蒸气压缩系统的冷凝器过冷器部件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月29日提交的标题为“CONDENSER SUBCOOLER COMPONENTOF A VAPOR COMPRESSION SYSTEM(蒸气压缩系统的冷凝器过冷器部件)”的美国临时申请序列号62/611,751的优先权和权益，所述美国临时申请出于所有目的以其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本披露总体上涉及蒸气压缩系统中的热交换器。本披露更具体地涉及一种用于蒸气压缩系统的冷凝器，所述冷凝器具有过冷器部件，所述过冷器部件包括直线外壳和直线格栅支架。
在一些冷凝器中，一个或多个管束可以定位在壳体或外壳中，并且用于使能够与进入壳体的制冷剂蒸气进行热交换的流体循环。制冷剂蒸气与流体之间的热传递或热交换可以使制冷剂蒸气冷凝、或者将相态变为液态。在制冷剂液体离开冷凝器之前，制冷剂液体可以被第二管束进一步冷却，即被过冷，所述第二管束可以被定位为过冷器部件。过冷器部件可以控制制冷剂液体在第二管束上的流动，所述第二管束也使流体循环，以进一步与制冷剂液体交换或传递热量。
本章节旨在向读者介绍可能与本发明技术的各个方面相关的各技术方面，所述各技术方面将在下文进行描述和/或提出权利要求。本讨论被认为有助于向读者提供背景信息以促进对本披露内容各个方面的更好理解。因此，应当理解的是，这些陈述将从这个角度被解读，而不是作为对现有技术的承认。
发明内容
以下概述了与本披露范围相称的某些实施例。这些实施例并非旨在限制本披露的范围，而是这些实施例仅旨在提供本实施例的可能形式的简要概述。实际上，本实施例可以涵盖可与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。
在一个实施例中，冷凝器包括：具有纵向轴线的壳体；布置在壳体内的第一管束；以及布置在所述壳体内、在所述第一管束下方的过冷器部件。所述过冷器部件包括：直线外壳；多个直线格栅支撑组件，所述多个直线格栅支撑组件布置在直线外壳内并且沿壳体的轴线在长度方向上间隔开；以及第二管束，所述第二管束布置在直线外壳内，其中，所述第二管束的管在所述直线格栅支撑组件的直线格栅通道内保持就位。
在另一个实施例中，冷凝器过冷器部件包括：直线外壳；多个直线格栅支撑组件，所述多个直线格栅支撑组件布置在直线外壳内并且沿直线外壳的纵向轴线在长度方向上间隔开；以及管束，所述管束布置在直线外壳内，其中，所述管束的管在所述直线格栅支撑组件的直线格栅通道内保持就位。
在另一个实施例中，冷凝器过冷器部件包括直线外壳和多个直线格栅支撑组件，所述多个直线格栅支撑组件布置在所述直线外壳内并且沿所述直线外壳的纵向轴线在长度方向上间隔开。所述多个直线格栅支撑组件中的每一个直线格栅支撑组件包括多个直线格栅支撑部分。所述冷凝器过冷器部件还包括布置在所述直线外壳内的管束，其中，所述管束的管在所述直线格栅支撑组件的直线格栅通道内保持就位。
附图说明
当参照附图阅读下面的详细说明时，本披露的这些和其他特征、方面、以及优点将变得更好理解，在所有附图中相似的附图标记表示相似的部分，在附图中：
图1展示了根据本披露的实施例的暖通空调系统；
图2展示了根据本披露的实施例的蒸气压缩系统；
图3是根据本披露的实施例的暖通空调系统的简图；
图4展示了根据本披露的实施例的蒸气压缩系统的截面视图；
图5展示了根据本披露的实施例的冷凝器的截面视图；
图6展示了根据本披露的实施例的冷凝器的局部剖面透视图；
图7展示了根据本披露的实施例的冷凝器的过冷器部件的透视图；
图8展示了根据本披露的实施例的过冷器部件的直线外壳的截面视图；
图9和图10展示了根据本披露的实施例的过冷器部件的直线网格支撑部分的实施例；
图11展示了根据本披露的实施例的过冷器部件的端部直线格栅支撑架的实施例的截面视图；以及
