CN112368528A - 与空冷冷冻机集成的模块式水侧节能器 - Google Patents

Abstract

一种液体循环节能器模块被构造用于具有蒸气压缩循环的冷冻机系统中。该液体循环节能器模块包括：位于壳体内的热交换器组件，该热交换器组件具有至少一个热交换器盘管；风扇组件，其具有与至少一个热交换器盘管大体上对齐的至少一个风扇；以及至少一个阀，其能够在多个位置之间移动，以控制流体进入热交换器组件的流动。当至少一个阀处于第一位置时，节能器模块与平板热交换器并联布置。当至少一个阀处于第二位置时，节能器模块与平板热交换器串联布置。平板热交换器包括至少一个流体端口，用于与蒸气压缩循环的部件连通。

Description

与空冷冷冻机集成的模块式水侧节能器

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请第62/858,574号的优先权，该申请提交于2019年6月7日，并且以引用方式并入本文。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及冷冻制冷系统，并且更特别地涉及用于冷冻流体制冷系统的无液体循环冷却节能器。

背景技术

冷冻流体系统提供经温度调节的流体，以用于调节大型建筑物和其它设施内的空气。冷冻流体典型地被泵送到多个远程热交换器或系统盘管，以用于冷却建筑物内的各个房间或区域。冷冻流体系统通过使用水或类似流体作为安全且廉价的温度传输介质，使得大型建筑物或建筑物综合体的空调需求能够集中化。

通常，冷冻流体系统被构造成经由第一流体回路提供特定温度的冷冻流体，以用于冷却建筑物中的空气并对空气进行除湿。热量和湿气从建筑物空气中被提取，并且热量传递到第一流体回路中的流体，并经由第一流体回路返回到冷冻流体系统。通过将流体的热量传递给冷冻机的制冷剂，返回的流体再次被冷却到期望的温度。在制冷剂被压缩机压缩后，制冷剂中的热量被输送到冷凝器。一些机组使用水冷冷凝器，在水冷冷凝器中，热量被传递到诸如水的第二流体。第二流体回路将废热从冷冻机的冷凝器输送到冷却塔，然后冷却塔通过环境空气和第二回路的第二流体之间的一些水的直接接触和蒸发将废热从第二水回路传递到环境空气。然而，其它冷冻流体系统使用风扇和冷凝器盘管将热量直接传递到空气。

发明内容

在一个示例性实施例中，液体循环节能器模块被构造用于具有蒸气压缩循环的冷冻机系统中。液体循环节能器模块包括：位于壳体内的热交换器组件，该热交换器组件具有至少一个热交换器盘管；风扇组件，其具有与至少一个热交换器盘管大体上对齐的至少一个风扇；以及至少一个阀，其能够在多个位置之间移动，以控制流体进入热交换器组件的流动。当至少一个阀处于第一位置时，节能器模块与平板热交换器并联布置。当至少一个阀处于第二位置时，节能器模块与平板热交换器串联布置。平板热交换器包括至少一个流体端口，用于与蒸气压缩循环的部件连通。

在上述的另一个实施例中，与平板热交换器流体连通的蒸气压缩循环的部件是蒸发器。

在上述任一项的另一个实施例中，热板热交换器将至少一个热交换器盘管与蒸气压缩循环流体分离。

在上述任一项的另一个实施例中，循环泵用于使流体流循环通过至少一个热交换器盘管和平板热交换器。

在上述任一项的另一个实施例中，存在用于收集流体流的膨胀箱和用于隔离平板热交换器的至少两个隔离阀。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个热交换器盘管包括至少一个第一热交换器盘管和至少一个第二热交换器盘管。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个第一热交换器盘管和至少一个第二热交换器盘管布置成V形构造或W形构造中的至少一种。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个风扇是变速风扇。液体循环节能器包括与至少一个热交换器盘管对齐的至少一个入口面板。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个热交换器盘管涂覆有耐腐蚀材料。

在另一个示例性实施例中，冷冻机系统包括蒸气压缩循环，该蒸气压缩循环包括蒸发器和冷凝器。液体循环节能器包括可移除地附接到冷凝器的至少一个节能器模块。至少一个节能器模块包括位于壳体内的热交换器组件，该热交换器组件包括至少一个热交换器盘管。风扇组件包括与至少一个热交换器盘管大体上对齐的至少一个风扇。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个节能器模块与冷凝器成一体。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个热交换器盘管和冷凝器相对于冷却空气流彼此平行布置。至少一个热交换器盘管包括由铜或铝中的至少一种制成的圆管或平端口管中的至少一种。

