TW455671B - Thermal storage coil arrangement - Google Patents

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TW455671B
TW455671B TW089119642A TW89119642A TW455671B TW 455671 B TW455671 B TW 455671B TW 089119642 A TW089119642 A TW 089119642A TW 89119642 A TW89119642 A TW 89119642A TW 455671 B TW455671 B TW 455671B
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TW089119642A
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David A Aaron
Frank T Morrison
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Baltimore Aircoil Co Inc
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B7 455671 五、發明說明() 發明夕頜域 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁> 本發明係關於一種熱儲存盤管設備’它有熱交換管子 ,以及關於熱交換裝置’如用來冷卻及冷凍在熱儲存槽 中之熱儲存流體所用之冷卻盤管。更具體地’盤管設備 用來在確認儲存盤管設備中之固態流體已過度形成之後 ,最好促進,如冰之固態熱儲存流體的溶解,此盤管設 備可使熱儲存流體輸出保持在夠低之溫度’以符合一般 系統冷卻之需求。 先前枝術說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱儲存盤管設備提供了一種儲存冷卻能力,以供後來 使用之裝置。盤管設備有相變化之熱儲存流體,如水, 此流體可被冷凍成如冰之固態。進一步公開文件中之熱 儲存流體均以水爲儲存流體,而冰爲其固態。此種熱儲 存設備之經常應用,通常係使用較低成本,如使用傍晚 及晚上之時間之電能,以產生及儲存如冰之固態熱儲存 流體,在一個充滿如水之熱儲存流體之大槽或室中。此 冰-水混合物被保留到其儲存之冷卻能力被需要時,此需 求通常是在白天遭遇高能源成本。在典型之操作中,低 溫之熱儲存流體從儲存室中被抽出,以泵抽取經由熱交 換器以吸收熱,並且然後回到熱儲存盤管設備室,將保 留的冰溶解而被冷卻。儲存冷卻能力之應用例是地域性 操作,已逐漸成爲更廣泛可接受之冷卻應用。這些地域 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) 45 567 t A7 Β7_ 五、發明說明() 性冷卻操作一般有多個熱交換器連到單一熱儲存設備。 在一個地域性冷氣應用中,熱儲存盤管設備不同使用者 之大數量,需要實體空間及能源之最大使用。 未監視或不適當控制之熱儲存盤管設備會使儲存之固 態流體或冰過度地形成。即,熱儲存或冰儲存室最通常 連有很多冷凍盤管,以用來冷卻或冷凍水或室中之其他 熱儲存流體。在儲存或冰形成循環中,流體被冷卻直到 冰在每一個管子中形成。各管子以第一相等間隔而垂直 地隔開,並且以第二相等間隔而水平地隔開,該第一及 第二相等間隔可相同。通常先前技術之盤管設計有相等 間隔,此等設計卻可促進垂直之冰架橋(bridging)及水平 之冰架橋》 上述隔開間隙是一種操作上之需要,用來在形成冰之 管子之間提供空間,並且提供管子與儲冰套(sleeve)之間 流體流動的路徑,以再捕捉儲存之冷卻能力。但是,習 知上,冰,或其他熱儲存流體在管路或迴路上未受控制 的生長或過度形成(overbuild),會造成完全的水平冰架 橋形成在相鄰管子上。在冰形成之後’儲存在流體室之 冰的總量足夠應用之需,但是,從室中抽取之熱儲存流 體溫度可能不足夠,因爲僅形成之單塊冰(m〇n〇lithiC)之 周圍可接觸到循環之熱儲存流體° —種攪動方法,一般是用空氣’被提供在冰儲存室之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格<210 X 297公釐) II---1---- I. -—III· — I - « — — iitili (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4 5 56 7 1 13? 五、發明說明() 底部,做爲一種強化儲存能源或冷卻能力之復原 (Γ e c ο V e r y)。此空氣向上移動經過相鄰管子與冰塊質量之 間的垂直間隙。但是’單塊或固態冰之成長消除了相鄰 管子與冰塊質量之間的垂直隔開間隙’而阻止了空氣流 及流體流通過冰塊質量。此被限制之空氣流及流體流造 成了冷卻能力復原之減少,因爲冷卻能力復原是受限於 冰塊質量之外表面積,它在較高但是較不可用之溫度下 ,產生從熱儲存室抽取之熱儲存冷卻流體。爲了進一步 嘗試以改善效率,有時使用極端的方法去溶解冰塊,例 如噴灑高壓水到單塊冰上以溶解冰。 冰過度形成之情形及單塊冰是平常及定期重覆發生之 情形。由於許多情況如不平衡流體流量,不足夠之測量 或功能錯誤之控制,因而它乃是平常的事件。雖然有許 多監控技術及設備可用來測量冰在已知的室中所成長之 體積》較通常使用的仍是以視覺來檢視槽之體積爲主。 另外之方法是根據冰之體積變化來做監視用之流體水位 監視器的使用,但是這些裝置並不可靠,特別是對流體 高度變化很小之淺體積槽時。 