Система обогрева и/или охлаждения Советский патент 1993 года по МПК F24F3/08 F24F11/08 

Изобретение относится к усовершенствованным системам обогрева и охлаждения, в частности к усовершенствованным системам кондиционирования воздуха и охлаждения.

Цель изобретения - разработать систему обогрева и охлаждения, в которой перепады давления воды и поток воды через систему обогрева и/или охлаждения поддерживались практически постоянными.

На фиг. 1 показана схема жидкостных трактов, иллюстрирующая работу предлагаемой системы; на фиг. 2 - электрическая схема, иллюстрирующая электрические средства управления для системы, представленной на фиг. 1; на фиг, 3 - вид, иллюстрирующий блочный холодильный агрегат, имеющий подающие и обратные главные

трубы для испарителя и конденсатора; на фиг. 4 - детальный вид подающих и обратных главных труб и сервоприводного клапана, представленного на фиг. 2; на фиг. 5 - вид, аналогичный представленному на фиг. 3, но иллюстрирующий другой тип клапана. На фиг. 1 показана система охлаждения, в которой используется множество холодильных агрегатов 42 для охлаждения воды, которая циркулирует по контуру охлажденной воды 40 с помощью циркуляционного насоса 41. Охлажденная вода проходит через нагрузки 43, которые могут включать змеевики с холодной водой в системе кондиционирования воздуха. Насос 41 представляет собой насос с переменным числом оборотов, который устанавливается в подающем воду трубопоосо оо vi

ю

XI

со

роводе 8. Параллельно трубопроводу 8 и обратному трубопроводу 22 подсоединены испарительные теплообменники 12, связанные с каждым из холодильных агрегатов 42.

Контур конденсаторной воды имеет насос конденсаторной воды 14, который обеспечивает подачу воды к конденсаторным теплообменникам 16, которые подсоединены параллельно подающему и обратному трубопроводу 17 и 18, соответственно. Конденсаторная вода циркулирует через градирню 19, где она охлаждается обычным образом воздушным потоком и за счет испарения.

Каждый холодильный агрегат 42 включает, по крайней мере, один компрессор 21, который создает циркуляцию хладагента через контур циркуляции хладагента 23, включающий испаритель и конденсатор.

В каждом из обратных трубопроводов от каждого испарительного теплообменника 12 и каждого конденсаторного теплообменника 16 устанавливается запорный клапан 24. Клапаны 24 могут быть любого подходящего типа, но в показанном воплощении изобретения клапаны являются сер- воприводными клапанами, которые приводятся в действие водой под давлением, отбираемой от соответствующего подающего трубопровода испарителя 26 или подающего трубопровода конденсатора 20. Отобранная вода проходит через отводную трубку 27 и управляется клапаном с электромагнитным приводом 28, приводимым в действие вместе с соответствующим компрессором.

С контуром охлажденной воды 40 и контуром конденсаторной воды 1Ь связан датчик перепада давления .31, служащий для регистрации перепада давления между соответствующими подающими воду трубопроводами 8 и 17 и обратными трубопроводами 22 и 18. Датчики 31 выдают сигнал, поступающий к соответствующим регуляторам числа оборотов двигателей 32, служащим для изменения числа оборотов соответствующих насосов 41 и 14 с целью поддержания заданного перепада давления.

Как показано на фиг. 2, предлагаемая система охлаждения включает трехфазный источник питания 33 для приведения в действие циркуляционного насоса для охлажденной воды 41 и насоса для конденсаторной воды 14. Каждый регулятор числа оборотов двигателя 32 представляет собой преобразователь, который в ответ на сигналы от соответствующих датчиков перепада давления 31 изменяет частоту питающего напряжения соответствующих насосов, тем

самым изменяя число оборотов двигателей насосов и таким образом поток воды в соответствующих контурах,что, соответственно, изменяет перепад давления между соответ- ствующими подающими и обратными трубопроводами 8 и 17 и 22 и 18, соответственно.

