NO163465B - Utvidbart kjoelesystem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et utvidbart kjølesystem for overføring av varme fra et fluidum til et annet hvor et totalt belastningskrav tilføres av flere modulenheter.

Luftkondisjoneringsanlegg for moderne bygninger, slik som store kontorbygninger kjøpesenter, varehus og lignende innbefatter konvensjonelle luftbehandlingsenheter til hvilke vann eller annet varmevekslingsfluidum blir pumpet hvorved luft blir avkjølt (om sommeren) eller oppvarmet (om vinteren) og sirkulert til områdene som skal bli kondisjonert. Varmevekslingsfluidumet for avkjøling blir generelt sirkulert gjennom en fordamper/kjøler til et kjølesystem som fjerner varme fra fluidumet. Varmen blir avgitt til et andre varmevekslingsfluidum, som sirkulerer forbi kondensatoren til kjølesystemet. Det andre varmevekslingsfluidumet kan også innbefatte vann eller annen væske eller det kan innbefatte luft i et luftkjølt eller fordampningskjølesystem. Slike systemer kan også være konstruert for å drives i en revers syklus og virke som en varmepumpe for å varme opp luften som skal bli kondisjonert. Kjølesystemet vil naturligvis ha kjøle/varmekapasitet hensiktsmessig for kapasiteten til luftkondi sj oneringsinstallasJ onen.

For installasjoner med høy kapasitet, som kan være anbrakt i et kontor og en apartmentblokk er et kjølesystem med høy utgangseffekt nødvendig for å kunne håndtere den maksimalt ventede belastning. Kjølesystemer med slik høy utgangseffekt har i praksis en tendens til å være mer utsatt for avbrudd og feil enn kjøleenheter med lav utgangseffekt, slike avbrudd og feil gjør at bygninger som systemet er installert i er uten noe luftkondisjonering inntil avbruddet eller feilen er blitt rettet på. Ved systemer med høy kapasitet kan ofte avbrudd og feil ta flere dager og noen ganger uker å reparere.

Ved designet og konstruksjonen til mange moderne bygninger er det dessuten sørget for utvidelse av bygningskonstruksjonen, dvs. bygningen er konstruert i et antall trinn spredd over en tidsperiode. På grunn av vanskeligheten ved å utvide et på forhånd konstruert luftkondisjoneringssystem er det generelt nødvendig å konstruere og installere systemet til å ha luftkondisjoneringskapasitet for den fullstendige bygningskonstruksjonen. Dette betyr derfor at systemet kjøres ineffektivt ved mindre enn full lastekapasitet inntil alle bygningstrinnene er fullført. I andre tilfeller blir bygningskonstruksjoner utvidet til begynnelseskonstruksjonen og designet og slik utvidelse krever ofte at luftkondi-sjoner ingssystemet for begynnelsesbygningskonstruksjonen må bli fullstendig erstattet med et nytt system for å kunne håndtere belastningen til den utvidede bygningskonstruksjonen .

Australsk patent nr. 218.986 beskriver et luftkondisjoneringssystem for bygninger som har areal som krever oppvarming og avkjøling, idet systemet innbefatter separate luftbehandlingsenheter for hver av de forskjellige områdene. Det beskrevne systemet har et antall individuelle kjøleenheter som innbefatter separate kompressorer, fordampere og kondensatorer. Disse kan bli automatisk og individuelt kontrollert for start, stopp og avlastning av kompressoren for å opprettholde høy virkningsgrad ved driften ved mindre enn toppbelastning. Kondensatorne for hver kjøleenhet er imidlertid -forbundet i serie, som er vannkretsene til fordamperen, kjølerne som således krever at hver kjøleenhet har individuelle konstruksjonskriterier i samsvar med variasjon i temperatur til vannet som sirkulerer gjennom de enkelte i serie forbundne kondensatorer og fordampere/- kjølere.

Det er ønskelig å tilveiebringe et forbedret kjølesystem som unngår ulempene til de kjente systemene.

Det er også ønskelig å tilveiebringe et forbedret kjølesystem som også tillater konstruksjon og design av et luftkondisjoneringssystem for en bygning eller lignende konstruksjon, hvilke luf tkondisjoneringssystem er minde utsatt for avbrudd og feil enn kjente luftkondisjoneringssystemer.

Det er også ønskelig å tilveiebringe et forbedret kjølesystem spesielt for luftkondisjonering ved hvilket avbrudd eller feil i deler av kjølesystemet ikke forhindrer drift av luftkondisjoneringsanlegget.

