專利名稱：蓄熱蛇管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及具有換熱導管的蓄熱蛇管組件(thermal storage coilassemblies)并涉及諸如用于冷卻和冷凍積存容內(nèi)蓄熱流體的致冷蛇管之類的換熱器結(jié)構(gòu)。具體地說，提出了用于在蓄熱蛇管組件內(nèi)固態(tài)流體過量形成之后更便于使諸如冰之類的固態(tài)蓄熱流體溶化的蛇管結(jié)構(gòu)，這種蛇管結(jié)構(gòu)能使蓄熱流體輸出有適當?shù)牡蜏?，以滿足通常的系統(tǒng)致冷要求。
蓄熱蛇管組件提供一種供在以后使用的將致冷能力積存起來的工具。這種蛇管組件具有諸如水之類的狀態(tài)可以變化的蓄熱流體，這種流體可被冷凍而形成諸如冰之類的固態(tài)。此外，本文中的蓄熱流體以水為積存流體的具體實例并將冰作為它的固態(tài)。這種蓄熱設備的一個通常應用形式使用通常來自傍晚和夜間的較低成本的電能，從而能在充滿諸如水之類的蓄熱流體的大容器或箱內(nèi)形成并積存起一批諸如冰之類的固態(tài)蓄熱流體。這種冰-水混合物會保持至對其積存起來的致冷能力有所需要，通常在諸如白天之類的高需求高能量成本的時間內(nèi)有這種需要。在一種典型的操作中，從積存箱內(nèi)抽出低溫蓄熱流體并將其抽過換熱器以便吸收熱量，然后低溫流體返回至蓄熱蛇管組件箱，從而因所保留的冰的溶化而被冷卻。積存起來的致冷能力的一個示例性應用是局域致冷操作，這種操作正成為被更廣泛接受的致冷實踐形式。這種局域致冷操作一般具有多個換熱器，它們與一單個的蓄熱設施相連。區(qū)域致冷應用中的蓄熱蛇管組件的大量不同用戶需要物理空間和能量的最大利用率。
不受監(jiān)控或不適當受控的蓄熱蛇管組件會形成過多的積存固態(tài)流體或冰。也就是說，蓄熱或冰積存器箱在大多數(shù)情況下包含有多個制冷蛇管，以便冷卻和冷凍箱內(nèi)的水或其它流體。在積存或形成循環(huán)過程中，對流體進行冷卻直至在各導管中出現(xiàn)了冰。所述導管通常按等距的第一間隙垂直相分隔并按等距的第二間隙水平地相分隔，上述第一和第Z間隙可以相等。先有技術(shù)蛇管的通常結(jié)構(gòu)具有等距的間隙，這種結(jié)構(gòu)會加速垂直的冰跨接和水平的冰跨接。
上述分隔間隙在操作上是必需的，從而能提供用于制冰導管之間的空間并提供導管與積存起來的冰的套筒之間的用于流體流動的通路，以便重新獲得積存起來的致冷能力。但是，周知的是，冰或其它蓄熱流體在導管或回路中的不受控制的增加或過量形成會或者可能導致形成在相鄰導管上的冰的水平跨接。積存在流體箱內(nèi)的冰的總量對上述應用來說足夠用了，但是，在過量形成冰之后，從所說的箱內(nèi)抽出的蓄熱流體的溫度可能是不適當?shù)?，這是因為，僅有所形成的單塊冰塊的周邊能與循環(huán)蓄熱流體相接觸。
作為提高所積存的能量或致冷能力的重用率的方法，一般在冷積存箱的底部處提供對空氣進行激勵的方法?？諝饨?jīng)由相鄰的導管與冰塊之間的垂直間隙向上行進。但是，單塊或固體冰塊的形成會消除相鄰導管與其上的冰之間的分隔間隙，這就會阻止空氣和流體從冰塊中流過。受限空氣和流體流的結(jié)果是降低了致冷能力的重用率，這是因為，致冷能力的重用局限于冰塊的外表面，從而會產(chǎn)生從蓄熱箱中抽出的有較高且不大有用溫度的蓄熱致冷流體。提高效率的其它嘗試有時會使用極端的措施來溶化冰塊諸如將高壓水噴布到單體冰塊上以使冰溶化。
具有單塊冰塊的形成有過量的冰的狀態(tài)是普遍的并且是重復出現(xiàn)的狀態(tài)。經(jīng)常出現(xiàn)是因為諸如不平衡的流體流速、不適當?shù)拇胧┗蝈e誤的控制。盡管存在有可用于測定給定箱內(nèi)形成的冰的量的監(jiān)控技術(shù)和設備，但更一般的實用形式是在視覺上監(jiān)測容器的體積。另一種方法使用了以冰的體積的變化為基礎的流體高度監(jiān)測器，但是，具體對含有很小流體高度變化的小體積容器來說這些設備并不可靠。
因此，希望提供一種在出現(xiàn)過量冰時能接觸比單塊冰塊的周邊更大的積存冰表面的手段和方法。
本發(fā)明提供了一種這樣的致冷蛇管結(jié)構(gòu)，它使用了可變的間距對齊，包括在蛇管陣列中使用至少一個通風或流體流動通道，并且，相鄰管導之間的分隔間隙比其余導管分隔間隙大。此外，還業(yè)已注意到，隨著蛇管陣列寬度有少量的增加，這種少量增加約為百分之三，可提供另一種結(jié)構(gòu)來適應通風分隔間隙。在設計或百分之百冰形成循環(huán)范圍之外，多少會減少外露的冰表面。這種減少會使得制冷壓縮機處的抽吸壓力或溫度多少有所下降，可利用這一點來確定預定制冰循環(huán)的結(jié)束?？捎脗鞲械降臏囟鹊淖兓瘉黻P閉蓄熱蛇管組件。排放端口制冷流體的溫度的變化或該端口對致冷蛇管的入口抽吸壓力的變化是冰形成循環(huán)或過量形成起超出最大能力的百分之十以上的冰的的標志。蓄熱箱內(nèi)冰表面面積的減少會影響蓄熱流體，這種影響可用于對致冷循環(huán)進行控制。在溶化或重要循環(huán)過程中保持與蓄熱流體相接觸的外露冰表面面積會提供有適當?shù)蜏氐男顭崃黧w，以滿足正常的致冷循環(huán)的需要。
