絕熱的製冷劑冷凝器控制系統的製作方法

2023-07-11 04:34:57 3

本發明涉及對絕熱的冷凝器或流體冷卻器的設計的改進。更特別地，這具體表現為兩種新的控制模式：節能模式和節水模式，該兩種新的控制模式被設計成基於成本和可用率而優化對這些資源的使用。本發明可以應用於採用絕熱飽和墊的設備，並且還應用於這樣的設備，所述設備在迂迴盤管之前採用用於蒸發水的任何器件(諸如噴嘴)以減少和冷卻進入迂迴盤管的空氣的溫度。

背景技術：

現有技術的絕熱控制系統使用水和電能的組合來提供所需的必要冷卻。電能用來驅動風扇，風扇使空氣移動通過盤管。水用來使絕熱材料變溼以及降低通過盤管的空氣的溫度。該現有技術的系統通過使用資源的組合而比空氣冷卻系統節能，並且比蒸發系統節水。典型的現有技術冷凝器或流體冷卻器在特定的預設戶外溫度或預設溫度或壓力條件下可以從幹操作切換為溼操作；然而，現有技術的系統並不允許最優化水或電能資源的節約。

本發明允許系統將客戶所選資源(水或能源)的使用減少至可能的最低水平，同時仍然滿足冷卻需求。該系統將偏向能量或水資源，即在給定時間成本更低或更為充足。例如，如果確定能量更稀缺或成本更高，則系統將在能夠使能量的使用最小化的任何時候使用水。如果水是更稀缺或更昂貴的資源，則系統將僅僅在需要時使用水以滿足散熱目標。

本發明還包括在操作模式之間進行切換的多個方法。通過改變控制器中的設定可以手動地進行模式選擇，或者模式選擇可以自動地進行，以向使用者提供最低的實用使用成本。經由通訊可以手動或自動 地提供水電利用率。利用這個信息，控制器可以確定向客戶提供最低成本的花銷。

用於在各模式之間進行切換的另一方法是從公共事業設施供應商接收峰值指令信號。該峰值指令信號可以手動地輸入或者由公共事業設施自動地發送。當觸發該信號時，其將使得設備偏向當前未處於峰值指令的資源(通常為電能)。該控制方法將有助於保留稀缺的區域資源以及減少使用者的峰值指令費用。

對於採用絕熱飽和冷卻墊的設備，本發明還包括在操作為「乾式」時增大通過盤管的空氣流的能力。當以乾式模式運轉時，現有技術的產品存在通過絕熱墊的壓力降低的不利結果，並且因此降低了通過設備的空氣流。通過在乾式操作期間使得空氣流旁通繞過墊，可以獲得更多的空氣流，由此減少風扇馬達能量使用以及允許更多地保存水以用於更長的時間期間。

本發明的另一特徵是盤管清理程序。該特徵反向驅動風扇，以迫使空氣沿著相反的方向通過盤管，從而驅使汙垢和其它碎屑離開盤管翅片，以提高盤管的效率。該盤管清理部件可以與盤管上的噴灑系統組合，以改善清理。該盤管清理部件還可以與空氣旁通系統組合，從而從盤管中吹出的任何材料將從設備中吹除。該墊在清理模式期間還可以是溼的，以清洗碎屑，所述碎屑離開盤管向下進入貯槽而非地上。

技術實現要素：

本產品是具有鋁製微通道或銅/鋁翅片/管形換熱器、絕熱傳熱墊、速度受控風扇、集成泵以及基於微處理器的控制系統的絕熱冷凝器或流體冷卻器。應當注意的是，本發明可以用於在空氣到達迂迴換熱盤管之前通過採用蒸發水來冷卻空氣的任何類型的設備。此外，還可以使空氣吹動通過或者吸引通過設備，並且這不限制本發明。此外，構造的材料可以是本領域中使用的任何材料，並且這不限制本發明。還應當注意的是，將空氣輸送至設備的方法並不限制本發明。還應當注意的是，迂迴(indirect)盤管可以呈「A」、「V」形安裝、水平或豎 直地安裝、或者是單一或多個盤管，而且可以使用本領域中已知的任何迂迴盤管定向，並且這不限制本發明。通過採用下述設計增強控制系統。然而，本發明還可以應用於任何絕熱冷凝器、任何絕熱流體冷卻器。

