熱泵以及用于以自由冷卻模式泵送熱量的方法
【專利摘要】一種熱泵，其包括蒸發(fā)器(10)、壓縮機(jī)(32)和冷凝器(12)，該蒸發(fā)器(10)具有蒸發(fā)器入口(10a)和蒸發(fā)器出口(10b)，該壓縮機(jī)(32)用于對(duì)在蒸發(fā)器(10)中被蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行壓縮，該冷凝器(12)用于對(duì)在壓縮機(jī)(32)中被壓縮的經(jīng)蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行冷凝，其中，冷凝器(12)包括冷凝器入口(12a)和冷凝器出口(12b)，其中，蒸發(fā)器入口(15b)連接至從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)，并且其中，冷凝器入口(12a)連接至從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路(14b)。
【專利說(shuō)明】熱泵以及用于以自由冷卻模式泵送熱量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱泵應(yīng)用，并且特別地涉及適用于高效的自由冷卻(free cooling)模式的熱泵。

【背景技術(shù)】
[0002]熱泵使用的常規(guī)領(lǐng)域是用以冷卻待冷卻的區(qū)域和/或用以加熱待加熱的區(qū)域。為此，通常由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和冷凝器組成的熱泵一方面包括蒸發(fā)器側(cè)且另一方面包括冷凝器側(cè)，如由圖5中的熱泵100示例性地示出的。熱泵聯(lián)接至位于蒸發(fā)器側(cè)的熱交換器102以及位于冷凝器側(cè)的熱交換器104。為此，熱泵100特別地包括蒸發(fā)器入口 1la和蒸發(fā)器出口 101b。進(jìn)一步地，熱泵100包括冷凝器入口 103a和冷凝器出口 103b。蒸發(fā)器側(cè)的工作液體經(jīng)由蒸發(fā)器入口 1la被引入到熱泵100的蒸發(fā)器中，在此被冷卻并且作為較冷的工作液體從蒸發(fā)器出口 1lb排出。同時(shí)，如圖5所示，蒸發(fā)器入口 1la和蒸發(fā)器出口 1lb聯(lián)接至熱交換器102，使得較熱的工作液體(具有溫度t)被進(jìn)給到熱交換器中，在熱交換器中被冷卻并隨后被輸送至待冷卻的區(qū)域。圖5中示出了典型的溫度比率，其中，假設(shè)有I攝氏度的“熱交換器損失”。特別地，t例如為待冷卻的區(qū)域中的設(shè)定溫度。
[0003]熱交換器102或104具有面向熱泵的主側(cè)以及背離熱泵、即面向待冷卻的區(qū)域或待加熱的區(qū)域的副側(cè)。熱交換器102的主側(cè)包括熱端1la和冷端101b，其中，“熱”和“冷”被視為是術(shù)語(yǔ)，并且其中，介質(zhì)在熱端1la中比在冷端1lb中更熱。相應(yīng)地，熱交換器104的主側(cè)的熱端是終端103b，并且冷端是終端103a。在熱交換器102或104的副側(cè)，在圖5中，熱端在每種情況下均為頂部終端并且冷端在每種情況下均為底部終端。
[0004]在熱泵100的冷凝器側(cè)，冷凝器出口 103b連接至熱交換器104的“熱”端，并且冷凝器入口連接至熱交換器104的較冷端。此外，在該熱交換器的背離熱泵100的另一側(cè)，該熱交換器連接至待加熱的區(qū)域，其中將存在設(shè)定溫度T。
[0005]如果熱泵用作冷卻單元，則待冷卻的區(qū)域?qū)⒖梢哉f(shuō)是“有效側(cè)”。待冷卻的區(qū)域可以例如是諸如計(jì)算機(jī)室或待冷卻或待進(jìn)行空調(diào)調(diào)節(jié)的另外的房間之類的室內(nèi)房間。因而，待加熱的區(qū)域例如將是廢熱將被引入到其中的建筑物的外側(cè)壁或屋頂或另外的區(qū)域。然而，如果熱泵100用作加熱，則待加熱的區(qū)域?qū)⒖梢哉f(shuō)是“有效側(cè)”并且待冷卻的區(qū)域?qū)⒗缡峭寥?、地下水等?br> [0006]在如圖5所示的這種熱泵應(yīng)用中，問(wèn)題在于該配置沒(méi)有考慮到當(dāng)待加熱的區(qū)域是例如室外時(shí)，該待加熱的區(qū)域的環(huán)境溫度劇烈改變。在冬季，-20攝氏度的溫度可能很普遍，而在夏季超過(guò)30攝氏度的溫度是普遍的。例如，如果考慮計(jì)算機(jī)室是經(jīng)空調(diào)調(diào)節(jié)的應(yīng)用，則對(duì)于環(huán)境溫度例如處于待冷卻的區(qū)域中的設(shè)定溫度的范圍內(nèi)或在待冷卻的區(qū)域中的設(shè)定溫度以下的情況，完全不再對(duì)計(jì)算機(jī)室進(jìn)行空調(diào)調(diào)節(jié)而僅“打開(kāi)窗戶”就足夠了。然而，這是有問(wèn)題的，原因在于計(jì)算機(jī)室不一定具有窗戶，并且因?yàn)樵诳紤]這種冷卻的同時(shí)，相對(duì)較難以核實(shí)在房間里存在恒定的溫度，這是由于如果存在特別冷的區(qū)域，則特別冷的區(qū)域很有可能接近窗戶形成，而在較遠(yuǎn)離窗戶或在具體機(jī)架后面形成有可能未被充分地冷卻的熱區(qū)的事實(shí)。另一方面，問(wèn)題在于，在諸如圖5中示出的熱泵配置中，未有效利用環(huán)境溫度可能劇烈改變并且特別是頻繁地處于通常不需要冷卻的范圍內(nèi)的事實(shí)。為此，如圖5所示的配置被實(shí)施用于最壞的情況——即，例如針對(duì)非常熱的夏天，但是至少在德國(guó)這種熱的夏天平均而言非常少見(jiàn)，并且一年內(nèi)的大部分時(shí)間具有這樣的溫度:所必需的冷卻能力遠(yuǎn)低于所要求的最壞情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種更高效的熱泵概念。
