專(zhuān)利名稱(chēng)：用于借助于機(jī)械能將低溫的熱能轉(zhuǎn)換為較高溫的熱能以及進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于利用流經(jīng)封閉的熱力的循環(huán)過(guò)程的工作介質(zhì)借助于機(jī)械能將低 溫的熱能轉(zhuǎn)換為較高溫的熱能以及進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換也就是說(shuō)在輸出機(jī)械能的情況下將高溫 的熱能轉(zhuǎn)換為低溫的熱能的方法，其中所述循環(huán)過(guò)程具有以下工作步驟-對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行可逆的絕熱的壓縮；-從工作介質(zhì)上等壓地散熱；-對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行可逆的絕熱的減壓；-向工作介質(zhì)等壓地供熱。此外，本發(fā)明涉及一種用于實(shí)施按本發(fā)明的方法的裝置，該裝置具有壓縮機(jī)、減壓 單元以及分別用于供熱或散熱的換熱器。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)中已知不同的裝置所謂的熱力泵，對(duì)于所述熱力泵來(lái)說(shuō)通常借助于電 動(dòng)機(jī)通過(guò)壓力提升將低溫的工作介質(zhì)加熱到較高的溫度。對(duì)于已知的熱力泵來(lái)說(shuō)，在熱力 的循環(huán)過(guò)程中導(dǎo)送工作介質(zhì)，其中這種熱力的循環(huán)過(guò)程包括在工作介質(zhì)的節(jié)流閥上進(jìn)行的 汽化、壓縮、液化和膨脹；也就是說(shuō)通常工作介質(zhì)的聚集態(tài)會(huì)變化。對(duì)于已知的熱力泵來(lái)說(shuō)通常使用冷凍劑R134a或者一種其中由R134a制成的混合 物，所述冷凍劑雖然不具有破壞臭氧的作用，但是具有比等量的CO2高1300倍的形成溫室 的效應(yīng)。這樣的基本上根據(jù)卡諾(Carnot)-過(guò)程來(lái)實(shí)施的方法具有大約5. 5的理論上的功 率因數(shù)或者COP (Coefficient of Performance)也就是說(shuō)釋放的熱量與所使用的熱能之間 的比例(在將工作介質(zhì)從0“喘振”到35°C時(shí))。但是實(shí)際上以往在最佳情況下實(shí)現(xiàn)4. 9的 功率因數(shù)；通常今天很好的熱力泵達(dá)到大約4. 7的功率因數(shù)。從WO 1998/30846 Al中公開(kāi)了一種裝置，該裝置可以用作冷凍機(jī)或者用作馬達(dá)， 其中這里將空氣用作工作介質(zhì)并且該工作介質(zhì)從周?chē)h(huán)境中吸入并且在壓縮或者減壓之 后又排放給周?chē)h(huán)境。對(duì)于這樣公開(kāi)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不利的是，在工作介質(zhì)進(jìn)入機(jī)器中時(shí)形成 旋轉(zhuǎn)脈沖并且在工作介質(zhì)從機(jī)器中排出時(shí)減少旋轉(zhuǎn)脈沖，從而出現(xiàn)巨大的摩擦損失。從DE 27 29 134 Al中公開(kāi)了一種具有一個(gè)構(gòu)造為空心結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的裝置，其中 這里設(shè)置了導(dǎo)向通道或?qū)蛉~片，所述導(dǎo)向通道布置在旋轉(zhuǎn)體的外面的圓周上并且因此在 導(dǎo)向通道與工作介質(zhì)之間出現(xiàn)很高的相對(duì)速度。通過(guò)這樣的導(dǎo)向葉片同樣出現(xiàn)很高的流動(dòng) 能量損失，這導(dǎo)致功率因數(shù)比較低。從FR 2 749 070 Al中僅僅公開(kāi)了一種其它類(lèi)型的熱力泵，該熱力泵具有一臺(tái)傳 統(tǒng)的渦輪壓縮機(jī)或者具有一個(gè)鋸齒形的壓出器。此外，從GB 1 217 882 A中公開(kāi)了一種熱力的裝置，該裝置雖然原則上利用離心 力，但是其中這里也設(shè)置了一個(gè)節(jié)流位置，因而出現(xiàn)巨大的摩擦損失。另一方面在現(xiàn)有技術(shù)中也已知大量的方法，在這些方法中將來(lái)自地?zé)岬囊后w和地?zé)岬恼羝臒崃哭D(zhuǎn)換為電能。在所謂的卡林那(KALINA)過(guò)程中，熱量從水釋放給氨水混合 物，從而在溫度低得多時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。這樣的卡林那(KALINA) 過(guò)程比如在US 4 489 563中得到說(shuō)明。對(duì)于極為不同的換熱方法來(lái)說(shuō)，在理論上可以得到很高的功率因數(shù)，但是在傳統(tǒng) 的壓縮機(jī)和減壓?jiǎn)卧泄ぷ鹘橘|(zhì)在氣態(tài)的范圍中被壓縮或者得說(shuō)減壓，通常這樣的壓縮機(jī) 和減壓?jiǎn)卧男时容^差