故,希望能提供一種裝置或方法,比冰過度形成時之 單塊冰更可接近(access)已儲存冰塊之更多表面。 發明之扼耍說明 本發明提供一種使用可變間隙距離排列的冷卻盤管設 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公釐) f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i 裝-----=—J—訂---------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明() 備,它加入了使用至少一個在盤管管列中之通風或流體 流通道,其相鄰管子之間的隔開間隙比其他管子之隔開 間隙較大。另外,亦須提及者,以管列寬度上小小的增 加,如約增加3%時,另一設備可被提供來容納通風之隔 開間隙。在設計範圍之外或者1 00%形成之冰循環中’曝 露的冰表面積成可量度性地減少。此減少造成冷媒壓縮 機處之吸入壓力或溫度成可量度性地降低’此可被用來 確認所要的冰形成循環之終了 °感測到的溫度變化可被 用來關閉熱儲存盤管設備。排出口中冷媒流體之溫度變 化,或在冷卻盤管入口處之入口吸入壓力變化爲冰形成 循環,或者冰過度之形成約在滿載能力之上10% ’之指 標。在熱儲存室中冰表面積之減少在熱儲存流體上有一 個效應,並且此效應可被用來控制冷卻循環。在溶解或 復原循環時,曝露之冰表面積之保留用來接觸熱儲存流 體可提供在足夠低溫下之熱儲存流體,以符合通常冷卻 循環之需要。 圖示之簡單說明 在下列許多圖中,相同符號係指相同的元件,並且圖 中: 第1圖是典型先前技術熱儲存應用之示意圖; 第2圖是典型先前技術具有迴路狀之頭管端及延伸在 末端之間的配管之盤管構造的斜視端圖; 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4現格(210 X 297公釐) -----------— ---------f 訂·-----!線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 455671 A7 455671 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明() 第2A圖是如第2圖中之裝置的冷卻裝置中之盤管設備 的側視圖; 第2B圖是第2A圖中盤管設備沿著2B-2B線截取之端 視圖; 第2C圖是第2A圖中盤管設備沿著2C-2C線截取之端 視圖; 第3圖是沿著第2 A圖中線3 - 3截取之先前技術盤管構 造之盤管具有所要或1 0 0 °/❶冰形成之示意設備一個例子 之橫剖面圖; 第3A圖是第3圖中盤管之放大4x4剖面,以及冰形成 構造; 第3B圖是第3圖中盤管構造之取段之圖’顯示在盤管 構造上超過1 〇 %之冰形成’以說明垂直間隙之阻塞; 第3C圖顯示所要的或典型的冰形成在盤管構造之管子 上; 第4圖是第一實施例的盤管設備之橫剖面圖,它具有 較大數目之單管在成對之盤管設備中’其相鄰管子緊密 地排列,並且有第一·隔開間隔’但是另·對迴路在相鄰 成對之迴路中有第二及較大之隔開間隔; 第5圖顯示第4圖構造之第二實施例,具有較寬的第 --隔開間隔,以及有較窄的第二隔開間隔; 第5A圖是第5圖中盤管之放大4x4剖面,以及冰形成 ------------T 裝----l· — — —訂---------線·〜 (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 4-5 56 7 1 A7 B7 五、發明說明() 構造; 第6圖顯不第5圖構造之另一個實施例I具有一個放 大中心隔開間隙; 第6A圖是第6圖中盤管之放大4x4剖面,以及冰形成 構造,但是不包括放大中心隔開間隙; 第7圖顯示本發明另一實施例,其中多個第4圖之相 鄰迴路結合以提供迴路群,在相鄰迴路群之間具有很大 之隔開間隙; 第7A圖是第7圖中盤管之放大4x4剖面,以及冰形成 構造,但是不包括放大中心隔開間隙; 第8圖是出口溫度對可用之冰表面積之曲線圖; 第9圖是被冷卻(chilled)流體對冰之百分比的曲線圖; 第1 〇圖是冰管管列之平面圖,具有機械隔開件,以用 來提供放大之隔開間隙; 第Π 圖顯示在相鄰管子之間提供機械隔開之另一個 實施例,它提供了垂直隔開間隙。 本發明較佳實施例之詳細說明 第1圖是熱儲存裝置10連到一個外部熱交換器12。裝 置1 0有冷卻水塔1 4連到凝縮器及水泵1 6。乙二醇冷卻 器1 8及其槽15及泵20被連到熱儲存槽24中之冷卻盤 管設備2 2,其中以水在槽室2 6中做爲儲存流體。盤管 22被連到入口 32’用來輸入冷凍流體,以及出口 34用 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) --------I--^裝 ----r I I l ^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 5 6 7 1 a7 ___B7_________ 五、發明說明() 來使溫暖之冷媒排出或回流到乙二醇冷卻器(chiller) 18 ,它可包含一個壓縮機。具體之冷媒及冷凍單元或冷卻 器1 8並不個別限於乙二醇或圖中所顯示的構造,而是設 計上之選擇。冷卻器1 8提供冷卻之乙二醇經槽1 5而被 泵啷到冷卻盤管設備22,以冷卻或冷凍槽24中之熱儲 存流體。 在此例中之冰-水泵3 6連接在熱交換器1 2與槽室26 之間,用來傳送冷卻之熱儲存流體到熱交換器1 2,並且 將流體經管線40回流到槽室26。