兩種操作模式對於本發明的系統而言是可行的。第一模式被稱為節能模式。現有技術的絕熱操作通過戶外溫度設定點控制。當戶外溫度超過該設定點時，無論是否需要均啟動溼模式。這種控制方法被稱為標準模式。示出了一種新型的創造性節能模式，為了節省電能使用，一旦溫度足夠高至阻止水凍結在絕熱墊上，該創造性節能模式就打開溼模式。由於溼式操作比標準模式以更低的溫度運轉，更冷的空氣將進入盤管驅動系統，壓頭低於不採用溼式操作時所獲得的壓頭，並且驅動風扇的可變速馬達可以以更慢的速度運轉，由此減少了壓縮系統和/或冷卻器風扇的能耗。與現有技術的標準模式相比減少了總能耗。

第二操作模式是節水模式。這種控制方法保持溼式操作關閉，直到需要滿足散熱需求為止。僅僅在設備的能力已經在乾式操作中最大化並且驅動風扇的可變速馬達處於全速(設定點是可調節的)後，溼式冷卻操作才將打開，以增大散熱能力。延遲溼式操作直至絕對必要為止，將使設備使用的水量最小化。與現有技術的標準模式相比減少了總水耗。

現有技術的絕熱冷凝器(或流體冷卻器)使用周期性的槽傾卸周期，這從設備中移除再循環的水並且使用新鮮水進行替換，因而保持設備中的水化學接近水供給源中的水化學，並且消除了與水垢或藻類或生物生長有關的維護問題。在現有技術中，傾卸周期可以以預定進度進行，而未考慮設備中水的礦物質含量高低如何，並且為了防止可能的結垢，所述傾卸周期被設定為規律性進度，所述規律性進度假定水質量較差。所提出的節水模式還可以與「節水器部件」組合以進一步減少用水。該節水器部件包括水質量傳感器，所述水質量傳感器將測量設備中的水的導電性並且僅僅在固體水平到達預定水平時才傾卸水。應當注意的是，水質量傳感器可以是導電的或者是確定水質量的 任何其它器件，並且這不限制本發明。這個附加件阻止了清潔水(其仍然可以使用)在所供給的水仍然質量良好的區域中成為廢水。實質上，所有現有技術的冷卻塔相關產品上的水質量水傾卸系統核查水導電性，並且在系統運轉時傾卸(稱為排水)一小部分水(也稱為排汙)。本節水模式的不同之處在於傾卸和衝洗整個槽的水，並且除非水導電性有所指示，否則沒有必要進行這個操作，從而節約水。

本發明還包括選擇操作模式的多個方法。最基本的方法是使用者在控制系統中手動地選擇模式。還可以獲得自動選擇方法。控制系統可以選擇操作模式，以使能量使用最小化。為此，控制系統需要與水電成本相關的輸入。這個信息可以手動地輸入至控制系統內，或者可以經由通訊協議而進行電子通信。一旦控制系統具有這個信息，則控制系統可以計算按節能模式和節水模式運轉的成本，並且確定哪種模式向使用者提供了最低的總運轉成本。這個決定可以基於成本信息的改變而持續地更新。

用於切換模式的另一方法是基於來自公共事業實施供應商的峰值指令信號。該峰值指令信號將允許設備知曉是電還是水處於高需求量，並且應當節省高需求資源。例如，如果電力網發送了峰值指令信號，則控制器可以切換至節能模式以節省電力。這種模式控制方法幫助減少公共事業系統的緊張度。這還通過儘可能多地降低可能的峰值需求費用而幫助了使用者。