發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的任務(wù)是，在借助于機(jī)械能將低溫的熱能轉(zhuǎn)換為較高溫的熱能或者 反向轉(zhuǎn)換時(shí)提高效率或功率因數(shù)。按本發(fā)明這通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在壓縮或減壓過(guò)程中工作介質(zhì)的壓力提高或 壓力降低通過(guò)作用于所述工作介質(zhì)的離心力的提高或降低來(lái)進(jìn)行，從而在壓縮或減壓過(guò)程 中基本上保持所述工作介質(zhì)的流動(dòng)能量。通過(guò)工作介質(zhì)的離心加速的利用及其流動(dòng)能量的 保持，相對(duì)于傳統(tǒng)的壓縮機(jī)獲得明顯更高的效率，在傳統(tǒng)的壓縮機(jī)上將工作介質(zhì)的很高的 速度在壓縮機(jī)的圓周上轉(zhuǎn)換為壓力并且就這樣獲得很差的效率。同樣在減壓過(guò)程中通過(guò)離 心力的降低來(lái)降低工作介質(zhì)的壓力時(shí)也在減壓方面提高了效率。由此大大提高整個(gè)方法的 功率因數(shù)或效率。此外為提高效率，有利的是，工作介質(zhì)在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中為氣態(tài)，因?yàn)樵跉鈶B(tài)的工 作介質(zhì)膨脹時(shí)可以回收在能量方面有意義的功，這種功對(duì)于液態(tài)的介質(zhì)來(lái)說(shuō)在能量方面不 重要。此外，對(duì)效率的影響在氣態(tài)的范圍中大于在2相范圍中。關(guān)于借助于離心加速進(jìn)行很高程度的壓縮方面，有利的是，使用在壓力恒定(cp) 時(shí)具有很低的比熱容或具有很高的密度的氣體。因此，優(yōu)選作為工作介質(zhì)使用惰性氣體、尤 其氪氣、氙氣、氬氣或者氡氣或者這些氣體的混合物。此外事實(shí)表明，有利的是，封閉的循環(huán) 過(guò)程中的壓力至少超過(guò)50bar尤其超過(guò)70bar優(yōu)選為基本lOObar，也就是說(shuō)在整個(gè)方法過(guò) 程中壓力比較高。由于比較的壓力，可以將換熱器中的壓力損失保持在微小的程度上，因?yàn)?傳熱效率在流動(dòng)速度比較低時(shí)是比較高的。如果在氣態(tài)的工作介質(zhì)的臨界點(diǎn)的附近實(shí)施所述循環(huán)過(guò)程，那就進(jìn)一步改進(jìn)整體 效率或提高功率因數(shù)，其中在壓力或溫度不同時(shí)所述臨界點(diǎn)就依賴(lài)于所使用的工作介質(zhì)而 存在。使總體功率因數(shù)或者或整體效率最大化，方法是在熵范圍內(nèi)實(shí)施減壓，該熵范圍盡可 能與相應(yīng)的臨界點(diǎn)的熵相同。此外，有利的是，下減壓溫度盡可能勉強(qiáng)高于所述臨界點(diǎn)。所 述臨界點(diǎn)可以通過(guò)氣體混合物與所期望的過(guò)程溫度相匹配。在此以在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單且有效的方式對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行冷卻或加熱，如果為了進(jìn)行散 熱并且進(jìn)行供熱而使用具有等熵指數(shù)Kappa 1的換熱介質(zhì)，也就是說(shuō)使用這樣的介質(zhì)尤 其一種液態(tài)的換熱介質(zhì)，對(duì)于這些介質(zhì)來(lái)說(shuō)在提高壓力時(shí)溫度基本上保持恒定。對(duì)于用于實(shí)施所述按本發(fā)明的方法的裝置來(lái)說(shuō)，壓縮機(jī)或減壓?jiǎn)卧獩](méi)有導(dǎo)輪并且 如此構(gòu)成，從而通過(guò)作用于工作介質(zhì)的離心力的提高或降低來(lái)提高或降低工作介質(zhì)的壓 力。由此如前面結(jié)合所述按本發(fā)明的方法已經(jīng)說(shuō)明的一樣，在工作介質(zhì)的壓縮和減壓方面 明顯地提高效率并且由此相對(duì)于已知的裝置明顯地提高所述按本發(fā)明的裝置的功率因數(shù) 或效率。
