CN102333995B - 空气处理模块 - Google Patents

Abstract

一种空气处理模块包括空气通风空间、换热器管道和旁通导管。所述旁通导管具有入口和出口，所述入口开口成与所述空气通风空间流动连通，与所述换热器的选定区域并置，所述出口开口成与较低气压区流动连通。所述旁通导管的存在改善了所述选定区域中的换热器管道上的空气流。

Description

空气处理模块

相关申请的交叉引用 

本申请要求2009年2月24日提交的、名称为“空气处理模块”的美国临时专利申请61/154,974的优先权。该申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明一般地涉及空气处理模块，例如加热单元、包括换热器的通风单元或者空气调节（HVAC）单元，并且更具体地涉及这种空气处理模块中的换热器性能的改善。包括空气加热模块的空气处理单元通常用于住宅和商业建筑以加热空气，以便供应到气候受控空间。这种空气处理单元包括例如设计成具有加热和冷却能力二者的产品以及季节性加热产品。 

背景技术

装在常用机箱中的、除冷却或冷却/除湿功能之外还包括加热功能的商业HVAC单元常常用于商业建筑上的加热、通风以及空气调节。通常，这种封装的HVAC单元安装在建筑的屋顶上并且连接到与该建筑相关联的空气导管系统中，用于从将要进行温度调节的建筑中传送空气到HVAC单元并且将经温度调节的空气分布遍及该建筑。在一些应用中，封装的HVAC单元被地面安装在建筑外部，而不是安装在建筑的屋顶上。 

这种一年到头封装的HVAC单元包括室内部分和容纳在常用机箱中的室外部分，但是被分隔物和壁分隔成分离的隔间。室外部分包括一个或多个冷凝单元，其各自具有冷凝器换热器盘管和相关联的风扇，并且还包括其他部件，例如制冷剂压缩机。室内部分包括空气调节模块，其具有蒸发器换热器盘管和相关联的一个或多个蒸发器风扇，以及包括空气加热模块。 

通常，空气加热模块包括暖气炉换热器和相关联的燃烧系统。在一种类型的空气加热模块中，暖气炉换热器包括多个伸长的发夹形构造的管道，其限定内部流动通道，由相关联的燃烧系统产生的热烟道气经过该内部流动通道。暖气炉换热器布置在空气加热通风空间（plenum）中，室内空气通过该通风空间在换热器管道的外表面上经过，与经过暖气炉换热器管道的热烟道气成换热关系。 

空气加热通风空间通常关于空气流布置在一个或多个室内空气风扇的空气排出口的下游。换热器管道水平地延伸穿过空气加热通风空间。经过每个换热管道的烟道气在每个发夹形构造的管道的入口处最热并且在每个发夹形构造的管道的出口处最冷。在一些设计中，空气竖直向下地在换热管道上经过，以通过空气通风空间的门中的开口向下排出。在其他设计中，空气竖直向下地进入空气加热通风空间，但是在通风空间中转弯90度以通过空气加热通风空间的端侧中的开口水平地离开。因此，空气流既横穿且沿着暖气炉换热器的发夹形构造的管道通过，由此，相对于空气流直接竖直向下地在换热管道上经过的应用而言，增加了空气流与烟道气成换热关系地通过的时间。 

在横穿或沿着换热管道的空气流相对低的区域中，换热器的有效性将被负面地影响，也就是说从烟道气到空气的换热将降低。由于空气流在其经过空气通风空间时转弯，横穿或沿着换热管道的空气流可能在某些区域降低。降低的传热可导致换热管道表面的高温区，即热点，这也可负面地影响换热器的可靠性。在尝试提供横穿换热器的更均匀空气流时和/或在尝试增加空气流较弱的区域中的空气流时所采取的常见措施（例如增加风扇排气和空气排出开口面积，安装大型风扇，在换热器中添加导流板，或者在换热器管道上添加翅片）给系统添加了提高的成本并且在改善向空气流的传热时并不总是有效。 

