流体加热和/或冷却系统及相关方法技术方案

技术编号:15201576 阅读:142 留言:0更新日期:2017-04-22 04:22
一种用于加热和/或冷却流体的方法及系统,该方法包括使流体移动通过热交换器的二次侧并控制热交换器的一次侧的温度,使得热交换器的一次侧的温度相对于基准温度基本上保持在预定温度范围内,基准温度是下述温度中的至少一者的函数:通向二次侧的入口的温度以及二次侧的出口的温度。

Fluid heating and / or cooling system and related methods

A method and system for heating and / or cooling fluid, the method comprises a side moving the fluid through the two side of the heat exchanger and control the temperature of the heat exchanger, so that one side of the heat exchanger temperature relative to the reference temperature basically maintained at a predetermined temperature range, the reference temperature is a function of at least one of the following: the temperature of the entrance to the two side of the temperature and the two side of the outlet temperature.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种流体加热和/或冷却系统及相关方法。特別地但非排他性地,本专利技术的实施例可以涉及用于将热量传递至水和/或从水中传走热量的系统。特別地但非排他性地,实施例可以设置为对稍后消耗用的水的水源进行加热。
技术介绍
适宜地描述与水加热和/或冷却有关的各实施例的背景。然而,应理解的是,所概述的原理可以应用于除水之外的流体。许多供水系统维持储存容器中的水的供应,该水随后被传热机构加热和/或冷却。许多现有技术的系统将水从储存容器移动至传热机构,然后使已被添加或移除热量的水返回至储存容器。在加热系统的情况下,已知使用锅炉作为传热机构,该锅炉燃烧化石燃料以产生用于加热流经锅炉的水的热量。这种系统产生大量的CO2,并且热流体(例如,水)的整体产生就成本和CO2的产生而言可能不如期望那样高效。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面,提供一种流体加热和/或冷却系统,该流体加热和/或冷却系统设置为加热和/或冷却流体,并包括下述部件中的至少一者:1.热泵,其包括以下组件中的至少一者:压缩机;蒸发器,其具有使内部的制冷剂蒸发的蒸发温度;以及冷凝器,其具有使内部的制冷剂冷凝的冷凝温度,压缩机、蒸发器和冷凝器由设置为运送制冷剂的制冷剂管道工程系统进行连接;其中,冷凝器和蒸发器中的一者在流体与制冷剂之间提供热交换器;热交换器可以具有:(i)一次入口,其设置为在使用时接收制冷剂;(ii)二次入口,其设置为在使用时接收流体;以及(iii)二次出口,其设置为在使用时输出流体;2.流体储存容器,其通常设置为在使用时允许流体在加热管道工程系统中从该流体储存容器经由二次入口循环通过热交换器;3.至少一个温度传感器,其通常设置为监测流体温度并产生温度输出;以及4.系统控制器,其通常设置为具有输入至该系统控制器的至少一个温度输出,并基于至少一个温度输出而产生基准温度,其中,基准温度是二次入口和二次出口中的至少一者的温度的函数,并且其中:(a)当要加热流体时,冷凝器提供热交换器,并且控制器进一步设置为响应于基准温度而控制冷凝温度,使得冷凝温度基本上保持在基准温度之上的预定温度范围内;和/或(b)当要冷却流体时,蒸发器提供热交换器,并且控制器进一步设置为响应于基准温度而控制蒸发温度,使得蒸发温度基本上保持在基准温度之下的预定温度范围内。采用热泵的实施例是有利的,因为热泵能够提供系统中的加热和冷却,并且系统可以容易地包括用于允许传热方向发生逆转的阀门。其次,热泵使用输入至系统的能量,以将热能从加热源移动至散热片,或者反之亦然,其中,所移动的能量可以较大,或许可以基本上比输入至系统的能量大。