關(guān)于所述換熱器的一種結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案，有利的是，所述換熱器相應(yīng)地具有至少一個(gè)被液態(tài)的傳熱介質(zhì)從中流過(guò)的管子。關(guān)于從壓縮機(jī)到減壓?jiǎn)卧谋M可能無(wú)摩擦的過(guò)渡也就是說(shuō)為了保持工作介質(zhì)的 流動(dòng)能量，有利的是，所述減壓?jiǎn)卧ㄟ^(guò)換熱器直接連接到壓縮機(jī)上。關(guān)于所述裝置的在結(jié) 構(gòu)上簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案，有利的是，所述壓縮機(jī)和減壓?jiǎn)卧墓ぷ鬏喼С性谝粋€(gè)共同的旋轉(zhuǎn) 軸上?？梢砸越Y(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單的方式通過(guò)離心加速來(lái)提高工作介質(zhì)的壓力，如果設(shè)置了與所 述壓縮機(jī)和減壓?jiǎn)卧墓ぷ鬏喴煌D(zhuǎn)的外殼。為了有效地對(duì)被壓縮的工作介質(zhì)進(jìn)行冷卻，有利的是，在所述外殼中容納了一同 旋轉(zhuǎn)的換熱器。有利的是，所述一同旋轉(zhuǎn)的換熱器在圓周側(cè)上布置在外面。但是同樣可以取代與工作輪一同旋轉(zhuǎn)的外殼來(lái)設(shè)想，所述工作輪被靜止的外殼所 包圍。由此可以減少結(jié)構(gòu)上的開(kāi)銷(xiāo)。但是為了在所述換熱器的與所述靜止的外殼相連接的 管子上避免工作介質(zhì)的摩擦損失，有利的是，在所述外殼中部分地容納著所述換熱器的管 子，其中所述靜止的外殼的表面構(gòu)造為盡可能光滑的結(jié)構(gòu)，所述工作介質(zhì)與所述靜止的外 殼的表面相接觸。為了避免外面的旋轉(zhuǎn)的部件，有利的是，設(shè)置了將所述壓縮機(jī)和減壓?jiǎn)卧鼑?不可扭轉(zhuǎn)地布置的外殼。為了有效地向工作介質(zhì)供熱，有利的是，這兩個(gè)換熱器被容納在所述外殼中。如果設(shè)置了至少一個(gè)在回路中對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)引的以能夠旋轉(zhuǎn)的方式得到支 承的管道系統(tǒng)，那就獲得一種具有較小的總重的裝置，因?yàn)閷?duì)所述工作介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)引的管 子的壁厚可以構(gòu)造得小于容納著所述工作介質(zhì)的外殼的壁厚。關(guān)于借助于離心力對(duì)管道系統(tǒng)中的工作介質(zhì)進(jìn)行壓縮這個(gè)方面，有利的是，所述 管道系統(tǒng)具有線(xiàn)性的沿徑向方向延伸的壓縮管。為了可靠地在管道系統(tǒng)中在回路中對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)引，有利的是，所述管道系 統(tǒng)具有逆著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向彎曲的減壓管。在此，所述減壓管可以為了一種結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單 的設(shè)計(jì)方案在橫截面中圓弧狀地彎曲。作為替代方案，也可以這樣安排，即所述減壓管在橫 截面中具有彎曲部，該彎曲部則具有朝旋轉(zhuǎn)中心恒定地減小的半徑。由此可以減少管道系 統(tǒng)中可能的渦流。如果在所述管道系統(tǒng)中容納著相對(duì)于該管道系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的葉輪，那么同樣可靠地保 證工作介質(zhì)在管道系統(tǒng)中的流動(dòng)。在這種情況下，所述構(gòu)造為壓縮機(jī)、減壓渦輪機(jī)或者導(dǎo)輪 的葉輪不可扭轉(zhuǎn)地來(lái)布置，其中由于不可扭轉(zhuǎn)的布置結(jié)構(gòu)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的管道系統(tǒng)產(chǎn)生相對(duì) 運(yùn)動(dòng)。同樣可以設(shè)想，比如為所述葉輪配設(shè)用于產(chǎn)生或者用于利用相對(duì)于管道系統(tǒng)的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)通過(guò)所述葉輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將所產(chǎn)生的軸端功率轉(zhuǎn)換為電 能。關(guān)于簡(jiǎn)單而有效的供熱或散熱，有利的是，所述管道系統(tǒng)的軸向伸展的區(qū)段被所 述換熱器的同軸布置的管子所包圍。為了將來(lái)自壓縮過(guò)程的必需的能量與來(lái)自減壓過(guò)程的所回收的能量之間的能量 差在作為熱力泵運(yùn)行時(shí)輸送給所述裝置，有利的是，電動(dòng)機(jī)與所述旋轉(zhuǎn)軸或者管道系統(tǒng)相 連接。
