專利名稱：自然冷卻制冷系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體涉及一種自然冷卻(free cooling)制冷系統(tǒng)。
制冷系統(tǒng)存在于許多應(yīng)用中，包括居家、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用。例如，一個(gè)商業(yè)制冷系統(tǒng)可用于冷卻一個(gè)封閉的空間，諸如數(shù)據(jù)中心、實(shí)驗(yàn)室、超級市場或者冷藏室。非常一般地， 制冷系統(tǒng)可包括將流體循環(huán)經(jīng)過一個(gè)封閉環(huán)路，該封閉環(huán)路在流體吸熱的蒸發(fā)器和流體放熱的冷凝器之間。通常，規(guī)定在所述封閉環(huán)路內(nèi)流動(dòng)的流體在系統(tǒng)的正常運(yùn)行溫度和壓力內(nèi)要經(jīng)過相變，以使得借助于流體蒸發(fā)的潛熱相當(dāng)大量的熱能進(jìn)行交換。
當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)，制冷系統(tǒng)可與一個(gè)自然冷卻系統(tǒng)或者自然冷卻環(huán)路一同運(yùn)行。 該自然冷卻系統(tǒng)可利用周圍空氣的低溫來提供冷卻，而不需要額外的來自諸如壓縮機(jī)、熱電裝置或者熱源的能量輸入。典型地，當(dāng)運(yùn)行在自然冷卻模式時(shí)，自然冷卻系統(tǒng)可采用一個(gè)分立的熱交換器或者采用熱交換器盤管的一部分。當(dāng)并不期望自然冷卻或者自然冷卻不可行時(shí)，可不采用所述分立的熱交換器或者盤管部分。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括一個(gè)帶有第一回路的自然冷卻系統(tǒng)， 其被配置為將熱從第一冷卻流體傳遞至在所述自然冷卻系統(tǒng)的獨(dú)立環(huán)路內(nèi)循環(huán)的第二冷卻流體。所述獨(dú)立環(huán)路被配置為將熱從所述第二冷卻流體傳遞至周圍空氣。所述制冷系統(tǒng)還包括一個(gè)熱交換器，該熱交換器被配置為接收制冷劑，并將熱從所述制冷劑傳遞至所述第二冷卻流體。
本發(fā)明還涉及一種帶有蒸氣-壓縮制冷系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)。所述蒸氣-壓縮制冷系統(tǒng)包括一個(gè)蒸發(fā)器和一個(gè)自然冷卻系統(tǒng)，該蒸發(fā)器被配置為從循環(huán)經(jīng)過一個(gè)冷卻環(huán)路的第一冷卻流體中移走熱，該自然冷卻系統(tǒng)被配置為循環(huán)所述第一冷卻流體經(jīng)過第一回路，以在所述第一冷卻流體和循環(huán)經(jīng)過所述自然冷卻系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立環(huán)路的第二冷卻流體之間交換熱。所述獨(dú)立環(huán)路循環(huán)所述第二冷卻流體經(jīng)過一個(gè)空氣-液體熱交換器，該空氣-液體熱交換器被配置為將熱從所述第二冷卻流體傳遞至周圍空氣。
本發(fā)明還涉及一種運(yùn)行制冷系統(tǒng)的方法，該方法包括運(yùn)行一個(gè)蒸氣-壓縮制冷系統(tǒng)以從第一冷卻流體移走熱，以及在一個(gè)自然冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)隔離的第二冷卻流體，以從所述蒸氣-壓縮制冷系統(tǒng)中移走熱。


圖1是采用自然冷卻制冷系統(tǒng)的一個(gè)示例性商業(yè)或工業(yè)環(huán)境的立體圖。
圖2是采用三流體熱交換器的自然冷卻制冷系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的圖解概要圖。
圖3是采用兩個(gè)熱交換器的自然冷卻制冷系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的圖解概要圖。
圖4是采用兩個(gè)熱交換器的自然冷卻制冷系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案的圖解概要圖。
具體實(shí)施方式
圖1描繪了制冷系統(tǒng)的一個(gè)示例性應(yīng)用?？傮w上，這樣的系統(tǒng)可被應(yīng)用于一系列環(huán)境中，既可用在采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)和制冷(HVAC&R)領(lǐng)域內(nèi)，又可用在該領(lǐng)域之外。制冷系統(tǒng)可通過蒸氣壓縮制冷、吸收制冷或熱電冷卻向數(shù)據(jù)中心、電學(xué)裝置、冷卻器冷藏室、 散熱器或者其他環(huán)境提供冷卻。然而在現(xiàn)有預(yù)想的應(yīng)用中，制冷系統(tǒng)可被用于居住、商業(yè)、 照明工業(yè)、工業(yè)和任何其他應(yīng)用中，用于加熱或者冷卻一個(gè)體積或者封閉體，例如居所、建筑、結(jié)構(gòu)等。此外，在合適時(shí)，制冷系統(tǒng)可用于工業(yè)應(yīng)用，用于對各種流體進(jìn)行基礎(chǔ)的制冷和加熱。圖1示出了一個(gè)示例性應(yīng)用。在該情況中，用于建筑物環(huán)境管理的HVAC&R系統(tǒng)可采用熱交換器。建筑物10通過一個(gè)包括冷卻器(chiller) 12和鍋爐14的系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。 如圖所示，冷卻器12置于建筑物10的屋頂，鍋爐14位于地下室；然而，冷卻器和鍋爐也可位于其他裝備間或者位于該建筑物旁邊的區(qū)域。冷卻器12是一個(gè)空氣冷卻或者水冷卻裝置，其實(shí)施一個(gè)制冷循環(huán)以冷卻水。冷卻器12被裝在一個(gè)單個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)，該單個(gè)結(jié)構(gòu)包括制冷回路、自然冷卻系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的裝備，例如泵、閥和管道。例如，冷卻器12可以是結(jié)合一個(gè)自然冷卻系統(tǒng)的單個(gè)封裝屋頂單元。鍋爐14是一個(gè)加熱水的封閉容器。水從冷卻器12 和鍋爐14通過水管路16循環(huán)經(jīng)過建筑物10。水管路16通向空氣處理設(shè)備18，空氣處理設(shè)備18位于各層上，并在建筑物10的各區(qū)域內(nèi)?？諝馓幚碓O(shè)備18聯(lián)接至通風(fēng)管20，通風(fēng)管20適用于在空氣處理設(shè)備之間分配空氣，并可從外部進(jìn)氣口接收空氣(未示出)?？諝馓幚碓O(shè)備18包括熱交換器，該熱交換器循環(huán)來自冷卻器12的冷水和來自鍋爐14的熱水，以提供加熱的或冷卻的空氣?？諝馓幚碓O(shè)備18內(nèi)的風(fēng)扇吸引空氣經(jīng)過熱交換器，并且將被調(diào)節(jié)的空氣引向建筑物10內(nèi)的環(huán)境，例如房間、套間或辦公室，以將環(huán)境維持在設(shè)定的溫度。一個(gè)控制裝置(這里示出包括恒溫器 22)可被用于設(shè)定被調(diào)節(jié)的空氣的溫度?？刂蒲b置22也可用于控制經(jīng)過空氣處理設(shè)備18 的空氣流動(dòng)和來自空氣處理設(shè)備18的空氣流動(dòng)。