具有至少一个多通路热交换器的热交换器组件以及用于操作热交换器组件的方法
阅读说明：本技术 具有至少一个多通路热交换器的热交换器组件以及用于操作热交换器组件的方法 (Heat exchanger assembly with at least one multi-channel heat exchanger and method for operating a heat exchanger assembly ) 是由 阿尔弗雷德·埃尔哈德 汉斯约尔格·布伦特罗普 于 2020-03-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有至少一个多通路热交换器的热交换器组件,该热交换器组件包括第一分配器(1)、第二分配器(2)、至少一个第一偏转分配器(4)以及多个管路(5),第一分配器(1)具有用于连接到流体管线(9)上的第一连接件(1a),第二分配器(2)具有用于连接到流体管线(9)的第二连接件(2a),流体(特别是水)可以流动穿过多个管路(5),其中第一分配器(1)和第二分配器(2)被布置在热交换器组件的一个端部(A)处,偏转分配器(4)被布置在相对的端部(B)处并且多个管路(5)从一个端部(A)延伸到相对的端部(B),并且其中,第一连接件(1a)布置在第一分配器(1)的最低点(T)处或至少接近最低点(T),并且第二连接件(2a)布置在第二分配器(2)的最低点(T)处或至少接近最低点(T)。为了允许热交换器组件快速地填充有流体并且快速地排空,第三连接件(3)布置在第一分配器(1)和/或第二分配器(2)上、在对应分配器(1或2)的最高点(H)处或至少接近最高点(H),并且至少一个通风开口(10)设置在偏转分配器(4)的最高点(T)或至少接近最高点(T),以用于与环境进行压力平衡。(The invention relates to a heat exchanger assembly having at least one multichannel heat exchanger, comprising a first distributor (1) having a first connection (1a) for connecting to a fluid line (9), a second distributor (2) having a second connection (2a) for connecting to a fluid line (9), at least one first distributor deflector (4) and a plurality of lines (5), through which a fluid, in particular water, can flow, wherein the first distributor (1) and the second distributor (2) are arranged at one end (A) of the heat exchanger assembly, the deflector distributor (4) is arranged at an opposite end (B) and the plurality of lines (5) extend from one end (A) to the opposite end (B), and wherein the first connection (1a) is arranged at or at least close to the lowest point (T) of the first distributor (1) and the second connection (2a) is arranged at or at least close to the lowest point (T) of the second distributor (2). In order to allow the heat exchanger assembly to be quickly filled with fluid and quickly emptied, the third connection (3) is arranged on the first distributor (1) and/or the second distributor (2) at or at least close to the highest point (H) of the respective distributor (1 or 2), and at least one ventilation opening (10) is provided at or at least close to the highest point (T) of the deflector distributor (4) for pressure equalization with the environment.)
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个多通路热交换器的热交换器组件，该热交换器组件包括第一分配器和第二分配器以及至少一个第一偏转分配器和多个管路，每个分配器具有用于连接到流体管线的连接件，流体(特别是水)可以流过穿过管路。本发明进一步涉及一种用于操作这种类型的热交换器组件的方法。
