CN102549361A - 自然冷却制冷*** - Google Patents

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Abstract

一种制冷***，包括一个带有集成的自然冷却***和制冷***的冷却器。在某些实施方案中，所述冷却器可以是单个封装单元，其中所有设备装在相同的支撑框架内。所述冷却器可总体包括三种运行模式：采用自然冷却的第一模式、采用自然冷却和实施一个制冷循环的第二模式，以及使用自然冷却***为制冷***提供额外的冷却容量的第三模式。所述自然冷却***包括一个独立环路，该独立环路被配置为将热从自然冷却***内循环的冷却流体传递至周围空气。

Description

自然冷却制冷***
背景技术
本发明总体涉及一种自然冷却(free cooling)制冷***。
制冷***存在于许多应用中，包括居家、商业和工业应用。例如，一个商业制冷***可用于冷却一个封闭的空间，诸如数据中心、实验室、超级市场或者冷藏室。非常一般地，制冷***可包括将流体循环经过一个封闭环路，该封闭环路在流体吸热的蒸发器和流体放热的冷凝器之间。通常，规定在所述封闭环路内流动的流体在***的正常运行温度和压力内要经过相变，以使得借助于流体蒸发的潜热相当大量的热能进行交换。
当环境温度低时，制冷***可与一个自然冷却***或者自然冷却环路一同运行。该自然冷却***可利用周围空气的低温来提供冷却，而不需要额外的来自诸如压缩机、热电装置或者热源的能量输入。典型地，当运行在自然冷却模式时，自然冷却***可采用一个分立的热交换器或者采用热交换器盘管的一部分。当并不期望自然冷却或者自然冷却不可行时，可不采用所述分立的热交换器或者盘管部分。
发明内容
本发明涉及一种制冷***，该制冷***包括一个带有第一回路的自然冷却***，其被配置为将热从第一冷却流体传递至在所述自然冷却***的独立环路内循环的第二冷却流体。所述独立环路被配置为将热从所述第二冷却流体传递至周围空气。所述制冷***还包括一个热交换器，该热交换器被配置为接收制冷剂，并将热从所述制冷剂传递至所述第二冷却流体。
本发明还涉及一种带有蒸气-压缩制冷***的制冷***。所述蒸气-压缩制冷***包括一个蒸发器和一个自然冷却***，该蒸发器被配置为从循环经过一个冷却环路的第一冷却流体中移走热，该自然冷却***被配置为循环所述第一冷却流体经过第一回路，以在所述第一冷却流体和循环经过所述自然冷却***的一个独立环路的第二冷却流体之间交换热。所述独立环路循环所述第二冷却流体经过一个空气-液体热交换器，该空气-液体热交换器被配置为将热从所述第二冷却流体传递至周围空气。
本发明还涉及一种运行制冷***的方法，该方法包括运行一个蒸气-压缩制冷***以从第一冷却流体移走热，以及在一个自然冷却***内循环隔离的第二冷却流体，以从所述蒸气-压缩制冷***中移走热。
附图说明
图1是采用自然冷却制冷***的一个示例性商业或工业环境的立体图。
图2是采用三流体热交换器的自然冷却制冷***的一个实施方案的图解概要图。
图3是采用两个热交换器的自然冷却制冷***的一个实施方案的图解概要图。
图4是采用两个热交换器的自然冷却制冷***的另一个实施方案的图解概要图。
具体实施方式
图1描绘了制冷***的一个示例性应用。总体上，这样的***可被应用于一系列环境中，既可用在采暖、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)领域内，又可用在该领域之外。制冷***可通过蒸气压缩制冷、吸收制冷或热电冷却向数据中心、电学装置、冷却器冷藏室、散热器或者其他环境提供冷却。然而在现有预想的应用中，制冷***可被用于居住、商业、照明工业、工业和任何其他应用中，用于加热或者冷却一个体积或者封闭体，例如居所、建筑、结构等。此外，在合适时，制冷***可用于工业应用，用于对各种流体进行基础的制冷和加热。
图1示出了一个示例性应用。在该情况中，用于建筑物环境管理的HVAC&R***可采用热交换器。建筑物10通过一个包括冷却器(chiller)12和锅炉14的***进行冷却。如图所示，冷却器12置于建筑物10的屋顶，锅炉14位于地下室；然而，冷却器和锅炉也可位于其他装备间或者位于该建筑物旁边的区域。冷却器12是一个空气冷却或者水冷却装置，其实施一个制冷循环以冷却水。冷却器12被装在一个单个结构内，该单个结构包括制冷回路、自然冷却***和相关联的装备，例如泵、阀和管道。例如，冷却器12可以是结合一个自然冷却***的单个封装屋顶单元。锅炉14是一个加热水的封闭容器。水从冷却器12和锅炉14通过水管路16循环经过建筑物10。水管路16通向空气处理设备18，空气处理设备18位于各层上，并在建筑物10的各区域内。
