專利名稱：小型水回路熱泵的核心部分的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水回路熱泵。
背景技術(shù)：
這樣的設(shè)備允許利用空氣、土地上層或自由水中的熱能，集中這樣的熱能并將其以這種形式(以較高溫度)供應(yīng)到熱水中心加熱裝置。
“水回路”熱泵指的是利用回路以及加熱回路都充有液體的一種設(shè)備。它不同于“水/空氣”或“空氣/空氣”設(shè)備。根據(jù)需要，必須考慮到，例如在利用回路中，水可由一其它的液體來替換或?qū)嵤?duì)于該回路中的水，最為經(jīng)常的是添加乙二醇作為防凍劑。
使用熱泵可獲得的利益在于其原理，根據(jù)該原理，需要向它供給的能量少于它所傳輸?shù)臒崮?。為了說明這種能力，要考慮系統(tǒng)所傳輸?shù)哪芰εc系統(tǒng)所吸收的能力之間的一“性能系數(shù)”(COP)比。該比值在目前可獲得的最好的設(shè)備中通?？蛇_(dá)到5。更具體地說，熱泵包括一壓縮機(jī)組件和兩個(gè)熱交換器，一熱交換器連接至利用回路，另一則連接至加熱回路。諸熱交換器在另一側(cè)上連接至壓縮機(jī)組件，一個(gè)連接至壓縮機(jī)的熱點(diǎn)，另一個(gè)則連接至其冷點(diǎn)。在壓縮機(jī)組件中可設(shè)有一冷凝器、一擴(kuò)張器以及一汽化器。壓縮機(jī)在冷凝器一側(cè)集中所利用的能量，并將其冷散入汽化器一側(cè)的利用回路中。
當(dāng)熱交換是優(yōu)選的、且壓縮機(jī)和熱交換器以所可能的、與外界大氣最佳隔離的狀態(tài)進(jìn)行工作時(shí)，熱泵的總體性能最佳。
壓縮機(jī)、其內(nèi)部的冷卻氣體、以及兩熱交換器連接在同一個(gè)功能組件中，下文稱之為“水回路熱泵核心部分”。該組件形成接著連接至用于利用和加熱的多支管(管子、循環(huán)泵、截?zé)崞鞯?、整個(gè)系統(tǒng)的供應(yīng)裝置和調(diào)節(jié)裝置的一裝置組。
迄今所提供的熱泵設(shè)有利用管道系統(tǒng)的內(nèi)部連接，且它們是通過制冷和加熱設(shè)備中的專用技術(shù)所常用的方法來實(shí)現(xiàn)的。
更具體地說，壓縮機(jī)與熱交換器之間、以及熱交換器與利用和加熱回路的入口/出口之間的連接件是通過釬焊連接的黃銅管。
不過，在熱泵中，使用黃銅管和釬焊連接并非是不會(huì)帶來缺點(diǎn)的。
首先，黃銅具有高熱傳導(dǎo)率的特性，而在本應(yīng)用中，由于這樣的高熱傳導(dǎo)率會(huì)導(dǎo)致與環(huán)境附加的熱交換，所以不是有利的。
其次，釬焊連接，即使正確無泄漏，其機(jī)械強(qiáng)度也不高，并可能會(huì)發(fā)生銹蝕。如眾所周知的，釬焊在于銅管將一第三金屬(例如，當(dāng)性能需要時(shí)，該第三金屬為銀)加熱到其熔點(diǎn)之上來將兩種不同金屬裝配在一起。由于壓縮機(jī)是用鋼制成的，而熱交換器是用鋼或者不銹鋼制成的，則在所有的釬焊連接件中，這些由黃銅管連接的部分是存在金屬種類的改變的鋼/黃銅或者不銹鋼/黃銅，以及還要加上一第三金屬。
這些連接件可能會(huì)受到來自壓縮機(jī)的振動(dòng)，設(shè)計(jì)得過于剛性時(shí)，很快就會(huì)滲漏、甚至是斷裂。
為了避免這個(gè)缺點(diǎn)，黃銅管通常設(shè)計(jì)成在多支管中保證柔性。這是通過使用長度較長和/或適合幾何形狀(七弦琴形、螺旋形等)的管子來實(shí)現(xiàn)，它們可吸收機(jī)械應(yīng)力、大部分的振動(dòng)傳遞。
不過，這樣的管子長度加長會(huì)使與周圍大氣的熱交換表面增大，因而損失可用能量，且增加了壓縮機(jī)所用氣體的體積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于，通過引入一種在性能以及緊湊性和可靠性方面都為優(yōu)選的水回路熱泵核心部分來克服這些缺點(diǎn)。
本發(fā)明的水回路熱泵符合上面的總體描述，亦即，更具體地和以本身就已知的方式包括一壓縮機(jī)組件，它包括充注有冷卻氣體的一閉合回路，且它還帶有壓縮機(jī)、冷凝器、擴(kuò)張器以及汽化器；在熱的一側(cè)上的入口和出口，在冷的一側(cè)上的入口和出口；一第一熱交換器，它以其主側(cè)聯(lián)接至壓縮機(jī)組件的汽化器，并以其副側(cè)聯(lián)接至利用回路；以及，一第二熱交換器，它以其主側(cè)聯(lián)接至壓縮機(jī)組件的冷凝器，并以其副側(cè)聯(lián)接至加熱回路。