[0008]該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵、根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于泵送熱量的方法或根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于生產(chǎn)熱泵的方法來(lái)解決。
[0009]本發(fā)明基于如下認(rèn)識(shí):即，環(huán)境溫度頻繁地處于遠(yuǎn)低于最大溫度的范圍內(nèi)的事實(shí)在熱泵不以傳統(tǒng)配置而以從待加熱的區(qū)域返回的返回管路連接至蒸發(fā)器入口并且從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路連接至冷凝器入口的配置工作時(shí)被有效地納入考慮。在這種所謂的自由冷卻模式下，利用如下事實(shí):即，從待加熱的區(qū)域返回的返回管路溫度已經(jīng)處于蒸發(fā)器被常規(guī)地“進(jìn)給”的溫度范圍內(nèi)。進(jìn)一步地，利用如下事實(shí):即，從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路已經(jīng)處于熱泵的冷凝器能夠被“進(jìn)給”的這種溫度范圍內(nèi)。這具有如下效果:即，與常規(guī)模式相比，熱泵必須在蒸發(fā)器出口與冷凝器出口之間提供的溫度差迅速降低。由于特別是對(duì)于壓縮機(jī)而言，通過(guò)熱泵提供的溫度差以平方的方式影響所消耗的驅(qū)動(dòng)能，這導(dǎo)致熱泵的顯著的效率提高，而這不能通過(guò)圖5中所示的標(biāo)準(zhǔn)配置所獲得。
[0010]因此，根據(jù)本發(fā)明，與蒸發(fā)器入口連接至從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路并且冷凝器入口連接至從待加熱的區(qū)域返回的返回管路的標(biāo)準(zhǔn)配置相背離，使用替代性配置，使得水循環(huán)從待加熱的區(qū)域的返回管路經(jīng)由蒸發(fā)器流動(dòng)至待冷卻的區(qū)域，從待冷卻的區(qū)域返回并且經(jīng)由冷凝器流動(dòng)至所述待加熱的區(qū)域中。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式還包括轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)該轉(zhuǎn)換裝置，熱泵能夠根據(jù)控制指令而以自由冷卻模式或常規(guī)工作模式一即，以常規(guī)配置一工作。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換在如下情況下發(fā)生:即，環(huán)境溫度變得過(guò)高以致于熱泵在自由冷卻模式下的冷卻能力不再足夠，即，從待加熱的區(qū)域返回的返回管路溫度過(guò)高以致于蒸發(fā)器不再能夠由此“進(jìn)給”、或蒸發(fā)器不再能夠提供由常規(guī)熱泵提供的用于待冷卻的區(qū)域的熱交換器的冷卻或向待冷卻的區(qū)域的供應(yīng)。轉(zhuǎn)換還可以手動(dòng)的方式或以時(shí)控的方式或者通過(guò)所述措施的組合進(jìn)行。
[0012]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，用于切換裝置的控制例如通過(guò)待加熱的區(qū)域中的溫度傳感器來(lái)進(jìn)行。在另一實(shí)施方式中，切換裝置實(shí)施為四個(gè)切換開(kāi)關(guān)以相應(yīng)地重新配置兩個(gè)區(qū)域即待冷卻的區(qū)域和待加熱的區(qū)域的返回管路。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面將參照附圖來(lái)討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。附圖示出了:
[0014]圖1為適于自由冷卻模式的配置中的熱泵系統(tǒng)的框圖；
[0015]圖2為具有轉(zhuǎn)換裝置的熱泵系統(tǒng)的實(shí)施方式的框圖；
[0016]圖3為圖1或圖2的熱泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖示；
[0017]圖4a為以自由冷卻模式的功率消耗的示意性圖示；
[0018]圖4b為自由冷卻區(qū)域的情況下的“Frankfurt表(法蘭克福表)”的示意性圖示；
[0019]圖5為兩個(gè)熱交換器之間的熱泵系統(tǒng)的設(shè)置；
[0020]圖6為處于常規(guī)工作模式的圖2的熱泵的配置；以及
[0021]圖7為用于圖1或圖2的熱泵的示例性實(shí)施的兩個(gè)熱泵級(jí)的并行連接。

