[發(fā)明專利]熱泵以及用于以自由冷卻模式泵送熱量的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380031832.3
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN104428610B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 霍爾格·塞德拉克;奧利弗·克尼夫勒
• 申請（專利權）人: 高效能源有限責任公司
• 主分類號: F25B25/00
• 分類號: F25B25/00;H05K7/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王雪;董敏

技術領域

本發(fā)明涉及熱泵應用，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

熱泵使用的常規(guī)領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、壓縮機和冷凝器組成的熱泵一方面包括蒸發(fā)器側且另一方面包括冷凝器側，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)器側的熱交換器102以及位于冷凝器側的熱交換器104。為此，熱泵100特別地包括蒸發(fā)器入口101a和蒸發(fā)器出口101b。進一步地，熱泵100包括冷凝器入口103a和冷凝器出口103b。蒸發(fā)器側的工作液體經由蒸發(fā)器入口101a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101b排出。同時，如圖5所示，蒸發(fā)器入口101a和蒸發(fā)器出口101b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，假設有1攝氏度的“熱交換器損失”。特別地，t例如為待冷卻的區(qū)域中的設定溫度。

熱交換器102或104具有面向熱泵的主側以及背離熱泵、即面向待冷卻的區(qū)域或待加熱的區(qū)域的副側。熱交換器102的主側包括熱端101a和冷端101b，其中，“熱”和“冷”被視為是術語，并且其中，介質在熱端101a中比在冷端101b中更熱。相應地，熱交換器104的主側的熱端是終端103b，并且冷端是終端103a。在熱交換器102或104的副側，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。

在熱泵100的冷凝器側，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，該熱交換器連接至待加熱的區(qū)域，其中將存在設定溫度T。

如果熱泵用作冷卻單元，則待冷卻的區(qū)域將可以說是“有效側”。待冷卻的區(qū)域可以例如是諸如計算機室或待冷卻或待進行空調調節(jié)的另外的房間之類的室內房間。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)域將可以說是“有效側”并且待冷卻的區(qū)域將例如是土壤、地下水等。

在如圖5所示的這種熱泵應用中，問題在于該配置沒有考慮到當待加熱的區(qū)域是例如室外時，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30攝氏度的溫度是普遍的。例如，如果考慮計算機室是經空調調節(jié)的應用，則對于環(huán)境溫度例如處于待冷卻的區(qū)域中的設定溫度的范圍內或在待冷卻的區(qū)域中的設定溫度以下的情況，完全不再對計算機室進行空調調節(jié)而僅“打開窗戶”就足夠了。然而，這是有問題的，原因在于計算機室不一定具有窗戶，并且因為在考慮這種冷卻的同時，相對較難以核實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，而在較遠離窗戶或在具體機架后面形成有可能未被充分地冷卻的熱區(qū)的事實。另一方面，問題在于，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的事實。為此，如圖5所示的配置被實施用于最壞的情況——即，例如針對非常熱的夏天，但是至少在德國這種熱的夏天平均而言非常少見，并且一年內的大部分時間具有這樣的溫度：所必需的冷卻能力遠低于所要求的最壞情況。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種更高效的熱泵概念。

該目的通過根據權利要求1所述的熱泵、根據權利要求15所述的用于泵送熱量的方法或根據權利要求17所述的用于生產熱泵的方法來解決。

本發(fā)明基于如下認識：即，環(huán)境溫度頻繁地處于遠低于最大溫度的范圍內的事實在熱泵不以傳統(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：即，從待加熱的區(qū)域返回的返回管路溫度已經處于蒸發(fā)器被常規(guī)地“進給”的溫度范圍內。進一步地，利用如下事實：即，從待冷卻的區(qū)域返回的返回管路已經處于熱泵的冷凝器能夠被“進給”的這種溫度范圍內。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。由于特別是對于壓縮機而言，通過熱泵提供的溫度差以平方的方式影響所消耗的驅動能，這導致熱泵的顯著的效率提高，而這不能通過圖5中所示的標準配置所獲得。