专利名称：用于热水系统的储罐的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于热水系统的储罐，它包括用于分离热水层和冷水层的机械隔离装置。
背景技术：
热水系统通常包括储存流体(例如水)的储罐，所述流体使放热热交换器中的制冷剂冷却。通过采用储罐，可以减小热水产生部分的尺寸、成本和循环。在热泵系统中，热水在储罐外产生。热泵系统效率与散热器中水的输入温度直接相关，散热器与制冷剂进行热交换。当进入散热器的流体的输入温度降低时，系统的效率增加。
通过缓慢使水流入所述储罐，可以在储罐内形成热层和冷层，热层和冷层由热分界层分开。储罐内热水的量在任何时候都会变化，因为热水产生能力通常不能满足系统的负载需求。因此，当负载被设置在系统上时，所述热分界层在储罐内上下运动，并且具有处于所述热层和冷层之间的温度范围。
另外还考虑热水储罐中军团菌的形成，在25-42℃之间因为沉积物和结垢会发生军团菌的形成。
发明内容
一种热泵热水系统，包括压缩机、放热热交换器、膨胀装置和吸热热交换器。制冷剂通过所述闭合回路系统循环。
一储罐储存与放热热交换器内的制冷剂进行热交换的水。一设在储罐内的热容器和冷容器之间的机械分界板减小所述热容器和冷容器内的水之间的热交换。由于冷容器内的冷水的密度大于热容器内的热水的密度，冷容器位于热容器下面。所述机械分界板设计成处于热水密度和冷水密度之间的有效密度，使得该机械分界板在两个容器之间浮动。
所述系统的性能因数由放热热交换器入口处的水温决定。当水的输入温度增加时，热泵系统的性能因数降低。
在水加热模式期间，冷容器内的冷水流入放热热交换器，以冷却制冷剂。由于水与制冷剂进行热交换，水被加热并离开放热热交换器。被加热的水流入储罐的热容器。在放水模式期间，热容器内的热水被从储罐取走并流入热水排放器。冷水从水源流入储罐的冷容器，以再填充所述储罐。
替换地，热水和/或冷水可以分别被放在热容器或冷容器内的可扩展元件(例如囊或伸缩箱)中。所述分界板位于热层和冷层之间。当热水和冷水被放入所述可扩展元件中时，两个层之间的热交换能力被减小。在该例子中，分界板并不需要设计成具有有效密度，因为分界板由可扩展元件中之一或者两者支撑。另外，在该例子中，热容器可以设置在冷容器的上面、下面或侧面。
从下面的说明和附图能够更好地了解本发明的这些和其它特征。
本领域技术人员从后面当前优选实施例的详细说明能够容易了解本发明的各种特征和优点。下面简单对所述详细说明的附图进行说明图1示出现有技术的热泵系统的示意图；图2示出本发明的热泵系统；图3示出水加热模式下本发明的储罐；图4示出放水模式下本发明的储罐；图5示出本发明的替换实施例。
具体实施例方式
图1示出现有技术的热泵水系统20，它包括压缩机22、放热热交换器24、膨胀装置26和吸热热交换器28。制冷剂通过闭合回路系统20循环。
制冷剂以高压力和焓离开压缩机22并流过放热热交换器24。在放热热交换器24中，制冷剂失去热，以低焓和高压力离开放热热交换器24。一流体介质(例如水)流过散热器32，并且与通过放热热交换器24的制冷剂进行热交换。在与制冷剂进行热交换后，被加热的水通过散热器出口36离开。然后制冷剂通过膨胀装置26，压力下降。在膨胀后，制冷剂流过吸热热交换器28，并以高焓和低压力离开。之后，制冷剂重新进入压缩机22，完成系统20。
系统20还包括储罐44，它储存与放热热交换器24内的制冷剂进行热交换的水。在水加热模式期间，当必须冷却放热热交换器24内的制冷剂时，来自储罐44的冷层46的冷水流过储罐44中的开口56，并通过入口34进入散热器32，使放热热交换器24内的制冷剂冷却。当水与制冷剂进行热交换时，水在散热器32内被加热并通过出口36离开散热器32。被加热的水通过开口58流入储罐44的热层48。
在放水模式期间，来自热层48的热水通过开口58从储罐44除去，并流入热水排放器52。来自水源40的冷水流入系统20，并通过开口56进入储罐44，再填充储罐44。
通过使水缓慢进入储罐44，能够在储罐44内形成热层48和冷层46。在热层48和冷层46之间形成热分界层50，当系统20工作时该热分界层50上下移动，并且热层48和冷层46的体积变化。热分界层50具有处于热层48和冷层46之间的温度范围。
系统20的性能因数由放热热交换器24的散热器32的入口34处的水温决定。当输入水温增加时，所述性能因数降低。
图2示出本发明的储罐144。一可沿Y方向移动的机械分界板150被设置在储罐144内，位于热容器148和冷容器146之间，以减少容器146和148之间的热交换。由于冷容器146内的冷水比热容器148内的热水密度大，因此冷容器146位于热容器148下面。在一个例子中，所述机械分界板150的密度大于热容器148内的热水的密度，但小于冷容器146内的冷水的密度，使得机械分界板150在热容器148和冷容器146之间浮动。通过采用可动的机械分界板150将储罐144内的热水和冷水分开，储罐144中的内部热交换和混合损失被降低，并且热泵系统20的有效效率增加。
图3和4分别示出处于水加热模式和放水模式下的储罐144。如图2和4所示，在放水模式期间，热容器148中的热水通过开口158离开储罐144，并流到热水排放器152。当热水离开储罐144时，来自水源140的水流过储罐144的开口156，以填充冷容器146。当热容器148中的热水离开储罐144时，通过开口156以相同的流率供应来自水源140的水，使其流入储罐144的冷容器146。分界板150在放水模式期间向热容器148移动，使冷容器146的容积增加并使热容器148的容积减小。
如图2和5所示，在水加热模式期间，来自冷容器146的冷水流过开口156和放热热交换器24的散热器132。在放热热交换器24中，水与制冷剂进行热交换，使制冷剂冷却并将水加热。然后，被加热的水被通过开口158输送到储罐144的热容器148。在水加热模式期间，分界板150向冷容器146移动，使热容器148的容积增加并使冷容器146的容积减小。