此外,可以通过确保冷凝温度在基准温度之上的预定温度范围内来提高实施例的效率。在现有加热系统中,冷凝温度被设定在所需热水温度(即,流体储存容器中的流体所要加热到的温度)之上的水平。通常来说,该热水温度为60℃,因此,冷凝温度被设定为该温度之上的温度,例如70℃。因此,使用处于比流体所要加热到的温度高的温度的加热介质(制冷剂)执行大多数(如果不是全部的话)加热处理。相反,在至少一些实施例中,将制冷剂的温度反复调节至比被加热的流体的温度(其为流体的实际温度,而不是期望的最终温度)高的温度,从而控制冷凝温度与流体温度之差(即,预定温度范围)。一些实施例设置为将预定温度范围控制为可实现的最小值。因此,通常来说,实施例设置为:当流体温度为最低时,将冷凝温度控制成从流体加热开始时的最小值增大至流体加热处理结束时的最大值,因此,平均冷凝温度低于现有系统中的平均冷凝温度。因此,这些实施例计算作为基准温度加上预定温度范围的目标冷凝温度。有利的是,将冷凝温度控制为基本上在基准温度之上的预定温度范围内的温度的实施例增大了系统的性能系数(COP)。COP被定义为有用的加热能量输出除以输入到热泵压缩机中的能量。例如,在这种加热系统中,当冷凝温度为25℃时,COP可以为8.8,而当冷凝温度为约65℃时,COP仅可以为2.2以下。因此,系统的平均COP变为其工作范围内的COP的加权平均值,并且可以认为,典型实施例的平均值将变为5.5。应理解的是,在这种整体COP下操作的实施例在产生热流体和/或使用更少的CO2方面将比用于加热流体(例如,水)的系统(在该系统中,冷凝温度被保持为高于流体的最终温度)更有效。优选的是,热泵是空气源热泵,可选的是,热泵是地源热泵、水源热泵或包含多个热泵且可选地具有不同的外部加热源的热泵系统。冷凝器可以包括设置为从制冷剂管道工程系统中的制冷剂吸取热量的热交换器。因此,当系统设置为加热流体时,冷凝器可以被称为冷凝器热交换器或热交换器。在冷却系统中,冷凝器和蒸发器的位置反转,并且系统中流动的流体被冷却。本领域的技术人员将理解的是,制冷剂管道工程系统是用于在冷却或加热系统中移动热量的机构。当系统设置为冷却流体时,蒸发器可以包括设置成从加热管道工程系统中的流体吸取热量的热交换器。因此,当系统设置为冷却流体时,蒸发器可以被称为蒸发器热交换器或热交换器。在可在加热系统与冷却系统之间转换的系统中,该系统可以对制冷剂管道工程系统进行变型,该变型通常包括用于改变制冷剂管道工程系统的各部件之间的流动方向的阀门。本领域的技术人员将理解如何实现这点。在冷却系统中,当可在加热系统与冷却系统之间转换的系统被操作作为冷却系统时,本领域的技术人员将理解的是:控制蒸发温度,而非冷凝温度。在加热系统中,冷凝温度与表示冷凝器热交换器的二次侧中的流体温度(即,冷凝器的二次出口或二次入口处或这两者之间的位置处的流体温度)的温度之差通常被最小化或以其他方式减小,以优化或以其他方式提高效率,并且冷凝温度高于二次出口处的流体温度。相反,在冷却系统中,蒸发温度与表示冷凝器热交换器的二次侧中的流体温度(即,冷凝器的二次出口或二次入口处或这两者之间的位置处的流体温度)的温度之差通常被最小化或以其他方式减小,以优化或以其他方式提高效率,并且蒸发温度低于二次出口处的流体温度。因此,该系统被反向操作,以利用本领域技术人员所能理解的且作为热力学第二定律的结果的卡诺定理的相同方面。在公开内容的其他部分中,为简明和简单起见,描述了加热系统。参考上述段落,本领域技术人员将理解如何调节系统和方法以进行冷却。二次入口处可以设置有至少一个温度传感器,以直接测量在二次入口处进入冷凝器的流体的温度。另外或作为替代,温度传感器可以位于沿着自流体储存容器起的管道上的任意位置或流体储存容器内部靠近该管道的位置;沿着管道的已知热损耗(其本身可以是温度函数)可以用于计算二次入口处的温度。另外或作为替代,传感器可以位于冷凝器的二次出口处或沿着从二次出口至流体储存容器的管道设置。冷凝器的二次入口与二次出口之间的已知温差可以用于根据二次出口处的温度来计算二次入口处的温度。另外,如果温度传感器沿着从二次出口至流体储存容器的管道设置,则可以使用沿着管道的已知热损耗。可以设置多个温度传感器。控制器可以根据二次入口温度和二次出口温度中的至少一者的函数来产生基准温度。在一个实施例中,基准温度可以是二次入口温度和二次出口温度的平均值。然而,本领域的技术人员将理解的是:冷凝温度必须高于冷凝器热交换器的二次侧中的流体的最高温度。因此,各实施例通常设置为将本文档来自技高网...
流体加热和/或冷却系统及相关方法

