专利名称：空气调节冷却或加热盘管的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及对一流体热交换装置，尤其是一用于空气调节(处理)设备的冷(却)水冷却盘管以及用于舒适降温和工业应用的风机盘管组部分负荷容量的控制的改进。在下面的说明中，该装置用于冷却应用，但是该装置也可用于加热应用。
背景技术：
当在部分负荷下使用传统的节流阀控制冷却盘管时，其潜热容量的下降比显热容量快得多，这使得空间相对湿度增加而舒适性降低。从消除潜热的观点考虑，在冷却盘管的上游而不是在该受调节的空间中的显热源没有贡献有效的显热负荷。需要在全负荷时一高的水侧压降下选择盘管以确保在部分负荷时回路中存在湍流。该相关联的控制阀具有等于或高于该盘管的压降，导致高的压位差以及相当大的运行成本。除非使用一再加热设备，否则不能单独控制显热对潜热的容量(比值)。对高湿度外部空气的有效处理需要一专门的空气处理器。在高压位差和部分负荷可控性上，热水加热盘管和冷却盘管的特性都比较差。为测量一空气处理器使用的能量，除了测量进水和出水的温度差之外还需要一流量计，而准确的可重复的流量测量难以实现而且代价高。尽管有成熟的软件选择工具，但选择一冷却盘管和控制阀还是需要相当多的经验来确保低负荷性能和可控性。实现冷水系统的水侧平衡比较费时，并且如果不能准确执行则会影响系统性能。
发明内容
本发明的优选目的包括
在从部分负荷运行降至零负荷(运行)期间，保持潜热容量至少与可得到的显热负荷成比例。
利用开放的回风气室中可用的显热作为一有效显热负荷以提高受调节的房间的减湿效果。
在满负荷时可选择低压降盘管，并用一低差压的控制阀来代替高压降的控制阀。
提供接近独立的在部分负荷下对显热与潜热的容量(比值)进行控制的装置。
将用于受调节的空间的同样的空气处理器、同样的冷却盘管用来有效地处理高湿度的外部空气。
使得可在全负荷下选择低水侧压降的加热热水盘管，同时确保在低负荷下的可控性。
提供一种精确的水流量测量选择。
提供任选的水系统平衡指示和一定程度的自平衡能力。
降低用在新系统设计以及(原系统)改装中的对抽汲功率的要求。
易于进行盘管选择。假设所选择的盘管大得足以满足全负荷(的需求)，则可确保部分负荷性能和可控性。
本发明的原理是一个回路接一个回路地控制流体流。在全负荷情况下，所有回路都是起作用的，从而流体流过该盘管的所有可利用的回路。在部分负荷情况下，切断流向某些回路的流体流，同时保持起作用的回路中流体流的速度等于或接近全速。在任意给定时刻，起作用的回路的数量由盘管上的当前存在的空气侧负荷确定。围绕起作用的回路的有效盘管表面的温度保持恒定，从而在不起作用的回路周围不与空气发生热交换的同时在部分负荷下保持除湿(的进行)。
从下面的说明中可清楚地了解其它优选的目的。
在广泛的范围内，本发明提供了一种对用于舒适性的和工业空气调节应用场合中冷水冷却盘管和热水加热盘管进行控制的方法，其包括在盘管的供给集管中设置一活动活塞。在全负荷的情况下，该活塞位于其最高位置并且所有回路都起作用，从而可接收全部冷水流。该活塞的位置由盘管上当前存在的显热负荷决定。在部分负荷的情况下，该活塞向下移动，以切断对位于该活塞位置上方的回路的冷水供应。
起作用的回路的百分比与显热负荷成比例，并且围绕起作用的回路的有效盘管表面的温度保持恒定以确保该盘管的潜热容量也与该显热负荷成比例。
在部分负荷运行期间，在上部不起作用的回路周围，该盘管处于回风干球温度下，这里未发生热交换，从而任何显热源——无论该显热源在冷却盘管的上游或下游——都是一可促进该受调节空间的除湿的有效源。这包含由安装在开放的回风气室中的灯具产生的热量。
由于在部分负荷情况下，在起作用回路中的流体流速基本上没有变化且该活动活塞仅形成极小的阻力，在全负荷情况下的盘管水侧压降可选择为一低值。
在冷却盘管的回流集管中放置另一个活动活塞将有利于潜热容量控制。对于全部潜热容量，该活塞处于其最低位置，位于最底下的回路的出口之下。抬高该活塞会切断流入其位置之下的回路的流体流。为了平均空间调节盘管进入空气的状态，在该盘管的较高的起作用的部分有冷凝物。当该冷凝物向下流动并到达该下部不起作用的区域时，其部分或完全蒸发，导致潜热容量迅速下降，并由于蒸发冷却而增加对气流的显热冷却。
因此，供给集管中的活塞通过切断流入上部回路中的流体流以控制显热容量，而回流集管中的活塞几乎独立地通过切断流入最下部的回路的流体流以控制潜热容量。
将用在空气处理设备的空间中的外部空气用管道输入该冷却盘管的下部部分，该空气处理设备也可用于有效地处理潮湿的外部空气以及服务于该受调节的空间。此应用的固有限制是要有足够的显热以进行必要的除湿。如果显热不充足则需要采用某种再加热，这类似于在一专用于仅处理外部空气的传统的空气调节装置的情况。
对于热水加热盘管，起作用的回路中的几乎恒定的流动使得可在全负荷下进行低盘管差压选择，同时可保证低负荷性能和可控性。
本发明的一具体实施例使用了一位于供给集管中的有重量的活塞。该活塞的重量使得可在盘管中施加一希望的差压从而确保起作用的回路中的流速恒定。该有重量的活塞起到一卸压装置的作用，当压力升高时该活塞向上移动以暴露出更多的回路入口，从而释放压力或者说使该盘管中的差压下降。在此情况下，设有一由显热负荷驱动的低压降的外部控制阀，例如一蝶阀。当盘管中的差压固定时起作用的回路中的流速恒定，起作用的回路的数量从而也是活塞的位置就直接与流过盘管的水量成比例。因此，监测该有重量的活塞的位置就可精确地、可重复地监测流体流量。添加进水温度和出水温度传感器就可监测能量。