為了將從不同的溫度水平中提取的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，也就是說(shuō)如果將所述裝置 用作熱力機(jī)，那么有利的是，發(fā)電機(jī)與所述旋轉(zhuǎn)軸相連接。


下面還要借助于在附圖中示出的優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋?zhuān)景l(fā)明 不應(yīng)該局限于所述實(shí)施例。當(dāng)然也可以實(shí)現(xiàn)所示出的實(shí)施例的組合。詳細(xì)附圖如下圖1是在作為熱力泵運(yùn)行時(shí)所述按本發(fā)明的裝置或者所述按本發(fā)明的方法的過(guò) 程方框圖的示意圖；圖2是具有一同旋轉(zhuǎn)的外殼的按本發(fā)明的裝置的剖視圖；圖3是具有靜止的外殼的按本發(fā)明的裝置的剖視圖；圖4是類(lèi)似于圖3的具有容納在內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)的剖視圖；圖5是一種另外的具有管道的實(shí)施例的剖視圖，在所述管道中導(dǎo)送著工作介質(zhì)；圖6是按圖5中的線(xiàn)條VI-VI的剖面；圖7是按圖5中的線(xiàn)條VII-VII的剖面；圖8是一種另外的具有容納著工作介質(zhì)的管道系統(tǒng)的實(shí)施例的剖視圖；圖9是按圖8的裝置的透視圖；圖10是類(lèi)似于圖5的但是具有一臺(tái)靜止的渦輪機(jī)的裝置的剖視圖；并且圖11是類(lèi)似于圖10的但是具有一臺(tái)相對(duì)于管道系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意地示出了一個(gè)如原則上從現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣的熱力的循環(huán)過(guò)程的 過(guò)程方框圖。在如示出的一樣作為熱力泵使用時(shí)，首先借助于壓縮機(jī)1對(duì)氣態(tài)的工作介質(zhì) 進(jìn)行等熵的壓縮。隨后通過(guò)換熱器2進(jìn)行等壓的散熱，從而將具有很高的溫度的熱能通過(guò) 回路(用水、水/防凍劑或者其它液態(tài)的傳熱介質(zhì))釋放給加熱回路。隨后在構(gòu)造為渦輪機(jī)的減壓?jiǎn)卧?中實(shí)施等熵的減壓，由此回收機(jī)械能。隨后通 過(guò)一個(gè)另外的換熱器4實(shí)施等壓的供熱，由此將低溫的熱能通過(guò)一條回路(用水、水/防凍 齊 、鹽水或者其它液態(tài)的傳熱介質(zhì))輸送給所述系統(tǒng)。在此通常供給來(lái)自井水來(lái)自所謂的 深度探測(cè)器的熱能，對(duì)于所述深度探測(cè)器來(lái)說(shuō)處于深達(dá)200m地下的換熱器抽走熱量并且 輸送給熱力泵，或者從勉強(qiáng)處于地下的大面積的換熱器(管道)中或者從空氣中提取熱能。 在等壓的供熱之后又如前面所說(shuō)明的一樣借助于壓縮機(jī)1進(jìn)行等熵的壓縮。只要所述按本發(fā)明的裝置或所述按本發(fā)明的方法用于將更高溫的熱能轉(zhuǎn)換為低 溫的熱能，那就以相反的順序進(jìn)行前面所說(shuō)明的循環(huán)。在作為熱力泵運(yùn)行的情況下，設(shè)置了 一臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸5’的電動(dòng)機(jī)5 ；在作為熱力機(jī)運(yùn)行時(shí)，所述電動(dòng)機(jī)由發(fā)電機(jī)5或電動(dòng) 機(jī)-發(fā)電機(jī)5所取代。圖2示出了一個(gè)按本發(fā)明的裝置，在該裝置中借助于電動(dòng)機(jī)5通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸5’來(lái)驅(qū) 動(dòng)具有一同旋轉(zhuǎn)的外殼6的壓縮機(jī)1。