【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1示出了一種熱泵系統(tǒng)，該熱泵系統(tǒng)具有熱泵以及待加熱的區(qū)域和待冷卻的區(qū)域，并且特別地具有前進(jìn)到這些區(qū)域的前進(jìn)管路以及從這些區(qū)域返回的返回管路。熱泵包括蒸發(fā)器10，該蒸發(fā)器10具有蒸發(fā)器入口 1a和蒸發(fā)器出口 10b。此外，熱泵包括冷凝器12，該冷凝器12具有冷凝器入口 12a和冷凝器出口 12b。此外，熱泵通常包括用于對(duì)在蒸發(fā)器中經(jīng)蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行壓縮的壓縮機(jī)，其中，冷凝器12實(shí)施為對(duì)在壓縮機(jī)中經(jīng)過(guò)壓縮的經(jīng)蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行壓縮。壓縮機(jī)優(yōu)選地實(shí)施為具有通?？焖傩D(zhuǎn)的徑向輪以管理必需的壓縮機(jī)容量的渦輪壓縮機(jī)。通過(guò)參引并入本文中的EP 2016349B1中描述了一種示例性熱泵。
[0023]進(jìn)一步地，圖1中的熱泵配置包括前進(jìn)管路和返回管路，其中，特別地，前進(jìn)到待冷卻的區(qū)域14的前進(jìn)管路由14a表示，并且其中，從待冷卻的區(qū)域14返回的返回管路由14b表示。另外，熱泵配置有待加熱的區(qū)域16，其也包括前進(jìn)管路16a和返回管路16b。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，熱交換器15被配置于待冷卻的區(qū)域14，并且熱交換器17被配置于待加熱的區(qū)域。熱交換器15、17兩者都各自又具有面向熱泵的主側(cè)以及背離熱泵的副側(cè)，即，在熱交換器15的情況下副側(cè)面向待冷卻的區(qū)域，在熱交換器17的情況下副側(cè)面向待加熱的區(qū)域。熱交換器15的主側(cè)包括聯(lián)接至返回管路14b的熱端15a，并且包括聯(lián)接至前進(jìn)管路14a的冷端15b。在副側(cè)，該熱交換器還包括熱端15c和冷端15d。
[0024]相應(yīng)地，配置于待加熱的區(qū)域的熱交換器17也包括連接至前進(jìn)管路16a的熱端17a以及連接至返回管路16b的冷端17b。在副側(cè)，熱交換器17也包括熱端17c和冷端17d。應(yīng)當(dāng)指出的是，熱交換器并非絕對(duì)必要的。相反，工作液體還能夠被直接引導(dǎo)到待加熱的區(qū)域中或被直接引導(dǎo)到待冷卻的區(qū)域中，然而其中，將總是存在前進(jìn)到待加熱的區(qū)域或待冷卻的區(qū)域中的前進(jìn)管路和從待加熱的區(qū)域或待冷卻的區(qū)域返回的返回管路。應(yīng)當(dāng)指出的是，術(shù)語(yǔ)“熱”和“冷”應(yīng)被視為術(shù)語(yǔ)，然而其中，應(yīng)當(dāng)指出的是，熱端中的液體比冷端中的液體熱。因此，熱交換器15的主側(cè)的熱端為終端15a,而冷端為終端15b。
[0025]圖1還示出了在各個(gè)終端處的各種溫度要求。因此，在圖1中示出的實(shí)施方式中，假設(shè)熱交換器17或其副側(cè)的溫度——即，例如23攝氏度和17攝氏度——是在空氣具有例如13攝氏度的溫度時(shí)獲得的。此處，具有熱交換器17的終端17c、17d的副回路可以通過(guò)散熱器連接至吹動(dòng)具有例如13攝氏度的溫度的周圍空氣的風(fēng)扇，由此，液體從23攝氏度冷卻至17攝氏度。在熱交換器17的主側(cè)，這意味著前進(jìn)管路具有24攝氏度的溫度并且返回管路具有18攝氏度的溫度。由于18攝氏度的溫度已經(jīng)處于蒸發(fā)器被常規(guī)“進(jìn)給”的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明，熱交換器17的返回管路或從待加熱的區(qū)域返回的返回管路被進(jìn)給到蒸發(fā)器入口中。蒸發(fā)器在蒸發(fā)器出口處達(dá)到3攝氏度的冷卻并且因此獲得15攝氏度的溫度，該溫度適于達(dá)到待冷卻的區(qū)域中的相應(yīng)設(shè)定溫度，例如22攝氏度。該溫度可以在配置于待冷卻的區(qū)域的熱交換器15的副側(cè)的熱端處找到，并且該溫度反映了這樣的情形:待冷卻對(duì)象已經(jīng)向介質(zhì)輸出了很多能量，使得冷卻物質(zhì)已經(jīng)從16攝氏度加熱至20攝氏度。由于該熱交換器，這意味著待冷卻的區(qū)域的熱交換器的熱端具有21攝氏度的溫度。與返回管路聯(lián)接至蒸發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)配置相反，返回管路現(xiàn)在聯(lián)接至冷凝器入口 12a，并且優(yōu)選地用作冷卻物質(zhì)的水在冷凝器中由于熱泵工作而被加熱至24攝氏度，并且該能量隨后經(jīng)由待加熱的區(qū)域或熱交換器17而被輸出。決定性的是，在蒸發(fā)器出口 1b與冷凝器出口 12b之間存在的溫度差現(xiàn)在僅僅是9攝氏度。與圖6中表示的并且總計(jì)為例如31攝氏度的常規(guī)工作相比，這是小的溫度差。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)特別的配置使用較低的環(huán)境溫度，使得對(duì)于該熱泵獲得小的溫度差。與流量相反，由于溫度差是以平方的方式影響熱泵的功率消耗(流量?jī)H以線性的方式影響)，因而通過(guò)熱泵提供的溫度差的任何減小都導(dǎo)致顯著的功率節(jié)約并且因此導(dǎo)致效率的提聞。
