CN101044365A - 集成到热泵底盘中的气体冷却器配置 - Google Patents

集成到热泵底盘中的气体冷却器配置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种薄轮廓的气体冷却器和适于用作跨临界热泵水加热的底盘。热泵系统包括底盘，其用于支撑系统部件如气体冷却器和蒸发器。设计气体冷却器的尺寸，通过减小气体冷却器产生的气流量，将气体冷却器对蒸发器冷却能力的影响减至最小。这通过减小气体冷却器延伸入底盘内腔的深度来实现。因此，相对于其它仍提供同等水加热能力的相似容积的气体冷却器而言，气体冷却器高度和/或宽度增加。

Description

集成到热泵底盘中的气体冷却器配置
发明背景
本发明涉及用于跨临界(transcritical)热泵水加热器的气体冷却器及底盘。
一种类型的跨临界热泵水加热器使用利用CO2作为工作流体的热泵循环。热泵可设置于室内或在建筑物的外部，例如，安装在建筑物的屋顶上。大量的部件位于支撑部件的底盘内，该部件包括例如压缩机、气体冷却器、膨胀装置、蒸发器、贮积器和其它各种部件。
在CO2热泵水加热系统内，超临界CO2将气体冷却器的热量排入水中，而且亚临界CO2从室外空气吸收蒸发器里的热量。热泵系统必须在宽的条件范围下如所期望地运行。例如，室外空气温度可从冬天的-10变化到夏天的120。通常使用气流风扇来驱动气流穿过蒸发器肋片侧以提供热量给在蒸发器管侧流动的制冷剂。确保穿过蒸发器的最大可能流量使得热泵能在各种气流条件下如所期望地运行。
先前的气体冷却器仅设计为有效实现其功能，不需要考虑气体冷却器对其它部件效率的影响。气体冷却器经常包装为相当大的如盒状的部件，其具有绕内部流体通道的隔热层以减少热量损失。盒延伸有效距离进入由底盘限定的内腔，其也罩住各种热泵部件。因此，气体冷却器阻塞并相当大地抑制气流穿过底盘来平衡热泵蒸发器的效率和蒸发器在各种运转条件下如所期望地运行的能力。因此，所需的是改良的气体冷却器以及使气体冷却器对蒸发器和系统性能负面影响最小的底盘设置，也就是将气流阻塞减至最小。
发明概述
本发明涉及适用于跨临界热泵水加热器的气体冷却器和底盘集成设计。热泵系统包括底盘，其用于支撑此系统的部件例如气体冷却器和蒸发器。气体冷却器包括供水和回流开口以及制冷剂进入和排出开口，其相关的通道贯穿气体冷却器。水和制冷剂通道相对于彼此定位，使得热量从压缩制冷剂转移到流经水通道的水，来给水箱提供热水。
气体冷却器的尺寸设计为通过减小气体冷却器阻塞的气流量，将气体冷却器对蒸发器冷却能力的影响减至最小。这通过优化包装气体冷却器的方式实现，例如，通过减小气体冷却器延伸入底盘内腔的深度。因此，气体冷却器高度和/或宽度相对于其它仍提供同等水加热能力的相似容积的气体冷却器增加。因此，较短长度的蒸发器盘管被阻塞空气流所影响。
典型的热泵底盘包括由限定底盘尺寸的垂直和水平支件支撑的分隔开的垂直和水平壁。壁和支件通常限定外部形状。底盘不仅提供对热泵水加热部件的支撑，也形成用于操作和维护目的的通路接口。各种热泵部件设置并相互连接在底盘内侧，形成封闭的制冷剂循环。在一个实例中，气体冷却器的端面邻近于壁的较大部分，例如大于50％。
在所示的实例中，气体冷却器的四个侧部接近于分隔开的水平和垂直支件，提供不会延伸入底盘内腔很深的具有薄轮廓的气体冷却器。此外，气体冷却器可提供其中一个底盘的外侧部，而除去现有技术中使用的单独的壁。优选地，气体冷却器的深度小于宽度和/或高度。底盘也可以结合一个或多个导轨使得本发明薄轮廓的气体冷却器可移动地容置于部分机体内，优选地接近底盘的外壁。
因此，本发明提供改良的气体冷却器和底盘设置，使得由到蒸发器的气流阻塞引起的气体冷却器对蒸发器和系统性能的负面影响减至最小。
附图简述
当结合其中的附图考虑时，本发明的其它优点可通过参照随后的详细描述而被理解：
图1为现有技术热泵水加热器的透视图，其中的几个壁拆除掉以提供对底盘内腔无阻碍的视图。
图2为现有技术气源热泵水加热器系统的示意图。
图3为本发明与热泵系统底盘相关联的气体冷却器的部分透视图。
图4为本发明的热泵底盘的部分透视图，其具有允许薄轮廓的气体冷却器可移动地容置于接近外部的底盘内的结构。
优选实施例的详细描述
图1和2描述现有技术热泵系统。图1说明热泵水加热器110，其具有由多个垂直114和水平116支件所构成的底盘112，形成如盒状结构，用于容纳热泵系统110的部件。壁118通常支撑在支件114和116上以包围部件并与外部环境隔开以保护它们。然而，壁118也可认为是垂直和水平支件，并一起限定外部形状。其中一个壁118支撑风扇154，用于使空气移动穿过底盘，以确保位于其中的蒸发器的所需要的运行。将穿过蒸发器的气流最大化以在极端运行条件下能发挥所需的热泵性能。
