RU2435110C2

RU2435110C2 - Cooling unit

Info

Publication number: RU2435110C2
Application number: RU2007108018/06A
Authority: RU
Inventors: Пекка МЯКИНЕН (FI); Пекка МЯКИНЕН
Original assignee: Флэкт Вудз Аб
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2011-11-27
Also published as: KR101335983B1; KR20070090781A; NO339882B1; CN101029757B; FI20060213L; CN101029757A; RU2007108018A; FI20060213A0; DK1830136T3; EP1830136B1; EP1830136A1; NO20071154L; ATE513170T1

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention refers to cooling unit installed in air conditioning systems of buildings in order to cool/heat the air in rooms; at that, inner spaces are cooled/heated with plenum air and cooling elements (7) with liquid circulating cooling agent. Invention implements the cooling/heating functions of intake air, which are performed by cooling unit with cooler with liquid cooling agent, which is connected to the main circuit and passes the cooling agent to cooling devices (7) with circulating liquid cooling agent serving for cooling of inner spaces.

EFFECT: improving reliability.

4 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к блоку охлаждения, который устанавливается в системах кондиционирования воздуха зданий для охлаждения/подогрева воздуха в помещениях, причем внутренние помещения охлаждаются/нагреваются путем подачи воздуха и жидкого хладагента, циркулирующего в охлаждающих элементах.The present invention relates to a cooling unit, which is installed in building air conditioning systems for cooling / heating indoor air, and the interior is cooled / heated by supplying air and liquid refrigerant circulating in the cooling elements.

В настоящее время реализация функции охлаждения в системах кондиционирования воздуха зданий обычно основывается на охлаждении внутреннего пространства посредством как потока охлажденного поступающего (приточного) воздуха, так и охлаждающими устройствами, такими как охладитель, установленными во внутреннем помещении. В охладителях циркулирует охлаждающая среда, такая как вода. Для этой цели охладители воды выдают охлажденную воду, которая циркулирует через охладитель блока для поступающего воздуха и охлаждающие устройства внутреннего пространства. В дополнение к охладителю воды необходимо наличие отдельного испарителя/конденсатора на плоской крыше, предназначенного для передачи тепла, отведенного из внутреннего пространства, наружному воздуху. Поэтому параллельная система кондиционирования воздуха нуждается в трех различных блоках: блок охлаждения для поступающего воздуха, охладитель циркулирующего хладагента и испаритель/конденсатор на плоской крыше.Currently, the implementation of the cooling function in building air conditioning systems is usually based on cooling the interior through both a stream of chilled incoming (supply) air and cooling devices such as a chiller installed in the indoor room. Cooling medium, such as water, circulates in chillers. For this purpose, water chillers produce chilled water, which circulates through the cooler of the block for incoming air and cooling devices of the internal space. In addition to the water cooler, a separate evaporator / condenser on the flat roof is required to transfer the heat removed from the interior to the outside air. Therefore, a parallel air conditioning system needs three different units: a cooling unit for the incoming air, a circulating refrigerant cooler, and a flat-roof evaporator / condenser.

Прототип блока охлаждения, известный под торговой маркой “Cooler” при выборе продуктов заявителем, содержит интегрированный функциональный блок, который может быть связан с механизмами кондиционирования воздуха здания и служит для охлаждения поступающего воздуха, который подают во внутренние пространства здания. Более подробно, этот охладитель является готовым к применению блоком, содержащим установленное на заводе-изготовителе компрессорное оборудование с системой его электропитания и управления. Тепло, отобранное у поступающего воздуха, передается на конденсаторный охладитель, расположенный в потоке отходящего воздуха, и в завершение рассеивается в наружном воздухе вокруг здания. Наибольшим недостатком блока охлаждения стандартного типа является то, что эффект охлаждения распространяется только на приточный воздух. Однако охлаждение только поступающего воздуха не обеспечивает достаточно высокого эффекта охлаждения, если только не используется очень мощный расход воздуха.The prototype cooling unit, known under the brand name “Cooler” when choosing products by the applicant, contains an integrated functional unit that can be connected to the air conditioning mechanisms of the building and serves to cool the incoming air that is supplied to the interior of the building. In more detail, this cooler is a ready-to-use unit containing compressor equipment installed at the factory with its power supply and control system. The heat taken from the incoming air is transferred to a condenser cooler located in the exhaust air stream and finally dissipated in the outdoor air around the building. The biggest drawback of the standard type cooling unit is that the cooling effect extends only to the supply air. However, cooling only the incoming air does not provide a sufficiently high cooling effect, unless a very powerful air flow rate is used.

