專利名稱：熱交換器排水通道的阻抗加熱的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及供暖通風和空調(HVAC)系統領域， 更具體地，本發明的實施例涉及用于排水通道的防結冰系統，該 防結冰系統除去在熱泵蒸發器除霜循環期間產生的水流。
背景技術：
熱泵是一種利用壓縮機把熱量從低溫區轉移到高溫 區的機器。在熱泵運行制冷循環中，制冷劑反復的從液態變成氣 態再變回液態。制冷劑在該循環中的一部分中被冷凝以釋放熱 量，而在該循環中的另一部分中被蒸發以吸收熱量。執泵利用外 界的空氣作為熱源，其必須能在范圍變化從華氏14 。F到50。 F ( ±10 ° C)的環境空氣溫度下工作。熱泵對通常由銅管和鋁片制成的空氣交換器(空氣 盤管)使用液體。單個的熱交換器可以布置成多回路。定位在室外的熱泵熱交換器是蒸發器，在該蒸發器 內制冷劑在飽和蒸發溫度下膨脹。在低于42. 8° F ( 6° C)的空 氣溫度下，熱交換器中的蒸發溫度大約為28.4° F ( 2 ° C)。 周圍空氣中的濕氣會冷凝并凍結在交換器表面上。為了能在這些溫度下連續工作，熱交換器必須定期 除霜。累積的霜會減少穿過熱交換器的空氣流。空氣流的減小會 使熱交換效率和整個熱泵效率降低。長時間不除霜，熱交換器將 會全部被覆蓋在冰中。除霜循環通常是引入熱氣為熱交換器除霜。 一種方 法就是使用四通閥來逆轉熱泵制冷循環，從壓縮機排出的熱氣被 注入熱交換器中。熱氣加熱交換器，從而將銅管和鋁片上所累積 的冰霜融4匕掉。在除霜循環中會產生多加侖的水。例如，從具有大 約21.5平方英尺(2平方米)正面面積的盤管上所融化的冰能 產生超過4加侖(10升)的水。考慮到在每個除霜循環中每個熱交換器產生的水量，有必要引導并將這些水排到機組的外面。 如果不這樣，排水通道內表面上的水將會逐漸凍結和增大，最后 阻塞每一個通道中的流。被阻塞流可能會導致蒸發器殼內的部件 的損壞。排水通道通常都被設置成帶幾度的坡度角來將所融 化的水引導排到蒸發器殼的外面。為了阻止水在通道內結冰，管 道通常要被加熱和絕熱。典型的熱泵蒸發器系統101如圖1所示。 一對熱交 換器103和105相對于彼此被定向成銳角，并遠離兩個循環風扇 107、 109會合。風扇107和109由盤管103、 105、附屬支撐件 111、 113以及風扇電機支架(圖中未顯示)支撐。實心蓋115 被安置在端部處并包圍循環風扇107、 109,從而使得循環風扇 107、 109從熱交換器103、 105吸走空氣。兩個排水通道117和 119用來收集和導引熱交換器盤管在除霜循環中產生的水流 121。為了防止當外界氣溫處于或低于冰點時排水通管117、 119 結冰，可以沿著每個通道的長度安裝加熱帶123或者將該加熱帶 裹在每個通道上。典型的加熱帶電纜在纜線絕緣層內有兩根導體并產 生熱，這兩根導體從一端延伸到另一端并由碳類材料將彼此分 離，該碳類材料具有導熱性。加熱帶電纜通常用單位長度瓦(功 率消耗)衡量。使用加熱帶電纜后，通常要對該加熱帶電纜進行隔 熱和機械保護。加熱帶電纜非常容易損壞，而且由于其本身帶有 較高電壓(230-400伏)，可能會對人們的健康帶來風險。加熱 帶電纜安裝比較昂貴，并要求配備防觸電保護。因此希望開發一種簡單有效且不需要任何保溫和機 械保護層的通道排水加熱系統。
發明內容
盡管有多種系統適用于在寒冷天氣條件期間加熱 HVAC的排水通道，但是這些解決方案都不是非常令人滿意。發 明人已經發現利用阻抗加熱來加熱排水通道的系統將是可期待
