CN102216722A - 具有微通道热交换器的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一种热交换系统(100),其包括:至少一个第一热交换器,具有用于冷却流体的封闭管路;至少一个风扇装置(110),其可操作地使得空气流过第一热交换器;以及至少一个空气冷却器(112),其位于第一热交换器的上游,其中,第一热交换器包括微通道热交换器(104)。

Description

具有微通道热交换器的冷却系统
技术领域
[0001] 本发明总体涉及冷却系统,并且特别涉及流体冷却热交换器,其中流体基本由对流热传递(transfer)冷却。本发明特别适于用于相对大容量的冷却系统,例如商业制冷系统或在大型办公楼中的空调系统的一部分。
背景技术
[0002] 在多数现代房屋中使用加热和冷却系统,从而将该房屋中的温度保持在设定的限值内。用于冷却大型建筑的一种类型的系统是冷却系统,其包含屋顶安装的热交换器。在该类型系统中,来自建筑内空气的热能通过建筑内的一个或更多互相连接的热交换单元传递至屋顶安装的热交换单元。在建筑内,当空气流过热交换单元(蒸发器)时,使用制冷剂冷却空气。然后,被加热的制冷剂被传给另外的热交换单元(冷凝器),其中使用热交换流体(例如水)从制冷剂中提取热。然后,被加热的水常常被传递到屋顶安装的热交换器,屋顶安装的热交换器在建筑的屋顶利用周围空气来冷却水,为进一步使用作准备。最普通安装的屋顶安装的热交换器是一种已知的“开放”系统类型,该系统包含很多缺点,例如产生和传播足够水平的细菌的倾向,共知如嗜肺军团菌,从而使得吸入该细菌的人产生军团病。
[0003] 大型建筑通常需要去除巨大的热负荷,特别是盛夏时节。因此,屋顶安装的热交换器通常被配置成提供足够的热交换能力,以应付预期的最大热负荷。
[0004] 考虑到与“开放”屋顶安装的热交换器有关的问题,建筑所有者有越来越多的倾向去考虑“封闭”屋顶安装的热交换器或热交换器装置,其中,冷却流体保留在封闭冷却管路中,而不暴露在大气中。封闭管路热交换器避免与产生和传播嗜肺军团菌有关的问题。然而,封闭管路热交换器有一序列不同问题,包括大幅度减小的热交换能力(相比于类似尺寸和重量的开放屋顶安装的热交换器)。
[0005] 为了解决闭热交换器的提供大幅度减小的热交换能力的问题,在有些情况下,空气冷却器位于封闭管路热交换器的上游。在这些构造中,在周围空气流过和/或经过封闭管路热交换器之前,空气冷却器有效地冷却周围空气,因此提高了总的热交换能力。
[0006] 传统的封闭管路热交换器构造的重要缺点在于,当热交换器系统的风扇使得空气流过热交换器时,有巨大的压力降,其由已流过传统的热交换器主体的管子和散热片装置的空气而引起。特别在空气冷却器布置在热交换器上游的情形中,该热交换器具有给空气流提供增加的阻力的效果,该空气流是流过空气冷却器并且随后流过热交换器主体的空气流。巨大的压力降需要风扇在较高的速度下运行,其进而又消耗了更多的能量,并且导致风扇产生更多的噪音。在这样的系统中的风扇噪音能够响到使得该冷却系统不适合于某些安装实施。在封闭管路热交换器需要位于相对接近住宅建筑的位置中的情形下,情况尤为如此。在这些特别情况下,关于噪音产生的法定限制能够使传统封闭管路热交换器不适合应用。该因素能够严重地限制这些系统的商业有效性。
[0007] 封闭管路热交换器构造另外的缺点是,在这些系统中使用的传统热交换器局限于仅使用特定类型的冷却流体进行操作。通常,这些封闭管路热交换器不支持利用需要更高操作压力的冷却流体的操作。
[0008] 因此,期望提供替换的封闭管路热交换器,其比包含上游空气冷却器的现有封闭管路热交换器更安静。进一步期望提供替换的封闭管路热交换器,其相比于包含上游空气冷却器的现有封闭管路热交换器消耗更少的能量来操作风扇。
发明内容
[0009] 一方面,本发明提供热交换系统,其包括:至少一个第一热交换器,其具有用于冷却流体的封闭管路;至少一个空气冷却器,其位于该至少一个第一热交换器的上游;以及至少一个风扇装置,其可操作地引起空气流过该至少一个第一热交换器和该至少一个空气冷却器,其中该至少一个第一热交换器包括微通道热交换器。
[0010] 微通道热交换器是具有流体通道的热交换器,该流体通道基本小于标准管子和散热片封闭管路热交换器中的通道,这增加了热传递比和效率。增加的热交换传递比和效率允许微通道热交换器小于标准管子和散热片封闭管路热交换器,且具有基本相同甚至更好的性能。
[0011] 在具有封闭管路微通道热交换器的一个示例性布置中,通过基本水平的供给头部供给冷却流体,并且冷却流体从封闭管路微通道热交换器流过另一个基本水平的返回头部。在一种布置中,供给头部位于或接近封闭管路微通道热交换器的顶部,而返回头部位于或接近封闭管路微通道热交换器的底部,以便冷却流体在顶部或其附近流进封闭管路微通道热交换器,并且在重力作用下流过封闭管路微通道热交换器一次,并且随后在底部或其附近通过返回头部流出。
[0012] 在另外的实施例中,供给头部和返回头部位于封闭管路微通道热交换器的垂直侧或其附近。通常,冷却流体通过供给头部流进,并且流过封闭管路微通道热交换器的流体通道,至返回头部,其中冷却流体可流出返回头部。
[0013] 在另外的实施例中,热交换系统包括第二微通道热交换器,就空气流动的方面来说,第二微通道热交换器与第一微通道热交换器基本串联对齐,从而形成微通道热交换器堆叠。在该实施例中,通过使用微通道热交换器堆叠实现了增加的热交换能力,但是预期在空气流动序列中放置两个或更多微通道热交换器形成堆叠增加了通过该堆叠的空气流动阻力并且因此要求充分更大的空气供给。这进而增加了风扇装置的电能消耗,因为其需要使得空气流过某装置,该装置相比单个热交换器的情况呈现了更大的空气流动阻力。然而, 已令人惊讶地发现,增加的热交换能力的量充分抵消了风扇的增加的电能消耗量,使得本装置给出了意想不到的净利益。