在附圖的中，相同的標號表示相同的部件，附圖中

圖1是典型的先有技術(shù)的蓄熱器應用的概略圖；圖2是一典型的先有技術(shù)的蛇管結(jié)構(gòu)的斜視端視圖，所述蛇管結(jié)構(gòu)帶有環(huán)形頭部端部以及在這些端部之間延伸的導管系統(tǒng)；圖2A是圖2所示的蛇管組件的側(cè)剖圖；圖2B是沿圖2A中蛇管組件的線2B-2B的端視圖；圖2C是沿圖2A中蛇管組件的線2C-2C的端視圖；圖3是圖2A中沿3-3線的蛇管結(jié)構(gòu)的蛇管構(gòu)成的在蛇管上有預定或100％冰形成的示例性先有技術(shù)概略結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3A是圖3A中蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×4剖面；圖3B作為阻塞垂直分隔間隙的示意圖是圖3A中蛇管結(jié)構(gòu)的局部圖，所述蛇管結(jié)構(gòu)上約有百分之十的過量冰形成；圖3C說明了蛇管結(jié)構(gòu)中的導管上的預定或典型的冰形成；圖4是一蛇管結(jié)構(gòu)的處于剖面圖形式的第一示例性實施例，其中帶有相鄰導管的成對蛇管結(jié)構(gòu)中的多個獨立導管密集地對齊并具有第一分隔間隙，但交替成對的回路具有第二和更大的分隔間隙，該間隙位于相鄰成對的回路之間；圖4A是圖4中蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×6剖面。
圖5說明了圖4中結(jié)構(gòu)的另一個示例性實施例，該實施例具有更狹窄的第一分隔間隙和更寬的第二分隔間隙；圖5A是圖5中蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×6剖面；圖6說明了圖4中結(jié)構(gòu)的第二示例性實施例，該實施例具有更寬的第一分隔間隙和更狹窄的第二分隔間隙；圖6A是圖6中蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×6剖面；圖7是圖4中結(jié)構(gòu)的另一個示例性實施例，其中，相鄰導管之間的第一分隔間隙是逐漸增大的，并且，第二分隔間隙在標稱上更為狹窄；圖7A是圖7中蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×6剖面；圖8說明了圖4中結(jié)構(gòu)的再一個示例性實施例，其中，第一分隔在相鄰的成對導管之間是標稱相等的，相鄰的成對蛇管之間的第二分隔間隙多少是更為狹窄的，并且，有足夠?qū)挾鹊牡谌指糸g隙居中地設置在中心的成對相鄰蛇管之間；圖8A是圖8中包括增大的中心分隔間隙在內(nèi)的蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×6剖面；圖9說明了圖6中結(jié)構(gòu)的另一個示例性實施例，它帶有一增大的中心分隔間隙；圖9A是圖9中蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×6剖面，但不包括增大的中心分隔間隙；圖10說明了本發(fā)明的另一個示例性實施例，其中，有多個圖4的相鄰回路形成在一起，以提供成組的回路，相鄰的成組回路之間有明顯的分隔間隙；圖10A是圖10中蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×4剖面，但不包括增大的中心分隔間隙；圖11說明了圖4的總體結(jié)構(gòu)，其中，第二分隔間隙再次位于在相鄰的成對蛇管與多個形成起來的成對蛇管之間，以提供圖10的成組結(jié)構(gòu)，并且，上述總體結(jié)構(gòu)包括位于相鄰的成組形成起來的成對蛇管或?qū)Ч苤g的增大分隔間隙；圖11A是圖11中蛇管和冰形成結(jié)構(gòu)的放大的4×6剖面，但不包括增大的分隔間隙或通道；圖12是出口溫度與可用的冰表面積的百分比的曲線圖；圖13是冷卻流體與冰的百分比的曲線圖；圖14是制冰導管陣列的平面圖，所述陣列帶有用以提供增大的分隔間隙的機械分隔件；圖15說明了用以提供相鄰導管之間機械分隔從而提供垂直分隔間隙的另一個實施例。