以一種作為本發(fā)明特征的方式，熱交換器與壓縮機(jī)組件之間的連接件、和/或熱交換器與通向和來自利用和加熱回路之間的連接件不是采用黃銅釬焊的，而用焊接的不銹鋼管。
通過用不銹鋼管來替換至今仍在使用的黃銅管，以及通過不是釬焊而是焊接的連接，水回路熱泵核心部分中的連接就不再出現(xiàn)連續(xù)性中斷，并使其在抗機(jī)械力(特別是對(duì)于振動(dòng))方面的性能和抗蝕方面的性能極大地高于它們使用黃銅管道和釬焊的情況。
眾所周知，如果焊接正確則在機(jī)械強(qiáng)度和密閉性方面等同于原始管。
尤其是，壓縮機(jī)所發(fā)出的振動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致這樣的連接件斷裂，并且不銹鋼管和熱交換器的機(jī)械強(qiáng)度、幾何形狀以及柔性可以設(shè)計(jì)成在短和直徑小的回路中吸收這樣的振動(dòng)，這些都是迄今所使用的黃銅管所不能做到的。
尺寸上的減小允許以相同的比例減小氣體與環(huán)境之間的附加熱交換，因而也同比例地減少了能量損失、以及設(shè)備所需的氣體體積。除了減小所述的暴露之外，附加的熱交換還將由于鋼具有比黃銅低得多的熱傳導(dǎo)率、以及由于不再需要緊固在一框架上以固定諸熱交換器而減小。通過該上一優(yōu)點(diǎn)，可抑制熱交換器與外界大氣之間的熱橋。
因此，可能極大地增加熱泵的性能系數(shù)，通?？稍黾?至2點(diǎn)，這意味著該性能系數(shù)可達(dá)到6至7的范圍，這樣的數(shù)值遠(yuǎn)高于目前所可能獲得的最佳設(shè)備的性能。
所需要的管子焊接有利的是通過環(huán)形軌道TIG(鎢極電弧惰性氣體保護(hù))焊接來實(shí)現(xiàn)，這是一種可自動(dòng)進(jìn)行的完全受控制的工藝，因而帶有可精確控制的必需參數(shù)以及出色的可重復(fù)性，從而又使設(shè)備的可靠性提高。此外，環(huán)形軌道TIG焊接允許在焊接過程中控制住壓縮機(jī)主體溫度的上升，因而避免了對(duì)其的削弱。
熱交換器較佳的是不銹鋼的多支管狀同軸熱交換器。
這樣的熱交換器十分適合根據(jù)本發(fā)明的、其中所有的連接件是焊接的不銹鋼管的熱泵核心部分，它們比標(biāo)準(zhǔn)的熱泵中最為經(jīng)常使用的平板式熱交換器要好。即便平板式熱交換器能保證很好的熱交換，但是它們是脆性的，且更易于使水帶有礦物質(zhì)，這會(huì)由于沉積或雜質(zhì)的引入而導(dǎo)致堵塞。最后一點(diǎn)，它們的機(jī)械強(qiáng)度是有局限的，特別是當(dāng)它們受到連續(xù)的振動(dòng)時(shí)。
由于可靠性的顯著提高，在初始生產(chǎn)好之后就無需再保持可觸及熱泵的內(nèi)部零部件。因而，所有這些零部件(壓縮機(jī)組件、熱交換器、熱交換器與壓縮機(jī)之間的連接件以及熱交換器與通至和來自利用和加熱網(wǎng)絡(luò)的入口和出口之間的連接件)可以被限制在一個(gè)殼體內(nèi)，形成一唯一的、密閉且隔離的功能性裝置組。
有利的是，該密閉的殼體可包括一接納壓縮機(jī)組件和至熱交換器的管連接件的支承基底、以及一覆蓋它們的機(jī)罩，該支承基底和機(jī)罩例如通過焊接(如果它們都用金屬制成的話)而永久地結(jié)合在一起。殼體內(nèi)部的殘余自由空間可用一種隔熱材料來填充，然后，給支承基底裝備一合適的閉塞孔，以引入該隔熱材料。
可以對(duì)殼體的內(nèi)部大氣施加真空，或者可對(duì)其充注一合適的、干燥的、隔熱氣體，然后，給支承基底裝備一合適的閉塞孔，該孔通向該內(nèi)部大氣，以施加真空或引入氣體。
較佳的是，利用回路和加熱回路的入口和出口、以及閉塞孔都聚集設(shè)置在支承基底上。
附圖
