CN1149703A - 改进的冷却设备的集管箱和盘管结构 - Google Patents

Abstract

一种冷却设备，它包括限制液槽的容器。许多单独的管状通道浸没在液体中。设有包括第一室和第二室的集管箱组合件。第一室与各个单独的管状通道的一端相连接，而第二室与各个单独的管状通道的另一端相连接。

Description

改进的冷却设备的集管箱和盘管结构

本发明涉及热储存和流体冷却，特别是涉及用于在贯穿容器中液槽的许多管状通道上形成、储存和利用冰的改进的方法和设备。另一方面，为冷却流过贯穿容器中液槽的许多管状通道的流体提供改进的方法和设备。

在非峰值电能量期间，冰储存设备形成冰，然后融化冰补充供冷，进一步冷却工作液是公知的，例如美国专利4831831。这种冰的储存设备的一种公知形式是利用致冷液流经许多平行的管状通道，这些管状通道本身浸没在能冻结的储液槽，例如水槽中。通常许多致冷液通道连接在入口和出口集管箱之间，入口和出口集管箱接纳和排出致冷液。

在冰形成周期中，致冷液通常是乙烯或丙二醇溶液从机械制冷设备提供到入口集管箱，然后通过许多管状通道。这种半冻结的流动的致冷剂用来从围绕各通道的液体形成冰，这种液体通常是水。在补充冷却周期中，通过许多管状通道循环致冷液，这些致冷液通常已经流过在空气调节系统或冷却系统中的热交换器而升高了温度。这些致冷液被冰包围的管状通道冷却。致冷液使包围通道的冰融化。

本发明也适用于流体冷却设备，在该设备中通过浸没在容器内液槽中的许多管状通道使流体冷却，通常使用冷却塔冷却液槽。流过许多管状通道的液体通过和冷却的液槽间接接触而冷却。通常，除了在冰储存设备中具有理想的对流流动外，在流体冷却设备中的许多管状通道设备和冰储存设备十分相似，在管状通道外形成均匀的冰层。在流体冷却设备中，通常最好使通过相邻的管状通道具有完全平行的液流。

在液槽中，最好通过省去多余的集管箱和入口管或歧管空间并用管状通道来代替这些空间以提高系统的冷却能力，从而改进盘管设备和管状通道的效率。

所以，本发明的一个目的是提供使用许多浸没在液槽中的管状通道进行冰储存或流体冷却的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供更有效的集管箱和歧管装置，其用于具有浸没在液槽中的许多管状通道的冰储存设备或流体冷却设备。

本发明提供一种具有改进的集管箱和歧管装置的改进的冰储存/辅助冷却或流体冷却的方法和设备。提供单一的细长形集管箱，该集管箱具有内室和外室。内室与许多管状通道的每个的一端相连接，外室与许多管状通道的每个的另一端相连接。入口歧管连接在集管箱的一个内室或外室，把致冷液供应到许多管状通道。出口歧管连接在另一个内窒或外室上，接收已经流过许多管状通道的致冷液。

集管箱本身可以有各种不同形状的结构，但所有这些结构的共同特点是许多管状通道的每一个的一端连接在集管箱的一个室或一个部分上，而许多管状通道的每一个的另一端连接在集管箱的另一个室或另一部分上。所以，进入一个室的致冷液将流经所有管状通道并进入集管箱的另一个室或另一个部分。

本发明的改进的集管箱、管状通道和储液容器可以用作冰储存装置以便向流过管状通道的液体提供补充冷却，或者可以用作流体冷却器，其中，管状通道浸在容器中的储液内，容器本身中的液体向流过管状通道的流体提供冷却。

