專利名稱：用于熱水系統(tǒng)的儲(chǔ)罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于熱水系統(tǒng)的儲(chǔ)罐，它包括用于分離熱水層和冷水層的機(jī)械隔
1 裝直O(jiān)
背景技術(shù)：
熱水系統(tǒng)通常包括儲(chǔ)存流體(例如水)的儲(chǔ)罐，所述流體使放熱熱交換器中的制冷劑冷卻。通過(guò)采用儲(chǔ)罐，可以減小熱水產(chǎn)生部分的尺寸、成本和循環(huán)。在熱泵系統(tǒng)中，熱水在儲(chǔ)罐外產(chǎn)生。熱泵系統(tǒng)效率與散熱器中水的輸入溫度直接相關(guān)，散熱器與制冷劑進(jìn)行熱交換。當(dāng)進(jìn)入散熱器的流體的輸入溫度降低時(shí)，系統(tǒng)的效率增加。通過(guò)緩慢使水流入所述儲(chǔ)罐，可以在儲(chǔ)罐內(nèi)形成熱層和冷層，熱層和冷層由熱分界層分開。儲(chǔ)罐內(nèi)熱水的量在任何時(shí)候都會(huì)變化，因?yàn)闊崴a(chǎn)生能力通常不能滿足系統(tǒng)的負(fù)載需求。因此，當(dāng)負(fù)載被設(shè)置在系統(tǒng)上時(shí)，所述熱分界層在儲(chǔ)罐內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，并且具有處于所述熱層和冷層之間的溫度范圍。另外還考慮熱水儲(chǔ)罐中軍團(tuán)菌的形成，在25-42°C之間因?yàn)槌练e物和結(jié)垢會(huì)發(fā)生軍團(tuán)菌的形成。

發(fā)明內(nèi)容
一種熱泵熱水系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、放熱熱交換器、膨脹裝置和吸熱熱交換器。制冷劑通過(guò)所述閉合回路系統(tǒng)循環(huán)。一儲(chǔ)罐儲(chǔ)存與放熱熱交換器內(nèi)的制冷劑進(jìn)行熱交換的水。一設(shè)在儲(chǔ)罐內(nèi)的熱容器和冷容器之間的機(jī)械分界板減小所述熱容器和冷容器內(nèi)的水之間的熱交換。由于冷容器內(nèi)的冷水的密度大于熱容器內(nèi)的熱水的密度，冷容器位于熱容器下面。所述機(jī)械分界板設(shè)計(jì)成處于熱水密度和冷水密度之間的有效密度，使得該機(jī)械分界板在兩個(gè)容器之間浮動(dòng)。所述系統(tǒng)的性能因數(shù)由放熱熱交換器入口處的水溫決定。當(dāng)水的輸入溫度增加時(shí)，熱泵系統(tǒng)的性能因數(shù)降低。在水加熱模式期間，冷容器內(nèi)的冷水流入放熱熱交換器，以冷卻制冷劑。由于水與制冷劑進(jìn)行熱交換，水被加熱并離開放熱熱交換器。被加熱的水流入儲(chǔ)罐的熱容器。在放水模式期間，熱容器內(nèi)的熱水被從儲(chǔ)罐取走并流入熱水排放器。冷水從水源流入儲(chǔ)罐的冷容器，以再填充所述儲(chǔ)罐。替換地，熱水和/或冷水可以分別被放在熱容器或冷容器內(nèi)的可擴(kuò)展元件(例如囊或伸縮箱)中。所述分界板位于熱層和冷層之間。當(dāng)熱水和冷水被放入所述可擴(kuò)展元件中時(shí)，兩個(gè)層之間的熱交換能力被減小。在該例子中，分界板并不需要設(shè)計(jì)成具有有效密度，因?yàn)榉纸绨逵煽蓴U(kuò)展元件中之一或者兩者支撐。另外，在該例子中，熱容器可以設(shè)置在冷容器的上面、下面或側(cè)面。從下面的說(shuō)明和附圖能夠更好地了解本發(fā)明的這些和其它特征。


本領(lǐng)域技術(shù)人員從后面當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明能夠容易了解本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。下面簡(jiǎn)單對(duì)所述詳細(xì)說(shuō)明的附圖進(jìn)行說(shuō)明圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的熱泵系統(tǒng)的示意圖；圖2示出本發(fā)明的熱泵系統(tǒng)；圖3示出水加熱模式下本發(fā)明的儲(chǔ)罐；圖4示出放水模式下本發(fā)明的儲(chǔ)罐；圖5示出本發(fā)明的替換實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的熱泵水系統(tǒng)20，它包括壓縮機(jī)22、放熱熱交換器M、膨脹裝置 26和吸熱熱交換器觀。制冷劑通過(guò)閉合回路系統(tǒng)20循環(huán)。