CN104048419B - 在空调环境和至少一个外部环境之间的热分离设备 - Google Patents
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Abstract
一种在空调环境(11，111)和至少一个外部环境(12，112)之间的热分离设备(10，100)，包括壁(13，113，213)，壁具有至少：‑朝向空调环境(11，111)的第一活性层状区域(14，114)，‑相对于第一活性层状区域(14，114)朝向外部环境(12，112)的第二活性层状区域(15，115)，‑插入活性层状区域(14，114，15，115)之间的第一绝热层状区域(16,116)，‑插入第二活性层状区域(15，115)和外部环境(12，112)之间的第二绝热层状区域(17，117)。活性层状区域(14，114，15，115)提供用于传热流体(19，20，119，120)流出的通道(18a，18b，118a，118b)，在热分离设备(10，100)运行期间，传热流体具有通过所述壁(13，113，213)的厚度的不同的平均温度。
Description
本申请是申请人为弗兰科·文图里尼、国际申请日为2010年5月5日、进入国家阶段日为2011年11月7日、申请号为201080020266.2(国际申请号为PCT/EP2010/056121)、题为“在空调环境和至少一个外部环境之间的热分离设备”的PCT国际专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及在空调环境和至少一个外部环境之间的热分离设备。
背景技术
目前越来越感觉到需要控制能量消耗，特别是在夏季和冬季永久居住的环境的气候控制，例如办公室和家。
生产环境，地窖，冷冻单元，用于饲养动物或者用于农业的房间(例如温室)和类似的房间的空调领域同样感到这些需求。
现在，为了满足这些需求，具有用于流出水或者其他传热流体的管道的壁结构是已知的，其限定处于由这种壁包围的空调环境和外部的温度之间的中间温度的层。
在这些壁结构中的流出水来源于处于不再在技术过程中使用的温度的热源，例如来源于地热井的水，或者来源于热太阳能板的水，或者也与在工业过程中使用的传热流体换热的水。
这些壁结构，尽管是值得重视的，但可以在许多方面得到改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种热分离设备，其适于在可选温度值中保持空调环境的温度，随着时间的推移空调环境和外部之间的热平衡趋势比现在已知的解决方案更加有效。
在这目的中，本发明的目标是提供能够与辅助热源换热的热分离设备。
本发明的另一个目标是提供允许使用具有工艺废能源，也就是不能在技术中有效地利用的能源的热源的热分离设备，以保持空调环境和外部环境之间的温差。
本发明的另一个目标是提供结构简单并且容易使用并且可以以相对低的成本生产的热分离设备。
这个目的以及这些和其他目标将在下文中变得更加明显，通过一种在空调环境和至少一个外部环境之间的热分离设备达到，所述环境是相邻的，其特征在于该热分离设备包括壁，该壁至少包括：
-朝所述空调环境的第一活性层状区域，
-相对于所述第一活性层状区域朝向所述外部环境的第二活性层状区域，
-插入所述活性层状区域之间的第一绝热层状区域，
-插入所述第二活性层状区域和所述外部环境之间的第二绝热层状区域，
所述活性层状区域为传热流体的流出提供通道，在所述热分离设备运行期间，传热流体通过所述壁的厚度具有不同的平均温度。
附图说明
根据由附图中的不局限的例子说明的本发明的热分离设备的两个最佳但不是唯一的实施例的以下的详细描述，本发明的进一步特性和优势将变得更加显而易见，其中：
图1是根据本发明第一实施例中的热分离设备的横截面视图；
图2是根据本发明第二实施例中的热分离设备的横截面视图；
图3是根据本发明第二实施例中的热分离设备中沿图2中的线III-III切开的剖视图；
图4是根据本发明第三实施例中的热分离设备的横截面视图。
具体实施方式
值得注意的是在专利申请过程中发现已经公开的任何主题将不被要求权利并且将成为放弃的主题。