[0026]此外，在熱交換器17的終端處，標(biāo)記有較多的溫度。例如10攝氏度的環(huán)境溫度具有這樣的效果:熱交換器的副側(cè)的由17d表示的冷端具有14攝氏度的溫度并且熱端具有20攝氏度的溫度。這意味著熱交換器17的主側(cè)的溫度為15攝氏度。該溫度被提供到蒸發(fā)器入口 1a中，該溫度與蒸發(fā)器出口處的設(shè)定溫度完全相同，使得從與給定示例中的10攝氏度的環(huán)境溫度相對(duì)應(yīng)的在蒸發(fā)器入口處的15攝氏度的溫度開(kāi)始，熱泵可以完全不工作，而能夠通過(guò)蒸發(fā)器和冷凝器容易地保持循環(huán)。僅壓縮機(jī)被停用，使得熱泵的功率消耗幾乎達(dá)到零。然而，同時(shí)確保來(lái)自待冷卻的區(qū)域的廢熱被高效地傳遞至待加熱的區(qū)域。這種情形示例性地示出在圖4a中。將10攝氏度的環(huán)境溫度——即，待加熱的區(qū)域中的環(huán)境溫度——的情況下的功率消耗假設(shè)為幾乎0%，而在大約16攝氏度的環(huán)境溫度的情況下，與常規(guī)配置相比，功率消耗則增加至100%的功率消耗。相比之下，常規(guī)熱泵將總是——即在任何溫度情況下——具有100%功率消耗，由于圖4a中的圖示已經(jīng)考慮了在較低的環(huán)境溫度的情況下，壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度在常規(guī)熱泵的情況下也可能減小，由于廢熱的總量可以被更容易地管理，因此流量減小。然而，與溫度差相反，流量線性地影響功率消耗。因此，圖4a中介于0%線與100%線之間的10攝氏度與16攝氏度之間的差示出了圖1中示出的發(fā)明的配置的效率的提高。
[0027]圖4b示出了也被稱作“Frankfurt (法蘭克福)表”的按攝氏度計(jì)的溫度的概率分布并且示出了德國(guó)中部全年普遍的具體溫度的概率?？梢郧宄乜吹剑怕史植嫉姆宀客耆幵谧杂衫鋮s范圍內(nèi)的溫度處或接近自由冷卻范圍內(nèi)的溫度。在圖4a中示出的配置中，自由冷卻范圍已經(jīng)在16攝氏度的環(huán)境溫度開(kāi)始并且該溫度已經(jīng)在圖4b中的概率分布的最大值的右側(cè)。統(tǒng)計(jì)地從圖1中示出的配置看，這意味著在一年內(nèi)多于一半的時(shí)間中，與溫度變得越低則變得越好的常規(guī)配置相比，能夠獲得效率的提高。
[0028]在例如環(huán)境溫度高于16攝氏度的情況下，圖4a的示例中示出的配置由于設(shè)定的需求而將不再足以獲得待冷卻的區(qū)域中的冷卻。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，熱泵的配置以轉(zhuǎn)換的方式實(shí)施。為此，提供轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施為將蒸發(fā)器入口 1a與從待加熱的區(qū)域返回的返回管路16b分開(kāi)并且將從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路14b聯(lián)接至蒸發(fā)器入口 10a。在圖2中示出的實(shí)施方式中，該功能是通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)I和II實(shí)現(xiàn)的。此外，轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施為將冷凝器入口 12a與從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路14b分開(kāi)并且將從待加熱的區(qū)域返回的返回管路16b聯(lián)接至冷凝器入口 12a。該功能在圖2中示出的實(shí)施方式中是通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)III和IV實(shí)現(xiàn)的。
[0029]轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1、I1、II1、IV的切換位置示出用于兩種變型，S卩，圖1中示出的自由冷卻模式以及圖6中示出的常規(guī)工作模式。在常規(guī)模式下，開(kāi)關(guān)I處于位置2，開(kāi)關(guān)II處于位置1，開(kāi)關(guān)III處于位置1，并且開(kāi)關(guān)IV處于位置I。相比之下，在自由冷卻模式下，開(kāi)關(guān)I處于位置1，在自由冷卻模式下，開(kāi)關(guān)II處于位置2，在自由冷卻模式下，開(kāi)關(guān)III處于位置1，并且在自由冷卻模式下，開(kāi)關(guān)IV處于位置2。關(guān)于液體的循環(huán)，自由冷卻模式如圖1所示，并且關(guān)于循環(huán)，常規(guī)工作模式如圖6所示。在圖6中示出的實(shí)施方式中，基于假設(shè)的夏季35攝氏度的現(xiàn)實(shí)環(huán)境溫度，這意味著用于待加熱的區(qū)域的熱交換器的副側(cè)的冷端17d中的液體具有39攝氏度的溫度并且由于熱交換器作用而被加熱至45攝氏度。在熱交換器17的主側(cè)，這意味著前進(jìn)管路具有46攝氏度的溫度以及返回管路具有40攝氏度的溫度。然而，在蒸發(fā)器側(cè)，如在圖2中示出的實(shí)施方式中，熱交換器15的副側(cè)具有與圖2或圖1中的設(shè)定溫度相同的設(shè)定溫度，并且主側(cè)也具有相同的設(shè)定溫度。然而，這意味著，在環(huán)境溫度具有例如35攝氏度的假設(shè)最大值時(shí)，具有蒸發(fā)器10和冷凝器12的熱泵必須克服常規(guī)工作模式下的顯著溫度差，即，31攝氏度。
