CN108139090A - 一种热泵 - Google Patents

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Abstract

热泵(1)，包括一第一机组(2)，第一机组(2)包括：‑一第一流体操作回路(3)，其适用于制冷剂类型的第一流体在其内循环；‑一第二流体操作回路(4)，其适用于气态类型的第二流体在其内循环；‑第一热交换装置(13,15,17)，位于第一流体操作回路(3)和第二流体操作回路(4)之间；一第二机组(6)，包括：‑一第三流体操作回路(7)，其连接到第一流体操作回路(3)；‑一第四流体操作回路(8)，其适用于第三流体在其内循环；‑第二热交换装置(11)，位于第三流体操作回路(7)和所述第四流体操作回路(8)之间；其中第一热交换装置(13,15,17)包括：一第一热交换构件(13)和一第二热交换构件(15)，第二热交换构件(15)以流体操作方式连接到第一热交换构件(13)；一风扇(17)，用于第二流体的运动，其以夹心方式插入第一加热交换构件(13)和第二加热交换构件(15)之间。

Description

一种热泵
技术领域
本发明涉及一种用于加热和/或冷却流体的热泵。
背景技术
在加热和/或冷却诸如空气和水等流体的领域中，使用热泵等热机器是公知的。
热泵通常由闭合的流体操作回路构成。其中，随着压力和/或温度的变化，制冷剂流体沿着该闭合的流体操作回路在热力学循环中循环，并进而从液态转化为气态或从气态转化为液态。
这些机器包括第一热交换装置，其中制冷剂流体在该第一热交换装置中流动并被放置成与第一服务流体接触，第一服务流体通常由空气、水或其它流体或气体流体组成。
具体地，第一热交换装置由蒸发器构成，其中制冷剂流体从第一服务流体吸收热量并在低压下蒸发。
在第一服务流体由空气组成的情况下，存在用于第一服务流体的运动元件，其包括风扇，该风扇允许吸入来自周围环境的空气并在第一热交换装置处输送空气。
来自第一热交换装置的制冷剂流体处于气态状态时被压缩机装置吸入并压缩。
在压缩期间，制冷剂流体吸收一定量的热量并过热。
当制冷剂流体离开压缩机装置时，仍处于气态的制冷剂流体被输送到由冷凝器组成的第二热交换装置中，在该冷凝器中流体本身在高压下冷凝，从气态变为液态。
在气态转化成液态的过程中，制冷剂流体将热量传递给第二服务流体，该第二服务流体可以是空气、水或其它液体或气体流体。
该机器还包括膨胀阀，其中来自第二热交换装置的制冷剂流体所受压力降低，并且制冷剂流体本身转变成一种液相和气相共同存在的一种状态。
在热泵用于加热第二服务流体(水或空气)的情况下，第一服务流体被定义为冷源，制冷剂流体从该冷源处吸收热量；而第二服务流体被定义为热源，制冷剂流体向该热源传递热量。
反之亦然，当热泵用于冷却第二服务流体(通常为空气)时，第二服务流体被定义为冷源，制冷剂流体从该冷源处吸收热量；而第一服务流体被定义为热源，制冷剂流体向该热源传递热量。
这些热泵有时用于在公共泳池和/或私人泳池中加热和/或冷却水，从而例如在夏天时将泳池降温，而在冬天时将泳池加热的方式使得泳池用起来更加舒适。
在这个使用领域内，第一类的单体热机器是已知的，其中机器的所有部件被分组在位于特定安全壳中的相同机组中，在该安全壳内还有管道，该管道专门用于泳池进水和回水的连续流动的通道。
热交换发生在第二热交换装置和布置在这些热交换装置附近的管道之间的安全壳内。
已知类型的这种第一类热机器的主要缺点是需要在安全壳内的热机器附近布置所述第一服务流体的通道装置。
已知第二类的单体热机器位于安全壳外部的第一服务流体附近。
在这种情况下，热机器需要与泳池中的水进行特殊的流体操作连接。
这种第二类热机器的主要缺点是，加热泳池中的水所用的能源消耗相同情况下能源效率较低，这在冬季尤其明显。因为冬季的空气温度特别低，并且由于流体操作连接长度引起的热量分散导致制冷剂流体的蒸发操作时间更长，且操作难度更大。
已知类型的这种第二类热机器的另一个缺点是，由风扇旋转和振动产生的噪音污染扩散到周围环境中。