通过该有重量的自由浮动活塞监测位置的水流量还有利于系统的水侧平衡。保持该外部控制阀完全打开并使该平衡阀处于节流状态，直到该自由浮动的活塞刚好离开其最高位置而表明盘管精确地处在设计水流(量)下。剩下的就是将该平衡阀锁定在该特定位置。
该有重量的自由浮动活塞和外部控制阀之间的一任可选的连锁装置将增加自平衡能力。这是一种限制类型的连锁装置，当供给集管中的自由浮动活塞达到该活塞的最高位置时，防止该外部控制阀进一步打开。如果外部控制阀在起动时打开很大，则该连锁装置使该阀关闭直至活塞刚好下降到该活塞的最高位置之下，从而将该盘管(中的冷水量)限制为设计的冷水数量。在正常运行期间，该外部控制阀由盘管上的显热负荷驱动，但是，当超过设计水流量时优选使用限制功能。该自平衡能力适用于从完全到最小系统负荷压力变化较小的冷水和热水分配系统。对于预计有很大的压力变化的分配系统，优选使用人工平衡阀。
对于一种新的装置，本设计可结合低压降盘管和控制阀，从而可大大降低抽汲功率。在一保留原盘管的改装应用中，抽汲功率的降低与由于去除了最初的高压降控制阀而使压位差的降低成比例。
选择一盘管——由于在起作用的回路中流速几乎恒定所以不需要考虑部分负荷性能，从而不再发生从湍流到层流的转变以及随后的热损失。一大小适合于满负荷的盘管并在部分负荷下保持可控的。
为了充分了解本发明，下面将参照附图来说明本发明的优选实施例，其中图1是说明本发明原理的用作一冷水冷却盘管的第一实施例示意图；图2示出该盘管在一空气处理设备中的应用，该空气处理设备用于处理高湿度的外部空气也用于一调节的空间中；图3是本发明一恒定差压——从而为恒定回路流速的实施例，其中在该盘管的供给集管中存在有重量的自由浮动活塞；图4是一种检测有重量的自由浮动活塞的位置以便于水流量测量的可选方法；图5是一种用于水侧平衡指示和自平衡的检测有重量的自由浮动活塞的最高位置的简化方法；图6示出了一作为外部控制阀的一替代方案的整体的系统提供动力的控制阀；图7示出了一种控制盘管中的压差以便于控制潜热容量/显热容量比率的系统提供动力的方法；图8是一种用于通常的舒适冷却的基于系统压力的低成本系统提供动力的可选方案；图9示出一种基于系统压力的对供给集管中的控制活塞的马达定位，还示出了通过设置在回流集管中的额外的活塞来可选地对潜热容量/显热容量比率的控制；图10为一种对回流集管中的活塞进行定位控制以有利于潜热容量/显热容量比率控制的系统提供动力的可选方案；图11示出一种三段电磁阀的控制方法，其中将多个回路作为一组来进行控制；图12详细示出了液力致动的自推进控制活塞；
图13示出了与液力致动的自推进控制活塞的相关控制元件；图14示出了用于由铁材料制成的集管的混合的、液压系统的和电动的自推进控制活塞；图15与图14相同，但可适用于铁制和非铁制的盘管集管；图16示出基本的液力致动膜片回路，其中回路控制不具备100％的完全切断能力；图17示出液力致动的膜片，其几乎能独立地控制潜热容量和显热容量控制，还具有100％切断(回路)的能力；图18示出基本的系统提供动力的膜片控制，不能100％切断(回路)；图19示出系统提供动力的膜片控制，其中修改了到供给集管的管连接并能100％切断(回路)；图20示出液力致动的膜片和外部控制阀，具有几乎独立地控制潜热容量和显热容量的能力；图21示出用于一个回路接一个回路地进行控制的液力致动的膜片和一体的节流阀，其可几乎独立地控制显热容量和潜热容量；图22示出由机械致动的球进行控制活塞的定位，其能100％切断(回路)；图23示出由液力致动的球进行控制活塞的定位，其能100％切断(回路)；图24示出基于温度的控制活塞位置的检测；图25示出在部分负荷条件下的气动膜片控制，其中该膜片上使用了滑动的底端夹具；图26与图25相同，其示出了100％切断(回路)时的位置；图27示出具有外部而非系统中的液压源的液力致动膜片，其利用了比重小于1的液压流体；图28示出具有专门的速度控制泵的高抽汲效率、低运行成本的构型；图29使用一开槽缸体来控制回路数量较少的盘管，例如用于风机盘管组。
具体实施例方式
参照图1，冷水盘管1具有一供给集管2、回流集管3以及位于该供给集管和回流集管之间的互连回路4。该多个互连回路4通过相应的多个连接口202与各集管2、3相连接，该多个连接口202的位置互不相同并沿集管2、3自上而下地排成一排。流体通过位于集管2底端的供给口201流入供给集管2，并从回流集管3通过位于该回流集管3顶端的返回口203流动。滑动活塞5位于供给集管2中并配备有水密密封件以防止水从该供给集管2的下部向上部流动。在本图中，活塞5切断流向上部的三个回路6的水流，在回路6区域的盘管表面温度与进气温度是相同的且没有发生热交换。在活塞5下边缘以下的回路4是起作用的，这些回路4接收所提供的全部冷水，并且围绕回路4的盘管表面温度等于设计温度。穿过该区域的空气被冷却和除湿。向上移动活塞5可使盘管的显热容量和潜热容量都增加。向下移动活塞5可使显热容量和潜热容量都减少。显热容量与潜热容量的比率是在盘管选择/设计阶段限定的，并且该比率在部分负荷下在整个运行范围内都保持恒定。活塞5的位置由可被一空间或回风干球温度传感器检测到的当前存在的显热负荷确定。对于大多数舒适性冷却应用场合，控制显热就足够了并且仅需要活塞5作为控制元件。对于需要减少潜热容量的场合，还设有另一个位于回流集管中的活塞一活塞7。为了使潜热容量最大，活塞7应位于其最下面的位置。提升活塞7从而切断经过最下部的回路8的水流，使潜热容量减少。在起作用的回路4的区域中的冷表面上形成的冷凝液到达围绕不起作用的回路8的盘管表面时会部分或全部蒸发，从而通过蒸发冷却经过盘管下部的空气来减少潜热容量并增加显热容量。如果需要，通过在回流集管3中充分提升活塞7可达到这样一个位置，在该位置冷却盘管进行单纯的显热冷却而不影响气流的总含水量。
