具有熱量回收的風(fēng)冷式冷卻器的制造方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本公開(kāi)內(nèi)容總體涉及用于冷卻器應(yīng)用的制冷系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及提供熱量回收的冷卻器系統(tǒng)。
[0002]一些制冷和空調(diào)系統(tǒng)依賴?yán)鋮s器來(lái)降低過(guò)程流體(通常是水)的溫度。在這樣的應(yīng)用中，冷卻水可以被傳遞通過(guò)下游設(shè)備(諸如，空氣處理器)，以使其他流體(諸如，建筑物中的空氣)變涼。在典型的冷卻器中，過(guò)程流體被蒸發(fā)器冷卻，該蒸發(fā)器通過(guò)將制冷劑蒸發(fā)從過(guò)程流體吸收熱量。制冷劑隨后被壓縮機(jī)壓縮并且傳遞至冷凝器。在冷凝器中，制冷劑典型地通過(guò)空氣或水流變涼，并且被重新冷凝成液體。風(fēng)冷式冷凝器通常包括一個(gè)或多個(gè)冷凝器線圈以及一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇，所述風(fēng)扇引起在所述線圈上的氣流。一些系統(tǒng)可以采用節(jié)約器來(lái)提高性能。在具有閃蒸罐節(jié)約器的系統(tǒng)中，離開(kāi)冷凝器線圈的已冷凝的制冷劑被導(dǎo)引至一個(gè)閃蒸罐，在該閃蒸罐中液體制冷劑至少部分地蒸發(fā)?？梢詮拈W蒸罐中提取蒸氣并且使該蒸氣返回至壓縮機(jī)，而來(lái)自閃蒸罐的液體制冷劑被導(dǎo)引至蒸發(fā)器，結(jié)束制冷環(huán)路。在具有換熱器節(jié)約器的系統(tǒng)中，離開(kāi)冷凝器線圈的冷凝的制冷劑被分成在換熱器的兩側(cè)上流動(dòng)的兩個(gè)流動(dòng)流。所述兩個(gè)流動(dòng)流之一蒸發(fā)并冷卻第二流。蒸發(fā)的流動(dòng)流流動(dòng)至壓縮機(jī)，而另一個(gè)流流動(dòng)至蒸發(fā)器，結(jié)束制冷環(huán)路。
[0003]在一些常規(guī)風(fēng)冷式冷卻器設(shè)計(jì)中，熱量回收換熱器(HRHX)可以被用于提供對(duì)在建筑中使用的水或其他過(guò)程流體的輔助加熱。在這樣的系統(tǒng)中，壓縮的制冷劑在進(jìn)入冷凝器之前流經(jīng)HRHX，以將熱傳遞至被循環(huán)通過(guò)HRHX的流體。如果沒(méi)有流體被循環(huán)通過(guò)HRHX，則制冷系統(tǒng)可以像典型的風(fēng)冷式冷卻器一樣起作用。不幸地，隨著對(duì)熱量回收的需求增加，離開(kāi)HRHX的制冷劑可變得更冷凝。這會(huì)減少對(duì)于通過(guò)冷凝器的熱傳遞而言可用的制冷劑蒸氣的量。因此，冷凝器中的液體制冷劑的量會(huì)增加，而蒸發(fā)器中的液體制冷劑的量減少。這可以導(dǎo)致蒸發(fā)器中的液體制冷劑水平的損失，造成制冷系統(tǒng)由于低吸入壓力而出錯(cuò)。此夕卜，隨著期望的熱量回收負(fù)載增加，該系統(tǒng)可能難以使用常規(guī)冷卻器控制器來(lái)控制。例如，隨著對(duì)熱量回收的需求增加，常規(guī)冷卻器控制模式可能會(huì)輸出在用于促進(jìn)冷凝器內(nèi)的良好熱傳遞的期望水平以下的冷凝器風(fēng)扇速度。因此，存在對(duì)用于控制包括熱量回收系統(tǒng)的冷卻器應(yīng)用的改進(jìn)的技術(shù)的需要。
【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面的包括風(fēng)冷式制冷系統(tǒng)的商用暖通空調(diào)與制冷(HVAC&R)系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施方案的例示；
[0005]圖2是根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)示例性HVAC&R系統(tǒng)的圖解表示；
[0006]圖3是一個(gè)表格，例示了圖2的系統(tǒng)的多種目前設(shè)想的操作模式以及一些部件在所述多種模式中如何被控制；
[0007]圖4是一種響應(yīng)于圖2的系統(tǒng)上的多種熱量回收負(fù)載的方法的流程圖；