背景技术
具有至少一个多通路热交换器的这种热交换器组件可以用作例如冷却系统中的再冷却器，以用于冷却用作冷却系统中的热传递介质的流体。再冷却器通常放置在待冷却装置的外部，例如建筑物的外部。如果使用水作为热传递介质，因此，在安装再冷却器的位置处出现结霜的情况下，存在热传递介质冻结的风险。
因此，从现有技术中已知具有热交换器组件的冷却系统，该热交换器组件允许再冷却器在防冻模式下被排空。例如，从WO2018/184908A1中已知使用循环水作为热传递介质的冷却系统，该冷却系统包含再冷却器和水箱，其中再冷却器包括在第一端部区域处的入口收集器和出口收集器以及具有第一分支和第二分支的偏转收集器，该第一分支和第二分支相对于彼此在其与第一端部区域相对的第二端部区域处布置成V形。偏转收集器的第一分支和第二分支经由布置在其上端部处的连接分支彼此连接，其中，通风开口被布置在连接分支中。在流动方向上上升的第一管线布置在入口收集器与偏转收集器的第一分支之间延伸，并且在流动方向上下降的第二管线布置在偏转收集器的第二分支与出口收集器之间延伸。非增压水箱在入口收集器处连接至入口并且在出口收集器处连接至出口，使得储存在水箱中的冷却水可在闭合回路中被引导通过再冷却器。为了通风，水箱经由通风管线连接至再冷却器，该通风管线流入到偏转收集器的连接分支上的通风开口中。由此形成的再冷却器具有串联连接的两个单通路寄存器，单通路寄存器具有第一管组件和第二管组件，该第一管组件形成为将入口收集器连接至偏转收集器并形成第一单通路寄存器的供应管线，第二管组件形成第二单通路寄存器，第二单通路寄存器在偏转收集器与出口收集器之间运行，以将偏转收集器连接到出口收集器。在再冷却模式中，传导通过管线布置的水通过与吸入的环境空气进行热交换而被冷却。为此目的，储存在水箱中的冷却水借助于循环泵被引导通过再冷却器。如果存在结霜的风险，为了排空再冷却器，该已知的冷却系统规定关闭循环泵。当循环泵关闭时，由于偏转收集器的恒定通风与两个单通路寄存器的两个管线布置的梯度结合，再冷却器自动排空。
然而，具有一个或更多个串联连接的单通路寄存器(单通路热交换器)的热交换器组件与其中冷却介质经过热交换器若干次的多通路系统相比具有更低的冷却效率。因此，经常使用具有多通路寄存器的热交换器组件来提高冷却效率并且增加冷却能力。如果要实现在100kW与1500kW之间的冷却能力，这是特别必要的。
例如，从WO 90/15299-A中已知一种具有双通路寄存器的冷却组件。其中用作热传递介质的冷却水流动通过冷却系统的热交换器两次(2通路热交换器)。为此目的，提供了一种热交换器，该热交换器具有布置在热交换器一个端部处的入口收集器以及布置在相对的端部处的出口收集器以及偏转收集器，其中，形成为供应管线的管路在入口收集器与偏转收集器之间延伸，并且形成为再循环管线的管路在偏转收集器与出口收集器之间延伸。在再冷却模式中，冷却水首先在第一通路中被传导通过供应管线并且在第二通路中被传导通过再循环管线。当冷却水通过2通路热交换器的管路时，与由风扇吸入并通过2通路热交换器传导的环境空气的空气流进行热交换，以便冷却冷却水。
当在遭受结霜的区域中使用多通路热交换器时，存在以下风险：多通路热交换器不能足够快或完全被排空以防止热传递介质(尤其是冷却水)冻结。特别是当位于多通路热交换器中的热传递介质的温度由于环境温度的快速降低或对热交换器的强风影响而非常快地下降时，甚至当使用多通路热交换器时，必须确保热交换器可以在非常短的时间段内被完全排空以便防止热传递介质冻结。然而，由于热传递介质多次流过的长管路以及热传递介质通过多通路热交换器的管路的所得长传输路径，所以多通路热交换器的快速排空是困难的。(供应管线和再循环管线的)管路的长度可以在3m与15m之间。出于相同的原因，一旦已经经过结霜的风险，当恢复再冷却模式时快速再填充多通路热交换器也是困难的。
发明内容
基于此，本发明的目的是展示一种具有至少一个多通路热交换器的热交换器组件，该热交换器组件具有尽可能高的效率的高冷却能力并且当存在结霜风险时可以尽可能快且完全地排空，并且该热交换器组件还可以在结霜风险已经结束之后尽可能快地再填充热传递介质以用于再冷却模式的恢复。
根据本发明，这些目的通过具有权利要求1的特征的热交换器组件和权利要求20的特征的方法来实现。进一步有助于实现该目的的是根据权利要求19的冷却系统，其中根据本发明的热交换器组件被用作用于冷却用作热传递介质的流体的再冷却器。
根据本发明的热交换器组件包括至少一个多通路热交换器，特别是2通路热交换器或4通路热交换器以及至少一个第一偏转分配器和多个管路，其中该热交换器或每个热交换器包括第一分配器和第二分配器，每个分配器具有用于连接至流体管线的连接件，流体(特别是用作热传递介质的水)可以流动通过管路。在此，第一分配器和第二分配器布置在热交换器组件的一个端部处，第一偏转分配器布置在热交换器组件的相对的端部处，而且管路从一个端部延伸到相对的端部，以便将第一分配器和第二分配器连接到偏转分配器中的一个偏转分配器。在此，第一连接件布置在第一分配器的最低点处或至少接近第一分配器的最低点，第二连接件布置在第二分配器的最低点处或至少接近第二分配器的最低点。此外，第三连接件在第二分配器的最高点处或至少接近第二分配器的最高点处布置在第二分配器上。
