專利名稱：加熱和冷卻系統(tǒng)的改進的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱和冷卻系統(tǒng)的改進，尤其涉及空調(diào)和致冷系統(tǒng)的改進。
最近，空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展采用了組合式致冷機組，每一機組都有與被加熱和/或被冷卻的流體處于熱交換關(guān)系的一個蒸發(fā)器和一個冷凝器。該組合式系統(tǒng)中，每一致冷機組都設(shè)有用來供給和返回熱交換流體的集流管。有多個致冷機組互相串聯(lián)，并且熱交換流體通過各個蒸發(fā)和冷凝換熱器循環(huán)流動。
這種組合式系統(tǒng)能按照系統(tǒng)的負荷對單個致冷機組的運行進行控制。因此，在高負荷期間，所有致冷機組都將運行，以提供最大加熱或冷卻容量。當負荷減小時，致冷機組可以降低負荷，或者使致冷機組不運行，這樣便減小了系統(tǒng)的運行費用，在不需要時，可以停止機組工作。
組合式致冷系統(tǒng)克服了許多已有系統(tǒng)的缺陷，尤其是將系統(tǒng)縮小或?qū)⑾到y(tǒng)擴充的問題。這種組合式系統(tǒng)由于只在必須提供負荷的特定時期內(nèi)才運行這些致冷機組，因此，采用該系統(tǒng)是相當經(jīng)濟的。在不必要時不運行致冷機組，或者在低于最佳峰值運行效率下運行機組，這樣就可以節(jié)省能源。
但是對于組合式加熱和/或冷卻系統(tǒng)來說，加熱和/或冷卻換熱流體(通常為水)通過供給換熱流體的換熱流體集管流到各個致冷機組。因此，對于兩種換熱流體，即通過每一致冷機組的蒸發(fā)器和冷凝器的換熱流體來說，所需的泵容量，必須根據(jù)致冷機組的數(shù)量和/或負荷需求量，使供給流體能通過全部致冷機組，最好是系統(tǒng)擴充所允許的最大容量。
麥克法倫的美國專利2，935，857號公開了一種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它有兩個獨立的致冷系統(tǒng)，每一致冷系統(tǒng)都有蒸發(fā)冷卻器和冷凝器。冷凝器并聯(lián)接在加熱水回路中，而蒸發(fā)器并聯(lián)接在冷卻水回路中。一些閥設(shè)置在蒸發(fā)器的水入口處，另一些閥設(shè)置在冷凝器的水入口處。
通過一個控制器來控制致冷系統(tǒng)的停止和起動。水壓閥的開和閉也由控制器控制。
來自冷凝器的熱水和來自蒸發(fā)器的冷水流到空調(diào)空間各個不同區(qū)域的加熱/冷卻裝置。水通過與冷凝器相連的公共返回管線返回，過量的水流到一個擴散井中。供水是從一個單獨的井輸送到蒸發(fā)器的水回路中的。
這種系統(tǒng)能使兩個致冷系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)在輕負荷條件下運行，流向其它致冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器的水被切斷。這就降低了致冷系統(tǒng)的運行費用，而且造成了水壓的變化，因此便形成整個系統(tǒng)水的流動和溫度的梯度。
本發(fā)明的目的是提供一種加熱和冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的水壓差及通過加熱和/或冷卻系統(tǒng)的水流量基本保持恒定。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種改進的加熱和/或冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)是具有多個致冷機組的組合式致冷系統(tǒng)，其中通過各機組的冷凝器或冷卻器的換熱流體的流動取決于機組的運行狀況。
