CN105518407B - 气体冷却器 - Google Patents

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Abstract

提供了配置为在气体冷却器中CO2可具有相对高的比热容处减少冷却流体的温度变化的方法、系统和设备。额外的冷却流体可以引入到CO2可具有相对高的比热容处，以减少冷却流体的温度变化。通过在CO2可具有相对高的比热容处减慢冷却流体的温度变化，可以维持和/或产生气体冷却器中的CO2与冷却流体之间的温差，这有助于CO2与冷却流体之间的热交换。

Description

气体冷却器
技术领域
本公开在此通常涉及供暖、通风和空调(“HVAC”)系统。更具体地，本公开在此涉及HVAC系统中使用CO2作为制冷剂的热泵的气体冷却器。通常，所描述的方法，系统和设备旨在帮助提高CO2热泵的气体冷却器的热交换效率。
背景技术
由于例如全球环境顾虑，自然的工作流体(比如CO2)已经越来越多地作为制冷剂使用在HVAC系统中，比如，在HVAC系统的热泵系统中。使用自然的工作流体(比如CO2)可以帮助减少例如HVAC系统的全球变暖潜势(GWP)。
典型的CO2热泵系统包括配置为压缩CO2的压缩机。被压缩的CO2可以被引导入气体冷却器。在气体冷却器中，被压缩的CO2可以将热排放给例如冷却流体(比如水)，并降低被压缩CO2的温度。CO2于是可以被引导入膨胀装置，然后进入蒸发器从而与加工流体(比如空气或水)进行热交换。加工流体可以用于例如为建筑物的室内空间提供空调。冷却流体(比如水)在气体冷却器中被加热之后，可以用于例如提供热的公用水。气体冷却器中的热排放过程可以发生在高于CO2的临界点的温度，因此，这种热泵系统可以被称为跨临界系统。
发明内容
提供了配置为使用自然工作流体、尤其是CO2帮助增加HVAC系统中的热交换效率的方法、系统和设备。应当理解的是，本文公开的实施例可以与其它类型的自然工作流体一起使用。
在一些实施例中，在气体冷却器中CO2可具有相对高的cp-值(或者比热容)处可以减少冷却流体的温度变化。在一些实施例中，额外量的冷却流体可以在CO2可具有相对高的cp-值(或者比热容)处被引入气体冷却器，以减少冷却流体的温度变化。通过在CO2可具有相对高的cp-值(或者比热容)处减慢冷却流体的温度变化，可以维持和/或产生气体冷却器中的CO2与冷却流体之间的温差，这有助于改善CO2与冷却流体之间的热交换。
在一些实施例中，气体冷却器可包括具有气体入口和气体出口的气体通道，以及冷却流体通道。冷却流体通道可包括第一冷却流体入口和第一冷却流体出口，其中第一冷却流体入口与第一冷却流体出口可以是流体连通的。冷却流体通道还可包括第二冷却流体入口和第二冷却流体出口，其中第二冷却流体入口与第二冷却流体出口是流体连通的。气体冷却器具有长度，气体通道和冷却流体通道沿着该长度具有热交换关系。
在一些实施例中，第二冷却流体入口可以配置为引导冷却流体在第一冷却流体入口和第一冷却流体出口之间的第一位置处进入气体冷却器。在一些实施例中，第二冷却流体出口可以配置为在第一冷却流体入口和第一冷却流体出口之间的第二位置处将冷却流体引导出气体冷却器。在一些实施例中，沿着该长度，第一位置可以比第二位置更靠近第一冷却流体入口。
在一些实施例中，第一冷却流体入口、第二冷却流体入口、第二冷却流体出口和第二冷却流体出口可均与冷却流体通道流体连通。冷却流体可以从第一和/或第二流体入口被引导进入冷却流体通道，并且在冷却流体通道内混合。冷却流体还可以从第一和/或第二流体出口被引导出冷却流体通道。
在一些实施例中，第一冷却流体入口和第一冷却流体出口可形成第一冷却流体路径，并且第二冷却流体入口和第二冷却流体出口可形成第二冷却流体路径。在一些实施例中，第一冷却流体路径和第二冷却流体路径可以相分离。
在一些实施例中，气体冷却器可以包括在使用CO2作为制冷剂的HVAC系统中。在一些实施例中，第一冷却流体入口可以配置为接收比如自来水。在一些实施例中，第二冷却流体入口可以配置为接收来自比如空间加热器的冷却流体。
在一些实施例中，一种管理气体冷却器中的冷却流体的方法可以包括：引导被压缩的气体进入气体冷却器的气体入口，并朝向气体出口；引导第一冷却流体进入气体冷却器的第一冷却流体入口；以及引导第二冷却流体进入气体冷却器的第二冷却流体入口。在一些实施例中，沿着气体冷却器的长度，第一冷却流体入口可以比第二冷却流体入口更远离气体冷却器的气体入口。第二冷却流体的引入可以减少第一和/或第二冷却流体的温度变化。