Система также содержит схему управления, включающую главный регулятор 34, который управляет работой холодильных агрегатов 42 в соответствии с целым рядом факторов, включающих нагрузку, рабочее время агрегата, результаты диагноза неисправности, план технического обслуживания

и т.п. Для обнаружения изменений в нагрузке соответствующими устройствами измерения температуры 35 измеряется температура охлажденной воды в подающем трубопроводе 8 и обратном трубопроводе 22. Каждый компрессор 21 управляется контактором компрессора 37, на который подается напряжение 24 в через удаленный регулятор 38. Регулятор 38 принимает управляющие сигналы от главного регулятора

34 в ответ на регистрируемые условия нагрузки и заданные параметры системы. Клапаны с электромагнитным приводом 28 для каждого сервоприводного клапана 24 на соответствующих агрегатах 42 также управляются регуляторами 38 таким образом, что, если приводится в действие контактор компрессора 37, соответствующие клапаны 28 отключаются и, наоборот, если отключается контактор 37, включаются клапаны 28.

При полной нагрузке приводится в действие каждый из холодильных агрегатов 42 и охлажденная вода течет через каждый из испарительных теплообменников 12. При снижении нагрузки температура охлажденной воды в подающем и обратном трубопроводах 8 и 22 для охлажденной воды изменяется, что вызывает через главный регулятор приведение в действие одного из регуляторов 38 для отключения компрессора 21. В то же самое время, включаются соответствующие клапаны 28, тем самым приводя в действие запорный клапан 24 в соответствующих обратных трубопроводах 22 и 18, предотвращая поток воды через

соответствующий испарительный теплообменник 12 и соответствующий конденсаторный теплообменник 16. Затем датчики перепада давления 31 обнаруживают изменение в перепаде давления между соответетвующими подающими и обратными трубопроводами вследствие вывода из водяных контуров одного или нескольких теплообменников. Датчики 31 выдают сигналы, поступающие к соответствующим регуляторам числа оборотов двигателя 32 для изменения числа оборотов насоса, потока воды в соответствующих контурах и, таким образом, уменьшения перепада давления до заданного значения,

Очевидно, что комбинация клапанов и насосов с переменным числом оборотов дает возможность значительного снижения потребляемой мощности, когда система работает при нагрузке, меньшей полной нагрузки. Кроме того, путем использования сервоприводных клапанов сводится к минимуму потребляемая мощность для обеспечения работы этих клапанов.

На фиг. 3-5 иллюстрируется блочный холодильный агрегат 42, который содержит корпус 112, в котором установлена пара компрессорных агрегатов 114, которые имеют параллельные охлаждающие тракты 23, включающие испарители и конденсаторы. Испарители размещены в общем испарительном теплообменнике 12, в то время, как конденсаторы размещены в общем конденсаторном теплообменнике 16, Испарительный теплообменник используется для охлаждения воды, которая течет от подающей главной трубы 118 через теплообменник 12 и к обратной главной трубе 119, Подающий трубопровод 121 соединяет подающую главную трубу 118 с испарительным теплообменником 12, в то время, как обратный трубопровод 122 соединяется с обратной главной трубой 119.

Аналогично, вода подается к конденсаторному теплообменнику 16 от подающего и обратной главных труб 123 и 124, соответственно.

В системе кондиционирования воздуха множество блочных холодильных агрегатов 42 соединены параллельно таким образом, что охлажденная вода и конденсаторная вода циркулируют через каждый испарительный теплообменник 12 и конденсаторный теплообменник 16 каждого холодильного агрегата в системе. Как указывалось ранее, главный регулятор 34 управляет рядом холодильных агрегатов 42, работающих в любой момент времени, число которых соответствует нагрузке на систему, Количество агрегатов, работающих для поддержания желаемой температуры охлажденной воды уменьшается при снижении нагрузки и отдельные агрегаты отключаются в соответствии с такими пониженными нагрузками.

