CN110402353A - 用于热泵或空调的热交换单元 - Google Patents

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CN110402353A CN201880017140.6A CN201880017140A CN110402353A CN 110402353 A CN110402353 A CN 110402353A CN 201880017140 A CN201880017140 A CN 201880017140A CN 110402353 A CN110402353 A CN 110402353A
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Abstract

一种用于热泵或空调的热交换单元，包括盒状壳体(1)、下表面(2)、与下表面(2)对置并关于壳体(1)的轴线(X)与该下表面间隔开的上表面(3)、以及在下表面(2)和上表面(3)之间延伸的前表面(4)，表面(2、3、4)被限定在壳体(1)上。热交换单元还包括：在壳体(1)上形成的第一开口(6)和第二开口(7)；在壳体(1)内部延伸在第一开口(6)和第二开口(7)之间的通道(8)；沿着通道(8)被容纳在壳体(1)内的风扇(9)，并且该风扇设置成使空气流(10)通过开口(6、7)背离相对于壳体(1)的外部环境移动以及朝向该外部环境移动；和设置在通道(8)中的热交换器(11)，风扇(9)的至少一部分和热交换器(11)关于轴线(X)彼此上下设置。风扇(9)是离心式风扇，而热交换器(11)具有V形轮廓。第一开口(6)在壳体(1)的前表面(4)上形成，并且第二开口(7)构造在上表面(3)上和/或构造在前表面(4)上关于轴线(X)在第一开口(6)上方的位置。

Description

用于热泵或空调的热交换单元
说明书
本发明涉及一种用于热泵或空调的热交换单元。
根据本发明的热交换单元特别地(但不是唯一地)用于设计和构造用于建筑物的气候控制的设备的技术领域，例如，通过使用热泵，所述热泵提供使用于布置在建筑物外部的一个或多个单元，以及所述热泵被提供用于在相对于建筑物的外部环境的空气和工作流体之间进行热能交换。
外部单元工作上连接到所谓的内部单元，所述内部单元布置在建筑物的内部环境中，以便调节内部环境的温度和/或湿度。
在所述技术领域中，外部单元通常包括外部壳体，所述外部壳体被分为两个腔室，所述两个腔室分别至少包括：用于制冷用流体的第一热交换器和风扇；以及第二热交换器、风扇和压缩机，以便执行蒸发器或冷凝器的功能来加热或冷却关于建筑物的内部环境。
为了应对容纳上述元件的需要，外部单元通常具有过大的空间要求，这决定了这些单元对建筑物的实质上的视觉影响。这种情况与在最大程度上将艺术或历史关注的建筑物外观保持在不变状态的要求不太相容。
国际专利申请WO2007/099571解决了该问题。然而，WO2007/099571中描述的用于调节器的外部单元具有多个缺点，例如，需要保持外部单元从基座升起，和/或需要提供合适的空气管道以允许空气流穿行通过外部单元以使该外部单元正确运行。
结果，由此而使WO2007/099571的外部单元的定位自由度降低。此外，WO2007/099571的解决方案使外部单元的下壁至少部分地弱化。
在专利文献JP 2011 149593 A、EP 3070410 A1和WO 2004/083734中描述了热交换装置的其他示例。上述文献中描述的装置被发现由于其深度相对较大而不适合安装在墙壁中，和/或被发现由于在这些装置中形成的大的前部进气口而特别不利于建筑物的美观。
因此，本发明所解决的技术问题是提供一种用于热泵或空调的热交换单元，所述热交换单元在功能上和结构上被配置成克服参考所引用的现有技术所述缺点中的至少一个缺点。