空气处理设备18联接至通风管20，通风管20适用于在空气处理设备之间分配空气，并可从外部进气口接收空气(未示出)。空气处理设备18包括热交换器，该热交换器循环来自冷却器12的冷水和来自锅炉14的热水，以提供加热的或冷却的空气。空气处理设备18内的风扇吸引空气经过热交换器，并且将被调节的空气引向建筑物10内的环境，例如房间、套间或办公室，以将环境维持在设定的温度。一个控制装置(这里示出包括恒温器22)可被用于设定被调节的空气的温度。控制装置22也可用于控制经过空气处理设备18的空气流动和来自空气处理设备18的空气流动。当然该***可包括其他装置，例如调控水流动的控制阀和感测水、空气等温度和压力的压力/或温度换能器或开关。再者，控制装置可包括与其他建筑物控制器或监控***集成或者分立的计算机***，甚至包括远离该建筑物的***。
图2示意性示出结合了自然冷却***的冷却器12。如上文关于图1所示，冷却器12被装在一个单个结构内，并可位于建筑物或者环境外，例如在屋顶上。冷却器12包括一个冷却流体环路24，该冷却流体环路24将冷却流体——例如变冷的水、乙二醇(ethylene glycol)水溶液、盐水等——循环至冷却负载，例如建筑物、一件设备或者环境。例如，冷却流体环路24可将冷却流体循环至图1所示的水管路16。在某些实施方案中，冷却流体可在冷却流体环路24内循环至冷却负载，例如研究实验室、计算机房、办公室建筑物、医院、成型和挤出工厂、食物处理工厂、工业设施、机器或者任何其他需要冷却的环境或装置。冷却器12还包括一个制冷***环路26。制冷***环路26与冷却流体环路24热传递连通，并可从在冷却流体环路24内循环的冷却流体中移走热量。
冷却器12进一步包括一个自然冷却***28，该自然冷却***28利用周围空气的低温，以冷却在冷却流体环路24内循环的冷却流体。自然冷却***28包括被配置以将冷却流体循环经过自然冷却***28的回路30。自然冷却***28还包括一个独立环路32，该环路32被配置以将热量从自然冷却***28移到周围空气。独立环路32可将流体循环经过空气-液体热交换器34，热交换器34把热排到周围空气中。热交换器34可包括翅片(fin)和管式热交换器，钎焊(brazed)铝多通道热交换器或其它合适的热交换器。独立环路32允许暴露至周围空气的流体独立于在冷却流体环路24内循环的冷却流体。通常，在独立环路32内循环的流体可具有比在回路30内循环的冷却流体更低的凝固点温度。在某些实施方案中，在独立环路32内循环的流体可以是防止凝固的流体——例如带有高乙二醇(glycol)浓度的盐水，以抑制在低环境温度期间凝固。然而，与其它冷却流体(例如水)相比，防止凝固的流体具有更高的成本，较高的粘度(导致泵浦功率增加)和/或较低的热传递速率。通过使防止凝固的流体循环经过相对小且独立的环路32，可采用相对少量的防止凝固的流体，这转而提高了冷却器12的效率和/或降低了成本。此外，带有采用独立环路32的自然冷却***的冷却器12可被加入一个现有的冷却器应用中，而不用改装当前针对另一个冷却流体(例如水)设定尺寸的现有设备。
独立环路32也可使防止凝固的流体循环经过一个接收三个分立流体的热交换器36。具体地，热交换器36可接收在独立环路32内循环的防止凝固的流体，在回路30内循环的冷却流体，以及在制冷***环路26内循环的制冷剂。在某些实施方案中，热交换器36可包括一个加热器(即电加热器或者其他合适的加热器)，以抑制流经热交换器36的冷却流体凝固。
根据冷却负载的要求和周围空气的温度，冷却器12可运行在三种不同的运行模式下。具体地，控制装置37可管理冷却器12的运行，以将冷却流体环路24内的流体冷却到规定的温度或者规定的温度范围。例如，控制装置37可在三种不同运行模式之间切换冷却器12。
当外部空气温度低时，例如在北方气候的冬天，冷却器12可运行在自然冷却模式下，该模式引导冷却流体经过自然冷却***28，然后将该流体返回至冷却负载。在这种运行模式下，自然冷却***28可将热从冷却流体传递至到在独立环路32内循环的防止凝固的流体。独立环路32可使防止凝固的流体循环经过空气-液体热交换器34，以将热排到低温户外空气中。
如果期望或者需要额外的冷却容量，则除了自然冷却***28提供的自然冷却，冷却器12可运行在采用机械冷却的第二运行模式中。在机械冷却期间，制冷***26可实施一个蒸气压缩循环，以对冷却流体提供额外的冷却。例如，在该运行模式下，随着冷却流体循环经过回路30，冷却流体可首先通过防止凝固的流体进行冷却。具体地，随着冷却流体流动经过热交换器36，冷却流体可将热传递至从独立环路32流经热交换器36的防止凝固的流体。在离开自然冷却***28之后，通过将热传递至制冷***环路26内流动的制冷剂，冷却流体可进一步被冷却。具体地，随着冷却流体流经蒸发器38，冷却流体可将热传递至制冷***26内流动的制冷剂。
为提供甚至更大的冷却容量，冷却器12可运行在第三运行模式下，该第三运行模式采用制冷***26和自然冷却***28的独立环路32来补充制冷***26中的制冷剂的冷却。在该运行模式中，随着冷却流体流经蒸发器38，循环至冷却负载的冷却流体可被在制冷***26内流动的制冷剂所冷却。冷却流体并非首先流经自然冷却***28，而是可绕过自然冷却***28，直接流向蒸发器38。随后自然冷却***28可用于冷却在制冷***26内流动的制冷剂。具体地，制冷剂可流经热交换器36，以将热传递至独立环路32内的防止凝固的流体。随着防止凝固的流体流经空气-液体热交换器34，防止凝固的流体可随后将热传递至周围空气。以此方式，自然冷却***28可从在制冷***26内流动的制冷剂中吸收热，以提供额外的冷却容量。
