通过压力流体穿过多个管体的流动产生热的装置和使用该装置的热力系统转让专利

申请号 : CN200780053663.8

文献号 : CN101688694A

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发明人 : G·J·卡斯特兰

申请人 : IB.NTEC公司

摘要 :

本发明的目标是用于装备封闭循环热力系统的次要产热装置(5),该热力系统包括通过流体压缩产生热的主要产热部件(1)和热交换器(2),它们通过流体输送管道(3)互相连接。装置(5)主要由多个位于输入室(11)和输出室(13)之间的初级管道(8、9)构成,输入和输出室(11、13)的每一个分别包括主截面相同的同轴输入管(10)和输出管(12),并且主截面相当于初级管道(8、9)的累加截面。

权利要求 :

1.次要产热装置(5),其用于装备一封闭循环的热力系统,该封闭 循环的热力系统与主要产热部件(1)和热交换器(2)相关联,所述主要 产热部件(1)通过压缩流体产生热,它们通过流体输送管道(3)互相连 接,次要产热装置(5)主要由多个插置在输入室(11)和输出室(13) 之间的初级管道(8、9)构成,所述输入室(11)和输出室(13)的每一 个包括相应的输入导道(10)和输出导道(12),所述输入导道(10)和 输出导道(12)的相应的主截面相同,并且相当于所述初级管道(8、9) 的累加截面,该装置的特征在于,所述初级管道包括,所述周边初级管道(8)在 同轴的输入导道(10)和输出导道(12)的共同轴线(A)周围径向地分 开。

2.如权利要求1所述的次要产热装置,其特征在于,所述初级管道另 外包括与所述输入导道(10)和所述输出导道(12)同轴的中间初级导道 (9)。

3.如上述权利要求中任一项所述的次要产热装置,其特征在于,所述 输入室(11)在所述初级管道(8、9)上整体形成所述输入导道(10)的 通出口的喇叭状口(20)。

4.如权利要求3所述的次要产热装置,其特征在于,所述输入室 (11)按一斜度在所述输入导道(10)上形成所述周边初级管道(8)的 通出口的斜面(21),该斜度取向与所述输入导道(10)的通出口的喇叭 状口(20)的斜度取向相反。

5.如上述权利要求中任一项所述的次要产热装置,其特征在于,所述 输出室(13)整体构造成具有文丘里效应的装置。

6.如权利要求5所述的次要产热装置,其特征在于,所述输出室 (13)在所述初级管道(8、9)上形成所述输出导道(12)的通出口的喇 叭状口(22)。

7.如权利要求6所述的次要产热装置,其特征在于,所述输出室 (12)按一斜度在输出导道(12)上形成所述周边初级管道(8)的通出 口的斜面(23),该斜度取向类似于所述输出导道(12)通出口的喇叭状 口(22)的斜度取向。

8.如上述权利要求中任一项所述的次要产热装置,其特征在于,所述 的次要产热装置无区别地是整体件,并且/或者由互相组装的多个零件组 成。

9.如上述权利要求中任一项所述的次要产热装置,其特征在于,所述 的次要产热装置包括一双部体(6、7),相应为输入部体(6)和输出部 体(7),在所述输入部体(6)内设置有被所述输入室(11)延长的输入 导道(10),相应地,在输出部体(7)内设置有被输出室(13)延长的 输出导道(12),所述输入部体和输出部体(6、7)通过初级管道(8、 9)互相连接,并且配设有组装在输送压力流体的管道(3)的相应通出口 上的组装部件。

10.如权利要求9所述的次要产热装置,其特征在于,所述组装部件 无区别地是可逆的和/或不可逆的组装部件,并且包括热绝缘连接构件 (14),所述热绝缘连接构件(14)用于插置在部体(6、7)与相应的输 送管道(3)的通出口之间。

