[发明专利]热交换器和用于传热的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年5月18日提交的美国临时申请NO.61/649,046和2012年8月15日提交的美国专利NO.13/585,934的优先权，据此二者的全部内容通过引用的方式并入本申请。

技术领域

总体而言，本发明涉及用于在流体之间传热的热交换器和方法，并且更具体而言，涉及制冷系统中的热交换器和传热。

背景技术

蒸汽压缩系统通常用于制冷和/或空气调节和/或加热以及其他用途。在一个典型的蒸汽压缩系统中，通过连续的热力学循环使制冷剂(有时被称为工作流体)循环，以将热能从非受控的周围环境传递到温度和/或湿度受控的环境，或者将热能从温度和/或湿度受控的环境传递到非受控的周围环境。尽管这样的蒸汽压缩系统在其实施中可以不同，但他们通常包括至少一个作为蒸发器而运作的热交换器,和至少一个作为冷凝器而运作的其他热交换器。

在前述系统中，制冷剂通常以一定的热力学状态(即，压力和焓条件)进入蒸发器，在该热力学状态中所述制冷剂为过冷液体或具有相对低的蒸汽品质的部分汽化的两相液体。在制冷剂穿过蒸发器时热能被导入所述制冷剂中，使得制冷剂或以具有相对高的蒸汽品质的部分汽化的两相液体形式或以过热蒸汽形式流出蒸发器。

在该系统中的另一个位置中，制冷剂以过热蒸汽形式，特别是以高于蒸发器的运行压力的压力进入冷凝器。在制冷剂穿过冷凝器时热能从所述制冷剂中被移走，使得制冷剂以至少部分冷凝的状态流出冷凝器。最常见的是，制冷剂以全冷凝的过冷液体形式流出冷凝器。

一些蒸汽压缩系统是可逆热泵系统，既能够以空调模式(比如当非受控的周围环境的温度高于受控环境的期望温度时)又能够以热泵模式(比如当非受控的周围环境的温度低于受控环境的期望温度时)运行。这种系统可能需要能够在一个模式中作为蒸发器并且在另一个模式中作为冷凝器运行的热交换器。

在如上所述的一些系统中，当一个热交换器需要以两种模式有效运行时，可能导致难以满足对于冷凝式热交换器和蒸发式热交换器的有竞争力的需求。

发明内容

根据本发明的一个实施方案，提供一种用于在制冷剂与空气流之间传热的热交换器。所述热交换器包括在两个制冷口之间延伸的制冷剂流动通道。沿所述制冷剂流动通道布置所述热交换器的三个区段。一个空气流动通道依次穿过与所述制冷口之一相邻的第一区段以及与所述制冷口中的另一个相邻的第二区段，但绕过第三区段延伸。与第一个空气流动通道平行的另一个空气流动通道仅延伸穿过所述第三区段。

在一些实施方案中，所述制冷剂流动通道包括至少两个穿过第三区段的通道。在一些这种实施方案中，所述制冷剂以与所述空气呈并流-交叉流的关系流过这些通道。

在一些实施方案中，所述两个空气流动通道包括扩展的表面部件以促进空气与制冷剂之间的传热，并且在一些这种实施方案中，在所述第一区段中的扩展的表面部件的间隔密度远远低于在所述第三区段中的扩展的表面部件的间隔密度。在一些这种实施方案中，所述第一区段中基本无扩展的表面部件。

在一些实施方案中，在一个或多个所述区段中，所述制冷剂流动通道由扁平管限定。在一些这种实施方案中，在所述第一区段和第三区段的至少一个通道之间，所述扁平管中的至少一部分管是连续的。在一些这种实施方案中，在所述第二区段和第三区段的至少一个通道之间，所述扁平管中的至少一部分管是连续的。

根据本发明的一个实施方案，一种从制冷剂中移走热量的方法包括将空气流分隔为第一部分和第二部分。将第一部分热量从所述制冷剂传递到所述第一部分空气，并且在第一部分热量之后将第二部分热量从所述制冷剂传递到所述第一部分空气。在第一部分热量和第二部分热量已从所述制冷剂中移走之后，将第三热量从所述制冷剂传递到所述第二部分空气。然后将被加热的第一和第二部分空气重新混合。

在一些实施方案中，提供一种在制冷剂和空气之间传热的热交换器，所述热交换器包括在第一制冷口和第二制冷口之间延伸的制冷剂流动通道；热交换器的第一区段，第二区段和第三区段依次沿所述制冷剂流动通道布置，所述第一区段布置在第一制冷口与第二区段之间，所述第三区段布置在第二制冷口与第二区段之间；并且第一和第二平行布置的空气流动通道延伸穿过所述热交换器，第一空气流动通道依次穿过第一区段、第三区段且绕过第二区段，所述第二空气流动通道穿过第二区段且绕过第一区段和第三区段，其中，制冷剂与空气之间的传热在所述热交换器的第一区段中基本被抑制，其中，在所述热交换器以空调模式运行期间，所述第二制冷口操作性地连接到膨胀装置，用以接收来自膨胀装置的冷却后的制冷剂。