在该问题的背景下，本发明的目的是提供一种用于热泵或空调的热交换单元，所述热交换单元可以以简单且相对经济的方式布置在建筑物的内部或外部。
本发明的另一个目的是提供一种用于热泵或空调的热交换单元，所述热交换单元是足够坚固的。
本发明的另一个目的是提供一种用于热泵或空调的热交换单元，所述热交换单元具有小的空间要求。
该问题得以解决，并且这些目的中的至少一个目的是通过用于热泵或空调的热交换单元实现的，所述热交换单元是根据本说明书所附的权利要求形成的。
在从属权利要求中限定了本发明的优选特征。
从以下优选但非限制性实施方式的详细描述中将更好地理解本发明的特征和附加优点，所述实施方式通过参考附图的非限制性示例示出，在附图中：
图1是根据本发明的热交换单元的示意性透视前视图；
图2是图2的热交换单元的示意性透视后视图；
图3是图1和图2的交换单元的由截面α截取的示意性剖面；
图4、图5和图6是图1的热交换单元与根据不同技术的建筑物外部墙壁相关联的示意图；
图7是布置在建筑物的外部墙壁的座中的根据本发明的热交换单元的剖面；
图8是布置在建筑物的内部环境中的根据本发明的热交换单元的示意图；以及
图9是根据图8布置的根据本发明的热交换单元的剖面。
在图1中，通常用100表示根据本发明的用于热泵或空调的热交换单元。
根据本发明的一个方面，热交换单元100可以工作上连接到布置在建筑物的内部环境中的一个或多个装置(通常称为内部单元)以便改变建筑物的温度、和/或工作上连接到卫浴(热)水分配装置和/或制冷装置。
热交换单元100包括盒状壳体1，在壳体1上限定有下表面2、对置的上表面3、和在下表面2和上表面3之间延伸的前表面4。参考图1，上表面3关于壳体1的轴线X，也就是说，在轴线X的方向上，与下表面2间隔开。优选地，壳体1的轴线X基本上正交于壳体1的下表面2。优选地，当使用热交换单元100时，轴线X基本上是竖向的。
根据本发明的一个方面，壳体1包括与前表面4对置的后表面5，以及优选地具有彼此对置的成对的侧表面25、26，使得壳体1优选地具有可以与平行六面体类似的形状，特别是长方体类似的形状。
优选地前表面4，并且更优选地还有后表面5，具有沿轴线X的纵向尺寸。
优选地，侧表面25、26具有沿轴线X的纵向尺寸。根据本发明的一个方面，侧表面25、26的沿着图中所示的轴线Z的尺寸限定热交换单元100的深度。当在使用热交换单元100时，轴线Z与轴线X成法向，并且特别的，轴线Z基本上是水平的。
在本发明的上下文中，术语“下表面”和“前表面”分别被用于理解为识别壳体1的旨在使用热交换单元100期间分别指向地面以及指向相对于建筑物的外部环境的表面。
热交换单元100还包括在壳体1上形成的第一开口6和第二开口7。优选地，开口6和7以格栅的形式形成在壳体1上。
根据本发明的一个实施方式，热交换单元100包括通道8，通道8在壳体1内部在第一开口6和第二开口7之间延伸，特别是从第一开口6延伸直至第二开口7。
优选地，通道8主要沿壳体1的轴线X延伸。
参考图1，风扇9沿着通道8被容纳在壳体1内。风扇9布置成使空气流(在图中用箭头10表示)背离相对于热交换单元100的外部环境移动以及朝向该外部环境移动，也就是说，使空气流通过开口6、7穿过壳体1。
具体地，风扇9包括叶轮91，叶轮91可以在相应的壳体92内围绕单独的旋转轴线Y旋转。风扇9的壳体92设置有入口开口93和出口开口94，空气流10由于叶轮91的旋转而通过入口开口93被吸入，吸入的空气流10通过出口开口94从壳体92排出。
优选地，相对于热交换单元100的外部环境与相对于该热交换单元100要与之相关联的建筑物的外部环境一致。
热交换单元100还包括设置在通道8中的热交换器11，使得风扇9的至少一部分和热交换器11关于轴线X彼此上下设置，优选地，其中轴线X朝向上表面3定向。优选地，风扇9的至少一部分关于轴线X处在热交换器11下方。
