CN110337573A - 热泵装置和用于运行热泵装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明建议了一种热泵装置(1)，其包括借助用于工作流体的工作循环(100)在流动方面耦连的压缩机(2)、冷凝器(6)和蒸发器(8)。按照本发明，所述热泵装置(1)包括热交换器(41)、喷射泵(42)和旁路管道(4)，其中，所述旁路管道(4)设计用于将至少部分工作流体在喷射泵(42)之后并且在蒸发器(8)之前向热交换器(41)导引并且导引回所述喷射泵(42)。本发明还涉及一种用于运行按照本发明的热泵装置(1)的方法。

Description

热泵装置和用于运行热泵装置的方法
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的热泵装置。此外本发明涉及一种按照权利要求10的前序部分所述的用于运行热泵装置的方法。
热泵利用热源的热能(热量)来蒸发工作流体。在此有利的是，工作流体的蒸发温度尽可能高，因为由此实现了低的压力比并且由此实现了高的性能系数(英语：Coefficient of Performance；缩写COP)。因此热源和蒸发温度之间的尽可能低的温度差是有利的。通常使用约5开尔文的温度差，从而在热源温度为80摄氏度时将蒸发温度设置为75摄氏度。
如果使用具有相对较低的温度、例如50摄氏度的热源，则这会导致相应较低的蒸发温度、例如45摄氏度。然而由此明显地降低了性能系数。
本发明所要解决的技术问题在于，改善低温热源针对热泵的使用。
所述技术问题通过具有独立权利要求1所述特征的热泵装置以及通过具有独立权利要求10所述特征的用于运行热泵装置的方法解决。在从属权利要求中给出了本发明的有利的设计方案和扩展设计。
按照本发明的热泵装置包括借助用于工作流体的工作循环在流动方面耦连的压缩机、冷凝器和蒸发器。热泵装置按照本发明包括热交换器、喷射泵和旁路管道，其中，所述旁路管道设计用于将至少部分工作流体在喷射泵之后并且在蒸发器之前导引向热交换器并且导引回所述喷射泵。
热泵装置的工作循环因此能够分为主工作循环和副工作循环。主工作循环在此构成热泵循环。副工作循环由旁路管道构成。主工作循环和副工作循环针对工作流体在流动方面耦连。
所述工作循环或者多个工作循环具有下述方向，热泵装置的元件相对于所述方向布置在所述热泵装置的其它元件之前或者之后。
通过按照本发明地设置的喷射泵和按照本发明地设置的热交换器，与所述热交换器热耦连的低温热源能够高效地加入热泵的工作循环中。借助热交换器至少部分地将热源的热能传递至旁路管道内的工作流体中。由此升温的工作流体被导引回喷射泵并且在那里优选用作抽吸介质，其中，初始的来自冷凝器的工作流体(未膨胀的冷凝液)被设置为驱动介质。由此有利地不需要用于驱动旁路管道的附加的结构部件、例如泵。由此有利地进一步改善了热泵装置的能效，因为例如不必为用于旁路管道的泵供给电能。
换言之，按照本发明将喷射泵设置为用于工作流体的泵和膨胀阀，其中，通过用作驱动介质的未膨胀的冷凝的工作流体产生泵送效果。由此能够省去热泵装置的主工作循环中的典型的膨胀阀。
所述喷射泵的其它优点在于，所述喷射泵特别简单地构造、通常不具有可移动的构件并且是特别牢固和不需要经常维护的。
在按照本发明的用于运行热泵装置的方法中，工作流体在工作循环内借助压缩机压缩、借助冷凝器冷凝并且借助蒸发器蒸发。按照本发明，部分工作流体借助旁路管道在热泵装置的喷射泵之后并且在蒸发器之前向热交换器导引以进行热交换并且导引回喷射泵。
按照本发明的方法产生了与按照本发明的热泵装置同样的并且等价的优点。
在此特别优选的是，喷射泵构造为喷射器。
换言之，喷射泵产生了负压，由于所述负压使得能够运行旁路管道，也就是说所述旁路管道中的工作流体由于所述负压被抽吸回主工作循环中。
旁路管道在此优选设置用于将工作流体导引回喷射泵的抽吸接口或者说吸入接头。