[0014] 特别地,通过在空气流序列(air flow series)中以堆叠形式布置微通道热交换器实现的令人惊讶的结果在于,在不需要风扇装置速度的大幅度增加的情况下,该装置提供了热交换能力的大幅度提高。因为风扇操作速度直接影响风扇产生的噪音,保持相对低的风扇速度的能力(即使微通道热交换器堆叠布置)使得热交换能力大幅度增加,而不大幅度增加与风扇装置速度有关的噪音。该令人惊讶的结果使得具有充分热交换能力的热交换器构造被发展成能够位于受噪音限制的环境中,而在其他情况下这是不被允许的。这增加了该类型热交换器在更宽范围应用中的商业生存能力。
[0015] 形成堆叠微通道热交换器的能力也与冷却流体的选择有关。例如,在使用制冷剂或油作为冷却流体的情况下,只需要提供具有单个微通道热交换器的热交换器,以在保持由电风扇装置产生的噪音的同时提供所需的热交换能力(在必要的噪音限值内)。然而,在水是优选冷却流体的情况下,单个微通道热交换器不可能提供充分的热交换能力,而可能需要堆叠布置的微通道热交换器。因而,在不需要大幅度增加风扇速度的情况下构造堆叠的微通道热交换器的能力使得能够构造以下这种热交换器系统,该系统使用水作为冷却流体,同时保持由电风扇装置产生的噪音在最小值并且潜在地在噪音限值之内。
[0016] 在有些实施例中,第一微通道热交换器与一个或更多第一微通道热交换器并联或串联布置。
[0017] 在一个实施例中,在使用中,空气冷却器使得空气被弓I入并流过该冷却器,这是由风扇装置引起的,该风扇装置可为第一风扇装置。在该实施例中,流过空气冷却器的空气被冷却。然后,冷却的空气流过封闭管路微通道热交换器。
[0018] 在另外的实施例中,第一封闭管路微通道热交换器被构造成具有一定横截面的基本管状布置,其中第一风扇装置可操作地引起空气纵向流过第一封闭管路微通道热交换器的基本管状布置的内部空间。当然,空气也可流过基本管状布置的壁,从而有助于热交换过程。
[0019] 在进一步实施例中,具有用于冷却流体的封闭管路的第二微通道热交换器与第一封闭管路微通道热交换器一起布置,以便两者形成具有空气能够流过的内部空间的一定横截面的基本管状布置。
[0020] 风扇装置可位于相对于第一封闭管路微通道热交换器的不同位置中。然而,在示例性实施例中,由第一风扇装置的运行而产生的空气流动的方向位于与管状布置的纵向轴线基本对齐的方向,或者位于与第一和第二封闭管路微通道热交换器的布置的纵向轴线的基本对齐的方向。
[0021] 当然,根据本发明的热交换系统可包括一个或更多风扇装置,风扇装置使得空气流过第一微通道热交换器。在包括两个或更多风扇装置的这些实施例中,每个风扇装置的空气流动方向可基本对齐。在本发明的示例性实施例中,热交换系统在管状布置的一端包括单个风扇装置,其用于推动空气流过第一封闭管路微通道热交换器。
[0022] 当第一封闭管路微通道热交换器形成为基本管状布置时,其可具有垂直于其名义上的纵向轴线的不同横截面形状。适当的形状包括基本的正方形、六边形、八边形、星形、三角形或类似的。在一个实施例中,管状布置具有垂直于其名义上的纵向轴线的大体环形或椭圆形横截面。在另外的示例性实施例中,基本管状布置具有垂直于其名义上的纵向轴线的大体正方形或矩形横截面。在该实施例中,大体的正方形或矩形横截面具有一个或更多弓形角部。
[0023] 该管状布置的结构可完全地或部分地绕管状布置的纵向轴线圆周延伸。当然,在有些布置中,管状布置绕纵向轴线形成连续体。这形成了绕管状布置的纵向轴线的封闭管子。在其他示例性实施例中,第一封闭管路微通道热交换器可与基本管状布置和微通道热交换主体一起操作,微通道热交换主体形成绕其纵向轴线部分地延伸的管状布置的壁。这将在管状布置的主体中提供圆周缺口。能够明白,微通道热交换主体的管状布置绕纵向轴线延伸得越大,该构造利用来自风扇装置的空气流越有效,该风扇装置用于冷却冷却流体, 该冷却流体包含在管状布置壁的流体通路中。因此优选的是,微通道热交换主体的管状布置绕其纵向轴线尽可能多地延伸,从而绕纵向轴线充分形成封闭壳(enclosure)。当然,两个或更多独立的封闭管路微通道热交换器可基本抵靠在一起,或位于接近位置,以形成空气流过的大体管状封闭壳。
[0024] 在管状布置圆周中包括缺口的情况可由于许多原因发生。在一个实施例中,缺口为了头部装置的供应而提供,通过该头部装置,冷却流体流进和流出形成管状布置壁的封闭管路。该头部可设置在两个间隔开的纵向端部中的一个或两个上,而每个端部都基本平行于管状布置的纵向轴线延伸。用于冷却流体的封闭管路在这些端部之间圆周地延伸。在有些布置中,纵向端部中只有一个包括头部,另一端部具有包括封闭端的连接段。在其他布置中,纵向端部的每一个都包括头部,其允许流体在头部之间流动,或允许流体在连接至各自头部的微通道热交换主体的独立段中流动。
[0025] 在一个示例性例子中,通过进入第一封闭管路微通道热交换器顶端的头部装置以及通过从第一封闭管路微通道热交换器的底端的头部装置流出,冷却流体流过第一封闭管路微通道热交换器。在该实施例中,风扇装置优选构造成使得空气首先从底部流出,并且流过管状微通道热交换器系统中的基本封闭空间,该系统相对于被导致轴向向上流动以从第一封闭管路微通道热交换器的顶端流出的空气而垂直定位。在另外的示例性实施例中,为了通过第一封闭管路微通道热交换器抽取空气,风扇装置位于第一封闭管路微通道热交换器的顶部的附近或该顶部上。这些实施例中的任意一个均提供逆流热交换布置,其中空气流和冷却流体流的方向是在不同方向上的。
[0026] 可使用用于第一封闭管路微通道热交换器的各种各样的流体运送通路。在一个示例性实施例中,微通道热交换器包括由多个圆周布置的通路形成的封闭管路,该通路在热交换主体中相对于纵向轴线而基本横向布置。
[0027] 封闭管路微通道热交换器中的冷却流体可比传统的管子和散热片封闭管路热交换器中的具有充分更高的压力。这可允许使用例如二氧化碳这样的冷却流体。
