CN1035883A - 加热和冷却系统的改进 - Google Patents

Abstract

一种加热和/或冷却系统，包括几个组合式致冷机组(42)，一个变速循环水泵(41，14)，它使水循环并流经每个蒸发器/冷凝器(12，116，16，117)，一个主控器(34)，它根据负荷求开动或停止某个压缩机工作。截流阀(24，126，137，138)截断已停机机组的、流经相应蒸发器和/或冷凝器(12，116，16，117)的水流。由传感器(31)来感应供、回水管(8，17，22，18)内压差的变化，传感器(31)给泵电机转速控制器(32)发信号，控制器(32)改变泵(41，14)的输出功率，使压差回复到预定的压差。

Description

本发明涉及加热和冷却系统的改进，尤其涉及空调和致冷系统的改进。

最近，空调系统的发展采用了组合式致冷机组，每一机组都有与被加热和/或被冷却的流体处于热交换关系的一个蒸发器和一个冷凝器。该组合式系统中，每一致冷机组都设有用来供给和返回热交换流体的集流管。有多个致冷机组互相串联，并且热交换流体通过各个蒸发和冷凝换热器循环流动。

这种组合式系统能按照系统的负荷对单个致冷机组的运行进行控制。因此，在高负荷期间，所有致冷机组都将运行，以提供最大加热或冷却容量。当负荷减小时，致冷机组可以降低负荷，或者使致冷机组不运行，这样便减小了系统的运行费用，在不需要时，可以停止机组工作。

组合式致冷系统克服了许多已有系统的缺陷，尤其是将系统缩小或将系统扩充的问题。这种组合式系统由于只在必须提供负荷的特定时期内才运行这些致冷机组，因此，采用该系统是相当经济的。在不必要时不运行致冷机组，或者在低于最佳峰值运行效率下运行机组，这样就可以节省能源。

但是对于组合式加热和/或冷却系统来说，加热和/或冷却换热流体（通常为水）通过供给换热流体的换热流体集管流到各个致冷机组。因此，对于两种换热流体，即通过每一致冷机组的蒸发器和冷凝器的换热流体来说，所需的泵容量，必须根据致冷机组的数量和/或负荷需求量，使供给流体能通过全部致冷机组，最好是系统扩充所允许的最大容量。

麦克法伦的美国专利2，935，857号公开了一种空气调节系统，它有两个独立的致冷系统，每一致冷系统都有蒸发冷却器和冷凝器。冷凝器并联接在加热水回路中，而蒸发器并联接在冷却水回路中。一些阀设置在蒸发器的水入口处，另一些阀设置在冷凝器的水入口处。

通过一个控制器来控制致冷系统的停止和起动。水压阀的开和闭也由控制器控制。

来自冷凝器的热水和来自蒸发器的冷水流到空调空间各个不同区域的加热/冷却装置。水通过与冷凝器相连的公共返回管线返回，过量的水流到一个扩散井中。供水是从一个单独的井输送到蒸发器的水回路中的。

这种系统能使两个致冷系统中的一个系统在轻负荷条件下运行，流向其它致冷系统的蒸发器和冷凝器的水被切断。这就降低了致冷系统的运行费用，而且造成了水压的变化，因此便形成整个系统水的流动和温度的梯度。

本发明的目的是提供一种加热和冷却系统，该系统中的水压差及通过加热和/或冷却系统的水流量基本保持恒定。

本发明的另一个目的是提供一种改进的加热和/或冷却系统，该系统是具有多个致冷机组的组合式致冷系统，其中通过各机组的冷凝器或冷却器的换热流体的流动取决于机组的运行状况。