换言之，工作流体经由旁路管道导引回喷射泵的至少一个抽吸接口。
按照本发明的一种有利的设计方案，热交换器构造为冷却装置的热交换器。
换言之，旁路管道借助共同的热交换器与所述冷却装置热耦连，从而借助冷却装置的热交换器实现热交换。由此有利地继续利用了为了冷却而通过冷却装置排出的热量。由此提高了热泵装置和冷却装置的能效。
在本发明的一种特别有利的扩展设计中，冷却装置设计用于冷却压缩机。
换言之，通过冷却装置冷却热泵的压缩机。由于压缩机的冷却而排出的热量在此又借助旁路管道中的热交换器输入热泵循环中，从而进一步提高了热泵装置的能效。由于运行压缩机产生的废热因此不会完全损失，而是至少部分地回收利用并且再次输入热泵循环中。
此外产生的优点在于，能够省去用于冷却压缩机的外部的冷却循环或者冷却装置。由此降低了投资成本。此外改善了设备在结构方面的紧凑性，因为可以省去用于排出压缩机的废热的附加元件、例如散热片或者冷却塔。
在此特别优选的是，冷却装置设计用于冷却压缩机的传动装置。
冷却装置尤其特别优选地设计为传动装置的油冷式冷却装置。
通常设置用于冷却传动装置的油在此从传动装置向热交换器导引。换言之，热交换器设计为油冷却器。
按照本发明的一种有利的设计方案，旁路管道包括膨胀阀，其中，所述膨胀阀布置在热交换器之前。
由此能够有利地这样调节旁路通道内的工作流体的压力，使得在热交换器中实现工作流体的确定的加热或者蒸发。换言之，借助至少一个膨胀阀在旁路管道内调节在热交换器之前的工作流体的压力。
此外，按照本发明的一种优选的设计方案，能够借助喷射泵调节工作流体在蒸发器内的蒸发压力。
由此能够在主热泵循环内部没有附加的膨胀阀的情况下实现蒸发压力的调整。换言之，喷射泵设置为膨胀阀。
在本发明的一种有利的扩展设计中，热泵装置包括工作流体，所述工作流体具有由氟代酮和/或氢氟烯烃和/或氢氟氯烯烃构成的组中的至少一种物质。
换言之，至少使用氟代酮和/或氢氟烯烃和/或氢氟氯烯烃作为工作流体。
由此有利地形成高温热泵，所述高温热泵实现了，在100摄氏度以上的温度水平放出其热量或者为热消耗器提供其热量。此外，具有氟代酮和/或氢氟烯烃和/或氢氟氯烯烃的工作流体特别有利地用于借助热交换器在低温度水平中吸收热量。
所述工作流体的另一种优点在于其技术上的可操作性。所述工作流体的特点在于良好的环境兼容性以及其安全特性、例如不可燃性或者非常低的造成温室效应的可能性。
本发明的其它优点、特征和细节由以下描述的实施例以及根据附图得出。唯一的附图在此示出了按照本发明的设计方案的热泵装置的示意性的连接图。
相同类型的、等价的或者作用相同的元件可以在图中配设相同的附图标记。
在附图中示意性地示出了按照本发明的设计方案的热泵装置1。
热泵装置1具有压缩机2、冷凝器6、蒸发器8以及喷射泵42。此外，热泵装置包括用于工作流体的主和副工作循环101、102。主工作循环101构成热泵循环，在所述热泵循环中，工作流体在压缩机2中压缩、在冷凝器6中冷凝、在蒸发器8中蒸发并且借助喷射泵42膨胀。换言之，通过压缩机2、冷凝器6、蒸发器8和喷射泵42构成热泵。
副工作循环102借助旁路管道4构成，所述旁路管道在喷射泵42之后并且在蒸发器8之前分支出来，并且将至少部分工作流体经由热交换器41导引回喷射泵42的抽吸接口。工作循环101、102因此针对工作流体在流动方面并联连接。
喷射泵42构造为喷射器，从而产生负压，所述负压又从旁路管道4中抽吸工作流体。换言之，工作流体在旁路管道4中的流通通过工作流体自身驱动，因此工作流体同时设计为用于喷射泵42的驱动介质。由此有利地不需要附加的用于驱动旁路管道4的泵。
热交换器41与油冷式冷却装置的冷却管道12耦连。热交换器原则上可以与任何热源耦连、尤其是与低温的废热热源热耦连。废热经由热交换器41至少部分地传递至旁路通道4中的工作流体。在热交换器41中进行上述热交换时所处的压力可以借助膨胀阀40调节。
