[发明专利]环境控制系统中的热量利用

说明书

公开了一种用于加热至少一个封闭空间(14)的环境控制系统(110)。所述系统(110)包括热泵回路(22)，该热泵回路包括沿着制冷剂的流动路径串联布置的压缩机(30)、热输出级、膨胀装置和蒸发器(314)。热输出级包括初级热交换器(34)和次级热交换器(36)，所述初级热交换器和次级热交换器两者被配置成将热量从制冷剂传递到与所述至少一个封闭空间(14)热连通的一种或多种外部介质。初级热交换器(34)和次级热交换器(36)沿着所述流动路径串联连接，使得该次级热交换器(36)将制冷剂在行进通过初级热交换器(34)之后剩余在该制冷剂内的多余热量传递至所述一种或多种外部介质。

技术领域

本发明总体上涉及具有热泵能力的环境控制系统，例如加热、通风和空气调节(HVAC)系统。特别地，本发明涉及具有改进的加热效率和性能系数(即，有用的加热能量与输入到系统的功的比率)的环境控制系统和方法。

背景技术

已经开发出诸如HVAC系统之类的环境控制系统来管理封闭空间的环境条件，例如温度。例如，HVAC系统通常用于加热诸如公共汽车或火车之类的公共交通车辆的乘员舱内的空气。

环境控制系统通常包括热泵回路，该热泵回路包括以环路连接的压缩机、热输出级(例如，冷凝器或气体冷却器，这取决于所使用的制冷剂的类型)、膨胀装置和蒸发器。热泵回路通常限定制冷剂的流动路径，该流动路径用于将在蒸发器处由制冷剂吸收的热能传递到热输出级，然后在所述热输出级从制冷剂释放热量以加热封闭空间。

制冷剂的流动路径可以说是开始于压缩机，该压缩机由原动机驱动以压缩制冷剂来形成过热的制冷剂气体。该过热的制冷剂气体然后被输送到热输出级，该热输出级呈与待加热的封闭空间热连通的热交换器的形式。封闭空间将比过热的制冷剂气体相对更冷，使得制冷剂内的热能将被传递到封闭空间并由此加热该封闭空间。制冷剂在该点处或者被冷凝成液体，或者呈冷却的气体的形式(这也取决于所使用的制冷剂的类型)，该制冷剂经由膨胀装置(或用于降低制冷剂压力的一系列装置，包括用于局部制冷剂积聚的膨胀阀和膨胀容器等)从热输出级输送到蒸发器。蒸发器与周围环境热连通，该周围环境与封闭空间分隔开(例如，车辆的外部)。当周围环境空气在蒸发器上循环时，制冷剂(此时处于液相)蒸发，并从周围环境空气吸收热能。为了完成关于热泵回路的循环，制冷剂从蒸发器输送回到压缩机。

虽然这样的系统可以满足大多数封闭空间的加热需求，但是热交换器与封闭空间之间的热交换是低效的过程，以至于并不是由系统产生的所有的热量都将用于加热封闭空间。这是不利的，因为它会降低系统的性能系数(即，能量效率)，并可能导致更高的运行成本等。例如，为了满足封闭空间的加热要求，热泵回路必须以比系统更高效的情况下所需的工作更努力地工作，以及例如以更高的速度驱动压缩机来做到这一点。

因此，本发明寻求提高环境控制系统的加热效率。

发明内容

根据一方面，提供一种环境控制系统，所述环境控制系统用于加热至少一个封闭空间。所述系统包括热泵回路，所述热泵回路包括沿着制冷剂的流动路径串联布置的压缩机、热输出级、膨胀装置和蒸发器。所述热输出级包括初级热交换器和次级热交换器，所述初级热交换器和所述次级热交换器被配置成将热量从所述制冷剂传递到至少一种外部介质(例如，相应的外部介质)以用于加热所述至少一个封闭空间。所述初级热交换器和所述次级热交换器沿着所述流动路径串联连接，使得所述次级热交换器被配置成从所述初级热交换器接收所述制冷剂，并将在所述初级热交换器之后剩余在所述制冷剂中的热量传递至所述至少一种外部介质。例如，本发明提供用于加热所述至少一个封闭空间的两个单独的热源(呈初级热交换器和次级热交换器的形式)。