换句话说，风扇9的至少一部分关于轴线X定位于比热交换器11的位置更低或更高的位置(优选地是更低的位置)。优选地，整个风扇9沿轴线X与热交换器11分隔开。
根据本发明的一个方面，热交换器11关于轴线X至少部分地位于风扇9上方(图3)。或者，风扇9关于轴线X可至少部分地位于热交换器11上方。
优选地，热交换器11沿轴线X与风扇9基本上对齐。
发现这些特征是特别有利的，以便获得具有减小的深度的热交换器100，因此特别适合于嵌入建筑物的墙壁或分隔壁中。
优选地，第一开口6形成在壳体1的前表面4上，并且第二开口7形成在上表面3上、和/或形成在前表面4的关于轴线X的位于第一开口6上方的位置。
这些特征允许下表面2不具有为空气流10的在壳体1的外部环境和内部环境之间的循环提供通路的功能，使得热交换单元100可以容易地放置在如图5所示的基座上。
这导致热交换单元100可以以简单且相对经济的方式布置在建筑物的内部或外部。
不同地，WO2007/099571中描述的解决方案提供的在外部单元的下壁上的至少一个开口的构造来用于空气流的通过。因此，WO2007/099571的单元必须保持从基座表面升起，例如，借助于合适的支架，或者如果放置在基座上，则必须在该基座中构造开口和空气管道，以允许待放置的外部单元通过所述下壁的开口与外部环境进行流体连通。这导致使已知的单元投入运行所花费的成本和时间不可避免地增加。
此外，在下表面2上没有设置开口的事实避免了在壳体1的该区域的结构弱化，当将该单元置于基座上时，该区域承受单元的重量。
更一般地，根据本发明的一个方面，下表面2、后表面5和侧表面25、26是封闭的，也就是说，没有设置用于使空气流10背离相对于壳体1的外部环境穿行以及朝向该外部环境穿行的一个或多个开口。发现该特征对于使热交换单元100在墙壁或分隔壁中嵌入是特别有利的。
另外，风扇9的至少一部分和第二开口7关于轴线X分别与热交换器11以及与第一开口6间隔开的事实允许了厚度减小，即热交换单元100的深度减小，优选地有利于它们沿轴线X的展开。因此，如下面将更好地描述的，发现所述单元100特别适合以悬垂的方式固定到建筑物的外部墙壁上或者嵌入外部墙壁本身。
根据本发明的一个方面，第一开口6和第二开口7分别形成在壳体1的前表面4和上表面3上。发现这在空气流10通过单元100背离外部环境以及朝向外部环境的循环的方面是特别有利的。
根据本发明的一个方面，风扇9设置在通道8中在第一开口6和热交换器11之间。以这种方式，风扇9和下表面2之间的间距小于下表面2和热交换器11之间的间距。
此外，该特征允许在前表面4形成的开口6具有相对有限的尺寸，优选地基本上对应于风扇9的叶轮91的径向尺寸。换句话说，第一开口6的尺寸和风扇9的入口开口93的尺寸可以基本上一致，从而避免构造相当大的格栅，从而在美学外观方面产生优势，这可归因于根据本发明的热交换单元。
不同地，JP 2011 149593 A、EP 3070410 A1和WO 2004/083734中所述的装置提供了在相应的一个或多个风扇和形成在壳体上的进气口之间插入热交换元件。该提案涉及生产大的前部进气口，所述前部进气口可与热交换元件的尺寸基本相当，以便在空气和在上述热交换元件中循环的工作流体之间产生热能交换。因此，发现这些装置在美学上不适合用在建筑物外部。
根据本发明的一个方面，风扇9布置成促进空气流10从第一开口6循环到第二开口7。发现该特征对于优化空气流10的循环是特别有利的，该空气流通过第一开口6而被通道8内的风扇9吸入，并且在该空气流穿过热交换单元100之后经由第二开口7排出到外部环境中。
参考图3，风扇9优选地设置在与第一开口6相邻的位置，以这种方式使得风扇9的叶轮面对第一开口6。以这种方式，可以在风扇9和热交换器11之间的通道8的空间中容易地布置一个或多个空气过滤器，所述空气过滤器被提供用于去除存在于空气流10中的任何颗粒。上述空气过滤器的存在允许保护热交换器11免受细尘的影响，从而保持热交换器的正确运转操作。此外，发现该特征对于限制热交换单元100的深度方面的尺寸是特别有利的，使得该热交换单元可以容易地嵌入建筑物的墙壁中或以最小的视觉冲击布置在建筑物本身内部。