制冷劑以高壓力和焓離開壓縮機(jī)22并流過(guò)放熱熱交換器M。在放熱熱交換器M 中，制冷劑失去熱，以低焓和高壓力離開放熱熱交換器24。一流體介質(zhì)(例如水)流過(guò)散熱器32，并且與通過(guò)放熱熱交換器M的制冷劑進(jìn)行熱交換。在與制冷劑進(jìn)行熱交換后，被加熱的水通過(guò)散熱器出口 36離開。然后制冷劑通過(guò)膨脹裝置沈，壓力下降。在膨脹后，制冷劑流過(guò)吸熱熱交換器觀，并以高焓和低壓力離開。之后，制冷劑重新進(jìn)入壓縮機(jī)22，完成系統(tǒng)20。系統(tǒng)20還包括儲(chǔ)罐44，它儲(chǔ)存與放熱熱交換器M內(nèi)的制冷劑進(jìn)行熱交換的水。 在水加熱模式期間，當(dāng)必須冷卻放熱熱交換器M內(nèi)的制冷劑時(shí)，來(lái)自儲(chǔ)罐44的冷層46的冷水流過(guò)儲(chǔ)罐44中的開口 56，并通過(guò)入口 34進(jìn)入散熱器32，使放熱熱交換器M內(nèi)的制冷劑冷卻。當(dāng)水與制冷劑進(jìn)行熱交換時(shí)，水在散熱器32內(nèi)被加熱并通過(guò)出口 36離開散熱器 32。被加熱的水通過(guò)開口 58流入儲(chǔ)罐44的熱層48。在放水模式期間，來(lái)自熱層48的熱水通過(guò)開口 58從儲(chǔ)罐44除去，并流入熱水排放器52。來(lái)自水源40的冷水流入系統(tǒng)20，并通過(guò)開口 56進(jìn)入儲(chǔ)罐44，再填充儲(chǔ)罐44。通過(guò)使水緩慢進(jìn)入儲(chǔ)罐44，能夠在儲(chǔ)罐44內(nèi)形成熱層48和冷層46。在熱層48 和冷層46之間形成熱分界層50，當(dāng)系統(tǒng)20工作時(shí)該熱分界層50上下移動(dòng)，并且熱層48和冷層46的體積變化。熱分界層50具有處于熱層48和冷層46之間的溫度范圍。系統(tǒng)20的性能因數(shù)由放熱熱交換器M的散熱器32的入口 34處的水溫決定。當(dāng)輸入水溫增加時(shí)，所述性能因數(shù)降低。圖2示出本發(fā)明的儲(chǔ)罐144。一可沿Y方向移動(dòng)的機(jī)械分界板150被設(shè)置在儲(chǔ)罐 144內(nèi)，位于熱容器148和冷容器146之間，以減少容器146和148之間的熱交換。由于冷容器146內(nèi)的冷水比熱容器148內(nèi)的熱水密度大，因此冷容器146位于熱容器148下面。 在一個(gè)例子中，所述機(jī)械分界板150的密度大于熱容器148內(nèi)的熱水的密度，但小于冷容器 146內(nèi)的冷水的密度，使得機(jī)械分界板150在熱容器148和冷容器146之間浮動(dòng)。通過(guò)采用可動(dòng)的機(jī)械分界板150將儲(chǔ)罐144內(nèi)的熱水和冷水分開，儲(chǔ)罐144中的內(nèi)部熱交換和混合損失被降低，并且熱泵系統(tǒng)20的有效效率增加。圖3和4分別示出處于水加熱模式和放水模式下的儲(chǔ)罐144。如圖2和4所示，在放水模式期間，熱容器148中的熱水通過(guò)開口 158離開儲(chǔ)罐144，并流到熱水排放器152。當(dāng)熱水離開儲(chǔ)罐144時(shí)，來(lái)自水源140的水流過(guò)儲(chǔ)罐144的開口 156，以填充冷容器146。當(dāng)熱容器148中的熱水離開儲(chǔ)罐144時(shí)，通過(guò)開口 156以相同的流率供應(yīng)來(lái)自水源140的水， 使其流入儲(chǔ)罐144的冷容器146。分界板150在放水模式期間向熱容器148移動(dòng)，使冷容器 146的容積增加并使熱容器148的容積減小。如圖2和5所示，在水加熱模式期間，來(lái)自冷容器146的冷水流過(guò)開口 156和放熱熱交換器M的散熱器132。在放熱熱交換器M中，水與制冷劑進(jìn)行熱交換，使制冷劑冷卻并將水加熱。然后，被加熱的水被通過(guò)開口 158輸送到儲(chǔ)罐144的熱容器148。在水加熱模式期間，分界板150向冷容器146移動(dòng)，使熱容器148的容積增加并使冷容器146的容積減小。水加熱模式的啟動(dòng)可以利用電平開關(guān)151或其它傳感器通過(guò)機(jī)械分界板150的位置進(jìn)行控制。當(dāng)電平開關(guān)151檢測(cè)到分界板150已經(jīng)移動(dòng)到電平開關(guān)151上方時(shí)，啟動(dòng)水加熱模式，熱水開始注入儲(chǔ)罐144的熱容器146，分界板150降低以擴(kuò)大熱容器146的容積。 