[0030]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖2通過(guò)控制裝置20所示出的，重新配置是根據(jù)待加熱的區(qū)域中的溫度來(lái)執(zhí)行的，即，例如根據(jù)建筑物的屋頂或正面上的環(huán)境溫度來(lái)執(zhí)行的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，如果環(huán)境溫度小于或等于18攝氏度，并且特別地小于或等于16攝氏度，則控制裝置能夠控制開(kāi)關(guān)1、I1、II1、IV，使得圖1的自由冷卻模式起作用，而將在環(huán)境溫度處于所述溫度之上時(shí)控制常規(guī)模式。因此，根據(jù)實(shí)施情況，常規(guī)模式可以從16攝氏度環(huán)境溫度起就啟動(dòng)，并且同樣根據(jù)實(shí)施情況，也可以例如從18攝氏度環(huán)境溫度起就啟動(dòng)。精確的轉(zhuǎn)換溫度還特別地取決于系統(tǒng)的實(shí)施情況并且還取決于熱交換器的實(shí)施情況或者熱交換器是否使用。此外，同樣有意義的是從環(huán)境溫度向熱交換器17的副側(cè)中發(fā)生熱傳遞的劇烈程度，或者當(dāng)不使用熱交換器時(shí)從環(huán)境溫度向前進(jìn)管路16a和返回管路16b中發(fā)生熱傳遞的劇烈程度。
[0031 ] 也可以手動(dòng)地或以時(shí)控的方式或通過(guò)所述措施的組合來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。手動(dòng)操作的轉(zhuǎn)換可以由例如通過(guò)任意類型的顯示器接收到重新配置的建議的設(shè)備操作者進(jìn)行。替代性地，轉(zhuǎn)換也可以以時(shí)控的方式進(jìn)行，例如使得設(shè)備在冬季以自由冷卻模式工作、在夏季以常規(guī)工作模式工作、在春季和秋季的白天期間以常規(guī)工作模式工作、以及在春季和秋季的夜間以自由冷卻模式工作。替代性地，可對(duì)時(shí)間條件和溫度條件進(jìn)行組合以自動(dòng)地進(jìn)行控制或向操作者提供用于熱泵系統(tǒng)的配置的最佳建議。
[0032]在下文中，將更詳細(xì)地討論圖2中的各個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)I包括連接至第一熱交換器15的主側(cè)的熱端的輸入部。此外，該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)包括兩個(gè)輸出部，其中，第一輸出部連接至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)III的第一輸入部，并且其中，第二輸出部連接至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)II的第一輸入部。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)I可以由控制裝置20控制，使得輸入部或者連接至第一輸出部或者連接至第二輸出部。
[0033]轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)II包括連接至蒸發(fā)器入口 1a的單個(gè)輸出部。進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)II包括兩個(gè)輸入部，其中，第一輸入部連接至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)I的第二輸出部，并且其中，第二輸入部連接至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)IV的第二輸出部。另外，控制裝置20能夠例如以電氣的方式或以機(jī)械的方式或以任意其他方式控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)II，使得輸出部或者連接至第一輸入部或者連接至第二輸入部。
[0034]另外，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)III包括兩個(gè)輸入部和一個(gè)輸出部。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)III的輸出部連接至冷凝器入口 12a。第一輸入部連接至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)I的第一輸出部，并且第二輸入部連接至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)IV的第一輸出部。另外，控制裝置20實(shí)施成例如以電氣的方式或以任意其他方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)III，使得或者第一輸入部或者第二輸入部連接至該開(kāi)關(guān)的輸出部并且因此連接至冷凝器入口 12a。