当提及分配器的最高点时，所意指的是对应的分配器的大地测量学上的最高点。在提及最低点时，所意指的是在各自情况下对应的装置(分配器)的大地测量学上的最低点，特别是指相对于竖直方向所见的最低点。这还包括至少在大地测量学上的最高点或大地测量学上的最低点附近的点。
通过设计根据本发明的具有至少一个多通路热交换器的热交换器组件，可以实现使用用作热传递介质的流体快速排空和快速填充多通路热交换器，在排空操作中存在结霜风险的情况下，由于管路相对于水平方向的倾斜，流体可通过重力同时从所有管路流出到第一分配器和第二分配器以及第三偏转分配器中，并且在每种情况下经由布置在第一分配器和第二分配器以及第三偏转分配器的最低点处的连接件(第一或第二连接件)从那里流出到连接至连接件的流体管线中。以相应的方式，流体可在填充模式下克服重力从第一分配器和第二分配器同时非常快速地引入到多通路热交换器的所有管路中。这显著减少了排空或填充热交换器时的排空时间或填充时间，由于在热交换器组件的再冷却模式期间流体不根据流动路径被引入到多通路热交换器中，但可同时经由第一分配器和第二分配器流入或流出多通路热交换器的所有管路。
通过管路相对于水平面的倾斜度的辅助，流体在排空模式中快速流出多通路热交换器的管路。便利地彼此平行的管路优选地包括与水平方向成0.5°与5°之间的角度，更优选2°与4°之间的角度，特别是3°。
例如，多通路热交换器可以是2通路热交换器，其中，流体通过热交换器的管路流动两次并且由此与冷却空气热交换，冷却空气方便地通过一个或更多个风扇从环境中吸入并且被传导通过热交换器。
每个多通路热交换器的管路由此被分成第一组管路和第二组管路，其中第一组管路用作供应管线，第二组管路用作再循环管线。在再冷却模式中，例如，流体可经由第一连接件引入到形成为入口分配器的第一分配器中，并且流体在第一通路中流动通过2通路热交换器的供应管线(第一组管路)到达第一偏转分配器，并且从第一偏转分配器偏转到回流管线(第二组管路)中，然后使流体可以在再循环管线中的第二通路中回流至第二分配器(出口分配器)。流体经由布置在第二分配器的最高点处的第三连接件离开2通路热交换器。在该过程中，这两个分配器(第一分配器和第二分配器)也可以彼此互换，即，流体可以首先流入到形成为入口分配器的第二分配器中，并且流出形成为出口分配器的第一分配器。
多通路热交换器还可以是4通路热交换器，其中，流体在与冷却空气热交换的同时流动四次通过热交换器的管路。除了第一分配器和第二分配器和第一偏转分配器之外，在4通路热交换器中设置有第二偏转分配器和第三偏转分配器，其中，第一分配器和第二分配器以及第三偏转分配器位于热交换器组件的一个端部处，第一偏转分配器和第二偏转分配器位于热交换器组件的相对的端部处，并且管路从一个端部延伸到相对的端部以将第一分配器和第二分配器连接到偏转分配器中的一个偏转分配器。在此，连接件再次布置在第一分配器和第二分配器(第一和第二连接件)的最低点处或至少接近最低点，且在第二分配器上，第三连接件再次布置在第二分配器的最高点处或至少接近最高点。第四连接件方便地布置在第三偏转分配器的最低点处或至少接近第三偏转分配器的最低点。
例如，在4通路热交换器的再冷却模式中，流体可经由第一连接件引入到第一分配器中，第一分配器形成为入口分配器，流体在第一通路中流过4通路热交换器的供应管线(第一组管路)到第一偏转分配器，并从第一偏转分配器偏转到再循环管线(第二组管路)中，使得流体然后在再循环管线中的第二通路中流回到热交换器组件的第一端部处的第三偏转分配器，并在那里从第三偏转分配器偏转回到第一组管路(供应管线)中，并在第三通路中流到第二偏转分配器，并在那里再次偏转到第二组管路(再循环管线)中，最后在第四通路中流回到第二分配器(出口分配器)中。流体经由布置在第二分配器的最高点处的第三连接件离开多通路热交换器。在该过程中，这两个分配器(第一分配器和第二分配器)也可以彼此互换，即，流体可以首先流入形成为入口分配器的第二分配器中，并且流出形成为出口分配器的第一分配器。
为了确保在填充模式和再冷却模式期间多通路热交换器始终完全填充有流体(这可以提高效率)，优选地，对于2通路热交换器和4通路热交换器两者，流体通过第一连接件(在第一分配器的最低点处)进入热交换器，并在第三连接件(在第二分配器的最高点处)离开热交换器。优选地，分配器(第二分配器)(该分配器在其最高点处包含第三连接件)被布置在热交换器组件的外侧上，即朝向流入表面。
为了与环境(即，与大气空气压力)进行压力平衡，通风开口被布置在偏转分配器中的至少一个偏转分配器上，特别是布置在第一偏转分配器上并且在4通路热交换器的情况下布置在第二偏转分配器上。通风开口方便地位于对应的偏转分配器的最高点处或最高点附近。由此可以确保偏转分配器的完全通风。
分配器(即，第一分配器和第二分配器以及每个偏转分配器)可各自形成为管状歧管。分配器的管道可以垂直于它们的纵向轴线布置，或者相对于竖直方向倾斜。
如果热交换器组件包括彼此相对布置的两个多通路热交换器，这两个多通路热交换器相对于竖直方向倾斜并且相对于彼此以V形布置，则可以实现热交换器组件的高热交换效率和紧凑设计。对应于热交换器的这种倾斜组件，管状分配器(第一分配器和第二分配器以及偏转分配器)也相对于竖直方向倾斜。
当第一偏转分配器和第二偏转分配器包含在具有布置在其中的隔板的共用集管中时，可实现特别紧凑的设计，其中，隔板将共用集管分成形成第一分配器的流入区域和形成第二分配器的流出区域。以相应的方式，在4通路热交换器的情况下，每个在热交换器组件的另一端处彼此相邻布置的第一偏转分配器和第二偏转分配器，还可以布置在具有隔板壁的共用集管中，该隔板壁将集管分成至少两个区域：形成第一偏转分配器的第一区域和形成第二偏转分配器的第二区域。