参照图2，示出了典型的只用于制冷的空气处理设备9，该空气处理设备9配备有空气过滤器10、冷却盘管1和送风风机11。在该图中，冷却盘管1仅有下半部的阴影部分是起作用的。回风在位置12处进入，外部的/新鲜的空气从13进入，并且所送的空气从位置14离开该空气处理设备。从位置13进入的外部空气被导管/挡板15导向冷却盘管1下部起作用的部分，在该部分，根据空气的干球和湿球温度将该空气冷却和除湿。因为只要存在显热负荷冷却盘管1的下部回路就一直起作用，所以可有效地处理潮湿的外部空气而不需要一单独的专门处理外部空气的空气处理设备。
参照图3，其中示出一种特定的用于定位供给集管2中的活塞5的方法。外部控制阀16在处于全打开位置时是一种低压降类型的控制阀例如一蝶阀。该电动阀的打开程度由空间或回风的温度与设定温度的偏差确定，从而就由盘管上的当前存在的显热负荷确定。将活塞5的重量选择为等于供给集管2和回流集管3之间的设计压差。为了使该自由浮动的活塞5保持静止，施加在该活塞5底部的供给集管压力必须等于施加在该活塞5顶部的回流集管压力与该活塞重量之和。因为活塞5的重量是根据盘管的设计压降的固定值，所以对该设计差压的任何偏离都会使该活塞向上或向下移动直到达到新的平衡并且盘管的差压重新处于设计值。很明显，尽管起作用的回路的数量根据热负荷而变化，但是保持差压恒定可确保在起作用的回路中水的流速恒定。假设在所示的活塞5的位置以及控制阀16当前的打开程度下盘管中的差压为设计差压。如果盘管上的空气侧负荷增加，则阀16进一步打开，从而在阀16处的压力降下降。所述阀16处压降的变化表现为盘管中压差的上升，活塞5在其当前的位置不再保持平衡并且开始向上浮动，允许水流过更多的回路，从而使供给集管与回流集管之间的差压减小。当达到平衡即盘管中的差压降回其设计值时活塞5停止向上移动。如果空气侧负荷减小，则发生相反的情况，活塞5向下移动阻断回路直至达到新的平衡。从另一方面看，活塞5起到一重力操作的卸压阀的作用。
由活塞5保持的恒定差压确保起作用的回路中的流速恒定，并且起作用的回路的数量也取决于该活塞的位置，因此，知道活塞5的位置就可精确测量流过盘管的水量。在该具体实施例中，在供给集管2的上端部放置一超声换能器/接收器17。通过与其相互作用的电子电路，该超声换能器/接收器可作为一回音探测器并测量活塞5相对于该活塞的最高位置的距离。盘管制造商的数据可使活塞5的位置与水流速度精确地相关联。增加入水和出水温度传感器可提供用以计算盘管使用的能量所必需的输入(数据)。图3中没有示出温度传感器。机械止挡18用于防止活塞5一直移动到供给集管2的底端从而切断进水供给连接。
如上所述的，(实现)系统的水侧平衡以及使自平衡更容易需要知道活塞5何时处在或接近其最高位置。很明显，该回声探测器类型的装置完全可提供所需信息，并可与一些附加的电子电路一起来显示水侧平衡并/或闭锁(interlock)控制阀16以促进自平衡动作。
参照图4，其示出一显示活塞5位置的可选方法。多匝电位计19直接连接在螺纹杆21上，该螺纹杆21又由轴承20和22支承。轴承20也包含一水密密封件。贯穿通过活塞5的螺纹杆21与活塞5内侧的内螺纹相接合，从而活塞5的任何向上或向下的位移都可使该螺纹杆21旋转。这又使电位计19旋转，(电位计19中)电阻的变化显示了活塞5的位置。螺纹杆21上螺纹的螺距较大，以较少几圈数即可代表活塞5全部行程。为了防止活塞5绕螺纹杆21转动，在供给集管2的内壁上有一垂直凸出部而在活塞5上有一匹配凹槽。因为这可用许多其它方法来实现，所以在图4中未示出该结构。
参见图5，只有活塞5最上端位置以及与其接近的位置对显示水侧平衡和/或自平衡有意义。为此可不监测活塞5的整个行程位置，从而可采用一简化的方式。在本实施例中，活塞5包含一永磁体23。磁性簧片开关24和25位于供给集管2外部并靠近顶端的位置。当活塞5处于图中所示位置时，两个簧片开关都处在断开/常开位置。当活塞5向上移动且永磁体23与簧片开关24排成一行时，该开关24闭合并表示盘管中的全部水流都处于正确的差压和流速。对于自平衡，当磁性簧片开关闭合时可防止控制阀16进一步打开。如果控制阀16已经打开过多使得水流过量，活塞5将上升更高且簧片开关25被永磁体23触发。当簧片开关25处于闭合位置时，使得控制阀16缓慢关闭，从而降低水流速度，直到活塞5下降到足以使得簧片开关25断开。在正常运行中，即当活塞5离开其最高位置时，由空间或回风(的温度)对设定值的偏离值来设定控制阀的开度。簧片开关24和25仅作为一上限以显示和/或防止过量的水流过盘管，从而有利于实现水侧系统平衡和/或实际平衡。
参照图6，其中示出一系统提供动力的一体控制阀，作为图3和图4中外部控制阀16的替代品。该系统提供动力的控制阀由活塞26、圆柱状凸出部27和阀座28组成，并位于回流集管3上部的增大部分中。小直径的管29从进水供给管开始并经由过滤器30和电磁阀31可向活塞26上方的空间提供高压水。经由电磁阀31得到的水压大于回流集管3中的水压，从而促使活塞26向下移动以限制水流速度，并最终当凸出部27的下顶端接触阀座28时切断水流。为了使该控制阀移动到打开得更多的位置，打开电磁阀33以减少活塞26上方的压力，并经由管34将过量的水排放到回流水管中。当电磁阀31和33闭合时，活塞26保持其位置。脉动地打开电磁阀31和33将活塞26移动到希望的位置，从而设定所需的水流速度。凸出部27可形成为圆柱状以外的形状以有利于(实现)线性阀特性。在正常运行中，活塞26的位置由当前存在的显热负荷设定，该显热负荷由空间或回风温度对于用于定容空气处理器的设定温度的偏差导出。送风温度对设定值的偏离是变容空气处理器的驱动器。如果配备某些形式的有重量的自由浮动式活塞5的位置显示，则可如参照图3、4和5所述的那样来处理流量监测和水侧系统平衡。
