Модульный водяной экономайзер для охладителей с воздушным охлаждением
Группа изобретений относится к экономайзерам воздушного охлаждения. Модуль водяного экономайзера выполнен с возможностью использования в системе охладителя, имеющей парокомпрессионный цикл, содержащий корпус, имеющий первое впускное отверстие для воздуха. Теплообменник в сборе расположен внутри указанного корпуса. Теплообменник содержит по меньшей мере один змеевик теплообменника. Вентилятор в сборе содержит по меньшей мере один вентилятор, в основном выровненный с по меньшей мере одним змеевиком теплообменника. Клапан выполнен с возможностью перемещения между множеством положений для управления потоком жидкости, поступающей в указанный теплообменник в сборе. Когда указанный по меньшей мере один клапан находится в первом положении, модуль экономайзера располагается параллельно компоненту парокомпрессионного цикла. Когда клапан находится во втором положении, модуль экономайзера расположен последовательно с указанным компонентом парокомпрессионного цикла. Техническим результатом является повышение эффективности парокомпрессионного цикла. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Варианты реализации данного изобретения в целом относятся к холодильным системам с охлаждением и, в частности, к жидкостному экономайзеру с естественным охлаждением для использования в холодильной системе с охлажденной жидкостью.
[0002] Системы с охлажденной жидкостью предусматривают кондиционированную по температуре жидкость для использования при кондиционировании воздуха в больших зданиях и других объектах. Охлажденную жидкость обычно закачивают в несколько удаленных теплообменников или змеевиков системы для охлаждения различных помещений или зон внутри здания. Система с охлажденной жидкостью обеспечивает централизацию требований по отношению к кондиционированию воздуха для большого здания или комплекса зданий с помощью воды или аналогичной жидкости в качестве безопасной и недорогой среды для передачи температуры.
[0003] В общем, система с охлажденной жидкостью выполнена с возможностью подачи охлажденной жидкости при определенной температуре через первый жидкостный контур для охлаждения и осушения воздуха в здании. Тепло и влага извлекаются из воздуха в здании, и тепло передается жидкости в первом жидкостном контуре и возвращается через первый жидкостный контур в систему с охлажденной жидкостью. Возвращаемая жидкость снова охлаждается до требуемой температуры посредством передачи тепла жидкости хладагенту охладителя. После того как хладагент сжимается компрессором, тепло хладагента передается в конденсатор. В некоторых устройствах используется конденсатор с водяным охлаждением, в котором тепло передается второй жидкости, например, воде. Второй жидкостный контур передает отходящее тепло из конденсатора охладителя в охлаждающую колонну, которая затем передает отходящее тепло из второго водяного контура в окружающий воздух путем прямого контакта и испарения некоторого количества воды между окружающим воздухом и второй жидкостью во втором контуре. Однако, другие системы с охлажденной жидкостью передают тепло непосредственно в воздух с помощью вентиляторов и змеевиков конденсаторов.
[0004] Недавние модификации в соответствии со стандартом эффективности ASHRAE 90.1-2013 и 2016 требуют, чтобы такие системы содержали воздушный или водяной экономайзер, который может обеспечить дополнительное охлаждение первого жидкостного контура без использования охладителя на основе хладагента, когда температура окружающей среды ниже определенного уровня. Поэтому есть возможность разработать экономайзер, способный обслуживать несколько основных рынков.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В соответствии с первым вариантом реализации изобретения, модуль жидкостного экономайзера, выполненный с возможностью использования в системе охладителя, имеющей парокомпрессионный цикл, включающий корпус, имеющий по меньшей мере первое впускное отверстие для воздуха. Теплообменник в сборе расположен внутри указанного корпуса. Теплообменник содержит по меньшей мере один змеевик теплообменника. Вентилятор в сборе содержит по меньшей мере один вентилятор, в основном выровненный по меньшей мере с одним змеевиком теплообменника. По меньшей мере один клапан выполнен с возможностью перемещения между множеством положений для управления потоком жидкости, поступающим в указанный теплообменник в сборе. Когда указанный по меньшей мере один клапан находится в первом положении, модуль экономайзера располагается параллельно компоненту парокомпрессионного цикла. Когда указанный по меньшей мере один клапан находится во втором положении, модуль экономайзера расположен последовательно с указанным компонентом парокомпрессионного цикла.
[0006] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный по меньшей мере один теплообменник в сборе содержит по меньшей мере один первый змеевик теплообменника и по меньшей мере один второй змеевик теплообменника.
