CN103238035A

CN103238035A - 热交换器装置和热泵系统

Info

Publication number: CN103238035A
Application number: CN2011800464763A
Authority: CN
Inventors: A.武尔茨
Original assignee: Thermia Varme AB
Current assignee: Thermia Varme AB
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-08-07
Also published as: WO2012041474A2; WO2012041474A3; EP2622288A2; US20130180281A1

Abstract

提供热交换器装置，所述热交换器装置包括热交换器（7），所述热交换器（7）具有能够连接到流体循环系统的主侧以及暴露于气体（13）的次侧。该热交换器装置应当以极少的能量消耗来操作。为此所述次侧被连接到管道（14），当管道（14）被连接到冷侧热交换器（7）时所述管道沿重力方向向下延伸，以及当所述管道被连接到热侧热交换器时所述管道向上延伸。

Description

热交换器装置和热泵系统

技术领域

本发明涉及包括热交换器的热交换器装置，所述热交换器具有能够连接到流体循环系统的主侧以及暴露于气体的次侧。

此外，本发明涉及一种热泵系统，所述热泵系统包括用于循环流体的回路，所述回路包括流体驱动部、热侧热交换器、膨胀阀以及冷侧热交换器。

背景技术

在热泵系统中，能够是液相和气相的制冷剂循环通过回路。在压缩机驱动系统中，蒸汽由压缩机来压缩。蒸汽的温度升高。该热蒸汽被引导通过热侧热交换器。从热侧热交换器排放的热量可被用于空间加热或自来水加热。该蒸汽冷却并且将其相改变为液体。该液体被允许在膨胀阀中膨胀。膨胀的液体被引导通过冷侧热交换器。在冷侧热交换器中，液体从空气吸收热量并且蒸发。如吸收或吸附热泵系统的其他系统在没有压缩机的情况下运行，而仍具有冷侧热交换器和热侧热交换器。

通常，风扇或其他驱动机构被使用，以便驱动足够的空气通过冷侧热交换器。然而，这种风扇需要附加能量。此外，风扇是有噪音的。

发明内容

本发明解决的问题是以极少的能量消耗来操作热交换器。

该目的通过包括权利要求1的特征的热交换器装置来实现。

具体地，热交换器的次侧被连接到沿重力方向向下延伸的管道。

当热量从冷侧热交换器的空气被吸收时，该空气冷却并且该冷的空气与周围空气相比具有较高密度。想法是使用该重空气的势能，以驱动空气流通过热交换器。借助该管道，增加了用于驱动空气通过热交换器的最大可用势能。在没有该管道的情况下，最大可用势能来自于热交换器的厚度本身。然而，如果使用该管道，那么由热交换器冷却的空气不能够直接逃逸到环境或周围空气，而是以由管道沿垂直于其运动的方向来限制的体积的形式下落。因此，较大体积的冷空气被保持在一起，这增加了势能。

在优选实施方式中，管道沿竖直方向延伸。因此，重力可作用在冷空气上而没有任何偏离。

优选地，所述管道的截面对应于覆盖所述热交换器的所述次侧的区域。在该情况下，流经热交换器的全部空气都被用于形成冷空气体积，所述冷空气体积继而驱动空气通过热交换器。

在有利的实施方式中，所述截面沿远离所述热交换器的方向减小。在该实施方式中，从管道逃逸的空气被加速。增加了驱动空气通过热交换器的抽吸力。与具有恒定截面的情况相比，这可用于驱动更多的空气通过热交换器。

优选地，所述管道至少在其长度的一部分上具有圆形截面。该截面与周围壁沿周向方向的长度之间的关系在管道的具有圆形截面的部段中是最优的。因此，管道中的空气受环境温度热影响较少。

优选地，所述管道包括绝热的壁。这是替代特征或附加特征，以避免管道内的空气由该管道外部的较热空气加热。由于管道内部的空气与该管道外部的环境空气之间的温差不太高，因此相当小的绝热就已足够。

优选地，所述管道具有至少0.5 m的长度。管道越长，则更多的势能可用。至少0.5 m的长度是指管道沿重力方向的竖直长度。

在优选实施方式中，所述次侧没有流体驱动装置。该管道允许用较少风扇能量操作，即，能够使用较小风扇或者借助较少功率来驱动的风扇。在优化构造中，管道足以驱动足够空气通过热交换器的次侧。

优选地，在所述管道的出口处设置有间隔装置。所述间隔装置防止管道关闭，尤其保持至所述管道竖立在其上的基板的足够距离。

该问题由具有权利要求10的特征的热泵系统来解决。

借助于空气的势能（当使用管道时，所述势能增加），空气（或任何其他气体或液体）被驱动通过冷侧热交换器。

优选地，所述冷侧热交换器暴露于户外环境空气。在该情况下，户外环境空气能够被用作热泵系统的热源。然而，极少或甚至没有功率用于驱动空气通过冷侧热交换器。这导致热泵系统具有非常好的效率。

附图说明

在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的优选实施方式，在附图中：

图1是热泵系统的示意图；

图2示出了热交换器装置的第一实施方式；

图3示出了热交换器装置的第二实施方式；以及

图4示出了热交换器装置的第三实施方式。

具体实施方式

图1示意性地示出了热泵系统1，所述热泵系统包括用于循环制冷剂的回路2。制冷剂是在回路2内能够具有液相和气相的流体。流体的状态取决于在回路2的一些部段内的温度和压力状况。