在一個應闬實例中, 冰水機泵42將冷卻後之流體從熱交換器1 2連通到空氣 調和裝置4 4。 第1圖包括有溫度感測器4 6連到在排出口 34下游之 冷媒回流配管48 *以監視排出冷媒之溫度或壓力。在此 圖中1感測器46經由導線47連到控制CPU 50 ’它由導 線5 2連到泵1 6,並且由導線5 4而連到泵2 0,以啓動或 停止泵1 6及泵20之運轉,並且因而開始或停止熱儲存 槽24中冰之形成。此圖及控制CPU 50做爲控制裝置之 使用僅爲例子,而非本發明之限制。 熱儲存盤管設備1 〇之使用爲此技術所習知。熱儲存盤 管設備1 0經常被用來對高需求期間提供需求側之冷卻 能力。儲存之冷卻能力或熱儲存能力被產生或累積在需 求時間之離峰段,通常在半夜’是使槽24中室26之冰- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) — — — — — — It —--I I---Γ--I ^ 111111111 (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 4556 7 1 A7 B7 五、發明說明() 或其他相變化熱儲存流體再生而爲之,並且傳送到熱交 換器1 2或其他末端使用裝置44。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2圖中之盤管設備2 2以斜向端視圖被顯示其回流彎 管60與管子62之末端61或63接合,如第2A圖中更淸 楚顯示。頭管58有入U 65及出LJ 67,這些出入口 65 及67經管線48而被連到冷卻器18及泵20。第2A及 2C圖中之上頭管58及下頭管59顯示盤管設備22具體 地被用在下述之盤管進給構造中,其中具有從頂及底部 頭管進給乙二醇之選擇性迴路用之每一個其他迴路,以 更有效地將冰塡入槽24中,如第3C圖所示。第 2,2A,2B,2C3,3A,3B及3C圖中之具體設備僅爲說明例而 非限制。在第3圖中,垂直相鄰管子62之間的垂直架橋 爲已知並被接受之實際情形,而相鄰垂直迴路68及76 之間的水平架橋在此構造中則非所要者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱儲存盤管設備1 〇 —個重現性或者使用者關心的問題 在於抽取出之熱儲存冷卻流體的溫度。在冰-水泵36之 此流體溫度一般希望在34T或以下,以使末端使用裝置 44之冷卻效果達到最大。在熱儲存流體從室26經裝置 44或熱交換器1 2循環之後,被加熱之熱儲存流體回到 室26被冷卻到34下,以被再使用於裝置44或熱交換器 12中。但是,已知被循環之熱儲存流體之冷卻速率完全 取決於可用之冰質量,以及其可用之接觸表面積故’ -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4556 71 A7 B7 五、發明說明() 在室26中,盤管設備22被設計成設計滿載或最大能力 ,以容納相鄰管子62之間的流體流。最好可用的冰接觸 表面積,比室26中冰過度形成時只有單塊冰之表面積, 更能多提供了曝露之冰接觸表面積。管子62在圖中爲圓 形剖面,但是此敘述適用於許多管子剖面,並且因而管 子形狀不是一個限制。另外,管子形狀可被提供爲扳狀 ,如先前技術習知之熱交換器。 可用冰接觸表面積之量,視熱儲存流體在室26中之管 子62上固化之量而定,它可包括垂直及水平相鄰管子62 之間的冰架橋。雖然希望保持管子62上之冰質量之間的 隔開,習知上,經由通風裝置2 8或其他裝置之使用,垂 直之熱儲存流體流可被容納,以提供室26中之流體溫度 降低。故,一般被認爲更關鍵性的,還是保持相鄰管子 62之間的垂直通道或水平走道做爲一種裝置,以保持室 26流體流之溫度降低。維持這些垂直通道會提供足夠的 冰接觸表面積,即使在垂直相鄰管子62之間的冰架橋形 成之後。 雖然冰接觸表面積之量是視固態化之量,及其結構上 在提及之通道上之衝擊而定,可抽取之熱能速率會以冰 溶解時間爲條件,而衝擊熱儲存盤管設備1 0之整體能力 。這些速率效應爲此技術中所習知,但是不是本發明之 一部份,除了做爲最終結構之自然結果之外。但是,約 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------------ 裝-----„— — —訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 4 5 56 7 1 B7 五、發明說明() 爲3 4 °F之所要熱儲存流體出口溫度,在許多應用中爲所 要溫度。 (請先閱讀背*之注意事項再填寫本頁) 第3圖顯示第2圖所示盤管設備22之典型橫剖面代表 。盤管設備22有多個管子62,它們一般與設備22平行 ,但是另外之構造亦可被使用。第4,5,5 A,6及7圖爲迴 路-進給構造之一部份,上面已述及,它從冷凍裝置,如 冷卻器1 8而沿著反向提供冷媒流體到相鄰管子62。最 終在管子62上形成之固化熱儲存流體的冰被顯示於第 3C圖中。從反向或管端形成冰之觀念,在管子62上提 供了更均勻的冰質量,以使室26體積之使用最大化’並 且此技術爲習知。同樣地,迴路-進給裝置之使用爲已知 ,並且顯示在第3圖中隨著頭管58及59之使用,以拘 束管子62,並且將冷媒流體從冷卻器18或其他冷媒裝 置傳送冷媒流體。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上述,第3圖顯示室26中管子62之管列(array)22 的次序配置。從已知設備之管列22的橫剖面圖提供了均 勻配置之管子62。