當(dāng)然該系統(tǒng)可包括其他裝置，例如調(diào)控水流動(dòng)的控制閥和感測水、空氣等溫度和壓力的壓力/或溫度換能器或開關(guān)。再者，控制裝置可包括與其他建筑物控制器或監(jiān)控系統(tǒng)集成或者分立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，甚至包括遠(yuǎn)離該建筑物的系統(tǒng)。圖2示意性示出結(jié)合了自然冷卻系統(tǒng)的冷卻器12。如上文關(guān)于圖1所示，冷卻器 12被裝在一個(gè)單個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)，并可位于建筑物或者環(huán)境外，例如在屋頂上。冷卻器12包括一個(gè)冷卻流體環(huán)路對，該冷卻流體環(huán)路M將冷卻流體——例如變冷的水、乙二醇(ethylene glycol)水溶液、鹽水等——循環(huán)至冷卻負(fù)載，例如建筑物、一件設(shè)備或者環(huán)境。例如，冷卻流體環(huán)路M可將冷卻流體循環(huán)至圖1所示的水管路16。在某些實(shí)施方案中，冷卻流體可在冷卻流體環(huán)路M內(nèi)循環(huán)至冷卻負(fù)載，例如研究實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)房、辦公室建筑物、醫(yī)院、成型和擠出工廠、食物處理工廠、工業(yè)設(shè)施、機(jī)器或者任何其他需要冷卻的環(huán)境或裝置。冷卻器12還包括一個(gè)制冷系統(tǒng)環(huán)路26。制冷系統(tǒng)環(huán)路沈與冷卻流體環(huán)路M熱傳遞連通，并可從在冷卻流體環(huán)路M內(nèi)循環(huán)的冷卻流體中移走熱量。冷卻器12進(jìn)一步包括一個(gè)自然冷卻系統(tǒng)觀，該自然冷卻系統(tǒng)觀利用周圍空氣的低溫，以冷卻在冷卻流體環(huán)路M內(nèi)循環(huán)的冷卻流體。自然冷卻系統(tǒng)觀包括被配置以將冷卻流體循環(huán)經(jīng)過自然冷卻系統(tǒng)28的回路30。自然冷卻系統(tǒng)28還包括一個(gè)獨(dú)立環(huán)路32， 該環(huán)路32被配置以將熱量從自然冷卻系統(tǒng)觀移到周圍空氣。獨(dú)立環(huán)路32可將流體循環(huán)經(jīng)過空氣-液體熱交換器34，熱交換器34把熱排到周圍空氣中。熱交換器34可包括翅片 (fin)和管式熱交換器，釬焊(brazed)鋁多通道熱交換器或其它合適的熱交換器。獨(dú)立環(huán)路32允許暴露至周圍空氣的流體獨(dú)立于在冷卻流體環(huán)路M內(nèi)循環(huán)的冷卻流體。通常，在獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)循環(huán)的流體可具有比在回路30內(nèi)循環(huán)的冷卻流體更低的凝固點(diǎn)溫度。在某些實(shí)施方案中，在獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)循環(huán)的流體可以是防止凝固的流體——例如帶有高乙二醇 (glycol)濃度的鹽水，以抑制在低環(huán)境溫度期間凝固。然而，與其它冷卻流體(例如水)相比，防止凝固的流體具有更高的成本，較高的粘度(導(dǎo)致泵浦功率增加)和/或較低的熱傳遞速率。通過使防止凝固的流體循環(huán)經(jīng)過相對小且獨(dú)立的環(huán)路32，可采用相對少量的防止凝固的流體，這轉(zhuǎn)而提高了冷卻器12的效率和/或降低了成本。此外，帶有采用獨(dú)立環(huán)路 32的自然冷卻系統(tǒng)的冷卻器12可被加入一個(gè)現(xiàn)有的冷卻器應(yīng)用中，而不用改裝當(dāng)前針對另一個(gè)冷卻流體(例如水)設(shè)定尺寸的現(xiàn)有設(shè)備。獨(dú)立環(huán)路32也可使防止凝固的流體循環(huán)經(jīng)過一個(gè)接收三個(gè)分立流體的熱交換器 36。具體地，熱交換器36可接收在獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)循環(huán)的防止凝固的流體，在回路30內(nèi)循環(huán)的冷卻流體，以及在制冷系統(tǒng)環(huán)路沈內(nèi)循環(huán)的制冷劑。在某些實(shí)施方案中，熱交換器36 可包括一個(gè)加熱器(即電加熱器或者其他合適的加熱器)，以抑制流經(jīng)熱交換器36的冷卻流體凝固。根據(jù)冷卻負(fù)載的要求和周圍空氣的溫度，冷卻器12可運(yùn)行在三種不同的運(yùn)行模式下。具體地，控制裝置37可管理冷卻器12的運(yùn)行，以將冷卻流體環(huán)路M內(nèi)的流體冷卻到規(guī)定的溫度或者規(guī)定的溫度范圍。例如，控制裝置37可在三種不同運(yùn)行模式之間切換冷卻器12。當(dāng)外部空氣溫度低時(shí)，例如在北方氣候的冬天，冷卻器12可運(yùn)行在自然冷卻模式下，該模式引導(dǎo)冷卻流體經(jīng)過自然冷卻系統(tǒng)觀，然后將該流體返回至冷卻負(fù)載。在這種運(yùn)行模式下，自然冷卻系統(tǒng)觀可將熱從冷卻流體傳遞至到在獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)循環(huán)的防止凝固的流體。獨(dú)立環(huán)路32可使防止凝固的流體循環(huán)經(jīng)過空氣-液體熱交換器34，以將熱排到低溫戶外空氣中。如果期望或者需要額外的冷卻容量，則除了自然冷卻系統(tǒng)觀提供的自然冷卻，冷卻器12可運(yùn)行在采用機(jī)械冷卻的第二運(yùn)行模式中。在機(jī)械冷卻期間，制冷系統(tǒng)沈可實(shí)施一個(gè)蒸氣壓縮循環(huán)，以對冷卻流體提供額外的冷卻。例如，在該運(yùn)行模式下，隨著冷卻流體循環(huán)經(jīng)過回路30，冷卻流體可首先通過防止凝固的流體進(jìn)行冷卻。具體地，隨著冷卻流體流動(dòng)經(jīng)過熱交換器36，冷卻流體可將熱傳遞至從獨(dú)立環(huán)路32流經(jīng)熱交換器36的防止凝固的流體。在離開自然冷卻系統(tǒng)觀之后，通過將熱傳遞至制冷系統(tǒng)環(huán)路26內(nèi)流動(dòng)的制冷劑，冷卻流體可進(jìn)一步被冷卻。具體地，隨著冷卻流體流經(jīng)蒸發(fā)器38，冷卻流體可將熱傳遞至制冷系統(tǒng)沈內(nèi)流動(dòng)的制冷劑。為提供甚至更大的冷卻容量，冷卻器12可運(yùn)行在第三運(yùn)行模式下，該第三運(yùn)行模式采用制冷系統(tǒng)26和自然冷卻系統(tǒng)觀的獨(dú)立環(huán)路32來補(bǔ)充制冷系統(tǒng)沈中的制冷劑的冷卻。在該運(yùn)行模式中，隨著冷卻流體流經(jīng)蒸發(fā)器38，循環(huán)至冷卻負(fù)載的冷卻流體可被在制冷系統(tǒng)沈內(nèi)流動(dòng)的制冷劑所冷卻。冷卻流體并非首先流經(jīng)自然冷卻系統(tǒng)觀，而是可繞過自然冷卻系統(tǒng)觀，直接流向蒸發(fā)器38。隨后自然冷卻系統(tǒng)觀可用于冷卻在制冷系統(tǒng)沈內(nèi)流動(dòng)的制冷劑。具體地，制冷劑可流經(jīng)熱交換器36，以將熱傳遞至獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)的防止凝固的流體。隨著防止凝固的流體流經(jīng)空氣-液體熱交換器34，防止凝固的流體可隨后將熱傳遞至周圍空氣。以此方式，自然冷卻系統(tǒng)觀可從在制冷系統(tǒng)沈內(nèi)流動(dòng)的制冷劑中吸收熱，以提供額外的冷卻容量。