在一些实施例中，第二冷却流体可以在CO2可具有相对高的cp-值(或者比热容)处被引入气体冷却器，从而可以在CO2可具有相对高的cp-值(或者比热容)处减少第一和/或第二冷却流体的温度变化。
在一些实施例中，管理气体冷却器中的冷却流体的方法可以包括将冷却流体从第一冷却流体出口和第二冷却流体出口引导出气体冷却器。在一些实施例中，引导出第二冷却流体出口的冷却流体的量可以与引导入第二冷却流体入口的冷却流体的量相同。
通过考虑以下具体说明和附图，实施例的其它特征和方面将变得清楚。
附图说明
现参照附图，其中相同的附图标记代表整个附图中相应的部件。
图1示出了在不同压力下CO2的温度-比焓的曲线。
图2示出了CO2的温度-热转移的曲线以及传统的CO2气体冷却器的冷却流体。
图3示出了有代表性的CO2的温度-热转移曲线以及在此公开的CO2气体冷却器中可能描述的冷却流体。
图4A和图4B示出了气体冷却器的实施例。图4A是示意图。图4B是立体图。
图5示出了气体冷却器的另一个实施例的示意图。
图6示出了采用在此公开的气体冷却器的HVAC系统的示意图。
具体实施方式
在HVAC系统中，比如使用CO2作为制冷剂的热泵系统，CO2通常被压缩机压缩，之后被引导入气体冷却器。在气体冷却器中，被压缩的CO2可以排放热给冷却流体，比如水。使用CO2作为制冷剂的热泵系统可以作为跨临界热泵系统工作。也就是，在热泵系统中的制冷剂CO2可以经受相对于其临界点的次临界状态和超临界状态。用语“临界点”通常指的是制冷剂仍然可以冷凝时的最高压力和温度。在临界点，通常不存在明显的液体和气体相。次临界状态通常指的是制冷剂的温度和压力低于临界点时的状态。超临界状态通常指的是制冷剂的温度和压力高于临界点时的状态。在超临界状态，气体与液体之间的区别消失了，以致于制冷剂不能再被冷凝。
在跨临界热泵系统中，气体冷却器中的排热过程可以发生在高于CO2的临界点处，也就是说，CO2可以处于超临界状态。在超临界状态，CO2的比热容(也就是cp-值(kj/kg))根据CO2的压力或者温度是可独立变化的。用语“比热容”通常意味着改变物质(例如CO2)的每单位质量(1kg)的温度的单位度数(例如1℃)所需的热量。
附图标记形成附图的一部分，并且附图通过实例的方式说明可以被实施的实施例。可以理解的是，本文所使用的用语是为了描述图和实施例的目的，而不应被视为限制本申请的范围。
图1示出了在范围从7.5MPa至20MPa的某一具体的超临界压力下CO2的温度-比焓的等压线曲线。每一条曲线对应于在所标记的压力下的温度-比焓的等压线曲线。通常，曲线的斜率(Δt/Δh)在所标记的压力下与cp-值(Δh/Δt)相反地对应。通常，斜率越陡，cp-值(或比热容)越小，反之亦然。当cp-值相对较小时，在给定量的热交换下，CO2的温度可以相对较快地变化。
如图1所示，cp-值在所示的温度范围内通常不是恒定的，也就是说，每一条曲线的斜率通常沿着曲线变化。如图1所示的曲线通常具有中间部分110，该中间部分110具有比曲线的其它部分相对更小的斜率。在中间部分110，cp-值可以比曲线的其它部分相对更高。例如，当压力在大约7.5Mpa并且温度在大约30℃时，cp-值可以高于10,000。当cp-值相对高时，CO2可以在相对小的温度变化下排放出给定量的热量。
图2示出了传统的CO2气体冷却器200以及在75bar(7.5MPa)的工作压力下的温度-传热(Q)曲线。温度-Q曲线202和204通常分别代表了沿着气体冷却器200的长度L2、在气体冷却器200内部的CO2(曲线202)和冷却流体(曲线204)的状态。曲线202的每个点代表了沿着长度L2具有CO2的对应温度的点，或曲线204的每个点代表了沿着长度L2具有冷却流体的对应温度的点。
气体冷却器200可以是逆流型热交换器，该气体冷却器200包括CO2通道210以及冷却流体(比如水)通道220。CO2通道210包括CO2入口212和CO2出口214，冷却流体通道220包括冷却流体入口222和冷却流体出口224。CO2通常在从CO2入口212(图2的右侧)朝向CO2出口214(图2的左侧)的方向上流动，冷却流体通常在从冷却流体入口222(图2的左侧)朝向冷却流体出口224(图2的右侧)的方向上流动。通常，CO2的流动方向与冷却流体的方向是相反的，比如相向。在CO2通道210与冷却流体通道220之间可以发生热交换。