6的，該系統被用來排走熱泵蒸發器盤管除霜循環期間產生的水。 阻抗加熱與避免了加熱帶電纜、與加熱帶電纜相關的隔熱和機械 保護層。本發明的一方面提供一種排水通道加熱系統。根據 本發明這方面的系統包括第一終端、第二終端和變壓器，第一終 端在第一位置電連接到排水通道上，笫二終端在第二位置電連接 到排水通道上，第一終端和第二終端限定了電阻，變壓器具有帶 兩根接線的主邊繞組和帶兩根接線的副邊繞組，由連接到一根副 邊接線上的第一排水通道終端和連接到另 一根副邊接線上的第 二排水通道終端形成回路。當在主邊接線上加上預定的主邊電壓 時，在副邊接線處產生預定的副邊電壓，當在主邊接線上加上主 邊電壓時就會產生回路電流，其中回路電流的強度由預定電壓和 電阻決定。本發明的另一方面提供一種排水通道加熱系統。根 據本發明這一方面的系統包括導電條、第一終端、第二終端和變 壓器，導電條的尺寸與排水通道的內部對應匹配，第一終端在第 一位置處電連接到導電條上，第二終端在第二位置處電連接到導 電條上，在第一終端和第二終端之間形成電阻，變壓器具有帶有 兩根接線的主邊繞組和帶有兩根接線的副邊繞組，由連接到一根 副邊接線上的第一導電條終端和連接到另 一根副邊接線上的第 二導電條終端形成回路。當在主邊接線上加預定的主邊電壓時， 在副邊接線處會產生預定的副邊電壓。當在主邊接線上加主邊電 壓時，回路電流就會產生，其中，該回路電流由預定電壓和電阻 決定。本發明的另一方面還提供一種排水通道。根據本發 明的這一方面的排水通道包括具有底部和兩個側壁的u結構，嵌 入排水通道內的導電材料，以及位于排水通道第一端部的第一終 端和位于排水通道第二端部的第二終端，其中，所述第一和第二 終端與所述的導電材料電連接。下面在附圖和描述中闡述本發明一個或多個實施例 的細節。通過描述、附圖及權利要求，本發明的其它特征、目的 和優點將會變得很明顯。
圖1是蒸發器系統的示例性透視圖；
圖2是本發明的一個示例性實施例；
圖3是本發明的一個可選的示例性實施例。
具體實施例方式現參考附圖對本發明的多個實施例進行描述，在附 圖中，相同的數字代表相同的零部件。另外要理解的是，本文所 用的措詞和術語只是用于描述的目的，因此不應該被視為是限 制。本文中"包括"，"包含，，或"具有，，以及它們的變型意指 包括列在它們后面的項目和這些項目的等同物以及附加項目。術 語"裝配"、"連接"以及"聯接"被廣泛使用，它們包含直接 的和間接的裝配，連接和聯接。進一步地，"連接，，和"聯接" 并不限制在物理的或機械的連接或聯接上。本發明的實施例提供用于排水通道的防結冰系統，
霜循環期間產生的水流。本發明采用阻抗加熱以避免加熱帶電 纜、與該加熱帶電纜相關的隔熱和保護性機械層。直接阻抗加熱包括向被加熱材料通上交流電流。材 料對從其中經過的電流形成的電阻產生熱。低頻電流(例如60
赫茲)被用來加熱該材料。高頻電流(例如400赫茲)則可以用
來只加熱材料的表面。為了達到期望的功率水平，要加熱的材料的電阻不
能太低，否則需要高電流。類似地，該電阻不能太高，否則就需
要高電壓，我們可以通過歐姆定律來了解這個原理。 r = /i ， (1)在這個定律中，「是電壓(伏特)，/是電流，單 位是A (安培)，A是電阻，單位是歐姆。通過使用低電壓，例 如<6伏，排水通道就可以進行直接的阻抗加熱。
8
具有高功率(VA (伏特安培))標定值的絕緣變壓 器可被用來為排水通道提供低的副邊電壓。該變壓器使變壓器主 邊繞組和變壓器副邊繞組分開并絕緣。變壓器允許從電源向一種裝置供應交流電，而兩個 電路之間沒有共同的電連接。變壓器具有主邊繞組和副邊繞組， 主邊繞組和副邊繞組彼此沒有電聯接。這些繞組通過鐵芯中產生 的磁效應而耦合。由于交流電源的的中線接線直接接地，靠近被 連接到副邊繞組上的負載的接地物體相對于該負載處在危險的 電勢差中。通過使用變壓器，兩條中線之間不會產生連接，任何
