DK163262B - Udbyggeligt koelesystem - Google Patents

Description

DK 163262 B

α

Opfindelsen vedrører et udbyggeligt køleanlæg til overføring af varme fra et fluidum til et andet, hvor en samlet belastning dækkes af flere modulenheder, og især sådanne kølesystemer til brug i luftkonditione-5 ringsanlæg.-

Luftkonditioneringsanlæg til moderne bygninger såsom store kontorejendomme, indkøbscentre, lagerbygninger og lignende har sædvanligvis luftkonditioneringsenheder, til hvilke der pumpes vand eller andre 10 varmevekslingsfluider, så luft afkøles (om sommeren) eller opvarmes (om vinteren) og cirkuleres til de områder, der skal afkøles henholdsvis opvarmes. Varmevekslingsfluidet til afkøling cirkuleres generelt gennem et kølesystems fordamper/køler, der fjerner varmen fra 15 fluidet. Varmen overføres til et andet varmevekslingsfluidum, som cirkulerer gennem kølesystemets kondensator. Det andet varmevekslingsfluidum kan .også være vand eller en anden væske, eller det kan være luft i et luftkølet eller fordampningskølet system. Et sådant sy-20 stem kan også konstrueres til at køre med et kredsløb, der virker i modsat retning og derved virker som varmepumpe for opvarmning af luften, der skal konditioneres. Kølesystemet har en køle/opvarmningskapacitet, der svarer til kapaciteten af luftkonditioneringsanlægget.

25 Til højkapacitetsanlæg af den art, der installe res i kontor- og lejlighedskomplekser, er det nødvendigt at have et kølesystem med høj kapacitet for at kunne klare den forventede maksimalbelastning. Erfaringsmæssigt har sådanne højydende kølesystemer en ten-30 dens til at være mere udsat for havari og svigt end køleanlæg med lavere ydelse. Sådanne havarier eller svigt efterlader bygningen, i hvilken systemet er installeret, i en tilstand uden nogen som helst luftkonditionering, indtil fejlen er afhjulpet. Ved højkapacitetssy-35 stemer kan det ofte tage dage og nogle gange uger at få havarier og fejl afhjulpet.

2

DK 163262 B

Ved konstruktionen og opførelsen af mange moderne bygningskomplekser har man ofte taget hensyn til, at bygningskomplekset vokser, dvs. at bygningerne opføres i flere trin over et længere tidsrum. På grund af van-5 skeligheden yed at udvide et allerede konstrueret luftkonditioneringssystem er det i reglen nødvendigt at konstruere og installere systemet, så det har den kapacitet, der er nødvendig for det færdige bygningskompleks .

10 Dette betyder således, at systemet kører med mindre end fuld kapacitet og dermed ineffektivt, indtil alle trin i opførelsen af komplekset er afsluttet.

I andre tilfælde udvides bygningskomplekset, efter at den oprindelige konstruktion og opførelse er af-15 sluttet, og sådanne .udvidelser kræver ofte, at luftkonditioneringsanlægget i det oprindelige bygningskompleks udskiftes fuldstændigt med et nyt system, der kan klare belastningen fra det udvidede bygningskompleks.

I australsk patentbeskrivelse nr. 218.986 20 beskrives et luftkonditioneringssystem til bygninger med områder, der skal opvarmes eller afkøles, hvilket system har separate luftbehandlingsenheder for hvert enkelt område. Det beskrevne system har flere individuelle køleenheder omfattende separate kompressorer, 25 fordampere og kondensatorer. Disse kan styres automatisk hver for sig med henblik på start, stop og aflastning af kompressorerne for at opretholde en fløj virkningsgrad under drift ved belastninger, der ligger under spidsbelastningen. Alle køleenheders kondensatorer 30 er imidlertid forbundet i serie, og dette gælder også fordampernes/kølernes vandsystemer, hvilket kræver, at hver køleenhed konstrueres efter hvert sit kriterium i overensstemmelse med variationen af vandet, der cirkulerer gennem de enkelte serieforbundne kondensatorer 35 og fordampere/kølere.