不論何種運(yùn)行模式，冷卻器12可用于冷卻循環(huán)至冷卻負(fù)載的冷卻流體，以及用于冷卻循環(huán)自冷卻負(fù)載的冷卻流體。冷卻流體可通過與冷卻負(fù)載流體連通的返回管線39進(jìn)入冷卻器12。泵40使冷卻流體循環(huán)經(jīng)過冷卻流體環(huán)路對，并將冷卻流體引向連接點(diǎn)42，該連接點(diǎn)42將自然冷卻系統(tǒng)觀流體連接至冷卻流體環(huán)路M。泵可為任何合適類型的泵，例如正排量泵(positive displacement pump)、離心泵等。閥44可位于連接點(diǎn)42，并可將冷卻流體引向自然冷卻系統(tǒng)28。在某些實(shí)施方案中，閥44可為三路伺服控制閥，其被配置為在一個(gè)位置引導(dǎo)冷卻流體流經(jīng)自然冷卻系統(tǒng)觀，并在另一個(gè)位置繞過自然冷卻系統(tǒng)觀。然而，在其他實(shí)施方案中，閥44可以是由機(jī)電致動(dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器、液壓致動(dòng)器或其它合適的控制器所控制的球閥、轉(zhuǎn)子閥(rotor valve)等。
當(dāng)周圍空氣溫度低至足以能提供自然冷卻時(shí)，冷卻器12可運(yùn)行在第一運(yùn)行模式， 或者自然冷卻模式。例如，在處在外界溫度低于近似13攝氏度的冬天時(shí)，冷卻器12可運(yùn)行在自然冷卻模式中。然而，在其他實(shí)施方案中，冷卻模式的確定可基于各種因素，例如冷卻負(fù)載的冷卻要求、外部溫度和/或濕度、冷卻流體的類型以及冷卻器12的冷卻容量等。在第一模式中，閥44可引導(dǎo)冷卻流體經(jīng)過自然冷卻系統(tǒng)28的回路30。泵40可使冷卻流體經(jīng)過回路30循環(huán)至熱交換器36。然而，在某些實(shí)施方案中，一個(gè)額外的泵可被包括在回路30 內(nèi)，以使冷卻流體循環(huán)經(jīng)過自然冷卻系統(tǒng)觀。
隨著冷卻流體循環(huán)經(jīng)過熱交換器36，冷卻流體可將熱傳遞至也流經(jīng)熱交換器36 的防止凝固的流體。熱交換器36包括一個(gè)三流體熱交換器，該三流體熱交換器循環(huán)來自回路30的冷卻流體、來自獨(dú)立環(huán)路32的防止凝固的流體以及來自制冷系統(tǒng)沈的制冷劑。在某些實(shí)施方案中，熱交換器36可以是帶有多個(gè)回路的殼管式熱交換器或者帶有多個(gè)回路的板式熱交換器。例如，熱交換器36可包括兩個(gè)分立的回路，一個(gè)用于在回路30內(nèi)循環(huán)的冷卻流體，一個(gè)用于在制冷系統(tǒng)環(huán)路26內(nèi)循環(huán)的制冷劑。來自獨(dú)立環(huán)路32的防止凝固的流體可隨后流經(jīng)殼管式熱交換器的與兩個(gè)回路都熱傳遞連通的殼側(cè)，或者流經(jīng)板式熱交換器的與兩個(gè)回路都熱傳遞連通的那部分。
在某些運(yùn)行模式下，僅有兩個(gè)流體可循環(huán)經(jīng)過熱交換器36。例如，在第一運(yùn)行模式下，僅防止凝固的流體和冷卻流體可循環(huán)經(jīng)過熱交換器36。因?yàn)橹评湎到y(tǒng)沈在第一運(yùn)行模式下并不運(yùn)行，因此沒有制冷劑會(huì)循環(huán)經(jīng)過熱交換器36。然而，在第一運(yùn)行模式下熱交換器 36可作為一個(gè)用于制冷劑的接收器。
在第一運(yùn)行模式下，隨著冷卻流體流經(jīng)熱交換器36，冷卻流體可向防止凝固的流體傳遞熱。冷卻流體可隨后作為低溫流體離開熱交換器36，并可經(jīng)過連接點(diǎn)46返回至冷卻流體環(huán)路M。冷卻流體可隨后在冷卻環(huán)路M內(nèi)循環(huán)至蒸發(fā)器38。在該第一運(yùn)行模式下， 蒸發(fā)器38可作為儲(chǔ)存器，并沒有提供任何基本的冷卻流體的蒸發(fā)冷卻。冷卻流體可經(jīng)供應(yīng)管線50從蒸發(fā)器38返回至冷卻負(fù)載。供應(yīng)管線50可將冷卻流體循環(huán)至冷卻負(fù)載，在冷卻負(fù)載處冷卻流體可被冷卻負(fù)載加熱。例如，冷卻流體可從建筑物內(nèi)的空氣中吸熱，或從裝置內(nèi)流動(dòng)的流體中吸熱。在從冷卻負(fù)載中吸收熱量之后，冷卻流體可經(jīng)返回管線39進(jìn)入冷卻器12，在冷卻器12處可再次開始所述冷卻循環(huán)。
在該第一運(yùn)行模式中，防止凝固的流體可從熱交換器36內(nèi)的冷卻流體中吸收熱。 防止凝固的流體可在獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)從熱交換器36循環(huán)至閥52。在某些實(shí)施方案中，閥52 可為三路伺服控制閥，其被配置在一個(gè)位置將防止凝固的冷卻流體引導(dǎo)經(jīng)過空氣-液體熱交換器34，在另一位置繞過熱交換器34。然而，在其他實(shí)施方案中，閥52可以是由機(jī)電致動(dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器、液壓致動(dòng)器和其他合適的控制器所控制的球閥、轉(zhuǎn)子閥等。閥52可將防止凝固的流體引至熱交換器34，以將從冷卻流體吸收的一些熱或者全部熱排到周圍空氣中。冷卻流體可流經(jīng)熱交換器34的管，以向周圍空氣傳遞熱。被電機(jī) 56驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇M吸引空氣掠過熱交換器34。隨著空氣流動(dòng)掠過熱交換器34，熱可從防止凝固的流體傳遞至空氣，從而冷卻該流體，并且產(chǎn)生被加熱的空氣。因此，離開熱交器34的流體的溫度會(huì)低于進(jìn)入熱交換器34的流體的溫度。在返回?zé)峤粨Q器36之前，防止凝固的流體可從熱交換器34流經(jīng)連接點(diǎn)58、膨脹箱60、泵62和止回閥(check valve) 64。膨脹箱60允許存儲(chǔ)和熱膨脹防止凝固的流體，并且可以是任何合適類型的箱或容器。泵62可包括任何適合類型的泵，被配置用于在獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)循環(huán)防止凝固的流體。閥64可包括一個(gè)止回閥，該止回閥防止冷卻流體倒流經(jīng)過泵62。然而，在其它實(shí)施方案中，泵62可包括防止倒流的帶有集成閥特征的正排量泵。在該實(shí)施方案中，可省略閥64。此外，在其他實(shí)施方案中，閥64可為手動(dòng)致動(dòng)閥、電磁閥、閘閥和其他合適類型的閥。冷卻流體可從閥64進(jìn)入熱交換器36，在熱交換器36處可再從冷卻流體吸收熱?？刂蒲b置37可管理閥52、泵62和/或電機(jī)56的運(yùn)行，以控制進(jìn)入熱交換器36的防止凝固的流體的溫度。例如，在某些實(shí)施方案中，進(jìn)入熱交換器36的防止凝固的流體的溫度可被維持在凝固之上的某一溫度，以抑制也在熱交換器36內(nèi)循環(huán)的冷卻流體凝固。在一個(gè)具體實(shí)施例中，控制裝置37可斷開驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇M的電機(jī)56，以停止空氣流經(jīng)過空氣-液體熱交換器34，這轉(zhuǎn)而升高了進(jìn)入熱交換器36的防止凝固的流體的溫度。