Целью настоящего изобретения является предложение блока охлаждения нового типа, который может устанавливаться в системе кондиционирования воздуха зданий, причем блок охлаждения способен устранить проблемы применявшихся до сих пор систем и позволяет в значительной мере упростить конструкцию системы. Блок охлаждения согласно изобретению отличается тем, что в дополнение к функции охлаждения/нагрева поступающего воздуха блок охлаждения содержит соединенный с главным контуром охладитель с циркулирующим хладагентом, связанный с элементами охлаждения с циркулирующим хладагентом, которые охлаждают внутренние помещения.The aim of the present invention is to propose a cooling unit of a new type, which can be installed in the air conditioning system of buildings, and the cooling unit is able to eliminate the problems of hitherto used systems and can greatly simplify the design of the system. The cooling unit according to the invention is characterized in that, in addition to the cooling / heating function of the incoming air, the cooling unit comprises a circulating refrigerant cooler connected to the main circuit and connected to circulating refrigerant cooling elements that cool the interior.

Предпочтительный вариант реализации блока охлаждения согласно изобретению отличается тем, что блок охлаждения содержит три компрессора и три теплообменника, из которых один компрессор и один теплообменник применяются для охлаждения поступающего воздуха, а два других компрессора и теплообменника соединяются с элементами охлаждения с циркулирующим хладагентом для внутренних помещений.A preferred embodiment of the cooling unit according to the invention is characterized in that the cooling unit comprises three compressors and three heat exchangers, of which one compressor and one heat exchanger are used to cool the incoming air, and two other compressors and heat exchangers are connected to cooling elements with circulating refrigerant for indoor use.

Ключевым признаком блока охлаждения является то, что теплота конденсации, высвобожденная во время охлаждения, удаляется с помощью испарительно/конденсаторного змеевика, помещенного в блоке охлаждения.A key feature of the cooling unit is that the condensation heat released during cooling is removed by means of an evaporative / condenser coil placed in the cooling unit.

Другой предпочтительный вариант реализации блока охлаждения согласно изобретению отличается тем, что блок охлаждения содержит два компрессора и два теплообменника, которые служат для охлаждения элементов охлаждения с циркулирующим хладагентом для внутренних пространств, и тем, что линия с циркулирующим хладагентом в данном случае связана с другой линией, которая с помощью насоса осуществляет циркуляцию жидкого хладагента через воздухоохладитель для всасываемого воздуха, выполняя таким образом охлаждение поступающего воздуха.Another preferred embodiment of the cooling unit according to the invention is characterized in that the cooling unit contains two compressors and two heat exchangers which serve to cool the cooling elements with circulating refrigerant for the interior spaces, and in that the line with the circulating refrigerant in this case is connected to another line, which, with the help of a pump, circulates liquid refrigerant through an air cooler for intake air, thereby cooling the incoming air.

Еще один предпочтительный вариант реализации блока охлаждения отличается тем, что блок охлаждения включает интегрированную функцию нагрева поступающего воздуха.Another preferred embodiment of the cooling unit is characterized in that the cooling unit includes an integrated function of heating the incoming air.

Блок охлаждения согласно настоящему изобретению встроен в механизм кондиционирования воздуха в качестве унитарной функциональной секции. Дополняя нагрев поступающего воздуха, блок охлаждения согласно изобретению включает в себя соединенный с тем же самым главным контуром испаритель (циркуляционный блок охлаждения), который соединен с охлаждающим контуром охладителей. Такая компоновка позволяет отдельному собранному на заводе-изготовителе блоку обеспечивать все потребности по охлаждению всего здания. В обычных областях применения от водяного охладителя можно отказаться, и излишним становится также отдельный испаритель/конденсатор на плоской крыше.A cooling unit according to the present invention is integrated in the air conditioning mechanism as a unitary functional section. In addition to heating the incoming air, the cooling unit according to the invention includes an evaporator connected to the same main circuit (circulation cooling unit), which is connected to the cooling circuit of the coolers. This arrangement allows a separate unit assembled at the factory to provide all the cooling needs of the entire building. In normal applications, a water cooler can be dispensed with and a separate flat-roof evaporator / condenser also becomes redundant.