以相应的方式，在4通路热交换器的情况下，第一分配器、第二分配器和第三偏转分配器各自在热交换器组件的一个端部处彼此相邻地布置，还可以布置在共用集管中，集管进而包含分离元件，该分离元件将集管至少分成流入区域(其形成第一分配器)、流出区域(其形成第二分配器)和偏转区域(其形成第三偏转分配器)。第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件布置在共用集管中，第一连接件布置在流入区域中的共用集管的最低点处，第二连接件布置在流出区域中的共用集管的最高点处，第三连接件布置在流出区域中的共用集管的最低点处，第四连接件布置在偏转区域的最低点处。
为了能够打开或关闭第一连接件和第二连接件，如果适用的话，第四连接件设置在4通路热交换器中，第一连接件和第二连接件分别设置在相应的分配器(第一分配器和第二分配器，如果适用的话，第三偏转分配器)的最低点处，取决于热交换器组件的操作模式，可控阀优选地与这些连接件中的每一个连接件相关联。具体地，可控阀可以被布置在对应的连接件(第一连接件、第二连接件或第四连接件)中。可控阀可以例如液压地、气动地或电力地致动。
在热交换器组件的方便的实施例中，第一分配器和第二分配器以及第三偏转分配器被布置在热交换器组件的前侧端部处，并且第一偏转分配器和第二偏转分配器被布置在热交换器组件的相对的后表面处。在4通路热交换器的情况下，第三偏转分配器布置在邻近第一分配器和第二分配器的前表面上，第二偏转分配器布置在邻近第一偏转分配器的后表面上。因此，可以确保满足冷却能力方面的要求的热交换器组件和尺寸的紧凑设计。
根据本发明的热交换器组件可以按2通路和4通路形式在不同运行模式中运行，特别是在再冷却模式中；在结霜风险的情况下是排空模式；用于热交换器组件的初始填充或者用于在结霜风险结束之后进行再填充的填充模式，并且在存在结霜风险的情况下或者如果结霜持续存在的情况下在热交换器组件已经被排空之后处于待机模式。提供了一种用于控制热交换器组件的控制装置，该控制装置用于将热交换器组件从一种运行模式切换到另一种运行模式。热交换器组件的控制(并且特别是适当操作模式的设置)是根据环境参数的函数(诸如外部温度和在热交换器组件的安装地点的风速)来执行的。为了检测环境参数，传感器(特别是用于检测外部温度的温度计和用于检测风速的风速计)被方便地提供并耦接到控制装置。由传感器检测到的环境参数的测量值被供应给控制装置。除了环境参数(诸如外部温度和风速)之外，在流体进入热交换器组件时流体的入口温度经由附加的传感器(特别是温度计)被方便地检测。此外，流入热交换器组件中或流出热交换器组件的流体的体积流速可以经由压力传感器或流量传感器来测量并且被传递至控制装置。控制装置基于所供应的测量值(特别考虑流体的外部温度和入口温度)来计算流体离开热交换器组件时的流体的预测出口温度。如果所计算的输出温度大于或等于预定的极限值，则控制装置操作热交换器组件从再冷却模式切换到排空模式。在低于流体(优选地是水)的凝固点的低的外部温度下，当流体离开热交换器组件时，可以根据所计算出的流体的输出温度来检测流体冻结的风险。在这种情况下，为了防止流体在管路或热交换器组件的热分配器中的分配器中冻结，控制装置尽可能快地切换至排空模式，在该排空模式中，管路中的流体可同时流出所有管路而进入到第一分配器和第二分配器以及第三偏转分配器，其可能存在(在4通路热交换器的情况下)，并且从那里穿过在每种情况下布置在这些分配器的最低点处的连接件(第一连接件、第二连接件和第四连接件)进入到流体管线，该流体管线从具有结霜风险的区域与这些连接件连接。
附图说明
从下面参照附图更详细地描述的示例性实施例，本发明的这些和其他特征和优点将变得明显。在附图中：
图1：是根据本发明的热交换器组件的第一示例性实施例的视图，在热交换器组件的前表面视图中，该热交换器组件具有相对于彼此以V形布置的两个4通路热交换器；
图2：是图1的4通路热交换器组件的侧视图；
图3：是图1和图2的热交换器组件的不同操作模式的示意图，其中图3a示出了再冷却模式，图3b示出了填充模式，并且图3c示出了热交换器组件的多通路热交换器的排空模式；
图4：是根据本发明的热交换器组件的第二示例性实施例的视图，在热交换器组件的前表面视图中，该热交换器组件具有相对于彼此以V形布置的两个2通路热交换器；
图5是朝向图4的2通路热交换器组件的后表面的视图；
图6：是根据本发明的热交换器组件的第二示例性实施例的概述图，在热交换器组件的前表面的视图(图6a)中以及2通路热交换器组件的后表面视图(图6b)和侧视图(图6c)，该热交换器组件具有相对于彼此以V形布置的两个2通路热交换器；
图7：是图6的2通路热交换器组件的不同操作模式的示意图，其中图7a示出了再冷却模式，图7b示出了填充模式以及图7c示出了2通路热交换器的排空模式；
图8：借助于水平面的2通路热交换器的截面图示出了图7的2通路热交换器组件的各种操作模式的图示，其中，图7a示出了再冷却模式，图7b示出了填充模式，以及图7c示出了2通路热交换器的排空模式；
图9：是包含根据本发明的热交换器组件的冷却系统的示意图，该热交换器组件具有两个相对的2通路热交换器，其中图9a以正视图和侧视图示出了整个冷却系统以及其中使用的热交换器组件，以及图9b示出了热交换器组件的区域中的来自图9a的详细视图；