[0035]轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)IV包括連接至熱交換器16的冷端17b、并且特別地連接至熱交換器16的主側(cè)的單個(gè)輸入部，而轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)IV的第一輸出部連接至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)III的第二輸入部，而轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)IV的第二輸出部連接至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)II的第二輸入部。另外，控制裝置20實(shí)施成例如以電氣的方式或以任意其他方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)IV,使得輸入部或者連接至第一輸出部或者連接至第二輸出部。特別地，優(yōu)選地以耐壓密閉的和液密的方式形成或聯(lián)接連接部，其中，相應(yīng)的液體轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并且通常具有朝向外側(cè)的三個(gè)管端，通過(guò)所述三個(gè)管端，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)能夠經(jīng)由管、優(yōu)選地為塑料管以耐壓密閉和液密的方式聯(lián)接至其他相應(yīng)的終端。
[0036]圖3示出了的實(shí)施情況，特別是熱泵單元的結(jié)構(gòu)，在熱泵級(jí)中可存在一個(gè)或若干個(gè)熱泵單元。熱泵單元包括蒸發(fā)器31、壓縮機(jī)32和冷凝器33。蒸發(fā)器31包括用于引入待蒸發(fā)的(“熱的”)工作介質(zhì)的蒸發(fā)器入口，并且還包括用于排出(“冷的”)蒸發(fā)介質(zhì)的蒸發(fā)器出口。相應(yīng)地，冷凝器33包括用于引入“冷的”工作介質(zhì)以及用于排出“熱的”工作介質(zhì)的冷凝器入口，其中，蒸發(fā)器31和33中的介質(zhì)是液體。進(jìn)一步地，通過(guò)熱泵過(guò)程，來(lái)自蒸發(fā)器31的“冷的”蒸汽通過(guò)壓縮機(jī)32壓縮并且被加熱，然后所述“熱的”蒸汽被進(jìn)給至冷凝器33中，從而使所述“熱的”蒸汽被冷凝，并且冷凝器33中的隨后通過(guò)冷凝器出口排出的液體由于冷凝過(guò)程而由所述“熱的”蒸汽加熱。當(dāng)熱泵級(jí)僅包括圖3中示出的一個(gè)熱泵單元時(shí)，圖1和圖2中所示出的入口和出口與圖3的入口和出口相對(duì)應(yīng)。由此，每個(gè)熱泵級(jí)還可以包括各個(gè)熱泵單元、如圖7中的兩個(gè)熱泵單元41、42的互相連接。就用于蒸發(fā)器和冷凝器的流入或用于蒸發(fā)器和冷凝器的流出的標(biāo)示而言，已經(jīng)假設(shè)圖1中的熱泵包括圖7的并行連接的兩個(gè)熱泵單元41、42。
[0037]盡管特定的元件被描述為裝置元件，但應(yīng)當(dāng)指出的是，本描述同樣被視為方法的步驟的描述，反之亦然。因此，圖1至圖3、圖5、圖6、圖7中示出的框圖也表示相應(yīng)的發(fā)明方法的流程圖。
[0038]根據(jù)具體情況，用于分析信息信號(hào)的本發(fā)明方法可以實(shí)施成硬件或軟件。該實(shí)施可以由非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)、數(shù)字的或其他存儲(chǔ)介質(zhì)、特別是能夠與可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作的具有電子可讀控制信號(hào)的光盤或CD來(lái)進(jìn)行，使得該方法得以執(zhí)行。因此，本發(fā)明總體上還包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品具有存儲(chǔ)在機(jī)器可讀載體上的程序代碼，用于當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品時(shí)執(zhí)行方法。換句話說(shuō)，本發(fā)明可以被實(shí)現(xiàn)為具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，用于當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)執(zhí)行方法。
【權(quán)利要求】
1.一種熱泵，包括: 蒸發(fā)器(10)，所述蒸發(fā)器(10)具有蒸發(fā)器入口(1a)和蒸發(fā)器出口(1b)； 壓縮機(jī)(32)，所述壓縮機(jī)(32)用于對(duì)在所述蒸發(fā)器(10)中被蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行壓縮；以及 冷凝器(12)，所述冷凝器(12)用于對(duì)在所述壓縮機(jī)(32)中被壓縮的經(jīng)蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行冷凝，其中，所述冷凝器(12)包括冷凝器入口(12a)和冷凝器出口(12b)， 其中，所述蒸發(fā)器入口(1a)連接至從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)，以及其中，所述冷凝器入口(12a)連接至從待冷卻的區(qū)域(14)返回的返回管路(14b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵，還包括: 