绝热的制冷剂冷凝器控制系统的制作方法

本发明涉及对绝热的冷凝器或流体冷却器的设计的改进。更特别地，这具体表现为两种新的控制模式：节能模式和节水模式，该两种新的控制模式被设计成基于成本和可用率而优化对这些资源的使用。本发明可以应用于采用绝热饱和垫的设备，并且还应用于这样的设备，所述设备在迂回盘管之前采用用于蒸发水的任何器件(诸如喷嘴)以减少和冷却进入迂回盘管的空气的温度。

背景技术：

现有技术的绝热控制系统使用水和电能的组合来提供所需的必要冷却。电能用来驱动风扇，风扇使空气移动通过盘管。水用来使绝热材料变湿以及降低通过盘管的空气的温度。该现有技术的系统通过使用资源的组合而比空气冷却系统节能，并且比蒸发系统节水。典型的现有技术冷凝器或流体冷却器在特定的预设户外温度或预设温度或压力条件下可以从干操作切换为湿操作；然而，现有技术的系统并不允许最优化水或电能资源的节约。

本发明允许系统将客户所选资源(水或能源)的使用减少至可能的最低水平，同时仍然满足冷却需求。该系统将偏向能量或水资源，即在给定时间成本更低或更为充足。例如，如果确定能量更稀缺或成本更高，则系统将在能够使能量的使用最小化的任何时候使用水。如果水是更稀缺或更昂贵的资源，则系统将仅仅在需要时使用水以满足散热目标。

本发明还包括在操作模式之间进行切换的多个方法。通过改变控制器中的设定可以手动地进行模式选择，或者模式选择可以自动地进行，以向使用者提供最低的实用使用成本。经由通讯可以手动或自动 地提供水电利用率。利用这个信息，控制器可以确定向客户提供最低成本的花销。

用于在各模式之间进行切换的另一方法是从公共事业设施供应商接收峰值指令信号。该峰值指令信号可以手动地输入或者由公共事业设施自动地发送。当触发该信号时，其将使得设备偏向当前未处于峰值指令的资源(通常为电能)。该控制方法将有助于保留稀缺的区域资源以及减少使用者的峰值指令费用。

对于采用绝热饱和冷却垫的设备，本发明还包括在操作为“干式”时增大通过盘管的空气流的能力。当以干式模式运转时，现有技术的产品存在通过绝热垫的压力降低的不利结果，并且因此降低了通过设备的空气流。通过在干式操作期间使得空气流旁通绕过垫，可以获得更多的空气流，由此减少风扇马达能量使用以及允许更多地保存水以用于更长的时间期间。

本发明的另一特征是盘管清理程序。该特征反向驱动风扇，以迫使空气沿着相反的方向通过盘管，从而驱使污垢和其它碎屑离开盘管翅片，以提高盘管的效率。该盘管清理部件可以与盘管上的喷洒系统组合，以改善清理。该盘管清理部件还可以与空气旁通系统组合，从而从盘管中吹出的任何材料将从设备中吹除。该垫在清理模式期间还可以是湿的，以清洗碎屑，所述碎屑离开盘管向下进入贮槽而非地上。

技术实现要素：

本产品是具有铝制微通道或铜/铝翅片/管形换热器、绝热传热垫、速度受控风扇、集成泵以及基于微处理器的控制系统的绝热冷凝器或流体冷却器。应当注意的是，本发明可以用于在空气到达迂回换热盘管之前通过采用蒸发水来冷却空气的任何类型的设备。此外，还可以使空气吹动通过或者吸引通过设备，并且这不限制本发明。此外，构造的材料可以是本领域中使用的任何材料，并且这不限制本发明。还应当注意的是，将空气输送至设备的方法并不限制本发明。还应当注意的是，迂回(indirect)盘管可以呈“A”、“V”形安装、水平或竖 直地安装、或者是单一或多个盘管，而且可以使用本领域中已知的任何迂回盘管定向，并且这不限制本发明。通过采用下述设计增强控制系统。然而，本发明还可以应用于任何绝热冷凝器、任何绝热流体冷却器。