附图的简要说明。

图1是根据本发明的冷却设备的局部剖开的侧视图。

图2是现有技术的冷却设备的局部剖开的侧视图。

图3是根据本发明的冷却设备的透视图。

图4是根据本发明的包括封闭管状通道的容器的整个冷却设备的侧视图。

图5是根据本发明的冷却设备的端视图。

图6是根据本发明的冷却设备的集管箱和歧管连接装置的侧视详图。

图7是根据本发明的歧管和集管箱结构的一个实施例的部分剖面详图。

图8是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

图9是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

图10是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

图11是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

图12是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

图13是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

图14是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

图15是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

图16是本发明的歧管和集管箱结构的另一个实施例的部分剖面详图。

参阅附图1和3，标号10所指的是根据本发明的冷却设备。当然，冷却设备10本身浸入容器内的液槽中，但在下面的附图中将再显示这一视图。

冷却设备10包括集管箱12，可以看出集管箱12是横在冷却设备10一端的顶部横向延伸的细长形结构。通常集管箱12是由镀锌铜构成，但也可以由不锈钢或其它适合的材料如塑料构成。集管箱12可以采取各种不同形状，在下面的附图中将显示各种不同形状的集管箱12，并在下面进行叙述，然而，集管箱12通常包括内室18和外室20。该两室是相互密闭的，这样，在内室的液体不能和外室20的液体相互作用或流入外室20，反之也是一样，在集管箱12的一个优选的实施例中，基板部分22构成弯成90°角的板，基板22形成内室18和外室20的外壁。内板部分或内隔板24也是弯成90°角的长形板，内板24通常沿着它的边缘通过焊接连接在基板22的内表面上。这样可以看出，在集管箱12内由基板22的一部分和内板24形成内室18。端部19和21封闭内室18和外室20的两个侧端，外板26是由长形板构成，在图1和图3显示的实施例中，外板26由轧制金属板构成，通常沿基板22的内表面，在内板24和基板22间的连接点以外的几点上通过焊接相连。

入口歧管14通常是管状金属体，通过在外板26上的孔的周围焊接入口歧管14使其与外室20相连接，出口歧管16通常也是由金属管构成，其本身与内室18相连接。通过把出口歧管16穿过外板26上的孔来形成这种连接，但并不和外室20相接触。出口歧管16在内板24上的孔的周围通过焊接或其它连接法与内室18相连接。另外，在外板26上的孔的周围通过焊接或其它方法封住出口歧管16，以防止渗漏。

管状通道28的一端连接到外室20，而它的另一端连接到内室18。管状通道30的一端连接到内室18，而它的另一端连接到外室20。管状通道28、30通常是圆形金属管，金属管通常是由钢制成的，在制成后再镀锌，但也可以由不锈钢或其它适合的材料例如塑料制成。然而，在本发明的冷却设备中也可使用其它形状的管状通道，这些管状通道可以是具有其它剖面的金属管例如六角形管道。管状通道28和30的端部通常通过焊接在基板部分22上的孔上而连接到内室和外室。这样，可以看出，致冷液将通过入口歧管14进入并流进外室20。这样，这些致冷液将通过管状通道28的水平设置的上部向外流出，并通过管状通道30的垂直设置部分向下流出。这些致冷液将流经管状通道28和30的整个长度，并进入内室18。这些致冷液一进入内室18就通过出口歧管16内外流出。这一过程可以逆向进行，其效果是一样的。由此歧管16变成入口歧管，而歧管14变成出口歧管，具有同样的传热效果。

现在参看附图2，标号40所指的显示现有技术的冷却设备。当然，和上面所述的冷却设备10一样，冷却设备40设计成浸在容器的储液槽中。通常冷却设备40是由上集管箱42和下集管箱43组成。上集管箱42通常由镀锌钢或不锈钢、塑料或有色金属例如铜制成，并以横向的形式横置在冷却设备40的上角。同样下集管箱43横置在冷却设备40的下角。此外，在液体的容器内入口歧管44包括上入口部分46和向下延伸的下入口部分48。同样地，出口歧管50大部分在容器的液体内并包括上出口52和下出口54。入口歧管44和出口歧管50一般由镀锌钢管或不锈钢管或其它适合流通液体的材料例如塑料或铜构成。

