CN103512283A - 增压管理的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器，具有上区域、比上区域更低地垂直布置的下区域，以及被动增压管理装置。该被动增压管理装置具有内部容积、在第一垂直高度处将该内部容积连接至上区域和下区域中至少一个的上管，以及在比第一垂直高度垂直更低的第二垂直高度处将该内部容积连接至上区域和下区域中至少一个的下管。

Description

增压管理的系统和方法
相关申请的交叉引用
不适用
关于联邦赞助研发的声明
不适用
对微缩胶片附件的引用
不适用
背景技术
一些加热、通风和/或空调（HVAC）系统包括微通道热交换器。在一些情形中，包括微通道热交换器的HVAC系统在过冷却和/或压缩机排放压力中会响应于具有显著波动的环境温度。
发明内容
本发明的一些实施例中，提供了包括上区域、比上区域更低地垂直布置的下区域，以及被动增压管理装置的热交换器。在一些实施例中，被动增压管理装置可包括内部容积、在第一垂直高度处将该内部容积连接至上区域和下区域中的至少一个的上管，以及在比第一垂直高度垂直更低的第二垂直高度处将该内部容积连接至上区域和下区域中的至少一个的下管。
在本发明的其它实施例中，揭示了一种制冷剂增压管理方法。该方法可包括：提供微通道热交换器、将液相制冷剂引入微通道热交换器、用制冷剂将微通道热交换器填充至临界垂直高度，以及将附加的液相制冷剂引入微通道热交换器以超过该临界垂直高度并接收液相制冷剂进入被动增压管理装置。
在本公开的其它实施例中，揭示了一种HVAC系统，包括：冷凝器热交换器、构造成将制冷剂泵送到冷凝器热交换器的压缩机，以及至少在两个不同垂直位置处与冷凝器热交换器流体连通的被动增压管理装置。该被动增压管理装置可以构造成当冷凝器热交换器内的液态制冷剂的垂直高度超过临界垂直高度时接收来自冷凝器热交换器的液相制冷剂。
附图说明
为了更完整地理解本发明和其优点，现参照以下简要描述，并结合附图和详细描述，其中，相同的附图标记代表相同的零件。
图1是根据本发明实施例的室外热交换器的正交前视图；
图2是图1的室外热交换器的微通道管的局部剖切斜视图；
图3是图1的室外热交换器的局部剖切的正交视图；
图4是根据本发明另一实施例的室外热交换器的局部剖切的正交视图；
图5是根据本发明实施例的增压管理方法的流程图；
图6是示出被动增压管理装置的添加增高了制冷剂过增压的容许度的流程；
图7是示出被动增压管理装置的添加降低了在室外环境温度范围内的过冷却的流程；
图8是示出被动增压管理装置的添加降低了在室外环境温度范围内的压缩机排放压力的流程；以及
图9是根据本发明另一实施例的室外热交换器的正交前视图。
具体实施方式
一些包括用作制冷剂冷凝器的微通道热交换器的HVAC系统会响应于环境温度的增加而不期望地增加过冷却和/或压缩机排放压力。在一些情形中，不期望地增加过冷却和/或压缩机排放压力可归因于在高室外环境温度状况过程中液相制冷剂从蒸发器和/或液体管线过度转移至冷凝器。相应地，本发明提供了通过提供被动增压管理装置降低不期望地增加过冷却和/或压缩机排放压力的系统和方法，该被动增压管理装置接收过量的液相制冷剂并防止所接收的制冷剂在闭环制冷剂系统的整个剩余部分重新循环。
现参考图1，示出了用于HVAC系统的室外热交换器114的简化正交前视图。虽然以未弯曲构造示出室外热交换器114，但是室外热交换器114替代地可以弯成C形、U形、圆形和/或其它合适的构造以补足室外单元的剩余部分。室外热交换器114通常包括上端300和下端302。下端302总体构造成垂直地低于上端300，且在一些实施例中，下端302可以紧靠支承室外单元104的支承面304定位。
室外热交换器114还包括分开的集管306和未分开的集管308。分开的集管306是包括上容积310和下容积312的大致管状结构。上容积310和下容积312通过布置在分开的集管306内的分隔器314分开并防止彼此之间的流体直接连通。在替代实施例中，分开的集管306可以由两个物理上分开的集管来替换。在该实施例中，分隔器314大致定位成从下端302垂直偏离距离316的分隔器。未分开的集管308包括与分开的集管306大致相似的管状结构，但未分开的集管308不包括类似于分隔器314的内部结构。相应地，未分开的集管308包括基本上垂直连续的容积318。室外热交换器114还包括在分开的集管306和未分开的集管308之间水平延伸的多个微通道管320。微通道管320彼此流体连通地联接分开的集管306和未分开的集管308。
