[发明专利]加热和冷却系统及其热交换器

说明书

一种加热和冷却系统，包括用于在加热模式和冷却模式下在制冷剂和空气之间传递热的热交换部分。该热交换部分包括至少两个制冷剂通道。制冷剂在加热模式和冷却模式下沿着相同的方向被循环通过制冷剂通道，从而使得在加热模式以及冷却模式下，制冷剂通道和空气之间的总体流动取向都是逆流取向。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月4日提交的美国临时专利申请No.62/303,433的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

蒸汽压缩系统通常用于冷却和/或空气调节和/或加热，以及其它用途。在典型的蒸汽压缩系统中，制冷剂(有时称为工作流体)被循环通过连续的热力循环，以将热能传递到温度和/或水汽含量受控的环境或从温度和/或水汽含量受控的环境传递热能，或将热能传递到不受控的周围环境或从不受控的周围环境传递热能。虽然这种蒸汽压缩系统的实施方式可以变化，但它们通常包括作为蒸发器操作的至少一个热交换器，以及作为冷凝器操作的至少一个另外的热交换器。

在上述类型的系统中，制冷剂通常在热力学状态(即，压力和焓条件)下进入蒸发器，在蒸发器中，制冷剂是过冷液体，或是具有相对低蒸汽质量的部分蒸发两相流体。当热能行进通过蒸发器时，热能被引导到制冷剂中，使得制冷剂作为具有相对高蒸汽质量的部分蒸发两相流体或过热蒸汽离开蒸发器。

在系统中的另一点处，制冷剂作为过热蒸汽通常在比蒸发器的操作压力高的压力下进入冷凝器。当制冷剂行进通过冷凝器时，热能从制冷剂中排出，使得制冷剂以至少部分冷凝的状态离开冷凝器。大多数情况下，制冷剂作为完全冷凝的过冷液体离开冷凝器。

一些蒸汽压缩系统是可逆的热泵系统，能够在冷却模式(例如，当不受控周围环境的温度大于受控环境的期望温度时)或加热模式(例如，当不受控的周围环境的温度低于受控环境的期望温度时)下操作。这种系统可能需要能够在一种模式下作为蒸发器操作并且在另一种模式下作为冷凝器操作的热交换器。

在如上所述的一些系统中，当一个热交换器需要在两种模式下有效操作时，冷凝热交换器和蒸发热交换器的竞争性要求可能导致困难。Johnson等人的美国专利申请公开No.2013/0306272A1中提出的针对这些困难的一种解决方案包括使用结合在可逆热泵加热和冷却系统内的双通道制冷剂-空气热交换器。当系统以两种模式中的一个模式(例如，加热模式或冷却模式)操作时，通过热交换器的两个制冷剂通道的流动采用与被加热或冷却的空气流的逆流取向，从而产生更高的热交换效率，进而提高了整体系统效率。然而，当系统在两种模式下的另一种模式下操作时，通过热交换器的制冷剂流的方向被反转，导致降低的热交换效率，从而降低了整体系统效率。因此，仍有改进的余地。

发明内容

根据本发明的一个实施例，用于在制冷剂流和空气流之间交换热的加热和冷却系统通过将热从制冷剂传递到空气而在加热模式下操作，并且通过将热从空气传递到制冷剂而在冷却模式下操作。该系统包括：第一多个流体管道，该第一多个流体管道用于输送制冷剂流通过加热和冷却系统的热传递部分；以及第二多个流体管道，该第二多个流体管道在加热模式和冷却模式下关于制冷剂流被布置在第一多个流体管道的下游。当空气流通过第一和第二多个流体管道时，空气流通过热传递部分与制冷剂流交换热，其中第二多个流体管道在加热和冷却模式下关于空气流被布置在第一多个流体管道的上游。入口歧管被接合到第一多个流体管道的开口端，以将制冷剂流输送到第一多个流体管道，并且收集歧管被接合到第二多个流体管道的开口端，以接收来自第二多个流体管道的制冷剂流。该系统还包括：压缩机，该压缩机可操作以产生热的高压制冷剂流；以及膨胀装置，该膨胀装置可操作以产生冷的低压制冷剂流。入口歧管在操作上连接到压缩机，以当系统在加热模式下操作时接收来自从压缩机的制冷剂，并且当系统在冷却模式下操作时，入口歧管在操作上连接到膨胀装置，以接收来自膨胀装置的制冷剂。当系统在冷却模式下操作时，收集歧管在操作上连接到压缩机，以将制冷剂输送到压缩机，并且当系统在加热模式下操作时，收集歧管在操作上连接到膨胀装置，以将制冷剂输送到膨胀装置。