圖1是一與外部換熱器12相連的蓄熱設備10的概略圖。設備10具有與冷凝器相連的致冷塔14以及水泵16。帶有桶形件15和泵20的乙二醇冷卻器18與蓄熱容器24內(nèi)的致冷蛇管結(jié)構(gòu)22相連，蓄熱容器24的容器箱26內(nèi)有作為積存流體的水。通風線路28能提供通風并激勵容器24內(nèi)的流體。蛇管22在用于輸入制冷流體的入口32和用于排放或使熱的制冷劑返回至可包括壓縮機的乙二醇冷卻器18的出口34處相連。具體的制冷劑和制冷器或冷卻器18并不分別局限于乙二醇或所說明的結(jié)構(gòu)，而是在設計上可加以選擇的。冷卻器18使冷乙二醇經(jīng)過桶形件15，乙二醇被抽至導管陣列22，以便冷卻或冷凍容器24內(nèi)的蓄熱流體。
這一實例中的冰一水泵36連在換熱器12與容器箱26之間，以便將冷卻的蓄熱流體傳給換熱器12并使流體通過線路40返回容器箱26。在一個示例性的應用中，冷卻水泵42將冷卻的流體從換熱器12傳至空氣處理設備44。
圖1包括溫度或傳感器的傳感器46，它在排放出口34的下游處與制冷劑返回線路48相連，以監(jiān)控排放的制冷劑的溫度或壓力。在本圖中，傳感器46通過線路47與控制CPU50相連，CPU50通過線路52與泵16相連并通過線路54與泵20相連，以便啟動或停止泵16和泵20的操作并且啟動或停止冰在容器24內(nèi)的形成。以上說明以及將CPU50用作控制裝置僅僅是示例性的并且對本發(fā)明不構(gòu)成限制。
在本技術(shù)中使用蓄熱蛇管組件10是周知的。通常用蓄熱蛇管組件10來為高需求時間提供按需的致冷能力。在非需求峰值的時間內(nèi)通常是在頭天晚間通過重新形成冰或其它狀態(tài)可變的蓄熱流體來生成并積累被積存起來的致冷能力或蓄熱能力。一般從容器24的箱26中抽出流體并使其經(jīng)過換熱器12或其它使用裝置44來重用積存起來的致冷能力。
以斜視端視圖的方式顯示出了圖2中的蛇管結(jié)構(gòu)22，該結(jié)構(gòu)如在圖2A中能更清楚地看到的那樣帶有連接導管62的端部61或63的彎頭60。頭部58具有入口端口65和排放端口67，端口65和67通過線路48與冷卻器18和泵20相連。圖2A和2C中的上部頭部58和下部頭部59說明了蛇管結(jié)構(gòu)22，該結(jié)構(gòu)具體用于下述蛇管填加結(jié)構(gòu)，這種蛇管填加結(jié)構(gòu)帶有用于填加有來自頂部和底部頭部的乙二醇的交替回路的其它回路，以便更有效地包封容器24內(nèi)的冰，如圖3C所示。圖2、2A、2B、2C、3、3A、3B和3C中的特定結(jié)構(gòu)是示例性的而不是限制性的。在圖3中，垂直相鄶?shù)膶Ч?2之間的垂直跨接是周知且被接受的實踐形式，而相鄰的垂直回路68與76之間的水平跨接則在這種結(jié)構(gòu)中是不希望有的狀態(tài)。
在本技術(shù)中蓄熱蛇管組件10是周知的。通常用蓄熱蛇管組件10來為高需求時間提供按需的致冷能力。在非需求峰值的時間內(nèi)通常是在頭天晚間通過重新形成冰或其它狀態(tài)可變的蓄熱流體來生成并積累被積存起來的致冷能力或蓄熱能力。一般從容器24的箱26中抽出流體并使其經(jīng)過換熱器12或其它使用裝置44來重用所積存起來的致冷能力。
重復出現(xiàn)的問題或蓄熱蛇管組件10的用戶和設計者所關心的問題是被抽出的蓄熱致冷劑流體的溫度。冰-水泵36處的這種流體溫度一般希望是34° F或以下，以便能使致冷劑對使用裝置44有最大的效果。在蓄熱流體從箱26中循環(huán)經(jīng)過設備44或換熱器12之后，受熱的蓄熱流體會返回到箱26，從而被冷卻至34°F，以便在設備44或換熱器12中重用。但是，周知的是，循環(huán)蓄熱流體的冷卻速率取決于可用的積存冰的量及其可用的接觸表面面積。所以，在箱26中，蛇管結(jié)構(gòu)22被設計成有最大設計能力，以容納導管62之間的流體流。最佳的是，所述可用的冰接觸表面面積能提供比箱26內(nèi)處于冰過量形成狀態(tài)下的單塊冰塊的外表面大的外露冰接觸表面。導管62在圖中被示為有圓形截面，但是，本說明書適用于多種導管截面，從而導管的形狀是沒有限制的。此外，正如在換熱器技術(shù)中周知的那樣，可將導管形狀設置成板狀或板形。
可用的冰表面面積的數(shù)量取決于蓄熱流體在箱26的導管62上的固化量，包括垂直或水平相鄰的導管62之間的冰跨接形式。盡管應保持導管62上的冰塊90之間的分隔，但是，周知的是，通過使用通風器28或其它裝置，可以包容垂直的蓄熱流體流，以使箱26中的流體溫度降低。所以，作為保持箱126內(nèi)有溫度有所降低的流體的一種方法，一般認為更為關鍵的是使水平相鄰的導管62之間保持有垂直通路或通道。即使是在垂直相鄶?shù)膶Ч?2之間有冰的跨接，保持有垂直的通路也會提供適當?shù)谋佑|表面面積。