参照图7，其中活塞5的“重量”是可变的，从而盘管中的差压以及由此(造成的)回路中的冷水流速也是可变的。在该附图中活塞5不具有重量。垂直供给集管2经由一90°弯曲延伸到一水平部分42。活塞43位于供给集管的该水平部分42中。位于活塞5和43之间松配合的球44起到了柔性“推杆”的作用并在这两个活塞之间传递力。高压系统水经由管29、过滤器30、固定节流孔(orifice)38和管39进入缸体36的下部室。缸体36的上部室经由管40与回流集管3相连接。在缸体36中存在一隔开该上部室和下部室的有重量的自由滑动活塞35。该活塞35的重量为当供给集管2和回流集管3之间的差压为设计值时，活塞35停留在相对于缸体36的相同的垂直位置。如果差压增加，则活塞35向上移动，进一步暴露管进口41，该进口41经由管34释放过压。固定节流孔38限制进入缸体36下部室的水量，并且活塞35向上和向下的移动控制经由管41流出的水量。为实现该平衡，盘管中的差压需要保持恒定，这可由管39实现，该管39将与缸体36的下部室中相同的压力传送给供给集管的水平部分42。这样该同一压力就作用在了活塞43的右手侧表面。当在活塞43右手侧的压力等于活塞5的下侧上的压力时系统处于平衡，从而可在设计差压下工作。如果控制活塞26的向下运动使得差压减小或者系统分配管道中的压力下降，则导向活塞35下降以封闭到管41的入水口，从而允许更多的水进入集管延伸部分42。由于盘管中的差压减小，作用在活塞5下表面的压力小于作用在活塞43右侧的压力，因此活塞43将经由间隔球44作用迫使活塞5向下动。活塞5又切断到更多回路的水流从而增大盘管中的差压。当盘管差压再次达到其设计值时，活塞5停止向下移动，从而达到新的平衡点，并且导向活塞35允许与经由固定节流孔38流入的相同量的水经由管41流出。缸体36由非铁材料制成，导向活塞35由铁材料制成，螺线管37围绕缸体36的上部。当螺线管37中没有电流时，导向活塞35的重量设定盘管差压的大小，从而起到一重力卸压阀的作用。当将电流引入螺线管37时，作用在导向活塞35上的磁力抵消该活塞的一部分重力，从而减小该盘管的差压设定值。因此通过改变螺线管37中的电流可保持不同的差压设定值。又取决于回路流速的盘管表面温度对该盘管潜热容量的影响要大于其对该盘管显热容量的影响。因此在本实施例中，空间或回风的相对湿度控制盘管中的差压，而干球温度通过该一体控制阀的活塞26定位控制总流量。存在一未示出的闭锁装置，当活塞26处于其最高位置从而该控制阀完全打开但是盘管仍不能满足显热负荷时，要求高回路流速的潜热(负荷)被忽略而使更多的回路用于显热冷却。为了实现这一点，增加螺线管37中的电流以减小盘管差压设定值，从而为气流提供更大的起作用的盘管表面积。上述对潜热容量和显热容量比率的控制可替代如参照图1所述的利用位于盘管回流集管3中的活塞7进行的控制。
参照图8，示出一种简单的低成本方法，该方法使用一系统提供动力的控制阀而不需要补偿系统压力的变化。如果显热负荷降低，则电磁阀31打开以允许更多的水流入活塞43右侧的室，这又经由球形隔离物44迫使活塞5向下运动，从而切断更多回路中的水流。保持电磁阀31打开，直到所有回路都被切断，当活塞5的下表面达到阀座45时，通过该盘管的所有水流都停止。该特定空气处理设备不工作的情况就是这样。如果显热负荷增加，则电磁阀33打开以允许水从活塞43右侧的集管部分42中流出。作用在活塞5上的系统压力迫使活塞5、隔离物44和活塞43分别向上和向右移动，并允许水从供给集管2流入一些回路。当盘管的冷却能力与空气侧冷却负荷相匹配时，电磁阀33关闭。电池阀31和33保持关闭且起作用的回路数量保持不变，直到空气侧负荷发生变化。对于定容空气处理器，通过空间或回风温度对设定值的偏离值来控制电磁阀31和33，对于变容空气处理器，通过送风温度对设定值的偏离值来控制电磁阀31和33。
参照图9，示出一种定位活塞5的可选方法。齿轮电机45驱动蜗杆21，而活塞5通过一匹配的内螺纹接合到蜗杆21上。当齿轮电机45朝一个方向转动蜗杆21时活塞5向上移动，反向旋转则使活塞5向下移动。当活塞5被一直向下驱动并且其下表面接触阀座46时，通过盘管的全部水流都停止。在供给集管2的内表面上有一垂直凸出部，该凸出部与活塞5中匹配的凹槽一起防止活塞5在被蜗杆21重新定位时围绕该活塞的轴线转动。垂直凸出部和活塞5中的凹槽没有示出。轴承20和22用以保持蜗杆21的轴向位置和径向位置，且轴承20还包含一水密密封件。齿轮电机45受当前存在的显热空气侧负荷控制。通过活塞7可控制任选的潜热容量/显热容量比率。在回流集管3中定位活塞7的机构与上述结合活塞5的说明相同。定位活塞7的齿轮电机47受空间或回风的相对湿度对设定值的偏差控制。
参照图10，示出一种在回流集管3中定位活塞7的系统提供动力的方案。系统水可经由小直径的管32进入或流出柔性波纹管48，所述波纹管48又使活塞7移动到希望的位置。控制管道的布置、过滤器和电磁阀都与图8中所示的相同。活塞7的定位信号源于相对湿度对设定值的偏差。
参照图11，示出用电磁阀对冷却盘管进行的三段控制。放置在供给集管2中的分隔板49在该供给集管2中形成三个单独的室。流入各室的水流分别由单独的电磁阀50、51和52来控制。在图中，阀50和52关闭而51打开，从而只有回路4起作用，而回路6和8中没有水流。当前的运行模式处于显热容量减小的模式，也处于潜热容量/显热容量的比率减小的模式。可以使用电动的打开/关闭阀或调幅控制阀来代替电磁阀，并且回路和阀组不局限于三个。