图12展示了根据本披露的实施例的冷凝器的过冷器部件的室观察窗和竖向液体探头。
具体实施方式
以下将描述一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简洁描述，并没有在说明书中描述实际实施方式的全部特征。应当理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计方案中)，必须作出大量实施方式特定的决定以实现开发者的特定目标(诸如符合系统相关的和商业相关的约束)，所述目标从一个实施方式到另一个实施方式可能有所变化。此外，应当理解的是，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于从本披露受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作。
本公开的实施例针对一种冷凝器，所述冷凝器包括过冷器部件，所述过冷器部件具有直线外壳和直线格栅支架，所述直线格栅支架被配置用于支撑布置在过冷器部件的直线外壳内的过冷器管束的管。外壳和格栅支架的直线性质使得过冷器部件能够相对便宜地制造。例如，在某些实施例中，直线外壳可以包括形成为单个直线挤压件的过冷器箱，或者可以相对容易地由折叠成直线形状的金属板形成。另外，在某些实施例中，直线格栅支架可以被构造为可共同形成直线格栅支撑组件的多个直线格栅支撑部分，这也简化了格栅支架的构造。
现在转向附图，图1展示了典型商业环境的建筑物12中的暖通空调(HVAC)系统10。HVAC系统10可以包括蒸气压缩系统14和冷却塔16，所述蒸气压缩系统可以供给冷却建筑物12的冷却液体，所述冷却塔可以通过导管18向蒸气压缩系统14提供工艺流体。在某些实施例中，HVAC系统10还可以包括供给加热的液体以使建筑物12变暖的锅炉20、以及使空气循环通过建筑物12的空气分配系统。空气分配系统可以包括空气回流管道22、空气供给管道24、以及空气处理机26。空气处理机26可以包括通过导管28连接至锅炉20和蒸气压缩系统14的热交换器。空气处理机26中的热交换器可以接收来自锅炉20的加热液体和/或来自蒸气压缩系统14的冷却液体，这取决于HVAC系统10的运行模式。在某些实施例中，HVAC系统10可以在建筑物12的每个楼层包括单独的空气处理机，但是应当理解的是这些部件可以在楼层之间共用。
图2至图4展示了可以在图1的HVAC系统10中使用的蒸气压缩系统14。在某些实施例中，蒸气压缩系统14可以使制冷剂循环通过回路，所述回路从压缩机30开始并且包括冷凝器32、一个或多个膨胀阀34、以及蒸发器36。另外，蒸气压缩系统14还可以包括控制面板38，在某些实施例中，所述控制面板可以包括模数(A/D)转换器40、处理器42、存储器44、接口板46以及用户界面48。在蒸气压缩系统14中可以用作制冷剂的流体的一些示例是基于氢氟烃(HFC)的制冷剂(例如R-410A、R-407、R-134a、氢氟烯烃(HFO))、“天然”制冷剂(像氨(NH3)、R-717、二氧化碳(CO2)、R-744或烃基制冷剂)、或任何其他合适类型的制冷剂。
如图3所展示的，在某些实施例中，马达50可以用于驱动或操作压缩机30。马达50可以由变速驱动装置52供电，或者可以直接从交流(AC)或直流(DC)电源供电。马达50可以是可以由VSD供电或直接由AC电源或DC电源供电的任何合适马达类型，例如开关磁阻马达、感应马达或电子整流永磁马达。在替代实施例中，其他驱动机构(比如蒸汽或燃气涡轮机或发动机以及相关联的部件)可以用于驱动压缩机30。