一般’此設備22之第一迴路或排 (column) 68,及第二迴路或列(row)76提供了一系列之 列7 0或排7 2,相鄰之排及列管子中心之間有均勻之隔 開間隙84。在第3圖中,相鄰之管列68及76之管子中 心之間有水平隔開間隙8 4均勻地橫跨設備2 2之寬度7 1 〇 12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) A7 455671 ____B7____ 五、發明說明() (請先閱讀背面之注^►項再填寫本頁) 在第3 A圖中,須提及者爲,垂直隔開間隙或距離73 比水平隔開間隙84小。在此參考或先前技術之圖中.管 子管列22具有均勻的冰形成90,但是在列72及80之 垂直方向,相鄰管子62之間的固態化質量有突出或架橋 之間隙7 3。橫跨管列寬度7〗之垂直相鄰的列7 2及8 0 之間的垂直通道或走道88保持流體流在此走道88中開 放。冰形成90與管子62之間的寬度即爲第3A圖中之間 隙81。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此上方-冰-形成之構造爲100%或滿載能力冰戍長之冰 形成所要或設計特徵。隨後|熱儲存盤管設備1 0以及具 體之冰冷卻器I 8會中止固態化再生程序。但是,只要冷 卻器1 8連續運轉時,連續地冰就會在管子62上成長。 此種連續地冰成長會在較慢的速率下進行,並且會完成 橫越通道88之架橋,以形成所謂的單塊,如第3B圖所 示。此冰架橋減少或消除了管子管列22中相鄰管子62 之間的所有熱儲存流體,與起初沿著盤管管列22之周圍 ,例如在側壁96及98,頂部95,底部97及圖未示之端 壁,流動之室26中的熱儲存流體。此可減少了流體流經 通道88及管子管列22之能力,並且減少了熱傳遞到被 冰泵3 6唧打到裝置44或熱交換器1 2的熱儲存流體之有 效性,因爲可用的冰接觸表面積已急遽地從設計特徵上 減少之故。由於熱傳遞之有效性損失,通到裝置4 4的熱 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) A7 455671 B7____ 五、發明說明() 儲存流體之溫度增加。由於溫度升高,熱儲存流體減少 了裝置44或熱交換器12的效率,因而須要使用輔助冷 卻裝置或其他設備來達成所要的操作性能。因而在冰過 度形成發生之後,無論如何希望能至少保持通道88被打 開以使流體流通,以維持更多可用的冰接觸表面積,使 熱儲存流體的溫度維持較低溫度,如第8圖所示。更具 體地’在設計最大値或滿載能力之冰形成到達或超過之 後希望能保持至少一些可用的冰接觸表面積與熱儲存流 體接觸。如上述,用來監控冰形成以避免通道88產生架 橋一般所用的方法,包括視覺檢視,或槽室2 6中之流體 水位測量,或冰厚度控制。 本發明提供室2 6中之冰形成,使其在冰過度形成情況 下有容差而可維持流體在至少一些通道8 8屮流動。具體 上’通道8 8在至少一些垂直迴路6 8及76之間保持開 放,在第3圖中之通道88會維持在所要的約30%曝露冰 接觸表面積,以用來維持所要之熱傳遞到流動之熱儲存 流體。 在第4圖中,具有管子62之第一迴路68及第二迴路 76再次被做爲本發明第一說明用實施例之管列66元件 ,它看起來與上述之管列22有相同構造。在此構造中, 相鄰的第一迴路68及第二迴路76對,或迴路組100緊 密地排列在垂直列72及80中,其相鄰成對的垂直列72 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先間讀背面之注項再填寫本頁) ί 裝-----^丨訂------- --線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 45 567 1 _B7__ 五、發明說明() 及80中之管子62之間的第一隔開間隙1 〇4,比第3圖 中之先前技術管列22之均勻第一隔開間隙84要小。 在此第4圖之實施例中,迴路68及76之相鄰對100 被通道1 〇 2隔開,它是比先前技術管列2 2之第一通道8 8 寬。在…個設備之例子中,隔開間隙1 0 4在寬度上被減 少,從第一隔開間隙8 4減少約3 0 %。但是,通道8 8之 寬度8 1比寬度1 03大兩倍1以提供相鄰迴路對1 00之間 的通道102。 如第4圖所示,集中的冰形成會使每一個迴路對1 00 中管子6 2之間的垂直及水平隔開距離,在最大或滿載冰 形成時產生架橋。但是,通道102在超過上述通道88兩 倍時仍保持開放。 有次序的管列66,即使在冰過度形成時,亦保持通道 1 02之流體流開放,並且結果對從通風裝置28來之空氣 流開放。在操作中,因爲冰在管子6 2上形成’冰在管子 62上提供了絕熱效應,它將會由冷卻器18來的冷媒而 減少熱儲存流體之冷卻速率。故’冰形成速率被減少’ 並且在冷卻器壓縮機上的效應爲’冷卻器18之吸入壓力 及冷媒溫度減少,以及冷卻器1 8處之乙二醇溫度降低。 這些參數設計之滿載冰形成有相關’而可做爲所要冰 形成之量測。但是,冷卻器1 8之連續操作會造成在管子 62及迴路對100上之連續的冰形成。因爲現在通道1〇2 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------------ 裝-----=----訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 455671 __B7_ 五、發明說明() 之寬度1 〇 3爲先前技術寬度之兩倍,並且冰形成速率已 被減少,通道1 02即使在冰過度形成時,亦保持對流體 流開放,雖然通道8 8之寬度8 1在長度上減少。通道1 0 2 開放會使所要溫度由於從再循環熱儲存流體之熱傳遞所 用之較大量冰接觸表面積之故,而被維持。 