[0028] 应注意,本发明的至少一个第一微通道热交换器具有用于冷却流体的封闭管路, 从而确保阻止冷却流体暴露在大气中,并且特别地,不暴露在流过冷却流体微通道热交换器的空气中。在使用水作为冷却流体的情况下,当冷却流体流过微通道热交换器(称为“封闭管路”微通道热交换器)时,冷却流体与流过微通道热交换器的空气的这种分离消除了空气传播嗜肺军团菌的危险。在实践中,封闭管路易于形成回路的在冷却系统中的一部分,其中,冷却流体从利用流体吸收热能的位置传送,并且随后被传动至冷却流体微通道热交换器,以便去除来自冷却流体的吸收热能。
[0029] 在有些环境中(其中周围外部温度可超过30°C ),不可能使用以周围空气进行冷却的封闭管路热交换器系统来为空调系统去除大量的热并进而形成商业可行构造。因此, 在这些布置中,只能通过提供不切实际的大的初步热交换器来使得对流冷却成为可能,该交换器常常是商业上不切实际的期待。
[0030] 在高周围温度环境中,在使得空气流过微通道热交换器之前的对周围空气的冷却产生了一种商业可行的构造。为了冷却流过第一热微通道热交换器的空气,空气冷却器可位于一个或更多空气进口之上或其附近,风扇装置通过该进口使得冷却空气流过第一封闭管路微通道热交换器。在一个实施例中,风扇装置通过第一封闭管路微通道热交换器的壁抽取冷却空气。在该实施例中,第一封闭管路微通道热交换器的壁径向朝外地布置在至少一个空气冷却器处。
[0031] 空气冷却器可具有许多种布置。在一个示例性实施例中,空气冷却器包括吸湿垫形式的吸湿材料,该垫在使用中保持湿度,从而在空气流过第一微通道热交换器中的封闭管路一部分之前,利用蒸发作用来冷却流过冷却器的空气。已发现,使用具有吸湿材料的空气冷却器显著地提高了热交换系统的冷却能力。
[0032] 在一个实施例中,吸湿材料包括多个槽孔,并且基本平行于第一封闭管路微通道热交换器主体的一个或更多壁布置。在该布置中,空气冷却器可包括湿气分配器,其将蒸发湿气分配至吸湿材料上,因而在热交换系统的运行期间保持其潮湿。
附图说明
[0033] 本发明将参考示出了本发明示例性实施例的附图中的各个图进行描述,其中:
[0034] 图1是示意图,其示出了包含空气冷却的屋顶安装的热交换器的封闭管路冷却系统的主要组件;
[0035] 图2是示意图,其示出了包含空气冷却的屋顶安装的热交换器的封闭管路冷却系统的进一步形式,示出了包括吸湿垫的空气冷却器;
[0036] 图3是根据本发明的一个示例性实施例的封闭管路微通道热交换器旋管的平面图;
[0037] 图4是图2的封闭管路微通道热交换器旋管的前视图;
[0038] 图5是图2的封闭管路微通道热交换器旋管的右视图;
[0039] 图6是热交换系统一个实施例的平面图,该系统包括布置成“V”形的封闭管路微通道热交换器;
[0040] 图7是微通道热交换器堆叠的前视图,该堆叠具有两个微通道热交换器;
[0041] 图8是图7中微通道热交换器堆叠的右视图;
[0042] 图9是微通道热交换器的前视图,其中供给和返回头部分别定位在微通道热交换器的顶部或底部处或其附近;
[0043] 图10是图9的微通道热交换器的平面图;
[0044] 图11是微通道热交换器的前视图,其中供给和返回头部分别定位在微通道热交换器的侧部或其附近;
[0045] 图12是图11的微通道热交换器的右视图;
[0046] 图13是图11的微通道热交换器的顶部平面图;
[0047] 图14是图11的微通道热交换器的底部平面图;
[0048] 图15是热交换系统实施例的图形表示,该系统包括现有的湿气再循环系统;
[0049] 图16是冷却系统实施例的图形表示,该系统包括根据本发明实施例的湿气再循环装置;
[0050] 图17是图16的冷却系统实施例的图形表示,其提供了图16中有些组件的详细透视图;以及
[0051] 图18是噪音图表,其示出了冷却系统不同实施例的噪音水平。 具体实施方式[0052] 参考图1,其示出为建筑20提供冷却空气的传统封闭管路冷却系统布置18的示意图。该封闭管路冷却系统布置18包括屋顶安装的热交换器23,其通常包括基本平坦的主热交换器板27、27A。
[0053] 示出的封闭管路冷却系统布置18包含热交换器系统21,其位于建筑20的基部,被设计用于在制冷流体22的封闭回路与水管路30之间交换热负荷。水管路30连接至建筑的内部空调系统(未示出)。通过抽取空气使其流过管道而大体冷却建筑20中的空气,冷的水管路30的一部分存在于该管道中。来自空气的热能被传递至用于冷却建筑20中的空气的冷的水管路30。制冷流体22的封闭回路用于冷却水管路30。这通过将制冷流体流过热交换器观而实现,其中,热交换器从水管路30中吸收热能,该水管路也沿逆流移动通过热交换器观。通过管路22的制冷流体流由压缩机M驱动,并且由膨胀阀沈调节。
[0054] 屋顶安装的热交换器23位于建筑20的屋顶。示出的屋顶安装的热交换器23由空气冷却冷凝器27、27A组成,其构造有电驱动风扇四和31,电驱动风扇位于冷凝器27、27A 的顶部,电驱动风扇通过侧空气进口(未示出)抽取空气使其通过冷凝器27、27A旋管,并且驱动通过风扇四和31抽取的空气,使其从屋顶安装的热交换器23上方排出。因为热交换器常常很大并且因为运行期间使用巨大的风扇29、31而发出的相当大量的噪音,所以屋顶安装的热交换器23通常位于建筑10的屋顶上。制冷流体从建筑20的地下室被泵上建筑20的屋顶,并且流过冷凝器旋管27、27A,其中,热从制冷流体传递至由风扇四和31抽取流过旋管27、27A的空气。
[0055] 示出的冷却冷凝器使用诱导通风逆流来抽取空气流过塔状物23。在该构造中,风扇29、30位于冷凝器27、27A的空气出口。空气进入塔状物23,并且沿流过冷凝器27、27A 的冷却流体的相反方向被抽取竖直通过冷凝器27。
