冰蓄热的盘管系统和方法

专利名称：冰蓄热的盘管系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及利用与其它蓄热方法不同的“冰-盘管”(IOC)蓄热技术的设备和方法，特别是涉及用于“冰-盘管”设施中的冰蓄热盘管系统和方法。
背景技术：
目前“冰-盘管”(IOC)蓄热方法采用由塑料管制成的的盘管或者成束组件的镀锌钢管。IOC蓄热系统的主要供应商包括马里兰州Jessup的Baltimore Aircoil公司，马里兰州Westminster的Evapco公司(钢管)，新泽西州Englewood的Calmac制造公司，以及加里福尼亚州Redwood City的Fafco公司(塑料管)。每个公司的技术涉及到把盘管组件作成环路的方法，以充分达到均匀的结冰和融化过程，并在甘醇注入和排出过程中尽量排除空气。但是，每个方法具有主要的缺点，当用于较大容量系统时难以经济地管理，此时许多组件平行连接或装在深槽中，希望尽量减少包含盘管组件的注水贮槽的占地面积。这些当前技术的系统需要在冰贮槽水线之下具有大量的焊接管路和管道，用于对叠放组件的每一个组件作管路连接，并且作出返回管布置，以便在向盘管内注入甘醇-水致冷剂时成功地排除空气。


图1是目前技术或先前技术的典型蛇形管的“冰-盘管”系统的一个例子。如图1所示，蛇形盘管组件的宽度至少为它们高度的两倍。在这些先前盘管技术的实际应用中，每个组件的蛇形管通常达到7＇高和21＇宽。有些甚至小于7＇高和21＇宽，在先前技术的较小盘管组件中，设备通常4＇高和12＇宽。
先有技术通常采用叠放2到6个深盘管组件，为了在实际上提供一个充分的空间来完成管路安装，以便具有适当出入空间使焊接设备能向下深入到盘管组件之间的槽中，在建造时提出了许多问题。这个用于焊接出入和损失的管路空间还要求槽作得比需要的大。本发明消除了在深槽中焊接管道连接点和管路的工作空间紧的主要问题，并且对同样的总蓄热容量要求可采用较小的槽。
先有技术中用于盘管的钢管通常是当它们由薄钢板条滚压成形时在生产主线上焊接。然后当它们作成蛇形管时把这些管子成形成约180度的U形弯头，然后把蛇形管叠放在一个空间框架中，形成一个完整的盘管组件，再在管端处焊接到钻孔或冲孔的集流室板上。然后用焊接的槽钢封闭集流室板，以形成一个用于盘管组件的出入口连接的封闭管道。盘管在现场的管路或集流室连接点比在其它任何地方更容易泄漏，甚至在镀锌之后。本发明提供了一种易接近的管子方式，把少到仅把两个管子隔离在顶部，如果在管路中发生泄漏，结冰能力没有任何明显的损失。
一般说，本发明与先有技术的区别在于一个冰-盘管(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它利用了“深槽”技术和盘管高度与盘管宽度尺寸关系，其中盘管的蛇形管高度(垂直管尺寸)大于宽度(水平尺寸)，并且所有管道和集流室连接点均在槽的水面之上，或正好在它下面，对维护、装配、检漏或修复易于观察和接近。本发明的冰-盘管(IOC)蓄热的盘管系统和方法的另一个方面是在某些实施例中，沿整个盘管高度上冰盘管永远不是水平的，而代之以采用垂直管或向上方倾斜的“接近水平”的倾斜管，便于在向盘管注入混合冷却剂时排除空气。
发明概述因而本发明的一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它可用于需要极小占地面积的任何大或小的空气调节或生产过程冷却系统，最适用于目前冰-盘管叠放在较深槽中的地方，如用于采取蓄热方式的较大办公楼空调系统的设施，或者用于需要用冰蓄热方式进行空调的“地区冷却”蓄热系统或其它大型建筑物的设施。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它利用了“深槽”技术和盘管高度与盘管宽度尺寸关系，其中盘管的蛇形管高度(垂直尺寸)大于宽度(水平尺寸)，在一些设施中，至少为U形弯头之间管路宽度的两倍。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它利用了“深槽”技术和盘管高度与盘管宽度尺寸关系，其中盘管的蛇形管组件高度和宽度被设计成适应于常规的镀锌槽和标准尺寸的运输卡车车身。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它可用于较大的系统，如“地区冷却”IOC厂，其中与当地公用设施联合，建立专用的市区制冰厂，工厂通过地下管路对城市区段的各个建筑物提供冰水或甘醇，来供应必需的空气调节，从而消除了为建筑物提供空调压缩机、冷凝器和冷却塔等需求。