[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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，本发明涉及一种用于实施按本发明的方法的装置，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。

背景技术

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℃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 A1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 A1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 A1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。

发明内容

因此，本发明的任务是，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。

按本发明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。