[0056] 现在参考图2,示出了为建筑34提供空气调节的空气的封闭管路冷却系统布置32 的第二种形式。该冷却系统布置32能够包括具有封闭管路冷却布置的屋顶安装的热交换
35 ο
[0057] 示出的冷却系统布置32与参照图1描述的类似之处在于,其包括制冷流体的封闭管路36,通过压缩机42使制冷流体流过冷凝器38和蒸发器40。通过封闭管路36的流体的流动由膨胀阀44控制。蒸发器40包括封闭水管路46,该封闭水管路46使得热量从中去除,以便使用封闭水管路46以前述类似方式有效地冷却建筑34内的空气。冷凝器38用作热交换器,以便从制冷流体的封闭回路36吸取热能。
[0058] 在冷凝器38中从制冷流体的封闭回路36去除热能的这种去除受冷却流体的使用的影响,该冷却流体通过管道系统50被抽取进冷凝器38,并且通过管道系统48而被运出冷凝器38。在泵51的控制下,冷却流体被抽取进冷凝器38,并且流过冷凝器38。从冷凝器38流出的冷却流体被管道系统48运送至建筑34的屋顶,其中,冷却流体进入封闭管路的屋顶安装的热交换器35的屋顶安装的封闭管路的微通道热交换器52。封闭管路的屋顶安装的热交换器35包括电驱动风扇M和56,电驱动风扇操作以抽取空气使其从中通过。
[0059] 封闭管路的微通道热交换器52的管道系统(在图1和图2中未示出任何细节) 基本为热传导的,并且布置在某一区域中,当使得空气流过封闭管路热交换器52时,该区域将受空气流动的影响。能够明白,管道系统的各段能够包括热传导延伸部,从而在空气流过管道系统时,提高热对流传递效率。热传导延伸部通常包含散热片,散热片常常用合适的热传导材料形成。在流过管道系统的一部分后,水进而通过向下管道50被运送出屋顶安装的封闭管路微通道热交换器52,并且使用泵51而被泵入冷凝器38。
[0060] 除了使得冷却流体流过管道系统的一部分(受到压力空气流的作用),屋顶安装的热交换器35也包括空气冷却器57。空气冷却器57包括被弄湿的吸水材料,吸水材料位于封闭管路微通道热交换器52的空气进口的上游。通过空气冷却器57的弄湿的吸水材料, 风扇54,56的操作抽取空气,使得吸水材料中的湿气蒸发。蒸发湿气所需的能量从空气中提取,因此在空气通过封闭管路微通道热交换器52之前来冷却空气。所得到的较冷空气在通过封闭管路热交换器52时允许更大的温度变化,并且因此使得屋顶安装的热交换器35 在通过封闭管路微通道热交换器52从水流动中去除热能的效率增加。
[0061] 图3至图5示出了第一封闭管路微通道热交换器60的一种示例性形式,其能够用于封闭管路的屋顶安装的热交换器23。如所示,在该实施例中,封闭管路微通道热交换器60被构造成基本管状形状的旋管,其具有名义上的纵向轴线62 (在图4和图5中最佳示出)X_X。管状微通道旋管62(如图3中最佳示出)被构造成具有基本正方形的横向横截面区域(即垂直于轴X-X)。正方形横向横截面具有圆角。管状微通道旋管62不绕纵向轴线 X-X完全延伸,反而在其一个角部具有纵向缺口 64。在该纵向缺口 64处定位有纵向布置的头部装置66,头部装置66包括与微通道热交换旋管60端口连接的进口 68和出口 70。头部装置66包括两个纵向定向的头部72和73,供给头部72具有上侧安装的进口管子74,而返回头部73具有下侧安装的出口管子75。当然,在其他的实施例中,进口管子74和出口管子75可通过公共头部装置连接。微通道热交换旋管60和头部装置安装在正方形基部平台 78上,基部平台78通常由镀锌钢、钢筋混凝土等等构造。
[0062] 第一微通道热交换器60中的缺口 66形成微通道热交换旋管60的两个纵向端部 76和77,多个圆周布置的热传导微通道管道系统79在两个纵向端部76和77之间延伸。微通道管道系统79的每个圆周部分的端部都使用U形弯曲连接件80在不同部分的每端互相连接,从而形成将水从供给头部72运送至返回头部73的曲折路径。微通道管道系统79安装在框架结构82上,框架结构82安装在基部平台78中,基部平台78在每个微通道管道系统79的各圆周长度之间提供预定的间隔。选择该间隔,从而允许由空气冷却器冷却的空气从第一封闭管路微通道热交换器60的外部流出,通过封闭管路微通道热交换器60的侧部, 并且流过微通道管道系统79。
[0063] 操作中,冷却流体(例如水、氨或氟利昂)通过供给头部72,经进口管子74而进入封闭管路微通道热交换器60,并且流过管道系统79。通过图1中所示实施例中的风扇(例如风扇四和31)、或图2中实施例中的风扇讨和56的作用,冷却空气被推动流过微通道管道系统79,将来自微通道管道系统79中的水的热通过空气(通常对流热传递)传递至微通道管道系统79 (通常对流热传递)。微通道管道系统79中的水被冷却并且进而从第一封闭管路微通道热交换器60,通过返回头部73,经出口管子75而被散发。
[0064] 图6示出封闭管路热交换系统100的另外的实施例,其中16个微通道热交换器片 104布置成“V”形。四条通路中的每条都由两个“V”形限定。空气被引导流过封闭管路微通道热交换器,并且由于每个风扇装置110的原因而通过通路。每个风扇装置110都具有电驱动风扇108。在该具体实施例中,示出了空气冷却器112位于封闭管路热交换系统100 的每个纵向侧上。也示出了分别用于供给和返回头部的进口管子114和出口管子116。封闭管路微通道热交换器104和头部装置安装在正方形基部平台102上,基部平台通常由镀锌钢、钢筋混凝土等等构造。为了减少由风扇108的操作而引起的振动和噪音,风扇108安装在圆柱形削弱鼓(未示出)中,圆柱形削弱鼓由阻尼材料(例如橡胶等等)形成。
[0065] 可使用不同方向的微通道热交换器,以提高热交换器暴露于周围空气或暴露于由空气冷却器冷却的空气中的这种暴露。这可提高热交换系统的流入和冷却特性。