在上述任一项的另一个实施例中，风扇组件包括至少一个变速风扇。

在上述任一项的另一个实施例中，控制器与蒸气压缩循环和液体循环节能器电连通。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个第一热交换器盘管包括布置成V形构造或W形构造中的至少一种的多个热交换器盘管。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个节能器模块包括至少一个入口面板。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个入口面板与至少一个热交换器盘管对齐。

在上述任一项的另一个实施例中，液体循环节能器包括至少一个阀，其能够在多个位置之间移动，以控制流体进入热交换器组件的流动。当至少一个阀处于第一位置时，节能器模块与蒸气压缩循环的部件并联布置。当至少一个阀处于第二位置时，节能器模块与蒸气压缩循环的部件串联布置。

在上述任一项的另一个实施例中，至少一个热交换器盘管涂覆有耐腐蚀材料。

在上述任一项的另一个实施例中，蒸气压缩循环包括冷冻机控制器。液体循环节能器包括与冷冻机控制器电连通的节能器控制器。

附图说明

图1是包括水侧节能器的冷冻机制冷系统的示例的示意图。

图1A是包括水侧节能器和制冷剂节能器的另一个示例冷冻机制冷系统的示意图。

图1B是包括水侧节能器和热交换器的又一示例冷冻机制冷系统的示意图。

图2是示例水侧节能器的示意图。

图3A是冷冻机制冷系统的示例水侧节能器和冷凝器的俯视图。

图3B是图3A的示例水侧节能器和冷凝器的前视图。

图4A是沿着图3A的线4A-4A的剖视图，示出了具有“V”形构造的节能器的示例水节能器模块。

图4B是具有“W”形构造的节能器的另一个示例水节能器模块沿着图3A的线4B-4B的剖视图。

具体实施方式

图1示出了冷冻机系统5的示意图。冷冻机系统5包括常规的蒸气压缩或制冷循环10。诸如R-410A或R-134a (R)的制冷剂流体被构造成循环通过蒸气压缩循环10，使得制冷剂R在低的温度和压力下蒸发时吸收热量，并且在较高温度和压力下冷凝时释放热量。在蒸气压缩循环10中，制冷剂R在由箭头指示的逆时针方向上流动。压缩机12接收来自蒸发器14的制冷剂蒸气，并将制冷剂蒸气压缩到更高的温度和压力。相对热的蒸气然后通过冷凝器16，在冷凝器16中，制冷剂通过与诸如空气或水的冷却介质的热交换关系被冷却和冷凝成液态。液态制冷剂R然后从冷凝器16流到膨胀阀18，在膨胀阀18中，制冷剂R在其流到蒸发器14时膨胀到低温两相液体/蒸气状态。在蒸发器14中增加热量之后，低压蒸气然后返回压缩机12，在那里重复制冷循环。

冷冻机系统5另外包括诸如空气处理器的二次系统30，其流体联接到冷冻机系统5的蒸气压缩循环10。如图所示，从二次系统30向蒸发器14提供诸如水或乙二醇的流体F。在蒸发器14内，热量从流体F释放到制冷剂R，使得冷流体F返回到二次系统30。在二次系统30内，流体F可循环到建筑物或受调节空间，以冷却与之相关联的空气并对空气进行除湿。

为了提高蒸气压缩循环10和二次系统30的整体效率，液体循环或流体节能器40可连接到在蒸气压缩循环10和二次系统30之间延伸的流体回路。节能器40可用来代替蒸发器14或作为蒸发器14的补充来冷却流体F。流体或液体循环节能器40典型地位于建筑物的外部，以允许使用环境空气来冷却流体F。因此，在环境温度足以冷却流体F的较冷气候中，包括流体节能器40可能特别有益。

此外，冷冻机控制器32与压缩机12、蒸发器14、冷凝器16和膨胀阀18电连通，以监测相应装置中的制冷剂R或控制相应装置的操作。另外，节能器控制器34与节能器40电连通，以监测和控制节能器40的操作。另外，节能器控制器34可与现有的冷冻机控制器32连通。备选地，节能器控制器34可集成到冷冻机控制器32中。

图1A示出了另一个示例蒸气压缩循环10，除了下面描述的或附图中示出的之外，其类似于图1中描述的蒸气压缩循环10。图1A中的蒸气压缩循环10包括布置在冷凝器16下游的制冷剂节能器热交换器20的添加。在图示的示例中，从冷凝器16输出的制冷剂R在两个流体流动路径之间分流。制冷剂R的第一部分在被供应到膨胀阀18之前流过节能器热交换器20的一个或多个程(passes)22。制冷剂R的第二部分在到达节能器热交换器20的一个或多个程26之前穿过阀24。制冷剂R的不同流以热交换关系布置在节能器热交换器20内。

