用于借助于机械能将低温的热能转换为较高温的热能以及进行反向转换的方法技术

本发明专利技术涉及用于利用流经封闭的热力的循环过程的工作介质借助于机械能将低温的热能转换为较高温度的热能以及进行反向转换的方法，其中所述循环过程具有以下工作步骤：对工作介质进行可逆的绝热的压缩；从工作介质上等压地散热；对工作介质进行可逆的绝热的减压；向工作介质等压地供热；并且其中在压缩或减压过程中通过作用于所述工作介质的离心力的提高或者降低来提高或降低工作介质的压力，从而在压缩或减压过程中基本上保持所述工作介质的流动能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于利用流经封闭的热力的循环过程的工作介质借助于机械能将低 温的热能转换为较高温的热能以及进行反向转换也就是说在输出机械能的情况下将高温 的热能转换为低温的热能的方法，其中所述循环过程具有以下工作步骤-对工作介质进行可逆的绝热的压缩；-从工作介质上等压地散热；-对工作介质进行可逆的绝热的减压；-向工作介质等压地供热。此外，本专利技术涉及一种用于实施按本专利技术的方法的装置，该装置具有压缩机、减压 单元以及分别用于供热或散热的换热器。
技术介绍
从现有技术中已知不同的装置所谓的热力泵，对于所述热力泵来说通常借助于电 动机通过压力提升将低温的工作介质加热到较高的温度。对于已知的热力泵来说，在热力 的循环过程中导送工作介质，其中这种热力的循环过程包括在工作介质的节流阀上进行的 汽化、压缩、液化和膨胀；也就是说通常工作介质的聚集态会变化。对于已知的热力泵来说通常使用冷冻剂R134a或者一种其中由R134a制成的混合 物，所述冷冻剂虽然不具有破坏臭氧的作用，但是具有比等量的CO2高1300倍的形成温室 的效应。这样的基本上根据卡诺(Carnot)-过程来实施的方法具有大约5. 5的理论上的功 率因数或者COP (Coefficient of Performance)也就是说释放的热量与所使用的热能之间 的比例(在将工作介质从0“喘振”到35°C时)。但是实际上以往在最佳情况下实现4. 9的 功率因数；通常今天很好的热力泵达到大约4. 7的功率因数。从WO 1998/30846 Al中公开了一种装置，该装置可以用作冷冻机或者用作马达， 其中这里将空气用作工作介质并且该工作介质从周围环境中吸入并且在压缩或者减压之 后又排放给周围环境。对于这样公开的系统来说，不利的是，在工作介质进入机器中时形成 旋转脉冲并且在工作介质从机器中排出时减少旋转脉冲，从而出现巨大的摩擦损失。从DE 27 29 134 Al中公开了一种具有一个构造为空心结构的转子的装置，其中 这里设置了导向通道或导向叶片，所述导向通道布置在旋转体的外面的圆周上并且因此在 导向通道与工作介质之间出现很高的相对速度。通过这样的导向叶片同样出现很高的流动 能量损失，这导致功率因数比较低。从FR 2 749 070 Al中仅仅公开了一种其它类型的热力泵，该热力泵具有一台传 统的涡轮压缩机或者具有一个锯齿形的压出器。此外，从GB 1 217 882 A中公开了一种热力的装置，该装置虽然原则上利用离心 力，但是其中这里也设置了一个节流位置，因而出现巨大的摩擦损失。另一方面在现有技术中也已知大量的方法，在这些方法中将来自地热的液体和地热的蒸汽的热量转换为电能。在所谓的卡林那(KALINA)过程中，热量从水释放给氨水混合 物，从而在温度低得多时就已经产生蒸汽，该蒸汽用于驱动涡轮机。这样的卡林那(KALINA) 过程比如在US 4 489 563中得到说明。对于极为不同的换热方法来说，在理论上可以得到很高的功率因数，但是在传统 的压缩机和减压单元中工作介质在气态的范围中被压缩或者得说减压，通常这样的压缩机 和减压单元的效率比较差