参照图12，示出一自推进的液力致动活塞组件。该活塞组件位于冷却/加热盘管的供给集管2中。可经由连接管56、57、58分别对三个室53、54、55加压。经由管56向室53施加压力以使柔性波纹管59膨胀，从而迫使开口摩擦环60抵靠在供给集管2的内壁上，这样就将该活塞组件的上部夹持在适当位置。经由管57对室54加压，可将该活塞组件的下部夹持在适当位置。如图A和C所示，经由管58向室55传送加压流体以使该(活塞组件的)上部和下部分离移动。如图B所示，使流体从室55流出会使该上部和下部移动以互相靠近。如果对室53加压而室54中没有压力，则在将流体传送到室55时该活塞组件的下部将向下移动，当使流体从室55流出时该活塞组件的下部将向上移动。当以相似的方式将活塞组件的下部夹持在适当位置时，该组件的上部可向上或向下移动。从而向室53、54和55交替施加流体压力将使活塞组件在供给集管2中向上或向下“爬动”。
参照图13，源自系统的加压流体流过可更换的过滤器30、固定节流孔61、柔性管56、57、58到达室53、54和55。当三个电磁阀62都关闭时，这三个室53、54和55被加压。打开该电磁阀的一个或多个将释放对应室中的压力。一未示出的电子控制器生成序列信号以根据盘管上的当前存在的负荷来驱使活塞组件向上或向下移动。作为使用系统动力的可选方案，也可使用一专用的液压或气压源。另一种可选方案是将电磁阀62集成在该活塞组件中，并代替柔性液压管56、57和58从供给集管2中引出连接线。
参照图14，其中通过磁力完成对该活塞组件的上/下部的夹持。这仅适用于低碳钢集管。螺线管63缠绕在铁线轴64上。开口环65由塑料和铁氧体的混合物制成。当向螺线管63供电时，经由铁线轴64、开口环65和铁制集管完整地形成磁路。开口环65膨胀并将该活塞组件的供电端夹持在适当位置。如图A和C中所示，处在系统压力下的流体可经由节流孔61流到中心室55，并当电磁阀62关闭时使波纹管59伸长。按照图B，打开电磁阀62以释放中心室55中的压力，从而缩短活塞组件的上部和下部之间的距离。未示出的柔性绝缘线(wiring loom)将这三个螺线管连接到一外部电子序列发生器。
参照图15，其示出一适用于非铁集管也适用于铁集管的磁性夹持装置。由塑料和铁氧体的混合物制成的开口环65被弹簧66加上负荷以膨胀并压靠在供给集管2上。在此构型中，给螺线管63供电以使活塞组件部分在该供给集管中自由移动。图A和B分别示出电磁阀关闭和打开时(活塞组件)的位置。图C详细示出开口环65和弹簧66。
参照图16，一长的管状柔性膜片67安装在供给集管2内部。膜片67上部胀开的圆(环)形端部与管71相连，而其下部折叠的半圆形端部在位置70紧固在供给集管2上。系统流体经由过滤器30被泵68推动以经由止回阀69以及连接管71到达膜片67下部，使该膜片67的圆形部分向下延伸以关闭另外的回路。关闭泵68并打开电磁阀62可使流体从膜片67中流出，从而使更多的圆形部分折叠成半圆形并允许水流经过盘管的更多回路。图A和B分别示出膜片67胀开的圆形截面和折叠的半圆形截面。该特定构型适用于在潮湿的热带气候中(使用)的冷却盘管，其中该盘管上总是存在一些显热负荷和潜热负荷并且完全切断水流并不是很重要。
参照图17，在回流集管3中设置另外一个管状膜片75。膜片67和75完全膨胀使得完全切断流过盘管的水流。就在正常操作期间切断经过下部回路的水流的膜片75而言，它受相对湿度的控制，而膜片67则受显热的控制。运行泵68并打开电磁阀72、74将分别几乎独立地减小显热容量和潜热容量。打开电磁阀62、73将分别几乎独立地使显热容量和潜热容量增加。垂直管的延伸部76用以确保清除膜片75中残存的空气。膜片75的长度可为回流集管3的长度的1/2至1/3或更小。
参照图18，在膜片67中有一重球77从而可不需要如图16和17中所示的控制泵68。打开电磁阀72可使更多的流体进入管状膜片67并切断流向另外的回路的水流。打开电磁阀62可使流体流出膜片67从而可打开更多的回路以使水流通过。
参照图19，俯视供给集管2可见管状膜片67顺时针转动了90°，并且该膜片的端部一直延伸到该供给集管2的底部。连接在供给集管2上的入水管接头78逆时针转动90°并分成两个与该供给集管2连接的接头。在此构型中，除了对盘管显热容量一个回路接一个回路地进行控制外，还可完全切断流过盘管的冷水。
参照图20，管状膜片67中的压力维持在一比回流集管3中的压力高出一恒定差值的压力。控制流体泵68经由过滤器30获取系统流体，并经由固定节流孔61将该流体传送至膜片67。卸压阀36将该压力维持在一相对于回流集管3中的压力恒定的水平上。所保持的压差等于盘管的设计压降。在此应用中，膜片67的作用与结合图3说明的自由滑动活塞5相同。蝶阀16设定流经该盘管的冷水的量，且该阀16由显热负荷控制，而膜片67通过将更多或更少的回路暴露于冷水流来保持盘管中差压的恒定。卸压阀36的活塞35由铁材料制成。增加/减小流过螺线管37的电流会改变对卸压阀36的差压设定。盘管中保持的差压设定了该盘管的显热容量与潜热容量的比率，从而它受相对湿度的控制。当所有回路中都有水流流过即膜片67处于膨胀最少的状态时，永磁体23接近簧片开关24。当在设计压降下运行时，簧片开关24的接触闭合表示盘管中的流速为设计流速。这可用作一显示以促进水侧系统平衡，或用作一闭锁以防止蝶阀更大地打开，从而将盘管(中流过的水量)限制为其设计水量。