图10：是图9的冷却系统的热交换器组件的不同操作模式的示意图，其中图10a示出了处于再冷却模式的热交换器组件，图10b示出了处于排空模式的热交换器组件，以及图10c示出了处于填充模式的热交换器组件；
图11：是根据本发明的具有两个热交换器组件的组合的冷却系统的另一个示例性实施例的示意图；
图12：是来自图11的热交换器组件的组合的可能操作模式的示意图。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的热交换器组件的示例性实施例，该热交换器组件可以用作用于冷却在冷却系统中用作热传递介质的流体的再冷却器R。特别地，水可用作热传递介质。在下文中，术语水是指用作热传递介质的流体，其中另一种流体也可以用作热传递介质而不是水。
图1和图2中所示的热交换器组件包括两个4通路热交换器，该两个4通路热交换器包含相对于竖直方向倾斜地延伸的相对的平面热交换器。如从图1的视图可见，两个热交换器被布置成相对于彼此呈V形。下面解释布置在图1的右手侧的热交换器的结构。布置在热交换器组件的左手侧上的相对的热交换器是类似地构造的。这两个热交换器被附接到热交换器组件的壳体21。每个热交换器包括形成为入口分配器的第一分配器1、形成为出口分配器的第二分配器2、以及第一偏转分配器4、第二偏转分配器6和第三偏转分配器8、以及多个管路5。第一分配器1、第二分配器2和第三偏转分配器8布置在热交换器组件的前面端部A处。第一偏转分配器4和第二偏转分配器6各自布置在热交换器组件的相对的端部B处，即，布置在后表面处。管路5在热交换器组件的纵向方向L上从一个端部A延伸到相对的端部B。由此，管路5被分为第一组管路5a和第二组管路5b，其中，第一组管路5a用作供应管线，第二组管路5b用作再循环管线。第一组管路5a(供应管线)中的一些分管路5将第一分配器1(入口分配器)连接至第一偏转分配器4，并且第二组管路5b(回流管线)中的一些管路5将第一偏转分配器4连接至第三偏转分配器8。第一组管路5a(供应管线)的一些管路进而将第三偏转分配器8连接至第二偏转分配器6，第二组管路5b(回流管线)中的一些管路进而将第二偏转分配器6连接至第二分配器2(出口分配器)，如图3所示。供应管线和再循环管线的管路5至少基本上平行于彼此延伸并且略微倾斜于水平方向，如在图2中可见。管路5相对于水平方向的倾斜角度优选在0.5°与5°之间，特别优选在2°与4°之间，并且在优选的示例性实施例中，管路与水平面之间的角度是3°。
第一连接件1a被布置在第一分配器1(入口分配器)上、在这个分配器1的最低点T处。第二连接件2a也布置在第二分配器2(出口分配器)上的相应位置处，即最低点T处。在第二分配器2(出口分配器)上，被称为第三连接件3的附加连接件被布置在最高点H处。称为第四连接件的连接件7同样布置在第三偏转分配器8的最低点T处。
布置在热交换器组件的相对的端部B处的偏转分配器(第一偏转分配器4和第二偏转分配器6)各自具有在最高点H处的通风开口10，如图2所示。通风开口10方便地布置在形成为管状歧管的偏转分配器4、6的上端。管状偏转分配器4、6的相对的下端是封闭的。方便地，阀11布置在每个通风开口10中，通风开口10可以通过该阀打开或关闭。然而，还可以省略在通风开口10中的阀的使用。
用于打开和关闭每个连接件3、7的可控阀V至少插入在第二连接件2a中和第四连接件7中，第二连接件2a布置在第二分配器2(出口分配器)的下端处，第四连接件7布置在第三偏转分配器8的下端处(图2)。对应的阀V可以替代地被放置在另一个位置处，例如在连接至对应的连接件3、7上的流体管线中。阀V可以彼此独立地被控制，以便彼此独立地打开或关闭(下部)连接件3和7。
图3示意性地示出了热交换器组件的不同操作模式。在图3a所示的再冷却模式中，例如，水作为热传递介质被引导通过热交换器组件的管路5(供应管线5a和再循环管线5b)。同时，(冷)环境空气通过布置在热交换器组件的上侧上的至少一个风扇12从环境中吸入，如图1和图2所示，并且引导通过热交换器组件的热交换器，以在引导通过管路5的热传递介质(水)与吸入的空气之间进行热交换。为了增加热传递效率，翅片22被附接到管路5(图3)以便增加有效的热传递面积。在所示的示例性实施例中，热交换器相应地是翅片管或翅片管热交换器。代替传统的翅片管或翅片管热交换器，微通道热交换器也可用在根据本发明的热交换器组件中。
在图3a中示意性示出的再冷却模式中，用作热传递介质的流体经由第一连接件1a被引入到第一分配器1(入口分配器)中，并且从那里被引导穿过第一组管路5a(供应管线)中的管路5的一部分到达第一偏转分配器4并且在其中被偏转到第二组管路5a(回流管线)中的管路的一部分中。流体流过再循环管线至第三偏转分配器8，在第三偏转分配器8处，流体再次偏转到第一组管路5a(供应管线)的管路5的一部分中。流体在供应管线中流动至第二偏转分配器6并且在供应管线中再次偏转至第二组管路5a(再循环管线)的管路的一部分中并且最终流动至第二分配器2(出口分配器)中。流体由出口分配器2通过第三连接件3抽出，该第三连接件3被布置在出口分配器2的顶端处并且作为冷却介质经由连接至第三连接件3的流体管线9被引导至冷却介质储器(箱B)中或直接引导至有待冷却的耗能装置。
在根据图3a的再冷却模式中，连接件2a、7(第二连接件和第四连接件)由布置在其中的相应的阀V关闭。