本发明的另一个目的是利用在低于最大容量的情况下运行的组合式致冷系统及利用减小通过系统的换热流体的流量来实现最合理的动力消耗。

本发明的再一个目的是减小通过不运行的组合式机组热交换器的换热流体流量，同时基本保持整个加热和/或冷却系统的压差恒定。

本发明提供的加热和/或冷却系统包括几个组合式致冷机组，每一机组至少有一个压缩机，一个蒸发热交换器和一个冷凝热交换器，在每一机组上的用于输送第一换热流体的供、回集管，集管与邻近机组的集管相连，供、回流体管道在每个机组的相应供回集管与相联的蒸发热交换器之间延伸，以使蒸发热交换器并联跨接在相互连接的集管之间，还包括输送第一换热流体的泵，所述的泵包括改变第一换热流体流量的装置，而且还包括有选择性地关闭供、回流体管道中的至少一个管道的阀。

泵最好采用变速泵或变量泵，它使第一换热流体在系统中循环。在一个特殊的布置中，控制各持续装置工作的控制装置确定了负荷状态的变化，例如回水温度、空调区域温度、环境温度、或类似负荷状态的变化，并按照负荷需求控制各机组的运行。当负荷减小时，各别制冷机组停止运转。当一个机组压缩机停止工作时，与该机组相连的阀关闭流体管道，使蒸发热交换器不再与其余的热交换器并联连接。这样便引起供回集管之间压差的变化。压力变化检测到后，改变泵的工作状况，使压差回复到预定的范围。

采用变速泵或变量泵可使泵的动力需求在系统负荷减小时减小。这样，当负荷减小并且组合式机组不工作时，在那些不工作机组上的阀选择性地关闭，切断通过热交换器的换热流体。由于减小了泵的负荷，造成回路中热交换器数目减小，从而又可使提供给泵的能量减小。

在本发明的一种实施例中，阀装置包括一个设置在每一机组的回水管道上的阀。在本发明的另一个实施例中，阀装置包括在供水和/或回水管道上的碟阀。

特别是在本发明的最佳实施例中，第一和第二供、回集管是为组合式机组的蒸发热交换器和冷凝热交换器而设置。集管装置包括安装在各机组上的集水管，该集水管上的各个端部都有可断开管的管接头，例如是Victaulic生产的那种管接头，它能使相邻机组的集水管连接在一起。供、回水管道接入各供、回水集水管，以便提供一个从供水集水管经过供水管道、热交换器和回水管道到回水集水管的流体通路。

阀最好设置在回水集水管上并可操纵它关闭与回水集水管相接的回水管道。在本发明的一个实施例中，阀装置有一个关闭回水管道通到回水集水管的进口的阀头;一个阀杆，沿压力腔的直径方向延伸并穿过在集水管相反一侧的一个密封件进入压力腔，使该阀杆固定在压力腔上;一个设在阀杆端头的活塞;一个从供水集水管延伸到压力腔的放水管，利用放水管可使压力流体从供水集水管送到活塞的顶部，以推动阀进入关闭位置。在放水管内有一个气动、液压或电力操纵阀，它控制流体从供水管到压力腔的流动。

对于这种布置，操纵在压力放水管上的较小的电动、气动或液压阀就能使来自供水集水管的压力流体操纵阀来关闭回水管道。关闭电动、气动或液压阀，使回水管道内的流体压力推动阀头离开底座就可以将阀打开。

为了使发明更容易理解，现在参照附图描述本发明的实施例。

图1是表示本发明的系统运行的流体循环图;

图2是表示图1中系统电力控制的简单示意图;

图3是表示一个具有蒸发器和冷凝器供、回水集水管的组合式致冷机组的示意图;

图4是图2的供、回水集水管和伺服阀的细部视图。

图5是类似于图3但表示了一个与图3不同形式的阀的视图。

参照图1，它表示一个冷却系统，该系统使用了多个致冷机组42来冷却水，利用一个循环泵41使冷却水通过冷却水回路40循环。冷却水流经负荷43，负荷43可以是空调系统的冷却水盘管。泵41是一种变速泵，并设置在供水管线8上。与各致冷机组42相联的蒸发热交换器12并联连接在供水管8和回水管22之间。