不论何种运行模式，冷却器12可用于冷却循环至冷却负载的冷却流体，以及用于冷却循环自冷却负载的冷却流体。冷却流体可通过与冷却负载流体连通的返回管线39进入冷却器12。泵40使冷却流体循环经过冷却流体环路24，并将冷却流体引向连接点42，该连接点42将自然冷却***28流体连接至冷却流体环路24。泵可为任何合适类型的泵，例如正排量泵(positive displacement pump)、离心泵等。阀44可位于连接点42，并可将冷却流体引向自然冷却***28。在某些实施方案中，阀44可为三路伺服控制阀，其被配置为在一个位置引导冷却流体流经自然冷却***28，并在另一个位置绕过自然冷却***28。然而，在其他实施方案中，阀44可以是由机电致动器、气动致动器、液压致动器或其它合适的控制器所控制的球阀、转子阀(rotorvalve)等。
当周围空气温度低至足以能提供自然冷却时，冷却器12可运行在第一运行模式，或者自然冷却模式。例如，在处在外界温度低于近似13摄氏度的冬天时，冷却器12可运行在自然冷却模式中。然而，在其他实施方案中，冷却模式的确定可基于各种因素，例如冷却负载的冷却要求、外部温度和/或湿度、冷却流体的类型以及冷却器12的冷却容量等。在第一模式中，阀44可引导冷却流体经过自然冷却***28的回路30。泵40可使冷却流体经过回路30循环至热交换器36。然而，在某些实施方案中，一个额外的泵可被包括在回路30内，以使冷却流体循环经过自然冷却***28。
随着冷却流体循环经过热交换器36，冷却流体可将热传递至也流经热交换器36的防止凝固的流体。热交换器36包括一个三流体热交换器，该三流体热交换器循环来自回路30的冷却流体、来自独立环路32的防止凝固的流体以及来自制冷***26的制冷剂。在某些实施方案中，热交换器36可以是带有多个回路的壳管式热交换器或者带有多个回路的板式热交换器。例如，热交换器36可包括两个分立的回路，一个用于在回路30内循环的冷却流体，一个用于在制冷***环路26内循环的制冷剂。来自独立环路32的防止凝固的流体可随后流经壳管式热交换器的与两个回路都热传递连通的壳侧，或者流经板式热交换器的与两个回路都热传递连通的那部分。
在某些运行模式下，仅有两个流体可循环经过热交换器36。例如，在第一运行模式下，仅防止凝固的流体和冷却流体可循环经过热交换器36。因为制冷***26在第一运行模式下并不运行，因此没有制冷剂会循环经过热交换器36。然而，在第一运行模式下热交换器36可作为一个用于制冷剂的接收器。
在第一运行模式下，随着冷却流体流经热交换器36，冷却流体可向防止凝固的流体传递热。冷却流体可随后作为低温流体离开热交换器36，并可经过连接点46返回至冷却流体环路24。冷却流体可随后在冷却环路24内循环至蒸发器38。在该第一运行模式下，蒸发器38可作为储存器，并没有提供任何基本的冷却流体的蒸发冷却。冷却流体可经供应管线50从蒸发器38返回至冷却负载。供应管线50可将冷却流体循环至冷却负载，在冷却负载处冷却流体可被冷却负载加热。例如，冷却流体可从建筑物内的空气中吸热，或从装置内流动的流体中吸热。在从冷却负载中吸收热量之后，冷却流体可经返回管线39进入冷却器12，在冷却器12处可再次开始所述冷却循环。
在该第一运行模式中，防止凝固的流体可从热交换器36内的冷却流体中吸收热。防止凝固的流体可在独立环路32内从热交换器36循环至阀52。在某些实施方案中，阀52可为三路伺服控制阀，其被配置在一个位置将防止凝固的冷却流体引导经过空气-液体热交换器34，在另一位置绕过热交换器34。然而，在其他实施方案中，阀52可以是由机电致动器、气动致动器、液压致动器和其他合适的控制器所控制的球阀、转子阀等。
阀52可将防止凝固的流体引至热交换器34，以将从冷却流体吸收的一些热或者全部热排到周围空气中。冷却流体可流经热交换器34的管，以向周围空气传递热。被电机56驱动的风扇54吸引空气掠过热交换器34。随着空气流动掠过热交换器34，热可从防止凝固的流体传递至空气，从而冷却该流体，并且产生被加热的空气。因此，离开热交器34的流体的温度会低于进入热交换器34的流体的温度。
在返回热交换器36之前，防止凝固的流体可从热交换器34流经连接点58、膨胀箱60、泵62和止回阀(check valve)64。膨胀箱60允许存储和热膨胀防止凝固的流体，并且可以是任何合适类型的箱或容器。泵62可包括任何适合类型的泵，被配置用于在独立环路32内循环防止凝固的流体。阀64可包括一个止回阀，该止回阀防止冷却流体倒流经过泵62。然而，在其它实施方案中，泵62可包括防止倒流的带有集成阀特征的正排量泵。在该实施方案中，可省略阀64。此外，在其他实施方案中，阀64可为手动致动阀、电磁阀、闸阀和其他合适类型的阀。冷却流体可从阀64进入热交换器36，在热交换器36处可再从冷却流体吸收热。
