專利名稱：加熱系統(tǒng)的制作方法
加熱系統(tǒng)
本發(fā)明涉及一種例如滿溢式冷卻器的7轉(zhuǎn)卩裝置中的加熱系統(tǒng)，并且尤其涉 及一種防止冷卻器中的水凍結(jié)的加熱系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)——例如空冷冷凝器包含例如滿溢式冷卻器的冷卻 器。這些冷凝器通常安裝在建筑的外面，艦建筑提供空氣調(diào)節(jié)，并且在冷卻 期間，環(huán)境溫度可以在冷卻器中注滿的介質(zhì)的冰點附近或者低于冷卻器中注滿
的介質(zhì)的冰點。在這樣盼清況下，如果冷卻介質(zhì)是水并且如果環(huán)境纟昆度在(TC附 近或者低于(TC，則有必要防止水凍結(jié)。尤其是當(dāng)冷卻器不運行的時候，這是特 別重要的，冷卻器不運行的情況可能發(fā)生在例如當(dāng)不需要冷凝器提供制冷或當(dāng) 冷凝器出現(xiàn)故障的時候。
當(dāng)冷凝器由于意外的事件或突然事件f列如缺電或安全斷路而停止運行 時，并且如果環(huán)境溫度很低，那么在系統(tǒng)的壓縮器一停止運行之后，冷凝器非 常迅速地冷卻到環(huán)境溫度的程度。因化冷凝器內(nèi)部的壓力也非常迅速地下降到 與環(huán)境溫度相對應(yīng)的飽和壓力。在冷凝器停止運行之前剛好位于冷卻器中的制 冷劑受壓力減少影響，因此在與環(huán)境溫皇相對應(yīng)的溫度程度上沸騰同時移動 到冷凝器系統(tǒng)的最冷點，例如冷凝器處。在冷卻器中的所有制凍劑蒸發(fā)以前， 大量冷量提供到冷卻器中的水，尤其是如果那些7K不循環(huán)的話(例如缺電或安
全斷路停止了整個冷IJ器和/或7J1泵的運行等等)，它將fflit地凍結(jié)成冰。如果環(huán)
境溫度很低并且特別是在長時間內(nèi)保掛氐溫的話，甚至運行的冷卻器也很容易 凍結(jié)。
通常在冷凝器中使用兩種冷卻器直接膨脹蒸發(fā)器和滿溢式冷卻器。在直 接膨脹蒸發(fā)器中，制冷劑在多根管子內(nèi)部蒸發(fā)，ZK繞管子的外部循環(huán)；在滿溢 式冷卻器中，水在管子的內(nèi)部循環(huán)，制冷劑包圍管子。前面描述的水在冷凝器 內(nèi)部凍結(jié)的情況，對于滿溢式冷卻器是特別有害的，因為當(dāng)水凍結(jié)成冰時，流 體所占的體積增加大約10% (與只有水所占的體積相比)。這一體積膨脹大大的 增加了管子內(nèi)的壓力，引起管子主體內(nèi)的高應(yīng)力，從而使管子裂開或脹破，使 得制冷劑和水混合。 現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出克月艮以上問題的技術(shù)方案。例如， 一個通常的方案是提 供專用的電加熱器，當(dāng)環(huán)境^^足夠低時，尤其是冷凝器或者7賴卩器不運行時， 電加熱器向冷卻器的部分輸送能量。加熱器升高了被加熱的7賴卩器部分的溫度， 從而^7令卻器中的水(或所使用的無論明附制冷劑)的溫度升高到其冰點之上 的t鵬。加熱器可以包括應(yīng)用于7賴卩器殼體或外殼的電阻絲，和/或直接浸沒在 給水中處于合適位置的浸沒式加熱器，所述合適位置例如是進(jìn)水口和/或出水口 集管。
然而，上述加熱方魏于安裝、運行和維護(hù)來說是昂貴和復(fù)雜的。尤其是 在電阻絲類型的加熱系統(tǒng)中，外殼通常由導(dǎo)線加熱，僅僅通過熱傳導(dǎo)和對流把 熱量/妨卜殼傳遞給輸送水的冷卻器中的管子。因此有必要向外殼提供充足的熱 量以確保足夠的熱量到達(dá)管子的所有區(qū)域，否則可能出現(xiàn)凍結(jié)部分，例如，在 距離外殼最遠(yuǎn)的管子中央。此外，為了把足夠的熱量傳導(dǎo)給外殼，在電阻絲和 外殼之間必須實現(xiàn)良好的熱連接，因此這些系統(tǒng)的安裝復(fù)雜、耗時并且如果連 接隨時間變?nèi)醯脑捜菀桩a(chǎn)生故障。
當(dāng)浸沒式加熱系統(tǒng)把熱ii:接提供到水時，這些系統(tǒng)典型地安裝在進(jìn)水口
或出水口處，它們不能位于管中，因為它們不能妨礙水流，并且因此降低了冷 凝器的效率。此外，浸沒式系統(tǒng)的安裝復(fù)雜，因為它們必須浸沒在插入外殼的 進(jìn)水口中，所述外殼一旦封閉的話必須是不透水的。由于其高功率要求，尤其 是要持續(xù)長時間，浸沒式加熱系統(tǒng)運1于也很昂貴。