Det er videre ønskelig å tilveiebringe et forbedret luftkondisjoneringssystem som anvender diskrete kjøleenheter som kan bli fjernet, reparert og/eller erstattet uten hovedav-brudd av driften til luftkondisjoneringssystemet.

Ifølge oppfinnelsen foreslåes det derfor et utvidbart kjølesystem for overføring av varme fra et fluidum til et annet hvor et totalt belastningskrav tilføres av flere modulenheter, og det nye kjølesystemet er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av karakteristikken i patentkrav 1.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil gå frem av de uselvstendige krav 2 til 5.

v

Hver modulenhet har fortrinnsvis en fordamperkrets i huset og adskilt fra en kondensatorkrets i huset. Med denne anordnin-gen definerer huset en passasje for strømmen av varmevekslerfluidum i varmevekslende forhold med fordamperkretsen og en andre passasje for strømmen av et andre varmevekslende fluidum i varmevekslende forhold med kondensatorkretsen.

Styreinnretningen er operativ for å bevirke progressiv påvirkning av enheten i sekvens som reaksjon på økende belastningskrav, idet sekvensen til påvirkningen er automatisk endret ved periodiske intervaller for i hovedsaken å utjevne bruken av alle enhetene over en forlenget periode. Ved en spesielt foretrukket utførelsesform er en av modulenhetene konstruert som en masterenhet og er forsynt med elektrisk styreinnretning til hvilken andre, slaveenheter er forbundet hvorved drift av alle enhetene blir styrt av masterenheten. Styreinnretningen er anordnet slik at i tilfelle av feil på en av modul enhetene blir den enheten elektrisk frakoplet fra servicen og en egnet alarmindikasjon blir gitt. For dette formål er hver modulenhet forsynt med egnede sensorer for å overvåke driften av respektive enheter.

Systemet ifølge oppfinnelsen innbefatter flere kjøleenheter forbundet sammen for å danne et kjølesystem. Hver av enhetene er identiske slik at operasjonsparametrene for enhetene vil være de samme. Kapasiteten til systemet vil derfor være avhengig av antall kjøleenheter som opereres til enhver tid. Hver enhet er forsynt med fluidumtilførsel og returinnretning som er innbyrdes forbundet ved hjelp av frigjøringsfor-bindelsesinnretninger (hurtigkoplinger), slik at de enkelte fluidumstrømningspassasjer ved hver enhet er forbundet parallelt. Hver enhet er utført med et hus som bærer kjøleenhetene innbefattende kompressorinnretningen, for-dampnings innretningen og kondensatorinnretningen. Hvert hus har en første fluidumstrømningspassasjeinnretning for det første varmevekslerfluidum som er i varmevekslerforhold med fordamperinnretningen. Huset inneholder også en separat, andre fluidumstrømningspassasjeinnretning for et andre varmevekslerfluidum som sirkulerer i varmevekslerforhold med kondensatorinnretningen. Huset inneholder også samlerør-ledningene som innbefatter den første fluidumtilførsels-innretning som er i fluidumkommunikasjon med den første fluidumstrømningspassasjeinnretningen. Samleledningene har frigjørbare koplinger på tilliggende ender, slik at den frigjørende kopling (hurtigkopling) kopler sammen endene til tilliggende samleledninger for derved å danne en enhetlig tilførselsmanifold for første varmevekslerfluidum.

På denne måten muliggjøres en hurtigkopling av separate enheter og hurtig fråkopling om det skulle være nødvendig. Hurtigkoplingsinnretningen reduserer behovet for rør-ledningsflenser og andre relativt kompliserte! skjøtesystemer som tidligere har vært anvendt. Hver enhet kan bli tillagt og fjernet fra systemet uten kompliserte rørlednlngsarbeider eller lignende.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av flere innbyrdes forbundne moduloppbygde kjøleenheter i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et delvis bortkuttet perspektivriss av en

moduloppbygd kjøleenhet i samsvar med oppfinnelsen.

Fig. 3 viser et delvis snitt, sideriss av modulenheten på

flg. 2.

Fig. 4 viser et frontsiderlss med frontpanelet fjernet for

modulenheten på fig. 2.

Fig. 5 viser et tverrsnittplanriss av flere innbyrdes

forbundne modulenheter i samsvar med oppfinnelsen.

