用于热泵应用的平行流热交换器制造技术

用于热泵应用的平行流热交换器系统（１０，５０，１００，２００），其中，经由流控制系统建立可变长度的单一和多个路径，该流控制系统还允许制冷剂流在平行流热交换器系统（１０，５０，１００，２００）内反向，同时在冷却和加热操作模式之间切换。流控制设备的示例为膨胀设备（８０）和各种止回阀（７０，７２，７４，７６）。平行流热交换器系统可以具有会聚的或发散的流回路并且可以构成单次通过或多次通过蒸发器和多次通过冷凝器。

Parallel flow heat exchanger for heat pump applications

Parallel flow heat exchanger for heat pump system application (10, 50100200), which, via a flow control system of variable length single and multiple paths, the flow control system also allows the refrigerant flow in parallel flow heat exchanger system (10, 50100200) in reverse, while switching between cooling and heating operation mode. An example of a flow control device is an expansion device (80) and various check valves (70, 72, 74, 76). A parallel flow heat exchanger system may have a converging or diverging flow loop and may form a single pass through or through the evaporator and through the condenser many times.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及制冷剂热泵系统并且更特定地涉及其平行流热 交换器。
技术介绍
所谓的平行流热交换器的定义广泛地用于空调和制冷剂工业并且 指定具有制冷剂以通常大致垂直于入口和出口歧管内的制冷剂流的方 向的朝向在其中分配和流动的多个平行的通路的热交换器。此定义在 本
中广泛适用并且将遍及全文使用。平行流热交换器开始在 空调装备中得到普及，但是它们在热泵领域的应用由于下面概述的原 因非常受限制。制冷剂热泵系统通常根据热负荷需求和环境状况以冷却或加热模 式操作。现有的热泵系统包括压缩机、诸如四路换向阀的流控制设备、 室外的热交换器、膨胀设备、和室内的热交换器。在热泵系统分别在 冷却或加热模式操作时，四路换向阀将流出压缩机排出口的制冷剂导 向到室外的或室内的热交换器以及将制冷剂从这些热交换器的另一个 引导回到压缩机吸入口。在冷却操作模式中，制冷剂在压缩机内被压 缩，被向下游递送到四路换向阀并且随后被引导到室外的热交换器(在 此情况中为冷凝器)。在冷凝器中，在与通过诸如风扇的空气运动设 备吹过冷凝器外部表面的诸如空气的第二流体热传递相互作用期间， 从制冷剂移除热量。从而，制冷剂减温、冷凝并且通常低温冷却。制 冷剂从室外的热交换器流动通过膨胀设备，在那里其被膨胀到更低的 压力和温度，并且随后到达室内的热交换器(在此情况中为蒸发器)。 在蒸发器中，在热传递相互作用期间，制冷剂冷却通过诸如风扇的空 气运动设备递送到调节的空间的空气(或其它第二流体)。虽然蒸发 并且过度加热的制冷剂冷却流过室内的热交换器的空气，通常，湿气 也#1从空气流取出，从而空气也被除湿。再一次，制冷剂从室内的热 交换器通过四路换向阀并且返回压缩机。在加热操作模式中，通过热泵系统的制冷剂流基本上反向。制冷剂从压缩机流动到四路换向阀并且被引导到室内的热交换器。在现在 用作冷凝器的室内的热交换器内，热量被释放到通过风扇递送到室内 的环境的空气以加热室内的环境。减温、冷凝并且通常低温冷却的制 冷剂随后流动通过膨胀设备并且到达下游的室外的热交换器，在那里 将热量从相对冷的周围环境传输到蒸发并且通常过度加热的制冷剂。 制冷剂随后被导向到四路换向阀并且返回压缩机。如本领域中的普通技术人员已知的，上面已经描述了基本的热泵系统的筒化的操作，并且许多改变和可选的特征能够加入热泵示意 图。例如，分开的膨胀设备能够用于加热和冷却操作模式，或者节热器或再热循环能够集成到热泵设计中。此外，通过引入诸如R744的 自然制冷剂，高压力侧热交换器能够潜在地在超临界区(高于临界点) 操作，并且单相制冷剂而不是诸如在亚临界状况的主要的两相流体将 流动通过其热交换管。在此情况中，冷凝器变成单相冷却器型热交换 器。