Аналогично, при возрастании нагрузки главный регулятор 34 приводит в действие необходимое количество агрегатов для поддержания желаемой температуры охлажденной воды (или нагретой воды).

При отключении блочного агрегата 42 приводится в действие один или несколько клапанов для перекрытия подачи и/или возврата охлажденной и/или нагретой воды к

испарительному теплообменнику 12 и конденсаторному теплообменнику 16. В воплощении изобретения, показанном на фиг. 3 и 4, в обратной главной трубе 119 установлен клапан 126, перекрывающий обратный тру0 бопровод 122. Аналогичный клапан установлен в обратной главной трубе для конденсаторной воды 124, перекрывающий обратный трубопровод 127.

Клапан 126 состоит из напорной камеры

5 128, расположенной снаружи от главной трубы 119, штока клапана 128, проходящего через уплотнение 131 в трубу 119, поршня 132 на конце штока клапана 129 в напорной камере, тарелки клапана 133 на другом кон0 це штока клапана 129, причем размер тарелки клапана близок к размеру входного отверстия обратного трубопровода 122. От подающей главной трубы 118 отходит напорная отводная трубка 134, соединяющая5 ся с напорной камерой 128 для отвода подавляемой жидкости к напорной камере 128 и таким образом перемещения поршнем 132 тарелки клапана 133 в перекрывающее положение, как показано сплошными

0 линиями на фиг. 4. Отводная трубка 134 снабжена обычно закрытым клапаном с эле ктромагнитным приводом 136, который закрывает трубку 134.

Аналогичное клапанному устройство

5 размещено на конденсаторной стороне блочного агрегата 42.

В процессе нормальной работы, когда блочный холодильный агрегат находится в работе и работают компрессоры 114, снима0 ется возбуждение с соленоида, таким образом закрывается напорная отводная трубка 134. Давления охлажденной воды и действия возвратной пружины 120 достаточно для принудительного отвода тарелки клапа5 на 133 от седла клапана, в результате чего обратный трубопровод 122 открывается в обратную главную трубу 119, как показано на фиг. 4 штрихпунктирной линией. Аналогично открывается обратная главная труба

0 на конденсаторном теплообменнике 117 и теплоноситель течет через испарительный и конденсаторный теплообменники 12 и 16.

При отключении блочного холодильника агрегата приводятся в действие клапаны

5 136 с целью открытия отводной трубы 134 и жидкость под давлением от подающих главных труб 118 и 123, соответственно, приводит в действие соответствующие клапаны 126 с целью закрытия соответствующих рб ратных трубопроводов 122 и 127. Таким образом, вода больше не течет через испарительный теплообменник 12 и конденсаторный теплообменник 16. Исключая эти теплообменники из соответствующих водных контуров, нагрузки на циркуляционные насосы соответственно уменьшаются, таким образом обеспечивая возможность снижения расхода энергии на привод насоса путем снижения числа оборотов двигателя насоса.

Так как клапаны с электромагнитным приводом 136 работают только на трубках 134, устраняются проблемы, связанные с уплотнением и клапаны 136 могут иметь сравнительно простую конструкцию.

. В воплощении изобретения, показанном на фиг. 5, вместо клапанов, показанных на фиг. 3 и 4, используются два дроссельных клапана с электромагнитным приводом 137 и 138, установленных в подающем трубопроводе 121 и обратном трубопроводе 122. При такой конструкции дроссельные клапаны 137 и 138 приводятся в действие для непосредственного одновременного закры- тия подающего трубопровода 121 и обратного трубопровода 122. Такие дроссельные клапаны 137 и 138 расположены непосредственно в соответствующих трубопроводах и при желании могут приводиться в деист- вне одним соленоидом. Альтернативно, такие клапаны могут иметь пневматический или гидравлический привод.