详细地参看上集管箱42，可以看出该集管箱包括出口室56和入口室58，可以看出在该实施例中由基板部分64形成该两室。基板部分64通常是平的位于侧面延伸的板，它通常是由金属例如镀锌钢或不锈钢组成。在侧面延伸的基板部分64支承并连接基本是平的横向延伸的内板或内隔板66的一个边缘：内板或内隔板66是通过焊接或类似的方法连接在基板部分64的一部分上，形成通常的T字形结构。上外板68是一个成形的横向延伸的金属结构件，其一个边缘连接在基板部分64上，而其另一边缘连接在从内板66和基板部分64的接缝处竖向移动到内板66的一个位置上，可以看出，当上外板68和基板部分64的一部分以及内板66相互联结时，即组成上集管箱出口室56。同样地，可以看出上集管箱的下外板70也是横向延伸的成形的金属板，沿其一个边缘连接在基板部分64上，而沿其另一边缘连接在内板66上，而且这种连接一般是通过焊接或其它适合的方法。可以看出，下外板70和基板部分64的一部分以及内板66相互接合形成上集管箱的入口室58。

可以看出上入口46从入口歧管44延伸出来，并通过在上集管箱的下外板70上的孔与入口室58相连接。上入口46与上集管箱的下外板70可以通过各种方法例如焊接进行连接。同样地，它的出口部分52从出口歧管50延伸出来，并与上集管箱的出口室56相连接。上出口52通过各种方法例如焊接连接在上外板68的孔上。

可以看出管状通道72从基板部分64延伸出来，并与上集管箱的出口室56相连接。当然，管状通道72通常是由不锈钢或其它适合的材料的圆形管状结构组成。但是管状通道72当然可以采用其它剖面形状例如六边形结构组成。同样可以看出，管状通道74与上集管箱的入口室58相连接，它通过焊接或其它适合的方法连接在基板部分64的孔上。有关管状通道72的类似的说明和它的不同的形状以及构成的材料也适用于管状通道74。

现在参看下集管箱43，可以看出它一般包括入口室60和出口室62。下入口48从入口歧管44延伸出来，并与入口室60相连接，下出口54从出口歧管50延伸出来，并与下集管箱的出口室62相连接。

可以看出下集管箱43本身的结构与上集管箱42完全相同。现简要地叙述这一结构。它通常包括在侧面延伸的由镀锌钢或不锈钢或类似的金属板构成的下集管箱的基板部分76。内板或内隔板78是横向延伸的板件，它的一个边缘连接在基板76的一部分上，以便形成T字形结构。这种连接通常是通过焊接连接的。上外板80是弯曲的或成形的金属件，它的一个边缘连接在基板部分76上，而它的另一边缘连接在内板78上。这样由基板部分76的一部分、内板78和上外板80形成上述的下集管箱的入口室60。下入口48连接在上外板80的孔上，以便与入口室60相连接。由弯曲的或成形的金属件构成的下外板82以同样的方法形成下出口室62，沿下外板82的一个边缘连接在基板部分76的一个部分上，而沿其另一边缘连接在内板78上，这种连接通常是通过焊接或其它适合的方法连接的，下出口54与下集管箱的出口室62相连接，它通过焊接或其它适合的方法连接在下外板82的孔上。

还可以看出，管状通道72通过焊接或其它适合的方法连接在基板部分76的孔上，与入口室60相连接。同样，管状通道74通过焊接或其它适合的方法连接在基板部分76的孔上，与出口室62相连接。

所以，在这一现有技术的冷却设备中，可以看出致冷液将进入上入口室58并向下流进下入口48，这样也就进入下集管箱的入口室60，上述致冷液将流经管状通道72和74，然后，通过上集管箱的出口室56和下集管箱的出口室62排出。可以看出，在下集管箱出口室62排出的致冷液将流经下出口54并向上经过出口歧管50。