切換裝置(1、I1、II1、IV)，所述切換裝置(1、I1、II1、IV)用于將所述蒸發(fā)器入口(1a)與所述從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)分開(kāi)且用于將所述從待冷卻的區(qū)域(14)返回的返回管路(14b)連接至所述蒸發(fā)器入口(1a);以及 用于將所述冷凝器入口(12a)與所述從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路(14b)分開(kāi)且用于將所述從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)連接至所述冷凝器入口(12a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵，還包括: 第一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(I)，所述第一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(I)的輸入部聯(lián)接至所述從待冷卻的區(qū)域(14)返回的返回管路(17b)； 第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(II)，所述第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(II)的輸出部聯(lián)接至所述蒸發(fā)器入口(1a)；第三轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(III)，所述第三轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(III)的輸出部聯(lián)接至所述冷凝器入口(12a);以及 第四轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(IV)，所述第四轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(IV)的輸入部聯(lián)接至所述從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱泵， 其中，所述第一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(I)的第一輸出部連接至所述第三轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(III)的第一輸入部， 其中，所述第一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(I)的第二輸出部聯(lián)接至所述第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(II)的第一輸入部， 其中，所述第三轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(III)的第二輸出部聯(lián)接至所述第四轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(IV)的第一輸入部，以及 其中，所述第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(II)的第二輸入部聯(lián)接至所述第四轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(IV)的第二輸出部。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱泵， 其中，所述蒸發(fā)器出口(1b)連接至前進(jìn)至所述待冷卻的區(qū)域(14)的前進(jìn)管路(16a)，以及 其中，所述冷凝器出口(12b)聯(lián)接至前進(jìn)至所述待加熱的區(qū)域(16)的前進(jìn)管路(16a)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱泵，還包括: 配置于所述待冷卻的區(qū)域(14)的第一熱交換器(15)，其中，所述從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路連接至所述第一熱交換器(15)的第一端(15a)，以及其中，所述第一熱交換器的第二端(15b)連接至所述蒸發(fā)器出口(1b)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱泵，還包括: 配置于所述待加熱的區(qū)域(16)的第二熱交換器(17)，其中，所述第二熱交換器的第一端(17b)連接至所述從待加熱的區(qū)域返回的返回管路(16b)，以及其中，所述第二熱交換器(17)的第二端(17a)連接至所述冷凝器出口(12b)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱泵，還包括: 控制裝置(20)，所述控制裝置(20)用于將所述熱泵從自由冷卻模式重新配置至常規(guī)工作模式， 其中，所述控制裝置(20)實(shí)施成提供所述從待加熱的區(qū)域返回的返回管路與所述從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路的轉(zhuǎn)換。