参照图，附图标记10通常表示在空调环境11和至少一个外部环境12之间的热分离设备。
根据本发明，根据本发明的热分离设备10在第一实施例中包括透明或者半透明壁13，该壁具有：
-第一活性层状区域14，
-相对于第一活性层状区域14朝向外部环境12的第二活性层状区域15，
-插入活性层状区域14和15之间的第一绝热层状区域16，
-插入第二活性层状区域15和外部环境12之间的第二绝热层状区域17。
活性层状区域14和15分别提供用于相应传热流体19和20流出的通道18a和18b。
在热分离设备10运行期间，传热流体19和20通过壁13的厚度具有不同的平均温度。
有利地，热分离设备10的壁13还具有第三绝热层状区域21，其插入第一活性层状区域14和空调环境11之间。
在第一实施例中，绝热层状区域16，17和21以及通道18a和18b作为在适宜地由玻璃制成的基本透明或半透明面板23a，23b，23c，23d，23e，23f之间的空隙22a，22b，22c，22d和22e而被提供。
特别地，在面板23a，23b，23c，23d，23e和23f中，优选地：
-第一面板23a和第二面板23b通过划界限定空隙22a，22b，22c，22d和22e中的第一空隙22a，提供第二绝热层状区域17，
-第二面板23b和第三面板23c通过划界限定空隙22a，22b，22c，22d和22e中的第二空隙22b，提供第二活性层状区域15，
-第三面板23c和第四面板23d通过划界限定空隙22a，22b，22c，22d和22e中的第三空隙22c，提供第一绝热层状区域16，
-第四面板23d和第五面板23e通过划界限定空隙22a，22b，22c，22d和22e中的第四空隙22d，提供第一活性层状区域14，
-第五面板23e和第六面板23f通过划界限定空隙22a，22b，22c，22d和22e中的第五空隙22e，提供第三绝热层状区域21。
适宜地，通道18a和18b，也就是，分别的第四空隙22d和第二空隙22b，由传热流体19和20穿过以提供已知的逆流结构。
此外，取决于根据本发明的热分离设备10的应用的可能的需求，
-传热流体19和20可以是在两个截然不同的流体回路中循环的流体，通道18a和18b分别属于两个截然不同的流体回路，
-或者传热流体19和20可以在具有由通道18a和18b组成的两个不同的连续支流的相同回路中循环；因此传热流体19和20是相同的流体，基本仅在热剖面中不同。
此外，优点有：
-吸收屏24，其是或者可以呈现不透明并且在使用过程中被插入第一空隙22a，
-在第一空隙22a中重新配置屏24的装置，其适于根据指令在第一空隙22a的中间位置和附着于第二面板23b的位置之间重新配置屏24，以允许它们之间的有效热传导。
例如，屏24可以通过双辊幕提供并且可以具有透明部分和不透明部分，其可选地也能反射；这些部分通过辊子的致动可以交替地设置在第一空隙22a中。
特别地，不透明部分和透明部分之间的过渡区域可以具有从不透明到透明的逐渐过渡。
通常，无论如何，屏24是能吸收的，也就是，适合吸收太阳辐射能量，它捕获能量并且以热量的形式通过第二传热流体20传输给热蓄存设备。
使用热分离设备10的一个例子，在第一实施例中，提供安装壁13以封闭的居住空间的房间，提供例如窗户或者玻璃窗；在这种方式中，空调环境11是在空间内部的环境并且其外部的环境是外部环境12。
在冬天，内部温度T1，也就是，空调环境11所需的温度，高于外部温度T2，也就是，高于外部环境12的温度。
传热流体19和20的第一流体19，适宜地是水，流过第四空隙22d，例如朝壁13的上部上升。
它与空调环境11以及与传热流体的第二流体20交换热量，同样适宜地是水，流过第二空隙22b，例如朝壁13的下部下降。
以下定义：
-T3作为第一传热流体19进入第四空隙22d的平均流入温度，并且T4作为它从那里出来的平均温度，
-T5作为第二传热流体20进入第二空隙22b的平均流入温度，并且T6作为它从那里出来的平均温度。
通常，有利地T3＞T4＞T5＞T6＞T2。
取决于使用的需求，T1＞T3或者T3＞T1＞T4。
在这第二种情况下，通过第一传热流体19交换的热流，在它在第四空隙22d的流出中，沿壁13的延伸反向。