本發(fā)明的另一個目的是利用在低于最大容量的情況下運行的組合式致冷系統(tǒng)及利用減小通過系統(tǒng)的換熱流體的流量來實現(xiàn)最合理的動力消耗。
本發(fā)明的再一個目的是減小通過不運行的組合式機組熱交換器的換熱流體流量，同時基本保持整個加熱和/或冷卻系統(tǒng)的壓差恒定。
本發(fā)明提供的加熱和/或冷卻系統(tǒng)包括幾個組合式致冷機組，每一機組至少有一個壓縮機，一個蒸發(fā)熱交換器和一個冷凝熱交換器，在每一機組上的用于輸送第一換熱流體的供、回集管，集管與鄰近機組的集管相連，供、回流體管道在每個機組的相應(yīng)供回集管與相聯(lián)的蒸發(fā)熱交換器之間延伸，以使蒸發(fā)熱交換器并聯(lián)跨接在相互連接的集管之間，還包括輸送第一換熱流體的泵，所述的泵包括改變第一換熱流體流量的裝置，而且還包括有選擇性地關(guān)閉供、回流體管道中的至少一個管道的閥。
泵最好采用變速泵或變量泵，它使第一換熱流體在系統(tǒng)中循環(huán)。在一個特殊的布置中，控制各持續(xù)裝置工作的控制裝置確定了負荷狀態(tài)的變化，例如回水溫度、空調(diào)區(qū)域溫度、環(huán)境溫度、或類似負荷狀態(tài)的變化，并按照負荷需求控制各機組的運行。當負荷減小時，各別制冷機組停止運轉(zhuǎn)。當一個機組壓縮機停止工作時，與該機組相連的閥關(guān)閉流體管道，使蒸發(fā)熱交換器不再與其余的熱交換器并聯(lián)連接。這樣便引起供回集管之間壓差的變化。壓力變化檢測到后，改變泵的工作狀況，使壓差回復(fù)到預(yù)定的范圍。
采用變速泵或變量泵可使泵的動力需求在系統(tǒng)負荷減小時減小。這樣，當負荷減小并且組合式機組不工作時，在那些不工作機組上的閥選擇性地關(guān)閉，切斷通過熱交換器的換熱流體。由于減小了泵的負荷，造成回路中熱交換器數(shù)目減小，從而又可使提供給泵的能量減小。
在本發(fā)明的一種實施例中，閥裝置包括一個設(shè)置在每一機組的回水管道上的閥。在本發(fā)明的另一個實施例中，閥裝置包括在供水和/或回水管道上的碟閥。
特別是在本發(fā)明的最佳實施例中，第一和第二供、回集管是為組合式機組的蒸發(fā)熱交換器和冷凝熱交換器而設(shè)置。集管裝置包括安裝在各機組上的集水管，該集水管上的各個端部都有可斷開管的管接頭，例如是Victaulic生產(chǎn)的那種管接頭，它能使相鄰機組的集水管連接在一起。供、回水管道接入各供、回水集水管，以便提供一個從供水集水管經(jīng)過供水管道、熱交換器和回水管道到回水集水管的流體通路。
閥最好設(shè)置在回水集水管上并可操縱它關(guān)閉與回水集水管相接的回水管道。在本發(fā)明的一個實施例中，閥裝置有一個關(guān)閉回水管道通到回水集水管的進口的閥頭;一個閥桿，沿壓力腔的直徑方向延伸并穿過在集水管相反一側(cè)的一個密封件進入壓力腔，使該閥桿固定在壓力腔上;一個設(shè)在閥桿端頭的活塞;一個從供水集水管延伸到壓力腔的放水管，利用放水管可使壓力流體從供水集水管送到活塞的頂部，以推動閥進入關(guān)閉位置。在放水管內(nèi)有一個氣動、液壓或電力操縱閥，它控制流體從供水管到壓力腔的流動。
對于這種布置，操縱在壓力放水管上的較小的電動、氣動或液壓閥就能使來自供水集水管的壓力流體操縱閥來關(guān)閉回水管道。關(guān)閉電動、氣動或液壓閥，使回水管道內(nèi)的流體壓力推動閥頭離開底座就可以將閥打開。
為了使發(fā)明更容易理解，現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的實施例。


圖1是表示本發(fā)明的系統(tǒng)運行的流體循環(huán)圖;
圖2是表示圖1中系統(tǒng)電力控制的簡單示意圖;
圖3是表示一個具有蒸發(fā)器和冷凝器供、回水集水管的組合式致冷機組的示意圖;
圖4是圖2的供、回水集水管和伺服閥的細部視圖。
