CN110023697B - 混合热设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合热设备，其包括：至少一个热交换器、和至少一个热源和/或散热器。根据本发明的热设备被形成为基于蒸气压缩原理并包括用于热传递的第一介质的第一热设备(1、15)和基于弹热原理并包括用于热传递的第二介质的第二热设备(2、16)的组合。所述热设备(1、15；2、16)共同具有弹热材料的至少一个可变形热交换器(3、21)。

Description

混合热设备
技术领域
本发明涉及混合热设备，其包括至少一个热交换器和至少一个热源和/或散热器。
背景技术
以上所提到种类的混合热设备是公知的。另外，已知的热设备基于蒸气压缩技术。所述技术显示出相对较低的能量效率，其中为了便于所述热设备操作或多或少地利用了对环境有害的装置。最近开发了对环境友好的各种替代热设备和技术，例如热电、热声、吸附、磁、电热、弹热以及相应的热弹性技术和类似技术，然而，由于较低的热容量和/或效率和/或生产昂贵，这些技术中没有任何一个证实能够作为压缩机技术的正式替代。
发明内容
本发明的一个目的是形成补救已知解决方案的缺陷的混合热设备。
根据本发明，所述目的通过一种混合热设备得到解决，其可以是冷却和/或加热热设备，被形成为基于蒸气压缩原理的第一热设备和基于弹热原理的第二热设备的组合，其中所述热设备共同具有由弹热材料制成的至少一个可变形热交换器。所述组合能够增大混合热设备的热容量，并且因此增大了效率。在冷却设备以及相应的热泵的情况下，根据本发明的混合热设备在利用较少冷却剂操作的情况下具有和常规蒸气压缩设备所达到的相同的容量。
本发明的本质在于利用了在利用常规蒸汽压缩设备情况下在冷却剂的压缩阶段和膨胀阶段期间出现的冷却剂压力差，以便获得弹热效应。就这一点而言，根据本发明提供了一种混合热设备，
其包括从冷却剂到弹热材料的直接和/或间接压力传递。根据第二实施例，提供了一种混合热设备，其包括从冷却剂到弹热材料的直接压力传递，其中可变形冷凝器被提供为中间装置。
附图说明
本发明通过非限制性实施例并参考附图进一步进行详细描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的混合热设备的示意图，
图2示出了图1的混合热设备的另一实施例。
具体实施方式
本发明在被选择为冷却设备以及相应的热泵的基础上进一步进行描述。此类热设备被形成为第一热设备1和第二设备2的组合，该第一热设备包括用于热传递的第一介质，特别是冷却剂，第二热设备包括用于热传递的第二介质，在本发明中为水，其中第三热设备3对于热设备1、2是共用的，特别该第三热设备是热交换器。在本实施例中，第一热设备1基于蒸气压缩原理，且第二热设备2基于弹热原理，而第三热设备3形成为由弹热材料制成的可变形热交换器。
在本实施例中，所述第三热设备3以及相应地所述可变形热交换器被选择为弹热同流换热器。所述热设备1包括第一冷式热交换器以及相应地蒸发器4，压缩装置5在下游侧连接至该蒸发器且膨胀阀6在上游侧连接至该蒸发器。压缩装置5通过冷却剂供应管线5'与进入同流换热器3的冷却剂入口3'相连接，而膨胀阀6通过排放管线6'与离开同流换热器3的冷却剂出口3”相连接。
所述第二热设备2包括热式热交换器7和第二冷式热交换器8。热式热交换器7在下游侧与泵送装置9相连接，该泵送装置进一步通过供应管线9'与同流换热器3上的热水入口10相连接。此外，热式热交换器7在上游侧通过管线7'连接至同流换热器3上的热水出口11。所述冷式热交换器8在下游侧与泵送装置12相连接，该泵送装置继而通过供应管线12'与同流换热器3上的冷水入口13相连接。此外，冷式热交换器8在上游侧通过管线8'与同流换热器3上的冷水出口14相连接。对于当前第一实施例，同流换热器3上用于热水和相应用于冷水的所述连接10、11和13、14按照交叉的方式设置，这意味着热水入口10和冷水出口14位于同流换热器3的第一端，而热水出口11和冷水入口13位于同流换热器3的相对端。然而，显然例如阀的阻塞装置设置在相应位置处，所述阻塞装置的形式和定位本身是已知的并且未详细示出。