[0007] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный по меньшей мере один первый змеевик теплообменника установлен на продольной боковой стенке указанного корпуса, а указанный по меньшей мере один второй змеевик теплообменника установлен на второй продольной боковой стенке указанного корпуса.
[0008] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный вентилятор в сборе расположен в конфигурации продувки.
[0009] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный вентилятор в сборе расположен в конфигурации втягивания.
[0010] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный вентилятор в сборе установлен на верхней поверхности корпуса.
[0011] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный вентилятор в сборе содержит первый вентилятор, в основном выровненный с указанным по меньшей мере одним первым змеевиком теплообменника, и второй вентилятор, в основном выровненный в одну линию с указанным по меньшей мере одним вторым змеевиком теплообменника.
[0012] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный по меньшей мере один вентилятор является вентилятором с фиксированной скоростью.
[0013] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный по меньшей мере один вентилятор является вентилятором с переменной скоростью.
[0014] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения по меньшей мере один из указанного по меньшей мере одного первого змеевика теплообменника и указанного по меньшей мере одного второго змеевика теплообменника содержит одну из V-образной конфигурации, А-образной конфигурации, U-образной конфигурации и по существу горизонтальной конфигурации.
[0015] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения, включающих в себя множество распылительных насадок, выполненных с возможностью понижения температуры по влажному термометру указанного модуля экономайзера.
[0016] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанное множество распылительных насадок расположено в основном выше по потоку от указанного теплообменника в сборе относительно потока воздуха, проходящего через модуль экономайзера.
[0017] В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, экономайзер выполнен с возможностью использования в системе охладителя, имеющей парокомпрессионный цикл, содержащий множество модулей экономайзера. Каждый модуль экономайзера содержит корпус, имеющий по меньшей мере первое впускное отверстие для воздуха. Теплообменник в сборе, расположенный внутри корпуса, содержит по меньшей мере один змеевик теплообменника. Вентилятор в сборе содержит по меньшей мере один вентилятор, в основном выровненный по меньшей мере с одним змеевиком теплообменника. По меньшей мере один клапан выполнен с возможностью перемещения между множеством положений для управления потоком жидкости, протекающей в теплообменник в сборе. Когда по меньшей мере один клапан находится в первом положении, модуль экономайзера расположен параллельно с компонентом парокомпрессионного цикла, а когда указанный по меньшей мере один клапан находится во втором положении, модуль экономайзера расположен последовательно с указанным компонентом парокомпрессионного цикла.
[0018] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения множество модулей экономайзера являются по существу идентичными.
[0019] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанное множество модулей экономайзера расположено последовательно.
[0020] В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, способ работы системы охладителя, содержащей экономайзер, включает в себя измерение температуры окружающего воздуха и управление по меньшей мере одним клапаном экономайзера, так что система охладителя работает в одном из режимов: первом режиме, втором режиме и третьем режиме. В первом режиме жидкость охлаждается посредством теплообмена с испарителем. Во втором режиме жидкость охлаждается внутри экономайзера посредством теплообмена с окружающим воздухом. В третьем режиме жидкость частично охлаждается внутри экономайзера, и жидкость частично охлаждается с помощью испарителя.
[0021] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения при снижении температуры окружающего воздуха до примерно температуры по влажному термометру, система охладителя работает либо во втором режиме, либо в третьем режиме.
[0022] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения снижение температуры окружающего воздуха примерно до температуры по влажному термометру включает в себя выборочную работу множества распылительных насадок.
[0023] В дополнение к одному или более отличительным признакам, описанным выше, или в качестве альтернативного варианта, в дополнительных вариантах реализации изобретения выборочная работа множества распылительных насадок включает в себя образование тумана ниже по потоку от змеевика теплообменника экономайзера относительно потока окружающего воздуха, проходящего через него.