现参考图2，示出了多个微通道管320的局部剖切斜视图。在该实施例中，每个微通道管320包括基本上平行的多个微通道322。另外，垂直相邻的微通道管320可联接到在中间布置的导热翅片324。
回到参考图1，为清楚起见而不示出导热翅片324。将制冷剂从分开的集管306供应至未分开的集管308的微通道管320可以称为供应微通道管320’，而将制冷剂从未分开的集管308供应至分开的集管306的微通道管302可称为返回微通道管320''。室外热交换器114还包括与分开的集管306的上容积310的上部基本上直接流体连通的制冷剂入口管326。室外热交换器114还包括与分开的集管306的下容积312的下部基本上直接流体连通的制冷剂出口管328。此外，室外热交换器114包括与未分开的集管308关联的被动增压管理装置330。
该被动增压管理装置330可包括制冷剂贮存器332，制冷剂贮存器332通过（1）在相对于分隔器314的垂直高度316的上偏离距离338处的上管334和（2）在相对于分隔器314的垂直高度的下偏离距离340处的下管336与未分开的集管308流体连通地联接。在一些实施例中，分隔器314的垂直高度316可以基本上提供供应微通道管320’和返回微通道管320''之间的分隔。在图1所示的实施例中，被动增压管理装置330的大部分总容积空间相邻于并垂直地在分隔器314的垂直高度下方定位。在一些实施例中，制冷剂贮存器332可包括基本上圆筒的形状。如下面将更详细描述的，被动增压管理装置330可用于选择性地从HVAC系统内的循环移走过量的制冷剂。在一些情形中，过量的增压可归因于用太多的制冷剂过增压该系统，而在其它情形中，过量增压可仅因为不受欢迎的高室外环境温度已经导致液相制冷剂经由入口管326进入室外热交换器114而表现为过量增压。
现参考图1和2，将描述热室外热交换器114的各种运行工况。图3提供了室外热交换器114的简化局部剖切正交视图，包括被动增压管理装置330。在正常和/或理想运行工况下，室外热交换器114可以基本上描述为包括两个区域：上区域342和下区域346。因为，在理想和/或正常工况下，制冷剂被引入室外热交换器114作为热气体，该热气体通常将填充分开的集管306的上容积310并沿平行路径行进穿过供应微通道管320’。当该热气体被迫使与室外热交换器114接触而被环境室外空气冷却时，一些热气体会冷却并冷凝成液态形式。更通常地，大量这种初始冷凝和转换成液体可发生在上区域342中。当冷凝后的液体到达未分开的集管308时，液态制冷剂会落入未分开的集管的连续容积318内并在离开室外热交换器114之前变成分配入各个返回微通道管320''。在这些正常和/或理想工况下，未分开的集管308、返回微通道管320''以及被动增压管理装置330中的液体水平可扩充至约制冷剂贮存器332的底部。
但是，当（1）HVAC系统过增压有太多的制冷剂并在正常和/或理想环境温度运行工况下运行；（2）HVAC系统正确地增压但在非常高的环境温度运行工况下运行；或者（3）HVAC系统同时过增压和在非常高的环境温度运行工况下运行的任一种时，制冷剂的行为可能是不同的。更显著地，在三种上述工况下，一些制冷剂可作为基本上单相液体被引入室外热交换器114。
为了比较，在不包括被动增压管理装置330的基本上类似的室外热交换器114中，在接收液态制冷剂时，液体水平会因此通过向上返回到上区域342而升至下区域346的最上方部分或者甚至更高。在一些实施例中，当大量的单相液态制冷剂填充上区域342的各部分时，发生显著的效率损失。另外，这种过量的单相液态制冷剂会不期望地导致更高的过冷却和/或更高的压缩机排放压力，在一些情形中最终由于过高的排放压力而导致将制冷剂泵送到室外热交换器114和/或从室外热交换器114接收制冷剂的压缩机关闭。但是，图3和5的实施例接收液态制冷剂进入被动增压管理装置330并由此降低HVAC系统的有效制冷剂增压，而不是经受上述的效率损失和/或导致压缩机关闭。