對於採用絕熱墊的設備而言，本發明還包括在「乾式」操作時增大通過盤管的空氣流的能力。當以乾式模式運轉時，現有技術的產品存在通過絕熱墊的壓力下降的不利結果，並且因此通過設備的空氣流減少。在本發明中，通過在乾式操作期間使空氣流旁通繞過墊的能力，可以獲得更多的空氣流，由此減少風扇馬達的能量使用，並且允許在更長時間期間消耗更少的水。通過物理地移動絕熱墊可以實現該旁通空氣流繞過絕熱墊，從而新鮮空氣容易在墊周圍流動。作為替代，通過打開允許新鮮空氣進入到盤管和墊之間的空氣旁通氣門，旁通空氣可以進入幹盤管中。在這個實施例中，墊與盤管間隔開，而氣門放置 在墊和盤管上方並且位於兩者之間，以控制可以旁通繞過墊的空氣側流。在旋轉或旋開式墊的實施例中，墊自身的輪廓開口，從而墊可以打開而不發生幹擾；在閉合時，墊緊密地套設，以迫使空氣流動通過墊並且維持設備上的壓降，以確保空氣流均勻地穿過盤管。圖4示出了墊如何可以旋轉以向進入設備的空氣流提供減小的輪廓(相對於其中墊遮蔽換熱器的基本設計而言)，由此減少淨空氣流阻力，並因此針對給定風扇功率增大空氣流。如圖5中所示，本設計的另一實施例在旁通模式期間將使墊向上翻轉，如同鷗型翼門。在微通道換熱器上實現空氣流的增大，這增大了散熱，並且因而增大了設備的效率。在這種模式期間，空氣旁通受設備的控制系統所控制。控制系統可以獨立(對在不同冷凝溫度下運作的兩個獨立製冷迴路進行操作的系統而言)或串聯控制每側。控制系統具有設定點，低於該設定點時泵停用、墊變幹、並且進入換熱器的空氣溫度變為環境幹球溫度(與溼操作下進入換熱器的空氣的溫度相反，此時溫度為絕熱地降低的溫度，大約介於環境幹球溫度和溼球溫度之間)。一旦墊乾燥(在墊和盤管之間由環境幹球溫度與幹球溫度之間的相等溫度而感測得到)，控制系統將墊向外旋轉。作為替代，系統邏輯可以設定成使得每逢幹操作則系統進入空氣旁通模式，而不考慮墊是否有點溼。控制旋開式墊或氣門的致動器可以是彈簧復位的，以在構件發生故障時關閉墊。本領域中的使用者將意識到的是，存在許多方法來使空氣旁通繞過絕熱墊，並且這不限制本發明。

本發明還詳細地描述了用於設備的清理循環，其可以用於清理盤管的汙垢和碎屑。該清理循環可以由使用者手動地觸發、定時以周期性間隔運轉、或者在感測到盤管髒了時觸發運轉。在高溫的環境周期期間，信號將被發送至製冷系統，以在清理循環期間停止運轉。清理循環反向運轉風扇，以在相反的方向上移動空氣通過盤管。反向空氣流將推動盤管的表面上的汙垢和碎屑離開盤管朝向墊。這個清理循環可以與開放的旋開式墊組合，以允許吹走汙垢離開設備。作為替代，墊可以維持固定，而溼操作能夠洗滌任何汙垢和碎屑進入貯槽，從所 述貯槽中可以將汙垢和碎屑從設備中清空。清理循環還可以與設備中的噴灑洗滌器組合。這些噴灑噴嘴將把引導水至盤管上，以協助從盤管的表面上移除汙垢和碎屑。該噴灑的水隨後被清洗進入貯槽中，從而可以將水從設備中清空。控制系統還可以配置有傳感器，在墊乾燥並且需要清理或更換時所述傳感器警告消費者。