[0024] В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения контроллер системы охладителя, содержащей экономайзер, содержащий по меньшей мере один клапан, функционально соединен с системой охладителя. Способ работы контроллера включает в себя прием сигнала, указывающего температуру окружающего воздуха, и управление по меньшей мере одним клапаном экономайзера для выбора режима работы системы охладителя из множества режимов работы. В первом режиме из множества режимов жидкость охлаждается посредством теплообмена с испарителем. Во втором режиме из множества режимов жидкость охлаждается внутри экономайзера посредством теплообмена с окружающим воздухом. В третьем режиме из множества режимов жидкость частично охлаждается внутри экономайзера, и жидкость частично охлаждается с помощью испарителя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0025] Объект, который рассматривается как данное изобретение, в частности, раскрыт и явно заявлен в формуле изобретения в заключительной части описания. Вышеизложенные и другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения очевидны из следующего подробного описания, рассматриваемого вместе с прилагаемыми графическими материалами, в которых:
[0026] на фиг. 1 проиллюстрирована принципиальная схема примера холодильной системы охладителя, содержащей водяной экономайзер;
[0027] на фиг. 1А проиллюстрирована принципиальная схема другого примера холодильной системы охладителя, содержащей водяной экономайзер и экономайзер хладагента;
[0028] на фиг. 2 проиллюстрирована принципиальная схема водяного экономайзера в соответствии с вариантом реализации изобретения;
[0029] на фиг. 3 проиллюстрирован вид сверху водяного экономайзера и конденсатора холодильной системы охладителя в соответствии с вариантом реализации изобретения;
[0030] на фиг. 4 проиллюстрирован вид в поперечном сечении примера типичного модуля водяного экономайзера в составе экономайзера в соответствии с вариантом реализации изобретения; а также
[0031] на фиг. 5 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций по способу определения режима работы системы охладителя в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0032] Подробное описание объясняет варианты реализации данного изобретения вместе с преимуществами и отличительными признаками в качестве примера со ссылкой на графические материалы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0033] Далее со ссылкой на фиг. 1 проиллюстрирована принципиальная схема системы 5 охладителя. Система охладителя содержит обычный парокомпрессионный цикл или цикл охлаждения 10. Жидкий хладагент, такой как, например, R-410A или R-134a (R), выполнен с возможностью циркуляции через парокомпрессионный цикл 10, так что хладагент R поглощает тепло при испарении при низкой температуре и давлении и выделяет тепло при конденсации при более высокой температуре и давлении. В этом цикле 10 хладагент R протекает в направлении против часовой стрелки, как указано стрелками. Компрессор 12 принимает пары хладагента из испарителя 14 и сжимает их до более высокой температуры и давления, при этом относительно горячий пар затем проходит в конденсатор 16, где он охлаждается и конденсируется в жидкое состояние посредством теплообмена с охлаждающей средой, такой как воздух или вода. В основном парокомпрессионном цикле 10 жидкий хладагент R затем проходит из конденсатора 16 в расширительный клапан 18, при этом хладагент R расширяется до низкотемпературного двухфазного состояния жидкости/пара, когда он проходит в испаритель 14. После добавления в испаритель тепла пар низкого давления затем возвращается в компрессор 12, где цикл повторяется.
[0034] В проиллюстрированном неограничивающем варианте реализации изобретения по фиг. 1А парокомпрессионный цикл 10 дополнительно содержит теплообменник 20 экономайзера хладагента, расположенный ниже по потоку от конденсатора 16. В таких вариантах реализации изобретения выход хладагента R из конденсатора 16 разделяется на два пути потока жидкости. Первая часть хладагента R проходит через один или более каналов 22 теплообменника 20 экономайзера перед подачей в расширительный клапан 18. Вторая часть хладагента проходит через клапан 24 перед подачей в один или более каналов 26 теплообменника 20 экономайзера. Отдельные потоки хладагента R находятся в теплообменном соотношении внутри теплообменника 20 экономайзера. При охлаждении хладагента R во втором пути потока включение теплообменника 20 экономайзера дополнительно охлаждает хладагент R, подаваемый в расширительный клапан 18. Хладагент во втором пути потока поглощает тепло из первого пути потока хладагента и становится паром. Затем этот пар подается непосредственно в промежуточную часть компрессора 12, тем самым обходя расширительный клапан 18 и испаритель 14 системы 10. Включение теплообменника 20 экономайзера повышает общую эффективность парокомпрессионного цикла 10. Однако, следует понимать, что парокомпрессионные системы, которые не содержат теплообменник 20 экономайзера или имеют другую конфигурацию, также рассматриваются в данном документе.
[0035] Система 5 охладителя дополнительно содержит вторичную систему 30, такую как, например, камера обработки воздуха, сообщающуюся по текучей среде с парокомпрессионным циклом 10 охладителя. Как показано, жидкость F, такая как, например, вода, подается из вторичной системы 30 в испаритель 14. Внутри испарителя 14 тепло отводится от жидкости F к хладагенту R, так что холодная жидкость F возвращается во вторичную систему 30. Внутри вторичной системы 30 жидкость F может циркулировать в здание или кондиционируемое пространство для охлаждения и осушения связанного с ним воздуха.