盡管冰接觸表面面積的量取決于固化量及其對所述通路的影響，但是，就冰溶化時間而言，熱能提取速率會對蓄熱蛇管組件10的整體能力產(chǎn)生影響。這種提取速率的效果在本技術(shù)中是周知的，但除了作為最終結(jié)構(gòu)的自然結(jié)論以外，并不是本發(fā)明的一部分。但是，在許多應用中，約為34° F的預定蓄熱流體出口溫度是預定的溫度。
圖3說明了圖2所示的蛇管結(jié)構(gòu)22的典型代表性截面概觀。蛇管結(jié)構(gòu)22具有多個導管62，它們在結(jié)構(gòu)22內(nèi)通常是平行的，但是，也可以使用其它的結(jié)構(gòu)。圖4、6、6A、9和10中的導管62是上述回路填充結(jié)構(gòu)的一部分，以便沿相反方向?qū)⒅评淞黧w從諸如冷卻器18之類的制冷裝置中提供給相鄰的導管62。圖3C說明了形成在導管62上的由固化蓄熱流體構(gòu)成的最終的冰。從相反方向或?qū)Ч芏瞬啃纬傻乃枷肽苁箤Ч?2上有更均勻的冰塊，從而使箱26的體積的利用率達到最大，這種技術(shù)在本技術(shù)中是周知的。與此相似，使用回路填充的結(jié)構(gòu)是周知的并在圖3中連同使用頭部58和59以夾持住導管62并傳送來自冷卻器18或其它制冷劑設備的制冷劑流體一道作了顯示。
如上所述，圖3說明了導管62在箱26內(nèi)的有序結(jié)構(gòu)或陣列22。由周知組件構(gòu)成的陣列22的剖面圖提供了呈均勻結(jié)構(gòu)的導管62。一般地說，結(jié)構(gòu)22的第一回路或列68和第二回路或列76提供了一系列成行導管70和成列導管72，相鄰的行導管與列導管的中心之間有均勻的分隔間隙84。在圖3中，相鄰導管列68和76的導管中心之間的水平分隔間隙是結(jié)構(gòu)22的基本上均勻的跨度71。
在圖3A中，應該注意，垂直分隔間隙或距離73小于水平間隙84。在這種參照系統(tǒng)或先有技術(shù)的圖中，請注意導管陣列22帶有均勻的冰結(jié)構(gòu)90，但是，在列72和80的垂直方向上，相鄰導管62之間的固化體具有融合或跨接的間隙73?？畿S陣列寬度71的垂直相鄰的列72和80之間的垂直通路或通道88對通道88中的流體流保持開放。冰結(jié)構(gòu)90或?qū)Ч?2之間的寬度被標注為圖3A中的間隙81。
對百分之百或最大冰生成能力的冰形成來說，上述冰形成結(jié)構(gòu)是預定的或是設計上的特征。此后，蓄熱蛇管組件10特別是冰冷卻器18應停止固化-再生成過程。但是，周知的是，只要冷卻器18繼續(xù)操作，則導管62上就繼續(xù)會有冰形成。這種繼續(xù)的冰形成會處于較低的形成速度并且可能在通道88上形成完整的跨接形式，從而會形成所謂的單塊冰，如圖3B所示。冰的跨接會減少或消除陣列22內(nèi)的相鄰導管62之間的所有蓄熱流體流，并且，箱26內(nèi)的蓄熱流體會主要沿蛇管陣列22的外緣并在該外緣周圍諸如在側(cè)壁96和98、頂部95、底部97和未示出的端壁處流動。這就能最大限度地減少流體流過通道88和陣列22的能力并降低將熱量傳給正由水-泵36傳給設備44或換熱器12的蓄熱流體的效率，這是因為，從結(jié)構(gòu)特征角度看，可用的冰接觸表面面積業(yè)已急劇下降。由于有上述熱傳遞效率損失，與設備44相通連的蓄熱流體的溫度會增加。溫度升高的蓄熱流體會降低換熱器12或設備44的效率，這就可能需要使用輔助的致冷裝置或其它靠這種裝置獲得預定的操作效率的裝置。因此，在冰過量形成之后，應該在包括冰過量形成在內(nèi)的所有狀態(tài)下使至少某些通道88保持對流體通路開放，以便保持有更可用的冰接觸表面面積，從而獲得并保持較低的蓄熱流體溫度，如圖12所示。更具體地說，在達到或超過了最大設計能力的冰形成之后，就與蓄熱流體的接觸而言，應使至少某些可用的表面面積是可用的。如上所述，通常使用的對冰形成進行監(jiān)控以避免通道88跨接的方法業(yè)已包括了對容器箱26內(nèi)流體高度的視覺檢查或測量或冰的厚度控制。
本發(fā)明使冰在箱26內(nèi)按有用于過量狀態(tài)的容隙來形成，這就能使得流體在至少某些通道88內(nèi)流動。具體地說，通道88在至少某些通常垂直回路68和76之間保持開啟，圖3中的通道88會保持預定的約百分之三十的外露冰表面接觸面積，以便維持向流動的蓄熱流體的預定熱傳遞。
在圖4中，帶有導管62的第一回路68和第二回路76在本發(fā)明的這一第一示例性實施例中再次被設置成陣列66的組件，這就表現(xiàn)出與前述陣列22有相同的總體結(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)中，相鄰的第一回路68和第二回路76對或回路組100緊密地排列成垂直的列72，列72和80中的相鄰的成對導管62之間的第一分隔間隙104小于圖3中先有技術(shù)陣列22的均勻的第一分隔間隙84。