觸電危險都將包含(隔離)在負栽中。為了避免觸電危險，可將 每一個排水通道接地到機組的框架上。變壓器的功率損耗通常用VA (伏特-安培)來表示。 用于優選實施例的變壓器標定在4 75VA,其被連接到4 00伏交流 主電源上。變壓器結構可以包括多個堆在一起的疊片結構或一個 連續的疊片結構(環形室)。繞組的匝數由下列公式決定， K丄， (2)在此公式中，^是主邊電壓，「2是副邊電壓，"是匝 數比N2/N,。在示例性的實施例中該匝數比被限定成輸出處于大 于0伏交流電小于或等于6伏交流電范圍內的預定電壓。考慮到 高濕度環境下或者如果被浸在水中的防止觸電安全標準，優選6 伏交流電，副邊繞組匝數N2可以只有幾匝。圖2所顯示的是本發明的第一個實施例201。實施 例201采用了兩個排水通道，第一通道203和第二通道205 ，每
一個蒸發器熱交換器組件(未示出)或多個組件使用一個通道， 每一個排水通道都具有大致U形橫截面。其它排水通道橫截面， 例如V形的，也可以使用。蒸發器熱交換器組件可以包含多個單 獨的交換器。在圖中用虛線顯示前面的交換器端蓋207 、 209 ， 用于交換器位置的參考。交換器組件底板211、 213的布置方式使得除霜循環期間產生的水流可以通過管子和翅片落下至底板
211、 213，并流到每個蒸發器組件的對應排水通道203、 205中。 每個排水通道203、 205布置在底板211、 213的邊緣處或是其凸 緣的下面，并被安裝成相對于水平面帶有成角度的斜坡，以允許 所收集的水尋找更低的水平面。本發明不僅可以用于多個獨立排水通道的蒸發器交 換器系統，也可以用于只有一個排水通道的蒸發器交換器系統， 也就是說本發明可以被用于任何數量的排水通道和配置。用在這個實施例中的排水通道2 03、 205由具有強 度、耐腐蝕、和耐銹蝕的鍍鋅鋼板制成。利用位于每個通道至框 架安裝點(接地的地方除外)之間的絕緣構件，使排水通道2 03 和205不僅彼此電絕緣，而且與所有被暴露的框架電絕緣。絕緣 構件可以包括由尼龍、塑料、橡膠、酚類或其它電絕緣材料制成 的墊片、緊固件或者襯墊。鋼的電阻為1"x1(t6歐姆，鋅的電阻為 5.9x10-6歐姆。在一個可選的實施例中，排水通道203、 205可以 由預定的碳/塑料合成物做成，這種合成物具有已知的單位長度 電阻。在另一個可選的實施例中，在模制或擠壓時，將金屬片嵌 入由非導電材料制成的排水通道203、 205的底部中。該金屬片 可以是平面的，也可以是通常的U形結構，其尺寸與排水通道的 結構相匹配。為了與電導線連接，可利用鉚釘，金屬片螺絲或其 他穿透性零件接上該內部的金屬片。至少兩個終端215、 217、 219、 221電連接到每一 個排水通道203、 205上。第一終端215、 217被安置在第一通道 端部，第二終端219、 221被安置在第二通道端部。用于每個排 水通道的終端都定位在通道上，使得最大化、局部化通道加熱發 生在通道的底部，因為通道的底部最有可能發生結水。同樣地， 可以設計通道的寬度尺寸以增加底部加熱。終端可以是螺絲型終 端，伊型終端，環-接線片型終端以及其它類型的，用于固定到 焊接的、螺紋柱上，或固定到螺紋孔上。如果蒸發器交換器系統使用了一個以上的排水通 道，這些排水通道則連接在一起形成串聯電路，其中一個通道的
10第二終端連接到另一個通道的第一終端上。用單根導線223將兩 個排水通道203、 205連接在一起，導線22 3分別連接到第一通 道2 03的第二終端219和第二通道2 05的第一終端217上。共同 連接線22 3通常被接地。第一通道2 03的第一終端215和第二通 道205的第二終端被用兩根單獨的導線229、 231連接到變壓器 227的副邊繞組225上。兩個名夂水通道203、 205和副邊繞組225 的電路布置構成了 >(氐壓副邊回路，在該回路中循環高電流 (Amps)。主邊繞組233被連接到400伏的交流電源(未示出) 上。在優選取的實施例中，在副邊變壓器分支上傳送 1. 