Det er ønskeligt at tilvejebringe et forbedret

DK 163262B

3 kølesystem, der overvinder de kendte systemers ulemper.

Det er også ønskeligt at tilvejebringe et forbedret kølesystem, der tillader konstruktion og opbygning af et luftkonditioneringssystem til en bygning el-5 ler en lignende struktur, hvilket luftkonditioneringssystem er mindre tilbøjeligt til at havarere eller svigte end kendte luftkonditioneringssystemer.

Det er også ønskeligt at tilvejebringe et forbedret kølesystem især til luftkonditionering, og i 10 hvilket et havari eller et svigt af en del af systemet ikke forhindrer drift af luftkonditioneringsanlægget.

Det er yderligere ønskeligt at tilvejebringe et forbedret luftkonditioneringssystem, der anvender diskrete køleenheder, som kan fjernes, repareres og/eller 15 udskiftes uden væsentlig forstyrrelse af driften af luftkonditioneringssystemet.

Ifølge et aspekt af opfindelsen tilvejebringes et køleanlæg af den indledningsvis angivne art, der er ejendommeligt ved, at det omfatter en enhed med flere 20 let indbyrdes sammenkoblelige og transporterbare, identiske, fuldstændige modulkøleenheder, der hver omfatter et hus til at bære i det mindste et kølekredsløb omfattende en elektrisk dreven kompressor, en fordamper, og en kondensator, hvor hvert hus yderligere indeholder 25 en første fluidumstrømkanal til at lede et første fluidum til varmeveksling med fordamperen, og en anden fluidumstrømkanal til at lede et andet fluidum til varmeveksling med kondensatoren, et første fluidumtilførselsorgan i fluidumforbindelse med den første fluidum-30 strømkanal for at tilføre det første varmevekslingsfluidum dertil, et andet fluidumtilførselsorgan i fluidumforbindelse med den anden fluidumstrømkanal til at tilføre det andet varmevekslingsfluidum dertil, og en udløselig kobling, som forbinder hosliggende ender 35 af i det mindste det første fluidumtilførselsorgan i en hosliggende modulenhed i en enhed med modulenheder for 4

DK 163262 B

at danne et helt, første fluidumtilførselsmanifold, som indbyrdes forbinder det første fluidumtilførselsorg.an parallelt med hver enhed, og som muliggør let erstatning, tilføjelse eller fjernelse af en enhed fra anlæg-5 get. . ^

Yderligere træk ved opfindelsen fremgår af de selvstændige krav 2-5.

Hver modulenhed har fortrinsvis et i huset beliggende fordamperkredsløb, der er adskilt fra et lige-10 ledes i huset beliggende kondensatorkredsløb. I dette arrangement afgrænser huset én kanal for strømmen af varmevekslingsfluidum under varmeveksling med fordamperkredsløbet og en anden kanal for strømmen af et andet varmevekslingsfluidum under varmeveksling med kon-15 densatorkredsløbet.

Styremidlerne er fortrinsvis indrettet til progressivt at aktivere enhederne efter hinanden i rækkefølge som svar på stigende belastning, hvor aktiveringsrækkefølgen automatisk ændres med periodiske mel-20 lemrum, for at alle enheder i det væsentlige bruges lige meget inden for et længere tidsrum. I en foretrukket udførelsesform betegnes en af modulenhederne som en hovedenhed og forsynes med elektriske styremidler, til hvilke andre enheder kaldet "underenheder” er forbun-25 det, hvorved driften af alle enheder styres af hovedenheden. Styremidlerne er indrettede således, at en enhed, såfremt den svigter, sættes ud af drift elektrisk, og der afgives en hensigtsmæssig alarmindikation. Med henblik på dette har hver modulenhed passende følere 30 til overvågning af driften af den pågældende enhed.