圖5是類似于圖3但表示了一個與圖3不同形式的閥的視圖。
參照圖1，它表示一個冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了多個致冷機組42來冷卻水，利用一個循環(huán)泵41使冷卻水通過冷卻水回路40循環(huán)。冷卻水流經(jīng)負荷43，負荷43可以是空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水盤管。泵41是一種變速泵，并設(shè)置在供水管線8上。與各致冷機組42相聯(lián)的蒸發(fā)熱交換器12并聯(lián)連接在供水管8和回水管22之間。
冷凝水回路有一個冷凝水泵14，它向冷凝熱交換器16供水，熱交換器16分別并聯(lián)地跨接在供、回水管17和18之間。冷凝水流經(jīng)一個水塔19并在那里被冷卻，冷卻是按通常的方式，即利用空氣流和蒸發(fā)的方式來冷卻。
每個致冷機組42至少包括一個使致冷劑通過致冷回路23循環(huán)的壓縮機21，該致冷回路23聯(lián)接著一個蒸發(fā)器和一個冷凝器。
截流閥24連接在從各蒸發(fā)熱交換器12和各冷凝熱交換器16引出的回水管上。閥24可以是任何適當形式的閥，但在本發(fā)明所表示的實施例中，該閥是伺服閥，它由從各自的蒸發(fā)器供水管26或冷凝器供水管20放出的壓力水來操縱。放出的水流經(jīng)一個放水管27并由一個與各壓縮機一起被操縱的電磁閥28來控制。
壓差傳感器31與冷卻水回路40和冷凝器水回路15聯(lián)聯(lián)，以感應(yīng)各供水管8和17與回水管22和18之間的壓差。壓差傳感器31給各電機速度控制器提供信號，該控制器便改變泵41和14的轉(zhuǎn)速以保持一個預(yù)定的壓差。
參照圖2，冷卻水循環(huán)泵41和冷凝器水泵14由三相電源33供電。各電機速度控制器32是一個變頻器，它響應(yīng)來自各壓差傳感器31的信號，以改變各泵的電源頻率，從而改變泵的轉(zhuǎn)速，這樣便也改變了各回路中的水的流動，因此，使得各供、回水管8和17與22和18之間的壓差相應(yīng)得到改變。
該系統(tǒng)還有一包括主控器34在內(nèi)的控制電路，主控器根據(jù)各種因素，包括負荷需求、機組運行時間、故障判斷、維修計劃及類似因素來控制致冷機組42的運行。為了檢測負荷的變化，利用適當?shù)臏囟葴y量裝置36在供水管8和回水管22內(nèi)測量冷卻水的溫度。每個壓縮機21都由一個壓縮機接觸器37控制，接觸器37通過一個外場控制器38接受24伏的電源。外場控制器38接收來自主控制34的、響應(yīng)感應(yīng)到的負荷狀態(tài)和預(yù)定系統(tǒng)參數(shù)的控制信號。各機組42用作伺服閥24的電磁閥也由外場控制器38來控制，如果壓縮機接觸器37接通，與之相聯(lián)的電磁閥28便斷開，相反，如果壓縮機接觸器37斷開，則與之相聯(lián)的電磁閥28便接通。
滿負荷時，各個致冷機組都在運行，冷卻水流過各個蒸發(fā)熱交換器12。當負荷減小時，在冷卻水供、回水管8和22內(nèi)的冷卻水溫度發(fā)生變化，這就起動了主控制器，主控制器使其中一個外場控制器38工作以停止某一個壓縮機21運轉(zhuǎn)。同時，相聯(lián)的電磁閥28接通，于是起動相應(yīng)的回水管22和18中的截流閥24，防止水流過相應(yīng)的蒸發(fā)熱交換器12和冷凝熱交換器16。然后壓差傳感器31檢測由于一個或多個熱交換器退出水循環(huán)后各供、回水管路之間壓差的變化。壓差傳感器31給相應(yīng)電機轉(zhuǎn)速控制器32發(fā)信號，以改變泵41和14的轉(zhuǎn)速，使它們的轉(zhuǎn)速降低，同時減小了相應(yīng)回路中的水流量，因而使壓差減小到預(yù)定值。