[0066] 在封闭管路微通道热交换器104的侧壁的向外的两侧处布置有两个基本平坦的空气冷却器112。空气冷却器112由吸湿材料形成,在一个实施例中,当使用分配装置(未示出)将湿气分配到空气冷却器112上时,吸湿材料保持水。空气冷却器112悬挂在侧壁上,该侧壁形成封闭管路微通道热交换器104的的空气进口,从而流过微通道热交换旋管的管道系统79的冷却空气需要首先流过空气冷却器112。如上所述,湿气的蒸发从流过空气冷却器112的空气中吸取热能,并且因此冷却该空气。空气被冷却的程度取决于周围温度和外部空气的湿度。
[0067] 应理解,通过利用湿气分配器(未示出了,例如控制阀等等)将水施加到每个空气冷却器112的顶部,通常会弄湿空气冷却器112。水施加器通常在空气冷却器112的顶部上分散水。由水施加器施加的水最后向下通过空气冷却器112滴流,这充分弄湿空气冷却器 112的整个材料。在空气冷却器112未完全吸收施加在其上的水的情况下,从每个空气冷却器112底部流走的水可在储水池(未示出)中收集,其可通过泵(也未示出)而返回水施加器。在有些示例性实施例中,从空气冷却器底部流走的水不再流至空气冷却器的顶部。
[0068] 在有些实施例中,热交换系统100的空气冷却器112只在围绕热交换系统的周围空气温度高于预定温度时可操作。在这些实施例中,热交换系统100能够包括控制器,控制器激励空气冷却器112的使用。例如,当从封闭管路微通道热交换器流出的冷却流体的温度升高到高于第一预定限值时,根据控制方法论,可以规律或以周期为基础地短时间弄湿空气冷却器112。例如,第一预定限值可为M°C。空气冷却器112可在冷却流体温度高于第一限值时而被弄湿,直到从封闭管路微通道热交换器流出的冷却流体的温度降至第二预定限值以下。第二预定限值优选低于第一预定显著温度至少2°C,以避免分配器响应围绕预定限值的冷却流体温度的小波动而经常被激励和去激励(deactivate)。
[0069] 可以使用替换的控制方法论,目的在于用最短的所需时间来操作空气冷却器112, 以适应在需要增加的冷却能力的期间段用于增加冷却能力的要求。
[0070] 运行中,冷却流体(例如水、氨或氟利昂)通过供给头部,经进口管子114进入封闭管路微通道热交换器104,并且流过微通道热交换器104的管道系统。通过图1中所示实施例中的风扇(例如风扇108)或图2实施例中的风扇M和56的作用,冷却空气被推动在微通道管道系统104上经过,将来自微通道管道系统104中的水的热通过空气(通常对流热传递)传递至微通道热交换器104的管道系统(通常对流热传递)。管道系统中的水被冷却,并且然后从第一封闭管路微通道热交换器104,通过返回头部,经出口管子116而流出ο
[0071] 如图6详细示出的结构可构造在建筑的屋顶上,例如图1和图2所示出的。
[0072] 在该实施例中,风扇装置108对中安装,而其风扇可绕轴线转动,该轴线与纵向轴线基本一致,该纵向轴线中的每一条都由封闭管路微通道热交换器60的两个“V”形限定。 然而,在有些实施例中,风扇108可不安装在圆柱形削弱鼓中,而是安装在腔体中,该腔体具有比通路内部对角尺寸更大的直径尺寸,该通路中的每个都由封闭管路热交换器104的两个“V”形限定。这允许风扇108具有更宽的叶片,并且通过封闭管路微通道热交换器104 抽取更大的体积流量(相比较小的风扇)。另外,风扇108定向为,风扇叶片背离风扇马达和封闭管路微通道热交换器104的内部而朝向。在其他实施例中,使用可变斜度的风扇,以通过第一封闭管路热交换器和空气冷却器抽取空气。
[0073] 除了水,可在微通道热交换器的封闭管路中使用一系列的冷却流体。在一个替换实施例中,冷却流体包含高浓度氨,而第一封闭管路微通道热交换器包括不锈钢或铝管道系统,其使得氨通过封闭管路微通道热交换器。进一步地,可使用一系列的材料来形成用于冷却流体的通路,例如低碳钢。在本领域应明白,根据本发明的热交换器的改进的冷却效果使得能够构造包含氨冷却流体的热交换器,该热交换器具有减小的物理尺寸且具有与较大尺寸的传统热交换器类似的冷却能力。结果是,使用氨作为冷却流体的封闭管路微通道热交换器成为用于相对小的安装设施的较为经济可行的选择。
[0074] 在一个实施例中,微通道热交换器可完全由铝做成,以便允许在其运行寿命的尽头可轻易地再利用。
[0075] 图7是堆叠微通道热交换器120的前视图。在该实施例中,封闭管路的微通道热交换器120是堆叠封闭管路微通道热交换器,其具有第一微通道热交换器122和第二微通道热交换器124,从空气流动方面看,第二微通道热交换器被排列成与第一微通道热交换器 122基本串联,以使得被导致流过封闭管路微通道热交换器的空气在两个微通道热交换器上流过。冷却流体通过进口管子1¾在第一供给头部138处流进,其然后向上流动到第一微通道热交换器122,直到其抵达第一出口头部134。该第一出口头部134经管子130与用于第二微通道热交换器124的第二供给头部132进行冷却流体相通。第二供给头部132允许冷却流体向下流动,通过第二微通道热交换器124,直到其抵达返回头部136。然后,冷却流体可流至热交换器系统100中的另外的封闭管路微通道热交换器,可替换地,其可流至另外的热交换器系统(未示出)中的另外的封闭管路热交换器,进一步可替换地,其可流出至图1或图2中所示的冷却系统布置中的另外的部分。在有些实施例中,堆叠封闭管路热交换器可在堆叠中具有第三、第四或更多的热交换器。
[0076] 图8是图8的堆叠封闭管路微通道热交换器实施例的右视图。通过微通道热交换器的冷却流体流由箭头示出。在第一微通道热交换器122中的冷却流体流处于向上的方向 123,而在第二微通道热交换器124中的冷却流体流处于向下的方向125。堆叠微通道热交换器的其他实施例可以在堆叠中具有两个以上的微通道热交换器。