【技术保护点】
一种流体加热和/或冷却系统,其设置为加热和/或冷却流体,并包括:热泵,其包括:压缩机;蒸发器,其具有使内部的制冷剂蒸发的蒸发温度;以及冷凝器,其具有使内部的制冷剂冷凝的冷凝温度,所述压缩机、所述蒸发器和所述冷凝器由设置为运送制冷剂的制冷剂管道工程系统进行连接;其中,所述冷凝器和所述蒸发器中的一者在流体与制冷剂之间提供热交换器;所述热交换器具有:(i)一次入口,其设置为在使用时接收制冷剂;(ii)二次入口,其设置为在使用时接收流体;以及(iii)二次出口,其设置为在使用时输出流体;流体储存容器,其设置为在使用时允许流体在加热管道工程系统中从所述流体储存容器经由所述二次入口循环通过所述热交换器;至少一个温度传感器,其设置为监测流体温度并产生温度输出;以及系统控制器,其设置为具有输入至所述系统控制器的至少一个温度输出,并基于输入至所述系统控制器的所述至少一个温度输出而产生基准温度,其中,所述基准温度是所述热交换器的二次入口和二次出口中的至少一者的温度的函数,并且所述控制器进一步设置为响应于所述基准温度而控制所述热交换器的一次侧的温度,使得所述热交换器的所述一次侧的温度相对于所述基准温度基本上保持在预定温度范围内。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.10 GB 1406515.51.一种流体加热和/或冷却系统,其设置为加热和/或冷却流体,并包括:热泵,其包括:压缩机;蒸发器,其具有使内部的制冷剂蒸发的蒸发温度;以及冷凝器,其具有使内部的制冷剂冷凝的冷凝温度,所述压缩机、所述蒸发器和所述冷凝器由设置为运送制冷剂的制冷剂管道工程系统进行连接;其中,所述冷凝器和所述蒸发器中的一者在流体与制冷剂之间提供热交换器;所述热交换器具有:(i)一次入口,其设置为在使用时接收制冷剂;(ii)二次入口,其设置为在使用时接收流体;以及(iii)二次出口,其设置为在使用时输出流体;流体储存容器,其设置为在使用时允许流体在加热管道工程系统中从所述流体储存容器经由所述二次入口循环通过所述热交换器;至少一个温度传感器,其设置为监测流体温度并产生温度输出;以及系统控制器,其设置为具有输入至所述系统控制器的至少一个温度输出,并基于输入至所述系统控制器的所述至少一个温度输出而产生基准温度,其中,所述基准温度是所述热交换器的二次入口和二次出口中的至少一者的温度的函数,并且所述控制器进一步设置为响应于所述基准温度而控制所述热交换器的一次侧的温度,使得所述热交换器的所述一次侧的温度相对于所述基准温度基本上保持在预定温度范围内。2.根据权利要求1所述的流体加热和/或冷却系统,其中:(a)当要加热流体时,所述冷凝器提供所述热交换器,所述一次侧的温度是所述冷凝温度,并且所述控制器进一步设置为响应于所述基准温度而控制所述冷凝温度,使得所述冷凝温度基本上保持在所述基准温度之上的预定温度范围内;和/或(b)当要冷却流体时,所述蒸发器提供所述热交换器,所述一次侧的温度是所述蒸发温度,并且所述控制器进一步设置为响应于所述基准温度而控制所述蒸发温度,使得所述蒸发温度基本上保持在所述基准温度之下的预定温度范围内。3.根据权利要求1或2所述的系统,其中,所述温度传感器位于所述热交换器的所述二次入口的区域中,从而能够确定所述二次入口的温度。4.根据权利要求1或2所述的系统,其中,所述温度传感器不位于所述二次入口处,并且所述控制器设置为使用所述温度输出来计算进入所述二次入口的流体的温度。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,制冷剂流经的所述热交换器的所述一次侧与流体流经的所述热交换器的二次侧之间存在已知的温度梯度,并且所述预定温度范围基本上对应于所述温度梯度。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,所述控制器设置为保持以下情况中的至少一者:(i)使所述冷凝温度为最小值,同时仍然确保制冷剂与流体之间发生传热;和/者(ii)使所述蒸发温度为最大值,同时仍然确保制冷剂与流体之间发生传热。7.根据权利要求6所述的系统,其中,所述最小值指的是所述冷凝温度与所述热交换器的二次侧的出口处的流体温度之间的温差,所述温差在1摄氏度与6摄氏度之间。8.根据权利要求6或7所述的系统,其中,所述最大值指的是所述蒸发温度与所述热交换器的二次侧的出口处的流体温度之间的温差,所述温差在1摄氏度与6摄氏度之间。9.根据权利要求6或7所述的系统,其中,所述最小值指的是所述冷凝温度与所述热交换器的二次侧的出口处的流体温度之间的温差,所述温差在1摄氏度与4摄氏度之间。10.根据权利要求9所述的系统,其中,所述最小值指的是所述冷凝温度与所述热交换器的二次侧的出口处的流体温度之间的温差,所述温差为约2摄氏度。11.根据权利要求8所述的系统,其中,所述最大值指的是所述蒸发温度与所述热交换器的二次侧的出口处的流体温度之间的温差,所述温差在1摄氏度与4摄氏度之间。12.根据权利要求11所述的系统,其中,所述最大值指的是所述蒸发温度与所述热交换器的二次侧的出口处的流体温度之间的温差,所述温差为约2摄氏度。13.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员:安东尼·鲁滨逊
申请(专利权)人:ESG普尔通风设备有限公司
类型:发明
国别省市:英国;GB

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