可以看出，在装有液体的容器的空间中，浸没冷却设备10与浸没冷却设备10的使用效率是不一样的。由于这一原因，入口歧管44和出口歧管50都具有整个向下延伸的部分并变为下入口48和下出口54，在本发明的冷却设备10中，可以看出由垂直延伸的管状通道28和30使用上述空间，这种结构提供流经管状通道28和30的致冷液的更多的使用效率。

现在参看附图4至6，本发明的冷却设备10安装在装有液体的容器90中。液体92装在容器90中并且一般最高达到冷却设备10顶部的上方。可以看出，管状通道28和30的竖直延伸部分有助于冷却设备10的总的冷却能力，像这种管状通道28和30的竖直延伸部分通常是完全浸没在液体10中的。不管冷却设备10用作冰储存设备，在其管状通道28和30上形成冰还是冷却设备10用作流体冷却，其冷却的液体流经管状通道28和30都容易地看出通过管状通道28和30的竖直延伸部分达到增加冷却的能力。相反，在现有技术设备中，两个单独的歧管占去了冷却设备一端的空间。

冷却设备10比现有技术的冷却设备40的另一个优点是：由于在本发明的冷却设备10中省去了下歧管的组合件，从而省去了额外的时间、工作程序和相关的费用，由于省去了涉及下歧管需要的组合件，当综合冷却设备10的增加的冷却能力而具有较低成本时，那么，根据本发明的冷却设备10的每一储存的冷却单位(通常以吨/小时测算)的冷却能力的总成本要低于现有技术的冷却设备40的总成本。一个吨/小时是在一小时的时间内提供一吨冷却液。

现在参看图7至图11，显示本发明的改进的集管箱的另一些实施例。在图7中显示具有内室118和外室120的集管箱110。结构的材料类似于上面的参照图1所叙述的材料，对构件的这些材料这里不再陈述，例如包括以弯曲成90°角在侧面延伸的金属板显示的基板部分112，以成形的在侧面延伸的金属板显示内隔板114，这样，内隔板114的一个边缘对接在基板部分112的一个侧边上，而内隔板114的另一个边缘对接在基板部分112的中另一侧边上，从而形成内室118。内隔板114和基板部分112的连接一般是焊接。也是以成形的在侧面延伸的金属板显示外板116，以便使其一个边缘对接在基板部分112的一个侧边上，以便形成外室120，和上面叙述的方法相同，出口歧管与内室118相连接，入口歧管124与外室相连接，同样地，和上面图1所叙述的方法相同，管状通道126与内室118相连接，而管状通道128与外室120相连接。

现在参看图8，叙述类似于在图7中显示的集管箱结构。唯一的区别是内隔板134具有卷曲状的在侧面延伸的金属板，但仍然和在图7中显示的集管箱完全一样，它的两个边缘连接在基板部分112上。另外，外板132通常也是具有卷曲状的在侧面延伸的金属板，它的两个边缘也是连接在基板部分112上。以类似于上面图7所叙述的方法，内隔板134和外板132之间形成外室120，在基板部分112和内隔板134之间形成内室118。入口歧管和出口歧管以及管状通道的其它连接类似于图7所叙述的方法。

现在参看图9，集管箱140类似于图7和图8中显示的集管箱，可以看出，集管箱140包括外板132，它是和在图8中显示的外板完全一样的卷曲的金属板，并同样连接在基板112上。内隔板114类似于图7显示的内隔板，它是具有弯曲的或成形的在侧面延伸的板。内室118和外室120都类似于在图7和图8中显示的内室和外室。入口歧管和出口歧管以及管状通道的连接都按照原样连接。

现在参看图10显示的集管箱150。集管箱150类似于在图7至图9中显示的集管箱，然而，该集管箱使用类似于图8中显示和叙述的内隔板134，外板116类似于在图7中显示和叙述的外板，入口歧管和出口歧管以及管状通道的其它连接类似于图7至图9中叙述的连接方法。