Anlægget ifølge opfindelsen omfatter flere køleenheder, der er forbundet så de danner et køleanlæg.

Hver af enhederne er identiske, således at operationsparametrene for enhederne vil være de samme. Systemets 35 kapacitet vil derfor være afhængig af det antal køleenheder som til ethvert tidspunkt er i funktion. Hver

DK 163262 B

5 enhed har fluidumtilførsels- og returorganer, som kan forbindes ved hjælp af koblinger (lynkoblinger), således at de enkelte fluidumstrømkanaler ved hver enhed bliver forbundet parallelt. Hver enhed er udført med et 5 hus, som bærer køleenhederne omfattende kompressoren, fordamperen og kondensatoren. Hvert hus har en første fluidumstrømkanal for det første varmevekslerfluidum, som varmeveksler med fordamperen. Huset indeholder også en separat anden fluidumstrømkanal for et andet varme-10 vekslingsfluidum, som cirkulerer til varmeveksling gennem kondensatoren. Huset indeholder også samleledninger som indbefatter det første fluidumtilførselsorgan, som er i fluidumforbindelse med den første fluidumstrømkanal. Samleledningerne har udløselige koblinger på hos-15 liggende ender, således at den udløselige kobling (lynkobling) sammenkobler enderne af hosliggende samleledninger for derved at danne et helt tilførselsmanifold for det første varmevekslingsfluidum.

På denne måde muliggøres en hurtig sammenkobling 20 af separate enheder og hurtig frakobling, såfremt det skulle være nødvendigt. Den udløselige kobling eller lynkoblingen reducerer behovet for rørledningsflanger og andre forholdsvis komplicerede samlesystemer, der tidligere har været anvendt. Hver enhed kan føjes til 25 og fjernes fra anlægget uden at der er behov for kompliceret rørledningsarbejder eller lignende.

Opfindelsen vil nu blive forklaret ved' hjælp af nogle udførelsesformer og med henvisning til tegningen, på hvilken 30 fig. 1 er et perspektivbillede af indbyrdes for bundne modulopbyggede køleenheder ifølge opfindelsen, fig. 2 et perspektivisk delbillede af en modulopbygget køleenhed ifølge opfindelsen, fig. 3 et delsnit i en køleenhed, som i fig. 2, 35 fig. 4 et billede af en køleenhed, som i fig. 2 set mod fronten og med frontpanelet fjernet, 6

DK 163262 B

fig. 5 et delbillede af et længdesnit i flere indbyrdes forbundne modulenheder ifølge opfindelsen, og fig. 6 et billede af et delsnit i en yderligere udførelsesform af opfindelsen.

5 Et kølesystem til anvendelse i en luftkonditio neringsinstallation især en højkapacitetsinstallation omfatter, som vist i fig. 1, en række moduler 12 beliggende ved siden af hinanden. Som vist i fig. 2-5 omfatter hvert modul et hus 14, på hvilket der er mon-10 teret to lukkede enhedskølekompressorer 16. Huset 14 dannes af en bundvæg 42, sidevægge 41, en frontvæg 38, en bagvæg 39 og en topvæg 43. Huset 14 er delt i to rum 19 og 21 adskilt ved hjælp af skillevæggen 22. Rummet 19 indeholder to fordamperslanger 15 17, én for hver kompressor 16, og rummet 21 inde holder to kondensatorslanger 18. En hensigtsmæssig ikke-vist ekspansionsindretning for kølemiddel er koblet mellem de respektive fordampere og evaporatorer i hvert kølekredsløb på kendt måde. Rummene 19 og 21 20 afgrænser separate fluidumstrømkanaler, som tjener til at lede separate strømme af varmevekslingsfluidum, f.eks. vand, under varmeveksling med fordamperslangerne 17 og kondensatorslangerne 18.