图3b是处于填充模式的热交换器组件的示意图，其中热交换器可以首次填充或可以在排空之后用流体再填充。在填充模式中，分别布置在第二分配器2和第三偏转分配器8的下端处的下部连接件2a和下部连接件7(第二连接件和第四连接件)是打开的。因此，流体可经由布置在两个分配器1、2和第三偏转分配器8中的每一个的下端处的连接件1a、2a和7同时填充到第一分配器1、第二分配器2和第三偏转分配器8中。如图3b所示，流体随后沿相同的流动方向从热交换器组件的一个端部A同时流动通过所有管路5(即，通过供应管线5a和再循环管线5b两者)到相对地端部B。由于管路5朝向前端部A倾斜，管路5中的流体由此克服抗重力沿布置在后表面端部B处的偏转分配器4、6的方向向上流动。存在于第一偏转分配器4和第二偏转分配器6中的空气通过在这两个偏转分配器4、6的上端部处的通风开口10被推出，由此两个偏转分配器4、6被通风。为了防止在热交换器完全填充有填充流体时流体从通风开口10逸出，自闭合阀11方便地布置在通风开口10中。一旦由于进入的流体在阀中产生内部压力，阀11就自动地关闭通风开口10。
为了确定热交换器组件何时完全填充流体，借助于压力传感器(P)来检测热交换器组件中的流体的流体静压力。一旦由压力传感器(P)检测到的流体静压力超过预定压力极限值，热交换器组件就从填充模式切换到再冷却模式。可替代地，热交换器组件的控制装置S还可以根据该组件的参数来计算预期填充时间，并且在用流体填充热交换器组件时，一旦所计算的填充时间已经过去就可以终止填充模式。
相反地，类似于用流体填充热交换器组件，还可以通过打开第二连接件2a中或第二连接件2a上和第四连接件7上的阀V来快速地排空热交换器组件。图3c示出了热交换器组件的排空模式，其中，在第二连接件2a和第四连接件7中具有打开的阀V，流体可通过重力从所有管路5(即，从供应管线5a和再循环管线5b两者)同时流动并沿着管路5的倾斜方向从后端B到前端A在相同的流动方向上流入到第一分配器1和第二分配器2中，并流入到第三偏转分配器8中。由此，流体的流动一方面通过管路5朝向前端部A的倾斜部和另一方面通过第一偏转分配器4和第二偏转分配器6经由通风开口10的通风而便利。为了第一偏转分配器4和第二偏转分配器6的通风，通风开口10中的阀11被打开，使得环境空气可以通过通风开口10流入偏转分配器4、6中。最后，流体可通过下部连接件1a、2a和7(第一连接件、第二连接件和第三连接件)流出，进入到连接至连接件1a、2a和7的流体管线(这里未示出)中。
根据本发明的热交换器的设计允许快速填充流体并且(在出现结霜风险的情况下)快速排空热交换器组件，由于流体能够在填充和流出期间同时且沿相同的流动方向通过热交换器组件的所有管路5流入和流出。
图4和图5示出了根据本发明的热交换器组件的另一个示例性实施例，其中，所展示的热交换器组件包括两个2通路热交换器，这两个2通路热交换器被布置成彼此相对的V形并且相对于竖直方向倾斜。热交换器相对于竖直面的倾斜的角度范围方便地在15°至70°，优选地在30°至45°。
下面解释布置在图4的右手侧的热交换器的结构。布置在热交换器组件的左手侧上的相对的热交换器是类似地构造的。这两个2通路热交换器各自包括形成为入口分配器的第一分配器1、形成为出口分配器的第二分配器2、以及(单个)第一偏转分配器4以及多个管路5。第一分配器1和第二分配器2由此布置在热交换器组件的前表面端部A处。偏转分配器4布置在热交换器组件的相对的端部B处，即，布置在后表面处。管路5在热交换器组件的纵向方向L上从一个端部A延伸到相对的端部B。由此，管路5被分为第一组管路5a和第二组管路5b，其中，第一组管路5a用作供应管线，第二组管路5b用作再循环管线。第一组管路5a(供应管线)的管路5将第一分配器1(入口分配器)与偏转分配器4连接，第二组管路5b(再循环管线)的管路5将偏转分配器4与第二分配器2(出口分配器)连接，如图4所示。如图6c中可见，供应管线和再循环管线的管路5至少部分地平行于彼此延伸并且略微倾斜于水平方向。管路5相对于水平方向的倾斜角度同样优选在0.5°与5°之间，特别优选在2°与4°之间，并且在优选的示例性实施例中，管路与水平面之间的角度是3°。
第一连接件1a被布置在第一分配器1(入口分配器)上、在该分配器1的最低点T处。第二连接件2a也布置在第二分配器2(出口分配器)上的相应位置处，即最低点T处。在第二分配器2(出口分配器)上，被称为第三连接件3的附加连接件被布置在最高点H处。被布置在热交换器组件的相对的端部B处的偏转分配器4在最高点H处具有通风开口10，阀11被插入该通风开口10中，如图5所示。通风开口10可以经由这个阀11来打开或关闭，其中阀11便利地形成为自闭合阀，一旦流体进入该阀时该自闭合阀就自动关闭。手动操作的检查阀26设置在阀11下方，利用该检查阀26，偏转分配器的上端可关闭以用于检查和维护工作。
至少在布置在第二分配器2(出口分配器)的下端处的第二连接件2a中插入可控制阀V(在此未示出)，以用于打开和关闭第二连接件2a。可替代地，阀V也可放置在另一位置，例如，在连接至第二连接件2a的流体管线中。
在图6中，根据本发明的热交换器组件的第二示例性实施例的概述图示意性地示出了2通路热交换器组件的正视图(图6a)、后视图(图6b)以及侧视图(图6c)。图6特别显示了连接件1a、2a和3在第一分配器1和第二分配器2上的放置，以及管道5朝向前端A的倾斜度。