仍参考图1和2，当液态制冷剂水平逐渐升高到下管336的内部容积的最低部分上方时，被动增压管理装置330通过逐渐地用该过量的液相制冷剂填充被动增压管理装置330而降低HVAC系统的有效增压。被动增压管理装置可以设置足够的总容积来防止累积的液相大量返回至上区域342。被动增压管理装置330相对于分隔器314的高度316和/或相对于下区域346和上区域342之间广义的垂直分隔的精确垂直位置可通过不同影响来改变。在一些实施例中，被动增压管理装置330可以定位得更高，由此当存在过量增压时潜在地允许上区域342的一些填充并降低上区域342的有效性。在其它实施例中，被动增压管理装置330可以定位得更低，由此当存在过量增压时潜在地降低下区域346的上部分的有效性。
现参考图4，示出了室外热交换器400的替代实施例。室外热交换器400基本上类似于室外热交换器114，除了被动增压管理装置402的形状、大小以及/或垂直位置不同于被动增压管理装置330。通过在最高返回微通道管220"的顶部与最低供应微通道管220'的底部的垂直高度之间相比较地设置被动增压管理装置402的更多内部容积空间，与被动增压管理装置330相比，被动增压管理装置402可认为是更具响应性的和/或可认为被构造成更快地移走过量的增压。例如，当室外热交换器400接收过量的液相制冷剂时，每个返回微通道管220"可以在液态制冷剂开始填充被动增压管理装置402之前填充有液态制冷剂。随着液体水平开始升至最高返回微通道管220"上方，液态制冷剂可开始同时在未分开的集管308和被动增压管理装置402内升高，以提供与被动增压管理装置330相关的上述益处。
但是，因为被动增压管理装置402垂直地位于最低供应微通道管220’的底部下方，将发生被动增压管理装置402的填充而没有相关的液态制冷剂向上返回入上区域342。相反，在将液态制冷剂向上返回入上区域342之前，被动增压管理装置402的整个容积可以被完全填充，由此避免了关联的效率损失，直到被动增压管理装置402的利用已经最大化之后且仍然有更多的液相制冷剂被引入室外热交换器400。虽然被动增压管理装置402的该实施例对于适当水平的室外热交换器400可以相对更敏感，但是被动增压管理装置402的理想容积可以是首先位于被弯曲以符合室外热交换器114的内或外轮廓和/或室外单元的外壳的内轮廓的圆形或方形管内。
虽然所描述的被动增压管理装置330、402有特定的几何形状和相对高的位置，本发明也设想，在了解各选择会以不同的方式影响室外热交换器114、400的效率时，也可选择任何其它合适的大小、形状、位置和/或定向。例如，在被动增压管理装置被填充且由此提供了从循环移除最大量的制冷剂的完全益处之前，被动增压管理增压的与上区域342垂直对齐的日益增加的定位容积会导致上区域342的效率损失增加。相反地，被动增压管理装置的与下区域346垂直对齐的日益增加的定位容积会日益增加要求过量增压以完全利用下区域，导致不同类型的无效率和/或未充分利用。
现参考图5，示出制冷剂增压管理的方法600的流程。方法600可通过提供诸如微通道室外热交换器114的小直径和/或低容积热交换器而在块602处开始。在块602处提供微通道热交换器之后，该方法可前进至块604。
在块604处，方法600可以通过将液态制冷剂引到热交换器114的入口来前进。在一些实施例中，这种引入可能是由于高环境温度和/或过增压HVAC系统而引起的。在将液态制冷剂引到热交换器114的入口后，该方法可前进至块606。
在块606处，该方法可通过用液态制冷剂填充热交换器至临界垂直高度来前进。在一些实施例中，临界高度可以是被动增压管理装置330、402的内部空间的最低垂直高度。在用足够量的液态制冷剂填充热交换器到临界高度之后，该方法可前进至块608。
在块608处，该方法可通过提高热交换器内的液态制冷剂的容积到足以超过临界高度来前进，由此将液态制冷剂引入诸如被动增压管理装置330、402的被动增压管理装置。通过将液态制冷剂接纳入被动增压管理装置，被动增压管理装置内的液体被有效地从循环移除并降低HVAC系统的有效增压。即使被动增压管理装置内的一些液体与其它液体交换，也可保留降低有效增压。