簡(jiǎn)述我們現(xiàn)將參照所附的唯一3D示意圖，描述一個(gè)根據(jù)在下面的、本發(fā)明所教授內(nèi)容而建立的水回路熱泵核心部分的例子，該附圖表示了該熱泵核心部分的構(gòu)成部分。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，標(biāo)號(hào)10示出壓縮機(jī)組件，它是充注有氣體的閉合回路的一裝置組，包括一壓縮機(jī)11、一汽化器、一冷凝器13以及一擴(kuò)張器14。壓縮機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)例如是一電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)由來自殼體外部、并連接至公用電網(wǎng)的一線路來供電。
一第一熱交換器20在其主側(cè)上通過兩連接件21和22聯(lián)接至壓縮機(jī)組件10的汽化器12。它在其副側(cè)上連接至入口23和出口24，以再連接至一利用回路；由管子25、26來實(shí)現(xiàn)至開口23、24的連接。
一第二熱交換器30在其主側(cè)上通過兩連接件31和32聯(lián)接至壓縮機(jī)組件10的冷凝器13。它在其副側(cè)上連接至來自加熱回路的入口33和通至加熱回路的出口34；由管子35、36來實(shí)現(xiàn)至開口33、34的連接。
熱交換器20和30最好是不銹鋼的焊接鏈接式多管狀(cabled multi-tubular)熱交換器，其尺寸根據(jù)壓縮機(jī)的額定功率來設(shè)計(jì)，以使它們能保證通向加熱回路和來自利用回路的最優(yōu)熱交換。
以一種作為本發(fā)明的特征的方式，壓縮機(jī)10與熱交換器20和30之間的連接件21、22、31、32、以及熱交換器20和30與通向和來自利用回路和加熱回路的入口23、22和出口24、34之間的連接件25、26、35、36借助于焊接的不銹鋼管來確保。這些管子的直徑是優(yōu)選的，以使該連接件不會(huì)擾動(dòng)流體(在回路中循環(huán)的氣體或者液體)的移動(dòng)，且其長度和幾何形狀設(shè)計(jì)成以可能的最短方式來實(shí)現(xiàn)該連接。
此外，由于焊接連接件出色的機(jī)械強(qiáng)度，諸熱交換器可僅由管子21、22、25、26(或31、32、35、36(在另一側(cè)上))來支承，這些管子將它們保持在位，而無需附接在框架上的、可能會(huì)產(chǎn)生熱橋的任何類型的固定裝置。
呈螺旋或多圈螺旋形式的一小直徑管16(也可是不銹鋼制成的)使壓縮機(jī)能充注其氣體，并允許對(duì)這樣的充注加以控制。在殼體外部，可能由一旁通來延長該不銹鋼管，以可通過制冷技術(shù)所常用的方法來連接至貯氣罐。
剛才所述的水回路熱泵核心部分的構(gòu)成零件聚集設(shè)置在一殼體40內(nèi)，該殼體自身由兩個(gè)部分構(gòu)成一支承基底41和一機(jī)罩42。有利的是，所有有用的入口和出口以及所有至熱泵核心部分的零件的通路聚集設(shè)置在支承基底41上，特別是通向和來自利用回路和加熱回路的入口23、33以及出口24、34。在支承基座41上還設(shè)有用于對(duì)壓縮機(jī)11的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行饋電的叉接線路43，允許在機(jī)罩42關(guān)閉時(shí)與殼體的內(nèi)部自由空間相通的一閉塞孔，以及一用于引入或控制壓縮機(jī)的氣體的管道16的交叉接口45。
這樣，由于機(jī)罩42僅由單個(gè)零件、例如金屬薄板構(gòu)成，就能方便地關(guān)緊它，而不需要任何交叉接口。它可密封地緊閉到支承基底41上，以圍繞熱泵核心部分形成一密閉的殼體。當(dāng)機(jī)罩和支承基底都用金屬制成時(shí)，該密封甚至能有利地通過將這兩個(gè)零件焊接在一起、從而形成一不可分開的功能單元來實(shí)現(xiàn)。也可以考慮使用其它永久密封的方式，例如當(dāng)機(jī)罩和/或支承基座不可金屬焊接時(shí)則通過膠合來永久密封。
有利的是，在密封殼體之后，通過孔44引入一填充殼體所有內(nèi)部自由空間的隔熱材料，例如為合適的粉末或發(fā)泡材料，這樣的隔熱材料將使附加的熱交換最少，從而提高設(shè)備的性能。此外，這樣的填充減小了從壓縮機(jī)傳至外部的機(jī)械和聲音的振動(dòng)。
在填充之后，可對(duì)密閉的殼體施加真空，或者可以對(duì)其充注一絕熱性比空氣好的干燥氣體，例如氬氣或六氟化硫。