Fig. 6 viser et sideriss, delvis tverrsnittsriss av

ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen.

Med henvisning til fig. 1 er vist et kjølesystem for bruk ved luftkondisjoneringsinstallasjoner, spesielt installasjoner med høy kapasitet, innbefattende en rekke med moduler 12 anordnet i flate-til-flate forhold. Som vist på fig. 2 til 5 innbefatter hver modul et hus 14 på hvilket er montert to forseglede enhetskjølekompressorer 16. Huset 14 er dannet av en bunn 42, sidevegger 41, en frontvegg 48, en bakre vegg 39 og en toppvegg 43. Huset 14 er delt i to rom 19 og 21 adskilt av skilleveggen 22. Rommet 19 inneholder et par med for-dampersløyfer 17, en for hver kompressor 16 og rom 21 inneholder to kondensatorsløyfer 18. En egnet kjøleutvidel-sesanordning (ikke vist) er forbundet mellom respektive fordampere og kondensatorer til hver kjølekrets på kjent måte. Rommene 19 og 21 definerer separate fluidumsstrømnings-passasjer som tjener til å føre separate strømninger av varmevekslerfluidum, f.eks. vann, i varmevekslingsforhold med fordampersløyfene 17 og kondensatorsløyfene 18.

Ledeplater, generelt vist med henvisningstallet 20, virker for å dirigere strømmen av varmevekslerfluidum i intim kontakt med fordampersløyfene 18 mens lignende ledeplater 25 i rommet 21 virker på en lignende måte med hensyn til kondensatorfluidumstrømmen.

Varmevekslerfluidum, dvs. vann, som skal bli avkjølt av fordampersløyfene 17, blir tilført rommet 19 ved hjelp av en samleledningsrørledning 23 montert på frontveggen 38 til huset 14 ved hjelp av en brakett 24. Samleledningsrørlednin-gen 23 har en åpning 26 som kommuniserer med et innløpsrør 27 som strekker seg fra rommet 19.

Avkjølt vann blir tatt fra rommet 19 gjennom den nedre samleledningsrørledningen 28 på frontveggen 38 til huset 14. Den nedre samleledningsrørledningen 28 har en åpning 29 lignende åpningen 26, som kommuniserer med et utløpsrør 31.

Samleledningsrørledningene 32 og 33 er montert på bakveggen 39 til huset 14 på braketter 30 og kommuniserer med rommet 21 ved hjelp av lignende åpninger og rør 34 og 36 henholdsvis. Samleledningsrørledningen 33 transporterer kjølevann til kondensatorsløyfene 18 i rommet 21, idet kjølevannet blir fjernet gjennom samleledningsrørledningen 32. Hver av samleledningsrørledningene 23, 28, 32 og 33 er av en lengde som muliggjør en ende-til-ende forbindelse med korrespondere-nde samledningsrørledninger til tilliggende moduler 12 for å danne en felles rekke med fluidummanifolder. En kopling generelt angitt med henvisningstallet 35, slik som den kjent med handelsbetegnelsen VICTAULIC, blir anvendt for å danne en fluidumtett forbindelse mellom rørledningsendene. Endekappene 40 blir anvendt for å tette endene til samleledningsrørled-ningene til siste modulen 12 i enheten, mens egnede fluidum-tilførsels- og returledninger (ikke vist) er forbundet med samleledningsrørledningene til den første modulen 12.

Rørledninger 37 for transport av kjølemiddel mellom kompressorne 16, kondensator- og fordampersløyfene 18, 17, henholdsvis, strekker seg nedenfra og gjennom front- og bakveggene 38 og 39 til huset 14 til respektive sløyfer.

Sideveggene 41 på hver side av huset 14 kan fjernes for å gi tilgang til rommene 19 og 21. Sideveggene er tettet mot husets bunn 42, toppvegg 43 på hvilke kompressorene 16 er montert, skilleveggen 22 og front- og bakveggene 38 og 39 for å sikre at rommene 19 og 21 er f luidumstette. Det skal bemerkes at fordampersløyfene 17 og kjølevannstrømpassasjene kan være inkorporert i en rekke med varmevekslerplater som definerer separate passasjer for respektive fluider, som således hindrer behovet for å sørge for et fluldumstett rom. Slike plater er i og for seg kjent og ikke beskrevet nærmere her.

