蓄热塔的冷却盘管制造技术

一种圆柱形塔的冷却盘管布局为冷却塔和圆柱形占地提供大面积的覆盖率，从而能更经济地利用垂直塔的冰储热能力，该盘管布局具有若干安置在多个平面上的盘管，在每个平面上在塔的纵轴和塔罩之间管子具有Ｖ形设计，每个平面垂直于轴，支管连接管子的出入口以循环冷却液冷却塔内的相变材料，若干蛇形管排列成使第一Ｕ形部分的管子与垂直方向的另一管子的间隙对准，从而使冷却流体的冷却能力均匀分布，在管子上或其周围形成较均匀的结晶的相变流体。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于冷却系统的流体蓄热塔。本专利技术特别提供一种带相变流体的圆柱形冰蓄热塔设施的盘管系统，该蓄热设施通常垂直安置在相当有限的土地上。这种盘管布局做成填充塔的几何扇形面，该扇形面是塔平面视图中圆形横截面的一部分。数个这种塔的扇形面中的数个盘管系统共同填充通常为圆形的塔的横截面。多个本专利技术的盘管可以成组地垂直安置，用以替代现有的长方形或扁长形的盘管。成组的盘管将能比方形盘管更完全或更有效地填充塔内体积，因此更完全地利用了圆柱形塔的可用的内部蓄热体积。在塔内的相变流体通常是水，可通过盘管传送的冷却流体固化成蓄热块。固化过程与温度变化和蓄热相变流体的体积、亦即液态和固态之间的膨胀和收缩、相关的塔结构的膨胀和收缩和操作问题有关。上述成型盘管的布局在平面视图中通常是三角形或楔形的，利用多个楔形部分来共同占据、因此能更完全地利用圆柱形塔的横截面积。从而可更完全地填充可用的塔的体积，更有效地利用冰蓄热塔结构的可用的蓄热能力。冷却塔常用于冷却和空调设备中，这种塔式装置可包括冷凝器、蒸发器或水塔。具有圆形截面的高的垂直塔是已知的，它们用在蓄水或液体的工业中。然而这种塔结构通常不用在冰蓄热装置中，或者将结构的高度限制得相当低。尤其是人们已经知道，冰蓄热塔已经或通常做成在其最大的垂直高度上装有6个热交换盘管部分或盘管组，这个限制可被认为垂直高度约为40英尺。这个限制的历史背景并不特别清楚，但用于冰蓄热装置的地块使它们的组件在横向或水平方向扩大而不是象垂直结构那样扩大。因此通常可用的冰蓄热装置、它们的结构和能力都已经或按已经知道的、在高度上限制在汇集6组热交换蓄热盘管。组装后的若干热交换盘管组常常以水平方式顺序排列，而这些盘管组通常是在工厂组装的标准件。这种历史性的蓄热装置组件易于制造和维护，但不能最大可能地利用可用的地块。一种约25英尺高的已知的冰蓄热结构，其直径小于12英尺。在这种已知的结构中，塔内的冷却盘管部分为高度约在4英尺的环状体，这些环状体在组装厂制成然后现场安装，然而运输能力对上述尺寸限制加上了制约，因此在高度和直径上限制了塔结构。在各种场合，如商业办公大楼、学校和医院等均使用冰蓄热装置，冰蓄热技术已发展成为储存冷却能量的相当经济的节能装置，它的冷却能量能在能量成本很经济的情况下在一定时间内散出和储存，例如在夜间电费和顾客需求比白天低的时候制冰，而通常在高需求和高电费期间利用冰储存的冷却能量，从而为商业设施、如办公楼、学校、医院和银行提供冷气。冰蓄热装置的工作模式取决于设备类型和它的使用情况。冰蓄热装置通常具有如水那样的相变材料，相变流体放在具有若干热交换盘管或盘管部分的储存罩中，盘管洗浸在相应流体中。热交换盘管连到致冷剂回路上，从而将致冷冷却液连通到盘管中。致冷流体冷却相变流体，在冷却循环期间在储存罩内的热交换盘管上结冰。