参照图21，膜片67的功能和操作与参照图20所述的(膜片67)相同。区别在于，用膜片75替换了蝶阀16并改变了回流管接头79。打开电磁阀72和62将分别使流体流入或流出膜片75。该电磁阀72受显热负荷控制，而膜片75起到了一常规节流阀的作用。
参照图22，具有正浮力的自由滑动活塞80位于供给集管2中。顺时针旋转带齿的轮81以将球82从贮存器83传送到供给集管2。球82向下推动活塞80。由于活塞80具有一通孔，所以该活塞上下的压力相同，从而只需一很小的力就可克服活塞80的浮力。球82具有微小的正浮力，如果活塞80之上的任何回路入口对水流开放，则该水流将移动最近的球以阻塞该打开的回路入口。逆时针旋转带齿的轮81以将球82从供给集管2传送至贮存器83，活塞80将自由向上移动并使更多的回路向水流开放。通过一未示出的齿轮电机驱动有齿的轮81，且该有齿的轮81受当前存在的显热负荷控制。
参照图23，通过泵68经由止回阀69将加压的流体供应到贮存器83中活塞84下面的空间来使球82从该贮存器83向供给集管2移动。打开电磁阀62以释放贮存器83中活塞84下面的压力，从而使球82从供给集管2向贮存器83移动。
参照图24，其示出一种确定运行中的回路百分比的基于温度的方法。空气处理设备9包括过滤器10、冷却盘管1和送风风机11。回风在位置12进入该空气处理设备9，送风则在位置14处离开。温度传感器T1位于冷却盘管1的顶端附近，而温度传感器T2位于该冷却盘管1的底端附近。在离开气流中还设置有一温度传感器T3。除了100％或0％的回路起作用的情况，由T3检测到的温度落在由T1和T2检测到的温度之间时，该温度就与工作着的回路的百分数成比例。在满载和空载的情况下，由T1、T2和T3检测到的三个温度相同，然而从检测到的温度实际值很容易确定满载或空载情况。
参照图25，在供给集管2中安装有一长的管状弹性膜片67。该膜片67上部胀开的圆形端部与管71相连接，它的下部折叠的半圆形端部固定并密封在滑动导向器70上。当电磁阀72打开时，来自空气源85的压缩空气经由连接管71进入膜片67，使得该膜片67的圆形部分向下延伸，从而关闭另外的回路。关闭电磁阀72并打开电磁阀62，允许空气从膜片67中排出，从而将更多的圆形部分折叠成半圆形以允许水流经过盘管的更多回路。图A和B分别示出膜片67胀开的圆形截面和折叠的半圆形截面。图C详细示出了滑动导向器70。管状弹性膜片67的构造为它在长度上的弹性要大于沿周向的弹性。
参照图26，其中示出管状弹性膜片67不均匀的弹性的优点。膜片67完全膨胀且其中空气压力等于供给集管2中压力后，进一步增加空气压力会使膜片向下膨胀。最终(膜片67)到达供给集管2的底端，并100％地切断流过盘管水流。这里示出完全切断的情况，(该膜片的)所有其它的功能与前面参照图25所述的(功能)相同。
参照图27，使用一比重小于1的液压流体来使该弹性不均匀的管状膜片67膨胀。该有浮力的流体用于确保膜片67的最高部分首先膨胀成圆形形状，从而可首先切断到最高的回路的冷水流。当流入更多的液压流体时，该圆形形状向下延伸从而逐渐切断流入更多回路的水流。将膜片67内的液压流体压力提高到高于供给集管2中的当前存在压力，可使膜片67向下胀开并切断100％的水流。为增加膜片67中液压流体的体积和/或压力，启动泵68并经由止回阀69和连接管71将流体从贮存器86抽取到膜片67中。为了减小该膜片中流体的体积和/或压力，打开电磁阀62使液压流体自由地流回贮存器86。尽管没有示出，但是可由冷水供给管对贮存器86直接加压以使施加在泵68上的负荷最小。
参照图28，其示出了除用一变速泵87代替蝶阀外，与根据图3所述(方法)相同的在供给集管2中定位活塞2的方法。该泵的速度由速度控制器88设定，而该控制器88又受空间空气温度对设定值的偏差从而受盘管上当前存在的显热负荷控制。将活塞5的重量选择为等于供给集管2和回流集管3之间的设计压差。为使该自由浮动的活塞5保持静止，该供给集管作用在该活塞底部的压力必需等于回流集管施加在活塞顶部的压力与该活塞的重量之和。由于根据盘管的设计压降确定了活塞5的重量，对设计差压的任何偏离都会使该活塞向上或向下运动，直至达到一新的平衡并且该盘管的差压重新回到设计值。很明显，尽管起作用的回路的数量随着热负荷的变化而变化，但是使该差压恒定将确保起作用的回路中水流速度恒定。假设在活塞5为图中所示位置并且泵87为当前速度的情况下，盘管中的差压为设计值。如果盘管上的空气侧负荷增加，控制器88使泵87的速度上升以使更多的冷水通过当前起作用的盘管回路，从而导致盘管中的差压增加。活塞5在其当前位置不再平衡，并且开始向上浮动以允许水流经过更多的回路，从而减小供给集管和回流集管之间的差压。当达到平衡即盘管中的差压回落到其设计值时，活塞5向上的过程停止。如果该空气侧负荷减小，则会出现相反的情况活塞5向下移动以切断回路直到该活塞到达新的平衡位置。从另一个角度看，活塞5起到了一靠重力操作的卸压阀的作用。
由活塞5维持的恒定差压确保起作用的回路中的(水流)速度恒定，且起作用的回路的数量取决于该活塞的位置，知道活塞5的位置就可精确测量流过盘管的水量。在本具体实施例中，在供给集管2的上端部设置一超声换能器/接收器17。通过其相关联的电子电路该超声换能器/接收器可被作为一回音探测器，并测量活塞5相对于该活塞最高位置的距离。盘管制造商的数据可使活塞5的位置与水流速度精确地关联。增加进水和出水温度传感器可提供用以计算该盘管使用的能量所必需的输入。在图28中没有示出温度传感器。机械止挡18用于防止活塞5一直移动到供给集管2的底部并切断该进水供给连接。