[0077] 图9是封闭管路微通道热交换器实施例140的另外实施例的前视图,其中供给头部150位于或接近微通道热交换器通路142的顶部,并且基本水平定位。返回头部152位于或接近微通道热交换器通路142的底部,并且也基本水平定位。使用中,冷却流体通过进口管子144流进至供给头部150,并且从供给头部流至微通道热交换器通路142中通路。冷却流体沿向下方向流过由箭头148指示的微通道热交换器142中的通路,至返回头部152, 并且经由出口管子146从返回头部流出。在该实施例中,当流过封闭管路微通道热交换器 140时,冷却流体通常只流过通路142 —次。
[0078] 图10是图9中示出微通道热交换器的实施例的平面图。
[0079] 图11是封闭管路微通道热交换器160的另外的实施例的前视图,其中第一头部164位于或接近微通道热交换器通路170的侧部,并且基本竖直定位。第二头部168位于或接近微通道热交换器通路170的相对于供给头部的相对侧,并且也基本竖直定位。使用中,冷却流体通过进口管子162流进至第一头部164,并且从第一头部流至微通道热交换器中的通路170。冷却流体通常沿单一方向流过第一头部164和第二头部168之间的由箭头 148指示的微通道热交换器中的通路170。然后,冷却流体从第二头部,经出口管子166流出。在该实施例中,当流过封闭管路微通道热交换器140时,冷却流体通常只流过通路142 一次。
[0080] 图12是图11中所示的封闭管路微通道热交换器实施例的侧视图。其首先示出了第二头部168。
[0081] 图13和14是图11中所示封闭管路微通道热交换器实施例的顶部和底部平面图。
[0082] 参考图15,提供了热交换系统布置的图形表示,其中冷却流体通过供应管215流过封闭管路微通道热交换器225,230,并且在流过封闭管路微通道热交换器225,230之后通过返回管220流出。冷却流体可为用于传递热能的水或制冷流体,例如氟利昂。进一步, 当冷却流体是水时,可添加例如乙二醇的添加剂,从而努力阻止冷却流体的冷冻。冷却流体通过供应管215供给封闭管路微通道热交换器225、230,其目的在于冷却冷却流体,并且在流过封闭管路微通道热交换器225、230期间,热能从冷却流体中被提取,以使得通过返回管220流出的流体具有充分较低的温度,并且因此可被返回至冷却系统的一部分,该部分为了吸收和传递热能的目的使用该流体。
[0083] 在周围空气温度足够低的时期,通过封闭管路微通道热交换器225、230抽取空气,而不操作空气冷却器。在该情况下,将热交换系统210描述成“干燥”模式运行,热能只能在冷却流体(水/制冷剂)流过封闭管路微通道热交换器225、230时利用通过封闭管路微通道热交换器225、230的空气流动作用而从冷却流体中吸取。
[0084] 然而,在周围空气温度不够低的时期,或者在需要增加的热交换能力不能通过以 “干燥”模式操作封闭管路微通道热交换器而实现的时期,空气冷却器235、240形式的吸湿材料被弄湿,以便在空气流过封闭管路微通道热交换器225、230之前实现空气的蒸发冷却。
[0085] 当空气冷却器完全干燥且在水槽255、260无水的情况下,则开启水补充螺线管阀 270,以便通过导管沈7、265引入外部补充水至水槽255 J60。通过进口导管272,外部补充水被提供至水补充螺线管阀270。取决于当地的安装规定,可包含回压流阻止装置273。
[0086] 水槽255、260包括水位监控装置,其基本具有用于监控水槽255 J60中的水位的漂浮装置的形式。一旦在水槽中有足够的水位来保持至泵245的正压力水头,则可运行水泵,以通过导管246泵水,并且向水分配装置247、250供水,该分配装置用于向空气冷却器 235、240的上部分配水。
[0087] 当然,当水在重力作用下流过空气冷却器235J40向下滴流时,空气冷却器中的吸湿材料吸收水,并且一旦饱和后,被提供给空气冷却器235J40的任何额外的水都将从吸湿材料流走。最后,任何流走的水都将在水槽255 J60中被收集。在连续供给的流走水进入水槽255 J60的情况下,即使有用于探测水槽中足够水位或者去激励水补充螺线管阀 270的漂浮监控装置,水槽255、260也具有溢流机构观0、观5。随着时间的过去,当蒸发冷却系统操作时,随着水冷却流过空气冷却器235 J40的周围空气,水被蒸发,而通过蒸发损失的任何水都由与水槽255、260中的漂浮监测装置配合的水补充螺线管阀270的操作而补偿。只要热交换系统210需要在“湿”模式下运行,则湿气再循环系统就连续运行。
[0088] 泄水阀275也通过导管265连接至水槽255 J60。泄水阀定期为了放空水槽255、 260的内容的目的而操作,从而减少潜在细菌的产生和生长,该细菌可由水槽255J60中的沉淀和/或杂质的聚集而产生。当用水作为湿气的时候,情况尤为如此。
[0089] 在图15中详细示出的再循环系统的具体布置非常普遍,并且已被成功使用几十年。然而,湿气再循环系统的此标准布置具有缺点,包括相对大的水槽容量。在这方面,图 15是端部视图,水槽255、260延长空气冷却器235 J40的整个长度。在封闭管路微通道热交换器是相对较长的情况下,集水坑容量相当地大,以便在泵245进口侧保持正压力水头, 其需要在水槽255 J60中保持最小水深。对于相对长的水槽,保持最小深度可代表水的基本量。进一步,现有布置的一个单独缺点是,由于外部补充水供给至水槽255 J60的原因, 将热交换系统210从“干燥”模式转换成“湿”模式需要相对长的时间。
[0090] 具有用于弄湿空气冷却器的湿气再循环系统的本发明实施例在图16中详细示出,其提供来自如图15所示的类似端部视图的图形表示。