最后，由于到達(dá)利用和加熱循環(huán)最高點(diǎn)的管子26和36是直的、不彎曲的，就可以滑動(dòng)由一管子48支承的一自動(dòng)放泄開關(guān)46構(gòu)成的內(nèi)部放泄開關(guān)，所述管子48在其位于殼體40外部的下部帶有一在接頭上的孔50，所述接頭螺紋連接或者以其它方式緊密地附接在管子26或36外部的開口上。如果需要的話，這些從外部放置(如圖上所示)的放泄開關(guān)在以后可以方便地進(jìn)行更換。
權(quán)利要求
1.一種水回路熱泵，該熱泵包括--一壓縮機(jī)組件(10)，它包括帶有一壓縮機(jī)(11)、一冷凝器(12)、一擴(kuò)張器(14)和一汽化器(12)的冷卻氣體閉合回路，--來自和通向一利用回路的一入口(23)和一出口(24)，--來自和通向一加熱回路的一入口(33)和一出口(34)，--一第一熱交換器(20)，它在其主側(cè)上聯(lián)接至壓縮機(jī)組件的汽化器，并在其副側(cè)上聯(lián)接至利用回路的入口和出口；以及，--一第二熱交換器，它在其主側(cè)上聯(lián)接至壓縮機(jī)組件的冷凝器，并在其副側(cè)上聯(lián)接至加熱回路的入口和出口，其特征在于，熱交換器與壓縮機(jī)組件之間的連接件(21，22，31，32)、和/或熱交換器與利用和加熱回路的入口和出口之間的連接件(25、26、35、36)是用焊接的不銹鋼管制成的非釬焊連接件。
2.如權(quán)利要求1所述的熱泵，其特征在于，不銹鋼管通過環(huán)形軌道TIG焊接來焊接。
3.如權(quán)利要求1所述的熱泵，其特征在于，熱交換器(20，30)是不銹鋼的多支管狀同軸熱交換器。
4.如權(quán)利要求1所述的熱泵，其特征在于，壓縮機(jī)組件、熱交換器、熱交換器與壓縮機(jī)之間的連接件以及熱交換器與通至和來自利用和加熱回路的入口和出口之間的連接件封閉在一個(gè)密閉的容納殼體(40)內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的熱泵，其特征在于，熱交換器基本沒有將它們附接至支承框架的支承架。
6.如權(quán)利要求1所述的熱泵，其特征在于，容納殼體(40)包括一支承壓縮機(jī)組件和至熱交換器的的支承基底(41)、以及一安裝到所述基底上的機(jī)罩(42)。
7.如權(quán)利要求6所述的熱泵，其特征在于，支承基底(41)和機(jī)罩(42)以永久的方式附接在一起。
8.如權(quán)利要求6所述的熱泵，其特征在于，用一種隔熱材料填充容納殼體內(nèi)部的殘余自由空間，并且支承基底(41)設(shè)有一閉塞孔(44)，用以引入所述隔熱材料。
9.如權(quán)利要求6所述的熱泵，其特征在于，對(duì)容納殼體的內(nèi)部大氣施加真空，并且支承基底(41)設(shè)有一與所述大氣連通的閉塞孔(44)，用以施加所述真空。
10.如權(quán)利要求6所述的熱泵，其特征在于，對(duì)容納殼體的內(nèi)部大氣充注干燥的隔熱氣體，并且支承基底(41)設(shè)有一與所述大氣連通的閉塞孔(44)，用以引入所述真空。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的熱泵，其特征在于，利用回路的入口和出口(23，24)以及加熱回路的入口和出口(24、34)、以及所述閉塞孔(44)都聚集設(shè)置在所述支承基底上。
全文摘要
整個(gè)裝置組包括一壓縮機(jī)組件(10)、來自和通向一利用回路的一入口(23)和一出口(24)、來自和通向一加熱回路的一入口(33)和一出口(34)，以及連接至壓縮機(jī)組件以及諸入口和出口的兩個(gè)熱交換器(20，30)。熱交換器與壓縮機(jī)組件之間的連接件(21，22，31，32)、和/或來自和通向利用和加熱回路的入口和出口不是釬焊的、而是用焊接的不銹鋼管制成的，特別是通過環(huán)形軌道TIG焊接的。該整個(gè)裝置組封閉在一密閉殼體(40)中，所述殼體包括密封在一起的一支承基底(41)和一機(jī)罩(42)。
文檔編號(hào)F25B30/02GK1712866SQ200410061879
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者喬治·弗維埃 申請(qǐng)人:喬治·弗維埃, 米歇爾·奧爾, 菲利浦·菲薩爾