可以看出，當系統(tǒng)在低于滿負荷狀態(tài)下運行時，由于泵組及變速泵的作用使能量消耗大大減少。另外采用了伺服控制閥，這種閥工作時的能量需求是最小的。
參照圖3到圖5，圖中表示一個組合式致冷機組42，它包括一個裝有一對壓縮機組114的支架112，壓縮機組有平行的致冷通路23，通路23上設(shè)有蒸發(fā)器和冷凝器。蒸發(fā)器設(shè)置在普通蒸發(fā)熱交換器12內(nèi)，而冷凝器設(shè)置在普通冷凝熱交換器16內(nèi)。蒸發(fā)熱交換器用于冷卻水，水從供水集水管118經(jīng)過熱交換器12流到回水集水管119。供水管道121將供水集水管118與蒸發(fā)熱交換器12連接起來，而回水管道122與回水集水管119相連。
類似地，水分別從供、回水集水管123和124供給冷凝熱交換器16。
在一個空調(diào)系統(tǒng)中，多個組合式致冷機組42并聯(lián)連接，這樣可使冷卻水和冷凝水循環(huán)流經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)各機組的每一個蒸發(fā)熱交換器12和冷凝熱交換器16。正如前面已指出的，主控制器34控制在任意一個時刻與系統(tǒng)負荷相適應(yīng)的運行的致冷機組42的數(shù)量。當負荷減小并且根據(jù)減小的負荷需求而停止某些機組運行時，為使冷卻水保持所需要的溫度而必須參加運行的機組數(shù)量減小。
類似地，當負荷增加時，主控器34按照需要開動機組，使冷卻水(或加熱水)保持所需的溫度。
當一個組合式機組42停機時，一個或多個閥便被啟動并關(guān)閉通向蒸發(fā)熱交換器12和冷凝熱交換器16的冷卻水和/或加熱水的供水和/或回水。在圖3和圖4所示實施例中，閥126設(shè)置在回水集水管119內(nèi)，以控制回水管道122。一個類似的閥設(shè)置在冷凝水回水集水管124內(nèi)，以控制冷凝器回水管道127。
閥126由壓力腔128、閥桿129、活塞132和閥頭133組成。壓力腔128設(shè)置在集水管119的外側(cè)，閥桿129穿過回水集水管119內(nèi)的一個密封件131，活塞132位于壓力腔內(nèi)的閥桿129的端頭處，閥頭133位于閥桿129的另一個端頭，閥頭的大小應(yīng)能關(guān)閉通到回水管道122的開口。壓力放水管134從供水集水管118延伸到壓力腔128，以便把供給的流體放到壓力腔128，使活塞推動閥頭133進入密封位置，如圖4中實線所示。壓力放水管134上裝有一個通常是關(guān)閉的電磁操縱閥136，它用于關(guān)閉放水管134。
類似的閥機構(gòu)設(shè)置在組合式機組42的冷凝器側(cè)。
在正常工作期間，當組合式致冷機組運行、壓縮機114運行的時候，電磁線圈斷開，因而關(guān)閉壓力放水管134。在回水管道122內(nèi)的冷卻水及復(fù)位彈簧的壓力，足以使閥頭133離開底座，以使回水管道122與回水集水管119接通，如圖4中虛線所示。類似地，在冷凝熱交換器117上的回水集水管打開時，換熱流體將流過蒸發(fā)和冷凝熱交換器12和16。
當組合式致冷機組停機時，電磁閥136動作并打開放水管134，這時，來自供水集水管118和123的壓力流體便分別作用于各自的閥126，以便關(guān)閉相應(yīng)的回水管道122和127。因而，水便不再流經(jīng)蒸發(fā)熱交換器12和冷凝熱交換器16。由于這些熱交換器不加入相應(yīng)的水循環(huán)，于是循環(huán)泵的負荷減小，因此可減小泵轉(zhuǎn)速，使泵的能量消耗降低。
由于電磁操縱閥136只作用于流體放出管134，所以密封的困難就可以避免，同時也使閥136具有較簡單的結(jié)構(gòu)。