控制装置37可管理阀52、泵62和/或电机56的运行，以控制进入热交换器36的防止凝固的流体的温度。例如，在某些实施方案中，进入热交换器36的防止凝固的流体的温度可被维持在凝固之上的某一温度，以抑制也在热交换器36内循环的冷却流体凝固。在一个具体实施例中，控制装置37可断开驱动风扇54的电机56，以停止空气流经过空气-液体热交换器34，这转而升高了进入热交换器36的防止凝固的流体的温度。在另一个实施例中，控制装置37可将阀52设置在一个旁路位置，在该位置防止凝固的流体绕过空气-液体热交换器34直接从热交换器36流至膨胀箱60。在又一个实施例中，控制装置37可接合和分离泵62。基于周围空气温度、防止凝固的流体的温度、冷却流体的温度、一天中的时间、运行时间、日历日或者以上的组合等，控制装置37可管理电机56、阀52和/或泵62的运行。
当外部空气温度已经升高和/或当外部空气并没有冷到可向冷却负载提供充足的冷却时，冷却器12在第二运行模式中运行。在第二运行模式下，制冷***26可实施一个蒸气-压缩循环或者其他类型的冷却循环(例如吸收或者热电循环)，从而为冷却负载提供额外的冷却。如前文关于第一运行模式描述的，冷却流体可流经自然冷却***28的回路30。具体地，随着冷却流体流经热交换器36，冷却流体可将热传递至在自然冷却***28的独立环路32内循环的防止凝固的流体。在被防止凝固的流体冷却后，冷却流体流经连接点46，并再次进入流体冷却环路24。
冷却流体可随后流进蒸发器38，在蒸发器38处冷却流体被来自制冷***26的制冷剂所冷却。蒸发器38可以是板式热交换器、壳管式热交换器、板壳式热交换器或者任何其他合适类型的热交换器。蒸发器38可循环在制冷***26的封闭环路内流动的制冷剂。制冷剂可以是吸收和吸取热的任何流体。例如，制冷剂可以是基于氢氟化碳的R-410A、R-407C或者R-134a，或者可以是二氧化碳(R-744)或者氨(R-717)。随着制冷剂流经蒸发器38，制冷剂可从蒸发器38内流动的冷却流体中吸收热，以在冷却流体经过供应管线50返回至冷却负载之前冷却所述冷却流体。
在制冷***26内，制冷剂可循环经过一个封闭环路，该封闭环路包括压缩机72、热交换器36、冷凝器74和膨胀装置76。在运行中，制冷剂可作为低压和低温蒸气离开蒸发器38。压缩机72可减小适于制冷剂蒸气的体积，结果增加了蒸气制冷剂的压力和温度。压缩机可以是任何合适的压缩机，例如螺杆压缩机、往复式压缩机、回转式压缩机、摆杆压缩机、涡旋式压缩机或者离心压缩机。压缩机72可被电机驱动，该电机从变速驱动器或者直接AC或DC电源中接收动力。高压和高温蒸气制冷剂可从压缩机72流经热交换器36。随着制冷剂流经热交换器36，制冷剂可将热传递至来自独立环路32的在热交换器36内流动的防止凝固的流体。结果，防止凝固的流体既可从在回路30内循环的冷却流体中吸收热，也可从在制冷***环路26内循环的制冷剂中吸收热。在某些实施方案中，防止凝固的流体可对流经热交换器36的制冷剂的一部分或全部制冷剂进行降温(desuperheat)。然而在其它实施方案中，在第二运行模式中，旁路阀73可允许制冷剂绕过热交换器36并直接流至冷凝器74。
制冷蒸气可从热交换器36和/或旁路阀73流至冷凝器74。被电机80驱动的风扇78吸引空气掠过冷凝器74的管。风扇可推动或者拉动空气掠过管。随着空气流动掠过管，热从制冷剂蒸气传递至空气，导致制冷剂蒸气凝结成液体，并加热周围空气。液体制冷剂随后进入膨胀装置76，在膨胀装置76处制冷剂膨胀以变成低压和低温液体-蒸气混合物。典型地，膨胀装置76将是一个热膨胀阀(TXV)，然而，根据其他示例性实施方案，膨胀装置可以是机电阀、孔口(orifice)、或者毛细管。液体制冷剂可从膨胀装置76进入蒸发器38，在蒸发器38处所述过程可再次开始，并且制冷剂可从流经蒸发器38的冷却流体吸收热。
制冷***26通常包括高压侧和低压侧。高压侧包括制冷***26的循环高压制冷剂(即压缩后和膨胀前)的那部分。具体地，高压侧包括将来自压缩机72的制冷剂循环经过热交换器36、冷凝器74和膨胀装置76的那部分。低压侧包括制冷***26的循环低压制冷剂(也就是膨胀后和压缩前)的那部分。具体地，低压侧包括制冷***26的将来自膨胀阀76的制冷剂循环经过蒸发器38进入压缩机72的那部分。在其他实施方案中，制冷***26可没有冷凝器74。在其他实施方案中，热交换器36可作为冷凝器。
如上所示，在第二运行模式中，冷却环路24内的冷却流体可被自然冷却***28和制冷***26所冷却。具体地，自然冷却***28可将冷却流体循环经过第一回路30，以将热从冷却流体传递至在独立环路32内循环的防止凝固的流体。随着防止凝固的流体流经空气-液体热交换器34，防止凝固的流体可随后将从冷却流体吸收的热释放到周围空气。在冷却流体已被热交换器36内的防止凝固的流体冷却后，冷却流体可随后流经蒸发器38，在蒸发器38处，通过把热从冷却流体吸收进在蒸发器38内流动的制冷剂，制冷***26可进一步从冷却流体中移走热。以此方式，自然冷却***28和制冷***26都可被用于在该第二运行模式期间提供冷却容量。