两种操作模式对于本发明的系统而言是可行的。第一模式被称为节能模式。现有技术的绝热操作通过户外温度设定点控制。当户外温度超过该设定点时，无论是否需要均启动湿模式。这种控制方法被称为标准模式。示出了一种新型的创造性节能模式，为了节省电能使用，一旦温度足够高至阻止水冻结在绝热垫上，该创造性节能模式就打开湿模式。由于湿式操作比标准模式以更低的温度运转，更冷的空气将进入盘管驱动系统，压头低于不采用湿式操作时所获得的压头，并且驱动风扇的可变速马达可以以更慢的速度运转，由此减少了压缩系统和/或冷却器风扇的能耗。与现有技术的标准模式相比减少了总能耗。

第二操作模式是节水模式。这种控制方法保持湿式操作关闭，直到需要满足散热需求为止。仅仅在设备的能力已经在干式操作中最大化并且驱动风扇的可变速马达处于全速(设定点是可调节的)后，湿式冷却操作才将打开，以增大散热能力。延迟湿式操作直至绝对必要为止，将使设备使用的水量最小化。与现有技术的标准模式相比减少了总水耗。

现有技术的绝热冷凝器(或流体冷却器)使用周期性的槽倾卸周期，这从设备中移除再循环的水并且使用新鲜水进行替换，因而保持设备中的水化学接近水供给源中的水化学，并且消除了与水垢或藻类或生物生长有关的维护问题。在现有技术中，倾卸周期可以以预定进度进行，而未考虑设备中水的矿物质含量高低如何，并且为了防止可能的结垢，所述倾卸周期被设定为规律性进度，所述规律性进度假定水质量较差。所提出的节水模式还可以与“节水器部件”组合以进一步减少用水。该节水器部件包括水质量传感器，所述水质量传感器将测量设备中的水的导电性并且仅仅在固体水平到达预定水平时才倾卸水。应当注意的是，水质量传感器可以是导电的或者是确定水质量的 任何其它器件，并且这不限制本发明。这个附加件阻止了清洁水(其仍然可以使用)在所供给的水仍然质量良好的区域中成为废水。实质上，所有现有技术的冷却塔相关产品上的水质量水倾卸系统核查水导电性，并且在系统运转时倾卸(称为排水)一小部分水(也称为排污)。本节水模式的不同之处在于倾卸和冲洗整个槽的水，并且除非水导电性有所指示，否则没有必要进行这个操作，从而节约水。

本发明还包括选择操作模式的多个方法。最基本的方法是使用者在控制系统中手动地选择模式。还可以获得自动选择方法。控制系统可以选择操作模式，以使能量使用最小化。为此，控制系统需要与水电成本相关的输入。这个信息可以手动地输入至控制系统内，或者可以经由通讯协议而进行电子通信。一旦控制系统具有这个信息，则控制系统可以计算按节能模式和节水模式运转的成本，并且确定哪种模式向使用者提供了最低的总运转成本。这个决定可以基于成本信息的改变而持续地更新。

用于切换模式的另一方法是基于来自公共事业实施供应商的峰值指令信号。该峰值指令信号将允许设备知晓是电还是水处于高需求量，并且应当节省高需求资源。例如，如果电力网发送了峰值指令信号，则控制器可以切换至节能模式以节省电力。这种模式控制方法帮助减少公共事业系统的紧张度。这还通过尽可能多地降低可能的峰值需求费用而帮助了使用者。

