CN107210647B - 用于将热量转换成电能的热循环中的装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种热循环中的转换电路，其中，使用工作流体(F1)来吸收与蒸发器(EVAP)中的工作流体进行热交换的介质中所含的热量，其中，在吸收蒸发器中的热量之后，工作流体压缩并且在压缩机(C)中给予更高的压力和更高的温度，其中，该装置被设计成将压缩机(C)下游的工作流体(F1)中的至少一部分能量含量转换为电能，并且穿过该装置之后的工作流体返回到蒸发器(EVAP)，以在热循环中完成电路，其中，转换单元(CONV)包括至少一个封闭气缸(10、20、30、40、50)，所述封闭气缸又包围可在气缸的纵向方向上移动的活塞(11、22、31、41、51)，其中，所述工作流体在气缸的端部处的入口处交替地供应到所述气缸，并且通过在压力下降和温度下降下膨胀，在气缸中的工作流体迫使所述活塞在气缸内部线性地进行往复运动；所述活塞(11、22、31、41、51)磁化，并且线圈(15、25、35、45、55)以这种方式设置在气缸中，使得所述线圈在其运动期间围绕活塞的磁体，由此通过将工作流体中的能含量转换成电能而生成电能。

Description

用于将热量转换成电能的热循环中的装置
技术领域
本发明涉及一种热循环中的装置，其中，工作流体从介质(其可以是气体或流体)吸收热量，并且其中，热循环中的所述热量至少部分地在热循环的转换单元中释放。该装置被设计成将发射的热量转换成电能。
背景技术
近年来，利用热循环的机器被广泛地使用，其中，借助于压缩和输送工作流体的压缩机，所述工作流体将热量从第一介质输送到第二介质。例如，热泵用于从岩石、地面或湖泊中提取能量。在制冷技术中，热泵用于冷却食品、住宅或用于其他目的，其中，在这些情况下，这是在热循环中构成热源的要冷却的物体。因此，在下文中，概念热泵将用于以所述方式输送热量的所有这些类型的机器，无论预期用途是加热还是冷却。
在热泵中的电路中，流体运行循环通过压缩机、冷凝器和蒸发器，由此在循环期间，流体分别释放热量并吸收热量。此处的热泵以已知的方式在可逆卡诺过程中操作，其中，流体从具有低温的介质接收一定量的热量Qc并将具有相同量的热量Qh释放到具有较高温的介质。为了实现这一过程，必须根据以下命题提供工作
W＝Qh–Qc
该过程的效率可以描述如下：
η＝(Qh-Qc)/Qc＝1-Tc/Th，其中，Tc温度适用于冷源，并且Th温度适用于热源。
通常，与热泵一起，也使用了COP(coefficient of performance，概念性能系数)，其可用于评估热泵的效率。对于可逆卡诺过程，性能系数写成如下：
COPH,rev＝1/(1-Tc/Th)＝Th/(Th-Tc)
其表示可以在每个输入工作单元从冷源移动到热源的热量，并且通常仅被指定COP和通常被称为COP值。
随着各种能量的价格全球上涨，在过去几十年，涉及热泵的解决方案大幅度增加，各种运营商投入大量开发和资源，使热泵更有效率。对于今天的热泵，实现性能系数(COP值)约为5。这意味着热泵最佳地传送其消耗的能量的5倍。对于例如用于地热采暖的热泵，可以实现这种最佳值，其中，地热用作对温度要求低的用户加热的冷源，例如，用于对住宅加热。
目前，做出了相当大的努力，以进一步提高热泵系统的效率。然而，已经证明难以进一步实现，因为技术已经是高端的，以达到上述高COP值，其中包括引入高效板式热交换器、低能离心泵、更节能的涡旋压缩机和优化的制冷剂混合物(即，在热泵循环中完成循环的工作流体)。此外，资源已经用于实现以最佳方式控制热泵循环的高端控制系统。因此，在使用传统仪器时，似乎技术已经达到难以超越的极限，除了可能将性能系数提高十分之一以外。