在图2中，相对弯曲的线202代表了CO2在气体冷却器200中的状态，相对直的线204代表了冷却流体在气体冷却器200中的状态。CO2具有在CO2入口212处的入口温度211(例如大约70℃)以及在CO2出口214处的出口温度213(例如大约30℃)。冷却流体具有在冷却流体入口222处的入口温度221(例如大约25℃)以及在冷却流体出口224处的出口温度223(例如大约50℃)。
如图2所示，相对直的线204表明，在冷却流体入口222与冷却流体出口224之间，冷却流体的温度变化在气体冷却器200内部是相对恒定的(也就是说，线204的斜率(ΔT/ΔQ)沿着线204相对恒定)。相对弯曲的线202表明，在CO2入口212与CO2出口214之间，CO2的温度变化率沿着长度L2是可变的(也就是说，线202的斜率(ΔT/ΔQ)沿着线202变化)。在线202的区域230，该区域230可以对应于气体冷却器200沿着长度L2的中间部分，CO2的cp-值(或者比热容)可以是相对较高的(也就是说，在给定量的热排放下，CO2的温度变化相对较小)。相应地，在气体冷却器200沿着长度L2对应于区域230的中间部分，CO2与冷却流体之间的温差可以相对较小。例如，在夹点235处，CO2的温度可以与冷却流体的温度大致相同，使得在气体冷却器200的内部CO2与冷却流体之间相对地不产生热交换。这种情况可以降低气体冷却器200的CO2的热交换效率、容量和/或退出温度。例如，由于CO2的可变cp-值(或比热容)，气体冷却器200可以具有一部分(比如对应于线202的部分230的中间部分)，该部分在CO2与冷却流体之间有相对较小的温差，导致在气体冷却器200的该部分中相对低效率的热交换。可以做出改进来提高气体冷却器的热交换效率和/或容量。
在此公开的实施例通常涉及方法、系统和设备，该方法、系统和设备配置为CO2在气体冷却器中可具有相对高的cp-值(或比热容)处，降低冷却流体的温度变化率。在一些实施例中，可以通过引入额外的冷却流体到CO2可具有相对高的cp-值(或比热容)处，来实现冷却流体的温度变化率的降低。通过在CO2可具有相对高的cp-值(或比热容)处降低冷却流体的温度变化率，可以维持和/或产生气体冷却器中的CO2与冷却流体之间的温差，这样会有助于CO2与冷却流体之间的热交换。
图3示出了气体冷却器300的温度-热转移(Q)图表示意图，以说明配置气体冷却器300的通用原则以及在气体冷却器300中管理冷却流体的通用方法。温度-Q图表通常代表沿气体冷却器300的长度L3的不同点处CO2和冷却流体的温度。通常，曲线302对应CO2在给定量的热(在沿着曲线302的给定点处的曲线302的斜率)处沿着纵向的cp-值(或比热容)或温度变化率，该纵向由在给定压力(比如7.5MPa)下气体冷却器300的长度L3限定，并且曲线304对应冷却流体(比如水)在给定量的热(在沿着曲线304的给定点处的曲线304的斜率)下沿着纵向的温度变化率。
气体冷却器300可以是逆流型热交换器，其可以包括CO2入口312和CO2出口314。CO2通常在从CO2入口312朝向CO2出口314的方向上流动。气体冷却器300可以配置为具有多个配置为接收冷却流体的冷却流体入口，比如第一冷却流体入口322和第二冷却流体入口326。气体冷却器300还可以配置为具有多个配置为将冷却流体引导出气体冷却器300的冷却流体出口，比如第一冷却流体出口324和第二冷却流体出口328。第一冷却流体入口322、第二冷却流体入口326、第二冷却流体出口328和第一冷却流体出口324分别布置在纵向上。
在操作中，如曲线302和304所示，当CO2进入气体冷却器300时，CO2处于通常对应于点302d的状态，当冷却流体离开第一冷却流体出口324时，冷却流体处于通常对应于点304d的状态。当CO2离开气体冷却器300时，CO2处于通常对应于点302a的状态，当冷却流体进入第一冷却流体入口322时，冷却流体处于通常对应于点304a的状态。
如曲线302所示，曲线302的区域320通常位于点302b与302c之间，该区域320可以具有与CO2的相对高的cp-值(或比热容)对应的相对小的斜率。通常，在区域320中，CO2的温度变化率在给定量的热排放处可以变得更小。例如，当CO2的温度在点302b和302c对应的温度之间时，CO2的温度变化在给定量的热排放处可以相对较小。因此，在沿着长度L3的对应于区域320的区域中，CO2的温度变化可以相对较慢。