发明内容

在本发明的一个方面中，一种空气处理模块包括空气通风空间、换热器管道和旁通导管。所述空气通风空间限定空气流路径并具有空气入口和空气出口，所述空气入口用于接收待处理的空气流，经处理的空气流通过所述空气出口从所述空气通风空间排出。所述换热器管道布置在所述空气通风空间中的所述空气流路径中，用于与所述待处理的空气流成换热关系地传送传热流体。所述旁通导管具有入口和出口，所述入口开口成与所述空气通风空间流动连通，与所述换热器管道的选定区域并置，关于空气流在所述换热器管道的下游，所述出口开口成与较低气压区流动连通。在一个实施例中，所述旁通导管的所述出口开口成与空气供应导管流动连通，用于将所述待处理的空气流传送到所述空气通风空间。 

在本发明的一个方面中，提供了一种封装的空气调节单元。所述封装的空气调节器可连接成与室内空气返回导管以及与室内空气供应导管流动连通，以及用于从被调节的空间通过所述室内空气供应导管吸入待调节的室内空气的室内空气移动器、空气冷却模块以及空气加热模块。所述空气加热模块包括：壳体，所述壳体限定空气通风空间，所述空气处理通风空间建立空气流路径并具有空气入口和空气出口，所述空气入口开口成与所述室内空气移动器的排出口流动连通，所述空气出口开口成与所述室内空气供应导管流动连通；换热器模块，所述换热器模块布置在所述空气通风空间中的所述空气流路径中，用于与室内空气流成换热关系地传送传热流体；和旁通导管，所述旁通导管具有入口和出口，所述入口开口成与所述空气通风空间流动连通，与所述换热器模块的选定区域并置，关于空气流在所述换热模块的下游，所述出口开口成与较低气压区流动连通。例如，所述旁通导管可开口成与所述空气通风空间的一区域流动连通，该区域关于空气流在从所述空气通风空间开口的出口的上游并且关于空气流在所述旁通导管的入口的下游，或者所述旁通导管可开口成与关于空气流在所述室内空气移动器的入口的上游的所述室内空气返回导管流动连通。 

在所述封装空气调节单元的一个实施例中，至所述空气通风空间的所述室内空气移动器关于所述换热器模块布置在上游，所述旁通导管的入口通向所述空气通风空间壳体中，与所述换热器模块的选定区域并置，并且来自所述空气通风空间的所述空气出口布置在所述空气通风空间壳体的端壁中。所述空气冷却模块可包括空气冷却蒸发器，所述空气冷却蒸发器关于室内空气流布置在所述室内空气移动器的上游。所述空气移动器可包括离心风扇。 

在一个实施例中，所述换热器模块包括多个换热管道，热的燃烧烟道气与经过所述空气通风空间的室内空气流成换热关系地经过所述多个换热管道。所述多个换热管道可包括多个独立的发夹形换热管道。所述封装的空气调节单元可包括多个产生烟道气的燃烧器，所述多个产生烟道气的燃烧器中的各自一个燃烧器与所述多个换热管道中的各自一个管道操作性地关联。 

附图说明

为了进一步理解本文的公开内容，将要参照以下的详细描述，该详细描述应当连同附图一起阅读，在附图中： 

图1是屋顶空气调节器的部分剖面的平面视图；

图2是沿图1的线2-2剖切的部分剖面的侧视立面图；

图3是图1所示屋顶空气调节器的一部分的透视图，示出了其室内空气移动器和空气加热模块；

图4是图3所示空气加热模块的透视图；

图5是图4所示旁通导管的透视图；

图6是从图5的后侧看的图5所示旁通导管的透视图；

图7是示意图，表示具有旁通回路的空气处理模块的一个实施例；并且

图8是示意图，表示具有旁通回路的空气处理模块的另一个实施例。

具体实施方式

本文将描述本发明的空气处理模块的一个示例性实施例，以便为了关于一年到头封装的空气调节单元进行说明，一般地以附图标记2表示。然而应当理解，本文所公开的空气处理模块可用于其他应用，例如，包括但不限于诸如住宅或商业暖气炉的季节性加热产品。 