结成的冰围绕着热交换盘管，直至罐中的基本所有的相变流体成为结晶的固体即变成冰或处于冷冻点的流体时为止。因此这些冰块一直保持到热要求或热负荷加到冰块上时，例如在热交换盘管和水中的冰上加热相变流体时为止。另外，温暖的冷却液流体能通过盘管传送以降低它的温度。降低温度后的温暖流体可传送到热负载上，如传送到热交换器、蒸发器、冷凝器、分冷却器或其它需要使用降低温度的致冷剂或工作流体上。这些温暖的相变流体降温至少会熔化一些冰块，按照热要求或热负荷的不同，有时将会使塔内储存的相变流体的温度升到冰冻熔化温度以上。另外还能利用罐中的冷却流体来冷却辅助的操作装置。然后重复进行冷却和冰冻循环从而产生冰冻的流体，以便在以后时间利用储存的冷却能量。一个示例性的和已知的大冰块冷却蓄热系统位于大城市区，它在工作时能为商业区的数栋大楼提供冷却水。该系统包括若干并列安置的、位于中心位置的大的冰蓄热装置，这些装置是单独地自由直立在水平面或楼板上的装置，这些装置汇集在一起时具有包围它的支架以遮蔽工作设备的门面式的结构。然而这个组件和系统不是单一的用以安置所有相变流体的多层塔，并且在单个塔内不具有多个热交换盘管部分。尤其是中心安置的冷却水系统对大城市中心区环境是可行的并且是适用的，因为它离大量的冷却水的用户非常近。单个的大体积的蓄热装置是已知的，但它们是低构形的或高度低的，它们是由多个冰蓄热装置组装而成的水平安置的组件，能配置一个较大区域，它们在高度上仅具有6个热交换部分，但不是太宽就是太长，它们不是在相当小的地表面积上直立结构。在授予Carter等的美国专利No.4831831说明了一种示例性的蓄热装置，其中并未示出用于安置垂直和水平装置的必要的管线、支管、连接件和阀门，不过这些构件是在先有技术中已知的。一个冰蓄热装置可以具有固定的潜在的以冷却吨-时为单位的蓄热能力，以及规定的冷却液流速和出入口温度。这种具有特殊尺寸和工作质量或重量的蓄热装置可包括一个罐、盘管、隔热装置、外板、一个或多个盖、气泵和空气配置器。在蓄热装置的使用中有多种工作模式，这些工作模式通常包括(1)制冰；(2)用连接冷却负载的冷却来制冰；(3)仅用冰冷却；(4)仅用冷却器冷却；(5)既用冷却器也用冰的联合冷却。本专利技术可用于提供所有上述工作模式，可连接到远离现场的多个用户或冷却负载上，同时能在提供大容量的冰蓄热设施的同时仅占据很小的地面面积。一种垂直指向的冰冷却系统具有一个冰蓄热塔，它能在不成比例限定的横向面积上为大的商业设施提供经济的冰蓄热系统。冰蓄热塔具有若干热交换盘管部分，它们在塔中排列和固定成呈层状垂直阵列的网状系统，该布局的三维透视图类似于若干蛇形管部分，每个管状部分在一个平面上从一个顶部(如塔的纵轴)向外扩张，在平面上的若干管状部分垂直堆积成以提供平行平面部分，单组的特征在于它们在平面图上为具有一垂直高度的楔形或三角形。各组内的管状构件垂直地相互套接，但相邻的管行偏离垂直相邻管子部分的直接对准位置，从而在阵列中提供交错的效果。一组通常确定为管子部分的一块或楔形件，它具有上述三角形或V形的平面和一个确定或预定的高度。每个管状盘管部分的端部连接到塔的纵轴附近或塔的外壁附近的支管上，垂直安置的盘管组可允许它们在塔内膨胀和收缩时作有限的向内移动。这种结构可在不拆开热交换装置的情况下对互相连接的盘管部分进行隔离、维护和修理。