類似地，當(dāng)分界板150下降到第二電平開關(guān)153下方時(shí)，結(jié)束水加熱模式。開關(guān)151和153 的位置能夠確定成使系統(tǒng)20b的總能耗(包括待機(jī)損失)最小。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠知道將這些開關(guān)151和153設(shè)置在那里。所述水加熱模式和放水模式也能夠在工作過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行。圖5示出備選的儲(chǔ)罐M4。該儲(chǔ)罐M4以與上述儲(chǔ)罐144相同的方式工作。熱容器248中的熱水和冷容器246中的冷水分別被放在可擴(kuò)展元件2M和256中。可擴(kuò)展元件 2M和256可以是囊或伸縮箱。分界板250位于熱容器246和冷容器248之間。當(dāng)熱水和冷水都分別被放在可擴(kuò)展元件2M和256中時(shí)，兩個(gè)容器246和248之間的熱交換能力被減小。雖然已圖示出和描述了冷儲(chǔ)罐246和熱儲(chǔ)罐248中的水都處于可擴(kuò)展元件2M和 256中，應(yīng)當(dāng)知道可以只有熱容器248中的水或冷容器246中的水被放在可擴(kuò)展元件中。此夕卜，在該例子中，分界板250并不需要設(shè)計(jì)成具有有效的密度，因?yàn)榉纸绨?50由可擴(kuò)展元件2M和256之一或者兩者支撐。雖然沒(méi)有圖示出，應(yīng)知道熱容器248可位于冷容器M6 的上面、下面或側(cè)面。前面的說(shuō)明只是本發(fā)明原理的實(shí)例。根據(jù)上面公開的內(nèi)容，可以做出很多改進(jìn)和變化。雖然已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能想到本發(fā)明范圍內(nèi)的改進(jìn)。因此，應(yīng)當(dāng)知道，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠以與上述具體說(shuō)明不同的方式實(shí)施本發(fā)明。 因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)下面的權(quán)利要求書的理解來(lái)確定本發(fā)明的真正范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種熱泵系統(tǒng)，包括壓縮裝置，用于將制冷劑壓至高壓力；用于冷卻所述制冷劑的放熱熱交換器；儲(chǔ)罐，該儲(chǔ)罐在冷容器中儲(chǔ)存冷流體介質(zhì)，該冷流體介質(zhì)冷卻所述放熱熱交換器中的所述制冷劑，該儲(chǔ)罐還在熱容器中儲(chǔ)存被所述制冷劑加熱的熱流體介質(zhì)，所述儲(chǔ)罐包括可動(dòng)分界板，該可動(dòng)分界板將所述儲(chǔ)罐中的所述冷流體介質(zhì)與所述熱流體介質(zhì)分開，其中所述冷容器和所述熱容器中的至少一個(gè)包括可擴(kuò)展元件，該可擴(kuò)展元件容納所述冷流體介質(zhì)和所述熱流體介質(zhì)之一；其中在水加熱模式期間，所述冷流體介質(zhì)從所述儲(chǔ)罐的所述冷容器流入所述放熱熱交換器，與所述放熱熱交換器中的所述制冷劑進(jìn)行熱交換以形成所述熱流體介質(zhì)，并且所述熱流體介質(zhì)從所述放熱熱交換器流向所述儲(chǔ)罐的所述熱容器；其中所述儲(chǔ)罐還包括檢測(cè)所述可動(dòng)分界板的位置的第一傳感器和第二傳感器，并且當(dāng)所述第一傳感器檢測(cè)到所述可動(dòng)分界板移動(dòng)到所述第一傳感器上方時(shí)開始所述水加熱模式，并且當(dāng)所述第二傳感器檢測(cè)到所述可動(dòng)分界板移動(dòng)到所述第二傳感器下方時(shí)，結(jié)束所述水加熱模式；膨脹裝置，用于將所述制冷劑降至低壓力；以及用于加熱所述制冷劑的吸熱熱交換器。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述可擴(kuò)展元件包括冷可擴(kuò)展元件和熱可擴(kuò)展元件，并且所述熱流體介質(zhì)處于所述熱可擴(kuò)展元件內(nèi)和所述冷流體介質(zhì)處于所述冷可擴(kuò)展元件內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述冷可擴(kuò)展元件和熱可擴(kuò)展元件均包括伸縮箱。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述冷容器位于所述熱容器上面。