在圖4的實施例中，由回路68和76構(gòu)成的相鄰回路對100被通道或通路102所分隔，通道或通路102比先有技術(shù)的陣列22的第一通道88要寬。在一個示例性的結(jié)構(gòu)中，分隔間隙104相對第一分隔間隙84寬度減少約百分之三十。但是，通道88的寬度81超過寬度103兩倍，以提供相鄰回路對100之間的通道102。
如圖4所示，同心的冰形成體會在每個回路對中的相鄰導管62之間按最大冰形成能力跨越垂直和水平的分隔距離。但是，通道102會按上述通道88寬度的兩倍以上開啟。
有序的陣列66會使得通道102向流體流開放，從而使通道102即使在過量形成的狀態(tài)下也能向來自通風器28的氣流開放。在操作中，隨著冰在導管62上的形成，冰對導管62有隔絕的效果，這就會降低來自冷卻器18的制冷劑對蓄熱器的致冷速度。因此，會降低冰形成速度，并且，對冷卻器壓縮機的影響是降低了冷卻器18處的抽吸壓力和制冷劑溫度并降低了冷卻器18處的乙二醇溫度。這些參數(shù)作為預定冰形成體的測度值與最大設計能力的冰形成有關。但是，冷卻器18的繼續(xù)運轉(zhuǎn)會導致冰在導管62和回路對100上的繼續(xù)形成。由于通道102的寬度103為先有技術(shù)的寬度的兩倍且冰形成的速度業(yè)已減少，故盡管通道88的寬度81在長度上有所減少，但即使在冰過量形成的狀態(tài)下通道102也會保持對流體流開放。保持通道102開放會因有更大量的冰表面接觸面積而保持有預定的溫度，以便從循環(huán)的蓄熱流體中進行熱傳遞。
在又一個實施例中，相鄰列72和80的導管62在標稱上彼此更緊密地對齊，也就是說，作為一個實例，通道寬度104可比圖4中的寬度減少約百分之七。這種結(jié)果使通道102的寬度103和大小增加約百分之十五，這就能進一步提高陣列66保持有足夠的冰接觸表面面積的能力。這還能在冰過量形成的狀態(tài)下阻止冰形成體跨越通道102。
圖6和6A說明了圖4結(jié)構(gòu)的又一個實施例。圖6中的蛇管結(jié)構(gòu)22在設計冰形成方面具有圖3的結(jié)構(gòu)中所述垂直通道102的數(shù)量的一半。這就使得容器24中每立方英尺有更多磅的冰，這通常稱為冰填充效率，并且，這還應通過相對先前的結(jié)構(gòu)減少至百分之五十而允許有較少量的激勵用空氣。在上述圖中，列68和76中的相鄰導管62之間的分隔間隙104比圖4中的導管橫向位移多約百分之三十。因此，通道102和寬度103在寬度上減少約百分之十五，但是，即使在過量形成的狀態(tài)下，通道102也會保持于開放狀態(tài)。此外，增加了的寬度104需要更多的能量以提供冰的跨接，并且，可以包括最大能力時的空隙105。在流體流至裝置44或?qū)Ψe存的熱能力有其它要求期間冰溶化之后，空隙105可為流體流開啟通道104。在這一實例中，應該注意，冰柱90或相鄰的導管62一接觸或跨接，冰的傳熱表面面積就會減少一半。在冰形成到導管62上期間，冰的截面直徑的增加會提高冰相對導管62內(nèi)來自冷卻器18的制冷劑與箱26內(nèi)蓄熱流體之間傳熱能力的絕熱系數(shù)。因此，冰在導管62上的增長速度會顯著且迅速減少，如圖13所示。對冷卻器的影響能力、抽吸壓力和溫度以及乙二醇溫度迅速下降?？梢员O(jiān)控能力的這種迅速下降以便以比先有技術(shù)方法更精確的方式注意到冰形成循環(huán)的結(jié)束。
列68和76的相鄰導管62之間的通道104的寬度變化的另一個實例具有通道寬度104，它比圖4中導管62之間的寬度寬約百分之七。這就會導致通道102和寬度103變窄約百分之四，但是，這種重新排序會減少各回路對100中相鄰導管62之間的過量形成或跨接速度。這種結(jié)構(gòu)會繼續(xù)保持百分之三十的最小預定傳熱表面面積。
盡管上述實施例說明了帶有共用通道寬度102的成對相鄰導管62組的變化形式，但是，應該認識到，所說的寬度在各個列68和76或?qū)Ч?2上的冰形成或溶化的速度之類的不同操作狀態(tài)下會有所變化。此外，具體的寬度在設計上是可選擇的或者受制于來自于蓄熱器應用的規(guī)格要求，但是，所說的排序和布局通常可應用于這種結(jié)構(gòu)。
另一個實施例使回路對100中的相鄰導管62更緊密地對齊以提供通道或間隙104的更為狹窄的尺寸。此外，分隔寬度103還做得更為狹窄，從而能在總體上降低通道102的寬度。但是，提供寬度約為寬度103兩倍的中央加大通道110可包容通道寬度102和104的減少。當流體流過通道受阻或受限時，這種加大的通道110即使在極度過量形成的狀態(tài)下也能使流體流過陣列66。所述結(jié)構(gòu)總會使流體接觸到更多的冰表面面積，以保持比單塊冰塊低的流體溫度。所述流速會繼續(xù)保持34° F以下的預定流體溫度并且會提高單塊冰塊的溶化速度，從而能使通道102重新向流體和氣流開放。