如图1所示，现有技术气体冷却器124向底盘112的内腔延伸相当大的深度，使得它阻碍大量的气流，抑制所需要的蒸发器的运行。图示的气体冷却器124支撑在底板上且仅接近其中一个垂直支件114的小部分以及其中一个水平支件116的一部分。现有技术的气体冷却器124与在底盘112一个侧部上的垂直114和水平116支件之间所限定区域的远小于一半的区域相邻。而且，气体冷却器124宽度、高度和深度大约相等，提供立体或如盒状的结构。
图2说明现有技术蒸气压缩系统120的实例，包括压缩机122、热量排出热交换器(跨临界循环中的气体冷却器)124、膨胀装置126、以及热量接收热交换器(蒸发器)128。制冷剂循环穿过闭循环系统120。
制冷剂在高压力和高焓时离开压缩机122。然后，制冷剂在高压下流经气体冷却器124。流体介质130，例如水或空气，流经气体冷却器124的散热片132，并与流经气体冷却器124的制冷剂交换热量。在气体冷却器124内，制冷剂排出热量进入流体介质130，而且制冷剂在低焓和高压时离开气体冷却器124。水泵134泵送流体介质穿过散热片132。冷却的流体介质130在散热进入或回流处136进入散热片132，并以相对于制冷剂流动相反的方向流动。在与制冷剂热量交换后，加热的水138在散热排出或供应处140排出散热片130。加热的水可存储在水箱164里。在一个实例中，水箱164尺寸定制为在任何时候符合所期望的高峰需求。然后制冷剂流经膨胀阀126，其膨胀并减少制冷剂的压力。膨胀装置126可为电子膨胀阀或为其它已知类型的膨胀装置。
膨胀后，制冷剂流经蒸发器128的通道180并在高焓和低压时离开。在蒸发器128内，制冷剂从室外空气144吸收热量，加热制冷剂。室外空气144流经散热片146，并以已知的方式与流经蒸发器128的制冷剂交换热量。室外空气144穿过散热进入或回流处148进入散热片146，并以相对于制冷剂流动相反或交叉的方向流动。在与制冷剂交换热量后，冷却的室外空气150穿过散热排出或供应处152而离开散热片146。室外空气144与蒸发器128内的制冷剂之间的温差在当制冷剂流经蒸发器128时驱动热能从室外空气144到制冷剂的转移。风扇154使室外空气144穿过蒸发器128移动，保持温差并蒸发制冷剂。然后，制冷剂重新进入压缩机122，完成该循环。
系统120将热量从低温贮能装置(周围空气)转移至高温散能装置(加热的热水)。能量的转移也由在压缩机122、风扇154和泵134处电能输入的辅助而实现。
系统120也可包括贮积器156。贮积器156从系统120存储过量的制冷剂来控制系统120的高压力，并因此控制性能系数。
参照图3，所示的本发明薄轮廓的气体冷却器24安装于底盘12上。气体冷却器24的深度D远小于气体冷却器的高度H2和宽度W2。而且，高度H2和宽度W2大约等于由底盘12的垂直14和水平16支件所限定的高度H1和宽度W1。也就是说，气体冷却器24的尺寸优选地定制为最大可能程度地使得气体冷却器24的侧部延伸至垂直14和水平16支件。以这种方式，深度D减少至最小尺寸，以降低气体冷却器所产生的任何阻碍延伸进入内腔底盘12，该阻碍抑制气流穿过位于底盘12内的蒸发器28。
此外，如图3所示，气体冷却器24提供外侧或壁18，因此不需要单独的底盘壁。也应理解气体冷却器可仅仅提供一部分外壁18。将片材配置连接于气体冷却器24以使外壁18完整。尽管图3所示的气体冷却器24提供侧壁，但是，气体冷却器24也可提供底盘12的顶壁或底壁。
本发明的气体冷却器24的特征以及其相对于底盘12的关系可以任何数量的方式进行表示。参照图4，例如，气体冷却器24外侧的区域A2与底盘的区域A1的较大部分相邻，在所示实例中，底盘的区域A1由在底盘一侧上的垂直14和水平16支件所围成的区域所限定，优选地与壁18相邻。所示的气体冷却器24从底盘移出。
在一个实例中，区域A2至少为区域A1的50％。在图4所示的实例中，区域A2大约等于区域A1。以其它方式表述，宽度W2和/或高度H2远大于气体冷却器24的深度D，例如两倍的长度。虽然所示的本发明的气体冷却器24靠近侧壁设置，本领域普通技术人员应理解它也可设置在底盘12的顶部或底部。
参照图4的其它特征，本发明的气体冷却器24可移动地在邻近壁18的一个侧部安置于底盘12内。在图示实例中，气体冷却器24由顶部装入底盘12，但也可侧部或底部装入。一个或多个导轨70用来在气体冷却器24安置入底盘12时固定气体冷却器24在所需的位置。在图示实例中，气体冷却器24的相对面由相对的垂直构件14和相对的垂直导轨70保持。
也应理解，图4所示的可移动的气体冷却器的配置也可以与图3所示相似的方式提供外壁18。
本发明的气体冷却器24减少了对到蒸发器盘管的空气阻塞，使得对蒸发器和随后对水的热性能的负面影响减至最小。此外，在底盘12内气体冷却器24的配置给使用者提供到底盘内部件的通路，特别是图4所示的设置。
已以示例方式介绍了本发明，应理解，所使用的术语旨在具有词意描述的性质，而不是限制。显然，本发明的许多修改和变化可能根据前面的教导作出。因此应理解，在所附的权利要求范围内，本发明可采用不同于所具体描述的方式实施。