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它可用于“地区冷却”的IOC厂，容许现有的建筑物去除陈旧的设备，否则可能需要昂贵的重建来达到满足CFC环境条例所需的改进，并容许采取更有效的能源利用方式，在峰载期间推迟公用设施上的负载，以便利用晚上发的电，此时制造作为次日峰值期间融化之用的冰的花费最少。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它可用于“地区冷却”的IOC厂，它容许建筑物所有者把原先用于机械设备的占地面积修复为生产性用途，如作为零售或办公面积。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它可用于高的圆形或矩形槽和较小的设施中，那里仅有极小的占地面积，如在高层建筑物的过道角上，或者那里仅建筑物的一部分可用于蓄热，如夜总会或餐厅，它们需要特殊的冷却来扩大旧的空调系统。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，其中所有管道和集流室连接点均在槽的水面之上，或正好在它下面，对维护、装配、检漏或修复易于观察和接近，其中主要是浸没管子来用于结冰。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它具有一种易接近的管子方式，把少到仅两个在顶部的管子被隔开，如果在管路中发生泄漏，结冰能力没有任何明显的损失。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，其中沿整个盘管高度上的冰盘管子永远不是水平的，而代之以采用垂直管子或向上方倾斜的“接近水平”的倾斜管子，便于在向盘管注入甘醇-水时排除空气。
本发明的另一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它消除了在深槽设施中焊接管道连接点和管路的工作空间紧的问题，由此对常规IOC系统的相同总蓄热容量要求，容许采用较小的槽。
本发明的又一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统，它提供了采用现场管路机械连接的替代方式，消除了管道的现场焊接。
本发明的又一个目的是提供一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法，它利用了由现代弯曲机械、自动弯管机和分度机经济地制造的盘管，与常规盘管设计相比，甚至可多4或5倍的U形弯头。
通过以下有关的说明和权利要求，本发明的其它目的常常会变得更明显。
上述目的和其它目的由一种“冰-盘管”(IOC)蓄热的盘管系统和方法来达到，它利用了“深槽”技术和盘管高度与盘管宽度的尺寸关系，其中盘管的蛇形管高度(垂直管尺寸)大于宽度(水平尺寸)，并且所有管道和集流室连接点均在槽的水面之上，或正好在它下面，对维护、装配、检漏或修复易于观察和接近。本发明冰-盘管(IOC)蓄热的盘管系统和方法的另一个方面是在某些实施例中，沿整个盘管高度上的冰盘管子永远不是水平的，而代之以采用垂直管子或向上方倾斜的“接近水平”的倾斜管子，便于在向盘管注入混合冷却剂时排除空气。
附图简述图1是先有技术中典型的深槽叠放冰-盘管组件的蛇形管布置示意剖视图。
图2是本发明典型的不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管组件示意侧视图，图中未表示冰柱和框架细节。
图3是沿图2中3-3线的示意侧向剖视图，表示了当放在槽中和水在管子上结冰时相邻冰柱是如何嵌套成最小空穴的模式。
图4是本发明不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管组件示意侧视图，表示了一个优选的集流室和倾斜盘管组件构造。
图5是本发明不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管组件示意侧视图，代表了在水槽中的盘管(用单线表示)和说明了高度与宽度的关系。
图6是本发明典型的不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管组件示意透视图，它容许装卸和运输(通常在水平位置上)，以及插入深槽的组件形状(在图示垂直位置上)。
图7是不叠放冰-盘管高组件的典型“双蛇形管”实施例示意侧视图，表示了同时用于两个入口和出口集流室的一个双排集流室，水平管子可以是直的(如图所示)或倾斜。
图8是管子弯曲设置模式的示意说明，利用复式三维弯头来定位蛇形管的相邻排，基本上近似于过渡弯头和形成图2到5的构形。
图9是第一个供替代实施例的剖视图，入口和出口“箱形”集流室具有一个隔板，容许现场所有管路在盘管组件顶部的一侧。