对于采用绝热垫的设备而言，本发明还包括在“干式”操作时增大通过盘管的空气流的能力。当以干式模式运转时，现有技术的产品存在通过绝热垫的压力下降的不利结果，并且因此通过设备的空气流减少。在本发明中，通过在干式操作期间使空气流旁通绕过垫的能力，可以获得更多的空气流，由此减少风扇马达的能量使用，并且允许在更长时间期间消耗更少的水。通过物理地移动绝热垫可以实现该旁通空气流绕过绝热垫，从而新鲜空气容易在垫周围流动。作为替代，通过打开允许新鲜空气进入到盘管和垫之间的空气旁通气门，旁通空气可以进入干盘管中。在这个实施例中，垫与盘管间隔开，而气门放置 在垫和盘管上方并且位于两者之间，以控制可以旁通绕过垫的空气侧流。在旋转或旋开式垫的实施例中，垫自身的轮廓开口，从而垫可以打开而不发生干扰；在闭合时，垫紧密地套设，以迫使空气流动通过垫并且维持设备上的压降，以确保空气流均匀地穿过盘管。图4示出了垫如何可以旋转以向进入设备的空气流提供减小的轮廓(相对于其中垫遮蔽换热器的基本设计而言)，由此减少净空气流阻力，并因此针对给定风扇功率增大空气流。如图5中所示，本设计的另一实施例在旁通模式期间将使垫向上翻转，如同鸥型翼门。在微通道换热器上实现空气流的增大，这增大了散热，并且因而增大了设备的效率。在这种模式期间，空气旁通受设备的控制系统所控制。控制系统可以独立(对在不同冷凝温度下运作的两个独立制冷回路进行操作的系统而言)或串联控制每侧。控制系统具有设定点，低于该设定点时泵停用、垫变干、并且进入换热器的空气温度变为环境干球温度(与湿操作下进入换热器的空气的温度相反，此时温度为绝热地降低的温度，大约介于环境干球温度和湿球温度之间)。一旦垫干燥(在垫和盘管之间由环境干球温度与干球温度之间的相等温度而感测得到)，控制系统将垫向外旋转。作为替代，系统逻辑可以设定成使得每逢干操作则系统进入空气旁通模式，而不考虑垫是否有点湿。控制旋开式垫或气门的致动器可以是弹簧复位的，以在构件发生故障时关闭垫。本领域中的使用者将意识到的是，存在许多方法来使空气旁通绕过绝热垫，并且这不限制本发明。

本发明还详细地描述了用于设备的清理循环，其可以用于清理盘管的污垢和碎屑。该清理循环可以由使用者手动地触发、定时以周期性间隔运转、或者在感测到盘管脏了时触发运转。在高温的环境周期期间，信号将被发送至制冷系统，以在清理循环期间停止运转。清理循环反向运转风扇，以在相反的方向上移动空气通过盘管。反向空气流将推动盘管的表面上的污垢和碎屑离开盘管朝向垫。这个清理循环可以与开放的旋开式垫组合，以允许吹走污垢离开设备。作为替代，垫可以维持固定，而湿操作能够洗涤任何污垢和碎屑进入贮槽，从所 述贮槽中可以将污垢和碎屑从设备中清空。清理循环还可以与设备中的喷洒洗涤器组合。这些喷洒喷嘴将把引导水至盘管上，以协助从盘管的表面上移除污垢和碎屑。该喷洒的水随后被清洗进入贮槽中，从而可以将水从设备中清空。控制系统还可以配置有传感器，在垫干燥并且需要清理或更换时所述传感器警告消费者。