Claims (24)

1、一种热泵系统，包括：
具有多个支件的底盘，所述支件大致限定外部形状，其带有具第一区域的侧部；以及
由所述的底盘支撑的气体冷却器，所述气体冷却器包括水供给开口和水回流开口以及制冷剂进入开口和制冷剂排出开口，所述气体冷却器包括具有接近所述第一区域较大部分的第二区域的表面。
2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述气体冷却器包括限定所述第二区域的宽度和高度，以及远小于所述宽度和高度的深度。
3、根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述的深度远离所述侧部地延伸入所述外部形状的内腔。
4、根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述气体冷却器包括提供所述宽度和高度的四个侧部，所述四个侧部接近所述外部形状。
5、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述气体冷却器提供所述外部形状的底部。
6、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在底盘内设置有压缩机、蒸发器和膨胀装置。
7、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述气体冷却器包括填充含有二氧化碳制冷剂的冷却通道。
8、一种热泵系统，包括：
底盘，其限定内腔，该内腔包括位于其内的蒸发器；以及
气体冷却器，由所述的底盘支撑，所述气体冷却器包括水供给开口和水回流开口以及制冷剂进入开口和制冷剂排出开口，所述气体冷却器包括宽度、高度和深度，所述深度延伸入所述内腔，所述深度大致小于所述宽度和高度中的至少一个，并降低通过所述底盘到所述蒸发器的气流阻碍。
9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述宽度和高度中的所述至少一个为至少约两倍的所述深度。
10、根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述深度大约至少为所述宽度和高度的一半。
11、根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述气体冷却器包括提供所述宽度和高度的四个侧部，所述四个侧部接近所述底盘的四个壁。
12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于：所述四个壁限定第一区域，且所述宽度和高度限定第二区域，所述第二区域大致等于所述第一区域。
13、根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述气体冷却器提供所述底盘外壁的一部分。
14、根据权利要求13所述的系统，其特征在于：所述气体冷却器大致提供所述外壁。
15、根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述压缩机和膨胀装置设置于底盘内。
16、根据权利要求8所述的系统，其特征在于：气体冷却器包括填充含有二氧化碳制冷剂的冷却通道。
17、一种热泵系统，包括：
底盘，其具有多个支件，该支件在所述底盘的内腔中限定第一区域；以及
气体冷却器，其由所述底盘支撑，所述气体冷却器包括水供给开口和水回流开口以及制冷剂进入开口和制冷剂排出开口，所述气体冷却器包括具有由宽度和高度限定的第一区域的表面，及远离所述区域延伸的深度，所述深度小于所述宽度和高度中的至少一个。
18、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述底盘包括从所述区域隔开的导轨，在所述区域和所述导轨之间限定一定空间，在所述空间中可移动地容置所述的气体冷却器。
19、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述宽度和高度中的所述至少一个为至少约两倍的所述深度。
20、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述深度大约至少为所述宽度和高度的一半。
21、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述气体冷却器包括限定所述宽度和高度的四个侧部，所述四个侧部接近所述底盘的四个壁。
22、根据权利要求21所述的系统，其特征在于：所述四个壁限定第一区域，且所述宽度和高度限定第二区域，所述第二区域大致等于所述第一区域。
23、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述压缩机、蒸发器和膨胀阀设置于底盘内。
24、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：气体冷却器包括填充含有二氧化碳制冷剂的冷却通道。
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