CN115773592A - 具有改进的压缩机冷却的热泵***以及用于操作热泵***的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热泵***，其包括：热泵，其包含作为热源的蒸发器、作为散热器的冷凝器、用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机(2)、用于使制冷剂流膨胀的节流阀以及用于使制冷剂流顺序地通过蒸发器、冷凝器、节流阀和压缩机(2)而循环的制冷剂通道；电动机(4、5、6)，其用于驱动压缩机(2)；热管(7)，其具有容纳传热介质的封闭内部空间(12)，其中，所述热管(7)具有与所述压缩机(2)进行热接收接触的第一部分(8)、用于传热的第二部分(10、14)和包含散热表面的第三部分(16)，其中，所述热管(7)的第一部分(8)被设置为围绕电动机(4、5、6)的大致筒形的外壳(11)。本发明还涉及一种用于操作热泵***的方法。

Description

具有改进的压缩机冷却的热泵***以及用于操作热泵***的 方法
技术领域
本发明涉及一种具有改进的压缩机冷却的热泵***和一种用于操作该热泵***的方法。特别地，本发明涉及一种热泵***，其包括：热泵，其包含作为热源的蒸发器、作为散热器的冷凝器、用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机、用于使制冷剂流膨胀的节流阀以及用于使制冷剂流顺序地通过蒸发器、冷凝器、节流阀和压缩机而循环的制冷剂通道；电动机，其用于驱动压缩机；热管，所述热管具有容纳传热介质的封闭内部空间，其中，所述热管具有与所述压缩机进行热接收接触的第一部分、用于传热的第二部分和包含散热表面的第三部分；并且本发明涉及一种用于操作该热泵***的方法。
背景技术
热泵用于各种技术领域。热泵是从具有较低温度的储存器(例如从环境)获取热能并且将其与驱动能一起作为有用热量传递到要被加热有较高温度的***的装置。这种类型的热泵可用于例如加热器、烘干机、洗衣-烘干机、洗衣机和洗碗机。热泵也可用于冷却，例如用在冰箱或空调中。技术功通常借助于电能产生。希望减少电能的消耗，从而提高热泵的能量效率。另一个目的是降低热泵的制造成本。例如，当热泵用于烘干机和洗衣-烘干机时，烘干时间也应当优选地减少。
公开文献EP 2 202 347 A1公开了一种烘干机，该烘干机具有用于待烘干的物体(即，衣物)的烘干室，以及具有蒸发器、冷凝器和可编程控制器的热泵。处理空气路径装置获得并保持蒸发器入口温度与烘干机入口温度之间的预设最小差值以及蒸发器入口温度的预设下阈值。在冷凝器和进气通道之间设置有连接点，用于将再循环空气管道连接到进气管道。
在热泵的操作中，热泵的压缩机通常被加热。然后通常通过风扇进行冷却，以允许热泵的适当操作。为了避免能量的浪费，可以使用热交换装置来回收部分废能。然而，在这种情况下，由于容量的限制，热交换装置可能过热。此外，可以附加地安装风扇，以通过供应大的空气体积来提高热交换效率。尤其地，在用作热交换装置的热泵中使用的压缩机可能过热。在压缩机过热的情况下，烘干机的可靠性会降低，并且制冷剂的压缩效率会降低。这可能降低整个热交换效率。
公开文献WO 2010/003936A1公开了一种热泵型衣物烘干机，其包括：桶，待干燥的衣物放置在该桶中；空气循环管道，干燥循环空气在该管道中循环；蒸发器，其设置在空气循环管道中，用于冷却来自桶并经过其的温暖且潮湿的空气并降低空气湿度；冷凝器，其加热通过蒸发器而来的低湿空气；压缩机，其增加制冷剂的温度和压力。利用从压缩机排出的废热来加热空气循环管道中的干燥空气。
公开文献EP 2 550 390 B1公开了一种衣物烘干机，其尤其包括热泵，该热泵具有用于加热空气的第一热交换器、用于冷却空气的第二热交换器、通过管连接在第一热交换器和第二热交换器之间的压缩机和膨胀器。在一个实施例中，衣物烘干机还包括安装在压缩机和第一热交换器下游侧的空气之间的传热装置，其中，传热装置被实现为热管，该热管在其两端包括第一散热器和第二散热器，第一散热器接触压缩机的表面，其中，所述热管具有两端被密封的管形状，并且在其中具有传热介质，所述传热介质在连接到所述热管的一端的高温侧接收热，并且移动到所述热管的对应于低温侧的另一端。