В описанных воплощениях изобретения используются насосы с переменным числом оборотов для создания циркуляции охлажденной воды и конденсаторной воды, а также могут использоваться насосы с переменной производительностью или может использоваться комбинация вышеука- занных насосов. Альтернативно, для циркуляции воды могут использоваться многокамерные насосы или даже множество насосов с отключением одной или нескольких камер или отдельных насосов группы для уменьшения потока воды как того требует система.

Конденсаторный теплообменник для каждого агрегата может использовать воздушное охлаждение и в этом случае изобре- тение должно быть применимо к контуру охлажденной воды холодильных агрегатов. Наоборот, агрегаты могут быть использованы для целей обогрева, в этом случае изобретение должно быть применимо, в ча- стности, к контуру конденсаторной воды.

Формула изобретения

1. Система обогрева и/или охлаждения, содержащая множество блочных холодильных агрегатов, каждый из которых имеет по

крайней мере один контур циркуляции хладагента с компрессором, испарительным и конденсаторным теплообменником, подающий и обратный трубопроводы, образующие контур циркуляции теплоносителя, сообщенный с испарительным теплообменником для охлаждения теплоносителя, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит подающее и обратное коллекторные средства, насос циркуляции теплоносителя, блок управления насосом циркуляции теплоносителя и клапаны/при этом подающее и обратное коллекторные средства соединены с соответствующим подающим и обратным трубопроводами каждого агрегата так, что испарительные теплообменники включены параллельно в контур циркуляции теплоносителя, насос размещен в последнем и подключен к блоку управления, а клапаны расположены у каждого агрегата с возможностью выборочного перекрывания по крайней мере одного подающего или обратного трубопровода теплоносителя.

2. Система по п. 1,отличающаяся тем, что блок управления насосом теплоносителя содержит датчик перепада давления в подающем и обратном трубопроводах теплоносителя, сообщенный с регулятором числа оборотов насоса, при этом регулятор выполнен с возможностью поддержания заданного перепада давления в подающем и обратном трубопроводах.

3. Система попп. 1 и2,отличают, а- я с я тем, что содержит главный регулятор контроля параметров температуры и управления клапанами и компрессорами агрегатов, а также температурные датчики, размещенные в подающем и обратном коллекторных средствах, электромагнитные приводы для каждого клапана и приводы компрессоров, при этом главный регулятор связан с температурными датчиками, электромагнитными приводами и приводами компрессоров так, что в зависимости от температуры теплоносителя в подающем и обратном коллекторном средстве имеет возможность управлять электромагнитными приводами и приводами компрессоров.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что главный регулятор выполнен с возможностью включения или выключения компрессора любого агрегата в зависимости от изменения температуры внутри коллекторного средства.

5. Система по любому одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что клапан установлен только на обратном трубопроводе теплоносителя каждого агрегата.

6. Система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что содержит автономный контур циркуляции конденсаторной жидкости с включенными в него конденсаторными

теплообменниками каждого агрегата, подающим и обратным трубопроводами каждого теплообменника, подающим и обратным коллекторами, насосом с блоком управления расхода конденсаторной жидкости, кла- панами, размещенными по крайней мере на одном либо подающем, либо обратном тру- боп ооводе, при этом конденсаторные теплообменники подключены коллекторами в 1 конгур циркуляции конденсаторной жидкости параллельно.

7, Система по п, 6, отличающаяся тем что блок управления насосом контура циркуляции конденсаторной жидкости содержит датчик перепада давления в подающей и обратном коллекторах конденсаторной жидкости, сообщенный с

per

лятором числа оборотов насоса, при

этом регулятор выполнен с возможностью поддержания заданного перепада давления в подающем и обратном коллекторах кон- ден :аторной жидкости.

8. Система по пп. 6 или 7, отличающая с я тем, что автономный контур кон- ден ;зторной жидкости содержит градирню.