混合热设备的本实施例中的冷却/加热的循环过程包括如下四个阶段。第一阶段包括将冷却剂压入弹热同流换热器3。所述膨胀阀6是闭合的且压缩装置5迫使冷却剂进入同流换热器3。在过程的整个第一阶段期间或者至少在过程的第一阶段的一部分期间，阻止水通过热式热交换器7和冷式热交换器8的循环。在将冷却剂压入同流换热器3期间冷却剂压力增大从而导致冷却剂升温。冷却剂的所述压力增大表示了间接或直接传递给同流换热器3的负载，而后者被加载并相应地变形。同流换热器3的变形引起构成同流换热器3的弹热材料的升温。由此，第一阶段的最终结果是同流换热器3的弹热材料变形且冷却剂被压缩，与此同时两者均处于热状态。
混合热设备的所述循环过程的第二阶段包括从同流换热器3去除热量。在过程的整个第二阶段期间或者至少在过程的第二阶段的一部分期间，阻止压缩的冷却剂的供应。所述泵送装置9迫使具有第一温度T1的水从热式热交换器7通过热水入口10并经由同流换热器3，其中具有第二温度T2的水通过热水出口11返回到热式热交换器7内。通过冷式热交换器8的流动被阻止。在水流动通过同流换热器3期间，热量从同流换热器3传递到所述水，这得到了对同流换热器3的冷却。由此，从同流换热器3的弹热材料并从压缩的冷却剂去除了热量，冷却剂继而冷凝并释放热量。具有第二温度T2的水通过出口11从同流换热器3流动到热式热交换器7，在该处热量传递到周围环境或者任选地传递到用于热传递的另一种介质。因此，在热式热交换器7中得到了第一产物，即热产物。第二阶段的最终结果是同流换热器3的弹热材料变形和冷却剂的压缩。
混合热设备的所述循环过程的第三阶段包括从同流换热器3到蒸发器4的冷却剂的膨胀。压缩的冷却剂到同流换热器3内的流入被阻止，而膨胀阀6打开，其中在过程的整个第三阶段期间或者至少在过程的第三阶段的一部分期间阻止水的流动。冷却剂通过膨胀阀6膨胀从同流换热器3到蒸发器4内，从而导致冷却剂在膨胀期间冷却。所述膨胀的结果是蒸发器4中的第一冷产物。同时，膨胀的结果还清空了同流换热器3，并且同流换热器3的弹热材料变形减少，其继而冷却。所述第三阶段的最终结果是冷却剂的膨胀和第一冷产物以及同流换热器3的非变形和冷却。
混合热设备的所述循环过程的第四阶段包括对冷却的同流换热器3中水的冷却。在过程的整个第四阶段期间或者至少在过程的第四阶段的一部分期间，阻止通过压缩装置5的流动。所述泵送装置12将具有第三温度T3的水从冷式热交换器8输送通过冷水入口13经由同流换热器3，而具有第四温度T4的水通过冷水出口14返回到冷式热交换器8。具有第三温度T3的水通过入口13从冷式热交换器8流动到同流换热器3内，此处水通过所述同流换热器得到冷却。更准确地，水通过同流换热器3的未加载的弹热材料以及通过膨胀的冷却剂得到冷却，膨胀的冷却剂继而蒸发并接收流入的水的热量。因此，同流换热器3稍微升温。按照所述方式，具有温度T4的经冷却的水流动通过出口14到冷式热交换器8中，借此第四阶段的结果是冷式交换器8中的第二冷产物。所述第四阶段的最终结果冷式热交换器8中的作为第二冷产品的冷水和非变形的同流换热器3。
对于当前实施例，水的所述第二温度T2高于水的所述第一温度T1(T2>Ti)，且水的所述第三温度T3高于水的所述第四温度T4(T3>T4)。此外，其适用于第一温度和第二温度T1、T2大大高于第三温度和第四温度T3、T4(T2>T1>>T3>T4)。
在所述第四阶段结束时根据本发明的热设备的所述循环过程返回到第一阶段，由此，使得该循环过程能够连续地执行。
图2示出了根据本发明的混合热设备的附加实施例，其被形成为第一热设备15和第二热设备16的组合，该第一热设备基于蒸气压缩原理并包括第一传递介质，特别是冷却剂，该第二热设备基于弹热原理并包括第二热传递介质，在本实施例中其为水。第三热设备3，特别是可变形热交换器，对于所述热设备15、16是共同的，在本实施例中其包括借助于变形而相关联的弹热蓄热器21以及相应的负载传输器17，其具有中间装置21'以便将压力从冷却剂传递至弹热材料。