配置气体冷却器300的通用原则或者在气体冷却器300中管理冷却流体的通用原则是：将第二冷却流体入口326和第二冷却流体出口328置放在气体冷却器300的沿着长度L3的位置上，这些位置可以通常分别对应于点302b和302c。换句话说，第二冷却流体入口326和第二冷却流体出口328的位置可以大约在某些位置处，在该某些位置处CO2的温度可以分别对应于在点302b和302c处的CO2的温度。
通过将第二冷却流体入口326和第二冷却流体出口328置放在气体冷却器300的沿着长度L3的位置上，这些位置通常分别对应于点302b和302c，可以将额外的冷却流体(除了可以分别从第一冷却流体入口和出口322和324引入和引出气体冷却器300的冷却流体之外)分别从第二冷却流体入口326和第二冷却流体出口328引入和引出气体冷却器300。如图3中曲线304所示，因为在气体冷却器300的通常对应于区域320的部分处，额外的冷却流体被引入气体冷却器300，所以在气体冷却器300通常对应于区域320的部分处，可以减小气体冷却器300中冷却流体的温度变化率。结果，如曲线304所示，在通常对应于区域320的部分中，曲线304的斜率可以相对较小。因此，相比于气体冷却器300的没有额外冷却流体(例如，沿着线304，相比于在304a和304b之间的部分和/或在304c和304d之间的部分，在304b和304c之间的部分的斜率通常更小)的部分，可以减小冷却流体中的温度变化率。
冷却流体的一部分可以被引导出第二冷却流体出口328。在一些实施例中，引导出第二冷却流体出口328的冷却流体的量可以与通过第二冷却流体入口326引导入气体冷却器300的冷却流体的量大约相同。在一些实施例中，可以理解，引导出第二冷却流体出口的冷却流体的量可以与通过第二冷却流体入口326引导入气体冷却器的冷却流体的量不同。在通过第二冷却流体出口328引导出气体冷却器300的冷却流体的部分之后，可以增加气体冷却器300中的冷却流体的温度变化率。如曲线304所示，曲线304在点304c与304d之间的部分的斜率通常比曲线304在点304b与304c之间的部分的斜率更高。
如曲线302和304所示，这样的配置可以有助于沿着气体冷却器300的整个长度L3维持/产生CO2与冷却流体之间的温差，并且有助于避免如图2中所示的夹点235(CO2与冷却流体之间的热交换大约为零处)。
在一些实施例中，在第二冷却流体入口326处引入的冷却流体可以不同于在第一冷却流体入口322处引入的冷却流体，要注意的是，在第一和第二冷却流体入口322和326处引入的冷却流体可以相同。在一些实施例中，在第二冷却流体入口326处引入气体冷却器300的冷却流体的温度可以与气体冷却器300内部流过第二冷却流体入口326的冷却流体(该冷却流体例如可以从第一冷却流体入口322引入气体冷却器300)的温度大约相同。因此，当冷却流体经过第二冷却流体入口326引入气体冷却器300时，冷却流体的温度可以有最小起伏。
图4A和4B示出了气体冷却器400，该气体冷却器400通常配置为在CO2可以具有相对高的cp-值(或比热容)处引入额外量的冷却流体。气体冷却器400包括CO2通道410和冷却流体通道420。CO2通道410中的CO2与冷却流体通道420中的冷却流体之间可以发生热交换。气体冷却器400可以是逆流型热交换器。如图4A中的箭头所示，CO2的流动方向通常逆向于(比如相对于)冷却流体的流动方向。
CO2通道410具有CO2入口412和CO2出口414。冷却流体通道420具有沿着气体冷却器400的长度L4分别布置的第一冷却流体入口422、第二冷却流体入口426、第二冷却流体出口428和第一冷却流体出口424。参考图3，在一些实施例中，第二冷却流体入口426和第二冷却流体出口428可以置放在沿着长度L4分别对应于点302b和302c的位置，例如，第二冷却流体入口426和第二冷却流体出口428的位置可以置放在沿着长度L4在CO2的温度分别对应于点302b和302c的位置处。
如图4A中所示，第一冷却流体入口422、第二冷却流体入口426、第二冷却流体出口428以及第一冷却流体出口424都与冷却流体通道420流体连通。第一冷却流体入口422和第二冷却流体出口428可以配置为接收来自例如不同来源的冷却流体，并且冷却流体在冷却流体通道420中可以混合在一起。
