ЖИДКОСТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ЕСТЕСТВЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F25B25/00 F25B41/04 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к холодильным системам и, в частности, настоящее изобретение относится к способам и системам для работы в холодильной системе в режиме естественного охлаждения и режиме механического охлаждения.

[0002] Обычные холодильные системы работают при помощи циркуляции текучей среды, такой как хладагент, через замкнутый термодинамический контур. В течение цикла тепло поглощается от среды на стороне испарителя и отводится в среду на стороне конденсатора. Во время таких процессов теплопередачи в условиях давления, заданных температурными уровнями источника и температурами теплоотвода, хладагент претерпевает фазовые изменения, возникающие во время процессов теплопередачи. Это циклическое превращение возникает из-за механического сжатия или работы, обеспеченной к хладагенту компрессором и расширительным устройством давления и называется "режим механического охлаждения". Обычно в испарителе хладагент входит в теплообменник и охлаждает такую среду, как вода, воздух или гликоль, которая в свою очередь может быть использована для охлаждения кондиционируемого пространства. Применения холодильных систем содержат охлаждение коммерческих и жилых строений, центров хранения данных, промышленного оборудования, сельскохозяйственных культур и продуктов питания.

[0003] Однако, когда температура наружного воздуха окружающей среды является низкой, этот наружный воздух может быть использован для охлаждения среды без вовлечения компрессора. В таких случаях холодильная система содержит несколько дополнительных компонентов, соединенных с ней с помощью одного или более гидравлических контуров. В случае, если холодный окружающий воздух используется в холодильной системе вместо компрессора, система называется работающей в режиме "естественного охлаждения". В режиме естественного охлаждения активируется один или более вентилируемых теплообменников и насосов, и охлаждающая среда, циркулирующая через холодильную систему, охлаждается опосредованно наружным воздухом окружающей среды без необходимости в компрессоре. Поскольку работа холодильной системы в режиме естественного охлаждения требует меньше затраченной работы, работа системы в режиме естественного охлаждения является более эффективной, чем работа системы в режиме механического охлаждения.

[0004] Обычно холодильные системы работают в режиме механического охлаждения, даже если температура наружного воздуха окружающей среды является низкой. Напротив, работа холодильной системы при таких условиях в режиме естественного охлаждения является более эффективной. Следовательно, существует необходимость в системе, выполненной с возможностью работы в одном из режима механического охлаждения и режима естественного охлаждения.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Согласно варианту реализации настоящего изобретения предоставлена холодильная система, содержащая холодильный контур и систему естественного охлаждения. Система естественного охлаждения содержит контур охлаждения текучей среды и контур естественного охлаждения. Контур охлаждения текучей среды термически и гидравлически соединен с холодильным контуром таким образом, что охлаждающая текучая среда контура охлаждения текучей среды выполнена с возможностью передачи тепла хладагенту. Контур естественного охлаждения термически и гидравлически соединен с холодильным контуром таким образом, что текучая среда естественного охлаждения контура естественного охлаждения выполнена с возможностью поглощения тепла от хладагента. Контур естественного охлаждения и контур охлаждения текучей среды термически и гидравлически соединены через теплообменник естественного охлаждения. По меньшей мерс один клапан выполнен с возможностью управления потоком в контуре естественного охлаждения. Холодильная система выполнена с возможностью работы в режиме естественного охлаждения, режиме механического охлаждения и комбинированном режиме естественного и механического охлаждения.

[0006] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения контур естественного охлаждения содержит теплообменник, выполненный с возможностью отвода тепла от текучей среды естественного охлаждения к окружающему воздуху.

[0007] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения контур естественного охлаждения термически и гидравлически соединен с конденсатором, а контур охлаждения текучей среды термически и гидравлически соединен с испарителем.

[0008] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения теплообменник естественного охлаждения расположен ранее по потоку от конденсатора по отношению к потоку текучей среды естественного охлаждения через контур естественного охлаждения.

[0009] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения теплообменник естественного охлаждения и конденсатор расположены параллельно по отношению к потоку текучей среды естественного охлаждения через контур естественного охлаждения.

[0010] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный но меньшей мере один клапан расположен ранее по потоку от теплообменника естественного охлаждения.

[0011] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный по меньшей мере один клапан содержит клапан, расположенный ранее по потоку от конденсатора.