根据本发明的一个方面，风扇9优选地是离心式(径向)的。或者，风扇9可以是轴向式的。离心式风扇9的设置有利地允许沿第一方向吸入空气流，并且该空气流沿与第一方向成法向的第二方向传送。
具体地，空气流10通过入口开口93被吸入风扇9的壳体92内，并朝向出口开口94传送，通过所述出口开口94，空气流10在垂直于叶轮91的旋转轴线Y的方向上从上述壳体92排出。优选地，风扇9的壳体92呈螺旋形。
根据本发明的一个方面，风扇9的叶轮91的旋转轴线Y横向于轴线X，特别是正交于轴线X。
以这种方式，根据本发明的热交换单元的深度可以基本上限制在风扇9绕旋转轴线Y的空间要求内，也就是说，叶轮91的径向尺寸不影响根据本发明的热交换单元的深度的尺寸。
不同地，JP 2011 149593中描述的装置设置有轴向风扇，所述轴向风扇定位在相应支撑结构的上表面的区域中，由于风扇的叶轮的径向尺寸的原因，在该装置的深度方面需要很大的尺寸。因此发现该装置不适合嵌入墙壁中。
优选地，叶轮91的旋转轴线Y基本上正交于通道8竖向尺寸。优选地，风扇9布置成使得叶轮91面对在前表面4上形成的开口6。
以这种方式，离心式风扇9设置成在横向于前表面4的第一方向上吸入空气流10，并且沿着轴线X将该空气流引向上表面3，从而改善空气流10的循环。因此，在通道8中引导的空气流10在离心式风扇9上方的热交换器11的方向上沿着轴线X流动，从而在空气流10和在热交换器11中循环的工作流体之间获得有效的热能交换。
离心式风扇9的特征在于高静压，这允许由于空气流和通道8的内壁之间的摩擦而造成的电荷的任何可能的流失。
根据本发明的一个方面，热交换器11可以具有V形轮廓。特别地，通过将热交换器关于与平行于轴线X的平面α(优选地与壳体1的侧表面25、26平行的平面α)分段而获得的热交换器11的横截面具有V形形状。
发现该特征对于增加热交换器11的热交换表面是特别有利的，该热交换器例如是关于EP3070410 A1中描述的板形式的热交换器。另一方面，WO 2004/083734中描述的装置具有类U形形式的热交换器，其不可避免地导致装置深度的增加，使其不适于嵌入建筑物的墙壁中。
优选地，热交换器11包括成对的板11a、11b(也称为蓄能器)，它们在相应的边缘处彼此固定并且布置成在热交换器11上赋予V形形状。热交换器11的成对的板11a、11b优选地相对于壳体1的轴线X倾斜。
优选地，热交换器11具有倒置的V形轮廓。换句话说，热交换器11具有倒V形构型，其中热交换器11的顶端11c朝向上表面3。该设置在热交换器11上赋予相对于下表面2的倒V形构型。
发现该特征在热交换器11位于离心式风扇9上方时是特别有利的。实际上，从风扇9排出的空气流10由此被引向热交换器11的顶端11c，以便在穿行通过上文提到的成对的板11a、11b之后从壳体1的第二开口7排出。
参考图3，热交换器11优选地布置在通道8内部，以便能够使空气流10穿行通过，从而在空气流10和工作流体之间实现热能交换，所述工作流体在热交换器11的盘管中循环。
工作流体可以是制冷用流体或水。倒V形构型有利地允许提高空气流10与热交换器11的工作流体之间的热交换效率。
优选地，热交换单元100包括液压(hydraulic)和电连接装置16，所述液压和电连接装置16设置成将热交换单元100工作上连接到一个或多个内部单元和/或卫浴水分配装置和/或制冷装置。
特别地，液压连接装置将热交换器11的盘管与管道进行工作上连接，所述管道被设置成将工作流体从盘管传送到内部单元和/或上述装置的液压回路，以及将工作流体从内部单元和/或上述装置的液压回路传送到盘管。