当期望进一步的制冷或冷却容量时，冷却器12可运行在采用补充的冷却的第三运行模式下。在该模式中，冷却流体可经过返回管线39进入冷却器12，流经泵40，在连接点42经过阀44。冷却流体可从阀44直接流至连接点46，绕过自然冷却***28。冷却流体可从连接点46流经蒸发器38，在蒸发器38处冷却流体可被流经制冷***26的制冷剂所冷却。
在该第三运行模式下，制冷***26可从流经热交换器36的防止凝固的流体接收补充的冷却。如前文关于第一运行模式描述的，防止凝固的流体可流经自然冷却***28的独立环路32。然而，在该第三运行模式中，随着防止凝固的流体流经热交换器36，防止凝固的流体可从离开压缩机72并流经热交换器36的压缩的制冷剂中吸收热。在某些实施方案中，热交换器36可用于在压缩的制冷剂进入冷凝器74之前对其进行降温。通过将热从制冷剂传递至在自然冷却***28的独立环路32内流动的防止凝固的流体，热交换器36可为制冷***26提供额外的冷却容量。
相应地，在第三运行模式期间，热交换器36可被用于把热从制冷***26传递至自然冷却***28。具体地，自然冷却***28的独立环路32可将防止凝固的流体从热交换器36循环至空气-液体热交换器34，以将热排放到环境中。以此方式，即使在***没有运行在自然冷却模式的时候，空气-液体热交换器34可被冷却器12用于从***中移走热。例如，即使在环境空气温度可高于变冷的水的供应温度的时候，独立环路32可被用于从制冷***26移走热。具体地，即使周围空气温度可为高的，例如在摄氏21度以上，周围空气温度仍然可低于在制冷***26内流动的高压和高温制冷剂的温度。该温度差可使得空气-液体热交换器34将热从制冷***26传递至环境，因此增加了制冷***26的冷却容量。
控制装置37——例如控制电路82以及温度传感器84和86——可管理冷却器12的运行。例如，控制电路82可联接至阀44和52以及泵62。控制电路82可使用从传感器84和86接收的信息来确定何时运行泵62以及何时切换阀44和52的位置。在一些应用中，控制电路82也可联接至分别驱动风扇54和78的电机56和80。进一步，控制电路82可联接至压缩机72。控制电路82包括本地或远程命令装置、计算机***和处理器、和/或手动或者自动设置***接收的温度相关信号的机械、电子和机电装置。
控制电路82可配置为基于从温度传感器84和86接收的输入在第一、第二和第三运行模式之间切换冷却器12。温度传感器84可感测周围外部空气的温度，温度传感器86可感测从冷却负载返回的冷却流体的温度。例如，温度传感器86可置于冷却环路24内。在某些实施方案中，当传感器84感测的周围空气温度低于温度传感器86感测的冷却流体的温度时，控制电路82可设置冷却器12运行在第一运行模式下，该第一运行模式采用通过循环冷却流体经过自然冷却***28的回路30的自然冷却。例如，控制电路82可设置阀42以将冷却流体引导经过自然冷却***28，可接合泵62，并可禁用压缩机72。控制电路82可使冷却器12运行在第一运行模式下，直到周围空气温度到达特定值或者是高于冷却流体的温度一特定量。
控制电路82可随后设置冷却器12运行在第二运行模式下，除了循环冷却流体经过自然冷却***28的回路30，该第二运行模式采用制冷***26。在某些实施方案中，控制电路82可使得压缩机72和电机80循环制冷剂经过制冷***26。控制电路82可使冷却器12运行在第二运行模式下，直到周围空气温度达到另一个特定值或者高于冷却流体温度另一个特定量，或者直到冷却流体的温度上升高于某一阈值。此外，在其他实施方案中，控制电路82可从温度传感器接收反馈，该传感器被配置为感测在独立环路32内流动的防止凝固的流体的温度。在这些实施方案中，控制电路82可使冷却器12运行在第二运行模式下，直到防止凝固的流体的温度超过或接近冷却流体的温度。控制电路82可随后将冷却器12切换至第三运行模式，该第三运行模式采用自然冷却***28的独立回路32以从制冷***26移走热。例如，控制电路82可设置阀42以绕过自然冷却***28。
控制电路可基于使用来自温度传感器84和86的输入的不同类型的控制逻辑。控制电路82还可控制包括在冷却器12内的其它阀和泵。此外，额外的输入——例如流速、压力和其他温度——可被用于控制冷却器12的运行。例如，其他装置可被包括在冷却器12内，例如额外的压力和/或温度换能器或者开关，用于感测制冷剂和冷却流体、热交换器、入口空气和出口空气等的温度和压力。此外，提供的用于确定运行模式的实施例并不旨在局限于此。基于各种因素——例如***容量、冷却负载等——的其他值和设置点可被用于在第一、二、三运行模式之间切换冷却器12。