在某些实施例中，变速驱动器52从AC电源接收具有特定的固定线路电压和固定线路频率的AC电力，并且以期望的电压和期望的频率向马达50提供AC电力，这两者可以改变以满足特定要求。在某些实施例中，变速驱动器52可以向马达50提供可变大小的输出电压和可变频率，以允许马达50响应于特定的负载条件而有效地操作。在某些实施例中，控制面板38可以向变速驱动器52提供控制信号，以对于控制面板38所接收到的特定传感器读数的适当操作设置对变速驱动器52和马达50进行操作。例如，控制面板38可以响应于蒸气压缩系统14中的条件变化，将调节变速驱动器52所提供的输出电压和输出频率的控制信号提供给变速驱动器52。换句话说，控制面板38可以响应于压缩机30上负载增加或负载减少状态，提供增加或减少变速驱动器52所提供的输出电压和输出频率的指令。
在某些实施例中，压缩机30压缩制冷剂蒸气并通过排放通道54将蒸气输送至冷凝器32。在某些实施例中，压缩机30可以是具有一个或多个压缩级的离心压缩机。然而，在其他实施例中，压缩机30可以是任何合适压缩机类型，包括螺杆式压缩机、往复式压缩机、旋转式压缩机、摆杆式压缩机、涡旋式压缩机、或涡轮式压缩机。由压缩机30输送至冷凝器32的制冷剂蒸气将热量传递给流体，例如水或任何其他合适的液体。由于与流体进行热传递，制冷剂蒸气在冷凝器32中冷凝成制冷剂液体。在某些实施例中，冷凝器32包括用于使流体在冷凝器32与冷却塔16之间循环的供给管线56和返回管线58，例如，其中，来自冷凝器32的流体通过与另一种流体(比如空气)进行热交换而被冷却。然后，流体可以通过返回管线58返回至冷凝器32，其中，流体通过与冷凝器32中的制冷剂进行热交换而被加热。然后，被加热的流体可以通过供给管线56而从冷凝器32中移除，并且可以提供给冷却塔16以完成循环。
在图3所展示的实施例中，冷凝器32是水冷型的，并且包括连接至冷却塔16的管束60。在某些实施例中，冷凝器32中的管束60可以包括多个管和多个管束。此外，如图4所展示的，在某些实施例中，冷凝器32可以包括过冷器部件62，所述过冷器部件用于在液态制冷剂被引导至蒸发器36之前将液体制冷剂冷却至低于制冷剂的饱和温度的温度(即，将液态制冷剂过冷)。如本文中更详细地描述的，在某些实施例中，过冷器部件62包括直线外壳和直线格栅支架，所述直线格栅支架被配置用于支撑布置在过冷器部件62的直线外壳内的过冷器管束的管，从而使过冷器部件62能够相对便宜地制造。
在某些实施例中，一旦被过冷器部件62过冷，来自冷凝器32的液态制冷剂就通过膨胀阀34流动至蒸发器36。在某些实施例中，热气旁通阀(HGBV)64可以连接在从压缩机排放部延伸至压缩机吸入部的单独管线中。输送到蒸发器36的液态制冷剂吸收来自另一流体的热量并且经历相变成为制冷剂蒸气，所述流体可以是或可以不是与用于冷凝器32的流体的类型相同。
在图3所展示的实施例中，蒸发器36包括管束66，所述管束具有连接至冷却负载72的供给管线68和返回管线70。供给管线68和返回管线70可以经由使工艺流体循环通过HVAC系统10的导管28而与空气处理机26处于流体连通。在某些实施例中，工艺流体(例如水、乙二醇、氯化钙盐水、氯化钠盐水或任何其他合适的液体)经由返回管线70进入蒸发器36，并且经由供给管线68离开蒸发器36。蒸发器36使管中的工艺流体的温度降低。在某些实施例中，蒸发器36中的管束66可以包括多个管和多个管束。蒸气制冷剂离开蒸发器36并通过抽吸管线74返回至压缩机30以完成回路或循环。
在图4中展示的实施例中，压缩机30可以包括预旋转叶片76，所述叶片可以在压缩机30的入口处使用，并且可以固定到预定位置或者可以具有可调节的位置。在某些实施例中，蒸气压缩系统14可以在一个或多个制冷剂回路中使用变速驱动装置52、马达50、压缩机30、冷凝器32、膨胀装置或膨胀阀34和/或蒸发器36中每一者中的一个或多个。