另一个缺点是可能会对意外接触到放置在外面的风扇的人员造成人身伤害，缺乏经验的人员也能很容易地接触到该风扇。
已知被称为“分流器”的第三类热机器，其包括两个机组：一第一机组和一第二机组，其中第一机组位于所述安全壳外部，而第二机组位于安全壳内部。这两个机组借助于至少两个管状元件连接在一起，使得所述制冷剂流体在第一机组和第二机组之间流动。
通常，第一机组包括用于使制冷剂流体从液态通向气态的第一热交换装置，第二机组则包括第二热交换装置，通过该第二热交换装置加热泳池中的水。
泳池中待加热的水的流动通过第二热交换装置附近的特定管状元件进行传输，以在它们之间交换热量，且一旦出现这种热交换，水继续流动并回到泳池中。
已知类型的第三类热机器也具有一些缺点。
第一机组实际上通常由一个或多个非常笨重的风扇组成，其中风扇的一侧紧挨着散热器，制冷剂流体在该散热器中循环以确保适当的热交换。所述第一机组的体积相当大，因此在安装方面具有很多限制。
除此之外，在气温极低的冬季，由于第一机组放置在室外，使得制冷剂流体的蒸发操作时间更久，进而导致能量耗散和高耗能。
这种耗散导致能耗大，增加了客户的成本负担，从而有可能使得客户对该机器的兴趣降低。
此外，第一机组和第二机组之间有一定距离，因此需要管状元件将这两个机组连接起来，其中能量耗散取决于这些管状元件的长度大小。
另一个缺点是由热机器运行引起的噪音污染所产生的，因为当第一机组暴露在室外环境中时，在热机器附近位置尤其可以感知到风扇运动所产生的噪音和振动。
另一个缺点与风扇运动有关，由于人们可以轻易从外部接触到该风扇，因此意外接触到该风扇的人的人身安全受到威胁。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种小尺寸的热泵，以便使其效率最大化，降低能耗以及减少对环境的影响。
本发明的一个目的是提供一种热泵，该热泵能够减少能量耗散和使其运转的相关的能量需求。
本发明的另一个目的是提供一种热泵，该热泵能够减少噪音污染，其中噪音污染产生于以推动第一服务流体的风扇的旋转和与该风扇连接以驱动风扇的电动机。
本发明的另一个目的是提供一种热泵，该热泵能够最大化由第一服务流体提供的能量，保护风扇和第一热交换装置免受外部环境中的大气因素的影响。
本发明的另一个目的是提供一种热泵，其中通过人们自身难以接触到空气移动装置而使得人员尽可能得安全。
本发明的另一个目的是提供一种热泵，该热泵能够在合理和有效的使用方案的范围内克服现有技术中存在的上述缺点。
上述目的通过本发明中用于加热和/或冷却流体的热泵来实现，其中该热泵具有权利要求1中所述的特征。
附图说明
根据对附图中的指示性但非限制性示例所示的热泵的优选但非排他性的实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得更加明显，其中,
图1是本发明中的热泵的轴测图；
图2示出了本发明中的热泵的运行示意图；
图3是本发明中的热泵的侧视图；
图4是本发明中的热泵的细节的轴测图。
具体实施方式
特别参考这些图示，附图标记1通篇表示用于加热和/或冷却流体的热泵。
热泵1包括第一机组2，其具有：
-第一流体操作回路3，其适用于制冷剂类型的第一流体在其内循环；
-第二流体操作回路4，其适用于气态类型的第二流体在其内循环；
-第一热交换装置13,15,17，位于第一流体操作回路3和第二流体操作回路4之间。
热泵1还包括第二机组6，其具有：
-第三流体操作回路7，其适用于第一流体的循环并连接到第一流体操作回路3。具体地，两个回路相互连接，但在第一流体操作回路3中，第一流体以气态流动，而在第三流体操作回路7中，第一流体以液态流动；
-第四流体操作回路8，其适用于液体类型(例如水)的第三流体借助于合适的泵送装置9在其内循环，该泵送装置9有利于在第二热交换装置11附近传输液体类型的第三流体。
-压缩机装置10，其适用于吸入和压缩来自第一热交换装置13,15,17的第一流体；
-第二热交换装置11，位于第三流体操作回路7和第四流体操作回路8之间。
根据本发明，第一热交换装置13,15,17包括：