图10是第二个供替代实施例的剖视图，用一个可卸除的盖板隔开入口和出口“箱形”集流室，可接近每个入口或出口管，万一下部管端泄漏时用于进行维修或堵塞。
图11是第三个供替代实施例的剖视图，入口和出口集流室具有在集流室之下的向上弯头，容许进行操作而不浸没集流室，避免了液体的积聚。
图12是本发明不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管组件改型的示意侧视图，它具有下“箱形”集流室和上“箱形”集流室。
图13是本发明典型的极深不叠放冰-盘管“发夹”式组件的示意透视图，它利用了垂直管子，在相邻各排之间形成了各个单独发夹构形，集结成盘管组件并被框架所支承。
图14是多组件的极深发夹系统的示意侧视图，它利用了图13的盘管系统，表示了当冰完全融化时槽中组件具有在水线之上的集流室和管道。
图15是取自沿图14中15-15线的示意横向剖视图，表示了在各排发夹管子上区上相邻管子之间的冰柱和空穴模式。
图16是取自沿图14中16-16线的示意横向剖视图，表示了在各排发夹管子下区上相邻管子之间的冰柱和空穴模式。
图17是发夹管子系统的管状盘管集流室的剖视图，表示了一个可卸除的塞子，容许在入口和出口集流室上接近管子内侧，用于维护和检查盘管内部。
图18是发夹组件改型的示意侧视图，利用了形成单个发夹构形的垂直管子，具有嵌套和横向较宽的U形弯头和组件底部，以及便于接近管端的带着可卸除塞子的箱形集流室。
图19是通过发夹组件上端的示意剖视图，表示了供替代的管状集流室，具有与集流室连接的多排管子。
图20是沿图18中20-20线的示意横向剖视图，表示了在各排U形管子上区上相邻管子之间的相邻冰柱和空穴模式。
图21是多组件的不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管系统一部分的示意侧视图，说明了用甘醇-水注入整个系统的方法，同时排除空气而不会截留空气。
图22是多组件的不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管系统一部分的示意侧视图，说明了一个管路系统，它容许系统用于在一天或一星期的各个时期融冰或结冰，使得在大功率需求期间尽量减少使用电源。
图23是图21和22系统一部分的示意侧视图，表示了一个供替代的布置，具有浸在水线下的供应和回收集流室。
实现本发明的最佳方式按编号参照各个附图，图1示意地表示了先有技术中典型的深槽叠放组件冰-盘管(IOC)的蛇形管布置，它具有叠放的盘管和在盘管组件之间狭窄空间中现场焊接的管道，并且在几乎不可接近的槽下深处，集流室和管路均需要许多现场焊接点，图中还表明了不能有效用于贮冰的大的管路空间。
先有技术的蛇形管宽度至少为其高度的两倍。在这些先有技术盘管的实际应用中，每个组件的蛇形管通常达到7＇高和21＇宽。有些甚至小于7＇高和21＇宽，在较小的先前技术盘管组件中，组件通常4＇高和12＇宽。先前技术系统通常采用叠放两到六个深盘管组件。图示例子表示了两堆叠放盘管组件的平行管道布置，每堆沿高度方向有三个组件，每个组件约5＇宽、7＇高和22＇长，但对于最大的地区冷却工程，通常情形是沿高度上可以多达5到10个组件，并且沿深度方向有多个设备。
盘管通常包含在充水的混凝土槽T中。当冷的混合冷却剂(甘醇/水混合物)通过盘管作循环时，在槽中的水结冰并在盘管上形成冰柱。有两种工作选择(a)用泵把冰水送到负载的热交换器，或者(b)保持槽中所有的水并把盘管内的冷却剂用泵送到负载。
先有技术系统需要在盘管之间留有空间和具有足够尺寸的槽T侧壁，以便在盘管组件之间有合适的焊接和维修用的可接近空间来完成管路安装。这个损失的管路空间不能有效地用于贮冰，还需要把槽作得比需要的大。先有技术系统还需要在盘管组件之间的狭窄空间中现场焊接管道，并且在几乎不可接近的槽下深处，集流室和管路均需要许多焊接点。在放入槽中之前盘管堆必须焊接到管道上，它需要极重的起重设备，或者必须在盘管之间规定额外的空间用于在安装时进入焊接设备。
用于先有技术盘管的钢管通常是当它们由薄钢板条滚压成形时在生产主线上焊接。然后在作成蛇形管时把这些管子成形为约180度的U形弯头，然后把蛇形管叠放在一个空间框架中，形成一个完整的盘管组件，再在管端处焊接到钻孔或冲孔的集流室板上。然后用焊接的槽钢封闭集流室板，以形成一个用于盘管组件入口和出口连接的封闭管道。由于狭窄的焊接空间，在现场焊接的连接点比在任何其它部位更容易泄漏，它们没有镀锌来防锈。管道和集流室均在水下，也占据了有用的贮冰空间。
如果发生甘醇泄漏，难以接近管路和集流室的焊接点来进行修复、安装或检查。甘醇泄漏将污染整个水槽，造成对结冰温度所不希望的抑制，最终导致完全不能结冰，从而得不到贮冰融化的任何显著潜热。