在另一實施例中,相鄰列72及80中之管子62名義上 彼此提供了緊密的排列,亦即通道寬度1 04可比第4圖 中之寬度減少約7%,做爲一個例子。此效應提供了寬度 .1 03及通道1 02尺寸大致增加約1 5%,此進一步增強了 管列66維持足夠的冰接觸表面積的能力。此亦阻止了在 冰過度形成時,橫跨通道1 02之冰形成架橋。 第5及5A圖顯示第4圖構造之另一實施例。第5圖之 盤管設備22在設計冰形成下有第3圖構造中之垂直通道 1 02數目的一半。此使得槽24每立方英呎產生更多的冰 ,此通常被稱爲冰產速(pacing)效率,並且亦使用來攪拌 用之較低量之空氣從先前構造減少多達50%。在這些圖 中,管列68及76相鄰管子62之隔開間隙104橫向位移 ,比第4圖的管子多3 0 %。通道1 〇 2及寬度1 0 3結果減 少約寬度1 5 %,但是通道1 02即使在冰過度形成時,亦 保持開放。另外,變成增加之寬度1 04須要更多之能源 以產生冰架橋,並且它可在設計滿載時潛在地增加無效 的空間1 05。無效的空間1 05,在冰於流體流到裝置44 -16- 表纸張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) "" * --------^---— l·! — 訂-------線 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45567 1 A7 B7 五、發明說明() (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 時,或者在儲存熱能之其他需求時,溶解出之後,可打 開通道1 04對流體流之開放。在此圖中,可了解,一旦 冰柱90或相鄰管子62碰觸或架橋時,冰之熱傳遞表面 積減少一半。在冰形成在管子62上時,冰橫剖面直徑之 成長增加了冰相對於從冷卻器I 8來的管子62中冷媒與 室26中熱儲存流體之間的絕熱因素。故,冰在管子62 上之成長率很顯著地且很快地減少,如第9圖所示。在 冷卻器上的效應是能力,吸入壓力及溫度,以及乙二醇 溫度之急遽降低。這些能力之急遽降低可被監視,可比 先前技術之方法能更精確地記下冰建立循環之終點。 管列68及76相鄰管子62之間的通道104寬度變化之 另一個例子,爲有通道寬度1 04比第4圖中管子62之 間的寬度寬約1 7%。此造成了通道1 〇2及寬度1 〇3減少 約4%,但是此次序重置減少了每一對1〇〇中相鄰管子62 之間的冰過度彤成及架橋速率。此構造會繼續以維持 3 0%最小之所要熱傳遞表面積。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雖然上述實施例顯示具有共同通道寬度1 02的相鄰管 子62之成對組的變化,它被認爲這些寬度會在變化的操 作條件下產生變化,如冰形成速率,或在個別管列68及 76或管子62上之溶解速率。另外,具體寬度可爲設計 選定,或者由熱儲存應用之規格所策動’但是排序及配 置一般可被應用到此種構造。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNSM4規格(210 X 297公釐) A7 B7 45 56 7 1 五、發明說明() 一個另外之實施例有成對100之相鄰管子62更緊密地 排列著’以提供通道或間隙1 〇 4之更窄尺寸。另外,隔 開寬度1 亦做成更窄,以減少通道1 〇2之寬度。但是 ,通道102及104寬度之減少,可由寬度爲約兩倍寬度 1 03的中心及擴大通道I 1 0之提供而容納。此擴大通道 1 1 〇提供了流體流經過管列66,即使在極端地冰過度形 成的情況時,當流體流被阻止或限制通過通道1 02。此 構造使流體接觸更多之冰接觸表面積,以比單塊冰更能 維持較低流體溫度。此流量會 '連續以維持所要流體溫度 在3 4 °F以下,並且增加此單塊冰之溶出速率,以使通道 102對及空氣流重開。 第6及6A圖顯示結構管列66, 一般與第4及5圖之管 列66相同,具有相鄰管群120之間的大通道128。在此 構造中,每一對1 0 0之管子6 2之間的通道1 〇4增加約 3 0%。此增加再度造成冰柱90之間的設計滿載能力之無 效的空間1 0 5。但是,通道1 0 2寬度減少約1 7 % ’並且 隔開寬度1 03減少約1 4。/。。此種減少再度被維持通道寬 度Π 0約在兩個實施例中相等,以連續提供通過管列66 之流體流。僅有兩個迴路之顯示的使用’是爲了說明及 了解容易,不是限制使用迴路68,76之數目。 在第三構造中,盤管68,76之管子62之多組120在第7 及7A圖中被設成彼此靠近。在每一組120中’窄通道 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衮 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