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制裝置37可將閥52設(shè)置在一個(gè)旁路位置，在該位置防止凝固的流體繞過空氣-液體熱交換器34直接從熱交換器36流至膨脹箱60。在又一個(gè)實(shí)施例中，控制裝置37可接合和分離泵62?；谥車諝鉁囟?、防止凝固的流體的溫度、冷卻流體的溫度、一天中的時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、日歷日或者以上的組合等，控制裝置37可管理電機(jī)56、閥52和/或泵62的運(yùn)行。當(dāng)外部空氣溫度已經(jīng)升高和/或當(dāng)外部空氣并沒有冷到可向冷卻負(fù)載提供充足的冷卻時(shí)，冷卻器12在第二運(yùn)行模式中運(yùn)行。在第二運(yùn)行模式下，制冷系統(tǒng)沈可實(shí)施一個(gè)蒸氣-壓縮循環(huán)或者其他類型的冷卻循環(huán)(例如吸收或者熱電循環(huán))，從而為冷卻負(fù)載提供額外的冷卻。如前文關(guān)于第一運(yùn)行模式描述的，冷卻流體可流經(jīng)自然冷卻系統(tǒng)觀的回路 30。具體地，隨著冷卻流體流經(jīng)熱交換器36，冷卻流體可將熱傳遞至在自然冷卻系統(tǒng)觀的獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)循環(huán)的防止凝固的流體。在被防止凝固的流體冷卻后，冷卻流體流經(jīng)連接點(diǎn) 46，并再次進(jìn)入流體冷卻環(huán)路24。冷卻流體可隨后流進(jìn)蒸發(fā)器38，在蒸發(fā)器38處冷卻流體被來自制冷系統(tǒng)沈的制冷劑所冷卻。蒸發(fā)器38可以是板式熱交換器、殼管式熱交換器、板殼式熱交換器或者任何其他合適類型的熱交換器。蒸發(fā)器38可循環(huán)在制冷系統(tǒng)沈的封閉環(huán)路內(nèi)流動(dòng)的制冷劑。制冷劑可以是吸收和吸取熱的任何流體。例如，制冷劑可以是基于氫氟化碳的R-410A、R-407C或者R-13^，或者可以是二氧化碳(R-744)或者氨(R-717)。隨著制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器38，制冷劑可從蒸發(fā)器38內(nèi)流動(dòng)的冷卻流體中吸收熱，以在冷卻流體經(jīng)過供應(yīng)管線50返回至冷卻負(fù)載之前冷卻所述冷卻流體。
在制冷系統(tǒng)沈內(nèi)，制冷劑可循環(huán)經(jīng)過一個(gè)封閉環(huán)路，該封閉環(huán)路包括壓縮機(jī)72、 熱交換器36、冷凝器74和膨脹裝置76。在運(yùn)行中，制冷劑可作為低壓和低溫蒸氣離開蒸發(fā)器38。壓縮機(jī)72可減小適于制冷劑蒸氣的體積，結(jié)果增加了蒸氣制冷劑的壓力和溫度。壓縮機(jī)可以是任何合適的壓縮機(jī)，例如螺桿壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)、擺桿壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)或者離心壓縮機(jī)。壓縮機(jī)72可被電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該電機(jī)從變速驅(qū)動(dòng)器或者直接AC或DC電源中接收動(dòng)力。高壓和高溫蒸氣制冷劑可從壓縮機(jī)72流經(jīng)熱交換器36。隨著制冷劑流經(jīng)熱交換器36，制冷劑可將熱傳遞至來自獨(dú)立環(huán)路32的在熱交換器36內(nèi)流動(dòng)的防止凝固的流體。結(jié)果，防止凝固的流體既可從在回路30內(nèi)循環(huán)的冷卻流體中吸收熱， 也可從在制冷系統(tǒng)環(huán)路沈內(nèi)循環(huán)的制冷劑中吸收熱。在某些實(shí)施方案中，防止凝固的流體可對流經(jīng)熱交換器36的制冷劑的一部分或全部制冷劑進(jìn)行降溫(desuperheat)。然而在其它實(shí)施方案中，在第二運(yùn)行模式中，旁路閥73可允許制冷劑繞過熱交換器36并直接流至冷凝器74。
制冷蒸氣可從熱交換器36和/或旁路閥73流至冷凝器74。被電機(jī)80驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇78吸引空氣掠過冷凝器74的管。風(fēng)扇可推動(dòng)或者拉動(dòng)空氣掠過管。隨著空氣流動(dòng)掠過管，熱從制冷劑蒸氣傳遞至空氣，導(dǎo)致制冷劑蒸氣凝結(jié)成液體，并加熱周圍空氣。液體制冷劑隨后進(jìn)入膨脹裝置76，在膨脹裝置76處制冷劑膨脹以變成低壓和低溫液體-蒸氣混合物。典型地，膨脹裝置76將是一個(gè)熱膨脹閥(TXV)，然而，根據(jù)其他示例性實(shí)施方案，膨脹裝置可以是機(jī)電閥、孔口(orifice)、或者毛細(xì)管。液體制冷劑可從膨脹裝置76進(jìn)入蒸發(fā)器38，在蒸發(fā)器38處所述過程可再次開始，并且制冷劑可從流經(jīng)蒸發(fā)器38的冷卻流體吸收熱。
制冷系統(tǒng)沈通常包括高壓側(cè)和低壓側(cè)。高壓側(cè)包括制冷系統(tǒng)沈的循環(huán)高壓制冷劑(即壓縮后和膨脹前)的那部分。具體地，高壓側(cè)包括將來自壓縮機(jī)72的制冷劑循環(huán)經(jīng)過熱交換器36、冷凝器74和膨脹裝置76的那部分。低壓側(cè)包括制冷系統(tǒng)沈的循環(huán)低壓制冷劑(也就是膨脹后和壓縮前)的那部分。具體地，低壓側(cè)包括制冷系統(tǒng)26的將來自膨脹閥76的制冷劑循環(huán)經(jīng)過蒸發(fā)器38進(jìn)入壓縮機(jī)72的那部分。在其他實(shí)施方案中，制冷系統(tǒng) 26可沒有冷凝器74。在其他實(shí)施方案中，熱交換器36可作為冷凝器。
如上所示，在第二運(yùn)行模式中，冷卻環(huán)路M內(nèi)的冷卻流體可被自然冷卻系統(tǒng)觀和制冷系統(tǒng)沈所冷卻。具體地，自然冷卻系統(tǒng)觀可將冷卻流體循環(huán)經(jīng)過第一回路30，以將熱從冷卻流體傳遞至在獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)循環(huán)的防止凝固的流體。隨著防止凝固的流體流經(jīng)空氣-液體熱交換器34，防止凝固的流體可隨后將從冷卻流體吸收的熱釋放到周圍空氣。在冷卻流體已被熱交換器36內(nèi)的防止凝固的流體冷卻后，冷卻流體可隨后流經(jīng)蒸發(fā)器38，在蒸發(fā)器38處，通過把熱從冷卻流體吸收進(jìn)在蒸發(fā)器38內(nèi)流動(dòng)的制冷劑，制冷系統(tǒng)沈可進(jìn)一步從冷卻流體中移走熱。以此方式，自然冷卻系統(tǒng)觀和制冷系統(tǒng)沈都可被用于在該第二運(yùn)行模式期間提供冷卻容量。
