CN101595353A - 带中间水箱的双回路串联逆流冷却器 - Google Patents

Abstract

双制冷回路水冷式冷却器具有其由水箱互连的相应的蒸发器和冷凝器，使得第一回路管道排入相应的水箱中且水流然后从相应的水箱传送到第二回路的相应的蒸发器/冷凝器管道。仪表附连至水箱上以使得能够测量离开温差，以提供改进的控制。因为第一回路管道和第二回路管道是分开的且独立的，所以显著地增强了设计中的可维护性和灵活性两者。

Description

带中间水箱的双回路串联逆流冷却器

发明背景

本发明大体涉及水冷式冷却器，且更具体地，涉及呈串联逆流布置的两个蒸汽压缩制冷系统的互连。

串联逆流布置的水冷式冷却器包括两个独立的蒸汽压缩制冷系统，这两个系统具有对两种回路来说公共的且串联地布置的冷却水回路和冷凝器水回路。因为具有串联逆流的分开的回路在蒸发器和冷凝器之间具有更低的平均压差，所以这种布置允许比单制冷回路设计更高的性能系数(COP)，从而需要更少的能量来将制冷剂从蒸发器压缩到冷凝器。

在这种系统中，蒸发器和冷凝器各自中的水流过跨过两个制冷回路的多个管道，其中制冷回路被位于管道的中间处的管板分开，且各个管道通常通过使管道向管板扩张而封闭地密封到管板上。

出现的一个问题是对管道进行维护的问题(例如如果管道在运行中出现故障时可能需要的)。管道的这种移除需要在管道已经扩张的所有位置处切割管道，然后拉出管道。不可能完全移除管道，因为不能接近以切割在制冷剂边界内的中心管板位置处的管道。如果从内部切割管道，或者如果管道在运行中出现故障，则会在回路之间产生不允许任何一个回路运行的泄漏路径，从而不利地影响可靠性和可维护性两者。

双回路系统的另一个问题是控制的问题。用于控制水冷式冷却器的关键参数是离开温差的使用，离开温差是离开热交换器的水的温度和热交换器内的制冷剂温度的差值。由于水管跨过双系统中的两个制冷剂回路，所以不可能获得上游回路的冷凝器或蒸发器的离开水温。

除了上述可维护性和控制之外，跨过双回路的现有技术热交换器管道还引起可靠性、运输和性能的问题。也就是说，因为公共的管道延伸越过两个回路，所以不可能独立地优化各个回路中的热传递管道，而且由于更长的管道引起的更长的机器运输也是困难的。

发明概述

简单地讲，根据本发明的一个方面，各个回路具有使制冷回路与致冷介质分开的唯一的管板。在各个回路之间的是将水从上游回路传到下游回路的中间水箱。水箱可以移除以便于维护，且使得能够以更短的长度要求来分开运输元件。

根据本发明的另一个方面，由于各个回路具有其分开且唯一的管道，因此任何一个回路中的管道故障不再形成对相邻回路的制冷剂泄漏路径，使得可以保持无故障回路的运行，从而提高可靠性。

根据本发明的另一个方面，由于可从外面接近中间水箱，所以可以安装温度测量仪，以获得第一回路的离开温差，从而提供对系统更好的控制。

根据本发明的另一方面，中间水箱引起在进入下游回路之前离开上游回路的水的混合，从而提高热传递效能和COP。

通过本发明的又一方面，使用水箱容许有可以改变以优化各个回路的效率的多个参数。除了改变各个回路的长度，管道材料，管道热传递增强以及管道的数量都是可配置的，并且对于各个回路可以是唯一的。

在以下所述的附图中描绘了一个优选实施例；然而，可以对其做出各种其它修改和备选构造而不偏离本发明的精神和范围。

附图说明

图1是根据现有技术的单回路冷却器中的温度的示意性说明。

图2是根据现有技术的双回路冷却器中的温度的示意性说明。

图3是根据现有技术的双回路冷却器的冷凝器和蒸发器的示意性说明。

图4是根据本发明的双回路冷却器系统的示意性说明。

图5是本发明的双回路系统中的冷凝器和蒸发器的示意性说明。

图6是根据本发明的双回路系统的水箱部分的示意性说明。

图7是根据本发明的双回路系统的水箱部分的透视图。

图8是根据本发明的双回路系统的水箱部分的端视图。

优选实施例描述

图1显示了现有技术中典型的单回路冷却器的冷凝器11和致冷器或蒸发器12。如图所示，冷凝器水和蒸发器水以逆流关系流动，且引起的进入和离开冷凝器和蒸发器的温度如图所示。