包括在图片2中的泵和阀的配置仅通过实施例示出，并不旨在局限于此。例如，泵和阀的位置、数量、和类型可变化。在一个例子中，泵可包括在回路30内，以循环冷却流体经过自然冷却***28。在该实施例中，泵40可位于冷却流体环路24内在阀44的上游或下游。在另一个实施例中，泵62可位于独立环路32内的其他位置，例如，阀52的上游或者空气-液体热交换器34的下游。此外，在某些实施方案中，例如，如果具有有效关闭(positive shutoff)特征的泵被包括在回路30内，则可除去阀44。在另一个实施例中，泵62可装配有有效关闭特征并且可除去阀64。在又一个实施例中，阀44可位于连接点46。此外，阀44可被双路阀所替代。例如，在一个实施方案中，双路阀可定位于连接点44和46之间。当然，可在冷却器12中设想和采用许多其他泵和阀配置。再者，在其他实施方案中，可省去旁路阀52、连接点58和/或止回阀64。在这些实施方案中，独立环路32内的防止凝固的流体可不绕过空气-液体热交换器34。再者，在这些实施方案中，可包括额外的设计特征和/或设备，以抑制独立环路32中的自然对流，这转而可减少热交换器36中的凝固问题。例如，正排量泵可包括在独立环路32中和/或热交换器36可位于独立环路32中的高点。
图3示出了另一个示例性的冷却器88，包括：冷却流体环路24、制冷***环路26和自然冷却***28。然而，替代于如图2中示出的包括将防止凝固的流体循环至三流体热交换器36的独立环路32，自然冷却***28包括在两个热交换器90和92之间循环防止凝固的流体的独立环路89。热交换器90和92可以是板式热交换器，壳管式热交换器，板壳式热交换器或其它合适类型的热交换器。
如上文关于图2描述的，控制装置37可在第一、二、三运行模式之间切换冷却器88。具体地，在第一运行模式中，控制电路82可设置阀44以引导冷却流体经过回路30。在回路30内，冷却流体可流经热交换器90，并将热传递至流经独立环路89的防止凝固的流体。冷却流体可随后经过连接点46返回冷却流体环路24，并流经蒸发器38，如上文关于图2描述的，蒸发器38可作为储存器，而不提供任何基本的蒸发冷却。供应管线50可随后将冷却流体循环至冷却负载。
随着防止凝固的流体流经热交换器90，防止凝固的流体可从热交换器90内的冷却流体吸收热。防止凝固的流体可在独立环路89内从热交换器90循环至阀94。在该第一运行模式，控制电路82可设置阀94以引导防止凝固的流体经过连接点96，绕过热交换器92。如上文关于图2描述的，防止凝固的流体可随后流经阀52、空气-液体热交换器34、膨胀箱60、泵62和阀64，然后返回至热交换器90。然而，在其他实施方案中，阀64可省略，且防止凝固的流体可流经热交换器92，在该第一运行模式中热交换器92作为防止凝固的流体的接收器。
在第二运行模式中，控制装置37可按照如上文关于图2的描述运行制冷***26。冷却流体可流经自然冷却***28的回路30，以将热传递至独立环路89内循环的防止凝固的流体。在被防止凝固的流体冷却后，冷却流体可流经连接点46，并再次返回流体冷却环路24。冷却流体可随后流进蒸发器38，在蒸发器38处冷却流体可被制冷***26的制冷剂所冷却。
在制冷***26内，制冷剂可循环经过一个包括压缩机72、热交换器92、冷凝器74和膨胀装置76的封闭环路。随着制冷剂流经热交换器92，制冷剂可将热传递至在热交换器92内流动的来自独立环路89的防止凝固的流体。具体地，控制电路82可设置独立环路89的阀94，以引导防止凝固的流体经过热交换器92。随着防止凝固的流体流经热交换器92，防止凝固的流体可从在热交换器92内流动的制冷剂吸收热。在某些实施方案中，防止凝固的流体可对流经热交换器36的制冷剂的一部分或者全部进行降温。防止凝固的流体可随后流经连接点96和阀52流至空气-液体热交换器34，在空气-液体热交换器34处防止凝固的流体可将热传递至周围空气。相应地，在第二运行模式中，防止凝固的流体可从环路24内流动的冷却流体和制冷***环路26内流动的制冷剂吸收热。然而，在其他实施方案中，在第二运行模式中，旁路阀94可允许防止凝固的流体绕过热交换器92，并直接流至阀52。
在第三运行模式中，控制电路82可设置阀44以绕过回路30。相应地，冷却流体可从阀44直接流至连接点46，绕过自然冷却***28。冷却流体可从连接点46流经蒸发器38，在蒸发器38处冷却流体可被流经制冷***26的制冷剂所冷却。
自然冷却***28可随后为制冷***26提供补充的冷却。具体地，如前文关于第二运行模式描述的，防止凝固的流体可流经自然冷却***28的独立环路89。然而，在该第三运行模式中，随着防止凝固的流体流经热交换器92，防止凝固的流体可从离开压缩机72和流经热交换器92的压缩的制冷剂吸收热。在某些实施方案中，热交换器92可用于在压缩的制冷剂进入冷凝器74之前对其进行降温。通过将热从制冷剂传递至自然冷却***28的独立环路89内流动的防止凝固的流体，热交换器92可为制冷***26提供额外的冷却容量。在其他实施方案中，制冷***26可不包括冷凝器74。在这些实施方案中，热交换器92可作为冷凝器。
图4示出了另一个冷却器98，包括：冷却流体环路24，制冷***环路26和自然冷却***28。然而，替代于蒸发器38(图3)，冷却器98可包括三流体热交换器99。除了循环来自冷却流体环路24的冷却流体和来自制冷***环路26的制冷剂，热交换器99可循环来自第二制冷***环路100的制冷剂。在某些实施方案中，热交换器99可以是带有多个回路的壳管式热交换器或者带有多个回路的板式热交换器。