此外，用所述由電動(dòng)機(jī)5驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸5’來(lái)驅(qū)動(dòng)所 述壓縮機(jī)1的工作輪1’，從而由于一同旋轉(zhuǎn)的外殼6中的離心加速對(duì)容納在封閉的靜止的 外殼8中的惰性氣體優(yōu)選氪氣或者氙氣進(jìn)行壓縮。在所述一同旋轉(zhuǎn)的外殼6中容納著所述換熱器2的一個(gè)螺旋狀的管道9，在所述換熱器2中容納著換熱介質(zhì)比如水。比較冷的水通過(guò)入口 10沿流動(dòng)方向10’加入到所述螺 旋狀的管道9中并且在圓周外側(cè)布置在所述一同旋轉(zhuǎn)的外殼6中，用于在工作介質(zhì)的壓力 盡可能高時(shí)獲得工作介質(zhì)的等壓的散熱，從而可以在出口 11上提取比較熱的水。所述工作介質(zhì)而后在沒(méi)有明顯的流動(dòng)損失的情況下流往所述減壓?jiǎn)卧?的工作 輪3’，通過(guò)所述減壓?jiǎn)卧?來(lái)回收機(jī)械能。隨后在工作介質(zhì)又通過(guò)所述壓縮機(jī)1的工作輪 1’經(jīng)受絕熱的等熵的壓縮之前通過(guò)靜止的外殼8中的另外的換熱器4的螺旋狀的管道12 進(jìn)行等壓的供熱。但是重要的僅僅是，容納在所述形成一個(gè)封閉的系統(tǒng)的裝置中的工作介質(zhì)的能量 在壓縮機(jī)1中進(jìn)行壓縮時(shí)并且/或者在減壓?jiǎn)卧?中進(jìn)行減壓時(shí)保持其流動(dòng)能量并且僅僅 通過(guò)工作介質(zhì)的氣體分子離心加速來(lái)提高或降低工作介質(zhì)的壓力。由此可以在借助于電能 或機(jī)械能將低溫的熱能轉(zhuǎn)換為較高溫度的熱能時(shí)并且在相反轉(zhuǎn)換時(shí)大大提高效率或功率 因數(shù)。圖3示出了一種另外的實(shí)施例，其 中這里設(shè)置了一個(gè)靜止的內(nèi)部外殼6’。由此簡(jiǎn) 化設(shè)計(jì)上的開(kāi)銷(xiāo)。為了將氣態(tài)的工作介質(zhì)的流動(dòng)損失保持在微小的程度上或盡可能保持工 作介質(zhì)的渦旋，靜止的表面構(gòu)造為盡可能光滑的結(jié)構(gòu)，所述工作介質(zhì)與所述靜止的表面相 接觸，并且沒(méi)有設(shè)置任何橫向于流動(dòng)方向放置的會(huì)進(jìn)一步提高壓力損失的導(dǎo)熱管。因此所 述換熱器2的螺旋狀的管道9不是自由放置的，而是容納在具有光滑的表面2’的靜止的外 殼6’中。為了提高整個(gè)裝置的功率因數(shù)或效率，在所述靜止的外殼6’中容納著絕熱件13。圖4示出了一種另外的實(shí)施例，該實(shí)施例基本上相當(dāng)于圖3的實(shí)施例，并且僅僅電 動(dòng)機(jī)5的布置是不同的；在該實(shí)施例中也就是說(shuō)電動(dòng)機(jī)5容納在所述固定的外殼6的內(nèi)部。為了向電動(dòng)機(jī)5供電而設(shè)置了導(dǎo)線(xiàn)14，所述導(dǎo)線(xiàn)14通過(guò)靜態(tài)密閉的電流套管15 以及靜止的電動(dòng)機(jī)軸16來(lái)敷設(shè)。所述電動(dòng)機(jī)5在此與壓縮機(jī)1或減壓?jiǎn)卧?相連接，使得 壓縮機(jī)1或減壓?jiǎn)卧? —同旋轉(zhuǎn)。由此可以有利地省去動(dòng)態(tài)的密封件(氣體密封件或液體 密封件，并且由此減少保養(yǎng)作業(yè)。圖5到7示出了所述按本發(fā)明的裝置的一種另外的實(shí)施例，其中這里所有處于工 作介質(zhì)的壓力之下的部件構(gòu)造為管子或管道系統(tǒng)17，由此減少所述裝置的總重并且管子 17的壁厚可以構(gòu)造得小于在圖2到4中示出的外殼6、6’和8的壁厚。在此，工作介質(zhì)由于離心加速首先在所述壓縮機(jī)單元1的管道系統(tǒng)17的徑向伸展 的壓縮管18中被壓縮。所述換熱器2在此具有關(guān)于管子17的處于外面的沿軸向方向伸展 的區(qū)段同軸布置的管子19，所述管子19將相應(yīng)的管子17包圍，從而將被壓縮的工作介質(zhì)的 熱量在逆流中釋放給換熱器2的液態(tài)的換熱介質(zhì)。隨后工作介質(zhì)在(減壓?jiǎn)卧?的)減壓管20中減壓。所述減壓管20在此逆著所 述裝置的旋轉(zhuǎn)方向21彎曲，其中由于向后的管子彎曲部(參照?qǐng)D7)可靠地獲得工作介質(zhì) 的循環(huán)。如尤其可以在圖7中看出的一樣，所述減壓管20彎曲成半圓形，從而可以以設(shè)計(jì) 上簡(jiǎn)單的方式來(lái)制造這些減壓管20。隨后工作介質(zhì)沿軸向方向在管道系統(tǒng)17中流動(dòng)，其中 這里低壓換熱器4又具有一個(gè)同軸布置的管子19，從而可以將熱量從液態(tài)的換熱介質(zhì)釋放 給冷的減壓的工作介質(zhì)。