[0036] Для повышения общей эффективности как парокомпрессионного цикла 10, так и вторичной системы 30 к жидкостному контуру, проходящему между парокомпрессионным циклом 10 и вторичной системой 30, может быть подключен водяной или жидкостный экономайзер 40. Экономайзер 40 может использоваться вместо испарителя 14 или в дополнение к нему для охлаждения жидкости F. Жидкостные или водяные экономайзеры 40 обычно расположены снаружи здания, чтобы обеспечить охлаждение жидкости F с помощью окружающего воздуха. В результате, включение жидкостного экономайзера 40 может быть особенно полезным в более холодных климатических условиях, в которых температура окружающей среды достаточна для охлаждения жидкости F.
[0037] Далее со ссылкой на фиг. 2 более подробно проиллюстрирован пример жидкостного экономайзера 40, используемого в сочетании с парокомпрессионным циклом 10 и вторичной системой 30. Жидкостный экономайзер 40 содержит один или более модулей 42 экономайзера, расположенных в основном рядом друг с другом, например, в расположенном друг над другом виде. В вариантах реализации изобретения, в которых жидкостный экономайзер 40 содержит множество модулей 42, модули 42 могут иметь аналогичную конфигурацию или, в качестве альтернативного варианта, могут иметь различные конфигурации. Может быть включено любое количество модулей 42 экономайзера, так что теплообменная способность множества модулей 42 достаточна для удовлетворения требований к охлаждению для данного применения. Каждый модуль 42 экономайзера находится в сообщении по текучей среде с впускным трубопроводом и содержит клапан 43, такой как, например, трехходовой клапан, для выборочного управления потоком жидкости F, проходящей в модуль 42. Клапаны 43 работают так, что модули 42 могут быть расположены последовательно или параллельно с испарителем 14. В вариантах реализации изобретения, в которых жидкостный экономайзер 40 содержит множество модулей 42, жидкость F выполнена с возможностью протекания через множество модулей 42 параллельно. В качестве альтернативного варианта, жидкость F может быть выполнена с возможностью протекания через все или по меньшей мере часть из множества расположенных последовательно модулей 42.
[0038] Со ссылкой на фиг. 3 в варианте реализации изобретения один или более модулей 42 жидкостного экономайзера 40 обычно могут быть выровнены с одним или более змеевиками конденсаторной установки 16 парокомпрессионной системы 10. Поскольку жидкостный экономайзер 40 расположен параллельно змеевикам 16 конденсатора относительно воздушного потока, включение модулей 42 экономайзера не увеличивает падение давления в воздушной зоне, что приводит к повышению эффективности.
[0039] Далее со ссылкой на фиг. 4 более подробно проиллюстрирован пример модуля 42 водяного жидкостного экономайзера. Каждый модуль 42 экономайзера содержит корпус или шкаф 44. Одна или более сторон 46а, 46b корпуса 44 определяют впускное отверстие для потока воздуха, поступающего в модуль 42 экономайзера. Аналогичным образом, конец 48 корпуса 44 определяет выпускное отверстие для воздуха, выходящего из модуля 42 экономайзера. Внутри корпуса 44 каждого модуля 42 экономайзера расположен теплообменник 50 в сборе, расположенный между противоположными продольными сторонами 46а, 46b. Поперечное сечение теплообменника 50 в сборе обычно является постоянным по длине модуля 42 экономайзера, например, между передней поверхностью 52 и задней поверхностью (не показана). Теплообменник 50 в сборе содержит по меньшей мере один змеевик 54а, 54b теплообменника, например, круглый змеевик теплообменника радиатора с трубной решеткой, образованный так, чтобы иметь медные змеевики и алюминиевые теплообменные пластины. В вариантах реализации изобретения, в которых теплообменник 50 в сборе содержит множество змеевиков 54а, 54b теплообменника, змеевики 54а, 54b теплообменника могут, но не обязательно, располагаться в основном симметрично или равноудаленно от центра модуля 42 экономайзера между противоположными продольными сторонами 46а, 46b, как схематически показано линией С.