-一第一热交换构件13，第一流体在该第一热交换构件13中循环，其中第一热交换构件基本呈板形并且位于第一平面12上；
-一第二热交换构件15，第一流体在其中循环，且该第二热交换构件以流体操作方式连接到第一热交换构件13，第二热交换构件15基本上呈板形并且位于第二平面14上，第二平面14基本平行于第一平面12；
-一风扇17，用于第二流体的运动，其可围绕旋转轴线A旋转，旋转轴线A基本上垂直于第一平面12和第二平面14；该风扇位于第三平面16上，第三平面16基本上平行于所述两个平面12,14，且以夹心方式插入第一加热交换构件13和第二加热交换构件15之间。
在本讨论的范围内，表述“基本上呈板形”并非专指第一热交换构件13和第二热交换构件15是板形的，而只是简单地表示，第一热交换构件13和第二热交换构件15的形状沿平行于平面12,14的笛卡尔平面的两个方向进一步延伸，并且在较小程度上沿垂直于平面12,14的笛卡尔平面的第三方向进一步延伸。
表述“以夹心方式插入”是指第一热交换装置13,15,17的具体结构，其中相互平行且间隔开的第一热交换构件13和第二热交换构件15限定夹层的两个外层，并且风扇17插置在第一热交换器构件13和第二热交换构件15之间的空间内。
优选地，第一热交换构件13是基本上呈板形的散热器，该散热器具有矩形或四边形轮廓。
然而，不能排除第一加热交换构件13由线圈形状的管状元件构成，该管状元件沿第一平面12延伸。
与第一热交换构件13类似，第二热交换构件15也是基本上呈板形的散热器类型，该散热器具有矩形或四边形轮廓。
然而，不能排除第二热交换构件15由线圈形状的管状元件构成，该管状元件沿第二平面14延伸。
三个平面12,14和16基本上是垂直的，而旋转轴线A基本上是水平的并且垂直于所述三个平面12,14,16延伸。
第一热交换装置13,15,17包括电动机18，其可操作地连接到风扇17，用于使风扇本身围绕旋转轴线A旋转。
具体地，电动机18布置在第二平面14和第三平面16之间的空间中。
通过风扇17的操作，第二流体通过风扇本身沿着旋转轴线A在漩涡中移动并且穿过第一热交换构件13到达第二热交换构件15。
有利地，在第一热交换构件13和第二热交换构件15之间的通道中，第二流体包围电动机18并且促进由于相对过热而导致的热量回收。
第一机组2包括第一容器主体19，其具有至少一个盖子20。方便地，风扇17由盖子20连接并支撑。
具体地，第一容器主体19包括彼此相关联的多个壁，以限定基本上呈U形的形状，其内容纳有第一热交换装置13,15,17。
风扇17由盖子20通过适当的支撑托架21支撑，支撑托架具有第一末端部分固定至盖子本身，第二末端30部分固定至风扇17的壳体主体22。
第一机组2包括至少一个膨胀阀元件23，其沿着第一热交换装置13,15,17的上游的第一流体操作回路3布置，并且适于膨胀第一流体。
在本讨论的范围内，术语“上游”和“下游”与用于加热一种流体的热泵1的操作循环有关，其中该流体的温度比另一种流体的温度低。
有利地，膨胀阀元件23选自恒温膨胀阀或电子膨胀阀，但是不能排除使用其他类型的阀。
特别地，膨胀阀元件23具有一特殊节流阀，适于在第一流体在其内循环的通道中产生摩擦，并且特别地，该摩擦促进第一流体从气态完全转化为液态，更详细地说，所述第一流体具有基本雾化的双相状态。
第一流体通过膨胀阀元件23被注入到第一热交换构件13和第二热交换构件15中。
第一机组2包括一旁通阀元件24，其平行于膨胀阀元件23设置。
具体地，旁通阀元件24是一种止回阀类型，其适于在制冷循环反转后，通过热气体的入口使第一热交换构件13和第二热交换构件15除霜，其中制冷循环反转是通过使用四通阀25来完成的。
具体地，四通阀25允许在流体本身相对于热源的冷却循环中使流体相对于冷源的正常加热操作循环反转。
更具体地，当热泵1根据冷却操作循环运行时，四通阀25允许交换第一热交换构件13、第二热交换构件15内的制冷剂流体的物理状态和第二热交换装置11的物理状态，其中这种物理状态的交换是相对于加热操作循环期间这类制冷剂流体在交换第一热交换构件13、第二热交换构件15和第二热交换装置11中时所具有的物理状态而言。
