用于制冷系统的紧凑热交换器组件

相关申请的交叉引用

本申请请求享有于2018年11月12日提交的美国申请第62/758820号的权益，该美国申请以其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

示例性实施例涉及制冷系统的领域。

背景技术

制冷系统被广泛用作用于建筑、货物系统、存储系统等的空调系统的一部分。制冷系统通常采用在封闭回路中由制冷管线连接的各种构件。通常，制冷系统以亚临界制冷循环操作，其中制冷系统在制冷剂的临界点以下操作。当前，存在使制冷系统以跨临界制冷循环操作的推动力，其中制冷系统在制冷剂的临界点以上操作。

通过在两个压缩级之间并入附加热交换器，可扩展多级压缩系统中的压缩装置的操作范围。由于空间可用性、重量和设备成本因素的限制，将附加热交换器并入到蒸汽压缩制冷系统中可能带来挑战。

发明内容

公开了一种制冷系统，其包括压缩机组件、排热热交换器组件和吸热热交换器组件。该压缩机组件具有第一压缩级的入口、第一压缩级的出口、第二压缩级的入口和第二压缩级的出口。排热热交换器组件包括初级热交换器和次级热交换器。初级热交换器具有流体地连接到压缩机组件的第二压缩级的出口的入口和流体地连接到吸热热交换器组件的入口的出口。初级热交换器包括在第一歧管和第一中间歧管之间延伸的第一管束、在第二歧管和第二中间歧管之间延伸的第二管束、在第一管束和第二管束之间延伸的至少一个弯曲部，以及在第一中间歧管和第二中间歧管之间延伸的连接管。次级热交换器具有第三歧管和第四歧管，第三歧管限定流体地连接到压缩机组件的第一压缩级的出口的入口，而第四歧管限定流体地连接到压缩机组件的第二压缩级的入口的出口。吸热热交换器组件流体地连接到排热热交换器组件和压缩机组件。

还公开了一种紧凑热交换器组件，其包括排热热交换器组件，该排热热交换器组件包括初级热交换器和次级热交换器。初级热交换器具有从第一歧管延伸的第一管束、从第二歧管延伸的第二管束、布置成连接第一管束和第二管束的至少一个弯曲部，以及与第一管束和第二管束一起提供的弯曲部，使得第一管束的至少一部分平行于第二管束设置。次级热交换器设置在第二歧管和该至少一个弯曲部之间。

还公开了一种紧凑热交换器组件，其包括排热热交换器组件。排热热交换器组件包括初级热交换器和次级热交换器。初级热交换器具有在第一歧管和第二歧管之间延伸的管束。管束设有至少一个弯曲部，使得初级热交换器具有大体曲线形状。次级热交换器设置在第一歧管和第二歧管之间。

附图说明

以下描述不应视为以任何方式进行限制。参考附图，相似的元件编号相似：

图1是制冷系统的示意图；

图2是另一个制冷系统的示意图；

图3是与制冷系统一起提供的热交换器组件的第一实施例的示意图；

图4是与制冷系统一起提供的热交换器组件的第二实施例的示意图；

图5是与制冷系统一起提供的热交换器组件的第三实施例的示意图；以及

图6是与制冷系统一起提供的热交换器组件的第四实施例的示意图。

图7是与制冷系统一起提供的热交换器组件的第五实施例的示意图。

具体实施方式

本文通过示例而非限制的方式参考附图给出了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。

参考图1和图2，示意性地示出了具有两级压缩的制冷系统10。制冷系统10采用初级流体和次级流体。初级流体是用于制冷系统的工作流体，其可为诸如二氧化碳（CO

压缩机组件20是两级压缩机组件，其设有第一压缩机级30和第二压缩机级40，第一压缩机级30具有第一压缩级的入口32和第一压缩级的出口34，而第二压缩机级40具有第二压缩级的入口42和第二压缩级的出口44。第一压缩机级30可与第二压缩机级40一体地形成，或第一压缩机级30可提供为第一压缩机，并且第二压缩机级40可提供为与第一压缩机分离的第二压缩机。

第一压缩级的入口32布置成经由端口（吸热热交换器组件出口112）从吸热热交换器组件24接收制冷剂。制冷剂由第一压缩机级30压缩，并且第一压缩级的出口34布置成将压缩的制冷剂排放到排热热交换器组件22的一部分。