[0008]圖5是一種使圖2的系統(tǒng)在中間熱量回收模式操作的方法的流程圖；
[0009]圖6是根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)示例性HVAC&R系統(tǒng)的圖解表示；以及
[0010]圖7是根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)包括換熱器節(jié)約器的示例性HVAC&R系統(tǒng)的圖解表示。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于控制具有輔助熱量回收的風(fēng)冷式冷卻器的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)除了別的以外可以包括用于循環(huán)制冷劑的壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹裝置、節(jié)約器和蒸發(fā)器，以及從制冷劑傳遞熱以加熱過(guò)程流體的熱量回收換熱器?？刂破骰趥鞲衅鞣答亖?lái)控制膨脹裝置和冷凝器風(fēng)扇，以提供期望量的熱量回收。該系統(tǒng)在采用具有相對(duì)小的內(nèi)部制冷劑體積的微通道風(fēng)冷式冷凝器和具有相對(duì)大的內(nèi)部制冷劑體積的殼側(cè)蒸發(fā)器的冷卻器中特別有益。根據(jù)一些實(shí)施方案，本文中描述的技術(shù)被設(shè)計(jì)成提供制冷系統(tǒng)中的從O至100%的熱量回收的平滑控制。
[0012]圖1描繪了制冷系統(tǒng)的一個(gè)示例性應(yīng)用。一般而言，這樣的系統(tǒng)可以應(yīng)用在各種各樣的設(shè)置中，既可應(yīng)用在HVAC&R領(lǐng)域內(nèi)也可應(yīng)用在該HVAC&R領(lǐng)域以外。該制冷系統(tǒng)可以通過(guò)蒸氣壓縮制冷、吸收制冷或熱電冷卻向數(shù)據(jù)中心、電氣裝置、冷凍器、致冷器或其他環(huán)境提供冷卻。然而，在目前設(shè)想的應(yīng)用中，制冷系統(tǒng)可用在住宅、商用、輕工業(yè)、工業(yè)和任何其他應(yīng)用中，以用于加熱或冷卻體積物或封閉物，諸如住宅、建筑、結(jié)構(gòu)等。此外，制冷系統(tǒng)可以用在工業(yè)應(yīng)用中，在適當(dāng)情況下，用于多種流體的基本制冷和加熱。
[0013]圖1示出一個(gè)示例性應(yīng)用，在此情況下，用于建筑環(huán)境管理的HVAC&R系統(tǒng)可以采用換熱器。建筑10通過(guò)包括冷卻器12和鍋爐14的系統(tǒng)被冷卻。如示出的，冷卻器12被設(shè)置在建筑10的屋頂上并且鍋爐14位于地下室中；然而，冷卻器和鍋爐可以位于建筑附近的其他設(shè)備間或區(qū)域內(nèi)。冷卻器12是實(shí)施制冷循環(huán)以冷卻水的風(fēng)冷式或水冷式裝置。冷卻器12被放在單個(gè)結(jié)構(gòu)件內(nèi)，該單個(gè)結(jié)構(gòu)件包括制冷電路和相關(guān)聯(lián)的設(shè)備(諸如，栗、閥和管道)。例如，冷卻器12可以是單個(gè)封裝屋頂單元。鍋爐14是在其內(nèi)加熱水的封閉容器。來(lái)自冷卻器12和鍋爐14的水通過(guò)水導(dǎo)管16循環(huán)通過(guò)建筑10。水導(dǎo)管16被路由至空氣處理器18，該空氣處理器18位于各個(gè)樓層上且在建筑10的部分內(nèi)。
[0014]空氣處理器18被聯(lián)接至管道系統(tǒng)20，該管道系統(tǒng)20適于在空氣處理器18之間分配空氣且可以從外部進(jìn)氣口(未示出)接收空氣。空氣處理器18包括換熱器，所述換熱器循環(huán)來(lái)自冷卻器12的冷水和來(lái)自鍋爐14的熱水以提供加熱的或冷卻的空氣。在空氣處理器18內(nèi)的風(fēng)扇吸引空氣通過(guò)換熱器且將經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣導(dǎo)引至建筑10(諸如，房間、公寓、或辦公室)內(nèi)的環(huán)境，以將所述環(huán)境維持在指定的溫度?？刂蒲b置(這里示為包括恒溫器22)可以用于指定經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣的溫度?？