该交换通过相对于加热操作循环期间的相对操作模式来反转第一热交换装置13,15,17和第二热交换装置11的操作模式来发生。
第二机组6包括一第二容器主体26，其基本上呈矩形，且具有多个壁，每个壁包括内表面和外表面。
有利的是，每个内表面覆盖有多层吸音材料，以保证第二机组本身无噪音。
第二机组6还包括：
-一第五流体操作回路28,29，其适用于第四流体在其内的循环；和
-第三热交换装置27，其适用于第四流体操作回路8和第五流体操作回路28,29之间的热交换。
第四流体是泳池水类型，包括例如氯化水、盐水或海水。
第五流体操作回路28,29由第一管状元件28和第二管状元件29组成，其中第四流体沿着第一管状元件28离开泳池，又沿着第二管状元件29返回泳池。
第一管状元件28和第二管状元件29连接到例如泳池水的过滤装置。
第三热交换装置27允许保持第四流体与第一流体分离，因为第四流体和第一流体之间的热交换是借助于第三流体来完成的。
以这种方式，在第二热交换装置11破裂的情况下，可以防止制冷剂流体与泳池水之间的污染。
而且，第三热交换装置27由特殊材料制成，该特殊材料适于防止泳池中所含的所有可能类型的水的腐蚀。
有利地，第二机组6包括在压缩第一流体期间由压缩机装置10消散的热量的回收装置30a，30b。
具体地，回收装置30a，30b包括：
-一第一回收元件30a，其为线圈形状，卷绕在压缩机装置10的壳体周围，以回收在运行期间由压缩机装置本身消散的热量；和
-一第二回收元件30b，其位于第四流体操作回路8处，并且经由传热流体在其中流动的管道连接到第一回收元件30a，将来自第一回收元件30b的热量传递到第二回收元件30B。
该技术方案允许将压缩机装置10消散的热量传递到在第四流体操作回路8中循环的第三流体。
第二机组6包括一指令机组31，其适用于控制第一机组2和第二机组6的操作。
有利的是，指令机组31被包含在第二机组6内部以防止暴露于大气因素中并确保最佳操作。
方便地，指令机组31包括一限制装置10，用于压缩机装置10的启动涌流。
涌流限制装置基本上是软启动器系统，其电子控制涌流的斜坡，以确保压缩机装置10的最佳操作。
热泵1包括一第一压力传感器32，其沿着压缩机装置10上游的第三流体操作回路7设置，并且适于检测离开第一热交换装置13,15,17的第一流体的压力水平。
另外，热泵1包括一第二压力传感器33，其沿着压缩机装置10下游的第三流体操作回路7设置。
第二压力传感器33适于在压缩机装置10施加相对压缩之后检测第一流体的压力水平。
两个压力传感器32和33都可操作地连接到指令机组31，该指令机组在检测到异常压力的情况下停止热泵1，并且可用于任何电子膨胀阀的连续调节。
除了第一流体的压力水平之外，热泵1还控制第一流体，第二流体和第四流体的温度。
具体地，第一机组2包括：
-第一流体的第一温度传感器34，其沿着第一流体操作回路3布置在第一热交换装置13,15,17和膨胀阀元件23之间；和
-第二流体的第二温度传感器35，其布置在风扇17的附近。
第二机组6包括：
-进入第三热交换装置27的第四流体的第三温度传感器36；
-离开第三热交换装置27的第四流体的第四温度传感器37。
温度传感器34,35,36和37可操作地连接到指令机组31以处理所获取的信号。
便利地，指令机组31通过适当的软件来管理热泵1的操作，其中执行所述适当的软件以执行许多自动功能。
特别地，该软件管理第一流体和第二流体之间以及第三流体和第四流体之间的热交换，并且管理自动除霜系统，其使得即使在第二流体温度相对低的情况下，热泵1也能正确运行。
第一流体与第二流体之间的温度差异导致在第一热交换构件13和第二热交换构件15处结霜，这导致第二流体的通道的逐渐阻塞。
下面描述热泵1的操作。
第一流体在位于第一热交换装置13,15,17处，更具体地在第一热交换构件13和第二热交换构件15中的第一流体操作回路3中循环。
通过风扇17的操作，第二流体沿着旋转轴线A在漩涡中移动并且穿过第一热交换构件13到达第二热交换构件15。