参照图2到5，略为示意地表示了本发明一个典型的不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管组件10，它消除了叠放多个盘管的需求。应注意到，供应集流室11和回收集流室12设置在组件的顶部，易于接近最终的管道焊接点或者替代的管路机械连接点，它们均可在冰槽水线之上完成。在图2和3中未表示安放盘管组件的冰槽，也未表示属常规技术的框架细节。
每个盘管10由管子13形成，管子弯成由数排垂直相隔直行段14形成的大致S形的蛇形管，直行段可以是水平或离水平稍有倾斜，在直行段每一端具有U形弯头15。盘管13的入口端与供应集流室11连接，其出口端与回收集流室12连接。一串蛇形管从供应集流室11向下延伸，形成盘管的“供应侧”，第二串蛇形管从供应侧的最下面的U形弯头15A向上延伸到回收集流室12，形成盘管的第二排“回收侧”。通常，许多这样的双排蛇形管相互靠着形成一个完整的组件。“供应侧”和“回收侧”设置在大致平行相隔的垂直平面内。如图3所示，在从下蛇形管到上蛇形管过渡的最下面的U形弯头是一个复式U形弯头15A，它形成一对蛇形管，以便从下蛇形管通过上蛇形管到出口集流室来回收所有的甘醇。复式U形弯头15A绕水平轴线弯曲，同时相对于垂直轴线倾斜一个角度。复式弯头可如图示方式由弯曲管子来完成，或者由焊接的U形接头来完成。
应该理解到，盘管的蛇形管直行段14可以如图2和3所示为水平的，或者如图4和5，所有蛇形管的直行段在盘管两侧从U形弯头15下区向上倾斜成倾斜或“接近水平”的构形。
如图3和5示意地表示，冷的混合冷却剂(甘醇/水混合物)通过盘管作循环，槽中的水结冰并在盘管13上形成冰柱16。如图3所示，对该盘管构形，在下蛇形管(供应侧)上形成的冰柱16直径从上区的较大直径到下区的较小直径稍作变化，并在上蛇形管(回收侧)进一步减小成直径16A。相邻的冰柱16嵌套成“最小空穴”模式，不管模式是在盘管的顶部还是底部(或者中间任何地方)。“最小空穴”定义为其中未形成冰而保持着水的容积区域。如图5所示，尽管在盘管的垂直中线上可产生接近理想嵌套的冰柱，由于管子的倾斜，在靠近两侧区域将产生多余的空穴。
应该注意到，“最小空穴”是最希望的冰柱模式，它将在能量非常有效的再致冷蒸发器温度下产生，此时最冷的甘醇温度可低到约22°F。系统设计人员可以选择采用较冷的蒸发器温度，它可最终把大多数“空穴”冻成冰，几乎把槽冻成固体，以便在贮槽中得到更大量的冰，但如果这样做，将非常显著地提高压缩机的功率要求。
图4较详细地表示了不叠放冰-盘管的高蛇形管组件10的顶区和底区。靠近每个盘管端的框架17和管状支承18是常规技术。图4表示了管状集流室和“倾斜管”式盘管组件的优选实施例。在一个具有约4＇到5＇宽度的典型组件中，相对于水平的斜度约为每道1/2″(道定义为每个管子的直行段)。如箭头所示，这种倾斜或“接近水平”的盘管构形大大地促进了在从入口集流室11注入甘醇/水之前空气的排出，而不会截留空气。这是一个重要的特性，可防止泵系统中的工作问题，并避免在邻近空气腔处丧失结冰能力。
图4也表示了在完全结冰和完全融化状态期间，相对于该期间的集流室11和12位置的槽T中水面的典型位置。当冰完全融化时，水线低于集流室11和12，而当系统完全结成冰时，水线正好稍高于集流室。因此，所有管道和集流室连接点均高于槽的水面或正好低于水面，易于接近来进行维护或装配，仅浸入管子用于结冰目的。事实上，即使在冰完全结在盘管上时盘管集流室正好在水面之下，当冰完全融化时它们将在水面之上(因为与冰比水的密度小)，易于作检漏或泄漏修复的观察，因而不需要排空水槽来寻找和修复泄漏，如目前技术的钢管式冰-盘管蓄热系统所需要那样。
如图5所示，盘管束或组件10的尺寸从约22＇到约30＇高，用于极深的冰槽，所有集流室连接点均靠近水面或在其上面。如果采用镀锌管，镀锌槽的长度将决定盘管组件的最大高度(通常为22＇名义组件高度)。供替代的非热浸镀锌材料或镀层可容许制造更高的盘管。图6表示了由框架15支承的典型的不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管组件10，以及当插入深槽时的组件形状(在图示垂直位置)。还可以采取水平叠放位置在平板卡车上运输组件10。可在组件侧面上运输一个典型的盘管组件，每个25＇的卡车平板可运输4个组件，每个50＇的特种卡车平板可运输8个组件。
在一个优选实施例中，采用1.05″外径管子，U形弯头约3.5″直径，容许约1.4″的冰厚。对于从约2.5英尺/秒到4.5英尺/秒管速下的液体流动和热交换。管子循环长度到约1000＇是切实可行的。对更大的循环长度可采用更大直径的管子，以尽量降低在其它间隔上的压降。