最开始参照附图中的图1-2，具体地，示出了通常安装在建筑的屋顶上的封装的空气调节单元的示例性实施例，所述建筑例如为学校、医院、办公楼或其他商业场所。然而在一些设置中，封装的空气调节单元2可安装在地面水平处的支撑垫上。封装的空气调节单元2包括壳体4，壳体4被壁5分隔成室外部分10和室内部分20。室外部分10包括一个或多个冷凝器单元12，其每一个包括冷凝器盘管14、冷凝器风扇/马达组件以及护栅或盖子（未示出），冷凝器风扇/马达组件包括风扇15和相关联的驱动马达16。由冷凝器风扇马达16驱动的冷凝器风扇15传送周围的室外空气在围绕冷凝器风扇/马达组件的冷凝器盘管14的外表面上经过以冷却循环通过冷凝器盘管14的制冷剂，并且将空气回排到周围大气中。室外部分10还可包括一个或多个压缩机（未示出），用于压缩制冷剂蒸气并且使制冷剂循环通过制冷剂回路（未示出），所述制冷剂回路连接（一个或多个）压缩机、（一个或多个）冷凝器盘管14以及空气冷却模块30的蒸发器换热器，所述空气冷却模块布置在室内部分20中。 

室内部分20包括室内空气移动器22，并且一般地，室内部分20包括空气冷却模块30和空气加热模块40。空气冷却模块30包括蒸发性换热器并关于室内空气流布置在通向室内空气移动器22的进气口24的上游，而加热模块40关于室内空气流布置在室内空气移动器22的排气口26的下游。蒸发性换热器可包括换热器管道盘管或管道束，其中，当希望冷却空气时，诸如制冷剂或冷冻水的冷却介质可选择性地穿过管道，与在管道盘管的管道上经过的空气成换热关系。 

当安装在建筑中用于调节建筑中的温度受控空间内的空气时，封装的空气调节单元2可连接成与室内空气返回导管6以及与室内空气供应导管8流动连通。另外如果需要的话，可在壳体中设置天窗或通风孔，其可选择性地打开以允许室外空气被吸入供应空气通风空间45中，从而与从中通过的室内空气混合。室内部分20包括返回空气通风空间35和供应空气通风空间45，返回空气通风空间35具有与返回空气导管6流动连通的入口，供应空气通风空间45具有与供应空气导管8流动连通的出口。在所示实施例中，室内空气移动器22可以是具有一对侧进气口24的离心风扇。室内空气移动器22的进气口24与返回空气通风空间35流动连通，并且来自室内空气移动器22的排气口26打开成与供应空气通风空间45流动连通，供应空气通风空间45位于加热模块40中。在操作中，室内空气移动器22通过返回空气导管6和返回空气通风空间35从建筑中的气候受控空间抽吸室内空气流，并且使该空气流经过供应空气通风空间45和供应空气导管8回到气候受控空间中。在穿过返回空气通风空间35时，空气流过冷却模块30。应当理解，返回空气通风空间35可具有多个向其开口的返回空气入口以及多个相关联的空气移动器，而供应空气通风空间45可具有多个供应空气出口。 

现在也参见附图的图3-6，加热模块40包括供应空气通风空间45、一个或多个换热器模块50以及旁通导管60。供应空气通风空间45限定了空气流路径并且具有空气入口和空气出口，该空气入口用于从室内空气移动器22的排气口接收空气流，空气流通过该空气出口从供应空气通风空间45排出到供应空气导管8中，来自空气处理通风空间的空气出口在换热器模块50的选定区域下面从空气处理通风空间壳体4开口。（一个或多个）换热器模块50布置在供应空气通风空间45中的空气流路径中，用于与待加热的空气流成换热关系地传送传热流体。旁通导管具有空气入口62或多个空气入口62以及出口，空气入口62或多个空气入口62开口成与空气通风空间45流动连通，与（一个或多个）换热器模块50的选定区域并置，关于空气流在（一个或多个）换热管道模块的下游，该出口开口成与较低气压区流动连通。在图3-6所示的实施例中，旁通导管60的出口64开口成与返回空气通风空间35流动连通，用于将被接收到旁通导管60中的空气流传送回室内空气移动器22的抽吸侧。 

在所示实施例中，空气加热模块40包括一对换热器模块50，其中一个模块布置在另一个模块上方。从室内空气移动器22的排气口26经过的空气大致向下流动并穿过两个换热器模块50，然后离开供应空气通风空间45进入供应空气导管8。然而应当理解，在一些设置中，空气加热模块40可包括单个换热器模块50或者多于两个换热器管道模块。 