Далее изобретение описывается более подробно с помощью приведенных в качестве примера предпочтительных вариантов реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The invention will now be described in more detail using the preferred embodiments given as an example with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг.1 показана конфигурация контура предпочтительного варианта реализации согласно изобретению;figure 1 shows the configuration of the circuit of a preferred embodiment according to the invention;

на фиг.2 показана конфигурация контура второго предпочтительного варианта реализации согласно изобретению;figure 2 shows the configuration of the circuit of the second preferred embodiment according to the invention;

на фиг.3 показана конфигурация контура третьего предпочтительного варианта реализации согласно изобретению;FIG. 3 shows a contour configuration of a third preferred embodiment according to the invention;

на фиг.4 показана конфигурация контура четвертого предпочтительного варианта реализации согласно изобретению.4 shows a contour configuration of a fourth preferred embodiment according to the invention.

На фиг.1 показана конфигурация контура блока охлаждения, в котором компрессор 1 охлаждает поступающий воздух с помощью теплообменника 3. Компрессоры 2 служат для охлаждения с помощью холодильных/охлаждающих теплообменников 4 жидкого хладагента, циркулирующего по системе труб устройств 7 кондиционирования воздуха внутреннего пространства. Насос 6 осуществляет циркуляцию охлажденного жидкого хладагента в устройствах 7 кондиционирования воздуха внутреннего пространства, обеспечивая таким образом охлаждение воздуха в помещении. Теплоотвод компрессоров направляется к испарительно/конденсаторному змеевику 5 блока охлаждения, где тепло, отобранное в ходе процесса охлаждения, передается через блок охлаждения к системе отвода отработанного воздуха из системы кондиционирования воздуха. Выходная мощность компрессоров 1, 2 может подвергаться постадийному контролю и взаимному распределению, так что требующийся эффект охлаждения избирательно передается к любой точке, требующей охлаждения, причем одновременно предотвращается слишком большое повышение температуры отработанного воздуха.Figure 1 shows the configuration of the circuit of the cooling unit, in which the compressor 1 cools the incoming air by means of a heat exchanger 3. Compressors 2 are used to cool liquid refrigerant using cooling / cooling heat exchangers 4 circulating through the pipe system of the internal air conditioning devices 7. The pump 6 circulates the cooled liquid refrigerant in the air conditioning devices 7 of the interior space, thereby providing cooling of the air in the room. The heat sink of the compressors is directed to the evaporative / condenser coil 5 of the cooling unit, where the heat taken during the cooling process is transferred through the cooling unit to the exhaust system from the air conditioning system. The output power of the compressors 1, 2 can be subjected to stepwise control and mutual distribution, so that the desired cooling effect is selectively transmitted to any point requiring cooling, while at the same time an excessively high increase in the temperature of the exhaust air is prevented.

На фиг.2 показана конфигурация контура по второму варианту реализации изобретения. Его расположение в основе своей подобно показанному на фиг.1, в то время как эта компоновка содержит два компрессора вместо трех в варианте реализации, описанном выше, причем здесь компрессоры 1 посредством холодильных/охлаждающих теплообменников 4 охлаждают хладагент, циркулирующий в системе труб 8. Соответственно насос 9 осуществляет циркуляцию хладагента в охладителе для поступающего воздуха, который служит для охлаждения поступающего воздуха. Насос 6 осуществляет циркуляцию охлажденного жидкого хладагента в устройствах 7 кондиционирования воздуха внутреннего пространства, которые выполняют охлаждение воздуха в помещениях. Теплоотвод из компрессоров направляется к испарительно/конденсаторному змеевику 5 блока охлаждения.Figure 2 shows the configuration of the circuit according to the second embodiment of the invention. Its arrangement is basically similar to that shown in Fig. 1, while this arrangement contains two compressors instead of three in the embodiment described above, and here the compressors 1 by means of cooling / cooling heat exchangers 4 cool the refrigerant circulating in the pipe system 8. Accordingly the pump 9 circulates the refrigerant in the cooler for the incoming air, which serves to cool the incoming air. The pump 6 circulates the cooled liquid refrigerant in the air conditioning devices 7 of the interior space, which perform the cooling of the air in the rooms. The heat sink from the compressors is directed to the evaporative / condenser coil 5 of the cooling unit.