在图7和图8中，示意性地示出了根据本发明的热交换器组件的第二示例性实施例的不同操作模式(像图4至图6)。在图7a和图8a所示的再冷却模式中，水作为热传递介质被引导通过热交换器组件的管路5(供应管线5a和再循环管线5b)。同时，冷空气通过布置在热交换器组件的上侧(如图6c所示)的至少一个风扇12从环境中吸入，并被传导通过热交换器组件的热交换器，以执行传导通过管路5的热传递介质(水)与吸入的空气之间的热交换。为了增加热传递效率，翅片22进而附接到管路5(图8)以便增加有效的热传递面积。代替传统的翅片式或翅片管式热交换器，微通道热交换器也可用于根据本发明的热交换器组件的该示例性实施例中。
在图7a和图8a所示的再冷却模式中，用作热传递介质的流体经由第一连接件1a被引入到第一分配器1(入口分配器)中并且从那里被引导穿过第一组管路5a(供应管线)中的管路5到达偏转分配器4并且在其中被偏转到第二组管路5a(再循环管线)中的管路中。流体穿过再循环管线回流到第二分配器2(出口分配器)中。流体通过布置在出口分配器2的顶端处的第三连接件3从出口分配器2抽出，并且作为冷却介质经由连接至第三连接件3的流体管线被引导至冷却介质储器(箱B)中或直接引导至待冷却的耗能装置。
在根据图7a和图8a的再冷却模式中，第二连接件2a通过布置在其中的阀V关闭。
在图7b和图8b中，热交换器组件在各自情况下以填充模式示出，在该填充模式中，热交换器可以首次填充或可以在排空之后用流体再填充。在填充模式中，分别布置在第一分配器和第二分配器2的下端的下部连接件1a、2a(第一连接件和第二连接件)被打开。因此，流体可经由下部连接件1a、2a同时填充到第一分配器1和第二分配器2中。如图7b和图8b所示，流体然后以相同流动方向从热交换器组件的一个端部A同时流动通过所有管路5(即，通过供应管线5a和再循环管线5b两者)到相对地端部B。由于管路5朝向前端A的倾斜，管路5中的流体由此抵抗重力沿布置在后表面端部B处的偏转分配器4的方向向上流动。存在于偏转分配器4中的空气通过偏转分配器的上端处的通风开口10被推出，由此偏转分配器4通风。为了防止在热交换器完全填充有填充流体时流体从偏转分配器4上的通风开口逸出，自闭合阀11方便地布置在通风开口10中。
相反地，类似于用流体填充热交换器组件，还可以通过打开第二连接件2a中或第二连接件2a上的阀V来快速地排空热交换器组件。图7c和图8c各自示出了热交换器组件的排空模式，其中，在第二连接件2a中打开阀V的情况下，流体可通过重力同时从所有管路5(即，从供应管线5a和再循环管线5b两者)流动，并沿着管路5的倾斜部从后端B到前端A在相同的流动方向上流入第一分配器1和第二分配器2中。在这种情况下，通过管路5朝向前端A的倾斜以及通过偏转分配器4经由通风开口10的通风，再次促进流体的流动。最后，流体可通过下部连接件1a、2a(第一连接件和第二连接件)流出至连接至连接件1a、2a的流体管线中(这里未示出)。
通过示例，图9示出了一种冷却系统，在该冷却系统中可以使用根据本发明的热交换器组件。图9中示意性示出的冷却系统包括回路K、箱B、热源Q以及根据本发明的至少一个热交换器组件，流体(特别是水)在回路K中作为热传递介质被传导，箱B连接到回路K且流体被储存在箱B中，热源Q在热源的位置处向流体提供热量，根据本发明的至少一个热交换器组件在冷却系统中用作再冷却器R，以便通过与环境空气热交换来冷却流体。在图9所示的示例中，具有如图4至图6所示的两个2通路热交换器的热交换器组件被用作再冷却器R。
在该过程中，图9中示出的冷却系统的再冷却器R经由流体管线9连接至储B。箱B优选地向箱位置的周围环境开放。流体管线19从箱B导向热源Q，以便将储存在箱B中作为冷却介质的冷却流体供应至热源Q。第一泵P1被提供用于将流体从箱B递送至热源Q。在热源Q的位置处，流体通过热交换加热并通过另一管线29反馈到再冷却器R。便利地，第二泵P2布置在管线29中，其将流体从热源Q递送回再冷却器R。分支管线30从管线29分支到箱B中。设置阀V4以用于打开和关闭分支管线30。另一阀V3被布置在管线29中的分支管线30的下游。管线29在分支点Z处分支至再循环管线31到箱B中并分支至通向再冷却器R的进给管线32中。另一阀V2布置在再循环管线31中，以用于打开和关闭该管线。供应管线32分支成中央供应管线和两个次级管线，在每个次级管线中布置有三通阀V1。中央供应管线再次分支成两个分支，其中，第一分支与左热交换器的第一连接件1a连接，第二分支与右热交换器的第一连接件1a连接。次级管线通向左热交换器和右热交换器的第二连接件2a，如图9b中可见。供应管线32因此经由三通阀V1连接到热交换器组件的下部连接件1a和2a。排放管线33被连接到热交换器组件的(上部)第三连接件3，该第三连接件3导向管线9并且被连接到该管线9。
图10示出了图9的冷却系统中的热交换器组件的各种操作模式。流体在暖态下由虚(dashed)线表示，以及在冷态下由实线表示。当该线是点虚(dotted)线时，没有流体流动。
图10a示出了来自图9的冷却系统处于再冷却模式。在这种情况下，关闭阀V2和V4，使得管线30和31关闭。阀V3打开，使得由热源Q加热的流体可通过管线29和32流到再冷却器R。在这种情况下，三通阀V1关闭，使得流体可从管线32分别流动至两个多通路热交换器的第一分配器1(入口分配器)的第一连接件1a，从而进入热交换器组件。在流体已经多次通过再冷却器R的多通路热交换器之后，冷却的流体在第三连接件3处离开再冷却器R，并流动通过连接至第三连接件3的管线33流到达管线9，并且从那里进入到箱B，冷却的流体被储存在箱B中。