如上所述的，实现系统的水侧平衡以及使自平衡更容易需要知道活塞5何时位于或接近其最高位置。很明显，该回声探测器类型的装置完全可提供该所需的信息，并可与一些附加的电子电路一起来显示水侧平衡并/或闭锁泵速控制器88以促进自平衡动作。尽管图28所示的实施例不是将降低成本放在首位的方案，但是从抽吸功率—从而运行成本—的角度看，这是最有效的方法。(本实施例)还可具有从自平衡到对盘管的能量消耗进行精确测量等任选特征。
参照图29，其中在供给集管2中设置有一开槽缸体89。该缸体89上的槽91从(缸体的)顶部向底部逐渐变长。这样可确保在继续向下进行之前先切断流过上部回路的冷水水流。控制缸体89的开口向上并且平整的外罩90也示出槽91的长度的变化。为了渐进地并一个回路接一个回路地依次进行控制，用调制电机93使缸体89旋转180°。缸体89在底部开口以允许供给的冷水进入该缸体。该供给的水可从缸体89内经由槽91流入盘管回路中。以盘管回路的入口为基准点，当缸体89处于0°的位置时所有回路接收冷水，在180°的位置所有回路都被切断。本具体实施例示出了在单步中两个回路接入或退出循环。很明显，本概念也适用于单独的一个回路接一个回路的控制，也适用于通过适当设置槽91来在单步中切换多个回路。图29所示的实施例尤其适用于控制具有少量回路的冷水盘管，例如用于风机盘管组或小型空气处理设备。调制电机92是一种用于标准控制应用场合的常规电机。对于定风量系统，调制电机91的定位信号源于被调节的空间温度对设定值的偏差；对于变风量分配系统，该定位信号源于送风温度对设定值的偏差。
通常，对于本技术领域技术人员来说，很明显上述实施例的合理组合也可提供具有部分或全部上述特征的有用的解决方案。使用不同的实施例，本发明的原理仍保持相同。一个回路接一个回路地进行控制，首先切断上部回路然后逐渐向下进行(切断)可提供显热容量控制。一个回路接一个回路地进行控制，首先切断下部回路然后逐渐向上进行(切断)有利于控制潜热负荷/显热负荷的比率。维持盘管中不同的水侧差压以影响回路中(水)的流速，从而影响冷水温度的上升因而影响有效盘管的表面温度，这是另一种控制潜热负荷/显热负荷的比例的方法。当盘管中差压固定时回路中的水流速度恒定，从而起作用的回路的数量直接与流过该盘管的水量成比例，这样提供了一种精确地测量水流速度的方法。
权利要求
1.一种流体热交换装置，包括一集管和多个位于一供给口和一返回口之间的互连回路，所述互连回路通过沿该集管处在不同位置的相应的多个连接口与该集管相连接，其特征在于，所述集管包括一位于所述集管中的阻断控制元件，该阻断控制元件沿该集管的位置可调以选择性地阻断从该供给口通过该多个互连回路的连接口的流体流，从而根据该阻断控制元件的位置选择性地控制所述多个互连回路中有流体流通过的回路。
2.一种根据权利要求1的流体热交换装置，其特征在于，所述集管是一在所述供给口和所述多个互连回路之间互连的供给集管。
3.一种根据权利要求1的流体热交换装置，其特征在于，所述集管是一在所述多个互连回路和所述返回口之间互连的回流集管。
4.一种流体热交换装置，其包括一连接在一供给口上的供给集管，一连接在一返回口上的回流集管以及多个互连回路，所述互连回路通过沿该供给集管和该回流集管中的每一个位于不同位置的相应的多个连接口与该供给集管和该回流集管中的每一个相连接，其特征在于，该供给集管和该回流集管各包括一位于所述集管内的阻断控制元件，该阻断控制元件沿该集管位置可调，以选择性地阻断通过所述多个互连回路的连接口的流体流，从而根据该供给集管和该回流集管中该阻断控制元件的位置选择性地控制所述多个互连回路中有流体通过的回路。
5.一种根据权利要求1或4的流体热交换装置，其特征在于，所述阻断控制元件是一可沿所述集管移动的活塞组件，从而根据所述活塞组件的位置将所述集管分隔成两个沿所述集管的一部分延伸的室。
6.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，在所述返回口处设置有一用于控制通过该返回口的流体流的阀，其中用通过所述返回口的流体流来控制所述活动活塞组件在所述集管中的位置。
7.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，利用一位于所述集管的一端部的用于测量所述活塞组件与所述集管端部之间距离的超声换能器来测量该活塞组件在所述集管中的位置。
8.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，利用一位于所述集管外部的多匝电位计来测量所述活塞组件在所述集管中的位置，其中所述电位计与一接合在所述活塞组件上的螺杆相接合。
9.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，利用一包括一在所述活塞组件上的永磁体和一在所述集管的外壳上的相配合的磁性簧片开关的系统来测量靠近所述集管一端部的所述活塞组件的位置，其中如果该永磁体接近该接近所述集管端部的磁性簧片开关，则该磁性簧片开关闭合。
10.一种根据权利要求6的流体热交换装置，其特征在于，在所述返回口设置有一用于控制通过所述返回口的流体流的返回控制元件，其中该返回控制元件由在所述返回口处的流体回压与一由一减压阀根据所述供给口的当前存在的压力成比例减小的减压之间的一流体压差控制。