在所示实施例中，每个换热器管道模块50包括多个单独的换热器管道52，热的燃烧烟道气穿过该换热器管道52，与经过空气通风空间的室内空气流成换热关系。然而，应当理解，换热器模块50可替代地包括液体－空气管状换热器或者电阻加热元件或者其他类型的通过使空气在被加热表面上经过而加热空气的换热器。每个换热管道50可包括发夹形换热管道。所述多个换热管道可包括多个独立的发夹形换热管道。在所示实施例中，多个产生烟道气的燃烧器54，所述多个产生烟道气的燃烧器中的各自一个燃烧器54与所述多个换热管道中的各自一个管道52操作性地关联。每个燃烧器54燃烧空气中的化石燃料（通常是天热气）以产生热的燃烧产物（称为烟道气），该热的燃烧产物进入与各自燃烧器54相关联的各自换热管道52的入口端。热烟道气穿过换热管道52并且从换热管道的出口排出到排气室57中，烟道气从排气室57经由风扇56被排出到烟道导管58中并穿过烟道导管58，烟道导管58通向大气。在穿过换热管道52时，热的烟道气由于向经过供应空气通风空间45的室内空气传热而得以冷却。 

旁通导管60布置成与换热器模块50或多个换热器模块的下换热器模块并置，与换热器模块50的特定区域并置，其中，希望增加在该特定区域中的换热器管道上的室内空气流。由于旁通导管60的出口64通向较低气压区（例如所示实施例中的返回空气通风空间35），将会通过供应空气导管的入口开口62吸取更大量的经过供应空气通风空间45的室内空气流，由此增加在换热器模块的该特定区域中的换热管道52上的空气流。例如，在所示实施例中，如图4最佳示出的，旁通导管60布置在下换热器模块50下面，处于其端部处，在那里，由燃烧器54产生的热烟道气进入各自的换热器管道52。这通常是管道表面温度最热的区域。在没有旁通导管60的情况下，该区域通常也可能是换热器管道上的低空气流容量区域。 

旁通空气可在较低气压区处被再次引入经过空气处理模块的主空气流中。在一个实施例中，旁通导管可开口成与关于空气流在空气移动器上游的较低气压区流动连通，如图7示意性示出的，由此，旁通空气被再次引入空气移动器上游的主空气流中。例如，在封装空气调节单元2的所示实施例中，旁通导管60的出口64直接通向室内空气移动器22的抽吸侧上的空气移动器通风空间。然而应当理解，旁通空气可被引入在空气移动器22更加上游的其他较低气压区中，例如在供应空气导管8的入口的稍稍下游回到返回空气通风空间35中，或者甚至直接进入供应空气导管8。 

在一个实施例中，旁通导管可开口成与关于空气流在旁通导管的入口更加下游的较低气压区流动连通，如图8示意性示出的。例如，旁通空气可被导引到另一个较低气压区，例如在关于通过供应空气通风空间45的空气流在旁通导管60的入口62的更加下游的位置回到供应空气通风空间45中，如图8所示，其中，旁通导管60的出口在供应空气导管8的出口附近通向供应空气通风空间45。 

应用本文所公开的旁通空气流概念与换热器模块的一个或多个选定区域一起导致一个或多个选定区域中的换热器管道或加热元件上的空气流增加，由此增加一个或多个选定区域中的传热，并且穿过换热器模块的空气流典型地更加均匀。因此，通过消除换热器管道或其他加热元件的表面上的高温区（即，热点），换热器模块性能得以提升并且系统可靠性可得到增强。由于旁通空气流被再次引入通过空气处理模块的主空气流中，旁通空气流的热能被回收，由此保持系统的热效率。而且，本文公开的旁通空气概念实施起来成本低于现有增加换热器性能的方法，例如增加风扇容量。 

本文使用的术语是为了描述而非限制的目的。本文公开的特定结构性和功能性细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员利用本发明的基础。虽然已经参照附图中所示的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到在不偏离本发明精神和范围的情况下可作出各种修改。在不偏离本发明的范围的情况下，本领域技术人员也将认识到一些等同物，其可以替代参照本文公开的示例性实施例所描述的元件。 