在夏天，内部温度T1，也就是，空调环境11所需的温度，低于外部温度T2，也就是，外部环境12的温度。
通常，在这种情况下，有利地T2＞T6＞T5＞T4＞T3＞T1；应该注意到在任何情况下T3不必高于T1，但是T3接近T1是有益的，也就是，大约等于T1，并且T3因此也可以稍微小于T1。
然而，在非常大的入射太阳通量值面前，特别在屏24采用高太阳吸收系数值的情况下，温度T6可以高于T2。
适宜地，在热分离设备10的运行期间，屏24可以设置成根据指令插入第一面板23a和第二面板23b之间使用，或者，如果屏24已经插入它们之间，同样可以呈现不透明。
因此由于在使用期间屏24是不透明的，并且插入第一面板23a和第二面板23b之间，它捕获有助于加热其的发光辐射。
这样，根据需求，它可以设置在相对于第一空隙22a的中间的位置，相对于当它设置在附着于第二面板23b的位置(如图1中的虚线所示)时发生的传输来说，这种位置有利于从它向第二传热流体20的较低的热传导。
应该注意，可以设置屏24以附着于第二面板23b以传热给第二传热流体20，从而适宜地朝蓄热器输送能量流，蓄热器在设备10外部。
事实上，在使用期间当屏24附着于第二面板23b时，这种屏，通过辐射加热，通过第二面板22b由传导传输热流到第二传热流体20。
反之亦然，在使用期间屏24可以适宜地与第二面板23b间隔开以限制向外部环境12的热传导。
作为一种选择，它可以设置成附着于第二面板23b以传热给第二传热流体20。
进一步，特别地在夏天条件使用时，屏24有利地可以实施反射，例如因为它通过可以设置在第一空隙22a中的具有反射部分的双辊幕提供。
在这种情况下，反射屏24降低了从外部环境12向空调环境11传来的热辐射流。
在本发明的第二实施例中，空调环境111和外部环境112之间的热分离设备100包括壁113，该壁具有至少：
-第一活性层状区域114，
-相对于第一活性层状区域114的朝向外部环境112的第二活性层状区域115，
-插入活性层状区域114和115之间的第一绝热层状区域116，
-插入第二活性层状区域和外部环境112之间的第二绝热层状区域117。
活性层状区域114和115优选地提供适宜地由管提供的通道118a和118b，用于传热流体119和120的流出，在热分离设备100运行期间，传热流体119和120通过壁113的厚度具有不同的平均温度。
形成第一通道118a的管优选地相对于形成第二通道118b的管偏移。
适宜地，由导电材料、例如附图中没有示出的电焊金属网或多孔金属网制成的层与通道118a和118b接触，以充分利用热分离设备10的更大结构强度，进一步允许更大的热均匀性，允许连续管的更大间距。
有利地，第三绝热层状区域121插入第一活性层状区域114和空调环境111之间。
绝热层状区域116，117和121适宜地通过绝热面板提供，例如由膨胀聚氨酯或类似物制成。
取决于根据本发明的热分离设备100的应用的可能的需求，
-传热流体119和120可以是在两个截然不同的流体回路中循环的流体，通道118a和118b分别属于两个截然不同的流体回路，
-或者传热流体119和120可以在具有由通道118a和118b组成的两个不同的连续支流的相同回路中循环；因此传热流体119和120是相同的流体，基本仅在热剖面中不同。
适宜地，第二绝热层状区域117和第三绝热层状区域121具有一致地在通道118a和118b的一个方向上增加的厚度，第一绝热层状区域具有以相对于第二绝热层状区域117和第三绝热层状区域121不一致的方式在这种纵向方向上减少的厚度。
在这种第二实施例的结构变化中，通道118a和118b有利地由透明材料制成，例如玻璃或透明塑料。
作为一种选择，可以提供这种通道作为由玻璃或者其他透明材料制成的面板划界的间隙，方式类似于这里描述的发明的第一实施例。
同时，绝热层状区域116,117和121适宜地由透明的或者半透明的绝热面板制成，例如已知的气凝胶材料。
特别地参照图4，根据本发明的热分离设备的第三实施例将在后面描述并且基本上由第一和第二实施例的结合组成。
在第三实施例中，根据本发明的空调环境11和至少一个外部环境12之间的热分离设备200包括透明或半透明壁213，该壁具有：