冷凝水回路有一个冷凝水泵14，它向冷凝热交换器16供水，热交换器16分别并联地跨接在供、回水管17和18之间。冷凝水流经一个水塔19并在那里被冷却，冷却是按通常的方式，即利用空气流和蒸发的方式来冷却。

每个致冷机组42至少包括一个使致冷剂通过致冷回路23循环的压缩机21，该致冷回路23联接着一个蒸发器和一个冷凝器。

截流阀24连接在从各蒸发热交换器12和各冷凝热交换器16引出的回水管上。阀24可以是任何适当形式的阀，但在本发明所表示的实施例中，该阀是伺服阀，它由从各自的蒸发器供水管26或冷凝器供水管20放出的压力水来操纵。放出的水流经一个放水管27并由一个与各压缩机一起被操纵的电磁阀28来控制。

压差传感器31与冷却水回路40和冷凝器水回路15联联，以感应各供水管8和17与回水管22和18之间的压差。压差传感器31给各电机速度控制器提供信号，该控制器便改变泵41和14的转速以保持一个预定的压差。

参照图2，冷却水循环泵41和冷凝器水泵14由三相电源33供电。各电机速度控制器32是一个变频器，它响应来自各压差传感器31的信号，以改变各泵的电源频率，从而改变泵的转速，这样便也改变了各回路中的水的流动，因此，使得各供、回水管8和17与22和18之间的压差相应得到改变。

该系统还有一包括主控器34在内的控制电路，主控器根据各种因素，包括负荷需求、机组运行时间、故障判断、维修计划及类似因素来控制致冷机组42的运行。为了检测负荷的变化，利用适当的温度测量装置36在供水管8和回水管22内测量冷却水的温度。每个压缩机21都由一个压缩机接触器37控制，接触器37通过一个外场控制器38接受24伏的电源。外场控制器38接收来自主控制34的、响应感应到的负荷状态和预定系统参数的控制信号。各机组42用作伺服阀24的电磁阀也由外场控制器38来控制，如果压缩机接触器37接通，与之相联的电磁阀28便断开，相反，如果压缩机接触器37断开，则与之相联的电磁阀28便接通。

满负荷时，各个致冷机组都在运行，冷却水流过各个蒸发热交换器12。当负荷减小时，在冷却水供、回水管8和22内的冷却水温度发生变化，这就起动了主控制器，主控制器使其中一个外场控制器38工作以停止某一个压缩机21运转。同时，相联的电磁阀28接通，于是起动相应的回水管22和18中的截流阀24，防止水流过相应的蒸发热交换器12和冷凝热交换器16。然后压差传感器31检测由于一个或多个热交换器退出水循环后各供、回水管路之间压差的变化。压差传感器31给相应电机转速控制器32发信号，以改变泵41和14的转速，使它们的转速降低，同时减小了相应回路中的水流量，因而使压差减小到预定值。

可以看出，当系统在低于满负荷状态下运行时，由于泵组及变速泵的作用使能量消耗大大减少。另外采用了伺服控制阀，这种阀工作时的能量需求是最小的。

参照图3到图5，图中表示一个组合式致冷机组42，它包括一个装有一对压缩机组114的支架112，压缩机组有平行的致冷通路23，通路23上设有蒸发器和冷凝器。蒸发器设置在普通蒸发热交换器12内，而冷凝器设置在普通冷凝热交换器16内。蒸发热交换器用于冷却水，水从供水集水管118经过热交换器12流到回水集水管119。供水管道121将供水集水管118与蒸发热交换器12连接起来，而回水管道122与回水集水管119相连。

类似地，水分别从供、回水集水管123和124供给冷凝热交换器16。

在一个空调系统中，多个组合式致冷机组42并联连接，这样可使冷却水和冷凝水循环流经系统内各机组的每一个蒸发热交换器12和冷凝热交换器16。正如前面已指出的，主控制器34控制在任意一个时刻与系统负荷相适应的运行的致冷机组42的数量。当负荷减小并且根据减小的负荷需求而停止某些机组运行时，为使冷却水保持所需要的温度而必须参加运行的机组数量减小。