附图说明

图1是现有技术的绝热冷凝器或流体冷却器的侧视图。

图2是具有绝热垫以及附加的传感器和控制模式的绝热冷凝器的一个实施例的侧视图。

图3是具有反向风扇和喷洒洗涤器以清理盘管的绝热冷凝器的一个实施例的侧视图。

图4是示出了旋开式垫的绝热冷凝器的一个实施例的顶视图。

图5是示出了允许空气旁通绕过垫的百叶窗的绝热冷凝器的一个实施例的侧视图。

图6是示出了上旋而非侧旋的旋开式垫的绝热冷凝器的一个实施例的侧视图。

图7是示出了通过使用“节能模式”而节约的能量的图表。

图8是示出了通过使用“节水模式”而节约的水的图表。

图9是示出了通过在“节能模式”和“节水模式”之间进行自动切换所节约的成本的图表。

图10是具有绝热喷水器系统以及附加的传感器和控制模式的绝热冷凝器的一个实施例的侧视图。

具体实施方式

现在参考图1，示出了现有技术的绝热冷凝器或流体冷却器10。产品通常具有左右侧传热盘管16和24。盘管16和24可以处于相同或不同的制冷剂或流体冷却回路中。盘管16具有入口管17和出口管13，盘管24也一样(分别如附图标记28和29所示)。在环境新鲜空 气进入绝热冷凝器10处，绝热垫14和25位于盘管16和24外侧。新鲜环境空气流入通过绝热垫14和25，随后基本上横斜且向上通过盘管16和24，随后通过风扇21和马达22组件离开。当环境空气温度传感器15感测到温度高于预选设定点时，则启动水模式，而未虑绝热冷凝器10上的负荷或者风扇是否能够在不使用水的情况下产生足够的冷却。当启动水模式时，由控制箱19内的控制器打开泵12。泵12从水贮槽11中泵送水通过喷洒支路20，并且从喷嘴或孔18喷出，随后到达绝热垫14和25的顶部上。蒸发的流体(通常为水)随后通常向下流动通过绝热垫并蒸发，这冷却了进入的空气。最优的性能是绝热垫使绝热垫入口干球温度降低为等于湿球温度。例如，如果在绝热垫入口处的户外环境干球温度为95F，而户外环境湿球温度为75F，则在绝热垫出口处绝热垫能够降低的温度最低为75F。

图2示出了具有改进的控制器45的绝热冷凝器或流体冷却器40的优选实施例。控制器45选择性地操作可变速马达55的速度和方向，所述可变速马达驱动风扇54并且使得泵42打开和关闭，以在需要绝热冷却时从贮槽41中泵送水。应当注意的是，泵42可以替换为将新鲜水供给至绝热垫的新鲜水供给源，并且这并不限制本发明。还应当注意的是，一些绝热垫被设计成通过毛细作用使得水进入其中，从而在这种情况下可以不需要泵，并且这不限制本发明。还应当注意的是，风扇马达55可以是分级的，从而使得它们可以在不需要时选择性地打开和关闭。压力传感器49放置在盘管48的入口处(或替代性地位于出口处)，以测量冷却剂的压力并且经由控制线路56将压力反馈回控制器45。如果盘管48是流体冷却器，则传感器49可以是温度传感器。如果盘管57中的冷却剂与盘管48中的不同，则可以使用两个压力传感器，每个盘管具有一个传感器。应当意识到的是，设备可以具有单个或多个冷却剂或流体冷却器回路，并且这并不限制本发明。温度传感器部位50位于绝热垫44的后方(即在空气入口侧上)，但是位于盘管48和57的前方，以测量绝热垫后方(即空气出口侧上)的空气温度，而温度传感器46测量绝热垫前方的户外环境空气温度。作为替代， 温度传感器46和50可以是本领域中已知的任何类型的传感器(例如RH传感器)，以用于测量绝热垫前方和后方的空气状况。应当注意的是，为了节水，即使在可以操作水泵时，控制器45也可以在被确定蒸发并不有利的环境状况期间(例如在下雨时)选择性地选择不操作水泵42。或者，控制器45可以根据与一个回路相比在另一回路上是否满足换热性能需求而选择改变流向绝热垫的水流速或控制哪个绝热垫湿式操作以及哪个绝热垫可以干式操作。导电性(或水质量)传感器43测量喷水管53内的喷洒水52的导电性(或质量)，并且经由传感器线60而将信号输送至控制器45。导电性传感器43可以替代性地安装在贮槽内。控制器45将经由控制线62而控制阀61，以在水的导电性(或水质量)不可接受时选择性地从设备40中倾卸全部水或一部分水。控制面板51包含控制器45，所述控制器控制设备40的操作和操作模式。控制器45可以具有一个或多个输入：47(能量成本)、58(水成本)、59(峰值需求电费)、46(户外环境温度)、49(盘管48和盘管57操作压力)以及50(进入盘管48和57的空气的温度)，从而确定使用哪种操作模式。通常已知为压力传感器的传感器63、64和65由控制器45用来感测何时绝热垫或迂回盘管脏了。当感测到绝热垫或迂回盘管脏了时，控制器45可以向消费者发送警报。