现参考图6，提供了示出基本上类似于被动增压管理装置330的被动增压管理装置的添加有效地提高HVAC系统过增压制冷剂的容许度的图表。通过测试处于制冷模式并以各种水平的过增压运行系统的3.5吨容量HVAC系统获得测试数据。通过不定期观察，人们可看到在过增压包括被动增压管理装置的系统约35盎司时开始，通过添加约15盎司增压能够延迟从过冷却约20华氏度至过冷却约25华氏度的增高。
现参考图7，提供了示出基本上类似于被动增压管理装置330的被动增压管理装置的添加有效地提高HVAC系统在非常高的环境室外温度状况下运行的容许度的图表。通过测试处于制冷模式并以各种室外环境温度运行系统的3.5吨容量HVAC系统获得测试数据。通过不定期观察，人们可看到在约115华氏度处开始，包括被动增压管理装置的HVAC系统能够提供不仅拖延过冷却的增加、而且实际上降低在约115华氏度至约130华氏度的温度范围上的过冷却的益处。
现参考图8，提供了示出基本上类似于被动增压管理装置330的被动增压管理装置的添加有效地提高HVAC系统在非常高的环境室外温度状况下运行的容许度的图表。通过测试处于制冷模式并以各种室外环境温度运行系统的3.5吨容量HVAC系统获得测试数据。通过不定期观察，人们可看到在约115华氏度处开始，包括被动增压管理装置的HVAC系统能够提供在约115华氏度至约130华氏度的温度范围上降低压缩机排放压力的增加速率的益处。
现参考图9，示出根据本发明另一实施例的热交换器900。热交换器900可以基本上类似于热交换器114，除了其包括基本上集成到未分开的集管308的被动增压管理装置902。被动增压管理装置902可包括贮存器904，贮存器904在体积上总体比沿热交换器114的相同垂直长度的未分开的集管308内的容积空间大。在一些实施例中，被动增压管理装置902总体可包括构造成与未分开的集管的垂直位于被动增压管理装置上方和下方的各部分内联流体连通的圆筒形罐状结构。类似于被动增压管理装置330，被动增压管理装置902是基本上不活动的装置，其可通过贮存器904相对于垂直高度316的位置提供功能性。在替代实施例中，被动增压管理装置可包括未分开的集管308的任何其它基本上局部被动和/或未调整容量增加或热交换器的总体提供局部增加的容量来保持液态制冷剂接近垂直高度316的任何其它部件。
虽然上面公开的被动增压管理装置330、902构造为与微通道热交换器一起使用，但在替代实施例中，被动增压管理装置330、902可以类似地与任何其它容积相对较低的热交换器和/或包括相对较小直径的管系的任何其它热交换器一起使用。另外，被动增压管理装置330、902可以与用于冷凝制冷剂、蒸发制冷剂和/或两者的热交换器一起使用和/或集成至该热交换器，诸如在热泵HVAC系统的热交换器情形中。
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/或实施例的特征所作出的变化、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特征而得出的可替代实施例也都落入在本发明范围之内。在表达陈述数字范围或限定的情形中，如此表达的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至约10就包括2、3、4等；大于0.10就包括0.11、0.12、0.13等）。例如，只要公开了数字范围的下限R1和上限Ru，那么落入该范围内的任何数字就被具体地公开了。尤其是，该范围内的以下数字特别地予以公开：R=R1＋k×(Ru-R1)，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被具体地公开了。对于任何权利要求的要素使用术语“可选地”，是指需要该要素或替代地不需要该要素，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为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主题的所有等价物。将各个和每个权利要求作为进一步揭示纳入到本说明书中，并且权利要求书是本发明的实施例。

Claims (20)

1.一种热交换器，包括：
上区域；
比所述上区域更低地垂直布置的下区域；以及
被动增压管理装置，包括：
内部容积；
上管，所述上管在第一垂直高度处将所述内部容积连接至所述上区域和所述下区域中的至少一个；以及