Ledeplader generelt vist ved 20 leder strømmen 25 af varmevekslingsfluidum i tæt kontakt med fordamperslangerne 18, medens lignende ledeplader 25 i rummet 21 virker på lignende måde over for flui'dumstrøm-men til kondensatoren.

Varmevekslingsfluidet, f.eks. vand, der skal af-30 køles ved hjælp af fordamperslangerne 17, ledes til rummet 19 ved hjælp af en rørkasse 23, monteret på huset 14's frontvæg 38 ved hjælp af et beslag 24. Rørkassen 23 har en åbning 26, som står i forbindelse med et tilgangsrør 27, der strækker sig fra 35 rummet 19.

Afkølet vand udtages fra rummet 19 via en ne-derste rørkasse 28 på huset 14's frontvæg 38. Den

DK 163262B

7 nederste rørkasse 28 har en åbning 29 svarende til åbningen 26, og den står i forbindelse med et afgangsrør 31.

På huset 14's bagvæg 39 er på beslag 30 5 monteret rørkasser 32 og 33, der står i forbindelse med rummet 41 ved hjælp af lignende åbninger og rør 34 henholdsvis 36.

Rørkassen 33 leder kølevand til kondensatorslangerne 18 i rummet 21, og kølevandet udtages via 10 rørkassen 32.

Hver af rørkasserne 23, 28, 32 og 33 har en længde, der tillader en forbindelse med enderne af tilsvarende rørkasser på hosliggende moduler 12, så de danner en fælles række fluidummanifold. En kobling ge-15 nerelt vist ved 35 af den type, der kendes ved handelsnavnet VICTAULIC benyttes til at danne fluidumtætte forbindelser mellem rørenderne. Der benyttes endehætter 40 til at lukke rørkassernes ender på det sidste modul 20 i aggregatet, medens hensigtsmæssige ikke-viste 20 fluidumtilgangs- og afgangsrør forbindes til det første modul 12's rørkasser.

Rør 37 til at lede kølemiddel mellem kompressorerne 16, kondensator- og fordamperslangerne 18 henholdsvis 17 strækker sig ned ad og gennem for- og 25 bagvæggene 38, 39 i huset 14 til de respektive slanger.

Sidevæggene 41 på hver side af huset 14 er aftagelige, så der fås adgang til rummene 19 og 21. Sidevæggene er tætnet mod husets bundvæg 42, topvæg-30 gen 43, på hvilken kompressorerne 16 er monteret, skillevæggen 22 og front- og bagvæggene 38 henholdsvis 39 for at sikre, at rummene 19 og 21 er fluidumtætte. Det forstås imidlertid, at fordamperslangerne 17 og kølerens vandkanaler kan være indkorpore-35 ret i en række varmevekslerplader, som afgrænser separate kanaler for de respektive fluider, hvormed man

DK 163263 B

8 undgår at tilvejebringe et fluidumtæt rum. Sådanne plader kendes og vil ikke blive beskrevet i yderligere detaljer.

Huset 14's topvæg 43 har langs sin bagkant 5 monteret en -elektrisk bus 46, til hvilken kompressorerne 16 er forbundet elektrisk. Bussen 46 har hensigtsmæssige forbindelser 47 ved hver ende for at tillade, at tilstødende enheders busser kan forbindes med hinanden for at tillade kontinuert elektrisk 10 effektforsyning til hver af enhederne. Selv om kompressorerne 16, der er monteret på huset 14's topvæg 43, kan være udækkede, foretrækkes det at der er et topdæksel 51 over kompressorerne 16. Topdækslet 51 kan fjernes for at lette service og vedligeholdelse, 15 uden at de respektive moduler 12 skal fjernes fra aggregatet. Der er også aftagelige front- og· bagdæksler 56 henholdsvis 57 på huset 14.