因此需要提供一種冷卻器的加熱系統(tǒng)，尤其是不限于滿溢型冷卻器，而是 適用于冷卻器的介質(zhì)容易凍結(jié)的情況，并且其成本低、安裝方便和不會過度影 響冷卻器效率或性能。
本發(fā)明的一個目的是提供一種保護(hù)冷卻器免受凍結(jié)損壞的系統(tǒng)和方法。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種空調(diào)系統(tǒng)的冷卻器，)t卻器包括殼體或 外殼、能夠傳送第一介質(zhì)的、位于殼傲外殼內(nèi)的至少一根管子、以及加熱設(shè)備， 該加熱設(shè)備包括向殼彬外殼和管子中的至少一個提供電流和使電流從所述的殼
#/外殼或所述的管子返回的裝置，因itkil51所述殼彬外殼或所述管子的電流在
所述殼術(shù)外殼或所述管子中產(chǎn)生熱量。到大約24
伏。因此加冷卻器的加熱系統(tǒng)最好還包括變壓器，優(yōu)選的是適于連接在建筑干線電源上或系統(tǒng)的專用電源上的降壓ME器，所述電流通過變壓器的次級側(cè)提 供。
正如前面討論的那樣，需要調(diào)節(jié)在冷卻器之內(nèi)特別是管子之內(nèi)的介質(zhì)的溫 度來阻止介質(zhì)在低環(huán)境溫度下凍結(jié)。因此，加熱系統(tǒng)最好是可控制的，以便監(jiān) 視介質(zhì)》驢禾口/或環(huán)境溫度，并且禾,這些》鵬的一個或兩個來控帝體發(fā)明阻抗 加熱系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。
現(xiàn)在參考附圖和僅ffi31示例的方式描述本發(fā)明的各種實施例的i:^特征及
其它特征，其中


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中用于冷凝器的滿溢式7轉(zhuǎn)卩器的截面圖，該滿溢式7賴口器 具有傳送水的多根管子和在冷卻器中包圍管子的制冷劑。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中用于冷凝器的滿溢式)t4卩器的截面圖，該滿溢式冷卻器 與圖1中的7軸卩，似，但是具有常規(guī)的水加熱系統(tǒng)；并且
圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例具有阻抗加熱系統(tǒng)的、用于冷凝器的滿溢式冷 卻器的截面圖。
參考圖l，顯示了現(xiàn)有技術(shù)中用于冷凝器的7賴卩器10,所述冷凝器例如是
空冷冷凝器。冷卻器10包括容納液體30的外殼12，所述液體30通常是現(xiàn)有技 術(shù)中已知的制冷劑。制冷劑入口32和制冷劑出口34設(shè)置在外殼12中。冷卻器 還包含多根管子20，管子20浸沒在制冷劑30中，并且在這一實施例中設(shè)置成 使制冷劑完全包圍每一根管子20。管子20同相關(guān)聯(lián)的供應(yīng)入口22相連，用于 Mil外殼12的第一側(cè)的集管14，穿過管子20提供待7賴卩介質(zhì)40。介質(zhì)40通 過管子20傳遞到在外殼12另一側(cè)的集管16，在那里介質(zhì)40通過出口 24離開 冷卻器?？绽淅淠髦械慕橘|(zhì)通常是水。在冷卻器10正常運行期間，在流過管 子20的水40和包圍管子20的制冷劑30之間發(fā)生熱傳遞，從而冷卻或加熱水 40。然而，當(dāng)冷凝器所處的環(huán)境溫度降到水的冰點之下時，尤其是如果由于例 如電源故障導(dǎo)致水40不循環(huán)通過管子20的話，那么水40開始凍結(jié)，從而在管 子20中形成冰，由于凍結(jié)水與非凍結(jié)水相比體積增加，這可能導(dǎo)至文管子受到損 壞。
