流體加熱和/或冷卻系統及相關方法技術方案

一種用于加熱和/或冷卻流體的方法及系統，該方法包括使流體移動通過熱交換器的二次側并控制熱交換器的一次側的溫度，使得熱交換器的一次側的溫度相對于基準溫度基本上保持在預定溫度范圍內，基準溫度是下述溫度中的至少一者的函數：通向二次側的入口的溫度以及二次側的出口的溫度。

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.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種流體加熱和/或冷卻系統及相關方法。特別地但非排他性地，本專利技術的實施例可以涉及用于將熱量傳遞至水和/或從水中傳走熱量的系統。特別地但非排他性地，實施例可以設置為對稍后消耗用的水的水源進行加熱。
技術介紹
適宜地描述與水加熱和/或冷卻有關的各實施例的背景。然而，應理解的是，所概述的原理可以應用于除水之外的流體。許多供水系統維持儲存容器中的水的供應，該水隨后被傳熱機構加熱和/或冷卻。許多現有技術的系統將水從儲存容器移動至傳熱機構，然后使已被添加或移除熱量的水返回至儲存容器。在加熱系統的情況下，已知使用鍋爐作為傳熱機構，該鍋爐燃燒化石燃料以產生用于加熱流經鍋爐的水的熱量。這種系統產生大量的CO2，并且熱流體(例如，水)的整體產生就成本和CO2的產生而言可能不如期望那樣高效。
技術實現思路
根據本專利技術的第一方面，提供一種流體加熱和/或冷卻系統，該流體加熱和/或冷卻系統設置為加熱和/或冷卻流體，并包括下述部件中的至少一者：1.熱泵，其包括以下組件中的至少一者：壓縮機；蒸發器，其具有使內部的制冷劑蒸發的蒸發溫度；以及冷凝器，其具有使內部的制冷劑冷凝的冷凝溫度，壓縮機、蒸發器和冷凝器由設置為運送制冷劑的制冷劑管道工程系統進行連接；其中，冷凝器和蒸發器中的一者在流體與制冷劑之間提供熱交換器；熱交換器可以具有：(i)一次入口，其設置為在使用時接收制冷劑；(ii)二次入口，其設置為在使用時接收流體；以及(iii)二次出口，其設置為在使用時輸出流體；2.流體儲存容器，其通常設置為在使用時允許流體在加熱管道工程系統中從該流體儲存容器經由二次入口循環通過熱交換器；3.至少一個溫度傳感器，其通常設置為監測流體溫度并產生溫度輸出；以及4.系統控制器，其通常設置為具有輸入至該系統控制器的至少一個溫度輸出，并基于至少一個溫度輸出而產生基準溫度，其中，基準溫度是二次入口和二次出口中的至少一者的溫度的函數，并且其中：(a)當要加熱流體時，冷凝器提供熱交換器，并且控制器進一步設置為響應于基準溫度而控制冷凝溫度，使得冷凝溫度基本上保持在基準溫度之上的預定溫度范圍內；和/或(b)當要冷卻流體時，蒸發器提供熱交換器，并且控制器進一步設置為響應于基準溫度而控制蒸發溫度，使得蒸發溫度基本上保持在基準溫度之下的預定溫度范圍內。采用熱泵的實施例是有利的，因為熱泵能夠提供系統中的加熱和冷卻，并且系統可以容易地包括用于允許傳熱方向發生逆轉的閥門。其次，熱泵使用輸入至系統的能量，以將熱能從加熱源移動至散熱片，或者反之亦然，其中，所移動的能量可以較大，或許可以基本上比輸入至系統的能量大。此外，可以通過確保冷凝溫度在基準溫度之上的預定溫度范圍內來提高實施例的效率。在現有加熱系統中，冷凝溫度被設定在所需熱水溫度(即，流體儲存容器中的流體所要加熱到的溫度)之上的水平。通常來說，該熱水溫度為60℃，因此，冷凝溫度被設定為該溫度之上的溫度，例如70℃。因此，使用處于比流體所要加熱到的溫度高的溫度的加熱介質(制冷劑)執行大多數(如果不是全部的話)加熱處理。相反，在至少一些實施例中，將制冷劑的溫度反復調節至比被加熱的流體的溫度(其為流體的實際溫度，而不是期望的最終溫度)高的溫度，從而控制冷凝溫度與流體溫度之差(即，預定溫度范圍)。一些實施例設置為將預定溫度范圍控制為可實現的最小值。因此，通常來說，實施例設置為：當流體溫度為最低時，將冷凝溫度控制成從流體加熱開始時的最小值增大至流體加熱處理結束時的最大值，因此，平均冷凝溫度低于現有系統中的平均冷凝溫度。因此，這些實施例計算作為基準溫度加上預定溫度范圍的目標冷凝溫度。有利的是，將冷凝溫度控制為基本上在基準溫度之上的預定溫度范圍內的溫度的實施例增大了系統的性能系數(COP)。COP被定義為有用的加熱能量輸出除以輸入到熱泵壓縮機中的能量。