Toppveggen 43 til huset 14 er montert langs dens bakre kant på en elektrisk samleskinne 46 med hvilke kompressoren 16 er elektrisk forbundet. Samleskinnen 46 har egnede forbindelser 47 ved hver ende for å muliggjøre at samleskinnene til tilliggende enheter kan bil innbyrdes forbundet for å tilveiebringe en kontinuerlig elektrisk strømforsyning til hver enhet.

Selv om kompressorne 16 montert på toppveggen 43 til huset 14 kan ligge fritt, er det foretrukket å anbringe et toppdeksel 51 over kompressorne 16. Toppdekslet 51 kan fjernes uten å fjerne respektiv modul 12 fra enheten for å forenkle service og vedlikehold. Fjernbare front- og bakdekselplater 56 og 57, henholdsvis, er også anordnet på huset 14.

Som beskrevet ovenfor innbefatter hver modul 12 en separat kjøleenhet som innbefatter to kjølekretser. Kjølekretsene til hver enhet er i hovedsaken uavhengige av de til hver av de andre modulene, med hver krets innbefattende dens egen styreinnretning for å deaktivere kjøleenheten i tilfelle av en overbelastning eller annen feilfunksjon som forekommer i den enheten. Styreinnretningen innbefatter et elektrisk styrepanel 48 montert på toppveggen 43 til huset 14. Styrepanelet 48 mottar signaler fra sensorne (ikke vist) forbundet med driften av kjøleenhetene og sender disse signalene gjennom elektriske forbindelser 44 på fronten til huset 14 til et masterstyrepanel anbrakt på modulene 12 i systemet for trinnsvis en endemodul 12A. Masterstyrepanelet opptar de elektriske styrekretsene for styring av enheten til modulene 12 i samsvar med ønsket drift eller styring av luftkondisjoneringsinstallasjonen hvorved kjøleeffekten til systemet (eller varmeeffekten dersom kjøleenhetene drives i en revers modussyklus) møter de øyeblikkelig kravene til luftkondisjoneringsinstallasjonen. Under delbelastnings-forhold er styrekretsen operativ for å påvirke kun en eller noen av modulene 12 (avhengig av belastningen) med andre enheter som er brakt i drift når lasten øker. Styrekretsene er fortrinnsvis operative for automatisk å kople ved forutbestemte intervaller rekkefølgen ved hvilke modulene 12 blir brakt i drift for i hovedsaken å utjevne bruken av de enkelte modulene over en forlenget tidsperiode. Kontrollkret-sene kan innbefatte lagerkretser som opprettholder en konstant opptegning av driftstimene til hver modul 12, idet informasjonen blir anvendt for å sikre en vesentlig utjevning av bruken til de enkelte modulene over en tidsperiode. En enkelt mikroprosessor kan bli anvendt for å styre progressive koplingsfunksjoner og for å sampasse driften av kjølesystemet til lastekravene for luftkondisjoneringsinstallasjonen ved hvilken systemet er forbundet.

i

Den beskrevne modulkonstruksjonen tillater at ytterligere stavmoduler 12 tillegges enheten for å øke kapasiteten til kjølesystemet som følge av endringer i lastekriteriene til luftkondisjoneringsinstallasjonen. I tilfelle av en feilfunksjon i en av modulene 12, kan den modulen bli slått ned av styrekretsene, mens den tillater kontinuerlig drift av andre moduler. Avhengig av feil kan den defekte modulen bli reparert på stedet mens systemet er i drift eller den detekte modulen kan bli fjernet fra enheten for reparasjon idet en reservemodul blir tatt inn i enheten for å erstatte den fjernede, defekte modulen eller enheten som blir tillatt for å drives uten en erstatning. Dersom en modul blir fjernet fra enheten for reparasjon eller vedlikehold kan samle-ledningsrørledningene 23, 28, 32 og 33 ved modulen 12 på hver side av den som blir fjernet bli forbundet sammen av midlertidige rørforbindelser for å opprettholde varmeveksler-fluidumskretsene. Lignende midlertidig elektriske forbindelser blir også utført.

Med henvisning til fig. 6 anvender denne utførelsesformen en enkelt kompressor 16, huset 14 har et rom 19 for fordamper-sløyfen 17 mens kondensatorsløyfen 18 er anbrakt 1 et luftkjølekammer 42 anbrakt over kompressoren 16. Vifter 53 trekker luft gjennom kammeret 52 for å kjøle den ribbe-forsynte kondensatorsløyfen 18.