类似地，当负荷增加时，主控器34按照需要开动机组，使冷却水（或加热水）保持所需的温度。

当一个组合式机组42停机时，一个或多个阀便被启动并关闭通向蒸发热交换器12和冷凝热交换器16的冷却水和/或加热水的供水和/或回水。在图3和图4所示实施例中，阀126设置在回水集水管119内，以控制回水管道122。一个类似的阀设置在冷凝水回水集水管124内，以控制冷凝器回水管道127。

阀126由压力腔128、阀杆129、活塞132和阀头133组成。压力腔128设置在集水管119的外侧，阀杆129穿过回水集水管119内的一个密封件131，活塞132位于压力腔内的阀杆129的端头处，阀头133位于阀杆129的另一个端头，阀头的大小应能关闭通到回水管道122的开口。压力放水管134从供水集水管118延伸到压力腔128，以便把供给的流体放到压力腔128，使活塞推动阀头133进入密封位置，如图4中实线所示。压力放水管134上装有一个通常是关闭的电磁操纵阀136，它用于关闭放水管134。

类似的阀机构设置在组合式机组42的冷凝器侧。

在正常工作期间，当组合式致冷机组运行、压缩机114运行的时候，电磁线圈断开，因而关闭压力放水管134。在回水管道122内的冷却水及复位弹簧的压力，足以使阀头133离开底座，以使回水管道122与回水集水管119接通，如图4中虚线所示。类似地，在冷凝热交换器117上的回水集水管打开时，换热流体将流过蒸发和冷凝热交换器12和16。

当组合式致冷机组停机时，电磁阀136动作并打开放水管134，这时，来自供水集水管118和123的压力流体便分别作用于各自的阀126，以便关闭相应的回水管道122和127。因而，水便不再流经蒸发热交换器12和冷凝热交换器16。由于这些热交换器不加入相应的水循环，于是循环泵的负荷减小，因此可减小泵转速，使泵的能量消耗降低。

由于电磁操纵阀136只作用于流体放出管134，所以密封的困难就可以避免，同时也使阀136具有较简单的结构。

参照图5中所示的实施例，该实施例没有使用图3和图4中表示的那种阀，而是在每个供水管道121和回水管道122中使用了两个电磁操纵的蝶阀137和138。对于这种结构，蝶阀137和138用于同时直接关闭供水管道121和回水管道122。这种蝶阀137和138直接装在各相应的管道内，如果需要的话，也可以由一个单个操纵电磁铁来操纵。另外，这种阀也可以是气动或液压操纵的。

虽然在所描述的实施例中使用的是变速泵，即用变速泵来循环冷却水和冷凝器水，但是变量泵或者变速泵与变量泵组合起来也是适用的。另外也可以选择多级泵，甚至多个泵来循环水，可以根据系统负荷变化的需要来停止泵的一个级或多个级或者独立的泵组的运转以减小水的流量。

此外，各机组的冷凝热交换器也可采用空气冷却方式，在这种情况下，本发明将适用于机组的冷却水侧。相反，机组也可以用于加热目的，在这种情况下，本发明将特别适用于冷凝器水的循环。

Claims (17)

1、一种加热和/或冷却系统，它包括多个组合式致冷机组，每一机组至少有一个压缩机、一个蒸发热交换器和一个冷凝热交换器；每个机组上都有供、回流体管道，用于输送换热流体，使之流经蒸发热交换器，所述供、回流体管道与对应的供、回集管相联，以使蒸发热交换器并联地跨接在集管之间；用于使换热流体循环并流经集管的泵，所述的泵包括用来改变所述换热流体的流量的泵控制装置；与各机组相联的阀，阀有选择地至少关闭供、回流体管道中的一个管道。