图5中展示了冷凝器32的实施例的截面视图。如图5所展示的，在某些实施例中，冷凝器32包括壳体78，壳体具有大致圆柱形的几何形状，并且包括定位在壳体78的相对的轴向端部处的集管80。在某些实施例中，集管80将流体分配到(过冷器部件62的)第一管束82和第二管束84，如箭头86所展示。箭头86还展示了流体通过冷凝器32的流动路径。在某些实施例中，冷凝器32进一步包括用于接收制冷剂蒸气的入口88(如箭头90所指示)、以及用于排放制冷剂液体的出口92(如箭头94所指示)。在某些实施例中，入口88和出口92大致位于冷凝器32的轴向中点处。然而，在其他实施例中，入口88和出口92的位置可以沿着壳体78在位置上变化。
在某些实施例中，第一管束82包括使工艺流体循环的管96，所述工艺流体与进入冷凝器32的制冷剂蒸气交换热量，从而使制冷剂蒸气冷凝或将状态变成制冷剂液体。在某些实施例中，第一管束82可以使工艺流体一次或多次通过第一管束82。在图5所展示的实施例中，第一管束82可以使工艺流体的两次通过第一管束82。在某些实施例中，过冷器部件62的第二管束84可以使工艺流体单次通过第二管束84。来自单次通过第二管束84的工艺流体可以与来自第一次通过第一管束82的工艺流体结合，以用于第二次通过第一管束82。
在某些实施例中，在制冷剂液体通过出口92离开冷凝器32之前，制冷剂液体可以被位于冷凝器32的过冷器部件62中的管98进一步冷却到低于制冷剂的饱和温度(即，过冷)的温度，所述冷凝器可以完全包含或围绕第二管束84。过冷器部件62控制制冷剂液体在第二管束84的管98之上和周围的流动。在某些实施例中，冷凝器32包括用于这些支撑管96的管支架100。类似地，如本文更详细地描述的，过冷器部件62可以包括用于支撑这些管98同时还使制冷剂能够沿这些管98轴向流动的对应结构(例如，直线格栅支撑组件)。
还如图5所展示的，在某些实施例中，过冷器部件62被浸没在沿着冷凝器32的全长延伸的液体储器102中。液体储器102具有高于过冷器部件62的液面104。液体储器102形成防止制冷剂蒸气进入过冷器部件62的液体密封。在其他实施例中，液体表面104可以低于过冷器部件62的顶表面106。在其他实施例中，液体表面104可以相对于过冷器部件62定位，以防止任何制冷剂蒸气流入过冷器部件62中，或者换句话说，液体表面104可以位于通向过冷器部件62的任何入口的上方。
图6展示了冷凝器32的局部剖面透视图，其中为了说明目的，第一管束82和集管80被移除。箭头108展示了冷凝的制冷剂的流动。冷凝的制冷剂收集并且形成液体储器102。然后，制冷剂液体通过入口110进入过冷器部件62，如箭头112所指示。第二管束84为制冷剂液体提供额外的冷却。制冷剂液体进入过冷器部件62，并且接触并在过冷器部件62内的第二管束84的管98之上和周围流动。在某些实施例中，过冷器部件62内的第二管束84的管98可以使与第一管束82的管96相同或不同的流体循环，以交换热量从而进一步冷却(即，过冷)制冷剂液体。
如图4和图6所展示的，在某些实施例中，过冷器部件62包括两个或更多个外部通道114、以及在外部通道114之间的中央通道116。在某些实施例中，外部通道114包括底壁118，在底壁118中具有入口110。在某些实施例中，过冷器部件62还可以包括在中央通道116和外部通道114之间的两个或更多个中间通道。在某些实施例中，如图6中的箭头120所展示，收集在液体储器102中的液体制冷剂可以通过入口110进入过冷器部件62，并且在外通道114中的管98之上和周围流向集管80的集管板，从而为制冷剂液体提供第一次通过。在某些实施例中，入口110可以大致位于冷凝器32的轴向中点处。在其他实施例中，入口110可以位于沿着底壁118的任何位置处，例如在底壁118的端部处。在图6所展示的实施例中，每个外部通道114包括单个入口110。然而，在其他实施例中，每个外部通道114可以设置有多于一个的入口110。在某些实施例中，液体储器102在入口110处形成液体密封，以基本上防止制冷剂蒸气进入过冷器部件62。