8伏交流電壓和28 0A的電流。則排水通道所耗功率是， (3)代入數值， 尸"28(M)1.8F, (4) 尸=504既 (5)總的負荷是5 04VA。用在優選實施例中的兩個通道 2 03、 205尺寸相同，每一個排水通道203、 205功耗大約為250VA。通過通道的電流提供必要的熱量以允許熱泵在寒冷 天氣期間除了經常除霜之外能連續運行，其可持續達半小時。在 14 。 F(10 。 C)低環境溫度和> 90%的高相對濕度的條件下， 連續運行超過15小時之后，在排水通道內沒有觀察到局部結冰 現象。鍍鋅鋼板排水通道沒有隔熱。當外界溫度超過預設點時，供應給變壓器227的主 邊電壓2 33可以由溫控接觸開關(未示出)或溫度控制器(未示 出)斷開。主邊電壓也可以連續供應。圖3所示是本發明的另一個實施例301,其被應用 在同樣的熱交換器組件結構上。取代了直接加熱排水通道303、305 ,通過安裝在每個排水通道303、 305底部上的兩個絕緣金屬 條307、 309的直接阻抗加熱供應熱量。第一金屬條307和第二 金屬條309可以是鍍鋅鋼、不銹鋼、導電合成物、或者其它導電 金屬，它們的尺寸設計成與每個通道底部相一致。金屬條307和 309的底部表面與每個通道303、 305彼此電絕緣。使用具有高 電組和低熱阻的絕緣材料，例如合適的高強度泡沫(3M VHB膠 帶)或其它材料。至少兩個終端311、 313、 315、 317電連接每個加 熱條303、 305。第一終端311、 313安置在第一加熱條端部，第 二終端315、 317安置在第二加熱條端部。如果蒸發器交換器系統使用的排水通道超過一個， 那么這些加熱條被連接在一起形成了串聯電路，其中一個通道的 第二終端連接到另 一個通道的第一終端上。用單根導線223將兩 個加熱條303、 305連接在一起，導線223分別連接到第一加熱 條303的第二終端315和第二加熱條305的第一終端313上。第 一加熱條303的第一終端311和第二加熱條的第二終端317被用 兩根單獨的導線229、 2 31連接到變壓器321的副邊繞組319上。 兩個加熱條307、 309和副邊繞組319的電路配置構成了低壓副 邊回路，在該回路中循環高電流(Amps )。主邊繞組2 33連接到 400伏的交流電源(圖中未顯示)上。副邊繞組傳遞4伏交流電，108A的電流。加熱條 303、 305的總耗功為4 32VA。由于使用了非常低的電壓，本發明的優點在于為服 務人員提升了系統的安全性，而且由于可能出故障的部件只有變 壓器，沒有加熱器會從通道上松開或由于紫外線照射而退化，因 此系統可靠性得以大大提高。另外，系統不要求很多的現場維護。現已描述了本發明的一個或多個實施例。然而要理 解的是，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可對本發明的 實施例做出各種修改。因此，其它的實施例也落在下面的權利要 求的范圍之內。
權利要求
1. 一種排水通道(203；205)加熱系統，其包括第一終端(215；217)，其在第一位置電連接到排水通道上；第二終端(219；221)，其在第二位置電連接到排水通道上，所述第一終端和所述第二終端被構造成限定電阻；和變壓器(227)，其具有主邊繞組和副邊繞組(225)，所述副邊繞組(225)連接在所述第一終端和所述第二終端之間，其中，當通過所述主邊繞組的接線(233)加上預定的主邊電壓時，在所述的副邊繞組(225)處產生預定的副邊電壓，所述的預定副邊電壓用于在排水通道中產生電流，該電流由所述的預定副邊電壓和所述的電阻決定。
2. 如權利要求l所述的系統，其中所述的預定副邊電壓處于大 于0伏小于或等于6伏的范圍內。
3. 如權利要求2所述的系統，其中所述排水通道(203; 205 ) 是電絕緣的。