圖9和9A示出了在總體上與圖4和6的陣列66相類似的結(jié)構(gòu)性陣列66，它帶有位于相鄰組120之間的大通道128。在這種結(jié)構(gòu)中，各回路對100的導管62之間的通道104增加約百分之三十。這種增加會再次導致冰柱90之間最大設計能力時的空隙105。但是，通道102的寬度減少約百分之十七，分隔寬度103減少約百分之十四。通過使通道寬度110在兩個實施例中保持大致相等以繼續(xù)使流體流過陣列66從而能反映出所說的減少。盡管圖4、6和9中只說明了兩個回路對100，每個回路對100僅有兩個相鄰的回路68、76，但是，應該認識到，每組100中回路對100中回路對100可以有3個或更多的更緊密相鄰的回路68、76。使用僅有兩個回路來進行說明是為了便于說明和理解，而不是為了限制所使用的回路68、76的數(shù)量。
在一第三種結(jié)構(gòu)中，圖10和圖10A中由蛇管60和76的導管62構(gòu)成的多個導管組120設置成彼此緊密相鄰。在各個組120中，在相鄰的導管62或冰柱90之間設置與圖3中通道88相類似的狹窄通道122。盡管相鄰導管中心之間的通道寬度104僅為約百分之三，但狹窄通道122例如比通道88窄約百分之三十。圖10中說明的組102具有垂直的六列導管62和回路68及76。陣列126中的三個組120配備有寬的通道128，它們位于相鄰的組120之間，用于比較目的的通道128僅比所述第三結(jié)構(gòu)中的中央寬通道128窄約百分之三十五。這種結(jié)構(gòu)可適應于過量形成狀態(tài)并且在這種過量形成狀態(tài)下比先有技術(shù)的設備有更多的用于傳熱的冰表面接觸面積?？梢钥闯?，減少了導管62的總量，但在增加的通道寬度和安全性或?qū)挼膶挾鹊那闆r下與先有技術(shù)有等價的數(shù)目，以便在適當考慮流體流的情況下適應冰的過量形成。即使在冰過量形成時，結(jié)構(gòu)120中的相鄰導管62之間也會出現(xiàn)空隙105。
在又一個實施例中，多組成對導管62配備有如上所述的導管對100，它們之間的通道102與相鄰的導管對100緊密成對，以提供多導管結(jié)構(gòu)。這種多導管結(jié)構(gòu)120具有寬的通道128，它們位于相鄰的結(jié)構(gòu)120之間。在陣列126的這種結(jié)構(gòu)中，通道寬度102和寬度103總是與上述第三結(jié)構(gòu)的通道寬度102和寬度103大致相等。但是，盡管認識到蛇管68和76的相鄰導管62的冰柱90很易于跨接，但通過更密集地組裝導管對100，總能將增加的導管62提供給陣列126。最終的最大設計能力結(jié)構(gòu)會為流體流提供多個通道102和128，通道128會在冰過量形成狀態(tài)下再次提供防止阻止流體流動的安全邊界。
在圖14中，兩對相鄰的回路68和76帶有一分隔件130，它嵌在這兩對回路之間，分隔件130提供了加寬或加大的分隔間隙132。這些間隙132被認為是適于使蓄熱流體流過回路68、76，以適應可接受的蓄熱流體水的出口溫度。分隔件或插入件130一般由熱傳導率低的材料構(gòu)成，以防止冰跨越分隔件130。
圖15說明了在竣工蛇管中插入間隔件140，用間隔件140將至少一對相鄰的蛇管68和76分隔開，間隔件140由諸如塑料之類低傳導率材料制成。另外，也可用中空的間隔件或帶孔的間隔件來保持增大的分隔間隙。此外，中空的間隔件140可用作空氣管以便將空氣或其它流體傳導至蛇管底部97，從而更有力地激勵流體。在較后的時候使用間隔件被認為是在組裝電鍍鋼管時特別有益處。
在圖1中，作為陣列66和126中冰形成狀態(tài)變化的度量方法，所說明的控制電路能測定入口抽吸壓力或入口流體溫度。在圖13中，依照本發(fā)明，在冰形成的最大能力時單個蛇管乙二醇或抽吸溫度的變化會急劇下降，這就能為傳感器46的傳感提供參數(shù)。傳感到的信號可被提供給控制裝置50，以便停止進一步的冰形成并保持通道102或128。
盡管僅示出和說明了本發(fā)明的具體實施例，但是，很清楚，這并不要限制本文所述的發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，所述蓄熱蛇管組件具有帶流體積存箱的外罩；位于上述流體積存箱內(nèi)的蓄熱流體；用于將所述蓄熱蛇管組件和所述積存箱內(nèi)的蓄熱流體與用于重用積存起來的熱能的外部設備連接起來的裝置；用于傳送用于所述傳熱流體的熱量的裝置；以及，用于將上述傳熱裝置與前述蛇管組件連接起來的裝置，所述蛇管組件包括多個傳熱導管，每個導管均具有一縱軸；所述導管通過上述連接裝置與前述傳熱導管相連，以使所述傳熱流體經(jīng)過上述導管；所述傳熱導管在前述積存箱內(nèi)設置成一預定陣列，以使