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述冷容器位于所述熱容器側(cè)面。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分界板在所述儲(chǔ)罐內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述冷流體介質(zhì)和熱流體介質(zhì)是水。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，在所述水加熱模式期間，所述分界板向所述冷容器移動(dòng)， 減小所述冷容器的容積并增加所述熱容器的容積。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，在放水模式期間，所述冷流體從一水源流入所述儲(chǔ)罐的冷容器，而所述熱流體介質(zhì)流出所述熱容器，流到熱水排放裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，在放水模式期間，所述分界板向所述熱容器移動(dòng)，使所述熱容器的容積減小并使所述冷容器的容積增加。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱流體介質(zhì)通過(guò)一熱開口流入和流出所述熱容器，所述冷流體介質(zhì)通過(guò)一冷開口流入和流出所述冷容器。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述可擴(kuò)展元件包括冷可擴(kuò)展元件，所述熱流體介質(zhì)處于熱可擴(kuò)展元件內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述可擴(kuò)展元件包括熱可擴(kuò)展元件，所述冷流體介質(zhì)處于冷可擴(kuò)展元件內(nèi)。
14.一種加熱流體的方法，包括下述步驟將制冷劑壓至高壓；使冷流體介質(zhì)流出儲(chǔ)罐的冷容器；通過(guò)與所述冷流體介質(zhì)進(jìn)行熱交換冷卻所述制冷劑； 通過(guò)所述制冷劑加熱所述冷流體介質(zhì)以形成熱流體介質(zhì)； 使所述熱流體介質(zhì)流到所述儲(chǔ)罐的熱容器； 提供在所述儲(chǔ)罐內(nèi)將所述冷容器和熱容器分開的可動(dòng)分界板； 在所述冷容器和所述熱容器中的至少一個(gè)內(nèi)設(shè)置可擴(kuò)展元件，該可擴(kuò)展元件容納所述冷流體介質(zhì)和所述熱流體介質(zhì)之一使所述制冷劑膨脹至低壓； 加熱所述制冷劑；以及檢測(cè)所述可動(dòng)分界板的位置；其中在水加熱模式期間，所述冷流體介質(zhì)從所述儲(chǔ)罐的所述冷容器流入放熱熱交換器，與所述放熱熱交換器中的所述制冷劑進(jìn)行熱交換以形成所述熱流體介質(zhì)，并且所述熱流體介質(zhì)從所述放熱熱交換器流向所述儲(chǔ)罐的所述熱容器；其中所述儲(chǔ)罐還包括檢測(cè)所述可動(dòng)分界板的位置的第一傳感器和第二傳感器，并且當(dāng)所述第一傳感器檢測(cè)到所述可動(dòng)分界板移動(dòng)到所述第一傳感器上方時(shí)開始所述水加熱模式，并且當(dāng)所述第二傳感器檢測(cè)到所述可動(dòng)分界板移動(dòng)到所述第二傳感器下方時(shí)，結(jié)束所述水加熱模式。
全文摘要
一種熱泵系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、放熱熱交換器、膨脹裝置和吸熱熱交換器。一儲(chǔ)罐儲(chǔ)存冷卻放熱熱交換器內(nèi)的制冷劑的水。一設(shè)在儲(chǔ)罐內(nèi)的熱水容器和冷水容器之間的機(jī)械分界板減小所述熱水和冷水之間的熱交換。在水加熱模式期間，來(lái)自冷容器的冷水流入放熱熱交換器，以冷卻放熱熱交換器內(nèi)的制冷劑。由于水與制冷劑進(jìn)行熱交換，水在散熱器內(nèi)被加熱，離開散熱器，流入儲(chǔ)罐的熱容器。在放水模式期間，熱容器內(nèi)的熱水被從儲(chǔ)罐取走并流入熱水排放器。冷水從水源流入儲(chǔ)罐的冷容器，以再填充所述儲(chǔ)罐。
文檔編號(hào)F24D17/02GK102519137SQ20111042224
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2004年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月13日
發(fā)明者T·H·西內(nèi)爾 申請(qǐng)人:開利公司