冷却流体可以从第一冷却流体出口424和/或第二冷却流体出口428处被引导出冷却流体通道420。被引导出第一冷却流体出口424和/或第二冷却流体出口428的冷却流体可以被引导到例如用于提供热、热水或其它合适公用事业的各种终端设备。
在操作中，当冷却流体被引导入第二冷却流体入口426时，该冷却流体可以与从第一冷却流体入口422流入的冷却流体混合。额外的冷却流体增加了冷却流体的总质量，因此可以帮助减少在第二冷却流体入口426与第二冷却流体出口428之间部分中的冷却流体的温度变化率。相应地，气体冷却器400可以帮助维持气体冷却器400中在CO2可以具有相对高的cp-值(或比热容)处的CO2的温差，与图3中所示的相似。
图5示出了气体冷却器500的另一个实施例的示意图，该气体冷却器500配置为在CO2可以具有相对高的cp-值(或比热容)处引入额外量的冷却流体，该气体冷却器500包括制冷剂通道510以及冷却流体通道520，制冷剂通道510配置为接收例如CO2。冷却流体通道520包括第一冷却流体入口522和第一冷却流体出口524，第一冷却流体入口522和第一冷却流体出口524流体连通以形成贯穿主流体通道520的第一冷却流体路径521。冷却流体可以在制冷剂通道510中与CO2进行热交换。
气体冷却器500配置为包括第二冷却流体路径530。第二冷却流体路径530沿纵向具有长度L6，该纵向由气体冷却器500的长度L5限定。长度L6通常比长度L5短。第二冷却流体路径530可以置放在第一冷却流体入口522与第一冷却流体出口524之间的第一冷却流体路径521内部，并通常占据气体冷却器500的中间部分。参考图3，在一些实施例中，第二冷却流体路径530的长度L6和第二冷却流体路径530的位置可以配置为对应于区域320，其中CO2通常具有相对大的cp-值(或比热容)。
第二冷却流体路径530包括第二冷却流体入口532和第二冷却流体出口534，第二冷却流体入口532和第二冷却流体出口534流体连通贯穿第二冷却流体路径530。第二冷却流体路径530通常与第一冷却流体路径521相隔离，并不与第一冷却流体路径521流体连通。在一些实施例中，第二冷却流体路径530中的冷却流体可以与第一冷却流体路径521中的冷却流体不同。
在操作中，当冷却流体被引导入第二冷却流体通道530时，第二冷却流体通道530中的冷却流体也可以与制冷剂通道510中的CO2进行热交换，和/或与第一冷却流体路径521中的冷却流体进行热交换。因此，可以在气体冷却器500的中间部分(沿着长度L6)中减少第一冷却流体路径521中的冷却流体的温度变化和/或第二冷却流体路径530中的冷却流体的温度变化。相应地，气体冷却器400可以帮助维持气体冷却器500中在CO2可以具有相对高的cp-值(或比热容)处的CO2的温差，与图3中所示的相似。
本文公开的气体冷却器可以与例如热泵一起使用，以加热工作流体，比如水。图6示出了可以使用CO2作为制冷剂的热泵系统600的一个实施例。热泵系统600通常包括压缩机610、气体冷却器620、膨胀装置630以及蒸发器640。热泵系统600也可以包括其它部件，比如液体/气体分离器650以及媒介热交换器660。
在如图6所示的实施例中，气体冷却器620可以配置为与图4A和4B中所示的气体冷却器400相似。可以理解的是，也可以使用包括如图5所示的气体冷却器500的其它实施例。
气体冷却器620配置为包括第一冷却流体入口622、第二冷却流体入口626、第二冷却流体出口628和第一冷却流体出口624。第一冷却流体入口622和第二冷却流体入口626可以配置为接收来自不同来源的冷却流体。例如，第一冷却流体入口622可以配置为接收城市自来水。第二冷却流体入口626可以配置为接收来自终端设备、比如用于空间加热的热交换器670的水。第一冷却流体出口624可以配置为引导被加热的水到例如热水存储槽以供使用。第二冷却流体出口628可以配置为引导被加热的水到空间加热热交换器670。
本文所公开的各个实施例通常可以帮助维持贯穿气体冷却器整个长度的制冷剂(即，CO2)与冷却流体之间的热交换。所公开的各个实施例可以被制造为单个气体冷却器，减少制造和/或安装成本。气体冷却器也可以配置为接收来自不同来源的冷却流体，并帮助以相对高的热传递效率将冷却流体分配用于不同应用。
可以理解的是，热泵系统600的配置只是示例性的。气体冷却器620可以配置为接收冷却流体和/或引导冷却流体到其它合适的设备或用于其它公用事业。