本发明的盘管直径尺寸可作成比目前和先有技术设备更大的使用容积，后者在过去是约5＇宽，7＇高和20＇长，总容积约700立方英尺。本发明的盘管组件仅约5＇宽，25＇高和6＇长，总容积约750立方英尺时，可在大多数工业镀锌槽中镀锌。本发明的盘管组件也可放大到7＇长，以达到约875立方英尺的容积，在某些区域，可在更大长度下镀锌较小宽度的组件。
因为所有管道和连接管路均在冰槽水线之上，可更紧密地一起安装组件，以便更有效地利用在总系统中的空间，或者尽量减少所需的平面面积。
图7是“双蛇形管”不叠放冰-盘管组件10A的典型实施例的示意侧视图，它可替换地用于图2-6实施例。“双蛇形管”组件1OA具有双排集流室19和20，每一个均可用于入口和出口集流室，每一个供应两个嵌套的下蛇形管和回收两个嵌套的上蛇形管，以达到与上述实施例相同的盘管高度，但这样采用了仅一半长的盘管管子。多个这样的双排平行连接成组件。如同上述实施例，盘管的蛇形管具有直行段14，在每一端带着U形弯头15，直行段可以是水平的或稍有倾斜。
图8是示意说明产生上述倾斜或接近水平盘管构形的管子弯曲布置模式，但对复式U形弯头15A提供了一种供选择方式，它正确地定位了相邻排的蛇形管，并在偏置位置上产生向下的U形弯头，以形成正确的双排蛇形管定位。管子被弯曲成被较宽直线中段22隔开的两个约20＇的倾斜蛇形管段21A和21B。为了形成相邻的蛇形管排，把管子构形绕着虚线B所示的点弯曲，并且把第二个20＇蛇形管段21B折回到第一段21A上。这在折叠的40＇蛇形管的最低点上产生向下的U形弯头。在所示例中，把名义为630＇的管子成形作出对每个U形弯头15呈角度倾斜的5＇直行段14。假设在中线上管子的高度间隔约4″，则每英尺高度上有3个管子。(因此，5＇×每英尺高度上3个×盘管的蛇形管高度21＇×2个蛇形管=630＇)。作为供选择方式，可采用焊接U形弯头来降低成形复式弯头的复杂性。
图9以剖视图方式表示了入口和出口“箱形”集流室23的一个供选择实施例，它容许所有现场的管道在盘管组件顶部的一侧。“箱形”集流室具有一个带孔的纵向底板24，通过孔来固定管子13的上端。一个在每一端封闭的倒置U形纵向盖25固定在底板24上。在盖25内的垂直隔板26把供应盘管上端与回收盘管上端分开，并把入口流与出口流隔离。供应管道与盖25一侧在流体上连通，回收管道与另一侧在流体上连通。
图10以剖视图方式表示了入口和出口“箱形”集流室27的第二个供选择实施例，它具有一个中心隔板26。在该实施例中，一个在每一端封闭的纵向箱形盖28固定在底板24上，一个在盖28内的垂直隔板26把供应盘管上端与回收盘管上端分开，并把入口流与出口流隔离。盖28具有带着一对纵向侧法兰29的敞开顶端。用螺钉32把一个可拆卸盖板31可拆卸地装在敞开顶端上。可把盖板31拆卸来接近每个管子入口或出口，或者万一下管端部泄漏时用于维护或堵塞管子。
图11以剖视图方式表示了管状入口集流室11和出口集流室12的改型，其中管子13的上端上设有在集流室之下的上弯头13A，容许操作而不浸没集流室，或者避免半管的局部夹挤，如图4管状集流室可能产生的情形。但是，应该理解到，使用具有这种夹挤的管子并不认为是一个重要问题。
图12说明了蛇形管构形的改型，其中由下箱形集流室33把供应和回收盘管的最低直行段14共同连接。下箱形集流室33具有纵向侧板34，侧板带着一排下纵向间隔孔，通过它们固定了供应盘管的最低直行段14的开口端，以及一排上纵向间隔孔，通过它们固定了回收盘管的最低直行段的开口端。一个在每一端封闭的纵向U形盖35固定在侧板34上。下集流室33容许所有来自底排供应管子的液体和蒸气回流到从底部算起的第二排管子(回收管子)。如箭头所示，夹带在下行供应管子中液体蒸气内的任何空气将进入下箱形集流室33，并且被向上推入回收管子，从那里向上和排出盘管组件之外。被分开的上集流室36表示在盘管组件的顶部，它把入口流与出口流隔开。但是，应该理解到，下集流室33可用于前面所述的任何供应和回收集流室。也应该理解到，下集流室33可用于具有水平直行段或接近水平的倾斜直行段的盘管。
现参照图13到17，表示了本发明一个极深的不叠放冰-盘管“发夹”式组件40，它仅利用了垂直管子41，形成邻接的各个单独的细长U形发夹构形，集结成盘管组件并被框架17所支承，由隔离件(图中未示)保持定位。该实施例可采用由镀锌钢、无缝管、或镀锌钢的金属替代物，如铝、铜或塑料管制成的管子41。也可采用挤压铝材并滚压成集流室的板或管，并设置塞子或可卸除盖用于进入。该实施例可用于深到40＇的冰槽T而不需叠放盘管。如在图14中可清楚看到，在该实施例中，供应集流室11和回收集流室12也设置在垂直管子41的上端，在水线之下没有集流室或管子焊接点。在结冰过程中，集流室和管道可以被浸没，但当冰完全融化时完全露出。