-第一活性层状区域214，
-相对于第一活性层状区域214朝向外部环境12的第二活性层状区域215，
-插入活性层状区域214和215之间的第一绝热层状区域216，
-插入第二活性层状区域215和外部环境12之间的第二绝热层状区域217。
有利地，热分离设备200的壁213还具有插入第一活性层状区域214和空调环境11之间的第三绝热层状区域221。
活性层状区域214和215分别提供用于相应的传热流体219和220流出的通道218a和218b。
在热分离设备210运行期间，传热流体219和220通过壁213的厚度具有不同的平均温度。
在第三实施例中，提供第二绝热层状区域217和第一活性层状区域215分别作为第一空隙222a和第二空隙222b，其分别通过面板223a，223b和223c限定。
特别地，第一空隙222a通过第一面板223a和通过第二面板223b限定，第二空隙222b通过第二面板223b和通过第三面板223c限定。
第二空隙222b形成第二通道218b。
第一绝热层状区域216和第三绝热层状区域221适宜地通过绝热并且透明或者半透明面板提供，例如商业上已知的气凝胶材料。
第一通道218a适宜地通过管提供。
适宜地，第一绝热层状区域216和第三绝热层状区域221分别具有在通道218a和218b的一个纵向方向上减少或增加的适合。
有利地，第二面板223b和第三面板223c之间的至少一个具有太阳辐射吸收特性。
作为这个的一种选择，可能考虑使用已经在第一实施例中描述的屏。
在热分离设备100的运行期间，传热流体119和120的第一流体119有利地在形成通道118a和118b中的第一个118a的管中流动，其在第一端121a具有第一端温度T7，并且在第二端121b具有其平均值不同于第一端温度T7的第二端温度T8。
这样，适宜地，在热分离设备100的运行期间，传热流体119和120的第二传热流体120有利地在形成通道118a和118b的第一通道118a的管中流动，其在第一端122a具有第一端温度T9，并且在第二端122b具有其平均值不同于第一端温度T9的第二端温度T10。
在这种方式下，例如在冬天条件，热分离设备100的运行适宜地提供从第一端121a通过第一通道118a到第二端121b，具有高于第二端温度T8的第一端温度T7的第一传热流体119的流出。
同时，在从第二端122b通过第二通道118b到第一端122a的第二传热流体120的流出中，第二端温度T10高于第一端温度T9。
有利地，使用壁113作为居住空间和外部之间的分隔时，T11是内部温度，也就是，空调环境111所需的温度，并且T12是外部温度，也就是外部环境112的温度。
在冬天，通常T11＞T12，然而在夏天T11＜T12。
有利地，在热分离设备100的运行期间，在夏天条件设置T12＞T8＞T10＞T8＞T7＞T11。
应该注意T7不必须一直高于T11，但是T7最好接近T11，也就是，大约等于，或者稍微大于T11。
然而，在非常大的入射太阳通量值面前，温度T9可以高于T12。
不同地，在冬天条件，T7＞T8＞T10＞T9＞T12，因为取决于使用T7＞T11或者T7＜T11的需求。
通常，在第一实施例和第二实施例中，传热流体19，20，119和120是水，其适宜地与外部源交换热量，例如可再生能源和/或废能源，其中词语“废能(waste energy)”用于表示在技术过程中不能用其他方式有效利用的能源。
特别地，例如在夏天时期，这种水可以来源于其温度低于大气温度，也就是低于外部环境12、112的地下水位，或者来源于在冬天时期使用的蓄热器，或者甚至可以与它们进行换热。
同样地，这种水，在冬天时期，可以来源于地热地点，来源于季节性蓄热器，来源于热太阳能板，或者可以和它们进行换热，或者可以接收在热量产生而没有使用的过程中来自工厂的热量。
实际上已经发现本发明达到计划的目的和目标，提供适合将空调环境温度保持在选择的温度值的热分离设备，同时对比空调环境和外部之间的热平衡的趋势比现在已知的解决方案更加有效。
根据本发明的热分离设备，由于它的两块活性层状区域，事实上允许壁的温度分层，允许横过它施加有利的热梯度，依靠通过可再生方法获得的辅助能源或者在家庭或工业用户设备中的废能进行换热。