-n n^OJ1 i n n ϋ I t 1 .1 I I I I ϋ I I I I I I I I I n I I I n ϋ I 45567 1 A7 B7 五、發明說明(、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 122與第3圖之通道88相同,被設在相鄰管子62或冰 柱9 0之間。窄通道1 2 2 ’例如,約比通道8 8設在相鄰 管子62之間’雖然相鄰管子中心之間的通道寬度1 〇4僅 約3°/。。第7圖中顯示之組120有管子62及迴路68及76 之六個垂直列。管列1 26中之二組1 20設有相鄰組1 20 之間寬的通道1 2 8 ’此做爲比較用之通道1 2 8爲僅比該 第三構造中之中心寬通道更窄35%。此構造中容納冰過 度形成條件到兩種之中,並且在此種冰過度形成狀態下 ,提供比先前技術裝置更多的冰接觸表面積用來做熱傳 遞。可看出^管子6 2總數有減少,但是,與先前技術言 是同等數目,且具有強化通道寬度及安全寬度可容納冰 形成*而仍可提供足夠的空間給流體流動。即使在冰過 度形成時,無效的空間1 會出現在設備1 20中之相鄰 管子6 2之間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在另一個實施例中,多組成對之管子62設有如上述之 管對100,及管對之間的通道102緊密地與相鄰管對100 成對,以提供多管子設備丨2〇。這些多管子設備120有 寬的通道1 28在相鄰設備1 20之間。在管列1 26之結構 中,通道寬度1 02及寬度1 03約等於上述第三構造之通 道寬度102及寬度103。但是,當更緊密地設備管對1〇〇 時’加入的管子62會提供到管列1 2 6,雖然被認爲盤管 68及76之相鄰管子62之冰柱90更易於產生架橋。最 -19 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4556 7 1 A7 B7 五、發明說明() 終設計滿載構造仍提供多個通道1 02及1 28給流體流動 ,此通道1 2 8再度可對冰過度形成時阻止流體流動提供 了安全邊際之對策。 第10圖中,兩對相鄰迴路68及76之間有區隔件130 ,此區隔件1 3 0提供加寬且擴大的隔開間隙1 3 2。這些 間隙1 32被認爲足以提供熱儲存流體流通過迴路68及76 ,以容納可接受的熱儲存流體或是水出口溫度。區隔件 或插入件1 3 0 —般是以低熱傳導度材料製成,以阻止冰 架橋橫跨此區隔件130而形成。 第Π圖顯不隔開件140插入與盤管結合.,並至少有一 對相鄰盤管68及76由隔開件140而分隔開,它亦是由 如塑膠之低熱傳導度材料製成。另外,中空之隔開件或 有穿孔之隔開件亦可被用來維持擴大的隔開間隙。除此 之外,中空之隔開件140可被用來做爲空氣導管,以引 導空氣到盤管底部97,或其他流體中,以用來劇烈地攪 動流體。隔開件使用在後者時,被認爲在鍍辞鐵管之製 造時特別有效。 在第1圖中,顯示之控制電路使入U吸入壓力或入口 流體溫度之測量,可做爲管列6 6及1 2 6中冰形成狀況變 化的對策。在第9圖中,本發明中提供一個參數用來以 感測器46感測,故在冰形成滿載能力時之單盤管乙二醇 或吸入溫度戲劇性地降低。此感測信號可被提供到控制 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) --------I! 裝-----!----訂·-------- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 455671 A7 B7 五、發明說明() 裝置5 0以停止進一步之冰形成,並且維持通道1 02或 1 2 8暢通。 雖然僅本發明之具體實施例被顯示及敘述,很明顯地 在此敘述之本發明範圍內並沒有限制。 符號簡單說明: 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 0… 熱儲存裝置 ]2… 外部熱交換器 14... 冷卻水塔 15.. 槽 1 6… 水泵 1 8… 乙二醇冷卻器 20… 泵 22…. 冷卻盤管設備 24… 熱儲存槽 26… 槽室 2 8 通風裝置2 8 3 2,.· 入口 34 · 出口 3 6… 冰-水泵 4 0··· 管線 42… 冰水機泵 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
裝-----^----訂·----— 11 I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
ί556 7 J 五、發明說明() 4 4··* 空氣調和裝置 4 6." 感測器 4 7·.· 導線 4 8*.· 冷媒回流配管 5 0… 控制C P U 52… 導線 5 4-.· 導線 5 S… 上頭管 S 9… 下頭管 60 回流彎管 6 [… 末端 62 管子 6 3… 末端 6 5… 入口 6 6… 管列 67- 出口 6 S " 第一迴路 7 0.·. 列 72…. 排 7 3·" 間隙8 1 7 6.·. 第二迴路 8 0·*· 垂直排 -22- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - — III·---訂·---- I I I I _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 45 56 7 1 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7五、發明說明() 8 1- 間隙 84… 第一隔開間隙 8 8 ·- 通道 90 · 冰形成90 95… 頂部95 96,98…側壁 97… 底部97 1 0 0… 迴路組 1 02 ... 通道 1 02 103… 寬度 104… 第一隔開間隙 105··· 無效的空間1 05 1 1 0… 擴大通道 120… 管子設備120 122··· 狹窄通道 126.·· 管列 12 8··· 通道 I 3 0… 區隔件 132-· 隔開間隙 14 0··· 隔開件 -i —I— -Jill·--- —-------I (請先閱讀背面之注吾3事項再填寫本頁) -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. A8 B8 C8 D8 455671 六、申請專利範圍 1. 