热泵的制作方法
【专利摘要】本发明涉及可在致冷工作与加热工作之间转换的热泵(2)，具有：一个第一热交换器(4)，一个第二热交换器(6)，两个用于压缩一介质的压缩机级(8，10)，在压缩机级(6，8)与第二压缩机级(10)之间连接的一个用于液态介质的相态分离的中间压力瓶(12)；其中在第二压缩机级(8)下游连接着一个转换阀(16)，借助该转换阀在致冷工作中可在第二压缩机级(8)与第二热交换器(6)之间建立通流连接及在加热工作中可在第二压缩机级(8)与第一热交换器(4)之间建立通流连接。
【专利说明】热泵
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可在致冷工作与加热工作之间转换的热泵，该热泵具有一个第一热交 换器及一个第二热交换器，在这些热交换器之间能量可向一个或另一个方向传递，及具有 一个压缩机装置。
【背景技术】
[0002] 开始部分所述类型的热泵为现有技术中所公知。这种热泵用于在消耗功的情况下 将热能由一个第一容器传送到一个第二容器。通常热泵用流体来工作，该流体在低压时在 输入热量的情况下被蒸发及在压缩到高压后在输出热量的情况下再被冷凝。对于这些压力 将这样地选择，即相态转换的温度相对热源的温度或散热器的温度具有一个足够用于热传 送的差距。
[0003] 热泵就其最简单的构型而言乃借助一个流体循环回路来工作，该循环回路具有： 一个蒸发器，在其中流体或介质在吸收能量的情况下蒸发；一个连接其后的、被驱动的压缩 机，在其中介质在施加机械功的情况下被压缩；一个紧接着的冷凝器，在其中流体在输出能 量的情况下被液化；及最后一个连接至冷凝器后面的节流器，在其中流体被减压。节流器在 其输出侧又与蒸发器相连接，由此使循环回路闭合。
[0004] 此外公知了可转换的热泵，其中设有的两个热交换器一会儿连接成冷凝器或蒸发 器，或反过来，一会儿连接成蒸发器及冷凝器。
[0005] 对于传统的可转换的热泵的效率或功率因数在技术上受到限制。所期望的是，使 热泵的效率或功率因数得到改善。
【发明内容】
[0006] 本发明的任务在于，给出具有大温度落差的可转换的热泵，它具有比公知的传统 可转换的热泵更高的效率或更高的功率因数。
[0007] 该任务将通过根据权利要求1的热泵来解决。本发明的其它构型则为从属权利要 求的主题。
[0008] 根据本发明的、可在致冷工作与加热工作之间转换的热泵具有：一个用于在致冷 工作中吸收能量及在加热工作中输出能量的第一热交换器，它与待致冷或待加热的对象形 成热耦合。一个用于在致冷工作中输出能量及在加热工作中吸收能量的第二热交换器，它 被用作散热器或热源。
[0009] 为了压缩流体或介质设有一个第一压缩机级及一个连接在第一压缩机级后面的 第二压缩机级，后者使在第一压缩机级中压缩了的介质进一步地压缩。因此可达到更高的 压缩度及通过两级压缩可实现大的温度落差，由此又可达到较高的冷凝温度。
[0010] 在此情况下第一压缩机级出口处的压力水准等于第二压缩机级入口处的压力水 准。
[0011] 在第一压缩机级与第二压缩机级之间连接了一个中间压力瓶，在其中发生液态介 质的相态分离及液态介质的沉积。在中间压力瓶中上升的、被第一压缩机级预压缩的热气 体则在其上游连接于中等压力瓶后面的第二压缩机级中进一步地被压缩并过热。
[0012] 根据本发明还提出，第二压缩机级在下游连接着一个转换阀，借助该转换阀在致 冷工作中可在第二压缩机级与第二热交换器之间建立通流连接及在加热工作中可在第二 压缩机级与第一热交换器之间建立通流连接。以此方式可达到：视所需的工作方式而定，热 交换器可作为蒸发器或作为冷凝器来工作。
[0013] 根据一个可能的第一构型可设有一个内部的热传送器，它的第一流由中间压力瓶 取出并连接在第一压缩机级的前面及它的第二流由压缩机前取出并连接在中间压力瓶的 一个液体输出端的后面，以致在中间压力瓶中分离的并通过中间压力瓶的液体输出端输出 的液态介质将能量传送给流向第一压缩机级的气体。以此方式可达到待压缩的介质的附加 过热。