方面1至3中的任意一个可以与方面4至13中的任意一个结合。方面4至8中的任意一个可以与方面9至13中的任意一个结合。
方面1、一种气体冷却器，包括：
气体通道，包括气体入口和气体出口；
冷却流体通道；
第一冷却流体入口和第一冷却流体出口，第一冷却流体入口与第一冷却流体出口流体连通；以及
第二冷却流体入口和第二冷却流体出口，第二冷却流体入口与第二冷却流体出口流体连通；
其中，气体冷却器具有长度，气体通道和冷却流体通道沿着该长度具有热交换关系，
第二冷却流体入口配置为引导冷却流体在第一冷却流体入口和第一冷却流体出口之间的第一位置处进入气体冷却器，
第二冷却流体出口配置为在第一冷却流体入口和第一冷却流体出口之间的第二位置处将冷却流体引导出气体冷却器；以及
沿着上述长度，第一位置比第二位置更靠近第一冷却流体入口。
方面2、根据方面1的气体冷却器，其中，第一冷却流体入口、第二冷却流体入口、第二冷却流体出口和第二冷却流体出口在冷却流体通道中均处于流体连通。
方面3、根据方面1-2的气体冷却器，其中，第一冷却流体入口和第一冷却流体出口形成第一冷却流体路径，第二冷却流体入口和第二冷却流体出口形成第二冷却流体路径，第一冷却流体路径和第二冷却流体路径相分离。
方面4、一种使用CO2作为制冷剂的HVAC系统，包括：
压缩机；
气体冷却器，该气体冷却器配置为接收来自压缩机的被压缩的CO2；
气体冷却器包括：
气体通道，包括气体入口和气体出口；
冷却流体通道；
第一冷却流体入口和第一冷却流体出口，第一冷却流体入口与第一冷却流体出口流体连通；以及
第二冷却流体入口和第二冷却流体出口，第二冷却流体入口与第二冷却流体出口流体连通；
其中，气体冷却器具有长度，气体通道和冷却流体通道沿着该长度具有热交换关系，
第二冷却流体入口配置为引导冷却流体在第一冷却流体入口和第一冷却流体出口之间的第一位置处进入气体冷却器，
第二冷却流体出口配置为在第一冷却流体入口和第一冷却流体出口之间的第二位置处将冷却流体引导出气体冷却器；以及
沿着上述长度，第一位置比第二位置更靠近第一冷却流体入口。
方面5、根据方面4的HVAC系统，其中第一冷却流体入口、第二冷却流体入口、第二冷却流体出口和第二冷却流体出口在冷却流体通道中均处于流体连通。
方面6、根据方面4-5的HVAC系统，其中，第一冷却流体入口和第一冷却流体出口形成第一冷却流体路径，第二冷却流体入口和第二冷却流体出口形成第二冷却流体路径，第一冷却流体路径和第二冷却流体路径相分离。
方面7、根据方面4-6的HVAC系统，其中第一冷却流体入口配置为接收自来水。
方面8、根据方面4-7的HVAC系统，其中第二冷却流体入口配置为接收来自空间加热器的冷却流体。
方面9、一种管理气体冷却器中的冷却流体的方法，包括：
引导被压缩的气体进入气体冷却器的气体入口，并朝向气体出口；
引导第一冷却流体进入气体冷却器的第一冷却流体入口；以及
引导第二冷却流体进入气体冷却器的第二冷却流体入口，其中沿着气体冷却器的长度，第一冷却流体入口比第二冷却流体入口更远离气体冷却器的气体入口。
方面10、根据方面9的方法，进一步包括：
将第一冷却流体从第一冷却流体出口引导出气体冷却器；以及
将第二冷却流体从第二冷却流体出口引导出来。
方面11、根据方面9-10的方法，其中第一冷却流体和第二冷却流体为相同类型的冷却流体。
方面12、根据方面9-11的方法，其中第一冷却流体和第二冷却流体在气体冷却器内相混合。
方面13、根据方面9-12的方法，其中第一冷却流体和第二冷却流体被引导通过第一冷却流体路径和第二冷却流体路径，第一冷却流体路径和第二冷却流体路径相分离。
对于上述描述，可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以对细节进行改变。说明书以及描述的实施例应该被考虑为只是示例性的，权利要求的广泛的含义表明了本发明的真实范围和精神。

Claims (13)

1.一种气体冷却器，包括：
气体通道，包括气体入口和气体出口；
冷却流体通道；
沿所述气体冷却器的长度位于所述气体入口和所述气体出口之间的第一冷却流体入口和沿所述气体冷却器的长度位于所述气体入口和所述气体出口之间的第一冷却流体出口，所述第一冷却流体入口与所述第一冷却流体出口流体连通；以及
第二冷却流体入口和第二冷却流体出口，所述第二冷却流体入口与所述第二冷却流体出口流体连通；