为了获得提高的COP，如图2所示，双回路以串联逆流布置连接。此处，如图所示，两个独立的蒸汽压缩制冷回路13和14由中间管板15连接。第一回路13具有冷凝器16和蒸发器17，且第二回路14具有其自己的冷凝器18和蒸发器19。然而，冷凝器16和18的冷凝器水回路对两个回路是公共的且串联地布置。同样，蒸发器17和19的冷却水回路对两个回路是公共的且串联地布置。参照图3可以最佳地了解这一点。

在图3中将了解，冷凝器管道21很长且跨过回路13的冷凝器16和回路14的冷凝器18其中各个冷凝器的长度。虽然中间管板15隔离和分开了相应的回路13和14中的制冷剂，但是经过冷凝器管道21的水流从冷凝器16的进口到冷凝器18的出口是连续的。

类似地，蒸发器管道22是延伸越过回路13和14两者的一体式部件，中间管板仅为系统13和14中的制冷剂提供隔离，但允许蒸发器水连续地从蒸发器19的入口端流到蒸发器17的出口端。

如上所述，具有跨过两个回路的热交换器管道的这种双回路系统提出了关于维护、可靠性、运输、性能和控制的问题。

现参照图4，显示了克服上述问题的系统。第一回路23包括冷凝器24、膨胀装置26、蒸发器27和压缩器28，它们以众所周知的方式以串联流动关系运行。第二回路29包括冷凝器31、膨胀装置32、蒸发器33和压缩器34，它们也以串联流动关系连接，并且以众所周知的方式运行。两个回路23和29以类似于图3所示的方式互连，但却在两个回路之间的接口处有不同的结构，且关于管道在冷凝器和蒸发器两者内有不同的结构。

如图4和5所示，两个蒸发器27和33之间的中间位置处有蒸发器水箱36，且两个冷凝器24和31之间的中间位置处有冷凝器水箱37。另外，不像以上所述的系统(在该系统中，管道是延伸越过两个回路的一体式管道)，回路1的冷凝器管道38是分开的，并且独立于回路2的冷凝器管道39，而且回路1中的蒸发器管道41是分开的且与回路2的蒸发器管道42不同。也就是说，冷凝器管道38以流体的方式连接(即以流体可在其间流动的方式连接)到水箱36的一侧上，且冷凝器管道39以流体的方式连接到水箱36的另一侧上。类似地，蒸发器管道41以流体的方式连接到水箱37的一侧上，且蒸发器管道42以流体的方式连接到水箱37的另一侧上。因此，当水经过第一回路23和第二回路29之间时，水箱36和37充当水的中间容器。

上述设计的优点有很多。首先，不具有较长的一体式管道，而是管道且因此制冷回路大体仅有约一半长，并且可以更容易地处理及运输到某一地点，管道且因此制冷回路独立于水箱且可以与水箱分开。其次，由于管道是独立的，所以它们可以构造成以便优化各个回路中的性能。也就是说，除了各个回路中的管道的长度变化之外，第二回路内的管道的数量可以与第一回路中的管道的数量不同，如图5所示，而且可以做出其它改变，例如不同的管道材料或不同的热传递增强。这允许设计者为各个回路优化合乎需要的容量、效率、压降或成本。

通过参照图6可以了解本系统的其它优点。因为来自上游管道的水沿着水箱36(或者在蒸发器的情况下是水箱37)的一侧排出，这倾向于在水箱内引起紊流，从而使得单独的流动流混合，使得水箱在水进入下游回路的管道之前变成具有相对一致的温度的水的储器。这种混合对热传递效用是有益的，从而提高整个系统的COP。

通过使用所述水箱36，现在可以从外面接近中间水箱36，而且温度测量仪43可以容易地用于获得上游热交换器的离开温差，从而提供对系统的改进控制。

使用所述水箱的另一个优点是有利于维护和修理的优点。也就是说，由于水箱以允许移除水箱的方式附接到管道回路上，所以如将在以下所述，水箱的移除允许在各个回路的管板处对管道进行维护，从而显著地提高可维护性。另外，由于任何一个回路中的管道故障都不会形成对相邻回路的制冷剂泄漏路径，所以显著地提高了系统的可靠性。