11.封闭循环热力系统,其与主要产热部件(1)和热交换器(2)相 关联,所述主要产热部件(1)通过压缩流体产生热,所述主要产热部件 (1)和热交换器(2)通过输送压力流体的输送管道(3)互相连接,其特征在于,所述封闭循环热力系统包括至少一个如上述权利要求中 任一项所述的次要产热装置(5),该次要产热装置(5)按在流体流动方 向上插置在所述主要产热部件(1)与所述热交换器(2)之间的方式位于 所述输送管道(3)上。

说明书 :

技术领域

[01]本发明属于热力领域,更特别是从利用压力流体产生热的设备领 域。发明的目标是产生热的装置,其用于通过压力流体穿过该装置流动的 方式产生热。

背景技术

[02]在热力领域,已经知道结合通过压缩第一流体特别是气体产生热 的部件和利用产生的热的部件的系统,产生热的部件使用压缩机,利用产 生的热的部件在保持压力的第一流体与第二流体之间使用热交换器。该系 统更特别包括用于使第一流体处于高压例如压力约为30bars的压缩机、 在压缩机与交换器之间以及交换器与压缩机之间输送第一压缩流体的管 道。特别是该系统的结构为第一压力流体在其中流动的封闭线路,该封闭 线路包括压缩机和交换器,它们通过所述管道互相连接。将了解到,该管 道包括在流体流动方向位于压缩机与交换器之间的引入管和还是在流体流 动方向位于交换器与压缩机之间的返回管。第一流体在压缩机通出口的一 般温度取决于它的性质和承受的压力。例如该系统可以处于使用热泵的冷 冻机组或地热机组的下游。