通过冷却第二流动路径中的制冷剂R，包括节能器热交换器20进一步冷却提供到膨胀阀18的制冷剂R。第二流动路径中的制冷剂从第一制冷剂流动路径吸收热量并变成蒸气。该蒸气然后被直接提供到压缩机12的中间部分，从而绕过蒸气压缩循环10的膨胀阀18和蒸发器14。包括节能器热交换器20提高了蒸气压缩循环10的整体效率。然而，应当理解，在本文中也可想到不包括节能器热交换器20或具有另一种构造的蒸气压缩系统。

图1B示出了另一个示例冷冻机系统5，除了下面描述的或附图中示出的之外，其类似于图1中描述的冷冻机系统5。在图示的示例中，循环泵45、膨胀箱36和至少一个隔离阀47与节能器40相关联，以使流体流F2循环通过节能器40和硬钎焊板式热交换器38。硬钎焊板式热交换器38将热量从通过蒸发器14和二次系统30循环的流体F1传递到与节能器40相关联的流体F2中。如图1B所示，节能器控制器34控制和/或监测循环泵45、膨胀箱36、至少一个隔离阀47和节能器40。

现在参考图2，更详细地示出了与图1至图1B中的蒸气压缩循环10和二次系统30结合使用的流体节能器40的示例。流体节能器40可通过水阀连接件39与蒸发器14连接，以允许流体节能器40用现有的冷冻机系统5进行改装。流体节能器40包括一个或多个节能器模块42，节能器模块42大体上彼此相邻布置，诸如堆叠对齐。在流体节能器40包括多个模块42的示例中，模块42可具有相似的构造，或者备选地可具有不同的构造。可包括任意数量的节能器模块42，使得多个模块42的热交换能力足以满足给定应用的冷却要求。每个节能器模块42布置成与入口导管流体连通，并且包括阀43，诸如三通阀，以选择性地控制流体F到模块42的流动。阀43是可操作的，使得模块42可与蒸发器14串联或并联布置。在流体节能器40包括多个模块42的示例中，流体F被构造成平行地流过多个模块42。备选地，流体F可被构造成流过串联的多个模块42中的全部或至少一部分。

参照图3A和图3B，在一个示例中，流体节能器40的一个或多个模块42可与蒸气压缩循环10的冷凝器单元16的一个或多个盘管大体上对齐。因为流体节能器40相对于由箭头A指示的气流平行于冷凝器16布置，所以包含节能器模块42不会增加空气侧压降，从而导致更高的效率。特别地，冷凝器16包括将空气抽吸通过冷凝器16的风扇61A、61B、61C，并且流体节能器40包括将空气抽吸通过流体节能器40的风扇62A、62B。流体节能器40还可包括诸如门的入口面板70，以提供用于对每个节能器模块42进行清洁或维修的通道。冷凝器16和流体节能器40可能够移除地附接到彼此，以允许冷凝器16和流体节能器40一起或分开运输。

现在参照图4A，更详细地示出了液体循环流体节能器模块42的示例。每个节能器模块42包括壳体或机柜44。壳体44的一个或多个侧面46A、46B限定了用于空气流入节能器模块42的入口。类似地，壳体44的端部48限定了用于空气从节能器模块42排出的出口开口。位于每个节能器模块42的壳体44内的是布置在相对的纵向侧面46A、46B之间的热交换器组件50。

热交换器组件50的横截面在节能器模块42的长度上是大体上恒定的，诸如在前表面52和后表面(未示出)之间。热交换器组件50包括至少一个热交换器盘管54A、54B，热交换器盘管54A、54B可包括形成为具有铜盘管和铝翅片的圆管板翅片热交换器盘管或平端口管热交换器盘管。在热交换器组件50包括多个热交换器盘管54A、54B的示例中，热交换器盘管54A、54B可以但不必在相对的纵向侧面46A、46B之间与节能器模块42的中心大体上对称或等距地布置，如由线C示意性地示出的。热交换器盘管54A、54B还可包括耐腐蚀涂层，并且热交换器盘管54A、54B是圆管或平管，并且由铜或铝中的至少一种制成。