其中，所述气体冷却器具有长度，所述气体通道和所述冷却流体通道沿着所述长度具有热交换关系，
所述第二冷却流体入口配置为引导冷却流体在所述第一冷却流体入口和所述第一冷却流体出口之间的第一位置处进入所述气体冷却器，
所述第二冷却流体出口配置为在所述第一冷却流体入口和所述第一冷却流体出口之间的第二位置处将冷却流体引导出所述气体冷却器；以及
沿着所述长度，所述第一位置比所述第二位置更靠近所述第一冷却流体入口，
其中，所述气体冷却器是逆流型热交换器，并且
所述第一冷却流体入口和所述第一冷却流体出口形成第一冷却流体路径，所述第二冷却流体入口和所述第二冷却流体出口形成第二冷却流体路径，并且所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径都与所述气体通道直接接触。
2.根据权利要求1所述的气体冷却器，其特征在于，所述第一冷却流体入口、所述第二冷却流体入口、所述第二冷却流体出口和所述第一冷却流体出口在所述冷却流体通道中均处于流体连通。
3.根据权利要求1所述的气体冷却器，其特征在于，所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径相分离。
4.一种使用CO2作为制冷剂的HVAC系统，包括：
压缩机；
气体冷却器，所述气体冷却器配置为接收来自所述压缩机的被压缩的CO2；
所述气体冷却器包括：
气体通道，包括气体入口和气体出口；
冷却流体通道；
第一冷却流体入口和第一冷却流体出口，所述第一冷却流体入口与所述第一冷却流体出口流体连通；以及
第二冷却流体入口和第二冷却流体出口，所述第二冷却流体入口与所述第二冷却流体出口流体连通；
其中，所述气体冷却器具有长度，所述气体通道和所述冷却流体通道沿着所述长度具有热交换关系，
所述第二冷却流体入口配置为引导冷却流体在所述第一冷却流体入口和所述第一冷却流体出口之间的第一位置处进入所述气体冷却器，
所述第二冷却流体出口配置为在所述第一冷却流体入口和所述第一冷却流体出口之间的第二位置处将所述冷却流体引导出所述气体冷却器；以及
沿着所述长度，所述第一位置比所述第二位置更靠近所述第一冷却流体入口，
其中，所述气体冷却器是逆流型热交换器，并且
所述第一冷却流体入口和所述第一冷却流体出口形成第一冷却流体路径，所述第二冷却流体入口和所述第二冷却流体出口形成第二冷却流体路径，并且所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径都与所述气体通道直接接触。
5.根据权利要求4所述的HVAC系统，其特征在于，所述第一冷却流体入口、所述第二冷却流体入口、所述第二冷却流体出口和所述第一冷却流体出口在所述冷却流体通道中均处于流体连通。
6.根据权利要求4所述的HVAC系统，其特征在于，所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径相分离。
7.根据权利要求4所述的HVAC系统，其特征在于，所述第一冷却流体入口配置为接收自来水。
8.根据权利要求4所述的HVAC系统，其特征在于，所述第二冷却流体入口配置为接收来自空间加热器的冷却流体。
9.一种管理气体冷却器中的冷却流体的方法，包括：
引导被压缩的气体进入所述气体冷却器的气体入口，并朝向气体出口；
引导第一冷却流体进入沿所述气体冷却器的长度位于所述气体入口和所述气体出口之间的所述气体冷却器的第一冷却流体入口；以及
引导第二冷却流体进入所述气体冷却器的第二冷却流体入口，其中沿着所述气体冷却器的长度，所述第一冷却流体入口比所述第二冷却流体入口更远离所述气体冷却器的所述气体入口，
其中，所述气体冷却器是逆流型热交换器，并且
所述第一冷却流体和所述第二冷却流体被引导通过第一冷却流体路径和第二冷却流体路径，所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径都与所述气体通道直接接触。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述第一冷却流体从第一冷却流体出口引导出所述气体冷却器；以及