當(dāng)期望進(jìn)一步的制冷或冷卻容量時(shí)，冷卻器12可運(yùn)行在采用補(bǔ)充的冷卻的第三運(yùn)行模式下。在該模式中，冷卻流體可經(jīng)過返回管線39進(jìn)入冷卻器12，流經(jīng)泵40，在連接點(diǎn)42經(jīng)過閥44。冷卻流體可從閥44直接流至連接點(diǎn)46，繞過自然冷卻系統(tǒng)28。冷卻流體可從連接點(diǎn)46流經(jīng)蒸發(fā)器38，在蒸發(fā)器38處冷卻流體可被流經(jīng)制冷系統(tǒng)沈的制冷劑所冷卻。在該第三運(yùn)行模式下，制冷系統(tǒng)沈可從流經(jīng)熱交換器36的防止凝固的流體接收補(bǔ)充的冷卻。如前文關(guān)于第一運(yùn)行模式描述的，防止凝固的流體可流經(jīng)自然冷卻系統(tǒng)觀的獨(dú)立環(huán)路32。然而，在該第三運(yùn)行模式中，隨著防止凝固的流體流經(jīng)熱交換器36，防止凝固的流體可從離開壓縮機(jī)72并流經(jīng)熱交換器36的壓縮的制冷劑中吸收熱。在某些實(shí)施方案中，熱交換器36可用于在壓縮的制冷劑進(jìn)入冷凝器74之前對其進(jìn)行降溫。通過將熱從制冷劑傳遞至在自然冷卻系統(tǒng)觀的獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)流動(dòng)的防止凝固的流體，熱交換器36可為制冷系統(tǒng)沈提供額外的冷卻容量。相應(yīng)地，在第三運(yùn)行模式期間，熱交換器36可被用于把熱從制冷系統(tǒng)沈傳遞至自然冷卻系統(tǒng)觀。具體地，自然冷卻系統(tǒng)觀的獨(dú)立環(huán)路32可將防止凝固的流體從熱交換器 36循環(huán)至空氣-液體熱交換器34，以將熱排放到環(huán)境中。以此方式，即使在系統(tǒng)沒有運(yùn)行在自然冷卻模式的時(shí)候，空氣-液體熱交換器34可被冷卻器12用于從系統(tǒng)中移走熱。例如，即使在環(huán)境空氣溫度可高于變冷的水的供應(yīng)溫度的時(shí)候，獨(dú)立環(huán)路32可被用于從制冷系統(tǒng)沈移走熱。具體地，即使周圍空氣溫度可為高的，例如在攝氏21度以上，周圍空氣溫度仍然可低于在制冷系統(tǒng)26內(nèi)流動(dòng)的高壓和高溫制冷劑的溫度。該溫度差可使得空氣-液體熱交換器34將熱從制冷系統(tǒng)沈傳遞至環(huán)境，因此增加了制冷系統(tǒng)沈的冷卻容量?？刂蒲b置37——例如控制電路82以及溫度傳感器84和86——可管理冷卻器12 的運(yùn)行。例如，控制電路82可聯(lián)接至閥44和52以及泵62?？刂齐娐?2可使用從傳感器 84和86接收的信息來確定何時(shí)運(yùn)行泵62以及何時(shí)切換閥44和52的位置。在一些應(yīng)用中，控制電路82也可聯(lián)接至分別驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇討和78的電機(jī)56和80。進(jìn)一步，控制電路82 可聯(lián)接至壓縮機(jī)72?？刂齐娐?2包括本地或遠(yuǎn)程命令裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和處理器、和/或手動(dòng)或者自動(dòng)設(shè)置系統(tǒng)接收的溫度相關(guān)信號的機(jī)械、電子和機(jī)電裝置?？刂齐娐?2可配置為基于從溫度傳感器84和86接收的輸入在第一、第二和第三運(yùn)行模式之間切換冷卻器12。溫度傳感器84可感測周圍外部空氣的溫度，溫度傳感器86 可感測從冷卻負(fù)載返回的冷卻流體的溫度。例如，溫度傳感器86可置于冷卻環(huán)路對內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)傳感器84感測的周圍空氣溫度低于溫度傳感器86感測的冷卻流體的溫度時(shí)，控制電路82可設(shè)置冷卻器12運(yùn)行在第一運(yùn)行模式下，該第一運(yùn)行模式采用通過循環(huán)冷卻流體經(jīng)過自然冷卻系統(tǒng)28的回路30的自然冷卻。例如，控制電路82可設(shè)置閥42 以將冷卻流體引導(dǎo)經(jīng)過自然冷卻系統(tǒng)觀，可接合泵62，并可禁用壓縮機(jī)72。控制電路82可使冷卻器12運(yùn)行在第一運(yùn)行模式下，直到周圍空氣溫度到達(dá)特定值或者是高于冷卻流體的溫度一特定量。控制電路82可隨后設(shè)置冷卻器12運(yùn)行在第二運(yùn)行模式下，除了循環(huán)冷卻流體經(jīng)過自然冷卻系統(tǒng)觀的回路30，該第二運(yùn)行模式采用制冷系統(tǒng)沈。在某些實(shí)施方案中，控制電路82可使得壓縮機(jī)72和電機(jī)80循環(huán)制冷劑經(jīng)過制冷系統(tǒng)26?？刂齐娐?2可使冷卻器 12運(yùn)行在第二運(yùn)行模式下，直到周圍空氣溫度達(dá)到另一個(gè)特定值或者高于冷卻流體溫度另一個(gè)特定量，或者直到冷卻流體的溫度上升高于某一閾值。此外，在其他實(shí)施方案中，控制電路82可從溫度傳感器接收反饋，該傳感器被配置為感測在獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)流動(dòng)的防止凝固的流體的溫度。在這些實(shí)施方案中，控制電路82可使冷卻器12運(yùn)行在第二運(yùn)行模式下， 直到防止凝固的流體的溫度超過或接近冷卻流體的溫度?？刂齐娐?2可隨后將冷卻器12 切換至第三運(yùn)行模式，該第三運(yùn)行模式采用自然冷卻系統(tǒng)觀的獨(dú)立回路32以從制冷系統(tǒng) 26移走熱。例如，控制電路82可設(shè)置閥42以繞過自然冷卻系統(tǒng)28。
控制電路可基于使用來自溫度傳感器84和86的輸入的不同類型的控制邏輯?？刂齐娐?2還可控制包括在冷卻器12內(nèi)的其它閥和泵。此外，額外的輸入——例如流速、壓力和其他溫度——可被用于控制冷卻器12的運(yùn)行。例如，其他裝置可被包括在冷卻器12 內(nèi)，例如額外的壓力和/或溫度換能器或者開關(guān)，用于感測制冷劑和冷卻流體、熱交換器、 入口空氣和出口空氣等的溫度和壓力。此外，提供的用于確定運(yùn)行模式的實(shí)施例并不旨在局限于此?；诟鞣N因素——例如系統(tǒng)容量、冷卻負(fù)載等——的其他值和設(shè)置點(diǎn)可被用于在第一、二、三運(yùn)行模式之間切換冷卻器12。
包括在圖片2中的泵和閥的配置僅通過實(shí)施例示出，并不旨在局限于此。例如，泵和閥的位置、數(shù)量、和類型可變化。在一個(gè)例子中，泵可包括在回路30內(nèi)，以循環(huán)冷卻流體經(jīng)過自然冷卻系統(tǒng)觀。在該實(shí)施例中，泵40可位于冷卻流體環(huán)路M內(nèi)在閥44的上游或下游。在另一個(gè)實(shí)施例中，泵62可位于獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)的其他位置，例如，閥52的上游或者空氣-液體熱交換器34的下游。此外，在某些實(shí)施方案中，例如，如果具有有效關(guān)閉(positive shutoff)特征的泵被包括在回路30內(nèi)，則可除去閥44。在另一個(gè)實(shí)施例中，泵62可裝配有有效關(guān)閉特征并且可除去閥64。在又一個(gè)實(shí)施例中，閥44可位于連接點(diǎn)46。此外，閥44 可被雙路閥所替代。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，雙路閥可定位于連接點(diǎn)44和46之間。當(dāng)然， 可在冷卻器12中設(shè)想和采用許多其他泵和閥配置。再者，在其他實(shí)施方案中，可省去旁路閥52、連接點(diǎn)58和/或止回閥64。在這些實(shí)施方案中，獨(dú)立環(huán)路32內(nèi)的防止凝固的流體可不繞過空氣-液體熱交換器34。再者，在這些實(shí)施方案中，可包括額外的設(shè)計(jì)特征和/或設(shè)備，以抑制獨(dú)立環(huán)路32中的自然對流，這轉(zhuǎn)而可減少熱交換器36中的凝固問題。例如， 正排量泵可包括在獨(dú)立環(huán)路32中和/或熱交換器36可位于獨(dú)立環(huán)路32中的高點(diǎn)。