在图示的非限制性示例中，热交换器组件50包括安装到壳体44的第一纵向侧面46A的至少第一热交换器盘管54A和安装到壳体44的第二纵向侧面46B的至少第二热交换器盘管54B。第一热交换器盘管54A和第二热交换器盘管54B可以但不必基本上相同。如本领域中已知的，多个热交换器盘管54A、54B可布置在壳体44内，使得热交换器组件50的至少一部分具有大体上V形的构造。在图示的非限制性示例中，至少一个第一热交换器盘管54A包括以V形构造布置的一对热交换器盘管，并且至少一个第二热交换器盘管54B包括以V形构造布置的一对热交换器盘管。然而，热交换器组件50的备选构造(诸如大体上W形的构造(图4B)、A形构造或大体上水平的构造)也在本公开的范围内。至少一个第一和第二热交换器盘管可涂覆有诸如环氧基涂层的环境保护涂层，以防止腐蚀。

节能器模块42另外包括风扇组件60，风扇组件60包括一个或多个风扇62A、62B，风扇62A、62B被构造成使空气循环通过壳体44和热交换器组件50。风扇62A、62B也可为变速风扇或单速风扇。根据节能器模块42的特性，风扇组件60可定位在如图4所示的相对于热交换器组件50的下游(即“引风构造”)或者相对于热交换器组件50的上游(即“送风构造”)。如图所示，在引风构造中，风扇组件60可安装在壳体44的第一端部48处。在一个示例中，风扇组件60包括基本上等于热交换器组件50中的多个热交换器盘管54A、54B的多个风扇62A、62B。在这样的示例中，每个风扇62A、62B被构造成将空气抽吸通过相应的热交换器盘管54A、54B，并且分别与该盘管54A、54B大体上竖直地对齐。然而，本文中也设想风扇组件60包括仅单个风扇62、两个风扇62或者风扇62的总数不同于热交换器盘管54的数量的示例。此外，风扇组件60的一个或多个风扇62可被构造为固定速度风扇，或者备选地可具有变速能力。

与至少一个热交换器盘管54相关联的至少一个风扇62的操作导致空气流过相邻的空气入口并进入节能器模块42的壳体44。当空气经过热交换器盘管54时(参见图4A至图4B中的箭头)，热量从热交换器盘管54内的流体F传递到空气，从而冷却流体F并导致空气的温度升高。热空气然后从模块42排出，并且较冷的流体F返回到流体回路，在那里它被进一步冷却，或者返回到二次系统30。

再次参照图2，在一个示例中，每个节能器模块42可另外包括多个喷水喷嘴64(也称为蒸发预冷却器)，其与热交换器组件50的多个盘管54基本上对齐。这些增加的喷水喷嘴64可操作以通过允许对应的节能器模块42内的空气温度通过水的蒸发而降低来增强自由冷却盘管54。水的蒸发可使空气温度降低到接近环境湿球温度，在一些干燥的气候条件下，环境湿球温度可比干球温度低多达40华氏度。应当理解，在一个示例中，蒸气压缩循环10的冷凝器16可另外包括旨在增强其操作的喷水喷嘴64。

在一个示例中，多个喷嘴64形成网格，并且相对于通过模块42的空气流，位于热交换器组件50的上游紧邻处。喷嘴64可选择性地操作以在热交换器盘管54的下侧附近产生薄雾。薄雾被构造成将热交换器组件50周围的局部环境温度降低到接近湿球温度的温度，并有利于蒸发冷却。因此，喷嘴64的操作改变了通过盘管54的空气的温度和湿度，而不会增加空气的冷凝。在一个示例中，仅当满足两个条件时，喷嘴64才操作。首先，湿球温度必须比流体F的温度低预定量，其次，湿球温度必须比干球温度低预定量。

再次参照图1，蒸气压缩循环10和水侧节能器40可以多种模式操作以冷却流体F。操作模式可基于所感测的环境温度来确定。在第一正常操作模式中，控制到节能器模块42的流体流的阀43处于关闭位置。因此，流体F从二次系统30流到蒸气压缩循环10的蒸发器14，在那里被机械冷却，然后返回二次系统30。当环境温度显著高于预定阈值时，系统以第一模式操作。

在第二自由冷却模式中，阀43被定位成将整个流体流F引导到流体节能器40的一个或多个模块42中。在每个模块的热交换器组件50内，流体F被布置成与冷的环境空气成热交换关系。冷却的流体F然后直接返回到二次系统30。因此，在自由冷却模式下，蒸发器14不用于冷却流体F。在这样的示例中，蒸气压缩循环10不需要操作，因为所有的冷却都由流体节能器40执行。在第二操作模式中，环境温度低于预定阈值，使得环境空气能够单独冷却流体F。在第三预冷却操作模式中，流体F被顺序地提供到流体节能器40，然后提供到蒸发器14。在一个示例中，当环境温度太暖而不能完全冷却流体F时，系统以预冷模式操作。应当理解，喷嘴64可在第二自由冷却模式或者第三预冷操作模式下使用。