刂蒲b置22還可以用于控制通過(guò)空氣處理器18的空氣的流動(dòng)和來(lái)自空氣處理器18的空氣的流動(dòng)。當(dāng)然，在所述系統(tǒng)中可以包括其他裝置(諸如，調(diào)節(jié)水的流量的控制閥以及感測(cè)水、空氣的溫度和壓力的壓力和/或溫度換能器或開(kāi)關(guān)等)。此外，控制裝置可以包括與其他建筑控制或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成或分立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以及甚至是遠(yuǎn)離建筑的系統(tǒng)。
[0015]圖2示意性地描繪冷卻器12的一個(gè)實(shí)施方案，該冷卻器包含一個(gè)熱量回收系統(tǒng)且可以由控制器24控制。如下面進(jìn)一步討論的，該熱量回收系統(tǒng)可以提供通過(guò)使用通常由冷卻器12排至環(huán)境的熱量中的一些或全部來(lái)加熱液體的輔助作用。冷卻器12包括一個(gè)冷卻流體環(huán)路23，該冷卻流體環(huán)路使冷卻流體(諸如冷卻的水、乙烯乙二醇水溶液、鹽水等)循環(huán)至冷卻負(fù)載(諸如，建筑、設(shè)備件或環(huán)境)。例如，冷卻流體環(huán)路23可以使冷卻流體循環(huán)至圖1中示出的水導(dǎo)管16。在一些實(shí)施方案中，冷卻流體可以在冷卻流體環(huán)路23內(nèi)循環(huán)至冷卻負(fù)載，諸如，研究實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)機(jī)房、辦公建筑、醫(yī)院、模制擠塑廠、食品加工廠、工業(yè)設(shè)施、機(jī)器或需要冷卻的任何其他環(huán)境或裝置。
[0016]來(lái)自冷卻流體環(huán)路23的溫流體進(jìn)入蒸發(fā)器26且變涼，生成可以返回至冷卻負(fù)載的冷卻流體。在冷卻流體時(shí)，蒸發(fā)器26將熱量從冷卻流體環(huán)路23傳遞至在封閉的制冷劑環(huán)路27內(nèi)流動(dòng)的制冷劑。制冷劑可以是吸收和提取熱量的任何流體。例如，制冷劑可以是氫氟烴(HFC)基的R-410A、R-407C或R-134a，或其可以是二氧化碳(R-744)或氨(R-717)或氫氟烯烴(HFO)基的。隨著制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器26，制冷劑被蒸發(fā)。蒸發(fā)的制冷劑然后離開(kāi)蒸發(fā)器26且流經(jīng)吸入管線28進(jìn)入壓縮機(jī)系統(tǒng)30內(nèi)，該壓縮機(jī)系統(tǒng)可以代表一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)。制冷劑在壓縮機(jī)系統(tǒng)30內(nèi)被壓縮且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)排出管線32離開(kāi)。
[0017]壓縮的制冷劑然后流經(jīng)熱量回收系統(tǒng)35的熱量回收換熱器(HRHX) 34。熱量回收系統(tǒng)35包括HRHX 34和熱量回收流體環(huán)路37，該熱量回收流體環(huán)路使熱量回收流體(諸如，水或鹽水)循環(huán)通過(guò)HRHX34。當(dāng)該熱量回收流體流經(jīng)HRHX 34時(shí)，熱量回收流體從流經(jīng)HRHX 34的制冷劑吸收熱量以產(chǎn)生溫的熱量回收流體。根據(jù)一些實(shí)施方案，溫的熱量回收流體可以在建筑10(圖1)內(nèi)循環(huán)以提供對(duì)在建筑10內(nèi)使用的水或另外液體的輔助加熱。
[0018]從HRHX 34，制冷劑然后行進(jìn)經(jīng)過(guò)制冷劑環(huán)路27的管線36且流經(jīng)冷凝器38，制冷劑在該冷凝器中進(jìn)一步被冷卻且被冷凝成液體。冷凝的制冷劑通過(guò)制冷劑環(huán)路27的液體管線40離開(kāi)冷凝器38，液體管線40導(dǎo)引制冷劑經(jīng)過(guò)膨脹閥42至閃蒸罐44。根據(jù)一些實(shí)施方案，膨脹閥42可以是熱膨脹閥或電子膨脹閥，該熱膨脹閥或電子膨脹閥被控制器24操作以響應(yīng)于吸入過(guò)熱、蒸發(fā)器液體水平或其他參數(shù)來(lái)