水加热模式的启动可以利用电平开关151或其它传感器通过机械分界板150的位置进行控制。当电平开关151检测到分界板150已经移动到电平开关151上方时，启动水加热模式，热水开始注入储罐144的热容器146，分界板150降低以扩大热容器146的容积。类似地，当分界板150下降到第二电平开关153下方时，结束水加热模式。开关151和153的位置能够确定成使系统20b的总能耗(包括待机损失)最小。本领域技术人员能够知道将这些开关151和153设置在那里。
所述水加热模式和放水模式也能够在工作过程中同时进行。
图5示出备选的储罐244。该储罐244以与上述储罐144相同的方式工作。热容器248中的热水和冷容器246中的冷水分别被放在可扩展元件254和256中。可扩展元件254和256可以是囊或伸缩箱。分界板250位于热容器246和冷容器248之间。当热水和冷水都分别被放在可扩展元件254和256中时，两个容器246和248之间的热交换能力被减小。虽然已图示出和描述了冷储罐246和热储罐248中的水都处于可扩展元件254和256中，应当知道可以只有热容器248中的水或冷容器246中的水被放在可扩展元件中。此外，在该例子中，分界板250并不需要设计成具有有效的密度，因为分界板250由可扩展元件254和256之一或者两者支撑。虽然没有图示出，应知道热容器248可位于冷容器246的上面、下面或侧面。
前面的说明只是本发明原理的实例。根据上面公开的内容，可以做出很多改进和变化。虽然已公开了本发明的优选实施例，但本领域普通技术人员能想到本发明范围内的改进。因此，应当知道，在本发明的范围内，能够以与上述具体说明不同的方式实施本发明。因此，应当根据下面的权利要求书的理解来确定本发明的真正范围和内容。
权利要求
1.一种热泵系统，包括压塑装置，用于将制冷剂压至高压力；用于冷却所述制冷剂的放热热交换器；储罐，该储罐在冷容器中储存冷流体介质，该冷流体介质冷却所述放热热交换器中的所述制冷剂，该储罐还在热容器中储存被所述制冷剂加热的热流体介质，所述储罐包括可动分界板，该可动分界板将所述储罐中的所述冷流体介质与所述热流体介质分开；膨胀装置，用于将所述制冷剂降至低压力；以及用于加热所述制冷剂的吸热热交换器。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述冷流体介质和热流体介质是水。
3.如权利要求1所述的系统，其中，在水加热模式期间，所述冷流体介质从储罐的冷容器流到所述放热热交换器，与所述放热热交换器中的所述制冷剂进行热交换以形成所述热流体介质，以及所述热流体介质从所述放热热交换器流到所述储罐的热容器。
4.如权利要求3所述的系统，其中，在所述水加热模式期间，所述分界板向所述冷容器移动，减小所述冷容器的容积并增加所述热容器的容积。
5.如权利要求1所述的系统，其中，在放水模式期间，所述冷流体从一水源流入所述储罐的冷容器，而所述热流体介质流出所述热容器，流到热水排放装置。
6.如权利要求5所述的系统，其中，在所述放水模式期间，所述分界板向所述热容器移动，使所述热容器的容积减小并使所述冷容器的容积减小。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述冷流体介质具有第一密度，所述热流体介质具有第二密度，所述分界板具有大于所述第二密度而小于所述第一密度的第三密度。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述分界板在所述热容器和所述冷容器之间浮动。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述热流体介质通过一热开口流入和流出所述热容器，所述冷流体介质通过一冷开口流入和流出所述冷容器。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述热流体介质处于热可扩展元件内。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述冷流体介质处于冷可扩展元件内。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述水加热模式的启动通过所述可动分界板的位置控制。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述水加热模式的结束通过所述可动分界板的位置控制。
14.一种加热流体的方法，包括下述步骤将制冷剂压至高压；使冷流体介质流出储罐的冷容器；通过与所述冷流体介质进行热交换冷却所述制冷剂；通过所述制冷剂加热所述冷流体介质以形成热流体介质；使所述热流体介质流到所述储罐的热容器；提供在所述储罐内将所述冷容器和热容器分开的可动分界板；使所述制冷剂膨胀至低压；以及加热所述制冷剂。
全文摘要
一种热泵系统，包括压缩机、放热热交换器、膨胀装置和吸热热交换器。一储罐储存冷却放热热交换器内的制冷剂的水。一设在储罐内的热水容器和冷水容器之间的机械分界板减小所述热水和冷水之间的热交换。在水加热模式期间，来自冷容器的冷水流入放热热交换器，以冷却放热热交换器内的制冷剂。由于水与制冷剂进行热交换，水在散热器内被加热，离开散热器，流入储罐的热容器。在放水模式期间，热容器内的热水被从储罐取走并流入热水排放器。冷水从水源流入储罐的冷容器，以再填充所述储罐。
文档编号F24D17/02GK1735776SQ200480002138
公开日2006年2月15日 申请日期2004年1月12日 优先权日2003年1月13日
发明者T·H·西内尔 申请人:开利公司