11.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，所述供给口设置在所述供给集管的一个端部，并且所述供给集管在其另一端部包含一供给集管部分，该供给集管部分通过一相对于该供给集管部分弯曲一角度的管状延伸部分延伸，所述活塞组件由一第一活塞和一第二活塞组成，这两个活塞之间有多个零浮力的间隔球，所述多个间隔球可移动地设置在所述集管的所述供给集管部分和所述集管的延伸部分中，该第一活塞位于所述供给集管部分中，而该第二活塞位于所述延伸部分中，所述活塞组件的位置由作用在所述供给集管中的第一活塞上的流体压力和作用在所述延伸部分中的第二活塞上的流体压力之间的流体压差控制，控制该流体压力以在所述供给口和所述回流集管之间维持希望的差压。
12.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，在所述包括所述活塞组件的集管外部设置有一电机，并且该电机与一螺杆相接合，该螺杆与所述活塞组件相接合以便沿所述集管推动所述活塞组件。
13.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，在所述集管中的所述活塞组件由一固定在所述集管一端部的柔性波纹管可驱动地支承，该波纹管与一流体供给装置相连接以填充流体或释放流体，从而相应地延伸和收缩该波纹管并根据该波纹管的长度来控制所述活塞组件在所述集管中的位置。
14.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，所述活塞组件包含一柔性波纹管和设置在该柔性波纹管的相对端的一第一活塞和一第二活塞，每个活塞包括一可径向膨胀的室和一形成在该室的周向上的摩擦环，该摩擦环适配成挤压在该集管的内壁上以固定相应活塞，该柔性波纹管和该室均可控地连接在一流体供给装置上，从该流体供给装置该室或该柔性波纹管可被独立地提供流体压力或释放流体压力以便移动所述活塞组件的位置，该第一活塞适配成可通过向该第一活塞的室中提供压力而被固定在所述集管的壁上，然后通过向该柔性波纹管中提供压力可使该第二活塞沿所述集管移动，在该位移位置该第二活塞适配成可通过向该第二活塞的室中提供压力而被固定在所述集管的壁上，此后通过从该第一室释放压力可使该第一活塞从所述集管的壁离开，并通过从该柔性波纹管中释放流体压力该第一活塞可朝该第二活塞移动。
15.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，所述集管包括一可磁化的材料，所述活塞组件包括一柔性波纹管、一第一活塞和一第二活塞，其中所述第一活塞和第二活塞设置在该柔性波纹管的相对端部上，每个活塞包括一电磁体和一形成在各活塞的周向上的可径向膨胀的夹紧环，所述夹紧环适配成被挤压在所述集管的内壁上以便固定各活塞，该柔性波纹管可控地连接在一流体供给装置上，从该流体供给装置该柔性波纹管可被提供流体压力或释放流体压力以便移动所述活塞组件位置，该第一活塞适配成通过向该第一活塞的该电磁体供能来通过其夹紧环固定在所述集管的壁上，然后通过向该柔性波纹管提供压力可使该第二活塞沿所述集管移动，该第二活塞适配成通过向该第二活塞的该电磁体供能来通过其夹紧环固定在所述集管的壁上，随后通过向该第一活塞的该电磁体供能可使该第一活塞从所述集管的壁离开，并通过从该波纹管释放流体压力可使该第一活塞朝该第二活塞移动。
16.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，所述阻断控制元件是一膜片，该膜片可沿所述集管从位于所述集管一端的供给口向所述集管另一端部沿所述多个连接口延伸，该膜片适配成填充流体以便当该膜片被充满时关闭沿该膜片的连接口，随后该连接口开始从在供给口处的所述集管的一端部向所述集管的另一端部与该膜片中流体压力的降低成比例地顺序打开。
17.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，所述供给口设置在所述供给集管的一端部，所述活塞组件包括一活塞和多个零浮力的间隔球，其中所述零浮力的间隔球位于与该供给口相对的室中，所述室与一零浮力间隔球贮存器相连接，其中设有一将所述零浮力的间隔球从该贮存器传送给所述室或从所述室传送给该贮存器的输送装置，从而根据在所述室中所述零浮力的间隔球的数量来控制该活塞的位置。
18.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，在所述供给口处设置有一泵以便控制通过所述供给口的流体流，通过流过所述供给口的流体流来控制所述活动的活塞组件在所述集管中的位置。
19.一种根据权利要求5的流体热交换装置，其特征在于，所述阻断控制元件是一可在所述集管内旋转并在周向上在对应于所述连接口的位置处包括槽，所述槽具有不同的周向长度从而根据该套管的旋转位置具有不同的连接口数量。
20.一种根据权利要求1到19中的任何一项的并连接成一冷却流体装置的流体热交换装置。
21.一种根据权利要求1到19中的任何一项的并连接成一冷却流体装置的流体热交换装置。
全文摘要
本发明公开了一种流体热交换装置，包括一集管以及位于一供给口和一返回口之间的多个互连回路，该互连回路通过沿该集管在不同位置的多个对应的连接口连接在该集管上，其中该集管中包括集管内的一阻断控制元件，该阻断控制元件的位置可沿该集管调整以选择性地阻断从供给口通过所述多个互连回路的连接口流动的流体，从而根据该阻断控制元件的位置选择性地控制该多个互连回路中有流体流过的互连回路。
文档编号F28F27/02GK1666081SQ03815437
公开日2005年9月7日 申请日期2003年5月7日 优先权日2002年5月10日
发明者G·S·维采瑙 申请人:乔治·桑德尔·维采瑙