[0091] 参考图16,需要冷却的冷却流体通过供给管315提供给封闭管路微通道热交换器 325、330。随着流体流过封闭管路微通道热交换器325、330,热能从被中提取,而冷却的冷却流体从封闭管路微通道热交换器325、330的底部流出。冷却的冷却流体通过返回管320返回。正如图15中详细示出的布置,通过冷却流体流过封闭管路微通道热交换器325、330并且同时使得周围空气通过封闭管路微通道热交换器,实现了热交换系统300从冷却流体中提取热能。在周围空气温度不够低时的情况下,或者在需要增加的热交换能力的情况下,图 16中详细示出的装置通过将湿气(优选水)施加至空气冷却器335、340,而从“干燥”模式转换成“湿”模式,以使空气冷却器以蒸发方式冷却周围空气。然后冷却的空气通过封闭管路微通道热交换器325、330。
[0092] 在图16详细示出的布置中,当设法将装置转换成“湿”模式时,水补充螺线管阀 370被激励,以使得通过导管372被供给的外部水流过导管346和349,直到外部补充水抵达并流过水分配装置348、350。然后外部补充水通过空气冷却器335、340的绝热材料向下滴流,并被其吸收。随着周围空气流过空气冷却器335、340,当最初由绝热材料吸收的水进而被蒸发且从液体转变为气体形态时,空气通过蒸发作用而被冷却。
[0093] 为了确保空气冷却器335、340完全饱和,大量的水被提供给水分配装置348、350, 以便水通过蒸发的空气冷却器335、340向下滴流,并且从空气冷却器335、340流走进入相应的收集水槽355、360。收集水槽355、360用作流走水的临时和中间收集装置,该流走水然后通过导管提供至集水坑365。集水坑不需要延伸空气冷却器335、340的全部长度,并且其尺寸可以被设置成使得其容量显著小于标准水槽容积(图15中详细示出)。集水坑365 从收集水槽355、360收集流走水,并且一旦收集足够的流走水,就向泵345进口提供足够压力水头,然后可激励泵,以通过导管346、349将流走水向上泵送,并且将在集水坑365中收集的水再分配至水分配装置,水分配装置布置在空气冷却器348、350上方。可包括回压流阻止装置347。
[0094] 水补充螺线管阀370可由于水位监控装置的原因而被激励,该装置为集水坑365 中的漂浮装置的形式。可包括回压流阻止装置371。在任何情况下,由于水从蒸发空气冷却系统中消耗,集水坑365中的水位降低,而当其充分低(使得不能在泵进口保持正压力水头)时,激励补充螺线管阀370,以将替代补充水引入该系统。在图16的实施例中,补充水直接沉积在最直接需要水的空气冷却器的顶部上。随着流走的水在收集水槽355、360中收集并且传送至集水坑365,集水坑中的水位上升。
[0095] 又一次,对于图15中详细示出的装置,在时间期满后,激励泄水阀375,以将集水坑365中的全部内容释放,从而减少集水坑365中的细菌和粘液的产生和生长的可能性。然而,因为与标准装置的集水坑相比,集水坑365的尺寸被设置成具有充分较小的容积,所以由于排空操作的原因而泻出的水量相当地显著更少。
[0096] 在补充水直接提供给水分配装置348、350因而有效地迂回集水坑365的实施例中,该装置在实现空气冷却器335、340完全饱和的方面提供比现有装置甚至更少的延迟。
[0097] 参考图17,其提供图16的冷却系统的透视图。图16和图17中的相同部分使用相同的参考标号表示。
[0098] 图17以透视方式详细示出冷却系统的不同部分,并且特别重要的是收集水槽 355,360的延伸部是沿空气冷却器335、340的整个长度延伸的。进一步,由收集水槽355、 360收集的水随后被传送到集水坑365,用于收集和贮藏。如在图17中将注意的,与收集水槽355、360相比,集水坑365的尺寸充分更小,因此,相比收集水槽355、360,集水坑365具有显著减少的容量。因此,如果使用水槽355、360收集和贮藏流走的水,则将需要充分更多的水(与集水坑365相比)来保持泵进口处的最小压力水头。
[0099] 在工业和商业应用中,空气冷却器335、340可相对大。在这些应用中,空气冷却器 335,340常常不包括许多较小的冷却垫,冷却垫相互邻接放置,因而形成壁,该壁延伸足够的长度和高度,从而基本与封闭管路微通道热交换器325、330的尺寸一致。因此,收集水槽 355、360必须沿空气冷却器335、340的全部长度延伸,以便收集任何从空气冷却器335、340 流出的水。
[0100] 然而,在图16和图17的实施例中,收集水槽355、360可用作用于流出的水的临时收集和贮藏装置,并且可将流出的水传送到集水坑365,用于收集和贮藏。结果,与现有的收集和贮藏水槽相比,收集水槽355、360的体积水保持容积可大幅度减小,现有的收集和贮藏水槽必须既收集和贮藏流出水又保持泵进口的足够压力水头。
[0101] 将流出水传送到集水坑365后,水通过回压流阻止装置347向上泵送345,并且通过导管被泵送至水分配装置348、350,其中水被分配至空气冷却器335、340的上部。
[0102] 图18是噪音图表400,其示出了不同构造的冷却系统的噪音水平。图表402的“X” 轴示出以千瓦(kff)为刻度测量的散热(Heat Of Rejection,H0R)能力,其刚好小于IlOkW 至刚好高于1232kW。该轴402的刻度表现为是不均勻的,其用于更便利的表现。图表402 的“Y”轴示出3米dBA为刻度的声压水平(SPL),其从60dBA至85dBA。
[0103] 在图表400中,示出了三种不同构造的热交换系统的噪音水平,而每个构造具有不同数目的风扇:
[0104] 第一组测量408对于较小构造的热交换系统,其具有传统的封闭管路管子和散热片热交换器。对于该构造示出的测量结果为:
[0105] ·具有一个风扇408a,大约67dBA,产生大约IlOkW的HOR能力;
[0106] ·具有两个风扇408b,大约70dBA,产生大约218kW的HOR能力;
15[0107] ·具有三个风扇408c,大约72dBA,产生大约339kW的HOR能力,以及;
[0108] ·具有四个风扇408d,大约73dBA,产生大约439kW的HOR能力。