如尤其可以在圖7中看出的一樣，由此獲得2個(gè)封閉的在俯視圖中基本上為8字蝴蝶結(jié)形的用于工作介質(zhì)的管道系統(tǒng)17，所述管道系統(tǒng)以彼此錯(cuò)移90°的方式來(lái)布置。當(dāng) 然所述管道系統(tǒng)17也可以具有更大數(shù)目的管道20，僅僅所述裝置的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)由于更為簡(jiǎn) 單的平衡而應(yīng)該得到保持。所述換熱器2和4的關(guān)于管子17的軸向伸展的區(qū)段同軸布置的管子19通過(guò)管路 22、23、24、25彼此在導(dǎo)送液體的情況下相連接，其中所述管道系統(tǒng)22到25固定地與其余的 裝置相連接，使得所述管路22到25構(gòu)造為一同旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。所述液態(tài)的傳熱介質(zhì)通過(guò)靜 態(tài)的分配器26的入口 26’輸送給管道系統(tǒng)17 ；然后通過(guò)一個(gè)一同旋轉(zhuǎn)的分配器27將換熱 介質(zhì)通過(guò)管路22輸送給換熱器2，在該換熱器2中換熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)加熱后通過(guò)管路23導(dǎo)回到 所述一同旋轉(zhuǎn)的分配器27中。然后通過(guò)靜態(tài)的分配器26或一個(gè)出口 26”將經(jīng)過(guò)加熱的傳 熱介質(zhì)輸送給加熱回路。 所述換熱器4的冷的換熱介質(zhì)通過(guò)靜態(tài)的分配器28的入口 28’來(lái)導(dǎo)送，用一個(gè)另 外的一同旋轉(zhuǎn)的分配器29輸送到這條一同旋轉(zhuǎn)的通往低壓換熱器4的管路25中，在所述 低壓換熱器4中將熱量釋放給氣態(tài)的工作介質(zhì)。隨后換熱介質(zhì)通過(guò)所述一同旋轉(zhuǎn)的管路25 輸送給一同旋轉(zhuǎn)的分配器29而后輸送給靜態(tài)的分配器28，并且最后通過(guò)出口 28”離開(kāi)所述
直ο為驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)1、換熱器2、4以及減壓?jiǎn)卧?，又設(shè)置了一臺(tái)電動(dòng)機(jī)5。圖8和9示出了一種與圖5到7的實(shí)施例相類(lèi)似的實(shí)施例，但是其中這里減壓管 20在橫截面中不是構(gòu)造為圓弧形，而是具有朝旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)中心30連續(xù)變小的半徑。由此獲得 工作介質(zhì)的單調(diào)下降地減速的運(yùn)動(dòng)，由此可以減少可能的渦流。此外在圖8和9所示出的 實(shí)施例中示出了兩個(gè)彼此偏置60°布置的獨(dú)立的管道系統(tǒng)17，其中每管道系統(tǒng)17進(jìn)行三 次壓縮、減壓等。圖10示出了一種另外的實(shí)施例，該實(shí)施例大部分相當(dāng)于圖5到7的實(shí)施例，但是 工作介質(zhì)的循環(huán)不是由于逆著旋轉(zhuǎn)方向彎曲的管子20來(lái)獲得，而是借助于作為壓縮機(jī)或 作為渦輪機(jī)起作用的葉輪31來(lái)獲得。所述葉輪31靜止地布置，其中由于相對(duì)于將葉輪31 包圍的管子17的相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起工作介質(zhì)在管子17中的流動(dòng)。在此工作介質(zhì)在減壓?jiǎn)卧墓茏?7中得到減壓并且輸送給葉輪31，其中所述葉 輪31容納在葉輪外殼32中，該葉輪外殼32被蓋板33所封閉。葉輪31通過(guò)軸承34以能 夠旋轉(zhuǎn)的方式得到支承，但是具有永久磁體35，所述永久磁體35與不可扭轉(zhuǎn)地布置在葉輪 外殼32外部的永久磁體36共同作用，使得所述葉輪31不可扭轉(zhuǎn)地得到布置。磁體36在 此靜止地保持在一個(gè)靜止的軸37上。圖11示出了一個(gè)與在圖10中示出的實(shí)施例非常類(lèi)似地構(gòu)成的裝置，但是其中這 里借助于電動(dòng)機(jī)38相對(duì)于所述壓縮機(jī)和減壓?jiǎn)卧?和3的管子17產(chǎn)生葉輪31的相對(duì)的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述電動(dòng)機(jī)38不可扭轉(zhuǎn)地與所述一同旋轉(zhuǎn)的分配器27相連接。在此通過(guò)容納 在軸40中的導(dǎo)線(xiàn)39來(lái)供電。為傳輸電流所述軸40具有接點(diǎn)41。電動(dòng)機(jī)5在該實(shí)施方式 中僅僅具有用于克服旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)的空氣阻力的功率。該電動(dòng)機(jī)5因此可以通過(guò)渦輪機(jī)在液 態(tài)的換熱介質(zhì)的回路中的使用來(lái)取消，所述渦輪機(jī)從這條回路中抽走所述功率。為克服空 氣阻力所需要的功率而后額外地由泵來(lái)完成，所述泵驅(qū)動(dòng)著所述液態(tài)的傳熱介質(zhì)的循環(huán)。