在早期系统中，已采纳了与垂直的冰蓄热塔有关的物理上的约束，它通常限制多层热交换盘管部分的组件，使它们不超出现在正在使用的垂直方向的6个部分的限制。这些先有技术的约束包括明显增加的垂直质量载荷和柱状高度上的流体压力。塔结构支持相变流体和热交换盘管部分，然而蓄热系统的工作参数和在工作系统中的固有的内部效果必须适合下列情况从流体到固体的膨胀和收缩变化；流体的流动；漂移的冰块；相变流体和致冷流体的流体传送，以及在维护期间能不影响操作。正如在大多数蓄热结构中一样，大部分机械操作构件如泵、压缩机和接收器等装在塔结构外面。本专利技术采用一个保持装置有效地隔离了上述堆积的阵列中的每个热交换盘管部分，该保持装置在将单独的盘管组限定在它的阵列中的隔离位置的同时，又允许每个盘管部分作垂直和水平方向的有限的移动。液态相变材料的流动不受限制，但各组之间的晶状颗粒的移动受到限制从而避免形成槽沟和堆积，而槽沟和堆积会妨碍在盘管部分上的冻结的晶体材料和穿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却盘管布局，用以通过通常为圆柱形冷却塔中的蓄热相变流体来传送冷却流体，上述塔具有一纵向轴，一个垂直于上述纵轴的通常为圆形的截面，一个具有外表面和内表面的罩，上述罩限定了用以容纳上述蓄热相变流体的冷却塔的体积，上述冷 却塔具有若干与上述轴和上述罩相交的横截面，每个上述冷却塔的横截面具有若干从上述纵轴延伸与上述罩相交的径向件，第一半径和第二半径合作确定一对相邻的半径，在每个上述横截面平面上的每对相邻的半径与上述相邻半径之间的罩合作以在每个上述横截面上限定一个带有一定面积的平面扇形区，每个上述平面扇形区从上述内表面到上述纵轴向内倾斜，一段在上述罩和上述相邻半径相交点之间延伸的上述扇形区内的弦，上述弦限定了在每个上述扇形区中上述相邻半径之间的最大长度，在每个上述扇形区中的上述冷却盘管布局 包括：多种长度的管子，每个管子具有传送流体的中心通道，一个第一端和一个第二端，在上述横截面的一个平面上的每个上述管子具有若干连续连接的Ｕ形部分，它们合作起来以限定上述管子的盘绕形构形，每个上述Ｕ形部分具有一个封闭端和一个敞开端， 上述相邻管子部分的封闭端靠近相邻管子部分的敞开端，若干支管，每个上述支管至少具有一个入口和一个出口，至少一根支管位于靠近上述纵轴，至少另一根上述支管位于靠近上述罩的内表面，每根上述支管通常平行于上述纵轴，每个上述扇形区通常与靠近上述 纵轴的支管和靠近上述罩的内表面的支管相交，每个上述管子的第一端连到靠近上述轴和上述内表面的上述支管的入口和出口的一个上，上述管子的第二端连接到靠近上述轴和上述内表面的上述支管的其它出口和入口的另一个上，每个上述Ｕ形部分在上述敞开端和 封闭端之间有一段分开的距离，上述分开的距离增大了，在上述轴和上述扇形区的弦附近的上述一根支管之间的每个Ｕ形部分的长度，靠近上述相邻半径的每个上述敞开端和封闭端限定了靠近同一半径的带有相邻Ｕ形部分的相邻的敞开端和封闭端的上述扇形区，上 述管子的上述盘绕形构形覆盖了至少７０％的上述扇形区。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：彼得P利沃尔塞，约翰M麦卡洛，格伦W史密斯，
申请(专利权)人：巴尔的摩汽圈公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]