例如，在這種加熱系統中，當冷凝溫度為25℃時，COP可以為8.8，而當冷凝溫度為約65℃時，COP僅可以為2.2以下。因此，系統的平均COP變為其工作范圍內的COP的加權平均值，并且可以認為，典型實施例的平均值將變為5.5。應理解的是，在這種整體COP下操作的實施例在產生熱流體和/或使用更少的CO2方面將比用于加熱流體(例如，水)的系統(在該系統中，冷凝溫度被保持為高于流體的最終溫度)更有效。優選的是，熱泵是空氣源熱泵，可選的是，熱泵是地源熱泵、水源熱泵或包含多個熱泵且可選地具有不同的外部加熱源的熱泵系統。冷凝器可以包括設置為從制冷劑管道工程系統中的制冷劑吸取熱量的熱交換器。因此，當系統設置為加熱流體時，冷凝器可以被稱為冷凝器熱交換器或熱交換器。在冷卻系統中，冷凝器和蒸發器的位置反轉，并且系統中流動的流體被冷卻。本領域的技術人員將理解的是，制冷劑管道工程系統是用于在冷卻或加熱系統中移動熱量的機構。當系統設置為冷卻流體時，蒸發器可以包括設置成從加熱管道工程系統中的流體吸取熱量的熱交換器。因此，當系統設置為冷卻流體時，蒸發器可以被稱為蒸發器熱交換器或熱交換器。在可在加熱系統與冷卻系統之間轉換的系統中，該系統可以對制冷劑管道工程系統進行變型，該變型通常包括用于改變制冷劑管道工程系統的各部件之間的流動方向的閥門。本領域的技術人員將理解如何實現這點。在冷卻系統中，當可在加熱系統與冷卻系統之間轉換的系統被操作作為冷卻系統時，本領域的技術人員將理解的是：控制蒸發溫度，而非冷凝溫度。在加熱系統中，冷凝溫度與表示冷凝器熱交換器的二次側中的流體溫度(即，冷凝器的二次出口或二次入口處或這兩者之間的位置處的流體溫度)的溫度之差通常被最小化或以其他方式減小，以優化或以其他方式提高效率，并且冷凝溫度高于二次出口處的流體溫度。相反，在冷卻系統中，蒸發溫度與表示冷凝器熱交換器的二次側中的流體溫度(即，冷凝器的二次出口或二次入口處或這兩者之間的位置處的流體溫度)的溫度之差通常被最小化或以其他方式減小，以優化或以其他方式提高效率，并且蒸發溫度低于二次出口處的流體溫度。因此，該系統被反向操作，以利用本領域技術人員所能理解的且作為熱力學第二定律的結果的卡諾定理的相同方面。在公開內容的其他部分中，為簡明和簡單起見，描述了加熱系統。參考上述段落，本領域技術人員將理解如何調節系統和方法以進行冷卻。二次入口處可以設置有至少一個溫度傳感器，以直接測量在二次入口處進入冷凝器的流體的溫度。另外或作為替代，溫度傳感器可以位于沿著自流體儲存容器起的管道上的任意位置或流體儲存容器內部靠近該管道的位置；沿著管道的已知熱損耗(其本身可以是溫度函數)可以用于計算二次入口處的溫度。另外或作為替代，傳感器可以位于冷凝器的二次出口處或沿著從二次出口至流體儲存容器的管道設置。冷凝器的二次入口與二次出口之間的已知溫差可以用于根據二次出口處的溫度來計算二次入口處的溫度。另外，如果溫度傳感器沿著從二次出口至流體儲存容器的管道設置，則可以使用沿著管道的已知熱損耗。可以設置多個溫度傳感器。控制器可以根據二次入口溫度和二次出口溫度中的至少一者的函數來產生基準溫度。在一個實施例中，基準溫度可以是二次入口溫度和二次出口溫度的平均值。然而，本領域的技術人員將理解的是：冷凝溫度必須高于冷凝器熱交換器的二次側中的流體的最高溫度。因此，各實施例通常設置為將本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種流體加熱和/或冷卻系統，其設置為加熱和/或冷卻流體，并包括：熱泵，其包括：壓縮機；蒸發器，其具有使內部的制冷劑蒸發的蒸發溫度；以及冷凝器，其具有使內部的制冷劑冷凝的冷凝溫度，所述壓縮機、所述蒸發器和所述冷凝器由設置為運送制冷劑的制冷劑管道工程系統進行連接；其中，所述冷凝器和所述蒸發器中的一者在流體與制冷劑之間提供熱交換器；所述熱交換器具有：(i)一次入口，其設置為在使用時接收制冷劑；(ii)二次入口，其設置為在使用時接收流體；以及(iii)二次出口，其設置為在使用時輸出流體；流體儲存容器，其設置為在使用時允許流體在加熱管道工程系統中從所述流體儲存容器經由所述二次入口循環通過所述熱交換器；至少一個溫度傳感器，其設置為監測流體溫度并產生溫度輸出；以及系統控制器，其設置為具有輸入至所述系統控制器的至少一個溫度輸出，并基于輸入至所述系統控制器的所述至少一個溫度輸出而產生基準溫度，其中，所述基準溫度是所述熱交換器的二次入口和二次出口中的至少一者的溫度的函數，并且所述控制器進一步設置為響應于所述基準溫度而控制所述熱交換器的一次側的溫度，使得所述熱交換器的所述一次側的溫度相對于所述基準溫度基本上保持在預定溫度范圍內。