根据本发明的一个方面，热交换单元100包括用于收集冷凝水的成对的容器12、13，并且将所述容器设置在热交换器11的相对于热交换器11的顶端11c相应的远端端部14、15的区域中。以这种方式，防止冷凝水流到风扇9上。
参考图2和图3，热交换单元100的后表面5可以设置有第一接合装置17，所述第一接合装置17布置成以稳定的方式连接到第二接合装置18，这些装置能够固定到建筑物的外部墙壁以支撑壳体1。优选地，第一接合装置17和第二接合装置18分别以孔眼状和钩状方式构造。或者，后表面5设有一个或多个钩，这些钩设置有相应的支架，用于将所述钩固定到墙壁上。
在本发明的一个实施方式中，热交换单元100还可包括压缩机，所述压缩机被容纳在壳体1中并且该压缩机工作上连接到热交换器11。
参考图6和图7，热交换单元100可以至少部分地布置在座19内，所述座19形成在建筑物的外部墙壁20中。所述座19可以在建筑物的构造阶段形成。通过使用第一接合装置17和第二接合装置18，第二接合装置18固定在座19的后壁21上，壳体1可以稳定在座19中。
如果第二开口7形成在壳体1的上表面3上，则优选的是以这样的方式构造座19，使得在壳体1的上表面3和座19的上表面23之间限定空间22，所述空间22足够大以确保空气流10的循环，以及当热交换单元100容纳在座19中时确保热交换单元10的正确运行操作。
优选地，空间22相对于外部环境通过板来封闭，所述板设置有用于空气流10穿行的格栅。
传送器26a可以设置在壳体1的第二开口7和所述板之间的空间22内，所述板在前部封闭所述空间22。座19可以相对于外部环境通过前部板24而被封闭，使得壳体1的前表面4基本上靠近前部板24的内表面。前部板24优选地设置有成对的格栅，所述成对的格栅分别设置在第一开口6和第二开口7的区域中，或者如果设置空间22的话，设置在所述空间22中，以允许空气流10的循环。
参考图8和图9，热交换单元100可以至少部分地布置在建筑物的内部环境中。在这种情况下，壳体1的前表面4面对建筑物的外部墙壁20的内部表面。
壳体1的开口6、7通过相应的开口27、28连接在建筑物的外部，所述开口27、28形成在外部墙壁20上并且优选地由防入侵格栅保护。传送器26b可以设置在壳体1的第二开口7和建筑物的外部墙壁20的内部表面之间。
由于上述本发明的一个特征或多个特征的组合，热交换单元100的深度可以在30cm到40cm之间。热交换单元100的高度，也就是说，热交换单元沿着轴线X的尺寸可以在90cm和160cm之间，而宽度可以在100cm和140cm之间。
热交换单元100的热功率可以在5KW到25KW之间。
因此，本发明解决了问题集，同时实现了多个优点。特别地，本发明解决了用于热泵或空调的热交换单元的布置困难的问题，同时保持了热交换单元本身的小空间要求。

Claims (13)

1.一种热交换单元，所述热交换单元用于热泵或空调，所述热交换单元包括：
·盒状的壳体(1)；
·下表面(2)、上表面(3)和前表面(4)；所述上表面(3)设置成与所述下表面(2)对置并且关于所述壳体(1)的轴线(X)与所述下表面(2)间隔开；所述前表面(4)在所述下表面(2)和所述上表面(3)之间延伸；所述表面(2、3、4)被限定在所述壳体(1)上；
·第一开口(6)和第二开口(7)，所述第一开口(6)和所述第二开口(7)形成在所述壳体(1)上；
·通道(8)，所述通道(8)在所述壳体(1)内部且在所述第一开口(6)和所述第二开口(7)之间延伸；
·风扇(9)，所述风扇(9)沿着所述通道(8)被容纳在所述壳体(1)内部，并且所述风扇(9)布置成使空气流(10)通过所述开口(6、7)而背离相对于所述壳体(1)的外部环境移动以及朝向所述外部环境移动，所述风扇(9)是离心式风扇；
