包括三排管：外排冷凝器管302、内排冷凝器管304和一排过热降温器管306。虽然各排302、304、306似乎是柱状管，但是术语“排”被用来强调其相对于周围环境空气遵循简化的气流路径308遇到各排302、304、306的顺序和方向的位置。因而，空气沿气流路径308首先遇到外排冷凝器管302(其可以构造为包括比内排冷凝器管304的制冷剂相对更冷的制冷剂)。其次，此时较热的空气遇到内排冷凝器管304。最后，此刻更热的空气遇到该排携带很热的过热制冷剂的过热降温器管306。

下面参照附图4，示出当空气沿着气流路径308流动时三排302、304、306中每一排内的制冷剂温度如何影响空气温度的图表。随着空气遇到排302和304，冷凝器管排302和304内的制冷剂基本上一致地处于饱和温度110℉。因此，该图表表明，在排302和304处空气和制冷剂之间的热交换使得制冷剂从气相冷凝到液相。当然，由于上述传热作用，在排302和304处的空气温度增加。但尽管如此，随着热空气遇到过热降温器排306，制冷剂和空气之间的温差更大，从而尽管空气温度大体上增加但是仍然增加了热传递速率。上述构造保证了随着空气温度增加，空气暴露于更热的制冷剂，以使热交换器206、208的所谓的接近温度(approachtemperature)被选择成提供增加的传热速率。

参照附图5，示出了热泵HVAC***500的简化示意图，该热泵HVAC***500包括基本上与冷凝单元200和冷凝单元300的至少一个相类似的冷凝单元502。冷凝单元502通常可以包括压缩机504、风扇506、过热降温器热交换器508和冷凝器热交换器510。冷凝单元502可以进一步包括所谓的换向阀512，其有选择地可操作来确定由压缩机504沿可替代路线泵送的制冷剂的路线，以便提供加热功能而非制冷功能。冷凝单元502和冷凝单元200、300之间的差异在于过热降温器热交换器508可以沿着换向阀512和冷凝器热交换器510之间的蒸汽管线514设置。

附图5还描述了热泵HVAC***500包括膨胀阀516、室内盘管518、室内送风机520和/或其公知的等效体。在这一构造中，过热降温器热交换器508可以基本上与过热降温器热交换器206相同的制冷模式运行。然而，当换向阀512被构造成使热泵HVAC***500以加热模式运行时，过热降温器热交换器508可以大大地降低对热交换的影响。这种降低的对热交换的影响是由于过热降温器热交换器508和冷凝器热交换器510共同实现蒸发器盘管(或室内盘管)的功能，和/或因为流经过热降温器热交换器508和冷凝器热交换器510的制冷剂可以很接近周围环境空气的温度，导致相对较小的ΔT。

本文公开的原理、方法和冷凝单元构造可以成功地应用于板翅式热交换器、中心翅片盘管型热交换器和/或冷凝单元的其它任何形式的气冷式热交换器。此外，应当认识到，本文公开的***和方法可以成功地应用于各种冷凝单元，而与制冷剂、风扇、压缩机的种类，和/或使用的供给和/或出口管组件无关。在一些实施例中，通过简单地确保经过冷凝单元的气流在遇到相对较高温度的过热降温器管之前遇到较低温度的冷凝器管，就可获得上述***和方法的优越性。

已经公开了至少一个实施例，本技术领域内技术人员对于实施例和/或实施例的零件所作出的变化、组合和/或修改均落入在本发明范围之内。通过组合、集成和/或省略实施例的某些零件而得出的替代实施例也都落入在本发明范围之内。在陈述数字范围或数字限定的情形中，如此表达的数字范围或限定应被理解为，包括落入所表达陈述范围或限定内的类似值的反复范围或限定(例如，从约1至10就包括2、3、4等等；大于0.10就包括0.11、0.12、0.13等等)。例如，只要公开了数字范围的下限Rl和上限Ru，那么落入该范围内的任何数字就具体地公开了。尤其是，该范围内以下的数字特别地予以公开：R＝Rl+k×(Ru-Rl)，其中，k是从1％至100％以1％为增量变化的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％...50％、51％、52％...95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，由上述定义的两个R数字定义的任何数字范围也就具体地公开了。对于任何权利要求的元件使用术语“可选择地”，是指需要该元件或替代地不需要该元件，两种替换方式都在权利要求的范围之内。使用诸如包括、包含和具有之类的广义的术语应被理解到，是对诸如由什么组成、主要地由什么组成以及大致由什么组成之类的较狭义术语提供支持。因此，保护范围不受以上阐述的介绍所限制，但由附后的权利要求书予以定义，该范围包括权利要求书主题的所有等价物。纳入各个和每个权利要求，进一步揭示到本说明书中，权利要求书是本发明的实施例。