Som beskrevet ovenfor omfatter hvert modul 12 en separat køleenhed omfattende to kølekredsløb. Hver 20 enheds kølekredsløb er i hovedsagen uafhængigt af kredsløbene i hver af de andre moduler, og hvert kredsløb har sine egne styremidler, for at køleenheden skal kunne stoppes i tilfælde af forekomsten af overbelastning eller anden fejl i den pågældende enhed. Styremid-25 lerne omfatter et elektrisk styrepanel 48, monteret på huset 14's topvæg 43. Styrepanelet 48 modtager signaler fraίikke-viste følere, som står i forbindelse med driften åf køleenhederne og transmitterer signalerne gennem elektriske konnektorer 44 på huset 14's 30 forside til et hovedkontrolpanel, placeret på ét af systemets moduler 12 fortrinsvis et endemodul 12a. Hovedstyrepanelet indeholder de elektriske styrekredsløb til styring af aggregatet af moduler 12 i overensstemmelse med den ønskede drift eller styring af 35 luftkonditioneringsinstallationen, hvorved systemets køleeffekt (eller opvarmningseffekt, hvis køleenhederne 9

DK 163263 B

virker, således at kredsløbet forløbet i modsat retning) svarer til luftkonditioneringsinstallationens øjeblikkelige behov. Ved delbelastning bevirker kontrolkredsløbene, at blot et eller kun nogle få moduler 5 12 (afhængigt af belastningen) aktiveres, mens andre enheder sættes i drift, når belastningen forøges. Styrekredsløbene bevirker, at den rækkefølge, i hvilken modulerne 12 sættes i drift, automatisk skiftes med forudbestemte intervaller, for at de enkelte moduler 10 set over længere tidsrum stort set benyttes lige meget. Styrekredsløbene kan omfatte hukommelseskredse, som opretholder en konstant registrering af hvert modul 12's driftstimer, hvilken information benyttes til at sikre i det væsentlige ligelig brug af de enkelte moduler 15 over et vist tidsrum.

En simpel mikroprocessor kan benyttes til at styre de progressive skiftefunktioner og .til at afpasse driften af kølesystemet til belastningen på luftkonditioneringsinstallationen, med hvilken systemet er for-20 bundet.

Den beskrevne modulkonstruktion tillader, at yderligere undermoduler 12 tilføjes til aggregatet for at forøge kapaciteten af kølesystemet i overensstemmelse med ændringer i luftkonditioneringsinstalla-25 tionens belastningskriterier. I tilfælde af fejl i et af modulerne 12, kan dette modul standses ved hjælp af styrekredsløbene, hvilket tillader fortsat drift af de andre moduler. Afhængig af fejlen kan det defekte modul repareres på stedet, mens systemet er i drift, eller 30 det defekte modul kan fjernes fra aggregatet for reparation, idet et réservemodul kan være inkorporeret i aggregatet, så det erstatter det fjernede defekte modul, eller aggregatet kan fortsætte driften uden udskiftning. Såfremt et modul fjernes fra aggregatet med 35 henblik på reparation eller vedligeholdelse, forbindes rørkasserme 23, 28, 32 og 33 på modulerne 12 på 10

DK 163263 B

hver side af det, modul, der skal fjernes ved hjælp af temporære rørforbindelser for at opretholde kredsløbene med varmevekslingsfluider. Der etableres på lignende måde temporære elektriske forbindelser.

5 I udførelsesformen vist i fig. 6 benyttes en en kel kompressor 16, hvis hus 14 har et enkelt rum 19 til fordamperslangen 17,. mens kondensatorslangen 18 er placeret i et luftkølekammer 52, placeret over kompressoren 16. Ventilatorer 53 suger luft gennem 10 kammeret 52 for at køle kondensatorslangen 18, der er forsynet med ribber.

I nogle installationer benyttes en fordampningskondensator, og med henblik på dette sprøjter vanddyser 54, der vist med punkterede linier, vand over konden-15 satorslangen 18.