考虑到这种情况，本发明的目的是提供一种改进的热泵，其不仅允许更好地冷却热泵的压缩机，而且还优选地允许改进压缩室之前的制冷剂的输入参数，并因此改进压缩机性能。
发明内容
根据本发明，该目的通过根据相应独立权利要求的热泵***和用于操作热泵***的方法来实现。热泵***和方法的优选实施例在相应的从属权利要求中定义，其中方法的优选实施例对应于热泵的优选实施例，反之亦然，即使在本文别处没有明确指定。
因此，本发明涉及一种热泵***，其包括：热泵，其包含作为热源的蒸发器、作为散热器的冷凝器、用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机、用于使制冷剂流膨胀的节流阀以及用于使制冷剂流顺序地通过蒸发器、冷凝器、节流阀和压缩机而循环的制冷剂通道；电动机，其用于驱动压缩机；热管，所述热管具有容纳传热介质的封闭内部空间，其中，所述热管具有与所述压缩机进行热接收接触的第一部分、用于传热的第二部分以及包含散热表面的第三部分，其中，所述热管的第一部分被设置为围绕所述电动机的大致筒形的外壳。在一个实施例中，热泵***还包含用于热泵***的控制单元。
在热泵中可以使用多种制冷剂，例如丙烷，其在热泵技术领域中也被称为R290。
热管是一种结合了导热和相变原理的传热装置，可在两个固体界面之间有效地传递热量。在热管的热界面处，与导热固体表面接触的液体通过从该表面吸收热量而变成蒸汽。然后，蒸汽沿着热管行进到冷界面，并冷凝回液体，释放潜热。然后，液体通过毛细作用、离心力或重力返回到热界面，并重复该循环。
具有热泵的烘干机和洗衣烘干机通常使用毛细管或调节膨胀阀作为节流阀。
在热泵***的一个优选实施例中，热管的第二部分包含围绕电动机的环形管和连接到热管的第三部分的连接管。于是优选地，连接管从环形管突出并远离电动机和压缩机。
优选地，热泵***的大致筒形的外壳包括一个或多个用于热管的传热介质的筒状容器。于是，进一步优选的实施例是，其中，多个筒状容器围绕电动机布置，筒状容器流体连接到环形管。在热泵***的一个替代优选实施例中，在两个筒状壁之间具有中空空间的一个筒状容器围绕电动机布置，所述一个筒状容器流体连接到环形管。
根据热泵***的另一优选实施例，热管的第二部分的连接管布置为平行于压缩机的曲轴。
此外，优选地在热泵***中，热管中的传热介质是选自由氢氟碳酸盐(HFC)制冷剂R134a和R407C以及氢碳酸盐(HC)制冷剂R22、R290、R600和R600a组成的组中的一种或多种。在热管的第一部分中与压缩机热传导接触的传热介质通常被蒸发，并且所产生的气体在热管的封闭内部空间中通过热管的第二部分中的连接管被输送到第三部分，在第三部分中，气体在散热表面处交换热量以冷凝并流回到热管的第一部分。
此外，优选地，热泵***包含控制单元，所述控制单元适于接收和分析热管的第一部分中的热传递，并且适于修改制冷剂的输入参数，以便提高压缩机的性能。
本发明还涉及一种用于操作热泵***的方法，所述热泵***包括：热泵，其包含作为热源的蒸发器、作为散热器的冷凝器、用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机、用于使制冷剂流膨胀的节流阀以及用于使制冷剂流顺序地通过蒸发器、冷凝器、节流阀和压缩机而循环的制冷剂通道；电动机，其用于驱动压缩机；热管，所述热管具有容纳传热介质的封闭内部空间，具有与所述压缩机进行热接收接触的第一部分、用于传热的第二部分和包含散热表面的第三部分；其中，所述热管的第一部分被设置为围绕所述电动机的大致筒形的外壳，所述方法包括以下步骤：
(a)启动压缩机；
(b)测量到所述热管的第一部分的热传递；
(c)分析到所述热管的第一部分的热传递；和
(d)修改压缩机和/或制冷剂的输入参数，以便提高压缩机的性能。
在所述方法的一个实施例中，热泵***包括用于热泵的控制单元。优选地，控制单元可用于测量到第一部分的热传递并对其进行分析。
然而，在本发明的方法中，热管的优点在于实际上不需要控制元件。在本发明中，能量从高温源到低温源的传递一般借助于毛细力进行。在此，能量传递从方法开始就连续地进行，并且取决于在方法中的给定时刻由电动机产生的热量。
本发明可用于包含热泵的家用器具中。家用器具优选地实施为用于衣物的衣物烘干机，以及将洗涤衣物的功能与烘干功能相结合的洗衣-烘干机。另一实施例是通过应用热泵回路来执行餐具烘干的洗碗机。在衣物烘干机或洗衣-烘干机中，烘干室通常是可旋转的滚筒。