如上文关于图2描述的，控制装置37在第一、二、三运行模式之间切换冷却器98。具体地，在第一运行模式中，控制电路82可设置阀44以引导冷却流体经过回路30，在回路30中冷却流体可将热传递至流经独立环路89的防止凝固的流体，如上文关于图3描述的。冷却流体可随后流经连接点46，并再次进入冷却流体环路24。冷却流体可从连接点46流经热交换器99，在第一运行模式中，热交换器99可作为储存器，而没有提供任何基本的冷却流体的冷却。尽管制冷***环路26和100可不在第一运行模式期间运行，但是热交换器99可作为一个用于这两个环路26和100内的制冷剂的接收器。冷却流体可经供应管线50从热交换器99返回冷却负载。
在第二种运行模式下，控制装置37可按照如上文关于图2的描述运行制冷***26。冷却流体可流经自然冷却***28的回路30，以将热传递至在独立环路89内循环的防止凝固的流体。在被防止凝固的流体冷却后，冷却流体可流经连接点46，并再次进入流体冷却环路24。冷却流体可随后流进热交换器99，在热交换器99处冷却流体可被制冷***26的冷却剂所冷却。具体地，随着制冷剂流经热交换器99，在制冷***26内循环的制冷剂可从冷却流体中吸收热。在该第二运行模式下，制冷***环路100仍可不运行；然而，热交换器99可作为用于环路100内的制冷剂的接收器。
在第三种运行模式下，除了运行制冷***环路26，控制电路82可运行制冷***环路100。在某些实施方案中，控制电路82可启用制冷***环路100的压缩机102。制冷***环路100可循环制冷剂经过热交换器104，热交换器104也循环在独立环路89内流动的防止凝固的流体。例如，控制电路82可设置阀94，以将防止凝固的流体从阀94引导至热交换器104。随着防止凝固的流体流经热交换器104，防止凝固的流体可从制冷***环路100的制冷剂中吸收热。随着防止凝固的流体流经空气-液体热交换器34，防止凝固的流体可随后向周围空气释放热，如上文关于图3描述的。
控制电路也可设置阀44以绕过回路30。相应地，冷却流体可从阀44直接流至连接点46，绕过自然冷却***28。冷却流体可从连接点46流经热交换器99，在热交换器99处冷却流体可被流经制冷***26和100的制冷剂所冷却。制冷***26可按照上文关于图2的描述来运行。
制冷***100可实施一个蒸气压缩循环、或者其他类型的冷却循环，例如吸收或热电循环，从而为冷却负载提供额外的冷却。在制冷***100内，制冷剂可循环经过一个包括压缩机102、热交换器104和膨胀装置106的封闭环路。在运行中，制冷剂可作为低压和低温蒸气离开热交换器99。压缩机102可减小适于制冷剂蒸气的体积，结果增加了蒸气制冷剂的压力和温度。压缩机可以是任何合适的压缩机，例如螺杆压缩机、往复式压缩机、回转式压缩机、摆杆压缩机、涡旋式压缩机或者离心压缩机。压缩机102可被电机驱动，该电机从变速驱动器或者直接AC或DC电源中接收动力。
高压和高温蒸气制冷剂可从压缩机102流经热交换器104。热交换器104可以是板式热交换器、管壳式热交换器、板壳式热交换器或其他合适类型的热交换器。随着制冷剂流经热交换器104，制冷剂可将热传递至来自独立环路89的在热交换器104内流动的防止凝固的流体。防止凝固的流体可随后通过空气-液体热交换器34向周围空气释放热。以此方式，在第三运行模式期间，自然冷却***28可被用于提供冷却流体的额外的冷却。
在热交换器104内，随着制冷剂将热传递至防止凝固的流体，制冷剂蒸气可凝结成液体。液体制冷剂随后进入膨胀装置106，在膨胀装置106处制冷剂膨胀变成低压和低温液体-蒸气混合物。典型地，膨胀装置106将是一个热膨胀阀(TXV)，然而，根据其他示例性实施方案，膨胀装置可以是机电阀、孔口、或者毛细管。液体制冷剂可从膨胀装置106进入热交换器99，在热交换器99处所述过程可再次开始，并且制冷剂可从流经热交换器99的冷却流体吸收热。
相应地，在第三运行模式期间，两个制冷***26和100可用于为冷却流体环路24提供冷却容量。每个制冷***26和100可向周围空气释放热。具体地，制冷***26可通过冷凝器74释放热，制冷***100可向独立环路89中的防止凝固的流体释放热，这转而可通过空气-液体热交换器34向周围空气释放热。
当然，包括在图3和4中的泵和阀配置仅通过实施例示出，并不旨在局限于此。例如，泵和阀的位置、数量和类型可以改变。在一个实施例中，泵可包括在独立环路89内在阀94下游。在另一个实施例中，可包括具有有效关闭特征的泵，以代替阀94。再者，关于图2描述的任何泵和阀的变体可用在图3和4中。
虽然仅示出和描述了本发明的某些特征和实施方案，但是在没有实质上偏离权利要求所限定的新颖性教导和优势的情况下，本领域技术人员可以想到许多改型和变化(例如在大小、尺寸、结构、形状、不同元件的比例、参数(例如温度、压力等)的值、安装布置、材料使用、取向等等方面的改变)。根据替代实施方案，任何过程或方法步骤的次序或顺序可以被改变或重新编序。因此，应理解，附加的权利要求旨在覆盖落在本发明实质主旨范围内的所有改型和变化。另外，为了提供示例性实施方案的简洁描述，没有描述实际实施中的所有特征(即，与目前执行本发明的最佳模式不相关的，或者与实现要求权利的发明不相关的特征)。应理解，在任何实际实施的开发中，如在任何工程项目或设计项目中，可做出多种实施具体决定。这些开发工作可能是复杂并耗时的，然而对于获益于本公开内容的本领域普通技术人员而言仅为设计、制作和制造的例行任务，无需过多实验。