[0014] 根据本发明的另一可能的构型可设置：一个转换阀具有四个接口，其中第一接口 与第一压缩机级通流地连接，第二接口与第一热交换器通流地连接，第三接口与第一压缩 机级或-如果设有的话-与热传送器通流地连接及第四接口与第二热交换器通流地连 接。
[0015] 在该构型的范围内这样地设置连接：在致冷工作中第二压缩机级与第二热交换器 通流地连接及第一热交换器与第一压缩机级或-如果设有的话-与热传送器通流地连 接，而在加热工作中第二压缩机级与第一热交换器通流地连接及第二热交换器与第一压缩 机级或与热传送器通流地连接。因此以简单的方式空间上集中地达到加热工作与致冷工作 之间的转换。
[0016] 根据本发明的另一可能的构型可设置一个转换装置，该转换装置使来自第一热交 换器或来自第二热交换器并借助一个连接在热交换器后面的膨胀阀减压至一个中间压力 上的介质导向第一压缩机级与中间压力瓶之间的连接部分，以致由第一压缩机级预压缩的 介质及来自相应高压级的、被减压到中间压力上的介质相互混合及输送给中间压力瓶，在 这里紧接着发生介质的相态分离。
[0017] 根据本发明的另一可能的构型可设置：转换装置具有四个接口，其中第一接口借 助第一膨胀阀与第一热交换器通流地连接，第二接口借助第二膨胀阀与第二热交换器通流 地连接，第三接口与热传送器通流地连接及第四接口与在第一压缩机级与中间压力瓶之间 的连接部分通流地连接。
[0018] 借助该转换装置在致冷工作中第二热交换器借助第二膨胀阀与在第一压缩机级 与中间压力瓶之间的连接部分通流地连接及内部热传送器借助第一膨胀阀与第一热交换 器通流地连接。其中在加热工作中第一热交换器借助第一膨胀阀与在第一压缩机级与中间 压力瓶之间的连接部分通流地连接及内部热传送器借助第二膨胀阀与第二热交换器通流 地连接。以此方式可以聚集在一个地点上进行致冷工作与加热工作之间的转换，这减小了 空间位置的需用量并降低了构件成本。
[0019] 根据本发明的另一可能的构型可设置：第一压缩机级及第二压缩机级被布置在一 个共同的压缩机中。两个压缩机级则例如可被布置在一个共同的轴上，其中由第一压缩机 级预压缩的介质从压缩机导出到中间压力瓶内，介质由该瓶再输送给第二压缩机级。以此 方式可实现一个紧凑的结构及减少所需的构件数目。
[0020] 根据本发明的另一可能的构型可设置：第一压缩机级及第二压缩机级通过一个具 有中间喷射装置的单级压缩机来实现。
[0021] 根据本发明的另一可能的构型可设置：第一热交换器为一个板式热传送器和/或 第二热交换器为一个叠片式热传送器。
[0022] 根据本发明的另一可能的构型可设置：转换装置和/或转换阀被构成四通阀，其 中在相应的转换位置中每两个接口成对地相互形成通流连接。这种转换阀可这样地构型， 即它具有少量的运动部件就足以使相应的转换阀非常地可靠。
[0023] 根据本发明的另一可能的构型可设置：转换装置被构成四个单向止回阀的结构， 其中每个接口通过各一个中间连接的单向止回阀这样地与每两个接口连接，以致根据接口 上的压力状况每次一个单向止回阀被截止及另一个被打开，由此每两个接口相互通流地连 接。该转换装置则例如可被构成具有四个相应地定向的单向止回阀且具有连接于其间的接 口的导管环。
[0024] 在本发明的又一构型中，中间压力瓶的气体出口、第一压缩机级的出口及第二压 缩机级的入口被连接成一个星形汇接点，以致可不需要中间压力瓶。
[0025] 在本发明的范围内视实施形式而定设置一个主动的可开关构件就够用了，由此在 本发明的该构型的范围内使被驱动的构件减少，这对装置的可靠性、复杂性及成本产生了 正面的影响。
[0026] 在本发明的范围内可借助管线、例如导管来建立通流连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 以下减借助一个实施例来描述本发明。其附图表示：
[0028] 图la :根据本发明的一个热泵处于加热工作中，
[0029] 图lb :根据本发明的一个热泵处于致冷工作中，及
[0030] 图2 :在本发明范围中一个转换装置的可能构型的细节图。 实施例