发明内容

[03]本发明的目的是提出用于装备热力系统的装置,该热力系统与一 通过流体压缩产生热的主要产热部件和一热交换器结合,主要产热部件与 热交换器通过流体输送管道互相连接。特别是,本发明的装置特别地是次 要产热装置,用于提高按流体在系统内的流动方向位于交换器下游的压缩 流体的温度。更特别的是,本发明的装置旨在增加第一流体在压缩机的出 口和交换器下游释放的热,而基本不改变系统主要部分内的流体的记录 (consigne)压力,该记录压力相当于在压缩机的作用下得到的压力。
[04]本发明的创新之处整体上在于,至少部分地将按流体流动方向位 于压缩机与交换器之间的流体输送管道组织成多个初级(élémentaire)管 道。为了避免明显改变在系统内流动的流体的输送压力和/或流量,一方 面管道主截面在压缩机的出口与交换器的出口处相同,另一方面初级管道 的截面总和非常接近所述主截面。
[05]出人意料的是,与次级管道的入口与出口相比较,输送管道的这 种结构导致流体热量不可忽视地增加。根据在系统内流动的流体性质和压 力,通过测量证明,这种增加可以达到比压缩机的出口的初始温度增加 50%。例如,流体为压力保持在约30bars的氟里昂,流体在初级管道入 口的温度约为100℃,而在初级管道的出口的温度约为150℃。
[06]因此提出一需要克服的附加困难,该困难在于将流体压力保持在 记录压力,而无论主截面管与多个初级截面管道之间的输送管道的几何结 构如何,反过来也是一样。更特别的是,需要避免由于流体穿过次级管道 而使流体压力比在系统其它部体中流动的输送压力改变的结果。这种压力 改变可能导致在管道主截面与它的初级截面之间或相反的经过区域中形成 梗阻和/或膨胀室。为此,本发明其次提出组织这些通过区的结构,避免 可能出现流体压力改变的结果。
[07]首先,在从与主管道相关的主截面的输入导道到多个初级截面的 初级管道的通入区构造成一进入室。该进入室一方面设置为输入导道的主 截面逐渐增加--特别是从其朝向初级管道的通出口的喇叭状口开始,另 一方面,设置初级管道的朝向输入导道通出口的通出口反向斜面。优选 地,就并列的初级管道的相应通出口整体而言,总体地考虑该反向斜面的 斜度。但是,根据另一实施变型,初级管道的通出口的斜面被个性化,而 且对每个初级管道而言按与相应的输入导道的通出口的喇叭状口相反的斜 度被个性化。这些初级管道的并列由一些周边初级管道并列构成,这些周 边初级管道围绕输入导道的轴线径向分开。周边初级管道的并列优选通过 增加一与输入导道同轴的中间初级管道完成。在这种情况下,且更特别 地,输入导道的通出口的喇叭状口约为45°至75°,并且总体而言布置 在周边初级管道的所有通出口上,必要时还布置在中间初级管的通出口 上。周边初级管道的反向斜面斜度——优选就总角度而言相对于输入导道 的轴线被总体考虑——为在90°-160°之间范围的数量级。对输入导道 的通出口的喇叭状口的适当显值为60°,并且对与圆周初级管道的反向 斜面斜度相对应的角度为120°。
[08]第二方面,初级管线的朝向为主要截面的输出导道的通出区构造 成输出室,所述输出室整体布置成文丘里效应的装置。更特别的是,朝向 输出导道的通出口的周边初级管道通出口按一斜度倾斜,该斜度按与输出 导道的通出口具有的喇叭状口的斜度相似的一方向取向。优选地,圆周 初级管道的通出口的斜面斜度就所有圆周初级管道的通出口而言被整体考 虑。但是,根据另一实施变型,周边初级管道的通出口的斜面被个性化, 而且对每个初级管道而言按一斜度设置,该斜度按与输出导道的相应通出 口的喇叭状口的斜度相似的方向取向。更特别的是,输出导道的通出口的 喇叭状口大约在30°至50°之间,并且总体而言设置在周边初级管道的 所有通出口上,甚至必要时还设置在中间初级管道上。周边初级管道的斜 面斜度——优选地相对于输出导道的轴线就一总角度而言被整体考虑—— 约为在180°-270°之间。对输出导道的通出口的喇叭状口而言,角度的 适当量值为40°,对与周边初级管道的斜面斜度的对应的角度而言为240 °。