參照圖5中所示的實施例，該實施例沒有使用圖3和圖4中表示的那種閥，而是在每個供水管道121和回水管道122中使用了兩個電磁操縱的蝶閥137和138。對于這種結(jié)構(gòu)，蝶閥137和138用于同時直接關(guān)閉供水管道121和回水管道122。這種蝶閥137和138直接裝在各相應(yīng)的管道內(nèi)，如果需要的話，也可以由一個單個操縱電磁鐵來操縱。另外，這種閥也可以是氣動或液壓操縱的。
雖然在所描述的實施例中使用的是變速泵，即用變速泵來循環(huán)冷卻水和冷凝器水，但是變量泵或者變速泵與變量泵組合起來也是適用的。另外也可以選擇多級泵，甚至多個泵來循環(huán)水，可以根據(jù)系統(tǒng)負荷變化的需要來停止泵的一個級或多個級或者獨立的泵組的運轉(zhuǎn)以減小水的流量。
此外，各機組的冷凝熱交換器也可采用空氣冷卻方式，在這種情況下，本發(fā)明將適用于機組的冷卻水側(cè)。相反，機組也可以用于加熱目的，在這種情況下，本發(fā)明將特別適用于冷凝器水的循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種加熱和/或冷卻系統(tǒng)，它包括多個組合式致冷機組，每一機組至少有一個壓縮機、一個蒸發(fā)熱交換器和一個冷凝熱交換器；每個機組上都有供、回流體管道，用于輸送換熱流體，使之流經(jīng)蒸發(fā)熱交換器，所述供、回流體管道與對應(yīng)的供、回集管相聯(lián)，以使蒸發(fā)熱交換器并聯(lián)地跨接在集管之間；用于使換熱流體循環(huán)并流經(jīng)集管的泵，所述的泵包括用來改變所述換熱流體的流量的泵控制裝置；與各機組相聯(lián)的閥，閥有選擇地至少關(guān)閉供、回流體管道中的一個管道。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是還包括壓差傳感裝置，它用來感應(yīng)供、回集管之間的壓差，所述泵控制裝置響應(yīng)于所述傳感裝置來改變所述換熱流體的流量，以保持預(yù)定的壓差。
3.按照權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其特征是還包括一個監(jiān)測系統(tǒng)運行參數(shù)并控制組合式機組、泵和各個閥的主控器，所述主控器接收來自供、回集管內(nèi)的溫度傳感器、各壓縮機的壓縮機接觸器的信號，根據(jù)集管的溫度，使壓縮機起動或停機，它還控制操縱這些機組的閥的裝置，當機組停機時，使閥關(guān)閉該機組相應(yīng)的供和/或回流體管道。
4.按照權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征是所述主控器根據(jù)集管的溫度選擇性地開動或停止壓縮機運轉(zhuǎn)，使所有機組基本均衡運行。
5.按照權(quán)利要求1到4中的任何一個權(quán)利要求，其特征是所述閥安裝在每個機組上，以便選擇性地只關(guān)閉回流管道。
6.按照權(quán)利要求1到5中的任何一個權(quán)利要求，其特征是還包括將冷凝器流體輸送到各機組的冷凝熱交換器的第二供、回流體管道，所述第二管道與相互聯(lián)接的冷凝器流體集管相通，以使冷凝熱交換器并聯(lián)連接，還包括循環(huán)所述冷凝器流體的第二泵，所述第二泵具有第二泵控制裝置，以改變所述冷凝器流體的流量，還包括冷凝器閥，它選擇性地至少關(guān)閉各機組的第二供、回管道中的一個管道。
7.按照權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征是所述第二泵控制裝置包括一個冷凝器流體壓差傳感器，以感應(yīng)冷凝器流體供流集管和回流集管之間的壓差，并且響應(yīng)于傳感器來改變冷凝器流體的流量，以保持預(yù)定的壓差。
8.按照權(quán)利要求6或7的系統(tǒng)，其特征是所述冷凝器流體通過冷卻塔循環(huán)。