圖3示出了另一個(gè)示例性的冷卻器88，包括冷卻流體環(huán)路24、制冷系統(tǒng)環(huán)路沈和自然冷卻系統(tǒng)觀。然而，替代于如圖2中示出的包括將防止凝固的流體循環(huán)至三流體熱交換器36的獨(dú)立環(huán)路32，自然冷卻系統(tǒng)觀包括在兩個(gè)熱交換器90和92之間循環(huán)防止凝固的流體的獨(dú)立環(huán)路89。熱交換器90和92可以是板式熱交換器，殼管式熱交換器，板殼式熱交換器或其它合適類型的熱交換器。
如上文關(guān)于圖2描述的，控制裝置37可在第一、二、三運(yùn)行模式之間切換冷卻器 88。具體地，在第一運(yùn)行模式中，控制電路82可設(shè)置閥44以引導(dǎo)冷卻流體經(jīng)過回路30。在回路30內(nèi)，冷卻流體可流經(jīng)熱交換器90，并將熱傳遞至流經(jīng)獨(dú)立環(huán)路89的防止凝固的流體。冷卻流體可隨后經(jīng)過連接點(diǎn)46返回冷卻流體環(huán)路M，并流經(jīng)蒸發(fā)器38，如上文關(guān)于圖 2描述的，蒸發(fā)器38可作為儲(chǔ)存器，而不提供任何基本的蒸發(fā)冷卻。供應(yīng)管線50可隨后將冷卻流體循環(huán)至冷卻負(fù)載。
隨著防止凝固的流體流經(jīng)熱交換器90，防止凝固的流體可從熱交換器90內(nèi)的冷卻流體吸收熱。防止凝固的流體可在獨(dú)立環(huán)路89內(nèi)從熱交換器90循環(huán)至閥94。在該第一運(yùn)行模式，控制電路82可設(shè)置閥94以引導(dǎo)防止凝固的流體經(jīng)過連接點(diǎn)96，繞過熱交換器 92。如上文關(guān)于圖2描述的，防止凝固的流體可隨后流經(jīng)閥52、空氣-液體熱交換器34、膨脹箱60、泵62和閥64，然后返回至熱交換器90。然而，在其他實(shí)施方案中，閥64可省略，且防止凝固的流體可流經(jīng)熱交換器92，在該第一運(yùn)行模式中熱交換器92作為防止凝固的流體的接收器。在第二運(yùn)行模式中，控制裝置37可按照如上文關(guān)于圖2的描述運(yùn)行制冷系統(tǒng)26。 冷卻流體可流經(jīng)自然冷卻系統(tǒng)觀的回路30，以將熱傳遞至獨(dú)立環(huán)路89內(nèi)循環(huán)的防止凝固的流體。在被防止凝固的流體冷卻后，冷卻流體可流經(jīng)連接點(diǎn)46，并再次返回流體冷卻環(huán)路 24。冷卻流體可隨后流進(jìn)蒸發(fā)器38，在蒸發(fā)器38處冷卻流體可被制冷系統(tǒng)沈的制冷劑所冷卻。在制冷系統(tǒng)沈內(nèi)，制冷劑可循環(huán)經(jīng)過一個(gè)包括壓縮機(jī)72、熱交換器92、冷凝器74 和膨脹裝置76的封閉環(huán)路。隨著制冷劑流經(jīng)熱交換器92，制冷劑可將熱傳遞至在熱交換器 92內(nèi)流動(dòng)的來自獨(dú)立環(huán)路89的防止凝固的流體。具體地，控制電路82可設(shè)置獨(dú)立環(huán)路89 的閥94，以引導(dǎo)防止凝固的流體經(jīng)過熱交換器92。隨著防止凝固的流體流經(jīng)熱交換器92， 防止凝固的流體可從在熱交換器92內(nèi)流動(dòng)的制冷劑吸收熱。在某些實(shí)施方案中，防止凝固的流體可對流經(jīng)熱交換器36的制冷劑的一部分或者全部進(jìn)行降溫。防止凝固的流體可隨后流經(jīng)連接點(diǎn)96和閥52流至空氣-液體熱交換器34，在空氣-液體熱交換器34處防止凝固的流體可將熱傳遞至周圍空氣。相應(yīng)地，在第二運(yùn)行模式中，防止凝固的流體可從環(huán)路M 內(nèi)流動(dòng)的冷卻流體和制冷系統(tǒng)環(huán)路沈內(nèi)流動(dòng)的制冷劑吸收熱。然而，在其他實(shí)施方案中， 在第二運(yùn)行模式中，旁路閥94可允許防止凝固的流體繞過熱交換器92，并直接流至閥52。在第三運(yùn)行模式中，控制電路82可設(shè)置閥44以繞過回路30。相應(yīng)地，冷卻流體可從閥44直接流至連接點(diǎn)46，繞過自然冷卻系統(tǒng)觀。冷卻流體可從連接點(diǎn)46流經(jīng)蒸發(fā)器 38，在蒸發(fā)器38處冷卻流體可被流經(jīng)制冷系統(tǒng)沈的制冷劑所冷卻。自然冷卻系統(tǒng)觀可隨后為制冷系統(tǒng)沈提供補(bǔ)充的冷卻。具體地，如前文關(guān)于第二運(yùn)行模式描述的，防止凝固的流體可流經(jīng)自然冷卻系統(tǒng)觀的獨(dú)立環(huán)路89。然而，在該第三運(yùn)行模式中，隨著防止凝固的流體流經(jīng)熱交換器92，防止凝固的流體可從離開壓縮機(jī)72 和流經(jīng)熱交換器92的壓縮的制冷劑吸收熱。在某些實(shí)施方案中，熱交換器92可用于在壓縮的制冷劑進(jìn)入冷凝器74之前對其進(jìn)行降溫。通過將熱從制冷劑傳遞至自然冷卻系統(tǒng)觀的獨(dú)立環(huán)路89內(nèi)流動(dòng)的防止凝固的流體，熱交換器92可為制冷系統(tǒng)沈提供額外的冷卻容量。在其他實(shí)施方案中，制冷系統(tǒng)26可不包括冷凝器74。在這些實(shí)施方案中，熱交換器92 可作為冷凝器。圖4示出了另一個(gè)冷卻器98，包括冷卻流體環(huán)路對，制冷系統(tǒng)環(huán)路沈和自然冷卻系統(tǒng)觀。然而，替代于蒸發(fā)器38 (圖幻，冷卻器98可包括三流體熱交換器99。除了循環(huán)來自冷卻流體環(huán)路M的冷卻流體和來自制冷系統(tǒng)環(huán)路沈的制冷劑，熱交換器99可循環(huán)來自第二制冷系統(tǒng)環(huán)路100的制冷劑。在某些實(shí)施方案中，熱交換器99可以是帶有多個(gè)回路的殼管式熱交換器或者帶有多個(gè)回路的板式熱交換器。如上文關(guān)于圖2描述的，控制裝置37在第一、二、三運(yùn)行模式之間切換冷卻器98。 具體地，在第一運(yùn)行模式中，控制電路82可設(shè)置閥44以引導(dǎo)冷卻流體經(jīng)過回路30，在回路 30中冷卻流體可將熱傳遞至流經(jīng)獨(dú)立環(huán)路89的防止凝固的流體，如上文關(guān)于圖3描述的。 冷卻流體可隨后流經(jīng)連接點(diǎn)46，并再次進(jìn)入冷卻流體環(huán)路M。冷卻流體可從連接點(diǎn)46流經(jīng)熱交換器99，在第一運(yùn)行模式中，熱交換器99可作為儲(chǔ)存器，而沒有提供任何基本的冷卻流體的冷卻。盡管制冷系統(tǒng)環(huán)路沈和100可不在第一運(yùn)行模式期間運(yùn)行，但是熱交換器 99可作為一個(gè)用于這兩個(gè)環(huán)路沈和100內(nèi)的制冷劑的接收器。冷卻流體可經(jīng)供應(yīng)管線50 從熱交換器99返回冷卻負(fù)載。
在第二種運(yùn)行模式下，控制裝置37可按照如上文關(guān)于圖2的描述運(yùn)行制冷系統(tǒng) 26。冷卻流體可流經(jīng)自然冷卻系統(tǒng)觀的回路30，以將熱傳遞至在獨(dú)立環(huán)路89內(nèi)循環(huán)的防止凝固的流體。在被防止凝固的流體冷卻后，冷卻流體可流經(jīng)連接點(diǎn)46，并再次進(jìn)入流體冷卻環(huán)路M。冷卻流體可隨后流進(jìn)熱交換器99，在熱交換器99處冷卻流體可被制冷系統(tǒng)沈的冷卻劑所冷卻。具體地，隨著制冷劑流經(jīng)熱交換器99，在制冷系統(tǒng)沈內(nèi)循環(huán)的制冷劑可從冷卻流體中吸收熱。在該第二運(yùn)行模式下，制冷系統(tǒng)環(huán)路100仍可不運(yùn)行；然而，熱交換器99可作為用于環(huán)路100內(nèi)的制冷劑的接收器。
