專利名稱：用于熱水系統(tǒng)的儲罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于熱水系統(tǒng)的儲罐，它包括用于分離熱水層和冷水層的機械隔
1 裝直O(jiān)
背景技術(shù)：
熱水系統(tǒng)通常包括儲存流體(例如水)的儲罐，所述流體使放熱熱交換器中的制冷劑冷卻。通過采用儲罐，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)，散熱器與制冷劑進行熱交換。當進入散熱器的流體的輸入溫度降低時，系統(tǒng)的效率增加。通過緩慢使水流入所述儲罐，可以在儲罐內(nèi)形成熱層和冷層，熱層和冷層由熱分界層分開。儲罐內(nèi)熱水的量在任何時候都會變化，因為熱水產(chǎn)生能力通常不能滿足系統(tǒng)的負載需求。因此，當負載被設(shè)置在系統(tǒng)上時，所述熱分界層在儲罐內(nèi)上下運動，并且具有處于所述熱層和冷層之間的溫度范圍。另外還考慮熱水儲罐中軍團菌的形成，在25-42°C之間因為沉積物和結(jié)垢會發(fā)生軍團菌的形成。

發(fā)明內(nèi)容
一種熱泵熱水系統(tǒng)，包括壓縮機、放熱熱交換器、膨脹裝置和吸熱熱交換器。制冷劑通過所述閉合回路系統(tǒng)循環(huán)。一儲罐儲存與放熱熱交換器內(nèi)的制冷劑進行熱交換的水。一設(shè)在儲罐內(nèi)的熱容器和冷容器之間的機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。所述機械分界板設(shè)計成處于熱水密度和冷水密度之間的有效密度，使得該機械分界板在兩個容器之間浮動。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。當水的輸入溫度增加時，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。被加熱的水流入儲罐的熱容器。在放水模式期間，熱容器內(nèi)的熱水被從儲罐取走并流入熱水排放器。冷水從水源流入儲罐的冷容器，以再填充所述儲罐。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。當熱水和冷水被放入所述可擴展元件中時，兩個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)計成具有有效密度，因為分界板由可擴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)人員從后面當前優(yōu)選實施例的詳細說明能夠容易了解本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點。下面簡單對所述詳細說明的附圖進行說明圖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)明的儲罐；圖4示出放水模式下本發(fā)明的儲罐；圖5示出本發(fā)明的替換實施例。
具體實施例方式圖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22并流過放熱熱交換器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)流過散熱器32，并且與通過放熱熱交換器M的制冷劑進行熱交換。在與制冷劑進行熱交換后，被加熱的水通過散熱器出口 36離開。然后制冷劑通過膨脹裝置沈，壓力下降。在膨脹后，制冷劑流過吸熱熱交換器觀，并以高焓和低壓力離開。之后，制冷劑重新進入壓縮機22，完成系統(tǒng)20。系統(tǒng)20還包括儲罐44，它儲存與放熱熱交換器M內(nèi)的制冷劑進行熱交換的水。 在水加熱模式期間，當必須冷卻放熱熱交換器M內(nèi)的制冷劑時，來自儲罐44的冷層46的冷水流過儲罐44中的開口 56，并通過入口 34進入散熱器32，使放熱熱交換器M內(nèi)的制冷劑冷卻。當水與制冷劑進行熱交換時，水在散熱器32內(nèi)被加熱并通過出口 36離開散熱器 32。被加熱的水通過開口 58流入儲罐44的熱層48。在放水模式期間，來自熱層48的熱水通過開口 58從儲罐44除去，并流入熱水排放器52。來自水源40的冷水流入系統(tǒng)20，并通過開口 56進入儲罐44，再填充儲罐44。通過使水緩慢進入儲罐44，能夠在儲罐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，當系統(tǒng)20工作時該熱分界層50上下移動，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。當輸入水溫增加時，所述性能因數(shù)降低。圖2示出本發(fā)明的儲罐144。一可沿Y方向移動的機械分界板150被設(shè)置在儲罐 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。 在一個例子中，所述機械分界板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，使得機械分界板150在熱容器148和冷容器146之間浮動。通過采用可動的機械分界板150將儲罐144內(nèi)的熱水和冷水分開，儲罐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中的熱水通過開口 158離開儲罐144，并流到熱水排放器152。當熱水離開儲罐144時，來自水源140的水流過儲罐144的開口 156，以填充冷容器146。當熱容器148中的熱水離開儲罐144時，通過開口 156以相同的流率供應(yīng)來自水源140的水， 使其流入儲罐144的冷容器146。分界板150在放水模式期間向熱容器148移動，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，來自冷容器146的冷水流過開口 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，被加熱的水被通過開口 158輸送到儲罐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，使熱容器148的容積增加并使冷容器146的容積減小。水加熱模式的啟動可以利用電平開關(guān)151或其它傳感器通過機械分界板150的位置進行控制。