[0031] 图la及lb表示根据本发明的一个热泵2处于加热工作中（图la)或处于致冷工 作中（图lb)。在所示的管路图中介质或致冷剂的不同相态或压力水准通过不同的连接类 型来表示。在根据本发明的热泵中基本上出现三种不同状态：首先致冷剂或介质部分地以 液态输送，这通过实线来表示。此外介质部分地作为冷气体来输送，这通过虚线连接来表 示。再者介质还作为热气体来输送，这通过点线连接来表示。流动方向则通过箭头来表示。
[0032] 根据本发明的热泵2具有一个第一热交换器4,该热交换器可被构成板式热传送 器。该第一热交换器4与待加热或待冷却的对象形成连接。一个第二热交换器6-它可被 构成叠片式热传送器-与一个热源或散热器形成热f禹合。
[0033] 在该循环回路中输送的介质借助一个第一压缩机级8预压缩及借助一个第二压 缩机级10再压缩。再第一压缩机级8与第二压缩机级10之间设有一个中间压力瓶12,该 中间压力瓶对通过输入端12. 1导入的介质进行相态分离。处于液态的介质将通过输出端 12. 2导出，处于气态的介质在中间压力瓶中上升并通过中间压力瓶12的输出端12. 3由第 二压缩机级10吸走。
[0034] 由中间压力瓶12导出的液态介质通过一个热传送器14由第一流14. 1导出，在这 里它将热量传送给处于第二流14. 2中的、由第一压缩机级8抽吸的介质。
[0035] 在第二压缩机级10的下游设有一个转换阀16,在这里该转换阀被构成四通阀。转 换阀16用其第一接口 16. 1与第二压缩机级10通流地连接，用其第二接口 16. 2与第一热 交换器4通流地连接，用其第三接口 16. 3与热传送器14通流地连接及用其第四接口 16.4 与第二热交换器6通流地连接。
[0036] 第一热交换器4及第二热交换器6在另一侧与一个转换装置18形成间接的通流 连接。在第一热交换器4与转换装置18之间设有一个第一膨胀阀20。在第二热交换器6 与转换装置18之间设有一个第二膨胀阀22。与第一膨胀阀20的通流连接通过第一接口 18. 1来建立。在第二膨胀阀22与转换装置18之间的通流连接通过第二接口 18. 2来建立。 第三接口 18. 3与热传送器14的第一流形成通流连接。转换装置18的第四接口 18. 4与在 第一压缩机级8的输出端8. 2与中间压力瓶12的输入端12. 1之间的一个连接部分26的 一个接口 24相连接。
[0037] 在图la所示的加热工作中转换阀16被这样地转换，以致在第二压缩机级10与第 一热交换器4之间建立通流连接并同时地在第二热交换器6与第一压缩机级8之间借助热 传送器14建立通流连接。由此对热交换器4输送通过第二压缩机级10加热了的热气体， 热气体在这里通过冷凝将其热量输出并以液态离开第一热交换器4。液态介质通过膨胀阀 20被置于中等压力上并蒸发。在此情况下转换装置18被这样地转换，以致它使接口 18. 1 与18. 4相互连接，由此使减压到中等压力上的气体输送给在第一压缩机级8与中间压力瓶 12之间的接口 24。
[0038] 在加热工作中在低压侧上热传送器14的输出端与第二热交换器6形成通流连接， 后者通过转换阀16及在那里相互连接的接口 16. 4及16. 3与热传送器14及接着与第一压 缩机级8形成通流连接。热传送器14与连接在第二热交换器6前面的第二膨胀阀22通过 转换装置18的相互连接的接口 18. 3及18. 2相互地连接。
[0039] 因此在加热工作中在高压侧转换阀16的接口 16. 1与16. 2及转换装置18的接 口 18. 1与18. 4相互连接。在低压侧转换阀16的接口 16. 3与16. 4及转换装置18的接口 18. 2与18. 3相互连接。
[0040] 在图lb所示的致冷工作中在高压侧转换阀16的接口 16. 1与16. 4相互通流地连 接及在低压侧接口 16. 2与16. 3相互通流地连接。因此第二压缩机级10通过转换阀16与 第二热交换器6 f禹合。
[0041] 第一热交换器4借助转换阀16与热传送器14及与随后的第一压缩机级8的输入 端8. 1形成通流连接。在此情况下在高压侧转换装置18使接口 18. 2与18. 4连接并由此 使第二热交换器6借助膨胀阀22与在第一压缩机级8与中间压力瓶12之间的连接部分26 的接口 24相连接。