9.根據(jù)權(quán)利要求8和權(quán)利要求2所述的熱泵， 其中，所述控制裝置實(shí)施成操作所述切換裝置(1、I1、II1、IV)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱泵，還包括: 用于提供所述待加熱的區(qū)域(16)的環(huán)境溫度的裝置，其中，控制裝置(20)實(shí)施成:根據(jù)所述待加熱的區(qū)域的所述環(huán)境溫度，將所述熱泵從自由冷卻模式重新配置至常規(guī)工作模式、或從所述常規(guī)工作模式重新配置至所述自由冷卻模式。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱泵， 其中，所述控制裝置(20)實(shí)施成:在所述待加熱的區(qū)域中的溫度小于或等于20攝氏度的情況下將所述熱泵配置至所述自由冷卻模式，或者在環(huán)境溫度大于或等于15攝氏度的情況下將所述熱泵配置至所述常規(guī)工作模式。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱泵， 其中，所述從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)包括以液密的和耐壓密閉的方式連接至所述蒸發(fā)器入口(1a)的管，以及 其中，所述從待冷卻的區(qū)域(14)返回的返回管路(14b)包括以液密的和耐壓密閉的方式連接至所述冷凝器入口(12a)的管。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱泵， 其中，所述熱泵包括多個(gè)相互連接的熱泵單元(41、42)，其中，每個(gè)熱泵單元都包括蒸發(fā)器(31)、壓縮機(jī)(32)和冷凝器(33)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱泵， 其中，所述工作液體為水，并且所述蒸發(fā)器(31、10)實(shí)施成具有負(fù)壓以使水在溫度小于25攝氏度的情況下蒸發(fā)。
15.一種用于通過(guò)熱泵泵送熱量的方法，所述熱泵包括蒸發(fā)器(10)、壓縮機(jī)(32)和冷凝器(12)，所述蒸發(fā)器(10)具有蒸發(fā)器入口(1a)和蒸發(fā)器出口(10b)，所述壓縮機(jī)(32)用于對(duì)在所述蒸發(fā)器(10)中被蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行壓縮，所述冷凝器(12)用于對(duì)在所述壓縮機(jī)(32)中被壓縮的經(jīng)蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行冷凝，其中，所述冷凝器(12)包括冷凝器入口(12a)和冷凝器出口(12b)，所述方法包括: 將工作流體自從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)引入到所述蒸發(fā)器入口(15b)中;以及 將工作流體自從待冷卻的區(qū)域(14)返回的返回管路(16b)引入到所述冷凝器入口(12a)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括: 將所述蒸發(fā)器入口(1a)與所述從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)分開(kāi)； 將所述從待冷卻的區(qū)域(14)返回的返回管路(14b)連接至所述蒸發(fā)器入口(1a)； 將所述冷凝器入口(12a)與所述從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路(14b)分開(kāi)；以及 將所述從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)連接至所述冷凝器入口(12a)。
17.一種用于生產(chǎn)熱泵的方法，所述方法包括: 提供蒸發(fā)器(10)、壓縮機(jī)(32)和冷凝器(12)，所述蒸發(fā)器(10)具有蒸發(fā)器入口(1a)和蒸發(fā)器出口(1b)，所述壓縮機(jī)(32)用于對(duì)在所述蒸發(fā)器(10)中被蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行壓縮，所述冷凝器(12)用于對(duì)在所述壓縮機(jī)(32)中被壓縮的經(jīng)蒸發(fā)的工作液體進(jìn)行冷凝，其中，所述冷凝器(12)包括冷凝器入口(12a)和冷凝器出口(12b)； 將所述蒸發(fā)器入口(1a)連接至從待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b);以及 將所述冷凝器入口(12a)連接至從待冷卻的區(qū)域(14)返回的返回管路(14b)。
18.—種熱泵系統(tǒng),包括: 待加熱的區(qū)域(16)，所述待加熱的區(qū)域(16)具有從所述待加熱的區(qū)域(16)返回的返回管路(16b)； 待冷卻的區(qū)域(14)，所述待冷卻的區(qū)域(14)具有從所述待冷卻的區(qū)域(14)返回的返回管路(14b);以及 根據(jù)權(quán)利要求1至14中的一項(xiàng)所述的熱泵。
【文檔編號(hào)】F25B25/00GK104428610SQ201380031832
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】霍爾格·塞德拉克, 奧利弗·克尼夫勒 申請(qǐng)人:高效能源有限責(zé)任公司