在现有技术中，在用于热泵的电路中，使用工作流体，该流体是在热泵的循环期间在液体、液体/气体混合物和气体的不同状态之间转换的介质。在第一阶段的从具有低压pl和低温tl的第一状态到具有高压ph和高温th的第二状态的气态状态中，，工作流体通过压缩完成循环。此后，工作流体在冷凝器中进行热交换，其中，工作流体由属于热循环的第一介质冷却，因此假设第三状态具有压力pm和温度tm，由此pl<pm<ph and tl<tm<th。然后，将工作流体送到蒸发器，并在其内与属于集电极电路的第二介质进行热交换，其中，该第二介质向工作流体发射热量，由此工作流体膨胀并基本上返回到在第一个状态中盛行的压力和温度。
所描述的现有技术可以通过从例如基岩吸收热量并在用于例如住宅的加热系统中释放热量的热泵来示例。在这种热泵中，压缩工作流体所必需的工作通常通过由电机驱动的压缩机提供，在此处被称为将功率P传送到热泵电路。在循环期间，当性能系数达到5时，具有最佳利用率的工作流体将在冷凝器中将功率5P传送到的第一介质，所述第一介质完成在所述加热中使用的热电路。
在通过冷凝器期间，工作流体被冷却，因此如上所述，将呈现气/液混合物的状态。该混合物通过节流阀进一步进入到蒸发器，由此混合物基本上呈液态，此后，处于液态的工作流体现在膨胀成气态的工作流体。在这种情况下，从也在蒸发器中循环的第二介质吸收蒸发所需的蒸汽产生热量，以与工作流体进行热交换。在这种情况下，吸收功率为4P。第二介质完成集电极电路，在当前示例中该电路包含第二介质，该第二介质以合适的方式适于在岩石中循环，以从基岩吸收热量。在现有技术的装置中，压缩机、冷凝器和蒸发器以这种方式设计，以便以最佳方式彼此补充并且向热电路传送所讨论的应用所需的功率。
当热泵用于冷却目的时，工作流体(可能经由某个热交换器)可以直接从待冷却的一个或多个物体(例如，食品或室内空气)吸收热量，因此构成蒸发器的等价物。在热循环中，在这种情况下，热量从工作流体中排放到环境空气或排放到在热交换器中传送走所吸收热量的介质中。然后，如上所述，上述是在对应于冷凝器的装置中进行的。
作为现有技术，可以参考公开WO 2013/141805 A1。本公开描述了在热循环中工作流体中的能量含量的利用。在所述文档中描述的所有内容全部并入本专利申请中。另一公开WO 2005/024189 A1示出了根据上述的用于将热量转换成电能的的方式从工作流体吸收能量。根据后一文档，在蒸发器中需要最大限度地提取制冷剂，由此在热循环中使用另外的冷凝器。此外，以本文中所述的方式不会将热量转换成电能。
本发明的一个目的是提供一种热泵循环，当将该热量转换成电能时，其显示在热循环中更有效地利用包含在工作流体中的热量。
发明内容
本发明提供了一种在热泵中的热循环中的装置，其中，使用工作流体来吸收与蒸发器中的工作流体进行热交换的介质中所含的热量，随后，在吸收蒸发器中的热量之后，工作流体压缩并且在压缩机中给予更高的压力和更高的温度，由此在所述过程中，热力学能量被供应到工作流体，并且该装置被设计成将压缩机下游的工作流体中的至少一部分能量含量转换为电能，并且穿过该装置之后的工作流体返回到蒸发器，以在热循环中完成电路。
装置由转换单元构成，该转换单元包括至少一个封闭的气缸，该气缸又包围可在气缸的纵向方向上移动的活塞。优选地，使用不止一个这种提到的气缸，例如，具有互连成一个单元的三个气缸以使得更有效利用可用能量的装置。工作流体通过设置在气缸入口处的控制阀在气缸的端部交替地供应到所述气缸。由于在该位置的工作流体以高压和高温的气态发生，所以在第一阶段中，该气体将以某个力量将在其上侧的活塞向内压在气缸的另一端上，即，压在与喷射气体的气缸的第一端相反的那侧上。当活塞抵靠在气缸的另一端时，经由所述另一端的出口压出存在于活塞下侧前方的空间中的已经膨胀的气体。在该过程的后续顺序中，改变顺序，使得工作流体通过第二入口处的控制阀供应到气缸的另一端，由此该过程沿相反方向重复。