进一步，根据本发明的温度分层设备允许通过空隙中的流体流出的增强效应和不透明屏进行有效的热能存储，屏可以被调节并且旨在通过辐射调节它的加热。
这样构思的本发明可以有许多改进和变化，所有改进和变化落入所附权利要求的范围；所有细节可以进一步由其他技术上等同的元素替换。
实际上，使用的材料，以及可能的形状和尺寸，可以是根据需求以及根据现有技术状态的任意一个。
本申请要求意大利专利申请No.PD2009A000120的公开的优先权，并在此通过引用合并其公开的内容。
在任意权利要求中提到的技术特征由附图标记表示，被包括的那些附图标记的唯一目的是增加权利要求的理解，并且根据这些附图标记在通过这些附图标记举例确定的每个部件的解释上不具有任何限制作用。
Claims (7)
1.一种在空调环境(11，111)和至少一个其外部环境(12，112)之间的热分离设备(10，100)，所述环境是邻近的，其特征在于，所述热分离设备包括壁(13，113，213)，所述壁至少具有：
-朝向所述空调环境(11，111)的第一活性层状区域(14，114)，
-相对于所述第一活性层状区域(14，114)朝向所述外部环境(12，112)的第二活性层状区域(15，115)，
-插入所述活性层状区域(14，114，15，115)之间的第一绝热层状区域(16，116)，
-插入所述第二活性层状区域(15，115)和所述外部环境(12，112)之间的第二绝热层状区域(17，117)，所述活性层状区域(14，114，15，115)提供用于传热流体(19，20，119，120)流出的通道(18a，18b，118a，118b)，在所述热分离设备(10，100)运行期间，传热流体具有通过所述壁(13，113，213)的厚度的不同的平均温度，
其中，当所述空调环境(11，111)的温度(T1)高于所述外部环境(12)的温度(T2)时，流入所述第二活性层状区域(15，115)的流体(20，120)的平均流入温度(T5)高于它从该处出来的温度(T6)，并且
当所述空调环境(11，111)的温度(T1)低于所述外部环境(12)的温度(T2)时，流入所述第二活性层状区域(15，115)的流体(20，120)的平均流入温度(T5)低于它从该处出来的温度(T6)。
2.根据权利要求1所述的热分离设备，其特征在于，所述热分离设备包括插入所述第一活性层状区域(14，114)和所述空调环境(11，111)之间的第三绝热层状区域(21，121)。
3.根据权利要求1或2所述的热分离设备，其特征在于，所述绝热层状区域(16，17，21)和所述通道(18a，18b)包括在基本透明或半透明面板(23a，23b，23c，23d，23e，23f)之间的空隙。
4.根据权利要求3所述的热分离设备，其特征在于，所述热分离设备包括吸收屏(24)，并且在使用期间插入所述第二绝热层状区域(17)中，形成所述面板(23a，23b，23c，23d，23e，23f)的第一面板(23a)和第二面板(23b)之间的空隙，提供用于在所述第二绝热层状区域(17)重新配置所述屏(24)的装置，所述装置适合根据指令在所述空隙中的中间位置和附着于所述第二面板(23b)的位置之间重新配置所述屏(24)，所述面板朝向所述外部环境(12)界定所述第二活性层状区域(15)。
5.根据权利要求2所述的热分离设备，其特征在于，所述第二绝热层状区域(117)和所述第三绝热层状区域(121)具有一致地在所述通道(118a，118b)的一个延伸方向上增加的厚度，第一绝热层状区域具有相对于所述第二绝热层状区域(117)和所述第三绝热层状区域(121)不一致地在所述延伸方向上减少的厚度。
6.根据权利要求1或2所述的热分离设备，其特征在于，所述通道(118a，118b)包括用于所述传热流体(119，120)流出的管。
7.根据权利要求6所述的热分离设备，其特征在于，形成所述通道(118a，118b)的第一通道(118a)的管相对于形成所述通道(118a，118b)的第二通道(118b)的管偏移。
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