權(quán)利要求
用于利用流經(jīng)封閉的熱力的循環(huán)過(guò)程的工作介質(zhì)借助于機(jī)械能將低溫的熱能轉(zhuǎn)換為較高溫度的熱能以及進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換的方法，其中所述循環(huán)過(guò)程具有以下工作步驟-對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行可逆的絕熱的壓縮；-從工作介質(zhì)上等壓地散熱；-對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行可逆的絕熱的減壓；-向工作介質(zhì)等壓地供熱；其特征在于，在壓縮或減壓過(guò)程中通過(guò)作用于所述工作介質(zhì)的離心力的提高或降低來(lái)提高或降低工作介質(zhì)的壓力，從而在壓縮或減壓過(guò)程中基本上保持所述工作介質(zhì)的流動(dòng)能量。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作介質(zhì)在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中為氣態(tài)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為工作介質(zhì)使用惰性氣體尤其氪氣、 氙氣、氬氣、氡氣或這些氣體的混合物。
4.按權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述封閉的循環(huán)過(guò)程中的壓力 至少超過(guò)50bar尤其超過(guò)70bar優(yōu)選為基本IOObar。
5.按權(quán)利要求2到4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述氣態(tài)的工作介質(zhì)的臨界 點(diǎn)的附近實(shí)施所述循環(huán)過(guò)程。
6.按權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了進(jìn)行散熱和供熱而使用具 有等熵指數(shù)Kappa 1的換熱介質(zhì)尤其液態(tài)的換熱介質(zhì)。
7.用于實(shí)施按權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法的裝置，具有壓縮機(jī)(1)、減壓?jiǎn)卧?(3)以及分別用于供熱或散熱的換熱器(2、4)，其特征在于，所述壓縮機(jī)或減壓?jiǎn)卧?1、3) 沒(méi)有導(dǎo)輪并且如此構(gòu)成，從而通過(guò)作用于工作介質(zhì)的離心力的提高或降低來(lái)提高或降低壓 力。
8.按權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述換熱器(2、4)分別具有至少一個(gè)被液態(tài) 的傳熱介質(zhì)從中流過(guò)的管子(9)。
9.按權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述減壓?jiǎn)卧?3)通過(guò)換熱器(2、4)直 接連接到所述壓縮機(jī)(1)上。
10.按權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述壓縮機(jī)和減壓?jiǎn)卧?1、 3)的工作輪(1’、3’ )支承在一個(gè)共同的旋轉(zhuǎn)軸(5’ )上。
11.按權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，設(shè)置了與所述壓縮機(jī)(1’、3’)和減壓?jiǎn)?元⑶的工作輪(1’ ) 一同旋轉(zhuǎn)的外殼(6)。
12.按權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，在所述外殼(6)中容納著一同旋轉(zhuǎn)的換熱 器(2) ο