一種盤管設備,用來使熱傳遞流體通到熱儲存盤管設 備,具有一個外殼及其含有流體儲存室,在該室中之 熱儲存流體,連結該熱儲存盤管設備及該室中之熱儲 存流體到一個外部裝置以使該被儲存熱能復原使用之 裝置,使該熱傳遞流體的熱被傳遞之裝置,以及用來 連接該熱傳遞裝置到該盤管設備的裝置’該盤管設備 包括: 多個熱傳遞管子’每一個該管子有縱軸’ 該管子由該連接裝置連到該熱傳遞裝置’以用來使 該熱傳遞流體經該管子而相通’ 該熱傳遞管子在該室中配置成平面管列(array) ’以 用來使該熱傳遞流體經該室相通’以減少該熱儲存流 體之溫度,並且儲存熱能; 該平面配置管子之管列配置在相鄰水平列及垂直排 ,該管列有一個橫剖面寬度及高度橫向於該縱軸’該 相鄰之管列及排配合以形成橫跨該設備寬度該相鄰 管列及排之間的第一垂直通道及水平通道’ 該相鄰之管排配合,以在該管列橫剖面中該相鄰之 管排之該管子軸心之間’形成至少一個第一水平隔 開間隙,並且該相鄰列具有至少一個垂直隔開間隙 距離; I 該熱儲存流體有第一流體溫度; -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 表--------訂---------線J 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45567 1 § D8 六、申請專利範圍 該熱傳遞流體經該管子流通可作用來減少該熱儲存 流體之該第一流體溫度到第二溫度,以在每一個管子 上固化至少一部份該熱儲存流體; 至少一對該相鄰排之管子在該一對相鄰管子的軸心 之間,有第二水平隔開間隙比該第…水平隔開間隙大 ,該至少一對成排之管子互相配合以形成比該第一 垂直通道寬之第二垂直通道,則在橫跨該管子垂直排 之第一隔開間隙固化之熱儲存流體之間產生架橋時 ,可以提供至少一個通道給在該管列中該至少一對 該管排之間的垂直熱儲存流體流。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2.如申請專利範圍第1項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,該盤管設備具有一個外殼及 其含有流體儲存室,在該室中之熱儲存流體,其中在 該管列中該管子之該垂直排被配置成群,在每一個群 中至少有兩個該管子之該垂直排,每一個該群中’在 該群中管子之相鄰垂直排軸心之間有第三隔開間隙距 離,該管列中有至少兩個該管子之該垂直排之該群’ 至少兩組管子之該垂直排之相鄰群具有·個相鄰管 子之垂直排靠近該管子相鄰群,該相鄰群之管子之該 靠近之排配合以在該不同群管子之該靠近相鄰排的軸 心之間,形成第四隔開間隙距離,該第四隔開間隙距 離大於該第三隔開間隙距離。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ABCD 4 5 5 6 7 1 六、申請專利範圍 3. 如申請專利範圍第2項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備’其中該第二隔開間隙及該第 四隔開間隙距離大致相等。 4. 如申請專利範圍第2項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,其中該第一隔開間隙及該第 三隔開間隙距離大致相等。 5. 如申請專利範圍第2項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,其中該群垂直排之管子可作 用以提供冰之分段之塊,並且該第四隔開間隙距離在 每一群管子之該相鄰垂直排之間固化之熱儲存流體上 產生架橋處加入一個垂直通道。 6. 如申請專利範圍第2項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,其中每一該群有管子之第一 垂直排及第二垂直排,每一該群在每一該該群有管子 之第一及第二垂直排之間有該第三隔開間隙距離。 7. 如申請專利範圍第1項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,另外包括有至少一個頭管; 在該室中每一該管有第一端及第一端’至少該弟 端及第二端中之一個連到該至少一個頭管; 該頭管有一個入口及一個出口由該連接裝置連到熱 傳遞裝置, 該頭管可作用使該熱傳遞流體通到該管列° -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) i請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 I ^1 1 n ^^1 ^^1 fe— UK ^^1 ^^1 Β8 C8 4 5 56 T 1 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8. 如申請專利範圍第1項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,其中該熱傳遞裝置爲一個冷 凍冰水機組具有一個壓縮機及其排出口,用以提供冷 卻流體給該管列以降低該熱儲存流體之溫度,以及一 個入u用來在第二吸入壓力下從該管列接受該冷卻流 體, 用來感測冷卻流體溫度,壓縮機吸入壓力,及冰水 機負荷中至少一項用的裝置,以做爲熱儲存盤管設備 之設計能力下該熱儲存流體固化之指標。 9. 如申請專利範圍第2項之盤管設備’用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,其中該管列有多個管子垂直 排,該垂直排社有三組垂直管1 該第四隔開間隙距離約比該第三隔開間隙距離大 25%。 