如能够从对热泵操作的简化的描述看出的，根据操作模式，全部 热交换器通常起冷凝器和蒸发器的双重用途。此外，通过热泵热交换 器的制冷剂流通常在前述操作模式期间反向(除非制造特殊的管道设 置)。从而，热交换器和热泵系统设计者面临对于全部冷却和加热操 作模式中的性能优化热交换器回路构造的挑战。这是特别困难的任 务，因为要遍及热交换器维持制冷剂热传递和压力降低特性之间的充 分的平衡。因此，许多热泵热交换设计为对于全部冷却和加热操作模 式具有相等的然而不是最佳的数量的直通回路。总之，流动通过热交换器的两相制冷剂混合物内包含的蒸气越多 并且制冷剂流量越高，有效的热交换器操作需要的平行回路的数量越 大。从而，有效的冷凝器通常结合会聚的回路并且有效的蒸发器使用 直通或发散的回路。换句话说，热交换器回路在沿制冷剂路径的一些 中间位置结合或分离以适应制冷剂密度的改变并且分别改进制冷剂流 的冷凝或蒸发特性。在现有的板和散热片热交换器中，这样的回路改 变与制冷剂流方向反向一起能够通过利用三脚架和中间歧管实现，如6产业中已知的。在平行流热交换器中，特别是在热泵应用中，由于设 计细节以及歧管设计和制冷剂分配细节，平行回路的数量能够仅在歧 管位置处改变，限制热交换器设计灵活性。因此，对于冷却和加热操 作模式，沿热交换器的长度实现可变数量的平行回路以及可变长度的 回路对热交换器和热泵系统的设计者提出重大的障碍并且在平行流热 交换器的
中未知。热交换器设计者面临的另 一个挑战为制冷剂分配不均，特别是在 制冷剂系统蒸发器中显著的。这在操作状况的宽范围内导致重大的蒸 发器和总体系统性能降低。制冷剂分配不均可能由于蒸发器通道内的 流动阻抗内的差异、外部热传递表面上的不均匀的气流分配、不正确 的热交换器朝向或差的歧管和分配系统设计发生。由于平行流蒸发器 对于引导到每个制冷剂回路的制冷剂的特殊的设计，分配不均在平行 流蒸发器内特别显著。对于消除或减小此现象对平行流蒸发器的性能 的影响的尝试非常少或不成功。这样的失败的主要的原因通常涉及建 议的技术的复杂和无效率或解决方案的高得惊人的成本。近年来，平行流热交换器，并且特别是钎焊的铝热交换器已经不仅在汽车领域而且在加热、通风、空调和制冷剂(HVAC&R)工业中受 到许多关注和兴趣。使用平行流技术的主要原因与其出众的性能、高 度紧凑和对腐蚀的增强的抵抗力有关。如上面提到的，在热泵系统中，根据操作模式，每个平行流热交换器用作冷凝器和蒸发器，并且制冷 剂分配不均为对于在热泵系统的蒸发器内实现此技术的其中一个主要 的关注点和障碍。平行流热交换器内的制冷剂分配不均由于通道内和入口和出口歧 管内的不相等的压力降低，以及差的歧管和分配系统设计发生。在歧 管内，制冷剂路径的长度、相分离和重力的差异是造成分配不均的主 要原因。在热交换器通道内部，热传递速率、气流分配、制造容差、 和重力的改变为主要的原因。此外，最近的热交换器性能增强的趋势 促进其通道的小型化(称作小型通道和微型通道)，这又负面地影响 制冷剂分配。因为控制全部这些因素极端困难，之前对于控制制冷剂 分配，特别是在平行流蒸发器内的制冷剂分配的尝试失败。在利用平行流热交换器的制冷剂系统中，入口和出口歧管或集管 (这些术语将遍及全文可互换地使用)通常具有现有的圆柱形形状。当两相流进入集管时，气相通常从液相分开。因为全部相独立地流动， 制冷剂分配不均倾向于发生，可能在一些热传递管的出口处导致两相 (零点过热)状况并且促进在压缩机吸入处溢流，这可以迅速地转化 为压缩机损害。从而，用于热泵应用的平行流热交换器的设计者面临接下来的挑战实现可变长度的发散和转换回路以改进加热和冷却操作模式中的 性能特性、处理反向的流并且避免分配不均(以及诸如油停顿的其它 可靠性问题)。因此，需要解决和克服上述挑战的改进的平行流热交 换器硬件和热泵系统设计。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供平行流热交换器构造，该平行流热交换器构 造，特别是在热泵装备中，通过使用会聚和/或发散回路并且从而提 供制冷剂热传递和压力降低特性的充分的平衡呈现性能优势。本专利技术 的另一个目的为提供平行流热交换器系统设计，该平行流热交换器系 统设计结合可变长度的回路，包括制冷剂流反向的能力，以增强热泵 系统性能，同时在冷却和加热模式之间切换并且以冷却和加热模式操 作。在一个实施例中，热交换器系统设计包括当作为冷凝器操作时具 有两个制冷剂通路和当作为蒸发器操作时具有单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换器系统，其包括平行流热交换器，该平行流热交换器包括以大致平行的关系对准并且通过歧管系统流体地连接的多个热交换管，并且当通过热交换器的流方向反向时，所述平行流热交换器具有可变的回路构造。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MF塔拉斯，A利夫森，
申请(专利权)人：开利公司，
类型：发明
国别省市：US[]