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是，在借助于机械能将低温的热能转换为较高温的热能或者 反向转换时提高效率或功率因数。按本专利技术这通过以下方式来实现，即在压缩或减压过程中工作介质的压力提高或 压力降低通过作用于所述工作介质的离心力的提高或降低来进行，从而在压缩或减压过程 中基本上保持所述工作介质的流动能量。通过工作介质的离心加速的利用及其流动能量的 保持，相对于传统的压缩机获得明显更高的效率，在传统的压缩机上将工作介质的很高的 速度在压缩机的圆周上转换为压力并且就这样获得很差的效率。同样在减压过程中通过离 心力的降低来降低工作介质的压力时也在减压方面提高了效率。由此大大提高整个方法的 功率因数或效率。此外为提高效率，有利的是，工作介质在整个循环过程中为气态，因为在气态的工 作介质膨胀时可以回收在能量方面有意义的功，这种功对于液态的介质来说在能量方面不 重要。此外，对效率的影响在气态的范围中大于在2相范围中。关于借助于离心加速进行很高程度的压缩方面，有利的是，使用在压力恒定(cp) 时具有很低的比热容或具有很高的密度的气体。因此，优选作为工作介质使用惰性气体、尤 其氪气、氙气、氩气或者氡气或者这些气体的混合物。此外事实表明，有利的是，封闭的循环 过程中的压力至少超过50bar尤其超过70bar优选为基本lOObar，也就是说在整个方法过 程中压力比较高。由于比较的压力，可以将换热器中的压力损失保持在微小的程度上，因为 传热效率在流动速度比较低时是比较高的。如果在气态的工作介质的临界点的附近实施所述循环过程，那就进一步改进整体 效率或提高功率因数，其中在压力或温度不同时所述临界点就依赖于所使用的工作介质而 存在。使总体功率因数或者或整体效率最大化，方法是在熵范围内实施减压，该熵范围尽可 能与相应的临界点的熵相同。此外，有利的是，下减压温度尽可能勉强高于所述临界点。所 述临界点可以通过气体混合物与所期望的过程温度相匹配。在此以在结构上简单且有效的方式对工作介质进行冷却或加热，如果为了进行散 热并且进行供热而使用具有等熵指数Kappa 1的换热介质，也就是说使用这样的介质尤 其一种液态的换热介质，对于这些介质来说在提高压力时温度基本上保持恒定。对于用于实施所述按本专利技术的方法的装置来说，压缩机或减压单元没有导轮并且 如此构成，从而通过作用于工作介质的离心力的提高或降低来提高或降低工作介质的压 力。由此如前面结合所述按本专利技术的方法已经说明的一样，在工作介质的压缩和减压方面 明显地提高效率并且由此相对于已知的装置明显地提高所述按本专利技术的装置的功率因数 或效率。关于所述换热器的一种结构上简单的设计方案，有利的是，所述换热器相应地具有至少一个被液态的传热介质从中流过的管子。关于从压缩机到减压单元的尽可能无摩擦的过渡也就是说为了保持工作介质的 流动能量，有利的是，所述减压单元通过换热器直接连接到压缩机上。关于所述装置的在结 构上简单的设计方案，有利的是，所述压缩机和减压单元的工作轮支承在一个共同的旋转 轴上。可以以结构上简单的方式通过离心加速来提高工作介质的压力，如果设置了与所 述压缩机和减压单元的工作轮一同旋转的外壳。为了有效地对被压缩的工作介质进行冷却，有利的是，在所述外壳中容纳了一同 旋转的换热器。有利的是，所述一同旋转的换热器在圆周侧上布置在外面。但是同样可以取代与工作轮一同旋转的外壳来设想，所述工作轮被静止的外壳所 包围。由此可以减少结构上的开销。但是为了在所述换热器的与所述静止的外壳相连接的 管子上避免工作介质的摩擦损失，有利的是，在所述外壳中部分地容纳着所述换热器的管 子，其中所述静止的外壳的表面构造为尽可能光滑的结构，所述工作介质与所述静止的外 壳的表面相接触。为了避免外面的旋转的部件，有利的是，设置了将所述压缩机和减压单元包围的 不可扭转地布置的外壳。为了有效地向工作介质供热，有利的是，这两个换热器被容纳在所述外壳中。如果设置了至少一个在回路中对工作介质进行导引的以能够旋转的方式得到支 承的管道系统，那就获得一种具有较小的总重的装置，因为本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于利用流经封闭的热力的循环过程的工作介质借助于机械能将低温的热能转换为较高温度的热能以及进行反向转换的方法，其中所述循环过程具有以下工作步骤：－对工作介质进行可逆的绝热的压缩；－从工作介质上等压地散热；－对工作介质进行可逆的绝热的减压；－向工作介质等压地供热；其特征在于，在压缩或减压过程中通过作用于所述工作介质的离心力的提高或降低来提高或降低工作介质的压力，从而在压缩或减压过程中基本上保持所述工作介质的流动能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德艾德勒，
申请(专利权)人：伯恩哈德艾德勒，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]