Et kølesystem ifølge opfindelsen, der benytter flere moduler 12, sammensat så de danner en enkelt enhed, vil have en pålidelighed, der står i forhold til det enkelte modul 12's pålidelighed, som er væsent-20 lig bedre end pålideligheden af en enkelt køleenhed med tilsvarende ydelse. Ifølge opfindelsen forøges pålideligheden yderligere ved hjælp af den fortsatte drift af andre moduler i et aggregat, hvis et modul standses af hensyn til reparation eller vedligeholdelse. Ifølge op-25 findelsen kan man få et system med forøget kapacitet simpelthen ved at tilføje yderligere moduler efter behov for at dække alle lastforøgelser, der stammer fra udvidelse af en bygning eller lignende.

Anvendelsen af rørkasser til at danne fælles ma-30 nifold for tilgang og afgang af varmevekslingsfluider letter sammensætningen af de enkelte køleenheder og tillader en modulopbygning med identiske enheder, som kan masseproduceres til en forholdsvis mindre udgift end enkeltvis fremstillede enheder. Modulenhederne kan 35 let samles til hele enheder med en hvilken som helst ønsket kapacitet.

Claims (5)

1. Udbyggeligt køleanlæg til overføring af varme 15 fra et fluidum til et andet, hvor en samlet belastning dækkes af flere modulenheder, kend et egnet ved, at det omfatter en enhed med flere let indbyrdes sammenkoblelige og transporterbare, identiske, fuldstændige modulkøle-20 enheder (12), der hver omfatter et hus (14) til at bære i det mindste et kølekredsløb omfattende en elektrisk dreven kompressor (16), en fordamper (17), og en kondensator (18), hvor hvert hus yderligere indeholder 25 en første fluidumstrømkanal (19) til at lede et første fluidum til varmeveksling med fordamperen (17), og en anden fluidumstrømkanal (21) til at ledé et andet fluidum til varmeveksling med kondensatoren (18), et første fluidumtilførselsorgan (23) i fluidum-30 forbindelse med den første fluidumstrømkanal (19) for at tilføre det første varmevekslingsfluidum dertil, et andet fluidumtilførselsorgan (32) i fluidumforbindelse med den anden fluidumstrømkanal (21) til at tilføre det andet varmevekslingsfluidum dertil, og 35 en udløselig kobling (35), som forbinder hoslig gende ender af i det mindste det første fluidumtilfør- DK 163263 B selsorgan (23) i en hosliggende modulenhed (12) i en enhed med modulenheder for at danne et helt, første fluidumtilførselsmanifold, som indbyrdes forbinder det første fluidumtilførselsorgan (23) parallelt med hver 5 enhed (12), og som muliggør let erstatning, tilføjelse eller fjernelse af en enhed (12) fra anlægget.

2. udbyggeligt køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en følerpåvirket styreindretning (48) er forbundet med hver enhed (12) for at be- 10 virke progressiv påvirkning af respektive enheder (12) i en bestemt sekvens, som reaktion på ændring af belastningen.

3. Udbyggeligt køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at i det mindste et af de første 15 eller andre fluidumtilførselsorganer omfatter et par samlerørledninger (23, 32) monteret på huset (14).

4. Udbyggeligt køleanlæg ifølge krav l, kendetegnet ved, at hver modulenhed (12) har to kølekredsløb, at den første strømkanal (19) leder den 20 første fluidumstrøm ind i varmevekslingskontakt med de to fordampere (17) i de to kølekredsløb, og at den anden strømkanal (21) leder det andet fluidum ind i varmevekslingskontakt med to kondensatorer (18) i de to kredsløb.

5. Udbyggeligt køleanlæg ifølge krav 4, ken detegnet ved, at de separate kondensatorer (18) i de to kølekredsløb i hver enhed (12) er -forbundet parallelt med den anden strømkanal (21).