9.按照權(quán)利要求1到8中的任何一個權(quán)利要求，其特征是每個所述的閥包括一個伺服閥，伺服閥有一個閥頭，閥頭可移動到基本封住各回流管道上的閥座的位置;一個活塞，裝在閥端頭;一個壓力管，用來將流體從供流集管輸送到所述活塞;和關(guān)閉裝置，它選擇性地關(guān)閉壓力管。
10.按照權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征是所述關(guān)閉裝置包括一個、在壓力管內(nèi)的直通電磁閥。
11.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是所述電磁閥是一個常閉閥，當電磁閥接通時，閥打開壓力管。
12.按照權(quán)利要求10或11的系統(tǒng)，其特征是一個外場控制器根據(jù)有或沒有開動相應(yīng)壓縮機的控制信號，將電源電壓或者變換到電磁閥，或者變換到壓縮機控制器。
13.按照權(quán)利要求1到12中的任何一個權(quán)利要求，其特征是所述的泵控制裝置包括改變所述泵的轉(zhuǎn)速的電機轉(zhuǎn)速控制器。
14.按照權(quán)利要求1到5中的任何一個權(quán)利要求，其特征是所述冷凝熱交換器是一個風冷熱交換器。
15.一種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它包括多個組合式致冷機組，每個機組在致冷循環(huán)中至少有一個壓縮機，該致冷循環(huán)包括一個蒸發(fā)器和一個冷凝器;一個冷卻水回路，包括供、回水集管和一個水循環(huán)泵;一個控制泵電機轉(zhuǎn)速的電機轉(zhuǎn)速控制器;一個用感應(yīng)供、回水集管之間水壓差的壓差傳感器;一個偏差信號裝置，它根據(jù)預(yù)定的感應(yīng)壓差來給電機轉(zhuǎn)速控制器提供一個控制信號;每個蒸發(fā)器都有一個冷卻水供、回水管道，以便將來自冷卻水回路的水輸送到與蒸發(fā)器相聯(lián)的一個熱交換器，這樣便使這些熱交換器并聯(lián)連接;在各個供、回水管道中至少一個管道上有一個閥，以及閥執(zhí)行機構(gòu)，當一個以上的壓縮機停機時，閥執(zhí)行機構(gòu)將閥關(guān)閉。
16.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征是所述閥是一個伺服閥，它由流經(jīng)放水管的供水集管的水來操縱并由放水管內(nèi)的電磁閥來控制。
17.按照權(quán)利要求15或16的系統(tǒng)，其特征是有一個溫度測量裝置，用來測定供、回水集管內(nèi)的水溫;和一個主控器，它根據(jù)測量的溫度和既定程序指令開動或停止系統(tǒng)的壓縮機，以達到分別增加或降低溫度，同時分別停止或啟動閥執(zhí)行機構(gòu)的目的。
全文摘要
一種加熱和/或冷卻系統(tǒng)，包括幾個組合式致冷機組(42)，一個變速循環(huán)水泵(41，14)，它使水循環(huán)并流經(jīng)每個蒸發(fā)器/冷凝器(12，116，16，117)，一個主控器(34)，它根據(jù)負荷求開動或停止某個壓縮機工作。截流閥(24，126，137，138)截斷已停機機組的、流經(jīng)相應(yīng)蒸發(fā)器和/或冷凝器(12，116，16，117)的水流。由傳感器(31)來感應(yīng)供、回水管(8，17，22，18)內(nèi)壓差的變化，傳感器(31)給泵電機轉(zhuǎn)速控制器(32)發(fā)信號，控制器(32)改變泵(41，14)的輸出功率，使壓差回復(fù)到預(yù)定的壓差。
文檔編號F24F3/08GK1035883SQ8910105
公開日1989年9月27日 申請日期1989年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月19日
發(fā)明者羅納德·戴維·康里 申請人:多堆垛有限公司