附圖說明

圖1是現有技術的絕熱冷凝器或流體冷卻器的側視圖。

圖2是具有絕熱墊以及附加的傳感器和控制模式的絕熱冷凝器的一個實施例的側視圖。

圖3是具有反向風扇和噴灑洗滌器以清理盤管的絕熱冷凝器的一個實施例的側視圖。

圖4是示出了旋開式墊的絕熱冷凝器的一個實施例的頂視圖。

圖5是示出了允許空氣旁通繞過墊的百葉窗的絕熱冷凝器的一個實施例的側視圖。

圖6是示出了上旋而非側旋的旋開式墊的絕熱冷凝器的一個實施例的側視圖。

圖7是示出了通過使用「節能模式」而節約的能量的圖表。

圖8是示出了通過使用「節水模式」而節約的水的圖表。

圖9是示出了通過在「節能模式」和「節水模式」之間進行自動切換所節約的成本的圖表。

圖10是具有絕熱噴水器系統以及附加的傳感器和控制模式的絕熱冷凝器的一個實施例的側視圖。

具體實施方式

現在參考圖1，示出了現有技術的絕熱冷凝器或流體冷卻器10。產品通常具有左右側傳熱盤管16和24。盤管16和24可以處於相同或不同的製冷劑或流體冷卻迴路中。盤管16具有入口管17和出口管13，盤管24也一樣(分別如附圖標記28和29所示)。在環境新鮮空 氣進入絕熱冷凝器10處，絕熱墊14和25位於盤管16和24外側。新鮮環境空氣流入通過絕熱墊14和25，隨後基本上橫斜且向上通過盤管16和24，隨後通過風扇21和馬達22組件離開。當環境空氣溫度傳感器15感測到溫度高於預選設定點時，則啟動水模式，而未慮絕熱冷凝器10上的負荷或者風扇是否能夠在不使用水的情況下產生足夠的冷卻。當啟動水模式時，由控制箱19內的控制器打開泵12。泵12從水貯槽11中泵送水通過噴灑支路20，並且從噴嘴或孔18噴出，隨後到達絕熱墊14和25的頂部上。蒸發的流體(通常為水)隨後通常向下流動通過絕熱墊並蒸發，這冷卻了進入的空氣。最優的性能是絕熱墊使絕熱墊入口乾球溫度降低為等於溼球溫度。例如，如果在絕熱墊入口處的戶外環境幹球溫度為95F，而戶外環境溼球溫度為75F，則在絕熱墊出口處絕熱墊能夠降低的溫度最低為75F。

圖2示出了具有改進的控制器45的絕熱冷凝器或流體冷卻器40的優選實施例。控制器45選擇性地操作可變速馬達55的速度和方向，所述可變速馬達驅動風扇54並且使得泵42打開和關閉，以在需要絕熱冷卻時從貯槽41中泵送水。應當注意的是，泵42可以替換為將新鮮水供給至絕熱墊的新鮮水供給源，並且這並不限制本發明。還應當注意的是，一些絕熱墊被設計成通過毛細作用使得水進入其中，從而在這種情況下可以不需要泵，並且這不限制本發明。還應當注意的是，風扇馬達55可以是分級的，從而使得它們可以在不需要時選擇性地打開和關閉。壓力傳感器49放置在盤管48的入口處(或替代性地位於出口處)，以測量冷卻劑的壓力並且經由控制線路56將壓力反饋回控制器45。如果盤管48是流體冷卻器，則傳感器49可以是溫度傳感器。如果盤管57中的冷卻劑與盤管48中的不同，則可以使用兩個壓力傳感器，每個盤管具有一個傳感器。應當意識到的是，設備可以具有單個或多個冷卻劑或流體冷卻器迴路，並且這並不限制本發明。溫度傳感器部位50位於絕熱墊44的後方(即在空氣入口側上)，但是位於盤管48和57的前方，以測量絕熱墊後方(即空氣出口側上)的空氣溫度，而溫度傳感器46測量絕熱墊前方的戶外環境空氣溫度。作為替代， 溫度傳感器46和50可以是本領域中已知的任何類型的傳感器(例如RH傳感器)，以用於測量絕熱墊前方和後方的空氣狀況。應當注意的是，為了節水，即使在可以操作水泵時，控制器45也可以在被確定蒸發並不有利的環境狀況期間(例如在下雨時)選擇性地選擇不操作水泵42。或者，控制器45可以根據與一個迴路相比在另一迴路上是否滿足換熱性能需求而選擇改變流向絕熱墊的水流速或控制哪個絕熱墊溼式操作以及哪個絕熱墊可以乾式操作。導電性(或水質量)傳感器43測量噴水管53內的噴灑水52的導電性(或質量)，並且經由傳感器線60而將信號輸送至控制器45。導電性傳感器43可以替代性地安裝在貯槽內。控制器45將經由控制線62而控制閥61，以在水的導電性(或水質量)不可接受時選擇性地從設備40中傾卸全部水或一部分水。控制面板51包含控制器45，所述控制器控制設備40的操作和操作模式。控制器45可以具有一個或多個輸入：47(能量成本)、58(水成本)、59(峰值需求電費)、46(戶外環境溫度)、49(盤管48和盤管57操作壓力)以及50(進入盤管48和57的空氣的溫度)，從而確定使用哪種操作模式。通常已知為壓力傳感器的傳感器63、64和65由控制器45用來感測何時絕熱墊或迂迴盤管髒了。當感測到絕熱墊或迂迴盤管髒了時，控制器45可以向消費者發送警報。