如图15和16所示，采用“发夹”盘管构形40，形成在盘管向下支管(供应一侧)的冰柱16直径稍有变化，从上区的较大直径变到下区的较小直径，再进一步减小成在盘管向上支管(回收一侧)上的直径16A。相邻冰柱16嵌套成最小空穴模式42(定义为其中未形成冰而保持着水的容积区域)，而不管模式是在盘管的顶部还是底部(或中间任何地方)。如图16所示，在盘管下区产生接近理想嵌套的冰柱16。图17以剖视图方式表示了发夹管子系统的管状盘管集流室11、12，它具有一个可卸除塞子43，安装成通过其侧壁的朝上面，容许接近在入口和出口集流室上的管子41之内，用于盘管内部的维修和检查。
现参照图18，它示意地表示了极深的不叠放冰-盘管发夹组件50的改型，它也仅利用了由无缝管或镀锌钢的金属替代物制成的垂直管子51，它们形成单独的发夹构形，在底部具有嵌套和横向较宽的U形弯头52，在管子上端具有供应集流室53和回收集流室54。该实施例在水线之下也没有集流室或管路焊接点，可用于高度达40＇的冰槽而不需叠放盘管。在图18中表示了具有可卸除塞子55的箱形供应集流室53和回收集流室54。供应管路S和回收管路R可位于箱形集流室53和54的侧面或端面，容许通过可卸除的集流室盖板56接近管子。图19表示了供替代的管状供应集流室53A和回收集流室54A，它们具有多个成排的管子，连接到可用于图18系统中的集流室上。
如图20所示，在组件一侧(在图20中看为左侧)的盘管向下支管(供应一侧)上形成的冰柱16的直径稍有变化，从上区的较大直径变到下区的较小直径，再进一步减小成在盘管(右侧)向上支管(回收一侧)上的直径16A。相邻冰柱16嵌套成最小空穴模式，而不管模式是在盘管的顶部还是底部(或中间任何地方)。在盘管下区产生接近理想嵌套的冰柱16。
在图18的实施例中，根据平均冰厚1.4″，其中在管子环路入口处冰增厚0.2″和在出口处冰减薄0.2″，底部的U形弯头52范围从最短弯头的约6.91″直径到最长弯头的约22.39″直径。该实施例的高度范围从镀锌槽限制的约24＇到卡车车身运输限制的40＇。运输时组件可叠放成高约8＇和宽约12＇。
图21是利用图2-6盘管构形的多组件不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管系统一部分的示意侧视图，说明了用甘醇-水注入整个系统的方法，同时排除空气而不会截留空气。
图22是利用图2-6盘管构形的多组件不叠放深槽冰-盘管的高蛇形管系统一部分的示意侧视图，说明了一个完整的管路系统，容许(采用阀门方式，通常由传感器和电机来自动控制)系统在一天或一星期的各个时期用于融冰或结冰，使得在大功率需求期间尽量减少使用电源(通常在下午期间融冰)，在其余时间中结冰。
在图21和22中，一种诸如“致冷剂22”(一氯二氟甲烷)的致冷剂，一般是工业广泛应用并认为是一种HCFC型的致冷剂，按如下方式通过管路。液态致冷剂在凝结器60中凝结，通到进行膨胀的膨胀阀61，在蒸发器62中降压和蒸发，在那里通过蒸发器内管式热交换器壁的热传导，从变热的甘醇溶液吸收热能，从而充分蒸发。现在蒸发的致冷剂(气体)通到压缩机63，在那里气体被加压到高压，并流到凝结器60，在那里通过凝结器内管式热交换器壁的热传导，再把气体凝结成液体，热量通到水环路(在凝结器管子内)，并用泵送到冷却塔64把热排到大气中。
由泵65把甘醇-水混合物从蒸发器(在管子内)送到在冰槽T之上的供应管道，然后通过冰-盘管10回收到蒸发器。图21也表示了从甘醇-水注入槽66把甘醇-水注入系统中的管路布局，同时通过带有通气口68的计量软管67从回收管道排除空气。如图22所示，一旦设备完全注满，甘醇管路通过空气调节器的盘管69作循环，进行总系统的正常工作。
尽管特别强调了优选实施例来充分和全面地描述本发明，但应该理解到，在所附权利要求范围内，可以采用与这里具体描述不同的方式来实施本发明。
权利要求
1．一种装在冰-盘管蓄热槽中的蓄热盘管设备，用于输送致冷剂通过上述槽，并由槽中的水在盘管上形成冰柱，设备包括一个蛇形管状的盘管，它具有一个入口端，一个出口端，以及垂直隔开的成排细长直行段，在上述每个直行段的每一端，由U形弯曲区把各个直行段连在一起，上述盘管沿垂直方向的高度大于沿水平方向的宽度和长度；以及一个供应集流室，它与上述入口端连接用于对上述盘管提供致冷剂，以及一个回收集流室，它与上述出口端连接用于从上述盘管排出致冷剂。
2．按照权利要求1的蓄热盘管，其中上述盘管沿垂直方向的高度至少是沿水平方向宽度的两倍。
3．按照权利要求1的蓄热盘管，其中上述供应集流室和上述回收集流室设置在上述盘管的上端。
4．按照权利要求1的蓄热盘管，其中上述盘管由单根长度的管子形成，管子被弯曲成形为上述细长直行段和U形弯曲区。
5．按照权利要求1的蓄热盘管，其中在上述U形区之间的上述盘管细长直行段被设置成相对于水平轴线有一个角度，在把致冷剂注入上述盘管时足以从盘管排除空气。