在图10b所示的排空模式中，阀V2和V4打开并且阀V3关闭。三通阀V1进行切换，使得流体能够从下部连接件1a、2a(第一连接件和第二连接件)流入到与这些连接件连接的流体管线9，并从此处直接流入到箱B。在再冷却器R的排空期间，当阀V4打开时，由热源Q加热的流体经由分支管线30返回到箱B，而流体不被引导通过再冷却器R。
在图10c中所示的填充模式中，阀V2和V4关闭并且阀V3打开。三通阀V1被控制成使得通过热源Q加热的流体经由管线29和32被传导至多通路热交换器的下部连接件1a、2a(第一连接件和第二连接件)并且从那里进入再冷却器R。在再冷却器R的热交换器已经完全填充之后，再冷却器切换到再冷却模式(图10a)。
图11示出了冷却系统的示例性实施例，其中根据本发明的两个热交换器组件可以以并联或串联模式用作再冷却器R1、R2。例如，两个再冷却器R1、R2可同时串联使用，以冷却用作冷却系统中的热传递介质的流体。当同时使用两个再冷却器R1、R2时，实现冷却系统的最大冷却能力。如果需要较低的冷却能力来充分冷却流体，则两个再冷却器R1或R2中的一个再冷却器可通过冷却系统的控制装置S被关闭。
在串联模式中，其中再冷却器R1、R2两者同时操作以冷却流体，阀V2和V4关闭且阀V3打开，使得通过热源Q加热的流体可分别通过第一连接件1a引入到再冷却器R1、R2两者中。在再冷却器R1、R2中冷却的流体在每种情况下在第三连接件3处离开再冷却器R1、R2，并且流过连接至第三连接件2a的流体管线9进入到箱B中(如图11所示)。
在图12a中所示的图11的冷却系统的操作模式中，阀V3和V4关闭并且阀V2打开。因此，仅第二再冷却器R2在再冷却模式下运行。第一再冷却器R1处于待机模式，其中没有流体被引导通过第一再冷却器R1的管路。
在图12b所示的运行模式中，阀V3打开并且阀V2和V4关闭，第二再冷却器R2以再冷却模式运行，其中由热源Q加热的流体经由第一连接件1a被引入到第二再冷却器R2的热交换器中，其中，流体被冷却，并且最终经由连接至第三连接件3的流体管线9通过第二连接件2a被引导出第二再冷却器R2，并被引导到箱B中。同时，第一再冷却器R1以填充模式操作，其中流体同时经由热交换器的第一连接件1a和第二连接件2a被引入到第一再冷却器R1的所有管路5中，以便用流体完全填充再冷却器R1。
为了以不同的运行模式控制根据本发明的热交换器组件，方便地使用了多个传感器S1、S2，通过传感器S1、S2可以检测环境参数(诸如外部温度(TU)和/或风速(v))并且将其传递至控制装置S以用于处理。除了环境参数之外，进入热交换器组件的流体的入口温度(Tin)、偏转分配器4、6中的流体的温度、以及进入入口分配器1的流体的(流体静力学)压力(p)和/或流速是经由附加的传感器T1、T2、P来方便地检测的。
控制装置(在图9a中的冷却系统的图中由附图标记S表示的)耦接至阀V、V1、V2、V3、V4以便控制它们。由传感器S1、S2；T1、T2、P检测的测量值被传递到控制装置，并且控制装置基于检测的测量值计算流体离开热交换器组件时的流体的出口温度(Tout)。出口温度(Tout)的值的计算还考虑了热交换器组件的参数(具体地，热容量、热交换器的尺寸、流体通过管路的次数，用作热传递介质的流体以及流体通过管路的体积流速)，以便在排空热交换器组件时确定流体的(最大)冷却量。
控制装置控制热交换器组件的阀，使得只要所计算的出口温度(Tout)大于或等于预定极限值(Tmin)，热交换器组件就在再冷却模式下操作。一旦所计算的出口温度(Tout)下降到低于极限值(即，当Tout＜Tmin时)，热交换器组件就被切换到排空模式。例如，这通过电动或气动致动阀V、V1、V2、V3、V4来完成。
预定极限值(Tmin)方便地高于用作热传递介质的流体的冰点的Δ值(即，对于水高于0℃)，其中Δ值表示距冰点的安全距离。因此，即使在快速排空的情况下，也确保如果存在结霜的风险，流体不会冻结。
优选地，Δ值(并且因此，当水用作热传递介质时极限值Tmin＝0℃+Δ)是在2℃与7℃之间。
一旦热交换器组件已经完全排空，它就留在待机模式中，在待机模式中，热交换器未填充有流体。在待机模式中，通过基于所检测的环境参数计算预测出口温度(Tout)并且将其与极限值进行比较来监测结霜的风险是否已经过去或正在进行。一旦计算出的出口温度(Tout)大于或等于预定极限值(Tmin)，控制装置就将热交换器组件从待机模式切换到填充模式。在热交换器组件已经被完全填充之后，它被切换到再冷却模式并且被操作直到所计算的出口温度(Tout)低于极限值。
在图11所示的示例性实施例中，包括多个热交换器的热交换器组件由控制装置控制，以此方式使得单独的多通路热交换器可以在不同的运行模式中彼此独立地运行。在该过程中，控制装置根据检测到的环境参数和/或检测到的流体的输入温度(Tin)的函数来控制在再冷却模式下操作的热交换器的数量，以便能够提供所需的冷却能力。方便地，每单位时间通过热交换器组件传导的流体体积保持相同，而不管在再冷却模式下操作的热交换器的数量。在该过程中，控制装置监测在热交换器组件中冷却并且存储在箱中的流体温度是否在最小温度与最大温度之间的优选温度范围内。例如，优选的温度范围可以是在15℃与22℃之间。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：蓄热单元