При определенных температурных условиях наружного воздуха поступающий воздух должен нагреваться даже в случае, когда воздух во внутреннем помещении здания требует охлаждения. На фиг.3 показана конфигурация контура согласно другому варианту реализации, предлагающая возможность использования охладителя для поступающего воздуха альтернативно для нагрева поступающего воздуха, в то время как вода, циркулирующая в качестве хладагента в системе труб 8, служит для охлаждения устройств кондиционирования воздуха внутреннего помещения. Включение функции нагрева в блок охлаждения дает то преимущество, что позволяет обойтись без отдельного от оборудования кондиционирования воздуха нагревателя поступающего воздуха. К тому же устраняются потери давления на нагревателе поступающего воздуха и уменьшается входная мощность воздуходувок. Отказ от нагревателя уменьшает также пространство, требующееся для оборудования кондиционирования воздуха, по длине машинного отделения с плоской крышей приблизительно на 700 мм, что является значительным выигрышем.Under certain ambient temperature conditions, the incoming air must be heated even when the air in the building's interior requires cooling. Figure 3 shows the configuration of the circuit according to another embodiment, offering the possibility of using a cooler for the incoming air, alternatively for heating the incoming air, while the water circulating as a refrigerant in the pipe system 8 serves to cool the indoor air conditioning devices. The inclusion of the heating function in the cooling unit offers the advantage of avoiding the incoming air heater separate from the air conditioning equipment. In addition, pressure losses at the incoming air heater are eliminated and the input power of the blowers is reduced. The refusal of the heater also reduces the space required for air conditioning equipment along the length of the engine room with a flat roof by approximately 700 mm, which is a significant gain.

Как показано более подробно на фиг.3, схема настоящего варианта реализации функционирует следующим образом: компрессоры 1 охлаждают посредством теплообменников 4 хладагент, циркулирующий в системе труб 8. Насос 6 осуществляет циркуляцию охлажденного хладагента в устройствах 7 кондиционирования воздуха внутреннего пространства, которые осуществляют охлаждение воздуха в помещении. Установленный в помещении насос 9 осуществляет циркуляцию хладагента из той же системы труб через теплообменник 3 поступающего воздуха (жидкостной/воздушный теплообменник). Этот контур охлаждения 12 отключается от циркуляции жидкого хладагента в устройствах охлаждения воздуха в помещении клапаном 11. Тепловая энергия, которая требуется для нагрева поступающего воздуха, вводится во вспомогательную схему 12 через жидкостно-жидкостной теплообменник 10. Благодаря наличию контуров 8, 12, действующих по отдельности друг от друга, можно использовать эти два контура при различных уровнях температуры. Поэтому охлаждающие устройства кондиционирования воздуха во внутреннем пространстве могут снабжаться жидким хладагентом, который охлаждается в испарителе 4, и в то же время теплая вода может подаваться в теплообменник 3 для поступающего воздуха при одновременном нагреве поступающего воздуха до нужной заданной температуры поступающего воздуха.As shown in more detail in FIG. 3, the diagram of the present embodiment operates as follows: the compressors 1 cool through the heat exchangers 4 the refrigerant circulating in the pipe system 8. The pump 6 circulates the cooled refrigerant in the indoor air conditioning devices 7, which cool the air in indoors. A pump 9 installed in the room circulates the refrigerant from the same pipe system through the incoming air heat exchanger 3 (liquid / air heat exchanger). This cooling circuit 12 is disconnected from the liquid refrigerant circulation in the indoor air cooling devices by the valve 11. The thermal energy that is required to heat the incoming air is introduced into the auxiliary circuit 12 through a liquid-liquid heat exchanger 10. Due to the presence of circuits 8, 12, acting separately apart, these two circuits can be used at different temperature levels. Therefore, the cooling devices for air conditioning in the interior can be supplied with liquid refrigerant, which is cooled in the evaporator 4, and at the same time, warm water can be supplied to the heat exchanger 3 for incoming air while heating the incoming air to the desired set temperature of the incoming air.

Изобретение позволяет также осуществить использование низкой температуры наружного воздуха для охлаждения жидкого хладагента, циркулирующего в устройствах кондиционирования воздуха внутреннего пространства, и благодаря этому «свободная циркуляция» происходит при остановленных компрессорах. Когда водяной хладагент, циркулирующий в системе труб устройств кондиционирования воздуха внутреннего пространства, здесь также проходит через охладитель змеевик блока охлаждения для поступающего воздуха, становится возможным применить эти средства охлаждения со «свободной циркуляцией», когда здание нуждается в охлаждении, а наружный воздух имеет достаточно низкую температуру, т.е. около 10-15°С, позволяющую достичь охлаждающего эффекта. Охлаждение путем “свободной циркуляции” также позволяет обеспечить эффект охлаждения за счет прохождения холодного наружного воздуха через охладитель для поступающего воздуха, чтобы быть переданным к системе труб устройств кондиционирования воздуха внутреннего пространства и оттуда к требуемому внутреннему пространству. Охлаждение путем «свободной циркуляции» позволяет значительно снизить расход электроэнергии в здании.The invention also allows the use of low outdoor temperatures to cool the liquid refrigerant circulating in the air conditioning devices of the internal space, and due to this, “free circulation” occurs when the compressors are stopped. When the water refrigerant circulating in the pipe system of the air conditioning devices of the internal space here also passes through the cooler the coil of the cooling unit for the incoming air, it becomes possible to use these cooling means with “free circulation” when the building needs to be cooled and the outside air is quite low temperature i.e. about 10-15 ° C, allowing to achieve a cooling effect. Cooling by “free circulation” also provides a cooling effect by passing cold outside air through the cooler for incoming air to be transferred to the pipe system of the air conditioning apparatus of the interior and from there to the desired interior. Cooling through "free circulation" can significantly reduce the energy consumption in the building.