Claims (20)

1.一种制冷***，包括：
一个带有第一回路的自然冷却***，其被配置为将热从第一冷却流体传递至在所述自然冷却***的一个独立环路内循环的第二冷却流体，其中所述独立环路被配置为将热从所述第二冷却流体传递至周围空气；以及
一个热交换器，其被配置为接收制冷剂，并将热从所述制冷剂传递至所述第二冷却流体。
2.根据权利要求1所述的制冷***，其中所述第二冷却流体包括防止凝固的流体。
3.根据权利要求1所述的制冷***，包括第一制冷***，其被配置为用所述制冷剂实施一个蒸气-压缩循环。
4.根据权利要求3所述的制冷***，其中所述第一制冷***包括：
一个压缩机，其被配置为压缩所述制冷剂；
一个冷凝器，其被配置为接收和冷凝压缩的制冷剂
一个膨胀装置，其被配置为降低冷凝的制冷剂的压力；以及
一个蒸发器，其被配置为在将所述制冷剂返回至所述压缩机之前通过从所述第一冷却流体吸收热来蒸发所述制冷剂。
5.根据权利要求3所述的制冷***，包括第二制冷***，其被配置为实施一个蒸气-压缩循环，以从所述第一冷却流体吸收热。
6.根据权利要求5所述的制冷***，包括一个三流体热交换器，其被配置为将热从所述第一冷却流体传递至所述第一制冷***和所述第二制冷***。
7.根据权利要求1所述的制冷***，其中所述自然冷却***包括一个空气-液体热交换器，该空气-液体热交换器被配置为将热从所述第二冷却流体传递至周围空气。
8.根据权利要求1所述的制冷***，包括至少一个阀，所述阀被配置为选择性地绕过所述自然冷却***以及选择性地将所述冷却流体引导至所述自然冷却***，然后所述冷却流体进入与所述制冷剂流体连通的一个蒸发器。
9.根据权利要求1所述的制冷***，其中所述热交换器包括一个三流体热交换器，该三流体热交换器被配置为将热从所述第一冷却流体传递至所述第二冷却流体，并将热从所述制冷剂传递至所述第二冷却流体。
10.根据权利要求1所述的制冷***，其中所述自然冷却***包括一个额外的热交换器，该热交换器被配置为将热从所述第一冷却流体传递至所述第二冷却流体。
11.一个制冷***，包括：
一个蒸气-压缩制冷***，包括一个蒸发器，该蒸发器被配置为从循环经过一个冷却环路的第一冷却流体中移走热；以及
一个自然冷却***，其被配置为循环所述第一冷却流体经过第一回路，以在所述第一冷却流体和循环经过所述自然冷却***的一个独立环路的第二冷却流体之间交换热，其中所述独立环路循环所述第二冷却流体经过一个空气-液体热交换器，该空气-液体热交换器被配置为将热从所述第二冷却流体传递至周围空气。
12.根据权利要求11所述的制冷***，其中所述第一冷却流体具有第一凝固点温度，并且其中所述第二冷却流体包括带有第二凝固点温度的溶液，所述第二凝固点温度低于所述第一凝固点温度。
13.根据权利要求11所述的制冷***，其中所述自然冷却***包括第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器被配置为将热从所述第一冷却流体传递至所述第二冷却流体，所述第二热交换器被配置为将热从所述制冷剂传递至所述第二冷却流体。
14.根据权利要求13所述的制冷***，其中所述自然冷却***包括一个阀，所述阀被配置为选择性地绕过所述第二热交换器以及选择性地将所述第二冷却流体引导至所述第二热交换器，然后所述第二冷却流体进入所述空气-液体热交换器。
15.根据权利要求13所述的制冷***，包括一个控制器，该控制器被配置为基于感测的周围空气的温度选择性地绕过所述自然冷却***以及选择性地将所述第一冷却流体引导至所述自然冷却***。
16.根据权利要求11所述的制冷***，其中所述自然冷却***包括一个控制器，该控制器被配置为基于感测的所述第一冷却流体的温度、或感测的所述第二流体的温度、或者感测的所述第一冷却流体的温度和所述第二流体的温度，选择性地绕过所述空气-液体热交换器。
17.一种运行制冷***的方法，包括：
运行一个蒸气-压缩制冷***，以从第一冷却流体中移走热；以及
在一个自然冷却***中循环隔离的第二冷却流体，以从所述蒸气-压缩制冷***移走热。
18.根据权利要求17所述的方法，包括将所述第二冷却流体循环至所述自然冷却***内的一个空气-流体热交换器，以从所述第二冷却流体中移走热。
19.根据权利要求17所述的方法，包括基于感测的周围空气的温度为所述制冷***选择一个运行模式，其中实施一个蒸气-压缩循环以从所述第一冷却流体移走热构成第一运行模式，并且其中从所述第一冷却流体移走热而不实施一个蒸气-压缩循环构成第二运行模式。
20.根据权利要求17所述的方法，包括运行另一个蒸气-压缩制冷***以从所述第一冷却流体移走热。
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