因此，具有热量和压力形式的工作流体中的能量含量将因此通过在压力下降和温度下降下膨胀而影响所述活塞在气缸内部以往复运动线性地机械移动。
磁体与活塞一体集成，并且可以感应出电压的线圈被设置成与气缸相邻，使得线圈在气缸中的线性往复运动期间围绕活塞磁体，由此通过将工作流体中的能量含量转换成电能来生成电能。此处应该指出的是，活塞的至少一部分被磁化为永磁体，因此磁体整体上容纳在封装活塞的气缸内。因此，线圈被内置到气缸壁中，即，包络面，与包络面一起内置或者根据活塞的设计沿着气缸的包络面的内部设置。在这种配置中，在气缸外部没有诸如活塞杆等机械部件。当在形成本文所述类型的气缸的能量转换电池的模块中设置不止一个气缸时，这是有利的。
气缸中的活塞可以以不同的方式设计。在一个示例中，活塞具有杆的形式，在杆的端部应用活塞盘。在这种情况下，活塞盘之间的活塞杆由永磁的金属制成。线圈设置在气缸的中部，使得活塞杆可以通过其中的孔在线圈内部以往复运动运行，由此在这种情况下，线圈设置成与包络面内的气缸壁相邻。在另一个实施例中，使用自由运行的活塞，其被设计成在气缸的端部之间自由运行。在该变体中，线圈与气缸壁一体集成，即，其包络面，并且活塞被设置为永磁的。活塞只能部分磁化。在活塞的端部具有圆盘的示例中，只有活塞杆永久地被磁化。在使用自由运行的活塞时，活塞可以完全永久地被磁化。此处描述的转换单元被指定为线性热气体发生器。
本发明构成了根据现有技术的热泵电路的修改。为此，主要目的是为热泵电路设置某些装置，使得在具有预定的加热/冷却要求的装置中从集电极电路吸收更多的热量。为了实现这一点，驱动压缩机的电机可以被设置成向压缩机提供更多的功率，所述压缩机相对于需要产生的供给冷凝器中的热电路的必要功率的设备，或者在冷却机器的情况下，需要产生在蒸发器中吸收的功率的设备是超尺寸的。通过这种措施，在一定性能系数的情况下，将向热泵电路中的工作流体提供额外的能量。由于热循环被设计用于所述所需功率，所以额外供给热循的能量不能在冷凝器处完全传送。相反，从压缩机的出口进一步到蒸发器的入口之间设置了冷凝器的旁路。在该旁路中，根据本发明的转换单元设置在从压缩机流出的气体中。因此，从压缩机中流出的具有高压和高温的热气体分离并部分地进入冷凝器，部分地进入转换单元。穿过转换单元然后在没有通过冷凝器的情况下返回到压缩机的流动的那部分在此处被称为转换电路的电路中流动。包括冷凝器和转换电路的电路都由工作流体穿过，工作流体因此在这两个子流中以类似的方式压缩、冷凝和膨胀。这意味着工作流体以已知的方式完成卡诺循环，由此可以为在完整的热泵电路中的工作流体的两个子流的性能系数分配可能达到5的性能系数。在转换电路中穿过转换单元的工作流体的该子流冷凝成气体/液体混合物，从而经历类似于在通过冷凝器的子流中从第二状态到第三状态的气体转换的过程。转换单元由热气流穿过，并将蒸汽中的能量转换为机械能，该机械能又通过线性发电机转换成电能，线性发电机通过所述线圈和可移动磁体集成到转换单元内。该电能可以用于操作电机或被传送到电网上，所述电机可以驱动压缩机。
根据本发明的一个方面，描述性地示出了具有根据权利要求1所述的特征的装置。在独立装置权利要求10中呈现了利用根据权利要求1所述的装置的热循环。
在从属权利要求中给出本发明的其他实施例。
在从属权利要求中示出了安装了根据本发明的装置的热循环的多个示例。
根据本发明的转换单元的一个优点在于，可以在热泵电路中以过剩的压力和热量的形式使用先前未被充分利用的资源。此外，本发明有助于改善环境，因为在热泵中以能量转换的形式为某种能量产生而消耗相当少的电能。因此，本发明的潜力可能很大，因为独立于所讨论的功率范围，其可在冷却/加热技术的整个领域内广泛应用。
在本发明的详细描述中公开了本发明的其他有利的实施例。
附图说明
图1a和1b示出了根据本发明的一个方面的单缸转换单元的一个示例的示意图。