[0109] 第二组测量410对于较大构造的热交换系统,其具有传统的封闭管路管子和散热片热交换器。针对两种类型的传统的封闭管路管子和散热片热交换器示出了测量结果:一种类型包括热交换器旋管上的相对于空气流动方向的包含4行深布置的旋管;另一种类型包括热交换器旋管上的相对于空气流动方向的6行深的旋管布置。对于该构造示出的测量结果是:
[0110] ·具有两个风扇和四行旋管410a,大约78dBA,产生大约441kW的HOR能力;
[0111] ·具有两个风扇和六行旋管410b,大约78dBA,产生大约546kW的HOR能力;
[0112] ·具有三个风扇和四行旋管410c,大约80dBA,产生大约719kW的HOR能力;
[0113] ·具有三个风扇和六行旋管410d,大约80dBA,产生大约820kW的HOR能力;
[0114] ·具有四个风扇和六行旋管410e,大约81dBA,产生大约1170kW的HOR能力。
[0115] 图表400上的第三条图形为针对封闭管路微通道热交换器的预测测量结果。对于封闭管路微通道热交换器布置的该预测测量结果为:
[0116] ·具有一个风扇406a,将为大约65dBA,产生大约308kW的HOR能力;
[0117] ·具有两个风扇406b,将为大约68dBA,产生大约616kW的HOR能力;
[0118] ·具有三个风扇406c,将为大约70dBA,产生大约924kW的HOR能力,以及;
[0119] ·具有四个风扇406d,将为大约71dBA,产生大约1232kW的HOR能力。
[0120] 从以上的图表和测量结果中能够看出,对于热交换系统408和410,这些构造噪声相对大,并且因此不适合有些应用。在因为法定噪音限制要求安静空调的情况下,情况尤为如此。
[0121] 相反,对于包括封闭管路微通道热交换器的系统的预测测量结果示出了,当与使用传统管子和散热片的封闭管路热交换器的热交换系统相比,在散热能力方面,本系统将明显地降低声压水平。
[0122] 本领域技术人员应明白,除了特殊描述的,在此描述的本发明可做改变和更改。应理解,本发明包括落在本发明精神和范围内的所有改变和更改。
[0123] 在本说明书中参考的任何现有技术不是,也不应被视为承认或任何形式暗示该现有技术构成本领域技术人员在本申请要求的优先权日期之前的公知常识的一部分。

Claims (15)

1. 一种热交换系统,包括:至少一个第一热交换器,具有用于冷却流体的封闭管路;至少一个空气冷却器,位于所述至少一个第一热交换器的上游;以及至少一个风扇装置,其可操作地使得空气流过所述至少一个第一热交换器以及所述至少一个空气冷却器,其中,所述至少一个第一热交换器包括微通道热交换器。
2.根据权利要求1所述的热交换系统,其中,所述冷却流体通过基本水平的供给头部被供给,并且所述冷却流体从所述封闭管路微通道热交换器流过基本水平的返回头部。
3.根据权利要求2所述的热交换系统,其中,所述供给头部位于或接近所述封闭管路微通道热交换器的顶部,并且所述返回头部位于或接近所述封闭管路微通道热交换器的底部,使得冷却流体在所述顶部或其附近流进所述封闭管路微通道热交换器,并且由于重力的作用而流过所述封闭管路微通道热交换器一次,并且在所述封闭管路微通道热交换器的底部或其附近通过所述返回头部流出。
4.根据权利要求1所述的热交换系统,其中,供给头部和返回头部位于或接近所述封闭管路微通道热交换器的竖直侧。
5.根据权利要求4所述的热交换系统,其中,冷却流体通过所述供给头部流进,并且在传送至所述返回头部之前,流过所述封闭管路微通道热交换器的流体通路,使得所述冷却流体流出所述返回头部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热交换系统,其中,所述微通道热交换器包括流体通路,所述流体通路在所述微通道热交换器的竖直侧之间延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热交换系统,进一步包括第二微通道热交换器。
8.根据权利要求7所述的热交换系统,其中,所述第一微通道热交换器和第二微通道热交换器相对于空气流基本串联地排列,使得所述第一微通道热交换器和第二微通道热交换器形成微通道热交换器堆叠。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热交换系统,其中,所述第一微通道热交换器与一个或多个其他第一微通道热交换器串联布置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的热交换系统,其中,所述空气冷却器在使用中包括风扇装置,所述风扇装置使得空气流过所述空气冷却器以及所述一个或多个热交换ο
11.根据权利要求1至10中任一项所述的热交换系统,其中,所述第一封闭管路微通道热交换器被构造成具有一定截面的基本管状布置。
12.根据权利要求11所述的热交换系统,其中,所述第一风扇装置可操作地使得空气纵向流过所述第一封闭管路微通道热交换器的所述基本管状布置的内部空间。
13.根据权利要求12所述的热交换系统,其中,空气也流过所述基本管状布置的壁。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的热交换系统,进一步包括具有用于冷却流体的封闭管路的第二微通道热交换器,其中,所述第二微通道热交换器与所述第一微通道热交换器一起布置,以使它们形成具有一定截面的基本管状布置,所述基本管状布置具有内部空间,空气流过所述内部空间。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的热交换系统,其中,在使用中,所述封闭管路微通道热交换器中的所述冷却流体在显著高于传统管子和散热片的封闭管路热交换器中的冷却流体的压力下操作。
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