尽管不同的非限制性示例示出为具有具体的部件，但是本公开的示例不限于那些特定的组合。有可能将来自任何非限制性示例的一些部件或特征与来自任何其它非限制性示例的特征或部件结合使用。

应当理解，贯穿若干附图，类似的附图标记表示对应或相似的元件。还应当理解，尽管在这些示例性示例中公开并示出了特定的部件布置，但是其它布置也可以受益于本公开的教导。

前面的描述应被解释为说明性的，而不应在限制意义上被解释。本领域普通技术人员将理解，某些修改可以落入本公开的范围内。出于这些原因，应当研究所附权利要求书来确定本公开的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种液体循环节能器模块，其被构造用于具有蒸气压缩循环的冷冻机系统中，包括：

位于壳体内的热交换器组件，其包括至少一个热交换器盘管；

风扇组件，其包括与所述至少一个热交换器盘管大体上对齐的至少一个风扇；和

至少一个阀，其能够在多个位置之间移动，以控制流体进入所述热交换器组件的流动，其中，当所述至少一个阀处于第一位置时，所述节能器模块与平板热交换器并联布置，并且当所述至少一个阀处于第二位置时，所述节能器模块与所述平板热交换器串联布置，并且所述平板热交换器包括至少一个流体端口，以用于与所述蒸气压缩循环的部件连通。

2.根据权利要求1所述的液体循环节能器模块，其特征在于，与所述平板热交换器流体连通的所述蒸气压缩循环的所述部件是蒸发器。

3.根据权利要求2所述的液体循环节能器模块，其特征在于，所述热板热交换器将所述至少一个热交换器盘管与所述蒸气压缩循环流体分离。

4.根据权利要求1所述的液体循环节能器模块，其特征在于，包括循环泵，用于使所述流体流循环通过所述至少一个热交换器盘管和所述平板热交换器。

5.根据权利要求4所述的液体循环节能器模块，其特征在于，包括用于收集所述流体流的膨胀箱和用于隔离所述平板热交换器的至少两个隔离阀。

6.根据权利要求1所述的液体循环节能器模块，其特征在于，所述至少一个热交换器盘管包括至少一个第一热交换器盘管和至少一个第二热交换器盘管。

7.根据权利要求6所述的液体循环节能器模块，其特征在于，所述至少一个第一热交换器盘管和所述至少一个第二热交换器盘管布置成V形构造或W形构造中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的液体循环节能器模块，其特征在于，所述至少一个风扇是变速风扇，并且所述液体循环节能器包括与所述至少一个热交换器盘管对齐的至少一个入口面板。

9.根据权利要求1所述的液体循环节能器模块，其特征在于，所述至少一个热交换器盘管涂覆有耐腐蚀材料。

10. 一种冷冻机系统，包括：

蒸气压缩循环，其包括蒸发器和冷凝器；和

液体循环节能器，其包括可移除地附接到所述冷凝器的至少一个节能器模块，其中，所述至少一个节能器模块包括：

位于壳体内的热交换器组件，其包括至少一个热交换器盘管；和

风扇组件，其包括与所述至少一个热交换器盘管大体上对齐的至少一个风扇。

11.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，所述至少一个节能器模块与所述冷凝器成一体。

12.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，所述至少一个热交换器盘管和所述冷凝器相对于冷却空气流彼此平行布置，并且所述至少一个热交换器盘管包括由铜或铝中的至少一种制成的圆管或平端口管中的至少一种。

13.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，所述风扇组件包括至少一个变速风扇。

14.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，控制器与所述蒸气压缩循环和所述液体循环节能器电连通。

15.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，所述至少一个第一热交换器盘管包括布置成V形构造或W形构造中的至少一种的多个热交换器盘管。

16.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，所述至少一个节能器模块包括至少一个入口面板。

17.根据权利要求16所述的冷冻机系统，其特征在于，所述至少一个入口面板与所述至少一个热交换器盘管对齐。

18.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，所述液体循环节能器包括至少一个阀，所述至少一个阀能够在多个位置之间移动，以控制流体进入所述热交换器组件的流动，其中，当所述至少一个阀处于第一位置时，所述节能器模块与所述蒸气压缩循环的部件并联布置，并且当所述至少一个阀处于第二位置时，所述节能器模块与所述蒸气压缩循环的所述部件串联布置。

19.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，所述至少一个热交换器盘管涂覆有耐腐蚀材料。

20.根据权利要求10所述的冷冻机系统，其特征在于，所述蒸气压缩循环包括冷冻机控制器，并且所述液体循环节能器包括与所述冷冻机控制器电连通的节能器控制器。

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