现在参看图11，它显示本发明的另一个实施例的集管箱160。该集管箱是一个细长的圆形外壳164。以弯成90°角的细长的成形金属构件显示内隔板162。沿外壳164的内表面连接内隔板162的一个边缘，而沿外壳164的另一内表面连接内隔板162的另一边缘。所以，在外壳164的一部分和内隔板162之间形成内室166，而在内隔板162的另一面与外壳164之间形成外室168。歧管122和124以及管状通道126、128的连接类似于在图7至图10中所叙述的连接方法。

现在参看图12，它显示本发明的另一个实施例的集管箱170。可以看出，集管箱170位于冷却组合件的下角，该实施例的结构非常类似于图11中显示的结构，以类似于在图11中叙述的方法，在外壳174内和内隔板172形成内室176和外室178。管状通道180和182分别与内室176和外室178相连接。和在图11中更详细地叙述的方法一样，出口和入口歧管184，186也分别与内室和外室176、178相连接。

现在参看附图13，它显示本发明的另一个实施例的集管箱190。像在图12中显示的实施例一样，该集管箱190位于冷却设备的下角。集管箱190的结构非常类似于上述图7中叙述的实施例的某管箱110。所以只做简要的叙述。基板部分192是一细长形成形的金属结构件。内隔板194也是一成形的金属件，沿着它的两个边缘连接在基板部分192的内表面上，形成内室198。外板196也是一个成形的细长形金属件，以便沿着它的两个边缘连接在从和内隔板194的连接面向外的基板部分192的一部分上，在内隔板194和外板196之间形成外室200。出口歧管202与内室198相连接，而入口歧管204与外室200相连接，穿过内隔板194和外板196上的孔的这些管道是通过焊接连接的。同样，管状通道206与内室198相连接，而管状通道208与外室200相连接。

现在参看图14，它显示本发明的另一个实施的集管箱214，集管箱214与上面图13中叙述的集管箱190十分相似，所以这里也不再重复叙述。可以看出，出口歧管212用水平的方式内室216相连接，而入口歧管210与外218上连接。

现在参看图15，它显示本发明的另一个实施例的集管箱220。集管箱220位于冷却设备的上角。该实施例预计以流体冷却设备的形式使用的冷却设备。所以，内室222与管状通道226和228相连接，而这些管状通道是并列的。外室224则与管状通道226、228的另一端相连接。入口歧管与内室22相连接，出口歧管234与外室224相连接。可以看出，冷却的流体通过入口歧管进入内室222，然后流过并列的管状通道226、228。这些管状通道遍布整个冷却设备，并像上面所述的那样，在冷却设备的容器内通过和流体相接触而被冷却。当流过管状通道226、228的竖直部分时，冷却的流将进入外室224，并通过出口歧管234排出。

现在参看图16，它显示本发明的另一个实施例的集管箱240。可以看出集管箱240位于冷却设备的下角。该结构与图15显示的实施例相同，本发明的冷却设备设计成起流体冷却设备的作用。所以，内室242与管状通道250、252相连接，并列的管状通道250、252将接纳冷却的流体。这些冷却后的流体将经过竖直延伸的管状通道排出，进入外室244，冷却的流体通过入口歧管246进入内室242，并通过与外室244相连接的出口歧管248排出。

Claims (17)

1.一种操作热储存设备的方法，在储存周期中，凝固和储存液体，该方法包括以下步骤：使冷的致冷液流过浸没在容器中的储液槽中的一个或更多的管状通道，从而围绕管状通道形成冻结的储液外壳，