當電平開關(guān)151檢測到分界板150已經(jīng)移動到電平開關(guān)151上方時，啟動水加熱模式，熱水開始注入儲罐144的熱容器146，分界板150降低以擴大熱容器146的容積。 類似地，當分界板150下降到第二電平開關(guān)153下方時，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程中同時進行。圖5示出備選的儲罐M4。該儲罐M4以與上述儲罐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展元件2M和256中?？蓴U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。當熱水和冷水都分別被放在可擴展元件2M和256中時，兩個容器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罐246和熱儲罐248中的水都處于可擴展元件2M和 256中，應(yīng)當知道可以只有熱容器248中的水或冷容器246中的水被放在可擴展元件中。此夕卜，在該例子中，分界板250并不需要設(shè)計成具有有效的密度，因為分界板250由可擴展元件2M和256之一或者兩者支撐。雖然沒有圖示出，應(yīng)知道熱容器248可位于冷容器M6 的上面、下面或側(cè)面。前面的說明只是本發(fā)明原理的實例。根據(jù)上面公開的內(nèi)容，可以做出很多改進和變化。雖然已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，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。因此，應(yīng)當知道，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠以與上述具體說明不同的方式實施本發(fā)明。 因此，應(yīng)當根據(jù)下面的權(quán)利要求書的理解來確定本發(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；儲罐，該儲罐在冷容器中儲存冷流體介質(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，該儲罐還在熱容器中儲存被所述制冷劑加熱的熱流體介質(zhì)，所述儲罐包括可動分界板，該可動分界板將所述儲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包括可擴展元件，該可擴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罐的所述熱容器；其中所述儲罐還包括檢測所述可動分界板的位置的第一傳感器和第二傳感器，并且當所述第一傳感器檢測到所述可動分界板移動到所述第一傳感器上方時開始所述水加熱模式，并且當所述第二傳感器檢測到所述可動分界板移動到所述第二傳感器下方時，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)，其中所述可擴展元件包括冷可擴展元件和熱可擴展元件，并且所述熱流體介質(zhì)處于所述熱可擴展元件內(nèi)和所述冷流體介質(zhì)處于所述冷可擴展元件內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述冷可擴展元件和熱可擴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罐內(nèi)上下運動。
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， 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，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)通過一熱開口流入和流出所述熱容器，所述冷流體介質(zhì)通過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)，其中所述可擴展元件包括冷可擴展元件，所述熱流體介質(zhì)處于熱可擴展元件內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述可擴展元件包括熱可擴展元件，所述冷流體介質(zhì)處于冷可擴展元件內(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)流出儲罐的冷容器；通過與所述冷流體介質(zhì)進行熱交換冷卻所述制冷劑； 通過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)流到所述儲罐的熱容器； 提供在所述儲罐內(nèi)將所述冷容器和熱容器分開的可動分界板； 在所述冷容器和所述熱容器中的至少一個內(nèi)設(shè)置可擴展元件，該可擴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；以及檢測所述可動分界板的位置；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罐的所述熱容器；其中所述儲罐還包括檢測所述可動分界板的位置的第一傳感器和第二傳感器，并且當所述第一傳感器檢測到所述可動分界板移動到所述第一傳感器上方時開始所述水加熱模式，并且當所述第二傳感器檢測到所述可動分界板移動到所述第二傳感器下方時，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、放熱熱交換器、膨脹裝置和吸熱熱交換器。一儲罐儲存冷卻放熱熱交換器內(nèi)的制冷劑的水。一設(shè)在儲罐內(nèi)的熱水容器和冷水容器之間的機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。由于水與制冷劑進行熱交換，水在散熱器內(nèi)被加熱，離開散熱器，流入儲罐的熱容器。在放水模式期間，熱容器內(nèi)的熱水被從儲罐取走并流入熱水排放器。冷水從水源流入儲罐的冷容器，以再填充所述儲罐。
文檔編號F24D17/02GK102519137SQ20111042224
公開日2012年6月27日 申請日期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 申請人:開利公司