[0040] В проиллюстрированном неограничивающем варианте реализации изобретения теплообменник 50 в сборе содержит по меньшей мере первый змеевик 54а теплообменника, установленный на первой продольной стороне 46а корпуса 44, и по меньшей мере второй змеевик 54b теплообменника, установленный на второй продольной стороне 46b корпуса 44. Первый змеевик 54а теплообменника и второй змеевик 54b теплообменника могут, но не обязательно, быть по существу идентичными. Множество змеевиков 54а, 54b теплообменника может быть расположено внутри корпуса 44 так, что по меньшей мере часть теплообменника 50 в сборе имеет в основном V-образную конфигурацию, как известно в данной области техники. В проиллюстрированном неограничивающем варианте реализации изобретения по меньшей мере один первый змеевик 54а теплообменника содержит пару змеевиков теплообменника, расположенных в V-образной конфигурации, и по меньшей мере один второй змеевик 54b теплообменника содержит пару змеевиков теплообменника, расположенных в V-образной конфигурации. Однако, альтернативные конфигурации теплообменника 50 в сборе, такие как, например, в основном W-образная конфигурация, А-образная конфигурация или в основном горизонтальная конфигурация, также находятся в пределах объема данного изобретения.
[0041] Модуль 42 экономайзера дополнительно содержит вентилятор 60 в сборе, содержащий один или более вентиляторов 62а, 62b, выполненных с возможностью циркуляции воздуха через корпус 44 и теплообменник 50 в сборе. В зависимости от характеристик модуля 42 экономайзера вентилятор 60 в сборе может располагаться либо ниже по потоку относительно теплообменника 50 в сборе (т.е. «конфигурация втягивания»), как проиллюстрировано на фиг. 4, или выше по потоку относительно теплообменника 50 в сборе (то есть «конфигурация продувки»). В конфигурации втягивания, как показано, вентилятор 60 в сборе может быть установлен на первом конце 48 корпуса 44. В варианте реализации изобретения вентилятор 60 в сборе содержит множество вентиляторов 62а, 62b по существу равных множеству змеевиков 54а, 54b теплообменника в теплообменнике 50 в сборе. В таких вариантах реализации изобретения каждый вентилятор 62а, 62b выполнен с возможностью втягивания воздуха через соответствующий змеевик 54а, 54b теплообменника и в основном вертикально выровнен с этим змеевиком 54а, 54b соответственно. Однако, в данном документе также рассматриваются варианты реализации изобретения, в которых вентилятор 60 в сборе содержит только один вентилятор 62, два вентилятора 62 или в которых общее количество вентиляторов 62 отличается от количества змеевиков 54 теплообменника. Кроме того, один или более вентиляторов 62 вентилятора 60 в сборе могут быть выполнены как вентиляторы с фиксированной скоростью или, в качестве альтернативного варианта, могут иметь возможность переменной скорости.
[0042] Работа по меньшей мере одного вентилятора 62, связанного по меньшей мере с одним змеевиком 54 теплообменника, заставляет воздух проходить через соседнее впускное отверстие для воздуха и в корпус 44 модуля 42 экономайзера. Когда воздух проходит по змеевику 54 теплообменника, тепло передается от жидкости F внутри змеевика 54 воздуху, тем самым охлаждая жидкость F и вызывая повышение температуры воздуха. Затем теплый воздух выпускается из модуля 42, а жидкость F охладителя возвращается в жидкостный контур, где она либо дополнительно охлаждается, либо возвращается во вторичную систему 30.
[0043] Снова со ссылкой на фиг. 2, в варианте реализации изобретения каждый модуль 42 экономайзера может дополнительно содержать множество распылительных насадок 64 для воды, также называемых испарительными предварительными охладителями по существу выровненными с множеством змеевиков 54 теплообменника 50 в сборе. Эти добавленные распылительные насадки 64 для воды используются для усиления змеевиков 54 со свободным охлаждением, позволяя снизить температуру воздуха внутри соответствующего модуля 42 экономайзера посредством испарения воды. Такое испарение воды может понизить температуру воздуха ближе к температуре окружающей среды по влажному термометру, которая в определенных сухих климатических условиях может быть на 40°F ниже, чем температура по сухому термометру. Следует понимать, что в варианте реализации изобретения конденсатор 16 парокомпрессионной системы 10 может дополнительно содержать распылительные насадки 64 для воды, предназначенные для улучшения его работы.