6．按照权利要求1的蓄热盘管，其中上述盘管具有一个供应段，它由第一个多排的上述细长直行段和U形弯曲区形成，从上述入口端向下延伸，而在其最下端上有一个U形弯头；以及一个回收段，从上述U形弯头向上延伸，它由第二个多排的上述细长直行段和U形弯曲区形成，并终止在上述输出端；上述供应段和上述回收段设置在平行隔开的垂直平面内，而在上述最下端上的上述U形弯头在上述平行隔开的垂直平面之间延伸。
7．按照权利要求6的蓄热盘管，其中上述供应段和上述回收段的各排细长直行段被偏置和隔开一定距离，以便在相邻直行段上形成预定直径的冰柱，它们嵌套成尽量增大结冰和尽量减小冰空穴的模式。
8．按照权利要求6的蓄热盘管，其中上述盘管具有设置在第一垂直平面内的一对上述供应段，和设置在与上述第一垂直平面平行的第二垂直平面内的一对上述回收段；上述每个供应段具有一个与上述供应集流室连接的入口端和一个在最下端的U形弯头；上述每个回收段从相关的上述U形复式弯头向上延伸，并具有一个与上述回收集流室连接的出口端；以及在上述最下端的上述每个U形弯头在上述第一和第二平行隔开的垂直平面之间延伸。
9．按照权利要求6的蓄热盘管，其中在上述最下端的上述U形弯头是一个复式U形弯头，它绕一条水平轴线和一条垂直轴线弯曲。
10．按照权利要求6的蓄热盘管，其中上述供应段和上述回收段均由单根长度的管子形成，管子被弯曲成形为上述细长直行段，上述U形弯曲区，以及在上述最下区的上述U形弯头。
11．按照权利要求1的蓄热盘管，还包括一个具有内室的封闭箱形下集流室；以及上述盘管具有一个供应段，它由第一个多排的上述细长直行段和U形弯曲区形成，从上述入口端向下延伸，上述供应段的最下面的直行段具有一个开口端，与上述下集流室的内室下区在流体上连通；上述盘管具有一个回收段，它由第二个多排的上述细长直行段和U形弯曲区形成，上述回收段的最下面的直行段具有一个开口端，与上述下集流室的内室上区在流体上连通，上述回收段从上述下集流室向上延伸并终止在上述出口端；以及上述供应段和上述回收段设置在平行隔开的垂直平面内，而上述下集流室在上述平行隔开的垂直平面之间延伸，其中上述供应段和上述回收段共同与上述内室连接，上述致冷剂和夹带的液体从上述集流室通过上述盘管供应段被向下送入上述内室，并且通过上述盘管的回收段被向上输送和通过上述回收集流室向外输送。
12．一种装在冰-盘管蓄热槽中的蓄热盘管设备，用于输送致冷剂通过上述槽，并由槽中的水在盘管上形成冰柱，设备包括一个管状的盘管，它由许多垂直细长的U形管件形成，每个管件具有在上端带着入口端的直供应支管和在上端带着出口端的沿横向平行隔开的回收支管，上述每个供应和回收支管由在其底端的U形弯曲区连在一起，上述盘管沿垂直方向的高度大于沿水平方向的宽度和长度；以及一个供应集流室，它与上述入口端连接用于对上述盘管提供致冷剂，以及一个回收集流室，它与上述出口端连接用于从上述盘管排出致冷剂。
13．按照权利要求12的蓄热盘管，其中上述盘管沿垂直方向的高度至少为沿水平方向宽度的两倍。
14．按照权利要求12的蓄热盘管，其中上述供应集流室和上述回收集流室均设置在上述盘管的上端。
15．按照权利要求12的蓄热盘管，其中上述供应支管和上述回收支管被偏置和隔开一定距离，以便在相邻支管上形成预定直径的冰柱，它们嵌套成尽量增大结冰和尽量减小冰空穴的模式。
16．按照权利要求12的蓄热盘管，其中上述许多垂直细长U形管件包括一个外部U形管件，它具有在上端带着入口端的直供应支管和在上端带着出口端的沿横向平行隔开的回收支管，它们由在其底端的宽U形弯曲区连在一起；以及许多上述垂直细长的内部U形管件，它们在其底端具有连续变小的U形弯曲区，嵌套在上述U形管件的上述供应支管和回收支管之间，而上述所有供应支管和回收支管大致平行地沿侧向隔开。
17．按照权利要求16的蓄热盘管，其中上述盘管具有许多套的上述外部U形管件和嵌套的上述内部U形管件，它们设置在大致平行隔开的垂直平面内；以及上述每个入口端与上述供应集流室连接，上述每个出口端与上述回收集流室连接。
18．按照权利要求17的蓄热盘管，其中上述直供应支管和上述回收支管被偏置和隔开一定距离，以便在相邻支管上形成预定直径的冰柱，它们嵌套成尽量增大结冰和尽量减小冰空穴的模式。
19．一种冰-盘管蓄热系统，包括一个大致为矩形的冰槽，它适于保持水和具有底壁和对着的侧壁；一个蛇形管状的盘管，它具有一个入口端，一个出口端，以及垂直隔开的成排细长直行段，在设置在上述槽中的上述每个直行段的每一端，由U形弯曲区把各个直行段连在一起，用于输送致冷剂通过上述槽和由上述槽中的水在其上面形成冰柱，上述盘管沿垂直方向的高度大于沿水平方向的宽度和长度；以及一个供应集流室，它与上述入口端连接用于对上述盘管提供致冷剂，和一个回收集流室，它与上述出口端连接用于从上述盘管排出致冷剂。