10. 如申請專利範圍第1項之盤管設備’用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,其中該管列爲兩迴路之管列 ,具有第一流體流動迴路及第二流體流動迴路, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該管列之該管子配置在至少該垂直排中,該第一流 體流動迴路及第二流體流動迴路之交錯之排列中; 該管列之該管子具有平行之軸心’ 在該第一流體流動迴路中之該熱傳遞流體流動在與 該第一方向相反的第二方向上’該相鄰管子中之該相 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 45567 1_g 六、申請專利範圍 反的流動方向使該管子上之該流體在該方向上之固 化更均勻,以提供更均勻固化之熱儲存流體在該室中 之該管子上。 11·如申請專利範圍第1項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,其中該平面管列中之每一該 管子有一個橫剖而直徑約爲1英吋, 該管子縱軸之每一該垂直排形成一個參考平面, 每一該對之排的該相鄰之排之相鄰平面配合,以形 成該相鄰第一及第二參考平面之間的該第一隔開間隙 該相鄰之排之間的該第一隔開間隙在該相鄰對之排 之間至少爲二又十分之八英吋; 該第二隔開間隙被設在該垂直排之該相鄰對之間, 每一該對之排有一個該對垂直面靠近該相鄰成對垂直 面之該對垂直平面中之一,該靠近平面配合以形成該 第二隔開間隙; 該第二隔開間隙之寬度比該第一隔開間隙至少大 10%。 12.如申請專利範圍第11項之盤管設備I用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,其中該第二隔開間隙可延伸 至一個範圍比該第一隔開間隙大約5%到5〇°/。之間; 該第一隔開間隙延伸在一個爲2又8/1 0英吋與4又 -28- 本紙張义度適用尹固國家標準(CNSM4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 455671 六、申請專利範圍 2/10英吋的範圍內。 ia如申請專利範圍第6項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備’其屮每一該組有第一垂直排 及第二垂直排管子’每一該組有該第三隔開間隙距離 在每一該群之每一該第一及第二垂直排之間; 該第四隔開間隙距離被設在管子相鄰群之間橫跨該 管列之該寬度; 該平面管列中之每一該管子有橫剖面直徑約爲1英 吋, 該管子縱軸之每一該垂直排形成一個參考平面’ 每一該對之排的該相鄰之排之相鄰平面配合1以形 成該相鄰第一及第二參考平面之間的該第一隔開間隙 ) 該相鄰之排之間的該第一隔開間隙在該相鄰對之排 之間至少爲二又十分之八英吋: 該第二隔開間隙被設在該垂直排之該相鄰對之間, 每一該對之排有一個該對垂直面靠近該相鄰成對垂直 面之該對垂直平面中之一,該靠近平面配合以形成該 第二隔開間隙; 該第二隔開間隙之寬度比該第一隔開間隙至少大 10%。 14.如申請專利範圍第1 3項之盤管設備,用來使熱傳遞流 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- 訂---------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8B8C8D8 45567I 六、申請專利範圍 體通到熱儲存盤管設備,其中每一該第三隔開間隙距 離等於該第二隔開間隙距離, 該第二隔開間隙可延伸至一個範圍比該第一隔開間 隙大約5 %到5 0 %之間, 該第·隔開間隙延伸在一個爲2又8/1 0英吋與4又 2/10英吋的範圍內; 該第四隔開間隙可延伸至一個範圍比該第二隔開間 隙大約10%到100%之間。 瓜如申請專利範圍第1項之盤管設備,用來使熱傳遞流 體通到熱儲存盤管設備,另外包括一個冷卻及冷凍迴 路; 該冷凍迴路有用來冷卻熱傳遞流體用之裝置1 用來連接該冷凍迴路到該熱儲存槽及盤管管列之裝 置,使熱傳遞流體被輸送到該槽以冷卻該熱儲存流體 ,並且使該熱傳遞流體回到該冷凍迴路, 用來控制該冷凍迴路之裝置, 用來感測該回到該冷凍迴路之該熱傳遞流體的溫 度及吸入壓力用的裝置, 用來連接該感測裝置到該控制裝置用的裝置,以控 制該冷凍迴路及熱傳遞流體連通道該槽。 丄6.如申請專利範圍第1項之盤管設備’其中該感測裝置 及該控制裝置可作用,以在該熱傳遞流體的溫度及管 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 * I-----I « — III — — — — J _ * — — — — — — [1 I 1 - - - - - — — — — — _ _ I 455671 § ' D8 六、申請專利範圍 線吸入壓力之預定變化時,停止熱傳遞流體流到該盤 管,以避免該熱儲存流體進一步固化,以保持至少該 傳 熱 之 中 MU 歹 管 該 及 道 通 之 動 流 體 流 爲 做 隙 間 開 隔 二。 第遞 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----訂--------I I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)
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