因此，本公开意图不限于所公开的（一个或多个）具体实施例，本公开而是将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。 

Claims (16)

1.一种空气处理模块，包括：

空气处理通风空间，所述空气处理通风空间限定空气流路径并具有空气入口和空气出口，所述空气入口用于接收待处理的空气流，经处理的空气流通过所述空气出口从所述空气处理通风空间排出；

换热器，所述换热器布置在所述空气处理通风空间中的所述空气流路径中，用于与所述待处理的空气流成换热关系地传送传热流体；和

旁通导管，所述旁通导管具有入口和出口，所述入口开口成与所述空气处理通风空间流动连通，与所述换热器的高温区并置，所述出口开口成与较低气压区流动连通。

2.如权利要求1所述的空气处理模块，其中，所述旁通导管的所述入口开口成与所述空气处理通风空间流动连通，用于将所述待处理的空气流传送到空气供应导管。

3.如权利要求1所述的空气处理模块，进一步包括空气移动器，所述空气移动器关于空气流布置在所述空气处理通风空间的上游，用于将所述待处理的空气流供应到所述空气处理通风空间。

4.如权利要求3所述的空气处理模块，其中，所述旁通导管的所述出口开口成与关于空气流在所述空气移动器的上游的较低气压区流动连通。

5.如权利要求1所述的空气处理模块，其中，所述旁通导管的所述出口开口成与关于空气流在所述旁通导管的所述入口的下游的所述空气处理通风空间的区域流动连通。

6.一种空气处理单元，其适于连接成与室内空气供应导管以及与返回空气导管流动连通，所述空气处理单元包括用于从被调节的空间通过所述返回空气导管和返回空气通风空间吸入待调节的室内空气的空气移动器、空气冷却模块以及空气加热模块，所述空气加热模块包括：

壳体，所述壳体限定空气处理通风空间，所述空气处理通风空间建立空气流路径并具有空气入口和空气出口，所述空气入口开口成与所述空气移动器的排出口流动连通，所述空气出口开口成与所述室内空气供应导管流动连通；

换热器模块，所述换热器模块布置在所述空气处理通风空间中的所述空气流路径中，用于与室内空气流成换热关系地传送传热流体；和

旁通导管，所述旁通导管具有入口和出口，所述入口开口成与所述空气处理通风空间流动连通，关于空气流在所述换热器模块的下游，与所述换热器模块的高温区并置，所述出口开口成与较低气压区流动连通。

7.如权利要求6所述的空气处理单元，其中，所述空气移动器关于空气流布置在所述换热器模块的上游。

8.如权利要求7所述的空气处理单元，其中，来自所述空气处理通风空间的所述空气出口在所述换热器模块的选定区域下面从所述空气处理通风空间壳体开口。

9.如权利要求8所述的空气处理单元，其中，来自所述空气处理通风空间的所述空气出口布置在所述空气处理通风空间壳体的端壁中。

10.如权利要求6所述的空气处理单元，其中，所述旁通导管的所述出口开口成与关于空气流在所述旁通导管的入口的下游的所述空气处理通风空间的区域流动连通。

11.如权利要求6所述的空气处理单元，其中，所述旁通导管的所述出口开口成与关于空气流在所述空气移动器的入口的上游的所述室内空气返回导管流动连通。

12.如权利要求6所述的空气处理单元，其中，所述换热器模块包括多个换热管道，热的燃烧烟道气与经过所述空气处理通风空间的室内空气流成换热关系地经过所述多个换热管道。

13.如权利要求12所述的空气处理单元，其中，所述多个换热管道包括多个独立的发夹形换热管道。

14.如权利要求13所述的空气处理单元，进一步包括多个产生烟道气的燃烧器，所述多个产生烟道气的燃烧器中的各自一个燃烧器与所述多个换热管道中的各自一个管道操作性地关联。

15.如权利要求6所述的空气处理单元，其中，所述空气冷却模块包括空气冷却蒸发器，所述空气冷却蒸发器关于室内空气流布置在所述空气移动器的上游。

16.如权利要求6所述的空气处理单元，其中，所述空气移动器包括离心风扇。