所述第一热设备15包括冷式热交换器以及相应的蒸发器18，压缩装置19在下游侧连接至该蒸发器，且膨胀阀20在上游侧连接至该蒸发器。压缩装置19通过冷却剂供应管线19'与进入用于传递冷却剂压力的所述中间装置21'内的冷却剂入口相连接，该中间装置用作例如可变形冷凝器以及相应的热式热交换器，而膨胀阀20通过排放管线20'与离开所述中间装置21'的冷却剂出口相连接。
所述第二热设备16包括热式热交换器22和第二冷式热交换器23。热式热交换器22在上游侧通过排放管线24'与弹热蓄热器21上的热水出口25相连接。此外，热式热交换器22在下游侧通过管线22'连接至蓄热器21上的热水入口26。所述冷式热交换器23在上游侧通过排放管线27'与蓄热器21上的冷水出口28相连接。此外，冷式热交换器23在下游侧通过供应管线23'连接至蓄热器21上的冷水入口29。所述管线22'和所述管线23'与其中定位了泵送装置24的管线27互连。在本实施例中，后者被选择为活塞泵。对于本实施例，弹热蓄热器21上的热水以及相应冷水的所述连接25、26和28、29按照直接方式形成，这意味着热水出口25和热水入口26位于蓄热器21的第一端，而冷水出口28和冷水入口29位于蓄热器21的相对端。显然，弹热蓄热器21上的热水以及相应的冷水连接25、26和28、29的所述布置哈可以按照交叉方式形成。
所述可变形冷凝器以及相应的热式热交换器21'按照活塞、波纹管或类似装置的方式操作，并且由于其借助于所述交换器17的变形实现了蓄热器21的弹热材料的变形。物理背景和各个操作阶段与以上所述的第一实施例相同。此类蓄热器21的加载借助于蒸气压缩冷却器来执行。例如，所述蓄热器21包括弹热材料的多孔结构，介质在操纵的相应阶段期间按照逆流方式流动通过该多孔结构。如果满足适当的操作条件，则在循环操作期间，在冷式热交换器22和冷式热交换器23之间沿蓄热器21，即介质流动的方向建立了温度分布。
混合热设备的本实施例中的冷却/加热的循环过程包括如下四个阶段。第一阶段包括借助于压缩装置19将冷却剂压入热式热交换器21'。膨胀阀20闭合，且在过程的整个第一阶段期间或者至少在过程的第一阶段的一部分期间阻止水循环通过热交换器22、23。压缩装置19将冷却剂压入热交换器21'，该热交换器因此变形。热交换器21'的所述变形借助于所述负载传输器17传递给蓄热器21。热交换器21'中的冷却剂的压力增大反映在蓄热器21的变形增大，蓄热器因此而升温。第一阶段的最终结果反映在蓄热器21变形以及压缩了热式热交换器21'中的冷却剂，其中热交换器21'和蓄热器21两者现在均处于升温状态。
混合热设备的本第二实施例中的循环冷却/加热过程的第二阶段包括从热式热交换器21'和蓄热器21去除热量。在过程的整个第二阶段期间或者至少在过程的第二阶段的一部分期间阻止经压缩的冷却剂流入蒸气压缩设备15，其中热交换器21'将热量耗散到周围环境或者到用于热传递的任何其他介质。泵送装置24对具有第三温度T3的水加压使其通过蓄热器21，通过出口25离开蓄热器21并具有第一温度T1。热量从热蓄热器21传递到冷水，冷水因此升温，并且具有第一温度T1的热水机器其通过热水出口25的路径。泵送装置24对具有第一温度T1的热水加压并使其通过热式热交换器22，在此处水得到冷却，其中热式热交换器22将热量耗散到周围环境或者用于热传递的任何其他介质。第二阶段的最终结果表现为蓄热器21变形和热交换器21'中的冷却剂被压缩。热水在处理下被存放在热式热交换器22中，此处其冷却下来，其中得到了第一热产物。热交换器21'的所述冷却导致了第二热产物。
混合热设备的本第二实施例中的循环冷却/加热过程的第三阶段包括冷却剂从热式热交换器21'膨胀进入到冷式热交换器18中。压缩的冷却剂到热交换器21'内的流入被阻止，其中在过程的整个第三阶段期间或者至少在过程的第三阶段的一部分期间阻止水流动通过蓄热器21。冷却剂通过热交换器21'的膨胀阀膨胀，由此，冷却剂冷却下来并导致冷式热交换器18中的第一冷产物。由于所述膨胀热交换器21'变空，从而导致蓄热器21的变形较少，蓄热器因此冷却。第三阶段的最终结果表现为冷却剂膨胀、热交换器18冷却以及蓄热器21非变形和变冷。