本发明具有多个优点。热泵的压缩机的废热，尤其是驱动压缩机的电动机的废热可以被回收。由电动机产生的用于冷却进入压缩室的制冷剂的热量也可以被回收。此外，在本发明的实施例中，对来自热管的热传递的分析可用于改进压缩机的操作，并因此改进整个热泵的操作。此外，可以避免热泵的过载。因此，可以减少电力消耗，并且可以增强热泵的操作的可靠性。
因此，可以改善压缩机本身的热力学参数。也就是说，制冷剂的入口温度可以降低，制冷剂密度将增加。对于相同的电力消耗，可以增加通过压缩机的体积流量。可以增加通过压缩机的体积流量，从而增加压缩机的冷却能力。热损失将用于改善压缩机的热力学性能。所有这些都是可能的，而不需要安装额外的组件来冷却压缩机。
附图说明
本发明的进一步细节将从随后参考附图对特定实施例的描述中显现，其中
图1示出了根据本发明的实施例的热泵***的一部分的垂直剖视图，该热泵***包含与本发明相关的部件，即热泵的压缩机和热管；
图2示出了根据本发明的实施例的热泵***的一部分的水平剖视图，该热泵***包含与本发明相关的部件，即热泵的压缩机和热管；
图3示出了在本发明的热泵***的第一实施例中使用的示例性热管的透视图，该热管包括与本发明相关的部件，即热管的第一部分和连接管；
图4示出了图3的示例性热管的正视图；
图5示出了图3的示例性热管的剖视图，其中该剖切是沿着图4中所示的线A-A进行的；
图6示出了在本发明的热泵***的第二实施例中使用的另一示例性热管的透视图，该热管包括与本发明相关的部件，即所述热管的第一部分和连接管；
图7示出了图6的另一示例性热管的正视图；
图8示出了图6的另一个示例性热管的剖视图，其中该剖切是沿着图7中所示的线A-A进行的。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的热泵***1的一部分的垂直剖视图，该热泵***1包含与本发明相关的部件，即热泵的压缩机2和热管7。3表示压缩机的曲轴，4表示电动机的转子，5表示电机绕组，6表示电动机的定子。热管7围绕电动机4、5、6布置，热管7在这里在其第一部分8中包含一个筒形容器，该筒形容器具有在这里看不到的在两个筒状壁之间的中空空间，该一个筒形容器流体连接到环形管14。连接管10和环形管14形成热管7的第二部分，该第二部分连接到具有散热表面16的热管7的第三部分。19是指热泵的吸入管。第三部分包含散热表面16，气态传热介质可在该散热表面16处冷凝。11是指大致筒形的外壳，20是指辊子，21是指压缩机的压缩室。9是指用于将来自蒸发器的进入的制冷剂的液相分离的储液器。
图2示出了根据本发明实施例的热泵***1的一部分的水平剖视图，该热泵***1包括与本发明相关的部件，即热泵的压缩机和热管7。这里的附图标记具有与图1相同的含义。22指的是电动机的转子。
图3示出了在本发明的热泵***的第一实施例中使用的示例性热管7的透视图，该热管7包括与本发明相关的部件，即热管的第一部分8和热管的包含环形管14和连接管10的第二部分。环形管14流体连接到热管的第一部分，该第一部分在这里是用于传热介质的筒状容器部分13，该容器部分13用作用于电动机或压缩机(在这里未示出)的大致筒形的外壳11。16指的是热管的第三部分的散热表面。
图4示出了图3的示例性热管7的正视图，其中附图标记具有与图3相同的含义。
图5示出了图3的示例性热管7的剖视图，其中，剖切是沿着图4中所示的线A-A进行的，并且其中，附图标记具有与图3相同的含义。
图6示出了在本发明的热泵***的第二实施例中使用的另一个示例性热管7的透视图，该热管7包括与本发明相关的部件，即该热管的第一部分8和热管的包含环形管14和连接管10的第二部分。在该第二实施例中，13指的是多个筒形容器，其分别围绕电动机和压缩机(这里未示出)布置，作为大致筒形的外壳11。筒形容器13与环形管14流体连接。16指的是热管的第三部分的散热表面。
图7示出了图6的另一示例性热管的正视图，其中，附图标记具有与图6相同的含义。
图8示出了图6的另一示例性热管7的剖视图，其中，剖切是沿着图7中所示的线A-A进行的，并且其中，附图标记具有与图6相同的含义。
附图标记列表
1 热泵***
2 压缩机
3 压缩机的曲轴
4 电动机的转子
5 电动机的电机绕组
6 电动机的定子
7 热管
8 热管的第一部分
9 储液器
10 热管的第二部分；此处：连接管