在本发明所示的特别优选的设计方案中，油冷式冷却装置设置用于冷却压缩机2的传动装置21。冷却管道12为此与传动装置21在流动方面耦连。由此有利地冷却压缩机2或者所述压缩机的传动装置21。与压缩机的已知的冷却不同的是，传动装置21的废热不是完全损失，原因是至少部分借助热交换器41并且借助按照本发明设置的旁路管道4传递至热泵的工作流体中。由此提高了在所示的实施例中基本上构成了热泵的热泵装置1的能效。换言之，热泵装置1提供了改善的热泵。
此外，压缩机2包括用于其运行的电动机22，所述电动机22同样能够借助油冷式冷却装置冷却。
因此，喷射泵42与旁路管道4的结合实现了在没有附加的耗电的构件、例如泵的情况下利用或者说接入具有相对较低的温度水平的热源。
尽管通过优选的实施例在细节中详细地说明和描述了本发明，但是本发明并不局限于所公开的示例，或者能够在不脱离本发明的保护范围的情况下由本领域技术人员推导出其它变型。

Claims (15)

1.一种热泵装置(1)，包括借助用于工作流体的工作循环(100)在流动方面耦连的压缩机(2)、冷凝器(6)和蒸发器(8)，其特征在于，所述热泵装置(1)包括热交换器(41)、喷射泵(42)和旁路管道(4)，其中，所述旁路管道(4)设计用于将至少部分工作流体在喷射泵(42)之后并且在蒸发器(8)之前向热交换器(41)导引并且导引回所述喷射泵(42)。
2.根据权利要求1所述的热泵装置(1)，其特征在于，所述喷射泵(42)设计为喷射器。
3.根据权利要求1或2所述的热泵装置(1)，其特征在于，所述旁路管道(4)设计用于将工作流体导引回喷射泵(42)的抽吸接口。
4.根据前述权利要求之一所述的热泵装置(1)，其特征在于，所述热交换器(41)设计为冷却装置(12)的热交换器。
5.根据权利要求4所述的热泵装置(1)，其特征在于，所述冷却装置(12)设计用于冷却压缩机(2)。
6.根据权利要求5所述的热泵装置(1)，其特征在于，所述压缩机(2)包括传动装置(21)，其中，冷却装置(12)设计用于冷却所述驱动装置(21)。
7.根据权利要求6所述的热泵装置(1)，其特征在于，所述冷却装置(12)设计为传动装置的油冷式冷却装置。
8.根据前述权利要求之一所述的热泵装置(1)，其特征在于，所述旁路管道(4)包括膨胀阀(40)，其中，所述膨胀阀(40)布置在热交换器(41)之前。
9.根据前述权利要求之一所述的热泵装置(1)，其特征在于，所述热泵装置包括工作流体，其中，所述工作流体具有由氟代酮和/或氢氟烯烃和/或氢氟氯烯烃构成的组中的至少一种物质。
10.一种用于运行根据前述权利要求之一所述的热泵装置(1)的方法，在所述方法中，工作流体在工作循环(100)内借助压缩机(2)压缩、借助冷凝器(6)冷凝并且借助蒸发器(8)蒸发，其特征在于，至少部分工作流体借助旁路管道(4)在热泵装置(1)的喷射泵(42)之后并且在蒸发器(8)之前向用于热交换的热交换器(41)导引并且导引回喷射泵(42)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述工作流体经由旁路管道(4)导引回喷射泵(42)的抽吸接口。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，借助冷却装置的热交换器(41)实现热交换。
13.根据权利要求10至12之一所述的方法，其特征在于，在热交换器(41)之前在旁路管道(4)内借助膨胀阀(40)调节工作流体的压力。
14.根据权利要求10至13之一所述的方法，其特征在于，借助喷射泵(42)调节工作流体在蒸发器(8)内的蒸发压力。
15.根据权利要求10至14之一所述的方法，其特征在于，使用具有氟代酮和/或氢氟烯烃和/或氢氟氯烯烃的流体作为工作流体。
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