圖3示出了包括盤管清理模式的改進的絕熱冷凝器或流體冷卻器的實施例30。在這個實施例中，空氣流可以反轉，從而空氣流通過風扇35進入、基本上向下流動，並且通過盤管34和29而被推出，以迫使積聚的汙垢沉積向後離開盤管。在設備內還可以具有盤管噴灑洗滌器33，以將水直接噴在盤管34上並且水通過盤管，以輔助將積聚的汙垢和碎屑洗滌離開盤管34和39。提供水連接點31和具有控制線37的水閥42，從而使得新鮮水可以通過管道輸送至噴灑洗滌器33，並且新鮮水可以通過經由控制器38反轉馬達36以使得風扇35反向運轉而得以選擇性地控制。盤管清理模式可以在冷卻模式期間運轉，或者可以在不需要冷卻時運轉。

圖4示出了絕熱冷凝器或流體冷卻器70的實施例，其包括旋開式 絕熱墊74(示出為打開)和82(示出為關閉)，從而在無需絕熱墊74和82時戶外環境空氣可以旁通繞過大部分絕熱墊74，並且直接通向盤管76和77。控制器75經由控制線83而選擇性地操作致動器86和87，以移動聯動裝置79和80，所述聯動裝置可以在需要時打開和關閉旋開式絕熱墊74和82。旋開式絕熱墊74和82可以利用致動器、活塞或任何其它等效裝置而打開。應當注意的是，允許空氣旁通繞過絕熱墊的優點在於減少了風扇系統經歷的空氣壓降，由此增大了乾式操作模式期間以及在旁通繞過絕熱墊時設備的效率，並且它們將維持更清潔更長時間。

圖5是示出了旋開式墊91的絕熱冷凝器或流體冷卻器90的另一實施例，所述旋開式墊示出了墊被升高以不擋道(鷗型翼設計)。在這個實施例中，絕熱墊91可以通過活塞致動器96而旋開遠離盤管94和95。絕熱墊92示出為處於閉合操作模式中。鉸接部93保持絕熱墊的頂部連接至實施例90。

圖6示出了絕熱冷凝器或流體冷卻器100的另一實施例，其在需要時允許大部分戶外環境空氣旁通繞過絕熱墊102。在這個實施例中，絕熱墊被移動更遠離盤管106和107，從而使得空氣旁通百葉窗104可以裝上並且由控制器108選擇性地操作。在空氣旁通模式期間，空氣旁通百葉窗104可以選擇性地打開，從而允許新鮮空氣通過開口103直接進入盤管106和107中。圖4、5和6示出了新鮮空氣旁通繞過絕熱墊的實施例。絕熱墊還可以是撓性的、可以如手風琴般摺疊或者安裝在撓性軌道(例如，車庫門軌道)上，在所述撓性軌道處在撓性軌道上驅動絕熱墊而使絕熱墊移開以不擋道。本領域中的使用者將意識到的是，還存在其它方法允許新鮮空氣旁通繞過絕熱墊，並且這不限制本發明。

圖7示出了在以節能模式操作時節約的能量。當設備未以全負荷操作時，其將使用通過絕熱墊的水來冷卻進入的空氣。更冷的進入空氣將允許風扇馬達以更低的速度運轉，這將減少用電。

圖8示出了在以節水模式操作時節約的水。當設備未以全負荷操 作時，設備將關閉水以使用水最小化。

圖9示出了通過自動切換模式獲得的能耗節約。該圖表示出了這樣的示例，其中水成本在一天中維持不變，而電能成本在下午時增大。通過切換至節能模式，設備可以使總能量成本最小化。

圖10示出了絕熱冷凝器或流體冷卻器110的另一實施例，其操作與圖2中的實施例很相同，不同之處在於使用噴水器系統代替採用絕熱墊，噴水器系統噴灑水以蒸發至進入迂迴換熱器112和116的空氣中，由此將溫度113降低至低於環境溫度123。在這個實施例中，將水供給至水入口114。控制器122選擇性地操作閥115，以允許水流動通過水分配管119、流向噴嘴或孔118並且提供薄霧或噴霧117，所述薄霧或噴霧在進入迂迴盤管112和116之前蒸發到空氣中。與圖2的實施例中的情況一樣，控制器122經由傳感器線路128從124能量成本、125水成本和126峰值需求接收輸入、系統操作狀況111以及部位123和113處的空氣狀況，從而決定是否以溼模式操作、以及是否通過控制馬達121的馬達速度而以預定風扇速度操作風扇120。