图7展示了过冷器部件62的实施例的透视图，其中出于说明目的，某些特征(比如第二管束84的管98)被移除。在图7所展示的实施例中，过冷器部件62包括直线外壳122，所述直线外壳形成可以容纳过冷器部件62的部件的过冷器箱。在某些实施例中，直线外壳122可以形成为单件，比如单个直线挤压件(即，例如，沿着过冷器部件62的中心纵向轴线124观察时，包括直线横截面轮廓的单个挤压件)。然而，在其他实施例中，代替被挤出，直线外壳122可以由折叠成直线形状(图7展示的)或其他相当的直线形状的一个或多个金属板形成。此外，在其他实施例中，直线外壳122可以由共同形成直线外壳122的多个直线外壳部分组成。无论所使用的制造过程如何，直线外壳122都可以形成为直线形状，所述直线形状仅包括具有直线过渡部(例如，直线壁126的各个部分之间的大致直角过渡部)的大致直线壁126。
图8展示了过冷器部件62的直线外壳122的实施例的截面视图。如图8所展示的，直线外壳122的截面轮廓仅包括位于直线外壳122的直线壁126的各个壁部分130之间的大致直线过渡部128，如本领域的普通技术人员所理解的，所述大致直线过渡部是基本上直线的(例如，如从相反的端部测量，仅线性偏离至多小于3度、小于2度、小于1度、或甚至更小)。
如本文所使用的，术语“大致直线的”、“基本上直线的”等等旨在表示过冷器部件62的各部件的物理特征，所述各部件具有本领域普通技术人员将理解的在制造公差和偏差内相对于彼此是直线的(即垂直的)相邻的线、壁、表面等等。例如，“大致直线的”、“基本上直线的”等等可以解释为限定相对于彼此成直线的(即，垂直的)相邻的线、壁、表面等等，由此所述相邻的线、壁、表面等等之间的过渡点形成基本上直角，使得所述相邻的线、壁、表面等等在它们之间形成了为90度+/-3度、为90度+/-2度、为90度+/-1度、为90度+/-0.5度、或甚至更接近90度的角度。
现在回到图7，在某些实施例中，多个直线格栅支撑组件132可以设置在直线外壳122内，并且沿着直线外壳122的中心纵向轴线124在长度方向上间隔开。在所展示的实施例中，使用了三个直线格栅支撑组件132。然而，将理解的是，在过冷器部件62中可以使用任何数量的直线格栅支撑组件132。如图7所展示的，在某些实施例中，每个直线格栅支撑组件132可以包括至少三个直线格栅支撑部分，例如，至少两个较小的外部直线格栅支撑部分134(即，布置在两个或更多个外部通道114内，所述两个或更多个外部通道由直线外壳122限定并且对与所述两个或更多个外部通道114对应的第二管束84的管98进行支撑)布置在一个较大的中央直线格栅支撑部分136(即，布置在中央通道116内，所述中央通道由直线外壳122限定并且对与中央通道116对应的第二管束84的管98进行支撑)的相反侧上。
如图9和10所展示的，每个直线格栅支撑部分134、136(例如，外部直线格栅支撑部分134，如图所展示)包括形成在相应的直线格栅支撑部分134、136的直线支撑构件140之间的多个直线格栅支撑通道138，所述直线格栅支撑通道用于对过冷器部件62的第二管束84的管98进行支撑(例如，保持就位)。如图9和10所展示的，直线格栅支撑部分134、136的截面轮廓仅包括位于直线格栅支撑部分134、136的各直线支撑构件140之间的大致直线过渡部142，如本领域普通技术人员所理解的，所述大致直线过渡部是基本上直线的(例如，从相反的端部测量的，仅偏离线性最多小于3度、小于2度、小于1度、或者甚至更小)，从而形成对过冷器部件62的第二管束84的管98进行支撑的直线格栅。
如以上关于过冷器部件62的直线外壳122所讨论的，如本文所使用的，术语“大致直线的”、“基本上直线的”等等旨在表示过冷器部件62的各部件的物理特征，所述各部件具有本领域普通技术人员将理解的在制造公差和偏差之内相对于彼此成直线的(即垂直)相邻的线、壁、表面等等。例如，“大致直线的”、“基本上直线的”等等可以解释为限定相对于彼此成直线的(即，垂直的)相邻的线、壁、表面等等，由此所述相邻的线、壁、表面等等之间的过渡点形成基本上直角，使得所述相邻的线、壁、表面等等在它们之间形成了为90度+/-3度、为90度+/--2度、为90度+/-1度、为90度+/-0.5度、或甚至更接近90度的角度。