图3示出了包括盘管清理模式的改进的绝热冷凝器或流体冷却器的实施例30。在这个实施例中，空气流可以反转，从而空气流通过风扇35进入、基本上向下流动，并且通过盘管34和29而被推出，以迫使积聚的污垢沉积向后离开盘管。在设备内还可以具有盘管喷洒洗涤器33，以将水直接喷在盘管34上并且水通过盘管，以辅助将积聚的污垢和碎屑洗涤离开盘管34和39。提供水连接点31和具有控制线37的水阀42，从而使得新鲜水可以通过管道输送至喷洒洗涤器33，并且新鲜水可以通过经由控制器38反转马达36以使得风扇35反向运转而得以选择性地控制。盘管清理模式可以在冷却模式期间运转，或者可以在不需要冷却时运转。

图4示出了绝热冷凝器或流体冷却器70的实施例，其包括旋开式 绝热垫74(示出为打开)和82(示出为关闭)，从而在无需绝热垫74和82时户外环境空气可以旁通绕过大部分绝热垫74，并且直接通向盘管76和77。控制器75经由控制线83而选择性地操作致动器86和87，以移动联动装置79和80，所述联动装置可以在需要时打开和关闭旋开式绝热垫74和82。旋开式绝热垫74和82可以利用致动器、活塞或任何其它等效装置而打开。应当注意的是，允许空气旁通绕过绝热垫的优点在于减少了风扇系统经历的空气压降，由此增大了干式操作模式期间以及在旁通绕过绝热垫时设备的效率，并且它们将维持更清洁更长时间。

图5是示出了旋开式垫91的绝热冷凝器或流体冷却器90的另一实施例，所述旋开式垫示出了垫被升高以不挡道(鸥型翼设计)。在这个实施例中，绝热垫91可以通过活塞致动器96而旋开远离盘管94和95。绝热垫92示出为处于闭合操作模式中。铰接部93保持绝热垫的顶部连接至实施例90。

图6示出了绝热冷凝器或流体冷却器100的另一实施例，其在需要时允许大部分户外环境空气旁通绕过绝热垫102。在这个实施例中，绝热垫被移动更远离盘管106和107，从而使得空气旁通百叶窗104可以装上并且由控制器108选择性地操作。在空气旁通模式期间，空气旁通百叶窗104可以选择性地打开，从而允许新鲜空气通过开口103直接进入盘管106和107中。图4、5和6示出了新鲜空气旁通绕过绝热垫的实施例。绝热垫还可以是挠性的、可以如手风琴般折叠或者安装在挠性轨道(例如，车库门轨道)上，在所述挠性轨道处在挠性轨道上驱动绝热垫而使绝热垫移开以不挡道。本领域中的使用者将意识到的是，还存在其它方法允许新鲜空气旁通绕过绝热垫，并且这不限制本发明。

图7示出了在以节能模式操作时节约的能量。当设备未以全负荷操作时，其将使用通过绝热垫的水来冷却进入的空气。更冷的进入空气将允许风扇马达以更低的速度运转，这将减少用电。

图8示出了在以节水模式操作时节约的水。当设备未以全负荷操 作时，设备将关闭水以使用水最小化。

图9示出了通过自动切换模式获得的能耗节约。该图表示出了这样的示例，其中水成本在一天中维持不变，而电能成本在下午时增大。通过切换至节能模式，设备可以使总能量成本最小化。

图10示出了绝热冷凝器或流体冷却器110的另一实施例，其操作与图2中的实施例很相同，不同之处在于使用喷水器系统代替采用绝热垫，喷水器系统喷洒水以蒸发至进入迂回换热器112和116的空气中，由此将温度113降低至低于环境温度123。在这个实施例中，将水供给至水入口114。控制器122选择性地操作阀115，以允许水流动通过水分配管119、流向喷嘴或孔118并且提供薄雾或喷雾117，所述薄雾或喷雾在进入迂回盘管112和116之前蒸发到空气中。与图2的实施例中的情况一样，控制器122经由传感器线路128从124能量成本、125水成本和126峰值需求接收输入、系统操作状况111以及部位123和113处的空气状况，从而决定是否以湿模式操作、以及是否通过控制马达121的马达速度而以预定风扇速度操作风扇120。