[0012] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный по меньшей мере один клапан расположен далее по потоку от теплообменника естественного охлаждения.

[0013] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения теплообменник естественного охлаждения расположен ранее по потоку от испарителя по отношению к потоку охлаждающей текучей среды через контур охлаждения текучей среды.

[0014] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения контур естественного охлаждения содержит насос, выполненный с возможностью перемещения текучей среды естественного охлаждения через контур естественного охлаждения.

[0015] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения контур охлаждения текучей среды содержит насос, выполненный с возможностью перемещения охлаждающей текучей среды через контур охлаждения текучей среды.

[0016] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения указанный по меньшей мере один клапан выбран из трехходового клапана и двухходового клапана.

[0017] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения контроллер выполнен с возможностью управления работой холодильной системы в одном из режима естественного охлаждения, режима механического охлаждения и комбинированного режима естественного и механического охлаждения на основании холодильной нагрузки и наружной температуры.

[0018] В дополнение к одному или более признакам, описанным выше, или в качестве альтернативы, в дополнительных вариантах реализации изобретения контроллер функционально соединен с компрессором, насосом и указанным по меньшей мере одним клапаном. Контроллер выполнен с возможностью управления одним или более из компрессора, насоса и указанного по меньшей мере одного клапана при переключении между режимом естественного охлаждения, режимом механического охлаждения и комбинированным режимом естественного и механического охлаждения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0019] Объект, рассматриваемый в качестве настоящего изобретения, подробно отмечен и явно заявлен в формуле изобретения в заключительной части настоящего описания. Указанные выше и другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

[0020] на фиг. 1 показано схематическое изображение холодильной системы в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения; и

[0021] на фиг. 2 показано схематическое изображение другой холодильной системы в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения.

[0022] Подробное описание разъясняет варианты реализации настоящего изобретения вместе с преимуществами и отличительными признаками в виде примера со ссылкой на чертежи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0023] Теперь обратимся к фиг. 1-2, на которых изображены различные холодильные системы, в общем обозначенные ссылочным обозначением 20. Система 20 выполнена с возможностью одновременного выполнения режима механического охлаждения и режима естественного охлаждения. Система 20 содержит холодильный контур 22. имеющий компрессор 24, конденсатор 26, расширительное устройство 28 и испаритель 30. Компрессор 24 сжимает хладагент и доставляет его вниз по потоку в конденсатор 26.Хладагент проходит от конденсатора 24 через расширительное устройство 28 и затем к испарителю 30. От испарителя 30 хладагент возвращается к компрессору 24 для завершения холодильного контура замкнутого цикла. Основный холодильный контур описан и иллюстрирован в настоящем документе. Однако, системы 20, имеющие более сложный холодильный контур 22, также находятся в пределах объема настоящего изобретения. Кроме того, холодильная система 20 может содержать любое количество холодильных контуров 20 в зависимости от холодильных потребностей данного применения.

[0024] Каждая из показанных холодильных систем 20 дополнительно содержит систему 40 естественного охлаждения, функционально соединенную с холодильным контуром 22. Холодильный контур 22 и система 40 естественного охлаждения могут быть сгруппированы вместе и могут быть расположены в любом местоположении, например, в помещении, в любом техническом помещении здания, подлежащего кондиционированию, на крыше или в фундаменте. В этой конфигурации холодильная система 20 является модульной и легкой в присоединении к новой или существующей сети текучей среды таким образом, что система 20 может быть использована в модернизационных применениях.

[0025] Система 40 естественного охлаждения содержит первый контур или контур 42 естественного охлаждения, имеющий первую текучую среду или текучую среду естественного охлаждения W1, такую как этилен/пропиленгликоль, соляной раствор или любой другой раствор антифриза, например, протекающий через него, и второй контур или контур 50 охлаждающей текучей среды, имеющий вторую текучую среду W2, такую как вода, этилен/пропиленгликоль, соляной раствор или любой другой раствор, например, протекающий через него. Первый контур 42 естественного охлаждения содержит сухой или адиабатический охладитель 44, выполненный с возможностью использования преимущества теплоотводящей способности холодного окружающего воздуха посредством помещения этого воздуха в тенлообменное отношение с текучей средой W1 с помощью теплообменника, такого как, например, теплообменник в виде круглой трубки, и одного или более вентиляторов с фиксированной или переменной скоростью. Как показано, контур 42 естественного охлаждения и холодильный контур 22 термически и гидравлически соединены вместе у конденсатора 26 таким образом, что тепло, отведенное от хладагента в конденсаторе, передается текучей среде W1 естественного охлаждения контура 42 естественного охлаждения. Конденсатор 26 расположен в общем далее по потоку сухого охладителя 44.