[0044] В варианте реализации изобретения множество распылительных насадок 64 образовано в виде решетки и расположено непосредственно выше по потоку от теплообменника 50 в сборе относительно потока воздуха, протекающего через модуль 42. Распылительные насадки 64 могут работать выборочно работать для создания тумана рядом с нижней стороной змеевиков 54 теплообменника. Туман предназначен для снижения локальной температуры окружающей среды вокруг теплообменника 50 в сборе до температуры, близкой к температуре по влажному термометру, и облегчения испарительного охлаждения. Соответственно, работа распылительных насадок 64 изменяет температуру и влажность воздуха, проходящего через змеевики 54, без добавления к ним конденсата. В одном варианте реализации изобретения распылительные насадки 64 работают только при соблюдении двух условий. Во-первых, температура по влажному термометру должна быть меньше, чем температура жидкости F, на предварительно определенную величину, и, во-вторых, температура по влажному термометру должна быть меньше, чем температура по сухому термометру на предварительно определенную величину.
[0045] Снова со ссылкой на фиг. 1, парокомпрессионный цикл и водяной экономайзер 40 могут работать во множестве режимов для охлаждения жидкости F. Режим работы может быть определен на основании измеренной температуры окружающей среды. В первом нормальном режиме работы клапаны 43, которые управляют потоком жидкости, проходящим в модули 42 экономайзера, находятся в закрытом положении. В результате жидкость F протекает из системы 30 в испаритель 14 парокомпрессионного цикла 10, где она механически охлаждается перед возвратом в систему 30. Система работает в первом режиме, когда температура окружающей среды существенно выше, чем предварительно определенное пороговое значение.
[0046] Во втором режиме естественного охлаждения клапаны 43 расположены так, чтобы направлять весь поток F жидкости в один или более модулей 42 жидкостного экономайзера 40. Внутри теплообменников 50 в сборе каждого модуля жидкость F находится в теплообмене с прохладным окружающим воздухом. Затем охлажденная жидкость F возвращается непосредственно в систему 30. Соответственно, в режиме естественного охлаждения испаритель 14 не используется для охлаждения жидкости F. В таких вариантах реализации изобретения парокомпрессионный цикл 10 не обязательно должен работать, так как все охлаждение выполняется жидкостным экономайзером 40. Во втором режиме работы температура окружающей среды ниже предварительно определенного порогового значения, так что один только окружающий воздух способен охлаждать жидкость F. В третьем рабочем режиме предварительного охлаждения жидкость F подается в жидкостный экономайзер 40, а затем в последовательно расположенный испаритель 14. В одном варианте реализации изобретения система работает в режиме предварительного охлаждения, когда температура окружающей среды слишком высокая, чтобы полностью охладить жидкость F. Следует понимать, что распылительные насадки 64 могут использоваться либо во втором режиме естественного охлаждения, либо третьем рабочем режиме предварительного охлаждения.
[0047] Далее со ссылкой на фиг. 5 и все еще со ссылкой на фиг. 1 проиллюстрирован пример способа 100 определения режима работы системы охладителя. Как показано в блоке 102, контроллер или процессор (не показан), связанный с системой, выполнен с возможностью определения необходимости охлаждения. В случае, когда охлаждение не требуется, система отключается, как показано в блоке 104. В случае, когда определено, что охлаждение требуется, сумма температуры наружного воздуха по влажному термометру и температуры зоны нечувствительности сравнивается с температурой наружного воздуха по сухому термометру в блоке 106. В случае, когда сумма температуры наружного воздуха по влажному термометру и температуры зоны нечувствительности не меньше, чем температура наружного воздуха по сухому термометру, температура наружного воздуха по влажному термометру сравнивается с температурой жидкости, возвращаемой в здание в блоке 108. В случае, когда температура наружного воздуха по влажному термометру не меньше температуры жидкости, возвращаемой в здание, система работает в первом режиме, показанном в блоке 110, в котором механическое охлаждение выполняется испарителем 14 парокомпрессионной системы 10. Однако, в случае, когда температура наружного воздуха по влажному термометру меньше температуры жидкости, возвращаемой в здание, использование жидкостного экономайзера 40 для начала по меньшей мере частичного охлаждения жидкости показано в блоке 112.
[0048] После запуска жидкостного экономайзера 40 в блоке 114 температура жидкости на выходе из жидкостного экономайзера 40, оценивается для определения того, ниже ли она или равна требуемой температуре. В случае, когда температура жидкости на выходе меньше или равна требуемой температуре, то никакого дополнительного механического охлаждения не требуется, и система работает во втором режиме естественного охлаждения, как показано в блоке 116. Однако, в случае, когда температура жидкости превышает требуемую температуру, как показано в блоке 118, система работает в третьем режиме, в котором испаритель 14 парокомпрессионной системы 10 используется совместно с жидкостным экономайзером 40 для охлаждения воды.