第二压缩级的入口42布置成接收来自排热热交换器组件22的制冷剂和来自闪蒸罐节能器162或热交换器型节能器182的制冷剂，如将在下文描述。制冷剂由第二压缩机级40压缩，并且第二压缩级的出口44布置成将压缩的制冷剂排放到排热热交换器组件22的另一部分。

排热热交换器组件22包括初级热交换器50、次级热交换器52和排热风扇54。初级热交换器50和次级热交换器52可布置为用于亚临界制冷系统的冷凝器或布置为用于跨临界制冷系统的气体冷却器和中间冷却器。如图3-6中所示，初级热交换器50和次级热交换器52布置成使得它们形成具有“U”形、“V”形、“O”形或其它形状的封闭形状、封闭管或封闭空间，其内可设置排热风扇54。初级热交换器50和次级热交换器52形成排热热交换器组件22，其中两个热交换器共用共同的排热风扇54。

参考图3，初级热交换器50包括第一管束60和第二管束62。第一管束60与第二管束62平行地设置，使得初级热交换器50布置为两排热交换器。在每个管束中，翅片可设置在管之间以增强传热。第一管束60在第一歧管70和第一中间歧管72之间延伸。第一管束60可在第一歧管70和第一中间歧管72之间限定至少一个带翅片弯曲部，使得第一管束60具有大体曲线形状或U形。如图1和2中所示，第一歧管70包括或限定初级热交换器入口80，该初级热交换器入口流体地连接到压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的出口44。

第二管束62在邻近第一中间歧管72设置的第二中间歧管74和邻近第一歧管70设置的第二歧管76之间延伸。第一中间歧管72由单个（或多个，如果需要）连接管78流体地连接到第二中间歧管74。第二管束62可在第二中间歧管74和第二歧管76之间限定至少一个带翅片弯曲部，使得第二管束62具有大体曲线形状或U形。如图1和图2中所示，第二歧管76包括或限定初级热交换器出口82，该初级热交换器出口通过膨胀装置和节能器（例如，闪蒸罐型节能器或热交换器型节能器）流体地连接到吸热热交换器组件24的入口110。

继续参考图3，次级热交换器52部分地设置在初级热交换器50内。次级热交换器52包括在第三歧管92和第四歧管94之间延伸的管束区段90。第三歧管92邻近第二中间歧管74设置。第二中间歧管74和第三歧管92之间的间隔由某种密封材料或密封部件96（例如泡沫、橡胶）阻挡，以避免空气旁通。如图1和图2中所示，第三歧管92包括或限定次级热交换器入口98，该次级热交换器入口流体地连接到压缩机组件20的第一压缩机级30的第一压缩级的出口34。第四歧管94邻近第二歧管76设置。第四歧管94和第二歧管76之间的间隔由某种密封材料或密封部件96阻挡，以避免空气旁通。如图1和图2中所示，第四歧管94包括或限定次级热交换器出口102，制冷剂与来自闪蒸罐节能器162或热交换器型节能器182的制冷剂组合而进入压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的入口42。

排热风扇54设置在由次级热交换器52的管束区段90以及初级热交换器50的第一管束60和第二管束62限定的封闭空间内。排热风扇54布置成促使次级流体流过初级热交换器50和次级热交换器52，以冷却流过初级热交换器50和/或次级热交换器52的制冷剂。密封部件96、100通过初级热交换器50和次级热交换器52之间的间隔抑制次级流体的泄漏。

参考图4，初级热交换器50可为连续的管束，该管束在其自身上折叠而使得管限定第一管束区段120、第二管束区段122和至少一个无翅片弯曲部124。至少一个无翅片弯曲部124使得第一管束区段120能够与第二管束区段122平行地设置，使得初级热交换器50布置为两排热交换器。第一管束区段120在第一歧管130和无翅片弯曲部124之间延伸。如图1和图2中所示，第一歧管130包括或限定初级热交换器入口80，该初级热交换器入口流体地连接到压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的出口44。第二管束区段122在无翅片弯曲部124和第二歧管132之间延伸。如图1和图2中所示，第二歧管132包括或限定初级热交换器出口82，该初级热交换器出口通过膨胀装置和节能器流体地连接到吸热热交换器组件24的入口110。