Claims (14)

1.一种冷凝单元，包括：

风扇，所述风扇有选择地可操作以沿着气流路径抽吸空气通过所述冷凝单元；

冷凝器热交换器，包括第一排冷凝器管，所述第一排冷凝器管包括多个并联的冷凝器流体回路并且沿着所述气流路径设置；以及

过热降温器热交换器，包括第二排过热降温器管，所述第二排过热降温器管包括多个并联的过热降温器流体回路并且相对于所述第一排冷凝器管沿着所述气流路径下游设置，其中所述过热降温器热交换器的至少一部分被所述冷凝器热交换器至少部分地包围，并且其中所述多个并联的过热降温器流体回路构造成通过共享的过热降温器出口管将制冷剂供给到多个并联的冷凝器流体回路。

2.如权利要求1所述的冷凝单元，其特征在于，所述第一排冷凝器管的至少一部分包括设在其中的制冷剂，所述制冷剂具有基本上与所述制冷剂的饱和温度相等的温度。

3.如权利要求1所述的冷凝单元，其特征在于，所述第二排过热降温器管的至少一部分包括设在其中的过热制冷剂。

4.一种冷凝单元，包括：

气流路径；

过热降温器热交换器，所述过热降温器热交换器包括多个并联的过热降温器流体回路并且沿着所述气流路径设置；以及

冷凝器热交换器，所述冷凝器热交换器包括多个并联的冷凝器流体回路并且沿着所述气流路径设置，其中所述过热降温器热交换器的至少一部分被所述冷凝器热交换器至少部分地包围，并且其中所述多个并联的过热降温器流体回路构造成通过共享的过热降温器出口管将制冷剂供给到多个并联的冷凝器流体回路。

5.如权利要求4所述的冷凝单元，其特征在于，还包括：

压缩机；

其中由所述压缩机排放的制冷剂在进入所述冷凝器热交换器之前完全经过所述过热降温器热交换器。

6.如权利要求5所述的冷凝单元，其特征在于，由过热降温器热交换器接收的制冷剂是过热的。

7.如权利要求6所述的冷凝单元，其特征在于，所述制冷剂在流出所述过热降温器热交换器之前基本上进行了过热降温。

8.如权利要求4所述的冷凝单元，其特征在于，所述过热降温器热交换器的至少一部分相对于所述冷凝器热交换器沿着所述气流路径的下游设置。

9.如权利要求8所述的冷凝单元，其特征在于，所述冷凝器热交换器内制冷剂的至少一部分基本上具有制冷剂的饱和温度。

10.如权利要求9所述的冷凝单元，其特征在于，所述过热降温器热交换器的至少一部分位于所述冷凝单元的风扇附近。

11.如权利要求10所述的冷凝单元，其特征在于，所述气流路径被构造成引导空气沿第一方向进入所述冷凝单元并且其中所述气流路径构造成沿与第一方向基本上正交的第二方向引导空气流出所述冷凝单元。

12.一种对制冷剂进行过热降温的方法，包括：

使具有第一空气温度的空气遇到包括具有第一制冷剂温度的制冷剂的冷凝器热交换器的多个并联的冷凝器流体回路的冷凝器管；

从所述冷凝器管的制冷剂传递热量到空气并且使空气的温度升高到第二空气温度；以及

使具有第二空气温度的空气遇到包括具有第二制冷剂温度的制冷剂的过热降温器热交换器的多个并联的过热降温器流体回路的过热降温器管，该第二制冷剂温度高于第一制冷剂温度；

其中所述过热降温器热交换器的至少一部分被所述冷凝器热交换器至少部分地包封；并且

其中所述多个并联的过热降温器流体回路构造成通过共享的过热降温器出口管将制冷剂供给到多个并联的冷凝器流体回路。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一制冷剂温度是制冷剂的饱和温度。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二制冷剂温度是在制冷剂的饱和温度之上的温度。