[0049] Снова со ссылкой на блок 106, если сумма температуры наружного воздуха по влажному термометру и температуры зоны нечувствительности меньше, чем температура наружного воздуха по сухому термометру, то сумма температуры наружного воздуха по влажному термометру и температуры зоны нечувствительности сравнивается с температурой возвращаемой жидкости в блоке 120. В случае, когда сумма температуры наружного воздуха по влажному термометру и температуры зоны нечувствительности не меньше температуры возвращаемой жидкости, т.е. в случае, когда данная сумма больше или равна температуре возвращаемой жидкости, то система работает в первом режиме, как показано в блоке 110. В случае, когда сумма температуры внешнего воздуха по влажному термометру и температуры зоны нечувствительности меньше температуры жидкости, возвращаемой в здание, работа модуля 40 экономайзера, включающая испарительное охлаждение из распылительных насадок 64, начинается в блоке 122.
[0050] Чтобы определить, необходимо ли механическое охлаждение для дополнения охлаждения из жидкостного экономайзера 40, в блоке 124 оценивается температура жидкости, выходящей из жидкостного экономайзера 40, для определения того, достигнута ли требуемая температура. В случае, когда требуемая температура достигнута, никакого дополнительного механического охлаждения не требуется, и система работает в четвертом режиме естественного охлаждения, включающем испарительное охлаждение из распылительных насадок, как показано в блоке 126. Однако, в случае, когда температура жидкости выше требуемой температуры, как показано в блоке 128, система работает в пятом режиме, в котором испаритель 14 парокомпрессионной системы 10 используется совместно с экономайзером 40 и распылительными насадками 64 для охлаждения жидкости.
[0051] Хотя данное изобретение подробно описано в связи только с ограниченным количеством вариантов реализации изобретения, нетрудно понять, что данное изобретение не ограничено такими раскрытыми вариантами реализации изобретения. Напротив, изобретение может быть модифицировано для включения любого количества вариаций, изменений, замен или эквивалентных расположений, не описанных ранее, но соответствующих духу и объему изобретения. Кроме того, хотя описаны различные варианты реализации данного изобретения, следует понимать, что аспекты изобретения могут включать только некоторые из описанных вариантов реализации изобретения. Соответственно, данное изобретение следует рассматривать не как ограниченное вышеприведенным описанием, а как ограниченное лишь объемом прилагаемой формулы изобретения.
1. Модуль водяного экономайзера, выполненный с возможностью использования в системе охладителя, имеющей хладагент, циркулирующий через парокомпрессионный цикл, и содержащий:
корпус, имеющий по меньшей мере первое впускное отверстие для воздуха;
теплообменник в сборе, расположенный внутри указанного корпуса, содержащий по меньшей мере один змеевик теплообменника;
вентилятор в сборе, содержащий по меньшей мере один вентилятор, в основном выровненный с указанным по меньшей мере одним змеевиком теплообменника; и
по меньшей мере один клапан, перемещаемый между множеством положений для управления потоком жидкости, поступающей в указанный теплообменник в сборе, при этом, когда указанный по меньшей мере один клапан находится в первом положении, модуль экономайзера расположен параллельно испарителю парокомпрессионного цикла относительно потока жидкости, отличной от хладагента, и когда указанный по меньшей мере один клапан находится во втором положении, модуль экономайзера расположен последовательно с указанным испарителем парокомпрессионного цикла относительно указанного потока жидкости.
2. Модуль водяного экономайзера по п. 1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один теплообменник в сборе содержит по меньшей мере один первый змеевик теплообменника и по меньшей мере один второй змеевик теплообменника.
3. Модуль водяного экономайзера по п. 2, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один первый змеевик теплообменника установлен на продольной боковой стенке указанного корпуса, а указанный по меньшей мере один второй змеевик теплообменника установлен на второй продольной боковой стенке указанного корпуса.
4. Модуль водяного экономайзера по п. 2, отличающийся тем, что указанный вентилятор в сборе расположен в конфигурации продувки.
5. Модуль водяного экономайзера по п. 2, отличающийся тем, что указанный вентилятор в сборе расположен в конфигурации втягивания.
6. Модуль водяного экономайзера по п. 5, отличающийся тем, что указанный вентилятор в сборе установлен на верхней поверхности корпуса.