除了无翅片弯曲部124之外，第一管束区段120和第二管束区段122可设有带翅片弯曲部，使得第一管束区段120和第二管束区段122的组合具有大体曲线形状或U形。

参考图4，次级热交换器52具有与图3中所示的次级热交换器52基本相似的构造。次级热交换器52包括在第三歧管92和第四歧管94之间延伸的管束区段90。

如图4中所示，第三歧管92邻近无翅片弯曲部124设置。密封部件96用于防止空气通过第三歧管92和无翅片弯曲部124之间的间隔泄漏。如图1和图2中所示，第三歧管92包括或限定次级热交换器入口98，该次级热交换器入口流体地连接到压缩机组件20的第一压缩机级30的第一压缩级的出口34。

参考图4，第四歧管94邻近第二歧管132设置。第四歧管94和第二歧管132之间的间隔利用密封部件100阻挡。如图1和图2中所示，第四歧管94包括或限定次级热交换器出口102，其与来自节能器的制冷剂组合，流体地连接到压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的入口。

参考图5，初级热交换器50可具有与如图4中所示的基本相似的构造。然而，在该实施例中，次级热交换器52包括连续的管束，该管束在其自身上折叠，使得管限定第三管束区段140、第四管束区段142和至少一个无翅片弯曲部144。至少一个无翅片弯曲部144使得第三管束区段140能够与第四管束区段142平行地设置，使得次级热交换器52布置为两排热交换器。

第三管束区段140在第三歧管146和无翅片弯曲部144之间延伸。如图1和图2中所示，第三歧管146包括或限定次级热交换器入口98，该次级热交换器入口流体地连接到压缩机组件20的第一压缩机级30的第一压缩级的出口34。第四管束区段142在无翅片弯曲部144和第四歧管148之间延伸。如图1和图2中所示，第四歧管148包括或限定次级热交换器出口102，其在与来自节能器的制冷剂组合之后，流体地连接到压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的入口42。初级热交换器50和次级热交换器52之间的间隔由密封材料150和152阻挡。

排热风扇54设置在由初级热交换器50和次级热交换器52限定的封闭的“O”形空间内。排热风扇54布置成促使次级流体流过初级热交换器50和次级热交换器52以冷却制冷剂。密封材料150、152可为密封部件，其通过初级热交换器50和次级热交换器52之间的间隔来抑制次级流体的泄漏。

参考图6，初级热交换器50是没有无翅片弯曲部的单排热交换器。第一管束区段120（布置为单排管束）在第一歧管130和第二歧管132之间延伸。如图1和图2中所示，第一歧管130包括或限定初级热交换器入口80，该初级热交换器入口流体地连接到压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的出口44。如图1和图2中所示，第二歧管132包括或限定初级热交换器出口82，该初级热交换器出口通过膨胀装置和节能器流体地连接到吸热热交换器组件24的入口110。单排管束120可设有带翅片弯曲部，使得初级热交换器具有大体曲线形状或U形。

次级热交换器52也是在第三歧管92和第四歧管94之间延伸的单排热交换器。第三歧管92包括或限定次级热交换器入口98，该次级热交换器入口流体地连接到压缩机组件20的第一压缩机级30的第一压缩级的出口34。如图1和图2中所示，第四歧管94包括或限定次级热交换器出口102，其在与来自节能器的制冷剂组合之后，流体地连接到压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的入口42。

初级热交换器50和次级热交换器52形成封闭形状构造。初级热交换器50和次级热交换器52之间的间隔由密封部件96和100阻挡，以抑制流旁通初级热交换器50和次级热交换器52。

排热风扇54设置在由初级热交换器50和次级热交换器52限定的封闭的空间内。排热风扇54布置成促使次级流体流过初级热交换器50和次级热交换器52以冷却制冷剂。

参考图7，初级热交换器50和次级热交换器52具有与图3中所示的初级热交换器50和次级热交换器52基本相似的构造。仅有的区别在于，第一中间歧管72由单个（或多个，如果需要）块部分78A流体地连接到第二中间歧管74，该块部分由具有流动连通孔199的块197和具有螺孔201的安装凸片198构成。连通孔199用作制冷剂流动通道，因此第一中间歧管72可流体地连接到第二中间歧管74。安装凸片198具有螺孔201，初级热交换器50可通过螺孔201方便地安装至系统架构。初级热交换器50和次级热交换器52以与图3中类似的方式与系统的其余部分相互作用。