在第三種運(yùn)行模式下，除了運(yùn)行制冷系統(tǒng)環(huán)路沈，控制電路82可運(yùn)行制冷系統(tǒng)環(huán)路100。在某些實(shí)施方案中，控制電路82可啟用制冷系統(tǒng)環(huán)路100的壓縮機(jī)102。制冷系統(tǒng)環(huán)路100可循環(huán)制冷劑經(jīng)過熱交換器104，熱交換器104也循環(huán)在獨(dú)立環(huán)路89內(nèi)流動(dòng)的防止凝固的流體。例如，控制電路82可設(shè)置閥94，以將防止凝固的流體從閥94引導(dǎo)至熱交換器104。隨著防止凝固的流體流經(jīng)熱交換器104，防止凝固的流體可從制冷系統(tǒng)環(huán)路100 的制冷劑中吸收熱。隨著防止凝固的流體流經(jīng)空氣-液體熱交換器34，防止凝固的流體可隨后向周圍空氣釋放熱，如上文關(guān)于圖3描述的。
控制電路也可設(shè)置閥44以繞過回路30。相應(yīng)地，冷卻流體可從閥44直接流至連接點(diǎn)46，繞過自然冷卻系統(tǒng)觀。冷卻流體可從連接點(diǎn)46流經(jīng)熱交換器99，在熱交換器99 處冷卻流體可被流經(jīng)制冷系統(tǒng)26和100的制冷劑所冷卻。制冷系統(tǒng)沈可按照上文關(guān)于圖 2的描述來運(yùn)行。
制冷系統(tǒng)100可實(shí)施一個(gè)蒸氣壓縮循環(huán)、或者其他類型的冷卻循環(huán)，例如吸收或熱電循環(huán)，從而為冷卻負(fù)載提供額外的冷卻。在制冷系統(tǒng)100內(nèi)，制冷劑可循環(huán)經(jīng)過一個(gè)包括壓縮機(jī)102、熱交換器104和膨脹裝置106的封閉環(huán)路。在運(yùn)行中，制冷劑可作為低壓和低溫蒸氣離開熱交換器99。壓縮機(jī)102可減小適于制冷劑蒸氣的體積，結(jié)果增加了蒸氣制冷劑的壓力和溫度。壓縮機(jī)可以是任何合適的壓縮機(jī)，例如螺桿壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)、擺桿壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)或者離心壓縮機(jī)。壓縮機(jī)102可被電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該電機(jī)從變速驅(qū)動(dòng)器或者直接AC或DC電源中接收動(dòng)力。
高壓和高溫蒸氣制冷劑可從壓縮機(jī)102流經(jīng)熱交換器104。熱交換器104可以是板式熱交換器、管殼式熱交換器、板殼式熱交換器或其他合適類型的熱交換器。隨著制冷劑流經(jīng)熱交換器104，制冷劑可將熱傳遞至來自獨(dú)立環(huán)路89的在熱交換器104內(nèi)流動(dòng)的防止凝固的流體。防止凝固的流體可隨后通過空氣-液體熱交換器34向周圍空氣釋放熱。以此方式，在第三運(yùn)行模式期間，自然冷卻系統(tǒng)觀可被用于提供冷卻流體的額外的冷卻。
在熱交換器104內(nèi)，隨著制冷劑將熱傳遞至防止凝固的流體，制冷劑蒸氣可凝結(jié)成液體。液體制冷劑隨后進(jìn)入膨脹裝置106，在膨脹裝置106處制冷劑膨脹變成低壓和低溫液體-蒸氣混合物。典型地，膨脹裝置106將是一個(gè)熱膨脹閥(TXV)，然而，根據(jù)其他示例性實(shí)施方案，膨脹裝置可以是機(jī)電閥、孔口、或者毛細(xì)管。液體制冷劑可從膨脹裝置106進(jìn)入熱交換器99，在熱交換器99處所述過程可再次開始，并且制冷劑可從流經(jīng)熱交換器99的冷卻流體吸收熱。
相應(yīng)地，在第三運(yùn)行模式期間，兩個(gè)制冷系統(tǒng)沈和100可用于為冷卻流體環(huán)路M 提供冷卻容量。每個(gè)制冷系統(tǒng)沈和100可向周圍空氣釋放熱。具體地，制冷系統(tǒng)沈可通過冷凝器74釋放熱，制冷系統(tǒng)100可向獨(dú)立環(huán)路89中的防止凝固的流體釋放熱，這轉(zhuǎn)而可通過空氣-液體熱交換器34向周圍空氣釋放熱。當(dāng)然，包括在圖3和4中的泵和閥配置僅通過實(shí)施例示出，并不旨在局限于此。例如，泵和閥的位置、數(shù)量和類型可以改變。在一個(gè)實(shí)施例中，泵可包括在獨(dú)立環(huán)路89內(nèi)在閥 94下游。在另一個(gè)實(shí)施例中，可包括具有有效關(guān)閉特征的泵，以代替閥94。再者，關(guān)于圖2 描述的任何泵和閥的變體可用在圖3和4中。雖然僅示出和描述了本發(fā)明的某些特征和實(shí)施方案，但是在沒有實(shí)質(zhì)上偏離權(quán)利要求所限定的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)勢的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到許多改型和變化(例如在大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀、不同元件的比例、參數(shù)(例如溫度、壓力等)的值、安裝布置、材料使用、取向等等方面的改變)。根據(jù)替代實(shí)施方案，任何過程或方法步驟的次序或順序可以被改變或重新編序。因此，應(yīng)理解，附加的權(quán)利要求旨在覆蓋落在本發(fā)明實(shí)質(zhì)主旨范圍內(nèi)的所有改型和變化。另外，為了提供示例性實(shí)施方案的簡潔描述，沒有描述實(shí)際實(shí)施中的所有特征(即，與目前執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式不相關(guān)的，或者與實(shí)現(xiàn)要求權(quán)利的發(fā)明不相關(guān)的特征)。應(yīng)理解，在任何實(shí)際實(shí)施的開發(fā)中，如在任何工程項(xiàng)目或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，可做出多種實(shí)施具體決定。這些開發(fā)工作可能是復(fù)雜并耗時(shí)的，然而對于獲益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言僅為設(shè)計(jì)、制作和制造的例行任務(wù)，無需過多實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種制冷系統(tǒng)，包括一個(gè)帶有第一回路的自然冷卻系統(tǒng)，其被配置為將熱從第一冷卻流體傳遞至在所述自然冷卻系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立環(huán)路內(nèi)循環(huán)的第二冷卻流體，其中所述獨(dú)立環(huán)路被配置為將熱從所述第二冷卻流體傳遞至周圍空氣；以及一個(gè)熱交換器，其被配置為接收制冷劑，并將熱從所述制冷劑傳遞至所述第二冷卻流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中所述第二冷卻流體包括防止凝固的流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，包括第一制冷系統(tǒng)，其被配置為用所述制冷劑實(shí)施一個(gè)蒸氣-壓縮循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷系統(tǒng)，其中所述第一制冷系統(tǒng)包括一個(gè)壓縮機(jī)，其被配置為壓縮所述制冷劑；一個(gè)冷凝器，其被配置為接收和冷凝壓縮的制冷劑一個(gè)膨脹裝置，其被配置為降低冷凝的制冷劑的壓力；以及一個(gè)蒸發(fā)器，其被配置為在將所述制冷劑返回至所述壓縮機(jī)之前通過從所述第一冷卻流體吸收熱來蒸發(fā)所述制冷劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷系統(tǒng)，包括第二制冷系統(tǒng)，其被配置為實(shí)施一個(gè)蒸氣-壓縮循環(huán)，以從所述第一冷卻流體吸收熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制冷系統(tǒng)，包括一個(gè)三流體熱交換器，其被配置為將熱從所述第一冷卻流體傳遞至所述第一制冷系統(tǒng)和所述第二制冷系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中所述自然冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)空氣-液體熱交換器，該空氣-液體熱交換器被配置為將熱從所述第二冷卻流體傳遞至周圍空氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，包括至少一個(gè)閥，所述閥被配置為選擇性地繞過所述自然冷卻系統(tǒng)以及選擇性地將所述冷卻流體引導(dǎo)至所述自然冷卻系統(tǒng)，然后所述冷卻流體進(jìn)入與所述制冷劑流體連通的一個(gè)蒸發(fā)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中所述熱交換器包括一個(gè)三流體熱交換器，該三流體熱交換器被配置為將熱從所述第一冷卻流體傳遞至所述第二冷卻流體，并將熱從所述制冷劑傳遞至所述第二冷卻流體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中所述自然冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)額外的熱交換器，該熱交換器被配置為將熱從所述第一冷卻流體傳遞至所述第二冷卻流體。
11.一個(gè)制冷系統(tǒng)，包括一個(gè)蒸氣-壓縮制冷系統(tǒng)，包括一個(gè)蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器被配置為從循環(huán)經(jīng)過一個(gè)冷卻環(huán)路的第一冷卻流體中移走熱；以及一個(gè)自然冷卻系統(tǒng)，其被配置為循環(huán)所述第一冷卻流體經(jīng)過第一回路，以在所述第一冷卻流體和循環(huán)經(jīng)過所述自然冷卻系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立環(huán)路的第二冷卻流體之間交換熱，其中所述獨(dú)立環(huán)路循環(huán)所述第二冷卻流體經(jīng)過一個(gè)空氣-液體熱交換器，該空氣-液體熱交換器被配置為將熱從所述第二冷卻流體傳遞至周圍空氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制冷系統(tǒng)，其中所述第一冷卻流體具有第一凝固點(diǎn)溫度， 并且其中所述第二冷卻流體包括帶有第二凝固點(diǎn)溫度的溶液，所述第二凝固點(diǎn)溫度低于所述第一凝固點(diǎn)溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制冷系統(tǒng)，其中所述自然冷卻系統(tǒng)包括第一熱交換器和第二熱交換器，所述第一熱交換器被配置為將熱從所述第一冷卻流體傳遞至所述第二冷卻流體，所述第二熱交換器被配置為將熱從所述制冷劑傳遞至所述第二冷卻流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制冷系統(tǒng)，其中所述自然冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)閥，所述閥被配置為選擇性地繞過所述第二熱交換器以及選擇性地將所述第二冷卻流體引導(dǎo)至所述第二熱交換器，然后所述第二冷卻流體進(jìn)入所述空氣-液體熱交換器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制冷系統(tǒng)，包括一個(gè)控制器，該控制器被配置為基于感測的周圍空氣的溫度選擇性地繞過所述自然冷卻系統(tǒng)以及選擇性地將所述第一冷卻流體引導(dǎo)至所述自然冷卻系統(tǒng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制冷系統(tǒng)，其中所述自然冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)控制器，該控制器被配置為基于感測的所述第一冷卻流體的溫度、或感測的所述第二流體的溫度、或者感測的所述第一冷卻流體的溫度和所述第二流體的溫度，選擇性地繞過所述空氣-液體熱交換器。
17.—種運(yùn)行制冷系統(tǒng)的方法，包括運(yùn)行一個(gè)蒸氣-壓縮制冷系統(tǒng)，以從第一冷卻流體中移走熱；以及在一個(gè)自然冷卻系統(tǒng)中循環(huán)隔離的第二冷卻流體，以從所述蒸氣-壓縮制冷系統(tǒng)移走熱。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括將所述第二冷卻流體循環(huán)至所述自然冷卻系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)空氣-流體熱交換器，以從所述第二冷卻流體中移走熱。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括基于感測的周圍空氣的溫度為所述制冷系統(tǒng)選擇一個(gè)運(yùn)行模式，其中實(shí)施一個(gè)蒸氣-壓縮循環(huán)以從所述第一冷卻流體移走熱構(gòu)成第一運(yùn)行模式，并且其中從所述第一冷卻流體移走熱而不實(shí)施一個(gè)蒸氣-壓縮循環(huán)構(gòu)成第二運(yùn)行模式。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括運(yùn)行另一個(gè)蒸氣-壓縮制冷系統(tǒng)以從所述第一冷卻流體移走熱。
全文摘要
一種制冷系統(tǒng)，包括一個(gè)帶有集成的自然冷卻系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的冷卻器。在某些實(shí)施方案中，所述冷卻器可以是單個(gè)封裝單元，其中所有設(shè)備裝在相同的支撐框架內(nèi)。所述冷卻器可總體包括三種運(yùn)行模式采用自然冷卻的第一模式、采用自然冷卻和實(shí)施一個(gè)制冷循環(huán)的第二模式，以及使用自然冷卻系統(tǒng)為制冷系統(tǒng)提供額外的冷卻容量的第三模式。所述自然冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)獨(dú)立環(huán)路，該獨(dú)立環(huán)路被配置為將熱從自然冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的冷卻流體傳遞至周圍空氣。
文檔編號F25D16/00GK102549361SQ201080042555
公開日2012年7月4日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者M·K·亞尼克, W·L·科普科 申請人:江森自控科技公司