[0026] Текучая среда W1 приводится в движение через первый контур 42 насосом 46 таким образом, что текучая среда W1 последовательно протекает через конденсатор 26 и сухой или адиабатический охладитель 44. Насос 46 может быть расположен в любом положении в пределах контура 42 естественного охлаждения, таким образом, как вблизи впускного или выпускного отверстия сухого или адиабатического охладителя 44. Насос 46 может быть выполнен в виде насоса с фиксированной скоростью или насоса с переменной скоростью, выполненного с возможностью управления постоянным перепадом давления или перепадом температур или любыми другими режимами управления. Второй контур 50 выполнен с возможностью подачи текучей среды W2 в окружающую среду, подлежащую кондиционированию, и приема охлаждающей текучей среды W2 от окружающей среды, подлежащей кондиционированию. В одном варианте реализации изобретения второй контур 50 может содержать бак для хранения, выполненный с возможностью хранения части охлаждающей текучей среды W2. Второй контур или контур 50 охлаждающей текучей среды и холодильный контур 22 гидравлически и термически соединены вместе таким образом, чтобы обеспечивать возможность охлаждения в испарителе 30 охлаждающей текучей среды или второй текучей среды W2. Аналогично, второй контур или контур 50 охлаждающей текучей среды и первый контур, контур 42 естественного охлаждения, гидравлически и термически соединены вместе у теплообменника 48 естественного охлаждения. Когда помещена в теплообменное отношение в теплообменник 48 естественного охлаждения, вторая текучая среда W2 выполнена с возможностью отвода тепла в первую текучую среду W1.

[0027] Насос 52 выполнен с возможностью приведения в движение охлаждающей текучей среды W2 через второй контур 50. Насос 52 может быть выполнен в виде насоса с фиксированной скоростью или насоса с переменной скоростью, выполненного с возможностью управления постоянным перепадом давления или перепадом температур или любыми другими режимами управления. В изображенном неограничивающем варианте реализации изобретения текучую среду W2 сначала предоставляют в теплообменник 48 естественного охлаждения и затем в находящийся далее по потоку испаритель 30. Благодаря расположению теплообменника 48 естественного охлаждения ранее по потоку от испарителя 30 охлаждающая текучая среда W2 охлаждается до входа в испаритель 30. На основании требуемой холодильной нагрузки холодильной системы 20 охлаждающая текучая среда W2 охлаждается до требуемого заданного значения температуры посредством активации холодильной системы 20.

[0028] Как изложено ранее, холодильные системы 20, раскрытые в настоящем документе, выполнены с возможностью выполнения комбинированного механического и естественного охлаждения. Теперь обратимся к фиг. 1, теплообменник 48 естественного охлаждения расположен между выпускным отверстием сухого или адиабатического охладителя 44 и конденсатором 26. В частности, в изображенном неограничивающем варианте реализации изобретения теплообменник 48 естественного охлаждения и конденсатор 26 расположены последовательно таким образом, что вся текучая среда W1, обеспеченная на выпускном отверстии теплообменника 48 естественного охлаждения, также проходит через конденсатор 26.

[0029] Клапан 49 выполнен с возможностью управления потоком текучей среды W1 через теплообменник 48 естественного охлаждения. Хотя этот клапан показан в виде трехходового клапана, предполагается любой тип клапана. Например, когда клапан 49 находится в первом положении, вся текучая среда W1 или по меньшей мере ее часть выполнена с возможностью последовательного протекания через теплообменник 48 естественного охлаждения и конденсатор 26. Однако, когда клапан 49 находится во втором положении, поток текучей среды может быть выполнен с возможностью обхода теплообменника 48 естественного охлаждения таким образом, что текучая среда W1 проходит только через конденсатор 26. Клапан 49 может быть расположен в различных местоположениях в первом контуре 42, например, ранее по потоку от теплообменника 48 естественного охлаждения. Когда система 20, показанная на фиг. 1, работает в режиме механического охлаждения, поток текучей среды W1 выполнен с возможностью обхода теплообменника 48 естественного охлаждения. Однако, в режиме естественного охлаждения по меньшей мере часть текучей среды W1 выполнена с возможностью протекания через теплообменник 48 естественного охлаждения.