将排热热交换器组件22的初级热交换器50和次级热交换器52布置成其它构造以便于热交换器组件在系统架构中的安装可能是有利的。例如，图3-7中所示的初级热交换器50可倒置布置，使得热交换器的入口和出口以及无翅片弯曲部位于底部。在这样的实施例中，次级热交换器52也移动到封闭形状的底侧。

排热热交换器组件22的初级热交换器50和次级热交换器52以及吸热热交换器组件24可为微通道平管百叶窗式翅片热交换器、圆管板翅片热交换器或任何其它类型的热交换器，以便于初级流体和次级流体之间的热交换。

参考图1和图2，吸热热交换器组件24包括吸热热交换器组件入口110和吸热热交换器组件出口112。

如图1中所示，吸热热交换器组件入口110通过第一膨胀装置160、闪蒸罐节能器162和第二膨胀装置164流体地连接到初级热交换器50的初级热交换器出口82。闪蒸罐节能器162可设有第一压缩级的入口170、第一压缩级的出口172，以及第二压缩级的出口174。第一压缩级的入口170布置成通过第一膨胀装置160从初级热交换器出口82接收制冷剂。闪蒸罐节能器162的第一压缩级的出口172布置成将蒸汽形式的制冷剂提供至压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的入口42。第二压缩级的出口174布置成将液体形式的制冷剂提供至第二膨胀装置164，第二膨胀装置最终将制冷剂提供至吸热热交换器组件入口110。

作为备选设计，如图2中所示，吸热热交换器组件入口110通过热交换器型节能器182和第二膨胀装置184流体地连接到初级热交换器50的初级热交换器出口82。热交换器型节能器182可设有第一入口190、第二入口192、第一出口196和第二出口194。来自初级热交换器50的初级热交换器出口82的制冷剂分成两股流。一股流进入第一入口190，而另一股流通过第一膨胀装置180进入入口192。两股流在热交换器型节能器182中交换热。进入第一入口190的制冷剂流冷却，并然后通过第二膨胀装置184连接到吸热热交换器组件24的次级热交换器组件入口110。进入第二压缩级的入口192的制冷剂流被加热，并然后与来自排热热交换器组件22的次级热交换器52的次级热交换器出口102的制冷剂组合，连接到压缩机组件20的第二压缩机级40的第二压缩级的入口42。

吸热热交换器组件的出口112流体地连接到压缩机组件20的第一压缩机级30的第一压缩级的入口32。

吸热风扇200设有吸热热交换器组件24。吸热风扇200布置成通过吸热热交换器组件24抽吸第二流体，以加热通过吸热热交换器组件24的制冷剂。

采用次级热交换器52的排热热交换器组件22至少部分地设置在初级热交换器50内以形成封闭形状，该封闭形状提供紧凑、轻量且成本较低的热交换器，以及高传热效率，以及便于与各种制冷系统集成的可适应架构。排热热交换器组件22的紧凑性是通过将初级热交换器和次级热交换器布置成封闭形状而实现的，该封闭形状共用具有不同半径的共同排热风扇，这意味着不同的热交换器尺寸可以以任何角度定向，这相对于通常占据远远更大空间的传统平热交换器而言是有利的。

与传统的铜热交换器相比，本公开的热交换器可采用具有更好的延展性和可成形性的铝或铝合金。此外，全铝热交换器大体上比铜管热交换器更轻且更便宜。

排热热交换器组件22的初级热交换器50和次级热交换器52可相对于次级流体流以交叉逆流方式布置。这种交叉逆流构造提供非常好的传热效率。

尽管示例性实施例仅涉及单排或两排热交换器，但是多排热交换器或具有不同排或具有不同弯曲情形的初级热交换器50和次级热交换器52的任何组合也可落入本公开的范围。

用语“约”旨在包括与基于提交申请时可用设备的特定量的测量相关联的误差程度。

本文使用的用语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解的是，用语“包括”和/或“包含”在用于此说明书中时表示指出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。

虽然已经参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。此外，可制作出许多改型来使特定情形或材料适于本公开的教导，而不脱离其基本范围。因此，期望本公开不限于公开为针对执行本公开构想的最佳模式的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。