现参照图7和8，显示了中间水箱和相邻回路的结构性接口。如图所示，中间水箱44包括较短的圆柱，该圆柱具有从一端47到另一端纵向地形成的多个孔46，以用于接收穿过相应的管板49和51的螺栓48。因此，水箱44被夹在相应的回路的管板49和51之间，而且可以通过移除螺栓48来轻易地拆卸水箱44，以便为了修理目的而在回路之间的管板处接近管道。因此将认识到，回路中的每一个都是独立的，且可以接近中间管道到管板的接头，而不干扰任何一个回路的制冷剂边界。

虽然在图7和8中显示了水箱44的长度相对较短(即约4英寸)，但是在保持处于本发明的范围内的同时可以显著地改变水箱的构造、尺寸和形状。另外，虽然按照与水冷式冷却器一起使用来描述，但是本发明还可以应用于气冷式冷却器，其中串联连接回路的蒸发器通过中间水箱结构而互连。

Claims (14)

1.一种具有第一制冷回路和第二制冷回路的类型的冷却器系统，其中各个制冷回路具有压缩器、冷凝器、膨胀装置和蒸发器，且所述第一回路和所述第二回路中的相应的蒸发器具有用以引导待冷却的流体的流动的多个管道，且所述第一回路和所述第二回路的所述相应的蒸发器以串联关系互连，使得所述待冷却的流体连续地经过所述第一回路和所述第二回路的所述相应的蒸发器，所述冷却器系统包括：

水箱，其互连于所述第一回路的蒸发器和所述第二回路的蒸发器之间并且具有整体式储器，以引导流体从所述第一回路的蒸发器中的管道向所述第二回路的蒸发器的管道流动。

2.根据权利要求1所述的冷却器系统，其特征在于，所述第一蒸发器和所述第二蒸发器其中各个蒸发器包括中间管板，并且其中，所述中间水箱互连于所述管板之间。

3.根据权利要求2所述的冷却器系统，其特征在于，所述中间水箱在形式上为圆柱形且在所述圆柱形的相应的圆形端部处连接至所述管板。

4.根据权利要求3所述的冷却器系统，其特征在于，所述水箱具有在其相对的端部之间纵向地形成的多个孔，且另外，其中，螺栓穿过所述管板并穿过所述孔。

5.根据权利要求1所述且包括连接至所述水箱以便测量其中的水的温度的温度测量仪的冷却器系统。

6.根据权利要求1所述的冷却器系统，其特征在于，所述第一回路和所述第二回路的相应的冷凝器串联地连接且是水冷式的，并且包括互连于所述冷凝器之间的水箱。

7.根据权利要求6所述的冷却器系统，其特征在于，所述第一回路和第二回路的所述蒸发器适于将致冷水的流动引导成与所述第一回路的冷凝器和所述第二回路的冷凝器中的致冷水的流动呈逆流关系。

8.一种双回路冷却器，其包括：

具有压缩器、冷凝器、膨胀装置和蒸发器的第一回路，其中所述蒸发器具有多个管道，以便引导待冷却的水从所述管道的入口端到所述管道的出口端的流动；

具有压缩器、冷凝器、膨胀装置和蒸发器的第二回路，其中所述蒸发器具有多个管道，以便引导待冷却的水从所述多个管道的入口端到所述多个管道的出口端的流动；以及

蒸发器水箱，其以流体的方式互连于所述第一回路管道出口端与所述第二回路管道入口端之间，使得待冷却的水从所述第一回路管道出口端流入所述蒸发器水箱，且然后流入所述第二回路管道入口端。

9.根据权利要求8所述的双回路冷却器，还包括围绕所述第一回路管道出口端的第一中间管板以及围绕所述第二回路管道入口端的第二中间管板，且另外，其中，所述水箱连接至所述第一中间管板和所述第二中间管板。

10.根据权利要求9所述的双回路冷却器，其特征在于，所述水箱在形式上是圆柱形的。

11.根据权利要求10所述的双回路冷却器，其特征在于，所述圆柱具有在其端面之间纵向地形成的孔，且另外，其中，螺栓穿过所述第一中间管板和所述第二中间管板并且穿过所述孔，以便将所述水箱分别固定到所述第一中间管板和所述第二中间管板上。

12.根据权利要求8所述且包括附连到所述水箱上以便测量其中的水的温度的温度测量仪的双回路冷却器。

13.根据权利要求8所述的双回路冷却器，其特征在于，所述第一回路的所述冷凝器和所述第二回路的所述冷凝器是水冷的且以串行流动的关系连接，并且还包括互连于所述第一回路的冷凝器和所述第二回路的冷凝器之间的冷凝器水箱。

14.根据权利要求6所述的双回路冷却器，其特征在于，水在所述蒸发器中的流动与水在所述冷凝器中的流动呈逆流关系。

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