·热交换器(11)，所述热交换器(11)设置在所述通道(8)中，其中，所述热交换器(11)具有V形轮廓，并且所述风扇(9)的至少一部分与所述热交换器(11)关于所述轴线(X)而彼此上下设置；
所述热交换单元的特征在于，所述第一开口(6)形成在所述壳体(1)的所述前表面(4)上；以及所述第二开口(7)形成在所述上表面(3)上、和/或形成在所述前表面(4)上且关于所述轴线(X)位于所述第一开口(6)上方的位置。
2.根据权利要求1所述的热交换单元，其中，所述第一开口(6)和所述第二开口(7)分别形成在所述壳体(1)的所述前表面(4)和所述壳体(1)的所述上表面(3)上。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述风扇(9)设置在所述通道(8)中且位于所述第一开口(6)与所述热交换器(11)之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述风扇(9)布置成促进所述空气流(10)从所述第一开口(6)到所述第二开口(7)的循环。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述风扇(9)的叶轮(91)的旋转轴线(Y)横向于所述轴线(X)，特别是正交于所述轴线(X)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述风扇(9)设置在与所述第一开口(6)相邻的位置处，使得所述风扇(9)的所述叶轮(91)面对所述第一开口(6)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述风扇(9)包括壳体(92)和叶轮(91)，所述叶轮(91)能够在所述壳体(92)内部围绕单独的旋转轴线(Y)旋转，所述第一开口(6)的尺寸与所述风扇(9)的所述壳体(92)的入口开口(93)的尺寸基本上一致，所述空气流(10)由于所述叶轮(91)的旋转而经由所述入口开口(93)被吸入。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述热交换器(11)的顶端(11c)指向所述上表面(3)。
9.根据权利要求8所述的热交换单元，其中，所述热交换单元包括用于收集冷凝水的成对的容器(12、13)，所述容器设置在所述热交换器(11)的相对于所述热交换器(11)的所述顶端(11c)的相应的远端端部(14、15)的区域中。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述盒状的壳体(1)还包括与所述前表面(4)对置的后表面(5)、以及一对彼此对置的侧表面(25、26)，所述下表面(2)、所述后表面(5)和所述侧表面(25、26)没有设置用于使所述空气流(10)背离相对于所述壳体(1)的所述外部环境移动以及朝向所述外部环境移动的一个或多个开口。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述热交换器(11)关于所述壳体(1)的所述轴线(X)至少部分地位于所述风扇(9)上方。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述热交换器(11)沿着所述壳体(1)的所述轴线(X)与所述风扇(9)基本上对齐。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换单元，其中，所述热交换单元(100)包括液压和电连接装置(16)，所述液压和电连接装置(16)设置成将所述热交换单元(100)工作上连接到调节设备的一个或多个内部单元、和/或工作上连接到卫浴水分配装置和/或制冷装置。
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