所述傳熱流體經(jīng)過上述積存箱，從而降低前述蓄熱流體的溫度并將熱能積存起來；所述導管的預定陣列設置成多個通常相鄰的水平行和垂直列，所述陣列具有與前述縱軸相垂直的截面寬度和高度，所述相鄰的導管行和列相配合從而在總體上限定了第一垂直通道和水平通道，它們在所述結(jié)構(gòu)的寬度上位于上述相鄰的導管行與列之間；所述相鄰的導管列相配合從而限定了至少一個第一水平分隔間隙距離，該距離在所述陣列截面中位于相鄰導管的垂直列的導管軸線之間，并且，所述相鄰的行具有至少一個垂直的分隔間隙距離；所述蓄熱流體具有第一流體溫度；所述經(jīng)過上述導管的傳熱流體可將前述蓄熱流體的第一溫度減少至第二溫度，以使各導管上的蓄熱流體的至少一部分固化；所述相鄰導管列中的至少一對有位于上述一對相鄰導管抽線之間的比前述第一分隔間隙距離大的第二水平分隔間隙距離，成列的至少一對導管相配合以限定比前述第一垂直通道寬的第二垂直通道，從而提供至少一個用于所述陣列中的至少一對相鄰導管列之間的垂直蓄熱流體流的通路，該通路位于固化的蓄熱流體之間跨越所述垂直導管列的水平第一分隔間隙距離的跨接處。
2.如權(quán)利要求1的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，所述蓄熱蛇管組件具有帶流體積存箱的外罩；位于上述流體積存箱內(nèi)的蓄熱流體；所述蛇管組件的特征在于，所述陣列中的垂直導管列設置成組，每組中有至少兩個垂直導管列，每組均具有一第三分隔間隙距離，它位于所說的組內(nèi)的相鄰垂直導管列的軸線之間，所說的陣列具有前述由垂直導管列構(gòu)成的組中的至少兩個組，上述至少兩組垂直導管列中的相鄰組在靠近前述相鄰導管組的位置處具有相鄰的垂直導管列，所述相鄰組的相靠近的導管列相配合，從而限定了一第四分隔間隙距離，它位于不同導管組的相靠近的相鄰列的軸線之間，所述第四分隔間隙距離大于前述第三分隔間隙距離。
3.如權(quán)利要求2的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述第二分隔間隙距離與所述第四分隔間隙距離大致相等。
4.如權(quán)利要求2的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述第一分隔間隙距離與所述第三分隔間隙距離大致相等。
5.如權(quán)利要求2的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述成組的垂直導管列可提供碎冰塊(segmentedblocks of ice)，并且，所述第四分隔間隙包括一垂直通道，它位于固化的蓄熱流體在各組中的相鄰垂直導管列之間的跨接處。
6.如權(quán)利要求2的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所說的各個組均具有一第一垂直導管列和一第二垂直導管列，所說的每個組均具有第三分隔間隙距離，它位于上述各組的第一與第二垂直列之間；所述第四分隔間隙距離在所述陣列的寬度上設置在相鄰成組導管之間。
7.如權(quán)利要求1的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，該蛇管組件還包括至少一個頭部；所述積存箱內(nèi)的各個導管均具有一第一端部和一第二端部，所述第一和一第二端部中的至少一個與上述至少一個頭部相連；所述頭部具有一入口端口和一出口端口，它們通過前述連接裝置連接于用于傳熱的裝置；所述頭部能使前述傳熱流體與所述導管陣列相通連。
8.如權(quán)利要求1的使冷卻流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述用于傳熱的裝置是一制冷器，它帶有一壓縮機以及用于傳感冷卻流體溫度、壓縮機抽吸壓力以及冷卻器負載中的至少一個的裝置，所述壓縮機帶有一排放端口和一入口端口，所述排放端口為前述導管陣列提供冷卻流體以降低上述蓄熱流體的溫度，而所述入口端口則用于在有所降低的第二抽吸壓力下接收來自前述導管陣列的冷卻流體，上述卻流體溫度、壓縮機抽吸壓力以及冷卻器負載中的至少一個表示在上述蓄熱蛇管組件中前述蓄熱流體按設計能力固化情況。
9.如權(quán)利要求2的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述陣列具有多個垂直導管列，所述垂直導管列設置成三組垂直的導管，所述第四分隔間隙距離比前述第三分隔間隔距離大約百分之二十五。
10.如權(quán)利要求1的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述導管陣列是一具有第一流體流回路和第二流體流回路的雙回路陣列；所述陣列中的導管設置成前述第一回路和第二回路在至少上述垂直列中交替對齊；所述陣列中的導管具有大致平行的軸線；所述第一蛇管回路中的傳熱流體沿向前的第一方向流動；所述第二蛇管回路中的傳熱流體沿與上述第一方向相反的第二方向流動，所述相鄰導管中的相反流動方向能沿所述流動方向能使流體通常更均勻地固化到所述導管上，以便在前述積存箱中的導管上提供更均勻的固化蓄熱流體。