13.按權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述工作輪(1’、3’)被靜止的外殼(6’) 所包圍。
14.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，在所述外殼(6’)中部分地容納著所述換 熱器(2)的管子(9)。
15.按權(quán)利要求7到14中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，設(shè)置了將所述壓縮機(jī)(1)和 減壓?jiǎn)卧?3)包圍的不可扭轉(zhuǎn)地布置的外殼(8)。
16.按權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，這兩個(gè)換熱器(2、4)被容納在所述外殼(8)中。
17.按權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，設(shè)置了至少一個(gè)對(duì)回路中的 工作介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)引的以能夠旋轉(zhuǎn)的方式得到支承的管道系統(tǒng)(17)。
18.按權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述管道系統(tǒng)(17)具有線(xiàn)性的沿徑向方 向伸展的壓縮管(18)。
19.按權(quán)利要求17或18所述的裝置，其特征在于，所述管道系統(tǒng)(17)具有逆著所述旋 轉(zhuǎn)軸(5’ )的旋轉(zhuǎn)方向彎曲的減壓管(20)。
20.按權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述減壓管(20)在橫截面中圓弧狀地彎曲ο
21.按權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述減壓管(20)在橫截面中具有彎曲部， 該彎曲部則具有朝旋轉(zhuǎn)中心(30)恒定地減小的半徑。
22.按權(quán)利要求17或18所述的裝置，其特征在于，在所述管道系統(tǒng)(17)中容納著相對(duì) 于該管道系統(tǒng)(17)旋轉(zhuǎn)的葉輪(31)。
23.按權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述葉輪(31)不可扭轉(zhuǎn)地來(lái)布置。
24.按權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，為所述葉輪(31)配設(shè)了用于產(chǎn)生或利用 相對(duì)于所述管道系統(tǒng)(17)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)(38)。
25.按權(quán)利要求17到24中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述管道系統(tǒng)(17)的軸向 伸展的區(qū)段被所述換熱器(2、4)的同軸布置的管子(19)所包圍。
26.按權(quán)利要求10到25中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)(5)與 所述旋轉(zhuǎn)軸(5’ )或管道系統(tǒng)(17)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于利用流經(jīng)封閉的熱力的循環(huán)過(guò)程的工作介質(zhì)借助于機(jī)械能將低溫的熱能轉(zhuǎn)換為較高溫度的熱能以及進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換的方法，其中所述循環(huán)過(guò)程具有以下工作步驟對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行可逆的絕熱的壓縮；從工作介質(zhì)上等壓地散熱；對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行可逆的絕熱的減壓；向工作介質(zhì)等壓地供熱；并且其中在壓縮或減壓過(guò)程中通過(guò)作用于所述工作介質(zhì)的離心力的提高或者降低來(lái)提高或降低工作介質(zhì)的壓力，從而在壓縮或減壓過(guò)程中基本上保持所述工作介質(zhì)的流動(dòng)能量。
文檔編號(hào)F25B3/00GK101883958SQ200880101372
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者伯恩哈德·艾德勒 申請(qǐng)人:伯恩哈德·艾德勒