[09]总体上,本发明的装置是次要产热装置,用于装备封闭循环热力 系统,该封闭系统与一通过流体压缩产生热的主要产热部件与一热交换器 相关联。产热部件和交换器通过输送压力流体的管道互相连接。
[10]根据本发明,该装置的突出之处在于主要由多个位于输入室与输 出室之间的初级管道构成。每个室包括相应的输入导道和输出导道,这些 导道同轴,并且相应的主截面相同,并且等于初级管道的累加截面。
[11]初级管道优选并排设置,并且互相之间设有间距。这些初级管道 包括一些圆周初级管道,它们围绕输出导道和输入导道的共同轴线径向分 开,甚至还包括一与输入导道和输出导道同轴的中间初级导道。
[12]输入室更特别在初级管道上整体形成所述输入导道通出口的喇叭 状口。另外,输入室更特别在输入导道上按一斜度形成周边初级管道的通 出口的斜面,该斜度的取向与输入导道的通出口的喇叭状口的斜度相反。 如前文指出,初级管道的通出口的斜面要么可以就每个初级管道而言被个 性化,特别地,按它们自己相对输入导道轴线的位置具有各自的斜度,要 么所述斜面对圆周初级管道的所有通出口而言被整体化。例如,在后一种 情况下,输入室形成一第二喇叭状口,圆周初级管道通向该喇叭状口,该 第二喇叭状口具有的斜度取向与输入导道的通出口的喇叭状口的斜度相 反。
[13]优选地,输出室整体设置为文丘里效应装置。更特别的是,输出 室在初级管道上总体形成输出导道的通出口的喇叭状口。另外,输出室更 特别地在输出导道上按一斜度形成圆周初级管道的通出口的斜面,该斜度 的取向与输出导道的通出口的喇叭状口的斜度取向相似。如前文指出,初 级管道的通出口的斜度可以要么对每个初级管道而言被个性化,特别地, 按它们自己相对输入导道轴线的位置具有各自的斜度,要么对初级管道的 所有通出口而言被整体化。例如,在后一种情况下,输出室形成第二喇叭 状口,圆周初级管道通向该第二喇叭状口,该第二喇叭状口具有的斜度取 向类似于输出导道的通出口的喇叭状口的斜度。
[14]该装置无区别地是整体件,和/或由以可逆方式互相组装的零件 组成。这样的零件可以通过旋拧互相组装,或者通过嵌装和/或拼装的组 装部件组装。在零件之间单块连接(liaison monobloc)的情况下,可以 通过粘接、焊接或其它类似技术实现连接。
[15]根据本发明一实施例,该装置包括一双输入部体和输出部体。所 述被输入室延长的输入导道设在输入部体内。所述被输出室延长的输出导 道设在输出部体内。例如可以通过机加工或模制或类似技术实现这些部体 的内部设置。输入部体和输出部体通过初级管道互相连接。初级管道由 通过材料拉伸或类似技术形成的管体形成。至少导道——否则还有部体— —的构成材料为一种热系数高的金属,如铜和/或黄铜。所述部体配设有 组装在输送压力流体的管道的相应通出口上的组装部件。这些部件无区别 地是可逆的组装部件——如通过旋拧或类似技术而可逆的组装部件,和/ 或不可逆组装部件,如通过粘接、焊接,或类似技术而不可逆的组装部 件。优选地,组装部件包括热绝缘连接构件,用于插置在输入部体、输出 部体与相应的输送管道的通出口之间。
[16]优选地,初级管道共同被一热绝缘套体包裹,该绝缘套体作为来 自初级管的热辐射的障碍,一方面用于保证装置对外界的安全,另一方面 避免热不适宜地散失,并有利于初级管道与流体之间的热交换。
[17]本发明的目标还在于一封闭循环热力系统,该系统与一通过流体 压缩生产热的主要产热部件和一热交换器相关联,它们通过输送压力流体 的管道互相连接。根据本发明,该热力系统的主要突出之处在于,该系统 包括至少一上文描述的次要产热装置。更特别的是,该装置按流体流动方 向插置在主要产热部件与交换器之间的方式位于所述输送管道上。