回路2包括压缩机3，所述压缩机作为压缩气态流体的流体驱动部段操作。该压缩所必需的能量从例如电功率源被取用。在压缩期间，流体的温度增加。

压缩机3之后是冷凝器4，在冷凝器4中，热量5被排放到例如自来水、散热器、地热系统等。在冷凝器4中，流体被冷却并且作为液体离开该冷凝器。

液体流经膨胀阀6，所述膨胀阀允许流体膨胀。在离开膨胀阀6之后，流体具有较低压力。

较低压力下的液体行进通过蒸发器7。在蒸发器7中，热量8从环境空气被吸收，使得流体蒸发。该蒸汽再次被传送到压缩机3。

如图1中所示的系统能够由具有冷侧热交换器和热侧热交换器的任何其他热泵系统替换，例如均在无压缩机的情况下操作的吸收热泵系统或者吸附热泵系统。

冷凝器4是热侧热交换器，并且蒸发器7是冷侧热交换器。

下述描述涉及冷侧热交换器。

图2示出了冷侧热交换器7。冷侧热交换器7具有第一连接件9和第二连接件10，所述第一连接件被连接到或能够连接到膨胀阀6，所述第二连接件被连接到或能够连接到压缩机3。在该示例中，热交换器7包括多个管段11，回路2的流体流经这些管段。此外，热交换器包括多个翅片12，这些翅片与管段11处于热传导连接，使得热量能够从翅片12传递到管段11。还能够使用其他类型的热交换器，例如“微通道”热交换器，其中流体流经具有大致矩形截面的薄且平坦管。

空气流13（用箭头表示）应当被引导通过热交换器7，使得热量从空气13被传递到流经该热交换器7的流体。该热量是蒸发热交换器7中的流体所必要的。

然而，热交换器7展现阻碍空气流13的一定流阻，使得通常来说风扇是必要的，以驱动空气13到热交换器7。

根据所述的实施方式，该风扇能够被省除或者至少借助较低功率来驱动，使得减少热交换器7的总功耗。

为此，热交换器7连接有管道14。

管道14沿重力方向设置在热交换器7下方。优选地，所述管道沿重力方向被引导。管道14的截面对应于热交换器7的在操作期间供空气13通过的区域。

在管道14的底部处，设置间隔件15，使得开口16保持不能被意外关闭。

该管道包括绝热的壁17。因此，管道14的内部中的空气与环境空气之间的热交换被减至最小。

热交换器7使用重力或自然对流。

环境空气13与热交换器7接触并且由热交换器7冷却。热量从空气13被传递到回路2中的流体。当空气变得更冷时，空气13的密度增加。因此，现更冷的空气13将通过热交换器7下落并且进入到设置在热交换器7下方的管道14中。冷且重的空气保持在管道14中向下移动，并且抽吸环境空气13通过热交换器7。

管道14具有至少0.5 m的有效长度。该有效长度是沿重力方向的长度。更优选的是，该长度更大，例如1 m、1.5 m或2 m或甚至更大。管道14的长度越大，则越多的势能可用，并且热交换器7的效率越高。风扇能够以较低功耗来操作，或者能够完全省除风扇。

在图2的实施方式中，管道与热交换器7的供环境空气13通过的区域具有相同截面。换句话说，如果热交换器7的该区域是矩形的，那么管道14也具有矩形截面。

图3示出了替代实施方式。图3a示出了侧视图，而图3b示出了仰视图。与图2相同的元件被标以相同的附图标记。

在图3中，管道14具有其长度的相当大部分的截面是圆形的（图3b）。管道14的截面面积与热交换器7的有效面积相同，使得在环境空气13通过热交换器7和管道14的流动情况基本无变化。然而，管道14具有壁17，所述壁与如图2所示的矩形截面相比沿周向方向更短。由此，进一步降低从环境空气至管道14内部的空气的热传递的风险。过渡部18设置成给予从热交换器7的区域至管道14的平滑过渡。

图4示出了第三实施方式。相同的元件被赋予相同的附图标记。

管道14仍具有圆形截面。但是，壁17沿重力方向向内倾斜。因此，管道14形成具有开口19的锥体，从而形成喷嘴种类。开口19比管道14的顶部具有小得多的截面。

管道14的锥体形状的作用在于，管道14中的空气沿向下方向被加速。因此，管道14的抽吸功率增加，并且热交换器7的效率进一步增加。

当然，管道14的有效面积的减少当然也能够结合图2中所示的实施方式使用。在该情况下，该锥体具有矩形截面。

Claims

1.一种热交换器装置，其包括热交换器（7），所述热交换器具有能够连接到流体循环系统（2）的主侧以及暴露于气体（13）的次侧，其特征在于，所述次侧被连接到管道（14），所述管道沿重力方向向下延伸。

2.根据权利要求1所述的热交换器装置，其特征在于，所述管道（14）沿竖直方向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器装置，其特征在于，所述管道（14）的截面对应于覆盖所述热交换器（7）的所述次侧的区域。

4.根据权利要求3所述的热交换器装置，其特征在于，所述截面沿远离所述热交换器（7）的方向减小。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热交换器装置，其特征在于，所述管道（14）至少在其长度的一部分上具有圆形截面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热交换器装置，其特征在于，所述管道（14）包括绝热的壁（17）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热交换器装置，其特征在于，所述管道（14）具有至少0.5 m的长度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热交换器装置，其特征在于，所述次侧没有流体驱动装置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的热交换器装置，其特征在于，在所述管道（14）的出口处设置有间隔装置（15）。

10.一种热泵系统（1），其包括用于循环流体的回路（2），所述回路（2）包括流体驱动部（3）、热侧热交换器（4）、膨胀阀（6）以及冷侧热交换器（7），其特征在于，所述冷侧热交换器（7）是根据权利要求1至9中任一项所述的热交换器装置的部分。

11.根据权利要求10所述的热泵系统，其特征在于，所述冷侧热交换器（7）暴露于户外环境空气。