9. Система по любому одному из пп, 1-8, от/ ичающаяся тем, что каждый клапан вып элнен как сервоприводной клапан, содержащий тарелку, перемещаемую до упора и гнездо клапана, расположенное в соответствующем обратном трубопроводе,

а та

кже поршень, соединенный с тарелкой

клагана.и напорный трубопровод для подачи жидкости от подающего коллекторного средства к поршню, причем напорный трубопровод включает закрывающее средство

для

выборочного закрытия напорного трубопровода.

10. Система по п. 9, о т л и ч а ю щ а я- с я ем, что закрывающее средство включает кпапан с электромагнитным приводом, pasiy ещенный в напорном трубопроводе.

.11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что клапан с электромагнитным приЕОдом нормально закрыт и выполнен с BOSN ожностью открытия напорного трубопровода при приведении его в действие.

12. Система по пп. 10 или 11, отл ича tout а я с я тем, что каждый агрегат содержит дистанционный регулятор, выполненный с возможностью переключать питающее напряжение или к клапану с электромагнитным приводом, или к компрессору в зависимости от подачи управляющего сигнала для приведения в действие соответствующего комг рессора.

5

0 5

13. Система по любому из пп. 1-12, о т- личающаяся тем, что блок управления включает средство управления числом оборотов двигателя с возможностью изменения числа оборотов насоса.

14. Система по любому одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что конденсаторный теплообменник выполнен с возможностью воздушного охлаждения.

0 15. Система по п. 12, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что содержит главный регулятор, связанный с дистанционными регуляторами и соответственно с электромагнитными приводами клапанов и приводами компрес5 соров с возможностью раздельного их управления.

16. Система кондиционирования воздуха, содержащая множество блочных холодильных агрегатов, каждый из которых

0 имеет по крайней мере один контур циркуляции хладагента с компрессором, испарительными конденсаторным теплообменниками, подающий и обратный трубопроводы, образующие контур циркуляции охлажденной воды, сообщенный с ис- парительным теплообменником и потребителем холода, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит подающие и обратные коллекторные трубы, циркуляционный насос с двигателем, блок управления числа оборотов двигателя насоса, датчик перепада давления между подающими и обратными коллекторными трубами и клапаны, при этом датчик перепада давления связан с блоком управления числа оборотов двигателя циркуляционного, насоса с возможностью поддержания заданного перепада

0 давления в подающих и обратных коллекторных трубах, причем последние сообщены с потребителями холода так, что испарительные теплообменники агрегатов соединены параллельно, а кла5 паны установлены по крайней мере в одном из подающих и обратных трубопроводах охлажденной воды каждого агрегата с возможностью включения или отключения последнего.

0 17. Система по п. 16. отличаю- щ а я с я тем, что содержит датчики температуры, главный регулятор, при этом датчики температуры размещены в подающей и обратной коллекторных

5 трубах и сообщены с главным регулятором, а последний связан с компрессорами и клапанами агрегатов с возможностью их управления в зависимости от температуры охлажденной воды в контуре циркуляции.

-n

32

-31

Использование: в системах кондиционирования. Сущность изобретения: каждый из блочных холодильных агрегатов имеет контур циркуляции хладагента с компрессором, испарительным и конденсаторным теплообменниками, подающий и обратный трубопроводы, образующие контур циркуляции теплоносителя, сообщенный с испарительным теплообменником для охлаждения теплоносителя. Подающее и обратное коллекторные средства соединены с соответствующими подающим и обратным трубопроводами каждого агрегата таким образом, что испарительные теплообменники включены параллельно в контур циркуляции теплоносителя. Насос размещен в этом контуре и подключен к блоку управления. Клапаны расположены у каждого агрегата с возможностью выборочного перекрывания подающего или обратного трубопроводов теплоносителя. 16 з.п.ф-лы, 5 ил. ел с

37

Т

t/г.г

/

/ 1 Г

126 1зз 12 Фиг.З

I

123 W 736

136

РигЛ

т i2i

Т

116 117

127 124

/Л