现在回到图7，在某些实施例中，过冷器部件62还可以包括布置在直线外壳122的轴向端部146处的一个或多个直线格栅支架144。如图11中所展示的，端部直线格栅支架144还可以包括形成在端部直线格栅支架144的直线支撑构件150之间的直线格栅支撑通道148，所述直线格栅支撑通道用于对布置在过冷器部件62内的第二管束84的管98进行支撑(例如，保持就位)。在某些实施例中，类似于直线格栅支撑组件132的直线格栅支撑部分134、136，端部直线格栅支架144也可以被分成单独的直线格栅支撑部分。然而，在其他实施例中，端部直线格栅支架144和/或直线格栅支撑组件132可以形成为单件支架。
类似于直线格栅支撑部分134、136，端部直线格栅支架144的截面轮廓仅包括位于端部直线格栅支架144的各直线支撑构件150之间的大致直线过渡部152，如本领域的普通技术人员所理解的，所述大致直线过渡部是基本上直线的(例如，如从相反的端部测量，仅线性偏离至多小于3度、小于2度、小于1度、或甚至更小)。
如以上关于过冷器部件62的直线外壳122和直线格栅支撑部分134、136所讨论的，如本文所使用的，术语“大致直线的”、“基本上直线的”等等旨在表示过冷器部件62的各部件的物理特征，所述各部件具有本领域普通技术人员将理解的在制造公差和偏差之内相对于彼此成直线的(即垂直)相邻的线、壁、表面等等。例如，“大致直线的”、“基本上直线的”等等可以解释为限定相对于彼此成直线的(即，垂直的)相邻的线、壁、表面等等，由此所述相邻的线、壁、表面等等之间的过渡点形成基本上直角，使得所述相邻的线、壁、表面等等在它们之间形成了为90度+/-3度、为90度+/--2度、为90度+/-1度、为90度+/-0.5度、或甚至更接近90度的角度。
如图12所展示的，在某些实施例中，冷凝器32还可以包括室观察窗154和竖向液体探头156，竖向液体探头可以使得能够监测过冷器部件62的操作。
重要的是要注意，如各种示例性实施例中示出的构造和安排仅是说明性的。尽管在本申请中仅详细描述了几个实施例，但是阅读本申请的人员将容易理解的是，在实质上不脱离本申请中描述的主题的新颖性教示和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、取向等的变化)。例如，示出为一体形成的元件可以由多个零件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且分立元件的性质或数量或位置可以更改或改变。因此，所有此类修改旨在被包括在本申请的范围内。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。在权利要求中，任何装置加功能条款旨在覆盖本文描述为执行所列举功能的结构，并且不仅覆盖结构等同物而且还覆盖等同结构。在不脱离本申请范围的情况下，可以在实施例的设计、运行条件和布置方面作出其他替代、修改、改变、和省略。因此，本申请不限于特定实施例，而是延伸到仍然落入所附权利要求范围内的各种修改。
此外，为了提供对实施例的简要描述，可能没有描述实际实施方式的所有特征(即，与当前预期的用于执行本发明的最佳模式无关的那些特征，或者与实现所保护本发明无关的那些特征)。应该理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计方案中)，可能作出大量实施方式特定的决定。这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于从本披露内容中受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作，而无需过多实验。