7. Модуль водяного экономайзера по п. 6, отличающийся тем, что указанный вентилятор в сборе содержит первый вентилятор, в основном выровненный с указанным по меньшей мере одним первым змеевиком теплообменника, и второй вентилятор, в основном выровненный с указанным по меньшей мере одним вторым змеевиком теплообменника.
8. Модуль водяного экономайзера по п. 1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один вентилятор является вентилятором с фиксированной скоростью.
9. Модуль водяного экономайзера по п. 1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один вентилятор является вентилятором с переменной скоростью.
10. Модуль водяного экономайзера по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из указанного по меньшей мере одного первого змеевика теплообменника и по меньшей мере одного второго змеевика теплообменника содержит одну из V-образной конфигурации, A-образной конфигурации, U-образной конфигурации и по существу горизонтальной конфигурации.
11. Модуль водяного экономайзера по п. 1, дополнительно содержащий множество распылительных насадок, предназначенных для понижения температуры по влажному термометру указанного модуля экономайзера.
12. Модуль водяного экономайзера по п. 11, отличающийся тем, что указанное множество распылительных насадок расположено в основном выше по потоку от теплообменника в сборе относительно потока воздуха, проходящего через модуль экономайзера.
13. Экономайзер, выполненный с возможностью использования в системе охладителя, сообщающийся по текучей среде с испарителем парокомпрессионного цикла и содержащий:
множество модулей экономайзера, причем каждый модуль экономайзера содержит: корпус, имеющий по меньшей мере первое впускное отверстие для воздуха;
теплообменник в сборе, расположенный внутри указанного корпуса, содержащий по меньшей мере один змеевик теплообменника;
вентилятор в сборе, содержащий по меньшей мере один вентилятор, в основном выровненный с указанным по меньшей мере одним змеевиком теплообменника; и
по меньшей мере один клапан, перемещаемый между множеством положений для управления потоком жидкости, поступающей в указанный теплообменник в сборе, при этом, когда указанный по меньшей мере один клапан находится в первом положении, по меньшей мере один из указанного множества модулей экономайзера расположен параллельно компоненту парокомпрессионного цикла, и когда указанный по меньшей мере один клапан находится во втором положении, по меньшей мере один из указанного множества модулей экономайзера расположен последовательно с указанным компонентом парокомпрессионного цикла.
14. Экономайзер по п. 13, отличающийся тем, что множество модулей экономайзера по существу идентичны.
15. Экономайзер по п. 13, отличающийся тем, что указанное множество модулей экономайзера расположено последовательно.
16. Способ работы системы охладителя, содержащей экономайзер, включающий:
измерение температуры окружающего воздуха и
управление по меньшей мере одним клапаном экономайзера таким образом, чтобы система охладителя работала в одном из первого режима, второго режима и третьего режима,
при этом в первом режиме жидкость охлаждается посредством теплообмена с хладагентом в испарителе;
при этом во втором режиме жидкость охлаждается внутри экономайзера посредством теплообмена с окружающим воздухом; и
при этом в третьем режиме жидкость частично охлаждается внутри экономайзера, и жидкость частично охлаждается с помощью испарителя.
17. Способ по п. 16, дополнительно включающий снижение температуры окружающего воздуха примерно до температуры по влажному термометру, когда система охладителя работает в одном из второго режима и третьего режима.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что снижение температуры окружающего воздуха примерно до температуры по влажному термометру включает выборочную работу множества распылительных насадок.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что выборочная работа множества распылительных насадок включает создание тумана ниже по потоку от змеевикатеплообменника экономайзера относительно потока окружающего воздуха, проходящего через него.
20. Способ работы контроллера системы охладителя, содержащей парокомпрессионную систему и экономайзер, функционально соединенный с парокомпрессионной системой посредством по меньшей мере одного клапана, причем способ работы контроллера включает:
прием сигнала, указывающего температуру окружающего воздуха;
управление по меньшей мере одним клапаном экономайзера для выбора режима работы системы охладителя из множества режимов работы;
при этом в первом режиме из множества режимов жидкость охлаждается посредством теплообмена с испарителем;
при этом во втором режиме из множества режимов жидкость охлаждается внутри экономайзера посредством теплообмена с окружающим воздухом; и
при этом в третьем режиме из множества режимов жидкость частично охлаждается внутри экономайзера, и жидкость частично охлаждается с помощью испарителя.