下管，所述下管在比所述第一垂直高度垂直更低的第二垂直高度处将所述内部容积连接至所述上区域和所述下区域中的至少一个。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：还包括：
延伸穿过所述上区域和所述下区域中的至少一个的微通道管。
3.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述热交换器包括分开的集管和未分开的集管。
4.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述第一垂直高度至少部分地与所述上区域垂直对齐。
5.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述第二垂直高度至少部分地与所述下区域垂直对齐。
6.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述上管与所述上区域直接流体连通，而所述下管与所述下区域直接流体连通。
7.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述被动增压管理装置包括贮存器，所述贮存器提供所述被动增压管理装置的大部分内部容积，且所述上管和所述下管与所述贮存器流体连通。
8.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述贮存器垂直地定位，以使所述贮存器与所述上区域和所述下区域中每个的一部分垂直对齐。
9.一种制冷剂增压管理方法，包括：
提供微通道热交换器；
将液相制冷剂引入所述微通道热交换器；
用制冷剂将所述微通道热交换器填充至临界垂直高度；以及
将附加的液相制冷剂引入所述微通道热交换器以超过所述临界垂直高度并接收液相制冷剂进入被动增压管理装置。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：还包括：
响应于接收液相制冷剂进入所述被动增压管理装置而降低过冷却温度。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于：还包括：
响应于接收液相制冷剂进入所述被动增压管理装置而降低过冷却温度的增加与升高的环境室外温度的比率。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于：还包括：
响应于接收液相制冷剂进入所述被动增压管理装置而降低压缩机排放压力。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于：还包括：
响应于接收液相制冷剂进入所述被动增压管理装置而降低压缩机排放压力的增加与升高的环境室外温度的比率。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述被动增压管理装置包括内部容积且大部分内部容积垂直地位于所述热交换器的下区域的上部分与所述热交换器的上区域的下部分之间。
15.一种HVAC系统，包括：
冷凝器热交换器；
压缩机，所述压缩机构造成将制冷剂泵送到所述冷凝器热交换器；以及
至少在两个不同垂直位置处与所述冷凝器热交换器流体连通的被动增压管理装置，所述被动增压管理装置构造成当所述冷凝器热交换器内的液态制冷剂的垂直高度超过临界垂直高度时接收来自所述冷凝器热交换器的液相制冷剂。
16.如权利要求15所述的HVAC系统，其特征在于：所述临界垂直高度与上述冷凝器热交换器的下区域垂直对齐。
17.如权利要求15所述的HVAC系统，其特征在于：所述临界垂直高度与上述冷凝器热交换器的上区域垂直对齐。
18.如权利要求15所述的HVAC系统，其特征在于：所述被动增压管理装置包括细长管贮存器，所述细长管贮存器大致垂直定位在所述冷凝器热交换器的下区域和所述冷凝器热交换器的上区域之间。
19.如权利要求15所述的HVAC系统，其特征在于：所述HVAC系统是热泵HVAC系统。
20.如权利要求15所述的HVAC系统，其特征在于：所述冷凝器热交换器包括多个微通道管。
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