[0030] В другом варианте реализации изобретения, показанном на фиг. 2, теплообменник 48 естественного охлаждения аналогичным образом обеспечен далее по потоку от выпускного отверстия сухого или адиабатического охладителя 44. Однако, в отличие от конфигурации, показанной на фиг. 1, теплообменник 48 естественного охлаждения расположен параллельно конденсатору 26 таким образом, что поток текучей среды распределяется между теплообменником 48 естественного охлаждения и конденсатором 26 в первом контуре 42. Первый клапан 49, расположенный ранее по потоку от впускного отверстия конденсатора 26, выполнен с возможностью управления потоком текучей среды W1 через этот конденсатор. Аналогично, второй клапан 51, расположенный ранее по потоку от впускного отверстия теплообменника 48 естественного охлаждения, выполнен с возможностью управления потоком текучей среды W1 через теплообменник 48 естественного охлаждения. Эти клапаны могут быть двухходовой или трехходовой конфигурации. Вместе оба клапана 49 и 51 могут регулироваться между множеством положений с возможностью работы холодильной системы в режиме естественного охлаждения, режиме механического охлаждения и комбинированном режиме естественного и механического охлаждения. Когда холодильная система 20, показанная на фиг. 2, работает в режиме естественного охлаждения, текучая среда W1 выполнена с возможностью обхода конденсатора 26.

[0031] Контроллер 60 выполнен с возможностью управления работой холодильной системы 20. В частности, контроллер 60 функционально соединен с компрессором 24, насосами 46, 52, вентиляторами 44 сухого или адиабатического охладителя и клапанами 49, 51 с возможностью управления холодильной нагрузкой системы. В одном варианте реализации изобретения контроллер 60 выполнен с возможностью регулировки работы холодильной системы 20 на основании не только холодильного запроса для системы, но также и температуры наружного воздуха окружающей среды.

[0032] Холодильная система 20, описанная в настоящем документе, имеет упрощенную и улучшенную конструкцию по сравнению с обычными системами, что приводит к уменьшенной занимаемой площади. В частности, эти холодильные системы 20 могут содержаться в одном модуле, а не в нескольких модулях. Поскольку холодильная система 20 может работать во множестве режимов, полные возможности системы увеличиваются. Например, система 20 может работать только в режиме естественного охлаждения, когда система имеет потребность в охлаждении от низкой до умеренной, и может работать в комбинированном режиме естественного и механического охлаждения для больших нагрузок. Такая адаптируемость приводит к улучшенной эффективности системы, что снижает общее количество энергии, требуемое для работы.

[0033] Хотя настоящее изобретение было подробно описано лишь в ограниченном количестве вариантов реализации, нетрудно понять, что настоящее изобретение не ограничивается этими раскрытыми вариантами реализации. Напротив, настоящее изобретение может быть модифицировано таким образом, что оно будет включать множество вариантов, изменений, замен или эквивалентных механизмов, не описанных ранее, но которые соответствуют сущности и объему настоящего изобретения. Кроме того, хотя были описаны различные варианты реализации настоящего изобретения, следует понимать, что аспекты настоящего изобретения могут содержать только некоторые из описанных вариантов реализации. Соответственно, настоящее изобретение следует рассматривать не как ограниченное вышеприведенным описанием, а как ограниченное лишь объемом прилагаемой формулы изобретения.

Холодильная система, содержащая холодильный контур и систему естественного охлаждения. Система естественного охлаждения содержит контур охлаждения текучей среды и контур естественного охлаждения. Контур охлаждения текучей среды термически и гидравлически соединен с холодильным контуром таким образом, что охлаждающая текучая среда контура охлаждения текучей среды выполнена с возможностью передачи тепла хладагенту. Контур естественного охлаждения термически и гидравлически соединен с холодильным контуром таким образом, что текучая среда естественного охлаждения контура естественного охлаждения выполнена с возможностью поглощения тепла от хладагента. Контур естественного охлаждения и контур охлаждения текучей среды термически и гидравлически соединены через теплообменник естественного охлаждения. По меньшей мере один клапан выполнен с возможностью управления потоком в контуре естественного охлаждения. Каждый из контуров является замкнутым контуром. Холодильная система выполнена с возможностью работы в режиме естественного охлаждения, режиме механического охлаждения и комбинированном режиме естественного и механического охлаждения. Техническим результатом является повышение эффективности работы, упрощение конструкции, что приводит к уменьшению занимаемой площади. 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Холодильная система, содержащая:

холодильный контур, содержащий компрессор, конденсатор, расширительное устройство и испаритель, соединенные по текучей среде таким образом, что хладагент выполнен с возможностью циркуляции через них; и

систему естественного охлаждения, содержащую:

контур охлаждения текучей среды, термически и гидравлически соединенный с холодильным контуром в испарителе таким образом, что охлаждающая текучая среда контура охлаждения текучей среды выполнена с возможностью передачи тепла хладагенту;

контур естественного охлаждения, термически и гидравлически соединенный с холодильным контуром в конденсаторе таким образом, что текучая среда естественного охлаждения контура естественного охлаждения выполнена с возможностью поглощения тепла от хладагента, при этом контур естественного охлаждения и контур охлаждения текучей среды термически и гидравлически соединены через теплообменник естественного охлаждения, выполненный с возможностью передачи тепла от контура охлаждения текучей среды к контуру естественного охлаждения; и

по меньшей мере один клапан, выполненный с возможностью управления потоком в контуре естественного охлаждения через теплообменник естественного охлаждения, причем холодильная система выполнена с возможностью работы в режиме естественного охлаждения, режиме механического охлаждения и комбинированном режиме естественного и механического охлаждения,

причем каждый из контуров является замкнутым контуром.

2. Холодильная система по п. 1, в которой контур естественного охлаждения содержит теплообменник, выполненный с возможностью отвода тепла от текучей среды естественного охлаждения к окружающему воздуху.

3. Холодильная система по п. 1 или 2, в которой контур естественного охлаждения термически и гидравлически соединен с конденсатором, а контур охлаждения текучей среды термически и гидравлически соединен с испарителем.

4. Холодильная система по любому из пп.1-3, в которой теплообменник естественного охлаждения расположен ранее по потоку от конденсатора по отношению к потоку текучей среды естественного охлаждения через контур естественного охлаждения.

5. Холодильная система по любому из пп. 1-3, в которой теплообменник естественного охлаждения и конденсатор расположены параллельно по отношению к потоку текучей среды естественного охлаждения через контур естественного охлаждения.

6. Холодильная система по любому из пп. 1-5, в которой указанный по меньшей мере один клапан расположен ранее по потоку от теплообменника естественного охлаждения.

7. Холодильная система по п. 6, в которой указанный по меньшей мере один клапан содержит клапан, расположенный ранее по потоку от конденсатора.

8. Холодильная система по любому из пп. 1-5, в которой указанный по меньшей мере один клапан расположен далее по потоку от теплообменника естественного охлаждения.

9. Холодильная система по любому из пп. 1-8, в которой теплообменник естественного охлаждения расположен ранее по потоку от испарителя по отношению к потоку охлаждающей текучей среды через контур охлаждения текучей среды.

10. Холодильная система по любому из пп. 1-9, в которой контур естественного охлаждения содержит насос, выполненный с возможностью перемещения текучей среды естественного охлаждения через контур естественного охлаждения.

11. Холодильная система по любому из пп. 1-9, в которой контур охлаждения текучей среды содержит насос, выполненный с возможностью перемещения охлаждающей текучей среды через контур охлаждения текучей среды.

12. Холодильная система по любому из пп. 1-11, в которой указанный по меньшей мере один клапан выбран из трехходового клапана и двухходового клапана.

13. Холодильная система по любому из пп. 1-12, также содержащая контроллер, выполненный с возможностью управления работой холодильной системы в одном режиме из числа режима естественного охлаждения, режима механического охлаждения и комбинированного режима естественного и механического охлаждения на основании холодильной нагрузки и наружной температуры.

14. Холодильная система по п. 13, в которой контроллер функционально соединен с компрессором, насосом и указанным по меньшей мере одним клапаном, причем контроллер выполнен с возможностью управления одним или более из компрессора, насоса и указанного по меньшей мере одного клапана при переключении между режимом естественного охлаждения, режимом механического охлаждения и комбинированным режимом естественного и механического охлаждения.