其中，所述冷的致冷液通过包括具有内室和外室的细长形结构的集管箱组合件提供给所述管状通道并从所述管状通道排出，

所述内室与各个所述管状通道的一端相连接，并连接在第一外侧流管上，所述外室与各个所述管状通道的另一端相连接，并连接在第二外侧流管上，

这样，所述冷的致冷液通过所述外侧流管之一进入所述的一个内室或外室，再通过所述的各个管状通道流进所述的另一个内室或外室，然后通过所述的另一个外侧流管。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述冷的致冷液通过所述第二外侧流管进入所述外室，通过所述的各个管状通道流进所述内室，通过所述第一外侧流管排出。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述集管箱组合件的内室包括内壁部分和外壁部分，而所述外壁部分也形成外室的一部分。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：连接于所述内室的所述第一外侧流管穿过所述外室。

5.一种热储存设备，在储存周期中，由冷的致冷液流过浸没在储液槽中的一个或更多的管状通道，在所述管状通道的周围形成冻结的储液外壳，从而凝固和储存液体，

所述热储存设备包括一个限制所述储液槽和所述管状通道的容器，

一个集管箱组合件用于向所述管状通道供应所述冷的致冷液，并从所述管状通道排出所述冷的致冷液。

所述集管箱组合件包括具有内室和外室的长形结构。所述内室与所述的各管状通道的一端相连接，并与第一外侧流管相连接；所述外室与所述的各管状通道的另一端相连接，并与第二外侧流管相接。

这种连接能使所述冷的致冷液通过所述外侧流管之一进入所述的一个内室或外室，并流经所述的各个管状通道进入另一个所述内室或外室，并通过另一个所述的外侧流管排出。

6.根据权利要求5所述的热储存设备，其特征在于：所述集管箱组合件的内室包括内壁部分和外壁部分，所述外壁部分也形成所述外室的一部分。

7.根据权利要求6所述的热储存设备，其特征在于：连接于所述内室的所述第一外侧流管穿过所述外室。

8.根据权利要求5所述的热储存设备，其特征在于：所述集管箱组合件由包括第一细长形板的基板部分构成，所述第一细长形板具有以小于180°角定向的两个支脚部分。

一个内部包括第二细长形板，所述第二细长形板沿两个相对的平行边连接到所述第一细长形板的内表面，形成所述内室。

一个外部包括第三细长形板，所述第三细长形板沿两个相对的平行边从所述第二细长形板的所述连接点的外侧连接到所述第一细长形板的内表面，形成所述外室。

9.根据权利要求8所述的热储存设备，其特征在于：所述第一细长形板的所述两个支脚部分以大约90°角定向。

10.根据要求8所述的热储存设备，其特征在于：所述第二细长形板具有以大约90°角定向的两个支脚部分。

11.根据权利要求8所述的热储存设备，其特征在于：所述第二细长形板是呈弯曲状的。

12.根据权利要求8所述的热储存设备，其特征在于：所述第三细长形板具有定向成大约90°角的两个支脚部分。

13.根据权利要求8所述的热储存设备，其特征在于：所述第三细长形板是呈弯曲状的。

14.根据权利要求5所述的热储存设备，其特征在于：所述集管箱包括管状结构，在所述管状结构中的第一细长形板把所述管状结构分隔成所述内室和所述外室。

15.根据权利要求14所述的热储存设备，其特征在于：所述第一细长形板具有两个相对的平行边，所述边连接在所述管状结构的内表面上，形成所述内室和所述外室。

16.一种冷却设备，它包括限制液槽的容器，基本上浸没在所述液槽中的许多管状通道，集管箱组合件包括具有第一室和第二室的细长形结构，所述第一室与所述的各管状通道的一端相连接，而所述第二室与所述的各管状通道的另一端相连接；第一外侧流管连接于所述第一室，而第二外侧流管连接于所述第二室。

17.根据权利要求16所述的冷却设备，其特征在于：所述容器具有顶部和底部，所述的许多管状通道包括从所述容器的底部附近至靠近所述容器顶部的所述集管箱组合件的垂直延伸部分。

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