Далее рассмотренная выше «свободная циркуляция» разъясняется более подробно со ссылкой на фиг.4. Жидкий хладагент, возвращающийся из охлаждающих устройств 7, направляют через клапан 11 в охладитель 3 поступающего воздуха блока охлаждения. В этом случае температура хладагента составляет около 19°С. Жидкий хладагент охлаждается в охладителе 3 для поступающего воздуха до температуры, например 17°С. Охлажденный хладагент пропускают вперед к испарителю 4 блока охлаждения, где он охлаждается дополнительно, так что в заключение жидкий хладагент охлаждается до температуры приблизительно, например, 15°С, необходимой для работы системы труб устройств кондиционирования воздуха внутреннего пространства. Охлаждение жидкого хладагента в охладителе для поступающего воздуха становится возможным, когда температура наружного воздуха ниже 19°С.Next, the “free circulation” discussed above is explained in more detail with reference to FIG. The liquid refrigerant returning from the cooling devices 7 is directed through the valve 11 to the cooler 3 of the incoming air of the cooling unit. In this case, the refrigerant temperature is about 19 ° C. The liquid refrigerant is cooled in the cooler 3 for incoming air to a temperature of, for example, 17 ° C. The cooled refrigerant is passed forward to the evaporator 4 of the cooling unit, where it is additionally cooled, so that in conclusion, the liquid refrigerant is cooled to a temperature of approximately, for example, 15 ° C, necessary for the operation of the pipe system of the air conditioning devices of the internal space. Cooling of the liquid refrigerant in the cooler for the incoming air becomes possible when the outdoor temperature is below 19 ° C.

Для специалиста в данной области техники очевидно, что изобретение не ограничивается описанными выше и приведенными в качестве примеров вариантами реализации, но скорее всего может варьироваться в пределах сущности и объема прилагаемой Формулы изобретения. Охлаждающая среда устройств кондиционирования воздуха внутреннего пространства с циркуляцией жидкого хладагента может относиться к жидкости любого типа, применяемой в этой области применения в соответствии с соблюдением местных требований. Кроме того, количество компрессоров и теплообменников, упомянутых в пунктах формулы изобретения и выше в описании, приведено только в качестве примера и может варьироваться по желанию.For a person skilled in the art it is obvious that the invention is not limited to the embodiments described above and given as examples, but most likely may vary within the essence and scope of the attached claims. The cooling medium of the internal air conditioning devices with liquid refrigerant circulation can be any type of liquid used in this field of application in accordance with local requirements. In addition, the number of compressors and heat exchangers mentioned in the claims and above in the description is given only as an example and may vary as desired.

Claims

1. The cooling unit installed in the air conditioning systems of buildings for cooling / heating indoor air, and the interior spaces are cooled / heated by the incoming air and cooling elements (7) with liquid circulating refrigerant, and in addition to the cooling / heating function of the incoming air, the cooling unit contains a circulating refrigerant cooler connected to the same main circuit, connected to circulating refrigerant cooling elements (7) that cool the inside An early space, characterized in that the cooling unit contains two compressors (1) and two heat exchangers (4), used to cool the cooling elements (7) with circulating refrigerant for the internal spaces and in that the line with the circulating refrigerant is connected to another line which, using a pump (9), circulates the refrigerant through the air cooler (3) for the incoming air, thereby cooling the incoming air.

2. The cooling unit according to claim 1, characterized in that the cooling unit includes an integrated function of heating the incoming air.

3. The cooling unit according to claim 1, characterized in that the low outside temperature is used to cool the liquid refrigerant circulating in the indoor air conditioning devices (7).

4. The cooling unit according to claim 3, characterized in that the liquid refrigerant returning from the internal air conditioning devices (7) with circulation of the liquid refrigerant is directed through the valve (11) to the air cooler (3) for the incoming air of the cooling unit for the incoming air moreover, the liquid refrigerant is cooled, after which the refrigerant passes to the evaporator (4) for further cooling.