混合热设备的本第二实施例中的循环冷却/加热过程的第四阶段包括冷却蓄热器21的经冷却弹热材料中的水，其中在过程的整个第四阶段期间或者至少在过程的第四阶段的一部分期间第一热设备15是空闲的。具有第二温度T2的水从热式热交换器22流动通过入口26进入到蓄热器21内，并且通过出口28进入到冷式热交换器23中。此处，所述水变得稍微冷却到温度T4，而蓄热器21变得稍微升温。按照所述方式冷却并具有温度T4的水流入冷式热交换器23，其中获得了第二冷产物。第四阶段的最终结果表现为冷式热交换器23中的冷水和非变形的蓄热器21。
对于本第二实施例，水的所述第二温度T2高于水的所述第一温度T1(T2>T1)，而水的所述第四温度T4高于水的所述第三温度T3(T3<T4)。此外，其适用于第一温度和第二温度T1、T2大大高于第三温度和第四温度T3、T4(T1<T2<<T3<T4)。
在所述第四阶段结束时根据本发明的混合热设备的所述循环过程返回到第一阶段，由此，使得该循环过程能够连续地执行。
根据本发明的混合热设备的各个元件的各种布置，例如冷却设备或热泵，提出了可能的不同实施例，借助于这些实施例能够实现对热设备的连续操作并增大其功率和效率。例如，一个可能的实施例包括至少两个由弹热材料制成的可变形热交换器3的并行管道，从而借助于各个阶段的往复操作实现了对压缩装置5和泵送装置9；12的连续操作。
当然显然的是，在不脱离本发明精神的前提下，根据本发明的混合热设备的其他修改实施例也是可能的。例如，对于根据本发明的混合热设备的第一实施例，所述热设备3可以按照旁通设置。此外，对于第二实施例，变形以及相应地负载传输器17可以从系统省去。按照这种方式可以实现的是热设备2仅在需要时以及相应地在要求更高冷却或加热功率的情况下运行。此外，应当理解的是，虽然如此，设置有各种封闭装置和/或控制装置，例如单路或多路阀以及类似装置，并非本发明的主题因此并不详细进行描述。

Claims (7)

1.一种混合热设备，包括至少一个热交换器和至少一个热源和/或散热器，其特征在于，该混合热设备被形成为第一热设备（1、15）和第二热设备（2、16）的组合，该第一热设备基于蒸气压缩原理并包括用于热传递的第一介质，该第二热设备基于弹热原理并包括用于热传递的第二介质，其中所述第一热设备（1、15）和所述第二热设备（2、16）具有共同的至少一个第三热设备（3），该至少一个第三热设备包括由弹热材料制成的至少一个可变形的热交换器。
2.根据权利要求1所述的混合热设备，其特征在于，所述第三热设备（3）被选择为弹热热交换器，该弹热热交换器能借助于从所述第一热设备（1、15）的冷却剂到所述弹热热交换器的弹热材料的压力传递而变形。
3.根据权利要求1所述的混合热设备，其特征在于，所述第三热设备（3）被选择为弹热蓄热器（21），该弹热蓄热器能借助于从所述第一热设备（15）的冷却剂到所述弹热蓄热器的弹热材料的压力传递而变形，其中一热式热交换器（21'）被提供为中间装置。
4.根据权利要求3所述的混合热设备，其特征在于，所述热式热交换器（21'）被选择为可变形冷凝器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的混合热设备，其特征在于，所述第一热设备（1、15）包括第一冷式热交换器（4、18），所述第一冷式热交换器在第一侧处连接至压缩装置（5、19）且在另一侧处连接至膨胀阀（6、20），其中所述压缩装置（5、19）和所述膨胀阀（6、20）两者均与所述可变形的热交换器相连接。
6.根据权利要求5所述的混合热设备，其特征在于，所述第一冷式热交换器（4、18）被选择为蒸发器。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的混合热设备，其特征在于，所述第二热设备（2）包括热式热交换器（7）和第二冷式热交换器（8），该热式热交换器（7）和所述第二冷式热交换器（8）中的每个与所述可变形的热交换器相连接。
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