在第一热交换构件13和第二热交换构件15之间的通道中，包围电动机18的第二流体促进了由于电动机自身过热引起的热量回收，以促进第一流体从液态转化为气态。
在第一流体从液态转化为气态之后，第一流体从第一流体操作回路3转移到第三流体操作回路7并且借助于压缩机装置10被吸入，其中压缩机装置10将第一流体输送到第二热交换装置11。
在第二热交换装置11中，气态的第一流体将自身的热量传递到第四中间流体操作回路8中，水在第四中间流体操作回路8中循环，其中水通过泵送装置9泵入第四中间流体操作回路中，并且在第一流体和第三流体之间完成热交换之后，第一流体从气态转化为液态。
第四流体操作回路8随后连接到第三热交换装置27，以将从在第四流体操作回路8中循环的第三流体处获得的热量传递到第四流体的流动中，其中第四流体离开泳池并在第五流体操作回路28,29中循环。
在第四流体操作回路8和第五流体操作回路28,29之间完成热交换之后，第四流体返回加热到泳池。
第一流体在通过第二热交换装置11之后流过膨胀阀元件23，该膨胀阀元件23促进冷却并因此促进第一流体自身从气态转换为液态，更具体地，该第一流体具有基本雾化的双相状态。
更具体地，通过第一温度传感器34，第二温度传感器35，第三温度传感器36和第四温度传感器37，指令机组31在第四流体的温度低于最低设定值时，开启热泵1；并在第四流体温度达到所需温度时，关闭热泵1。
另外，如果没有自动除霜系统，则当检测到第二流体的温度低于给定阈值时，指令机组31切入以阻塞热泵1的运行。
通过指令机组31，可以根据其产生的噪音来设定风扇17的最佳转速。
实际上已经发现，所描述的发明实现了预期的目的，并且特别地强调的是，与已知类型的热泵相比，以这种方式设计的热泵尺寸小且提供了相当高的操作效率。
如果第一机组位于小型天井内，且位于室外或由墙壁支撑，则第一机组由于机体特别小而减少对环境的影响。
此外，以这种方式设计的第一热交换装置能够减少由风扇旋转产生的噪音污染，并且通过回收由驱动风扇本身的电动马达消散的热量来最大化能量效率。
将风扇置于两个热交换构件之间也确保了不能随意接触风扇的人员的安全。

Claims (14)

1.一种尤其用于加热和/或冷却流体的热泵(1)，包括：
-至少一第一机组(2)，包括：
-至少一第一流体操作回路(3)，其适用于制冷剂类型的至少一第一流体在其内循环；
-至少一第二流体操作回路(4)，其适用于气态类型的至少一第二流体在其内循环；
-第一热交换装置(13,15,17)，位于所述第一流体操作回路(3)和所述第二流体操作回路(4)之间。
-至少一第二机组(6)，包括：
-至少一第三流体操作回路(7)，其适用于所述第一流体的循环并连接到所述第一流体操作回路(3)；
-至少一第四流体操作回路(8)，其适用于至少一第三流体在其内循环；
-压缩机装置(10)，其适用于吸入和压缩来自所述第一热交换装置(13,15,17)的所述第一流体；和
-第二热交换装置(11)，位于所述第三流体操作回路(7)和所述第四流体操作回路(8)之间；
其特征在于，所述第一热交换装置(13,15,17)包括：
-至少一第一热交换构件(13)，其中所述第一流体在该第一热交换构件中循环，其中所述第一热交换构件基本呈板形并且位于第一平面(12)上；
-至少一第二热交换构件(15)，所述第一流体在该第二热交换构件中循环，且该第二热交换构件以流体操作方式连接到所述第一热交换构件(13)，所述第二热交换构件(15)基本上呈板形并且位于第二平面(14)上，所述第二平面(14)基本平行于所述第一平面(12)；
-至少一风扇(17)，用于所述第二流体的运动，所述风扇可围绕旋转轴线(A)旋转，该旋转轴线(A)基本上垂直于所述第一平面(12)和所述第二平面(14)；该风扇位于第三平面(16)上，该第三平面(16)基本上平行于所述第一平面(12)和所述第二平面(14)，且以夹心方式插入所述第一加热交换构件(13)和所述第二加热交换构件(15)之间。