将所述第二冷却流体从第二冷却流体出口引导出来。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一冷却流体和所述第二冷却流体为相同类型的冷却流体。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一冷却流体和所述第二冷却流体在所述气体冷却器内相混合。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一冷却流体和所述第二冷却流体被引导通过所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径，所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径相分离。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203024626U (zh) * 2012-09-28 2013-06-26 广东美的电器股份有限公司 新型套管式换热器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53110153A (en) * 1977-03-08 1978-09-26 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Double-tube type heat exchanger
JPS6036847Y2 (ja) * 1981-08-07 1985-11-01 ダイキン工業株式会社 暖房給湯用冷凍装置
JPS5932893U (ja) * 1982-08-24 1984-02-29 三井造船株式会社 熱交換器
WO2003021177A1 (en) * 2001-08-31 2003-03-13 Mahendra Chhotalal Sheth Piping system and method of making the same and associated method of heat transfer
JP2004028356A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Hitachi Home & Life Solutions Inc ヒートポンプ式給湯機
KR20060060678A (ko) * 2003-08-06 2006-06-05 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이. 고온 가스 냉각 장치 및 냉각 방법
JP2005220747A (ja) * 2004-02-03 2005-08-18 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd Ｅｇｒガス冷却機構
JP2007271220A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Kobelco & Materials Copper Tube Inc ガスクーラー用内面溝付伝熱管
JP2007278541A (ja) * 2006-04-03 2007-10-25 Sanden Corp 冷却システム
JP2008224069A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヒートポンプ給湯装置
JP5003645B2 (ja) * 2008-10-03 2012-08-15 ダイキン工業株式会社 熱交換器および温水システム
US20100186440A1 (en) * 2009-01-27 2010-07-29 Denso International America, Inc. Thermal storage for co2 system
JP2011027358A (ja) * 2009-07-28 2011-02-10 Panasonic Corp 暖房装置
CN202885599U (zh) * 2012-11-09 2013-04-17 江西金林香料香精有限公司 气体冷却装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203024626U (zh) * 2012-09-28 2013-06-26 广东美的电器股份有限公司 新型套管式换热器

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