2、按照权利要求1的系统，其特征是还包括压差传感装置，它用来感应供、回集管之间的压差，所述泵控制装置响应于所述传感装置来改变所述换热流体的流量，以保持预定的压差。

3、按照权利要求1或2的系统，其特征是还包括一个监测系统运行参数并控制组合式机组、泵和各个阀的主控器，所述主控器接收来自供、回集管内的温度传感器、各压缩机的压缩机接触器的信号，根据集管的温度，使压缩机起动或停机，它还控制操纵这些机组的阀的装置，当机组停机时，使阀关闭该机组相应的供和/或回流体管道。

4、按照权利要求3的系统，其特征是所述主控器根据集管的温度选择性地开动或停止压缩机运转，使所有机组基本均衡运行。

5、按照权利要求1到4中的任何一个权利要求，其特征是所述阀安装在每个机组上，以便选择性地只关闭回流管道。

6、按照权利要求1到5中的任何一个权利要求，其特征是还包括将冷凝器流体输送到各机组的冷凝热交换器的第二供、回流体管道，所述第二管道与相互联接的冷凝器流体集管相通，以使冷凝热交换器并联连接，还包括循环所述冷凝器流体的第二泵，所述第二泵具有第二泵控制装置，以改变所述冷凝器流体的流量，还包括冷凝器阀，它选择性地至少关闭各机组的第二供、回管道中的一个管道。

7、按照权利要求6的系统，其特征是所述第二泵控制装置包括一个冷凝器流体压差传感器，以感应冷凝器流体供流集管和回流集管之间的压差，并且响应于传感器来改变冷凝器流体的流量，以保持预定的压差。

8、按照权利要求6或7的系统，其特征是所述冷凝器流体通过冷却塔循环。

9、按照权利要求1到8中的任何一个权利要求，其特征是每个所述的阀包括一个伺服阀，伺服阀有一个阀头，阀头可移动到基本封住各回流管道上的阀座的位置;一个活塞，装在阀端头;一个压力管，用来将流体从供流集管输送到所述活塞;和关闭装置，它选择性地关闭压力管。

10、按照权利要求9的系统，其特征是所述关闭装置包括一个、在压力管内的直通电磁阀。

11、按照权利要求10的系统，其特征是所述电磁阀是一个常闭阀，当电磁阀接通时，阀打开压力管。

12、按照权利要求10或11的系统，其特征是一个外场控制器根据有或没有开动相应压缩机的控制信号，将电源电压或者变换到电磁阀，或者变换到压缩机控制器。

13、按照权利要求1到12中的任何一个权利要求，其特征是所述的泵控制装置包括改变所述泵的转速的电机转速控制器。

14、按照权利要求1到5中的任何一个权利要求，其特征是所述冷凝热交换器是一个风冷热交换器。

15、一种空气调节系统，它包括多个组合式致冷机组，每个机组在致冷循环中至少有一个压缩机，该致冷循环包括一个蒸发器和一个冷凝器;一个冷却水回路，包括供、回水集管和一个水循环泵;一个控制泵电机转速的电机转速控制器;一个用感应供、回水集管之间水压差的压差传感器;一个偏差信号装置，它根据预定的感应压差来给电机转速控制器提供一个控制信号;每个蒸发器都有一个冷却水供、回水管道，以便将来自冷却水回路的水输送到与蒸发器相联的一个热交换器，这样便使这些热交换器并联连接;在各个供、回水管道中至少一个管道上有一个阀，以及阀执行机构，当一个以上的压缩机停机时，阀执行机构将阀关闭。

16、按照权利要求15的系统，其特征是所述阀是一个伺服阀，它由流经放水管的供水集管的水来操纵并由放水管内的电磁阀来控制。

17、按照权利要求15或16的系统，其特征是有一个温度测量装置，用来测定供、回水集管内的水温;和一个主控器，它根据测量的温度和既定程序指令开动或停止系统的压缩机，以达到分别增加或降低温度，同时分别停止或启动阀执行机构的目的。

Images