2.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于，所述第一平面(12)，所述第二平面(14)和所述第三平面(16)基本上垂直且所述旋转轴线(A)基本上水平。
3.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第一机组(2)包括至少一第一容器主体(19)，所述第一容器主体(19)具有至少一个盖子(20)，所述风扇(17)由所述盖子(20)连接并支撑。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第一热交换装置(13,15,17)包括至少一电动机(18)，该电动机(18)可操作地连接到所述风扇(17)，用于使所述风扇(17)本身围绕所述旋转轴线(A)旋转，所述电动机(18)布置在所述第二平面(12)和所述第三平面(16)之间的空间中。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第一机组(2)包括至少一个膨胀阀元件(23)，该膨胀阀元件(23)沿着所述第一热交换装置(13,15,17)的上游的所述第一流体操作回路(3)布置，并且适于膨胀所述第一流体。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第一机组(2)包括至少一旁通阀元件(24)，该旁通阀元件(24)平行于所述膨胀阀元件(23)设置。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第二机组(6)包括至少一第二容器主体(26)，该第二容器主体(26)具有多个壁，所述壁具有各自的内表面和外表面，所述内表面覆盖有至少一层吸音材料。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第二机组(6)包括：
-至少一第五流体操作回路(28,29)，其适用于第四流体在其内的循环；和
-第三热交换装置(27)，其适用于所述第四流体操作回路(8)和所述第五流体操作回路(28,29)之间的热交换。
9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第二机组(6)包括热量回收装置(30a,30b)，所述热量由所述压缩机装置(10)所消散，所述回收装置(30a,30b)连接到所述第四流体操作回路(8)。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第二机组(6)包括所述第三流体在所述第四流体操作回路(8)中的泵送装置(9)。
11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第二机组(6)包括至少一指令机组(31)，该指令机组(31)适用于控制所述第一机组(2)和所述第二机组(6)的操作。
12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述指令机组(31)包括至少一限制装置，用于所述压缩机装置(10)的启动涌流。
13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第一机组(2)包括以下两种温度传感器中的一种：
-所述第一流体的第一温度传感器(34)，其沿着所述第一流体操作回路(3)布置在所述第一热交换装置(13,15,17)和所述膨胀阀元件(23)之间；和
-所述第二流体的第二温度传感器(35)，其布置在所述风扇(17)的附近。
14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的热泵(1)，其特征在于，所述第二机组(6)包括以下两种温度传感器中的一种：
-所述第四流体的第三温度传感器(36)，进入所述第三热交换装置(27)；
-所述第四流体的第四温度传感器(37)，离开所述第三热交换装置(27)。
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