Ved noen installasjoner er fordamperkondensatorer anvendt og for dette formålet sprayer vannsprøytere 54 (vist med prikkede linjer) vann over kondensatorsløyfen 18.

Et kjølesystem utformet i samsvar med foreliggende oppfinnelse anvender et antall moduler 12 satt sammen for å danne en enhet som har pålitelighet med hensyn til påliteligheten til de enkelte modulene 12, som er hovedsakelig bedre enn påliteligheten til en enkelt kjøleenhet med ekvivalent utgangseffekt. Påliteligheten blir ytterligere øket i samsvar med oppfinnelsen ved en kontinuerlig drift av andre moduler til en enhet dersom en modul er slått av for reparasjon eller vedlikehold. Et system med øket kapasitet kan bli til-veiebrakt i samsvar med oppfinnelsen ved ganske enkelt å tillegge en ytterligere modul som nødvendig for å ta med i beregningen økningen i belastningen som følge av en byg-ningsutvidelse eller lignende.

Bruk av samleledningsrørledninger for å danne felles manlfolder for tilførsel og retur av varmevekslerfluidum forenkler den innbyrdes forbindelsen av separate kjøleenheter og tillater modulkonstruksjoner av identisk enhet som kan bli masseprodusert for relativt mindre kostnader enn fremstilte enheter. Modulenhetene er lett sammensatt i komplette enheter av enhver ønsket kapasitet.

Som angitt ovenfor kan kjølekretsene bli tilpasset for revers syklusdrift om ønskelig.

Det skal bemerkes at kjølesystemet ifølge oppfinnelsen kan bli anvendt for andre formål enn luftkondisjoneringsinstallasjoner. Modulsystemet er således spesielt nyttig for kjølelager, kjølerom og fryserom ved matebehandlings- og håndteringsindustrier og i andre områder som krever bruk av relativt store kjølekapasiteter.

Claims (5)

1. Utvidbart kjølesystem for overføring av varme fra et fluidum til et annet hvor et totalt belastningskrav tilføres av flere modulenheter, karakterisert ved at en enhet med flere lett innbyrdes forbindbare og transpor-terbare, identiske fullstendige modulkjøleenheter, som hver innbefatter: et hus for å bære i det minste en kjølekrets innbefattende en elektrisk drevet kompressorinnretning, fordampnings-innretning og kondenseringsinnretning, idet hvert hus videre inneholder: en første fluidstrømningspassasjeinnretning for å føre en første fluid i varmevekslerforhold med fordamperinnretningen, og en separat andre fluidstrømningspassasjeinnretning for å føre et andre fluid i varmevekslerforhold med kondensatorinnretningen , en første fluidtilførselsinnretning i fluidkommunikasjon med den første fluidstrømningspassasjeinnretningen for å tilføre den første varmevekslerfluiden dertil, andre fluidtilførselsinnretning i fluidkommunikasjon med den andre f luidstrømningspassasjeinnretningen for å tilføre den andre varmevekslerfluiden dertil, og frigjørbar forbindelsesinnretning som forbinder tilliggende ender av i det minste den første fluidtilførselsinn-retnlngen til tilliggende modulenhet i en enhet med modulenheter for å danne en enhetlig første fluidtilførselsmani-fold som innbyrdes forbinder den første f luidstrømnings-passasjeinnretningen til hver enhet parallelt og som lett muliggjør erstatning eller tillegg eller fjerning av en enhet fra systemet.

2. System ifølge krav 1,karakterisert ved at en følerpåvirket styreinnretning er forbundet med hver enhet for å bevirke progressiv påvirkning av respektive enheter i en bestemt sekvens som reaksjon på endring i belastnings-kravene.

3. System ifølge krav 1,karakterisert ved at i det minste en av de første og andre fluidtilførselsinn-retningene innbefatter et par med samlerørledninger montert på huset.

4 . System ifølge krav 1,karakterisert ved at hver modulenhet har to kjølekretser og at den første strømningspassasjeinnretningen retter den første fluid-strømmen inn i varmevekslerkontakt med de to fordamperne til de to kjølekretsene, og at den andre strømningspassasjeinn-retningen dirigerer den andre fluiden inn i varmevekslerkontakt med to kondensatorer til de to kjølekretsene.

5. System ifølge krav 4,karakterisert ved at de separate kondensatorne til de to kjølekretsene til hver enhet er forbundet parallelt med den andre strømnings-passasjen.