4. 如權利要求3所述的系統，其中所述排水通道由鍍鋅鋼板制成。
5. 如權利要求4所述的系統，其中所述的第一終端(215)和所 述的第二終端(219)定位在同一排水通道上。
6. 如權利要求4所述的系統，其中所述的第一終端(215)和所 述的第二終端(221)定位在不同的排水通道(203; 205 )上。
7. 如權利要求6所述的系統，其中所述的預定副邊電壓由匝數 比決定。
8. 如權利要求7所述的系統，其中所述的預定主邊電壓根據所 述的匪數比和所述的預定副邊電壓決定。
9. 如權利要求8所述的系統，其中該排水通道加熱系統用于熱 泵的蒸發器組件(101)。
10. —種排水通道(303; 305 )加熱系統，其包括 導電條(307; 309 )，其尺寸設計成與排水通道(303; 305 )的內部對應匹配；第一終端(311; 313)，其在第一位置處電連接到導電條上； 第二終端(315; 317)，其在第二位置處電連接到導電條上，所 述的第一終端和所述的第二終端被構造成限定電阻；和變壓器(321)，其具有主邊繞組和副邊繞組(319),所述的副 邊繞組(319)連接在所述的第一終端和所述的第二終端之間，其中， 當通過所述主邊繞組的接線(233 )加上預定的主邊電壓時，在所述的 副邊繞組處產生預定的副邊電壓，所述的預定副邊電壓用于在導電條 中產生電流，該電流由所述的預定副邊電壓和所述的電阻決定。
11. 如權利要求10所述的系統，其中所述的預定副邊電壓處于大 于0伏小于或等于6伏的范圍內。
12. 如權利要求11所述的系統，其中所述的導電條(307; 309 ) 被電絕緣。
13. 如權利要求12所述的系統，其中所述的導電條(307; 309 ) 連接到排水通道(303; 305 )的內部中。
14. 如權利要求13所述的系統，其中所述的笫一導電條終端(311 ) 和所述的第二導電條終端(315)定位在同一導電條(307 )上。
15. 如權利要求13所述的系統，其中所述的第一導電條終端(311 ) 和所述的第二導電條終端(317)定位在不同的導電條(307; 309 )上。
16. 如權利要求15所述的系統，其中所述的預定副邊電壓由匝數 比(319)決定。
17. 如權利要求16所述的系統，其中所述的預定主邊電壓(233 ) 根據所述的臣數比和所述的預定副邊電壓決定
18. 如權利要求17所述的系統，其中該排水通道加熱系統用于熱泵的蒸發器組件。
19. 一種排水通道，其包括 U形結構，其具有底部和兩個側壁； 導電材料，其被嵌入所述的排水通道結構中；及 第一終端和第二終端，第一終端位于排水通道的第一端部，第二終端位于排水通道的第二端部，其中，所述的第一和第二終端與所述 的導電材料電連接。
20. 如權利要求19所述的排水通道，其中所述的導電材料是金屬。
21. 如權利要求20所述的排水通道，其中所述的導電金屬是扁 平的并且它的尺寸與所述排水通道底部相對應。
22. 如權利要求20所述的排水通道，其中所述的導電金屬是U型并且它的尺寸與所述排水通道底部和側壁對應匹配。
23. 如權利要求19所述的排水通道，其中所述的導電材料是導 電性塑料.
24. 如權利要求23所述的排水通道，其中所述的導電塑料為所 述的U型結構。
全文摘要
本發明的實施例為排水通道(203；205)提供防結冰的系統，該系統用來排去在寒冷的氣候條件下在熱泵蒸發器盤管除霜循環期間產生的水流。本發明采用了阻抗加熱，從而避免了加熱帶電纜、與加熱帶電纜相關的熱絕緣和任何的保護性機械覆蓋物。
文檔編號H05B6/10GK101507353SQ200680055756
公開日2009年8月12日 申請日期2006年9月5日 優先權日2006年9月5日
發明者J·巴勒, M·埃爾巴斯 申請人:開利公司