附图说明

[18]通过下面参照附图对一优选实施例的描述,可以更好地理解本发 明和有关细节,附图如下:
[19]图1是表示装配有本发明装置的热力系统的示意图;
[20]图2是表示本发明一优选实施例的装置的轴向剖面示意图;
[21]图3是表示图2所示装置包括的输入室的细节;
[22]图4是表示图2所示装置包括的输出室的细节。

具体实施方式

[23]图1中,热力系统主要包括主要的产热部件1和热交换器2。一 封闭主管线在主要的产热部件1与热交换器2之间高压输送第一载热流 体,如氟里昂或类似流体,主要部件1与热交换器2之间通过第一流体的 输送管道3互相连接。第一流体穿过交换器2流动,以加热第二流体,第 二流体例如被设计用于一加热设施。产热部件1使用压缩机4或热泵类型 的类似设备,用于把第一流体压缩到高压,如约30bars。
[24]为了增加第一流体的产热量,本发明的装置5位于输送管道3 上,在流体流动方向位于压缩机4与交换器2之间。装置5是次要产热装 置,用于增加第一流体穿过该装置时的热量。
[25]图2中,本发明的装置5主要包括两个部体6、7,用于连接在输 送管道3的相应的通出口上。这些部体相对流体流动方向相应为输入部体 6和输出部体7,它们通过初级管道8、9互相连接,初级管道8、9的累 加截面大约为输送管道3的主截面的数量级。在部体6、7内,对输入部 体6设有输入导道10和输入室11,对输出部体7设有输出导道12和输 出室13。输入导道10和输出导道12同轴,并且各自的截面大约为输送 管道3的主截面的数量级。输入部体6和输出部体7设有组装部件,所述 组装部件分别地组装到输送管道3的相应通出口,所述组装部件包括热绝 缘的连接构件14。这些连接构件14由热绝缘材料如酚醛树脂或类似材料 制成的中间环构成。这些组装部件优选是可逆的组装部件,以便可以把装 置5安装在预先存在的热力系统上。
[26]初级管道8、9有多个。周边初级管道8径向分布在输入导道6 和输出导道7的总轴线A周围。周边初级管道8在数量上根据要分为与 初级管道8、9相关的多个初级截面的输送管道3的主截面、装置5的占 位体积和它的效率之间的折中进行选择。这种折衷导致周边初级管道8的 数量为三个到十二个,该数量理想上应约为八个。优选地,初级管道还包 括一中间初级管道9,该中间初级管道9与输入导道10和输出导道12同 轴。
[27]热绝缘套体15至少包裹初级管道8、9,并接合在输入部体6和 输出部体7上。可以通过使套体15套在部体6、7上使这样的绝缘套体 15就位,套体15在部体6、7上优选是固定的,而不区分是永久性的和/ 或可拆卸的,以便许可在需要时接近初级管道8、9以及输入部体6和输 出部体7。
[28]输入部体6和输出部体7的每一个由至少两个互相组装的初级部 体16、17和18、19构成,以便于形成输入室11和输出室13。初级部体 16、17和18、19通过无区别地可逆的固定方式互相组装,如通过旋拧或 类似技术,和/或通过无区别地不可逆固定方式互相组装,如粘接和/或焊 接,或其它类似技术。
[29]初级管道8、9在它们端部通过连接部件相应地连接在输入部体6 和输出部体7上,所述连接方式无区别地是可逆方式——如通过相嵌或类 似技术,和/或是不可逆的方式——上述相嵌可以通过粘接和/或焊接作业 或其它类似技术完成。
[30]在图3中,当流体从输入导道10向初级管道8、9通过时,输入 室11被构造用于限制液压负荷的损失。首先,输入导道10朝向初级管道 8、9的通出口包括角度B1约为60°的第一喇叭状口20。该第一喇叭状 口20特别设置在输入部体6的第一初级部体16中。其次,初级管道—— 更特别的是周边初级管道8——的朝向输入导道10的通出口具有斜面 21,该斜面21与第一喇叭状口20的斜度的取向相反,所述输入导道10 的通出口包括所述第一喇叭状口20。该斜面21被设置成开始于输入部体 6的第二部体17包括的第二喇叭状口。输入部体6的第一和第二喇叭状 口20、21特别地与输入导道10和输出导道12的共同轴线A同轴。因 此,对于周边初级管道8的通出口,这些通出口的斜面21应整体考虑。 斜面21的斜度--对应于输入部体6包括的第二喇叭状口的斜度--相 对于输入导道的轴线形成约120°的总角度B2。角度B2与角度B1的适 当比例约为2。
[31]图4中,输出室13设置成具有文丘里效应的装置。更特别的 是,且首先是,输出导道12朝向初级管道8、9的通出口包括第一喇叭状 口22,所述第一喇叭状口22具有约为40°的角度B3。该第一喇叭状口 22特别地设置在输出部体7的第一初级部体18内。其次,初级管道且特 别是周边初级管道8的朝向输出导道12的通出口具有斜面23,该斜面23 具有与输出导道12的通出口包括的第一喇叭状口20的斜度取向相同的取 向。该斜面23被设置成开始于输出部体7的第二初级部体19包括的第二 喇叭状口。输出部体7的第一和第二喇叭状口22、23特别地与输入导道 10和输出导道12的共同轴线A同轴。为此,对于周边初级管道8的通出 口,所述通出口的斜面23被整体看待。斜面23的斜度——其对应输出部 体7包括的第二喇叭状口的斜度——相对于输出导道12的轴线A形成约 240°的角度B4。角度B4与角度B3的适当比例约大于6。