圖2的現(xiàn)有技術(shù)的冷卻器10展示了充7jC冷凝器對低環(huán)境溫度的常規(guī)補償裝 置。在該裝置中采用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的部件。除了有幾個加熱器50、 52設(shè)置在冷卻器10中和其周圍之外，圖2中的現(xiàn)有技術(shù)的冷卻器10同圖1的y轉(zhuǎn)口器10是相同的。具體而言，為了^f鈔人入口 22 iJA并且傳到出口 24的水分 別變暖，浸沒式加熱器50插入集管14、 16中。這些加熱器50中的每個需要電 源54，所述電源54在運行時通常要消箱艮高的功率。在外殼的水40入口 22 和出口24區(qū)域安裝浸沒式加熱器50需要在集管14、 16中開鑿孔，并需要不透 水的密封來阻止泄漏。此外，這些加熱器50不能有效阻止在冷卻器10其它部 分的水40凍結(jié)，尤其是在例如管子20的中央部26的區(qū)域。因此需要更多的熱 量，所述的更多的熱量是通過電阻絲加熱系統(tǒng)52提供的，在電阻絲加熱系統(tǒng)52 中，導(dǎo)線應(yīng)用至lj7轉(zhuǎn)卩器外殼12，例如導(dǎo)線或薄片纏繞在外殼周圍。電源54提供 所需要的高功率，以便i!31導(dǎo)線加熱外殼，所述導(dǎo)線不僅加熱外殼12，還加熱 制冷劑30。但是，仍然難以向7轉(zhuǎn)卩器10中央的管子20a提供足夠的熱量，因為 它們距離熱源50、 52最遠(yuǎn)。由于管子20本身不被加熱，因此可能存在仍然易 于凍結(jié)的冷卻器IO的區(qū)域，從而具有加大損壞的風(fēng)險或需要增加消耗的功率來 減少損壞風(fēng)險。
圖3展示本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例。展示了與圖1和2的)ti卩tl^似的 常規(guī)的冷卻器IO。然而，在本發(fā)明的這一實施例中，MM阻抗加熱系統(tǒng)60、 62、 63、 64、 65向7令卻器10提供熱量。普通的電源54，例如交流干線電壓或?qū)Ｓ?供電在初級端66上與降壓ffi器60連接，所述降壓變壓器60降低電壓和增加 交流電流。變壓器次級68通過電纜62連接到終端63 ，終端63與在外殼12的 第一側(cè)上的集管14電接觸。ffi器次級68 2Silii電纜64連接到終端65 ，終端 65與在外殼12的第二側(cè)16上的集管16電接觸。這實現(xiàn)了電環(huán)路或者回路，因 此交流電il51回路，在冷卻器10和外殼12的所有金屬部件中產(chǎn)生熱量，所述 7轉(zhuǎn)口器通過集管14、 16同終端63、 65電連接，所述外殼12同集管電連接。在 這一實施例中，外殼12包括鋼，每根管子20包括銅，因此電流能夠流動通過 這些相連部件中的每一個，從而在它們的每一個中產(chǎn)生熱量。這是一種特別有 利的設(shè)置，因為管子20本身也被加熱，沒有留下象圖2中的26所示的管子中 心那樣的不能接收到熱量的區(qū)域。
雖然前面在空冷冷凝器系統(tǒng)的范圍內(nèi)進(jìn)行了描述，本發(fā)明的原理能夠結(jié)合 到任意系統(tǒng)，其中水或另一介質(zhì)流經(jīng)管子或類似部件，并且可能引起凍結(jié)。此 外，雖然前面沒有詳細(xì)地描述，可以想到加熱系統(tǒng)不必連接到外殼，但可以連 接到管子或冷卻器的其他金屬部分。因此將理解到上述實施例的詳述，僅僅是
為了說明的目的而提供的，不能認(rèn)為限制了本發(fā)明的范圍，而且本領(lǐng)域技術(shù)人 員將容易地認(rèn)識到，示范性的實施例可能具有許多修改，而不會本質(zhì)脫離下列 權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種空調(diào)系統(tǒng)的冷卻器，所述冷卻器包括外殼；在外殼內(nèi)的至少一根管子，所述管子能夠傳送第一介質(zhì)；以及加熱設(shè)備，所述加熱設(shè)備包括向外殼和管子中的至少一個提供電流的設(shè)備，以便在其中產(chǎn)生熱量。
2. 如權(quán)利要求1所述的冷卻器，包括多根所述的管子。
3. 如權(quán)利要求1或2的冷卻器，其特征在于介質(zhì)包括水。
4. 如禾又利要求1， 2或3所述的冷卻器，其特征在于外殼和管子是熱和/ 或電耦合，因此在一方中產(chǎn)生的熱量能傳遞到另一方。
5. 如前面權(quán)禾腰求任意一個所述的7賴卩器，其特征在于電流包括交流電流。
6. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的冷卻器，還包括^EE器，所述電流由變 壓器的次級端提供。
7. 如前面權(quán)利要求中的任何一個所述的冷卻器，其特征在于電流是從 50到大約1000安培。
8. 如前面權(quán)利要求中的任何一個所述的冷卻器，其特征在于與電流對應(yīng)的電壓是從大約0.1至l汰約24伏。
9. 如前面權(quán)利要求中的任何一個所述的冷卻器，其特征在于管子包括導(dǎo)電和導(dǎo)熱材f4。
10. 如權(quán)利要求9所述的^4口器，其特征在于外殼包括導(dǎo)熱和導(dǎo)電材料，所述外殼的導(dǎo)熱和導(dǎo)電材料比管子的材料導(dǎo)熱和導(dǎo)電性差。
11. 如前面權(quán)利要求中的任何一個所述的冷卻器，其特征在于管子包括 銅或銅基合金。
12. 如前面權(quán)禾腰求中的任何一個所述的冷卻器，其特征在于所述外殼 包括鋼或鋼基合金。
13. 如前面權(quán)利要求中的任何一個所述的冷卻器，還包括在外殼之內(nèi)的第 二介質(zhì)，所述第二介質(zhì)至少部分地包圍所述管子。
14. 如權(quán)利要求13所述的冷卻器，其特征在于第二介質(zhì)包括制冷劑。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的冷卻器，還包括第一入口，位于外殼的第一側(cè)的集管中；第一出口，位于外殼的第二側(cè)的 另一集管中；以及位于外殼內(nèi)的第二介質(zhì)的第二入口和第二出口。
16. 如權(quán)禾腰求15所述的7賴口器，其特征在于第一介質(zhì)艦在外殼第一 側(cè)的集管內(nèi)的第一入口進(jìn)入外殼，流過管子，并M在外殼第二側(cè)的另一個集 管內(nèi)的第一出口離開外殼。
17. 如前面權(quán)利要求中的任何一個所述的冷卻器，還包括控制設(shè)備，其用于測量介質(zhì)》鵬和/或環(huán)境溫度，并且根據(jù)所述溫度中的一個或兩個來控審咖熱 設(shè)備。
18. —種空冷冷凝器，包括 多根管子，所述管子能夠傳送第一介質(zhì)；外殼，所述外殼能夠容納第二介質(zhì)并且具有設(shè)置在其中的管子，以使所述第二介質(zhì)至少部分地包圍多根管子； 加熱器，所述加熱器包括 頓器；從變壓器向外殼和管子中的至少一個提供電流的設(shè)備，以便在其中產(chǎn)生熱
19. 如權(quán)利要求18所述的冷凝器，其特征在于外殼包括鋼，并且管子包 括銅。
20. 如權(quán)利要求18或19所述的冷凝器，其特征在于，器包括能夠連 接到普通的干線電源的降壓變壓器。
21. —種空調(diào)系統(tǒng)的冷卻器的加熱方法，所述冷卻器具有金屬部件，該方 細(xì)舌提供加熱器，所述加熱^^包括變壓器、從變壓器提供電流到系統(tǒng)的第一金 屬部件的設(shè)備、以及使電流從系統(tǒng)的第二金屬部件返回到變壓器的設(shè)備； 從 器向第一金屬部件提供電流，以便在其中產(chǎn)生熱量。
22. 如權(quán)利要求21所述的7轉(zhuǎn)卩器加熱方法，其特征在于7轉(zhuǎn)卩器包括外殼 .和位于外殼中的多根管子，其被設(shè)置成使介質(zhì)從外殼的第一側(cè)通過管子傳遞到 外殼的第二側(cè)； 第一金屬部j牛包括外殼的第一側(cè)； 第二金屬部件包括外殼的第二側(cè)；以及 所述熱量是在外殼的第一和第二側(cè)和管子中產(chǎn)生。
全文摘要
提供了一種空調(diào)系統(tǒng)的冷卻器(10)和加熱冷卻器(10)的方法。所述冷卻器(10)包括外殼(12)和在外殼(12)內(nèi)的至少一根管子(20)，所述管子(20)能夠傳送第一介質(zhì)(40)。冷卻器(10)還包括加熱設(shè)備(54，60，62，63，64，65，66，68)，所述加熱設(shè)備包括向外殼(12)和管子(20)中的至少一個提供電流的設(shè)備，以便在其中產(chǎn)生熱量。
文檔編號F24F1/00GK101184971SQ200580049925
公開日2008年5月21日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者M·埃爾巴斯 申請人:開利公司