11 大致筒形的外壳
12 热管的封闭内部空间
13 用于传热介质的筒状容器部分
14 热管的第二部分；此处：环形管
15 两个筒状壁之间的中空空间
16 具有散热表面的热管的第三部分
17 筒状容器的外壁
18 筒状容器的内壁
19 吸入管
20 辊子
21 压缩机的压缩室
22 转子

Claims (10)

1.一种热泵***(1)，所述热泵***包括：热泵，所述热泵包含作为热源的蒸发器、作为散热器的冷凝器、用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机(2)、用于使制冷剂流膨胀的节流阀以及用于使制冷剂流顺序地通过蒸发器、冷凝器、节流阀和压缩机(2)而循环的制冷剂通道；电动机(4、5、6)，所述电动机用于驱动压缩机(2)；热管(7)，所述热管具有容纳传热介质的封闭内部空间(12)，其中，所述热管(7)具有与压缩机(2)进行热接收接触的第一部分(8)、用于传热的第二部分(10、14)和包含散热表面的第三部分(16)，其特征在于，所述热管(7)的第一部分(8)被设置为围绕电动机(4、5、6)的大致筒形的外壳(11)。
2.根据权利要求1所述的热泵***(1)，其中，所述热管(7)的第二部分包含围绕电动机(4、5、6)的环形管(14)以及连接到所述热管(7)的第三部分(8)的连接管(10)。
3.根据权利要求2所述的热泵***(1)，其中，连接管(10)从环形管(14)突出并远离压缩机/电动机(4、5、6)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的热泵***(1)，其中，所述大致筒形的外壳(11)包括用于所述热管(7)的传热介质的一个或多个筒状容器(13)。
5.根据权利要求4所述的热泵***(1)，其中，多个筒状容器(13)围绕电动机(4、5、6)布置，所述筒状容器(13)流体连接到环形管(14)。
6.根据权利要求4所述的热泵***(1)，其中，一个筒状容器(13)围绕电动机(4、5、6)布置，所述一个筒状容器(13)在两个筒状壁(17、18)之间具有中空空间(15)，所述一个筒状容器(13)流体连接到环形管(14)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的热泵***(1)，其中，所述热管(7)的第一部分与所述热管(7)的第三部分之间的连接管(10)布置为平行于压缩机(2)的曲轴(3)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的热泵***(1)，其中，所述热管(7)中的传热介质是选自由氢氟碳酸盐(HFC)制冷剂R134a和R407C以及氢碳酸盐(HC)制冷剂R22、R290、R600和R600a组成的组中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的热泵***(1)，所述热泵***(1)包括控制单元，所述控制单元适于接收和分析所述热管(7)的所述第一部分(8)中的热传递，并且适于修改所述制冷剂的输入参数，以便提高所述压缩机(2)的性能。
10.一种用于操作热泵***(1)的方法，所述热泵***包括：热泵，所述热泵包含作为热源的蒸发器、作为散热器的冷凝器、用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机(2)、用于使制冷剂流膨胀的节流阀以及用于使制冷剂流顺序地通过蒸发器、冷凝器、节流阀和压缩机(2)而循环的制冷剂通道；电动机(4、5、6)，所述电动机用于驱动压缩机(2)；热管(7)，所述热管具有容纳传热介质的封闭内部空间(12)，具有与压缩机(2)进行热接收接触的第一部分(8)、用于传热的第二部分(10、14)和包含散热表面的第三部分(16)；其中，所述热管(7)的第一部分(8)被设置为围绕电动机(4、5、6)的大致筒形的外壳(11)，所述方法包括以下步骤：
(a)启动压缩机(2)；
(b)测量到所述热管(7)的第一部分(8)的热传递；
(c)分析到所述热管(7)的第一部分(8)的热传递；和
(d)修改压缩机(2)和/或制冷剂的输入参数，以便提高压缩机(2)的性能。
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