20．按照权利要求19的冰-盘管蓄热系统，其中上述盘管沿垂直方向的高度至少是沿水平方向宽度的两倍。
21．按照权利要求19的冰-盘管蓄热系统，其中上述供应集流室和上述回收集流室设置在上述盘管的上端。
22．按照权利要求21的冰-盘管蓄热系统，其中上述盘管直行段和U形弯曲区均浸在上述槽内的水中，上述供应集流室和上述回收集流室均设置在水面之上。
23．按照权利要求21的冰-盘管蓄热系统，其中上述盘管直行段和U形弯曲区均浸在上述槽内的水中，上述供应集流室和上述回收集流室正好在水面之下。
24．按照权利要求21的冰-盘管蓄热系统，其中上述供应集流室和上述回收集流室设置在相对于上述槽底壁的一个高度上，使得在完全结冰状态期间正好在上述槽内的水面之下，在完全融冰状态期间露出在水面之上。
25．按照权利要求19的冰-盘管蓄热系统，其中在上述U形区之间的上述盘管细长直行段被设置成相对于水平轴线有一个角度，在把致冷剂注入上述盘管时足以从盘管排除空气。
26．按照权利要求19的冰-盘管蓄热系统，其中上述盘管具有一个供应段，它由第一个多排的上述细长直行段和U形弯曲区形成，从上述入口端向下延伸，而在其最下端上有一个U形弯头；以及一个回收段，从上述U形弯头向上延伸，它由第二个多排的上述细长直行段和U形弯曲区形成，并终止在上述输出端；上述供应段和上述回收段设置在平行隔开的垂直平面内，而在上述最下端的上述U形弯头在上述平行隔开的垂直平面之间延伸。
27．按照权利要求26的冰-盘管蓄热系统，其中上述供应段和上述回收段的各排细长直行段被偏置和隔开一定距离，以便在相邻直行段上形成预定直径的冰柱，它们嵌套成尽量增大结冰和尽量减小冰空穴的模式。
28．一种冰-盘管蓄热系统，包括一个大致为矩形的冰槽，适于保持水和具有底壁和对着的侧壁；一个设置在上述槽中的管状盘管，用于输送致冷剂通过上述槽和由上述槽中的水在其上面形成冰柱，上述盘管由许多垂直细长的U形管件形成，每个管件具有在上端带着入口端的直供应支管和在上端带着出口端的沿横向平行隔开的回收支管，上述每个供应和回收支管由在其底端的U形弯曲区连在一起，上述盘管沿垂直方向的高度大于沿水平方向的宽度和长度；以及一个供应集流室，它与上述入口端连接用于对上述盘管提供致冷剂，以及一个回收集流室，它与上述出口端连接用于从上述盘管排出致冷剂。
29．按照权利要求28的冰-盘管蓄热系统，其中上述盘管沿垂直方向的高度至少为沿水平方向宽度的两倍。
30．按照权利要求28的冰-盘管蓄热系统，其中上述供应集流室和上述回收集流室均设置在上述盘管的上端。
31．按照权利要求30的冰-盘管蓄热系统，其中上述供应集流室和上述回收集流室设置在相对于上述槽底壁的一个高度上，使得在完全结冰状态期间正好在上述槽内的水面之下，在完全融冰状态期间露出在水面之上。
32．按照权利要求28的冰-盘管蓄热系统，其中上述供应支管和上述回收支管被偏置和隔开一定距离，以便在相邻支管上形成预定直径的冰柱，它们嵌套成尽量增大结冰和尽量减小冰空穴的模式。
33．按照权利要求28的冰-盘管蓄热系统，其中许多上述垂直细长U形管件包括一个外部U形管件，它具有在上端带着入口端的直供应支管和在上端带着出口端的沿横向平行隔开的回收支管，它们由在其底端的宽U形弯曲区连在一起；以及许多上述垂直细长的内部U形管件，它们在其底端具有连续变小的U形弯曲区，嵌套在上述U形管件的上述供应支管和回收支管之间，而上述所有供应支管和回收支管大致平行地沿侧向隔开。
34．按照权利要求33的冰-盘管蓄热系统，其中上述盘管具有许多套的上述外部U形管件和嵌套的上述内部U形管件，它们设置在大致平行隔开的垂直平面内；以及上述每个入口端与上述供应集流室连接，上述每个出口端与上述回收集流室连接。
35．按照权利要求34的冰-盘管蓄热系统，其中上述直供应支管和上述回收支管被偏置和隔开一定距离，以便在相邻支管上形成预定直径的冰柱，它们嵌套成尽量增大结冰和尽量减小冰空穴的模式。
全文摘要
本发明是指一种“冰－盘管”(IOC)蓄热的盘管系统(10)和方法。它利用了“深槽”技术和盘管高度与盘管宽度尺寸关系,其中盘管的蛇形管高度(垂直管尺寸)大于宽度(水平尺寸),并且所有管道和集流室连接点(11,12)均在槽的水面之上,或正好在它下面,对维护、装配、检漏或修复易于观察和接近。本发明的冰－盘管(IOC)蓄热的盘管系统和方法的另一个方面是:在某些实施例中,沿整个盘管高度上冰盘管永远不是水平,而代之以采用垂直管(41)或向上方倾斜的“接近水平”的倾斜管(13),便于在向盘管注入混合冷却剂时排除空气。
文档编号F25D3/00GK1302366SQ99806520
公开日2001年7月4日 申请日期1999年5月21日 优先权日1998年5月22日
发明者罗伯特·E·凯茨 申请人:伊沃普欧国际公司