11.如權(quán)利要求1的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述預定陣列中的各個導管均具有約為一英寸的截面直徑；所述垂直導管列的縱軸限定了一參照平面；所述各個成對的列中的相鄰列的相鄰平面相配合，從而限定了前述相鄰的第一與第二參照平面之間的第一分隔間隙；所述相鄰列之間的第一分隔間隙在所述相鄰的成對的列之間至少為二又十分之八(2810)]]>英寸；所述第二分隔間隙設置在相鄰的成對的垂直列之間，每對導管列均在靠近由相鄰的成對垂直平面構(gòu)成的成對垂直平面之一的位置處具有所述成對垂直平面中的一個，所述相靠近的平面相配合，從而限定了前述第二間隙距離；所述第二間隙距離在寬度上比前述第一間隙大至少百分之十。
12.如權(quán)利要求11的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述第二間隙距離可在比前述第一間隙大約百分之五至百分之五十(5～50％)的范圍內(nèi)延伸；所述第一間隙在前述二又十分之八英寸至四又十分之二(2810~]]>4210)]]>英寸的范圍內(nèi)延伸。
13.如權(quán)利要求6的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述各個組均具有一第一垂直導管列和一第二垂直導管列，所說的每個組均具有上述第三分隔間隙距離，它位于上述各組的第一與第二垂直列之間；所述第四分隔間隙距離在所述陣列的寬度上設置在相鄰成組導管之間；所述預定陣列中的各個導管均具有約為一英寸的截面直徑；所述垂直導管列的縱軸限定了一參照平面；所述各個成對的列中的相鄰列的相鄰平面相配合，從而限定了前述相鄰的第一與第二參照平面之間的第一分隔間隙；所述相鄰列之間的第一分隔間隙在所述相鄰的成對的列之間至少為二又十分之八(2810)]]>英寸；所述第二分隔間隙設置在相鄰的成對的垂直列之間，每對導管列均在靠近由相鄰的成對垂直平面構(gòu)成的成對垂直平面之一的位置處具有所述成對垂直平面中的一個，所述相靠近的平面相配合，從而限定了前述第二間隙距離；所述第二間隙距離在寬度上比前述第一間隙大至少百分之十。
14.如權(quán)利要求13的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，所述各個第三分隔間隙與前述第二分隔間隙距離相等；所述第二分隔間隙距離可在比前述第一間隙大約百分之五至百分之五十的范圍內(nèi)延伸；所述第一間隙在前述二又十分之八(2810]]>,two and eight tenth)英寸至四又十分之二(4210]]>,four and two tenths)英寸的范圍內(nèi)延伸；所述第四分隔間隙在比前述第二分隔間隙距離大約百分之十至百分之百的范圍內(nèi)延伸。
15.如權(quán)利要求1的使傳熱流體與蓄熱蛇管組件相通連的蛇管組件，其特征在于，該蛇管組件還包括一冷卻和制冷回路；所述制冷回路具有用于對傳熱流體進行冷卻的裝置；用于將上述制冷回路連接于前述蓄熱容器的裝置以及用于將傳熱流體傳給上述容器以便冷卻上述蓄熱流體并使傳熱流體返回至上述制冷回路的蛇管陣列；用于對上述制冷回路進行控制的裝置；用于傳感返回至上述制冷回路的傳熱流體的溫度和抽吸壓力的裝置；用于將上述傳感裝置連接于前述控制裝置以便對與所述容器相通連的制冷回路和傳熱流體進行控制的裝置。
16.如權(quán)利要求15的蛇管組件，其特征在于，所述傳感裝置和控制裝置可按前述傳熱流體的溫度和線性抽吸壓力之一的預定變化終止傳熱流體流向所述蛇管，從而避免蓄熱流體的進一步固化，以保留用于流體流的至少第二分隔間隙通道和所述陣列中的熱傳遞。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于蓄熱蛇管組件的預定陣列導管和回路,以使相鄰的回路或回路組之間的至少某些垂直通道經(jīng)過致冷蛇管,從而將更多的冰接解表面面積提供給傳熱流體,以便在設計或過量形成冰的狀態(tài)下將流體的溫度保持在約為預定的出口溫度,并提供這樣一種裝置,它能對冰停止在蓄熱蛇管組件上的形成進行監(jiān)測和控制。
文檔編號F25D16/00GK1314577SQ0012882
公開日2001年9月26日 申請日期2000年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月24日
發(fā)明者戴維·A·阿倫, 弗蘭克·T·莫里森 申請人:巴爾的摩汽圈公司