[0042] 因此根据本发明的热泵2能够使用具有中间连接的中间压力瓶12的多个压缩机 级，因为在两个转换状态中该中间压力瓶12总是在相同方向上通流。此外以此方式附设地 使用了一个热传送器14来使由第一压缩机级吸入的致冷剂气体过热。以此方式可附加地 使压缩机级8,10中的致冷剂气体过热。
[0043] 图2表示根据本发明的转换装置18的一个可能的构型。
[0044] 在转换装置18中设有四个单向止回阀18. 5至18. 8,每个阀具有一个截止方向及 一个导通方向。接口 18. 1至18. 4连接在一个导管环18. 9上，其中在18. 1至18. 4中的 每两个接口之间各设有一个单向止回阀18. 5至18. 8,其中这些阀的每个被这样地连接，以 致来自每个接口 18. 1至18. 4的流体流仅可向着一个方向进行及向着相应的接口 18. 1至 18.4的流体流也仅可由一个方向、即总是另一方向来进行。以此方式视压力状况而定每两 个接口可以相互连接。
[0045] 附图标记列表
[0046] 2 热泵
[0047] 4第一热交换器
[0048] 6第二热交换器
[0049] 8第一压缩机级
[0050] 8. 1第一压缩机级的输入端
[0051] 8. 2第一压缩机级的输出端
[0052] 10第二压缩机级
[0053] 12中间压力瓶
[0054] 12. 1中间压力瓶的输入端
[0055] 12.2中间压力瓶的液体输出端
[0056] 12.3中间压力瓶的气体输出端
[0057] 14内部的热传送器
[0058] 14. 1热传送器的第一流
[0059] 14. 2热传送器的第二流
[0060] 16转换阀
[0061] 16. 1-16. 4 转换阀的接口
[0062] 18转换装置
[0063] 18. 1-18. 4转换装置的接口
[0064] 18. 5-18. 8单向止回阀
[0065] 18. 9 导管环
[0066] 20第一膨胀阀
[0067] 22第二膨胀阀
[0068] 24连接管
[0069] 26 接口
【权利要求】
1. 可在致冷工作与加热工作之间转换的热泵，具有： ?一个第一热交换器（4)，用于在致冷工作中吸收能量及在加热工作中输出能量； ?一个第二热交换器，用于在致冷工作中输出能量及在加热工作中吸收能量； ?一个第一压缩机级（8)，用于压缩一介质； ?一个连接在第一压缩机级（8)后面的第二压缩机级（10); ?其中第一压缩机级（6)出口处的压力水准等于第二压缩机级（10)入口处的压力水 准； ?其中在第二压缩机级（8)下游连接着一个转换阀（16)，借助该转换阀在致冷工作中 可在第二压缩机级（8)与第二热交换器（6)之间建立通流连接及在加热工作中可在第二压 缩机级（8)与第一热交换器（4)之间建立通流连接。
2. 根据权利要求1的热泵，其特征在于：在第一压缩机级（6)与第二压缩机级（10)之 间连接了一个用于液态介质的相态分离的中间压力瓶（12)。
3. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：设有一个内部的热传送器（14)， 它的第一流（14. 1)连接在第一压缩机级（8)的前面及它的第二流（14. 2)连接在中间压力 瓶（12)的一个液体输出端（12. 2)的后面，以致在中间压力瓶（12)中分离的并通过液体输 出端（12.2)输出的液态介质将能量传送给流向第一压缩机级（8)的气态介质。
4. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：设有一个具有四个接口（16. 1， 16. 2,16. 3,16. 4)的转换阀（16)，其中第一接口（16. 1)与第二压缩机级（10)通流地连接， 第二接口（16. 2)与第一热交换器（4)通流地连接，第三接口（16. 3)与第一压缩机级（8) 或与热传送器（14)通流地连接及第四接口（16.4)与第二热交换器（6)通流地连接，其中 ?在致冷工作中第二压缩机级（10)与第二热交换器（6)通流地连接及第一热交换器 (4)与第一压缩机级（8)或与内部热传送器（14)通流地连接，及 ?在加热工作中第二压缩机级（10)与第一热交换器（4)通流地连接及第二热交换器 (6)与第一压缩机级（8)或与内部热传送器（14)通流地连接。
5. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：设有一个转换装置（18)，该转换 装置使第一热交换器（4)或第二热交换器（6)各借助一个中间连接的膨胀阀（20, 22)导向 第一压缩机级（8)与中间压力瓶（12)之间的连接部分（24)。
6. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：转换装置具有四个接口（18. 1， 18. 2,18. 3,18. 4)，其中第一接口（18. 1)借助第一膨胀阀（20)与第一热交换器（4)通流地 连接，第二接口（18. 2)借助第二膨胀阀（22)与第二热交换器（6)通流地连接，第三接口 (18. 3)与内部热传送器（14)通流地连接及第四接口（18. 4)与在第一压缩机级（8)与中间 压力瓶（12)之间的连接部分（24)通流地连接，其中 ?在致冷工作中第二热交换器（6)借助第二膨胀阀（22)与在第一压缩机级（8)与中间 压力瓶（12)之间的连接部分（24)通流地连接及热传送器（12)借助第一膨胀阀（20)与第 一热交换器（4)通流地连接，及 ?在加热工作中第一热交换器（4)借助第一膨胀阀（20)与在第一压缩机级（8)与中间 压力瓶（12)之间的连接部分（24)通流地连接及内部热传送器（14)借助第二膨胀阀（22) 与第二热交换器（6)通流地连接。
7. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：第一压缩机级（8)及第二压缩机 级（10)被布置在一个共同的压缩机中。
8. 根据权利要求1至6中任一项的热泵，其特征在于：第一压缩机级（8)及第二压缩 机级（10)通过一个具有中间喷射装置的单级压缩机来实现。
9. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：第一热交换器（4)为一个板式热 传送器和/或第二热交换器（6)为一个叠片式热传送器。
10. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：转换装置（18)和/或转换阀 (16)被构成四通阀，其中在相应的转换位置中每两个接口（16. 1，16. 2,16. 3,16. 4,18. 1， 18. 2,18. 3,18. 4)成对地相互形成通流连接。
11. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：转换装置（18)被构成四个单向 止回阀（18. 5，18. 6,18. 7,18. 8)的结构，其中每个接口（18. 1，18. 2,18. 3,18. 4)通过各 一个中间连接的单向止回阀（18. 5,18. 6,18. 7,18. 8)这样地与每两个接口（18. 1，18. 2， 18. 3,18. 4)连接，以致根据接口（18. 1，18. 2,18. 3,18. 4)上的压力状况每次一个单向止回 阀（18. 5,18. 6,18. 7,18. 8)被截止及另一个被打开，由此每两个接口（18. 1，18. 2,18. 3， 18. 4)相互通流地连接。
12. 根据以上权利要求中任一项的热泵，其特征在于：中间压力瓶（12)的气体出口，第 一压缩机级（8)的出口（8.2)及第二压缩机级（10)的入口被连接成一个星形汇接点。
【文档编号】F25B40/06GK104114962SQ201280062075
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月21日
【发明者】U·克龙斯特伦, S·克林克, D·普法伊尔 申请人:罗伯特·博世有限公司