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.04.10 GB 1406515.51.一種流體加熱和/或冷卻系統，其設置為加熱和/或冷卻流體，并包括：熱泵，其包括：壓縮機；蒸發器，其具有使內部的制冷劑蒸發的蒸發溫度；以及冷凝器，其具有使內部的制冷劑冷凝的冷凝溫度，所述壓縮機、所述蒸發器和所述冷凝器由設置為運送制冷劑的制冷劑管道工程系統進行連接；其中，所述冷凝器和所述蒸發器中的一者在流體與制冷劑之間提供熱交換器；所述熱交換器具有：(i)一次入口，其設置為在使用時接收制冷劑；(ii)二次入口，其設置為在使用時接收流體；以及(iii)二次出口，其設置為在使用時輸出流體；流體儲存容器，其設置為在使用時允許流體在加熱管道工程系統中從所述流體儲存容器經由所述二次入口循環通過所述熱交換器；至少一個溫度傳感器，其設置為監測流體溫度并產生溫度輸出；以及系統控制器，其設置為具有輸入至所述系統控制器的至少一個溫度輸出，并基于輸入至所述系統控制器的所述至少一個溫度輸出而產生基準溫度，其中，所述基準溫度是所述熱交換器的二次入口和二次出口中的至少一者的溫度的函數，并且所述控制器進一步設置為響應于所述基準溫度而控制所述熱交換器的一次側的溫度，使得所述熱交換器的所述一次側的溫度相對于所述基準溫度基本上保持在預定溫度范圍內。2.根據權利要求1所述的流體加熱和/或冷卻系統，其中：(a)當要加熱流體時，所述冷凝器提供所述熱交換器，所述一次側的溫度是所述冷凝溫度，并且所述控制器進一步設置為響應于所述基準溫度而控制所述冷凝溫度，使得所述冷凝溫度基本上保持在所述基準溫度之上的預定溫度范圍內；和/或(b)當要冷卻流體時，所述蒸發器提供所述熱交換器，所述一次側的溫度是所述蒸發溫度，并且所述控制器進一步設置為響應于所述基準溫度而控制所述蒸發溫度，使得所述蒸發溫度基本上保持在所述基準溫度之下的預定溫度范圍內。3.根據權利要求1或2所述的系統，其中，所述溫度傳感器位于所述熱交換器的所述二次入口的區域中，從而能夠確定所述二次入口的溫度。4.根據權利要求1或2所述的系統，其中，所述溫度傳感器不位于所述二次入口處，并且所述控制器設置為使用所述溫度輸出來計算進入所述二次入口的流體的溫度。5.根據前述權利要求中任一項所述的系統，其中，制冷劑流經的所述熱交換器的所述一次側與流體流經的所述熱交換器的二次側之間存在已知的溫度梯度，并且所述預定溫度范圍基本上對應于所述溫度梯度。6.根據前述權利要求中任一項所述的系統，其中，所述控制器設置為保持以下情況中的至少一者：(i)使所述冷凝溫度為最小值，同時仍然確保制冷劑與流體之間發生傳熱；和/者(ii)使所述蒸發溫度為最大值，同時仍然確保制冷劑與流體之間發生傳熱。7.根據權利要求6所述的系統，其中，所述最小值指的是所述冷凝溫度與所述熱交換器的二次側的出口處的流體溫度之間的溫差，所述溫差在1攝氏度與6攝氏度之間。8.根據權利要求6或7所述的系統，其中，所述最大值指的是所述蒸發溫度與所述熱交換器的二次側的出口處的流體溫度之間的溫差，所述溫差在1攝氏度與6攝氏度之間。9.根據權利要求6或7所述的系統，其中，所述最小值指的是所述冷凝溫度與所述熱交換器的二次側的出口處的流體溫度之間的溫差，所述溫差在1攝氏度與4攝氏度之間。10.根據權利要求9所述的系統，其中，所述最小值指的是所述冷凝溫度與所述熱交換器的二次側的出口處的流體溫度之間的溫差，所述溫差為約2攝氏度。11.根據權利要求8所述的系統，其中，所述最大值指的是所述蒸發溫度與所述熱交換器的二次側的出口處的流體溫度之間的溫差，所述溫差在1攝氏度與4攝氏度之間。12.根據權利要求11所述的系統，其中，所述最大值指的是所述蒸發溫度與所述熱交換器的二次側的出口處的流體溫度之間的溫差，所述溫差為約2攝氏度。13.根據前述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安東尼·魯濱遜，
申請(專利權)人：ESG普爾通風設備有限公司，
類型：發明
國別省市：英國;GB