图2示出了单缸转换单元的变体。
图3示出了根据图1的三个气缸互连成三缸单元的转换单元的一个示例的示意图。
图4示出了根据本发明的转换单元用于将低值热转换成高值热和电能的热循环中的示意图。以及
图5示出了相对于图4简化的热循环的示意图，其中，转换单元仅用于将低值热量转换为电能。
具体实施方式
为了实现本发明，将提供多个实施例，并参考附图。
图1a和1b示出了根据本发明的一个方面的装置的示例，该装置在此被表示为CONV(converting unit，转换单元)。转换单元CONV旨在将例如已经在热泵的热循环中被压缩的工作流体中可用的能量转换成电能。因此，工作流体被加压并且具有高温。采用所述转换单元的热循环的示例将进一步的描述。
图1a和1b示出了转换单元的第一简单和基本实施例。在这种情况下，图1a示出了气缸10。在控制阀Vlin处，引入热的加压气体F1，其在示例中由热循环中的工作流体组成。在气缸10中设置活塞11。活塞11可以在气缸的两端之间以往复运动运行。在活塞的相应端部处形成活塞盘12和13，这些活塞盘通过杆(此处指定为活塞杆14)连接。活塞盘在气缸10具有抵靠在气缸壁上密封件。活塞可以制成一体或具有活塞杆14的形式，活塞盘12和13安装在活塞杆的端部。在气缸内部，线圈15以围绕活塞杆14并以气密的方式密封在其上的方式安装在气缸10的中心，使其，因此在气缸10的纵向上运动时，活塞杆通过所述线圈15。活塞杆14由永磁材料制成。通过这种设置，当活塞杆14移动穿过其中时，在线圈15中感应产生电压。
当控制气体F1流过阀门V1in并撞到第一活塞盘12的朝外表面时，活塞被推动抵靠在气缸10的另一端(根据图1a)。因此，经由同时打开的阀V4out从气缸10中压出存在于第二活塞盘13的朝外表面前方的空间中的气体。在此过程的第一阶段，阀门V1out和V4in关闭。溢流通道16确保包含在两个活塞盘12、13之间的空间中的气体可以在形成在活塞盘12、13和线圈15之间的空间之间自由流动，由此在活塞运行期间，在这两个空间之间形成压力均衡。线圈15内感应产生电压。当活塞11到达其在气缸10端部的终端位置时，该过程沿相反方向运行，参见图1b。阀门V1out和V4in在第二活塞冲程中保持关闭，而阀门V4in和V1out打开。以与上述具有活塞11的第一冲程中相应的方式，现在相对于第一冲程在相反的方向上抵靠活塞11。在阀门V1out处排出膨胀气体。在活塞的该相反冲程期间，在线圈中生成新的电压脉冲。因此，该过程示出了双冲程过程，其中，在活塞11的每个冲程处生成电压。作为示例，传送给气缸的气体F1具有约20kPa的压力，并且温度的数量级为60℃到120℃。在气缸中膨胀后，气体压力已经降低到5-6 5kPa的数量级，而温度已经下降到10-30℃的范围。
图2示出了用于转换单元CONV的气缸20的变体。在该变体中，气缸设置有与气缸20的包络面集成的线圈21(线圈由标记线圈的线匝中的电线的横截面的点示出)。线圈可以例如被铸造到气缸壁内。根据该变体，可以使用自由滑动的活塞22，其可以在气缸20的端部之间以往复运动运行。在这种情况下，活塞可以采用永磁的。以这种方式，活塞22将在气缸20中的活塞22的相应冲程处产生在线圈21中的电压。以图1a和1b的替代方案中示出的方式相对应的方式，阀门V1in、V4out、V4in和V1out相对于图1a和1b的气缸的相应冲程是同时打开和关闭。这将导致气体F1流入气缸并且影响活塞22在第一冲程中抵靠到图中的气缸的右端，并且在第二冲程中抵靠在图中的气缸的左端。活塞22可以设置有引导装置，迫使其与垂直于气缸的包络面的活塞表面一起运行。同样在该变体中，在这种情况下在线圈21中，在气缸20中的相应方向上，在活塞22的冲程处感应出电压。
图3示出了转换单元CONV，其在该示例中示出了基于上面在图1a和1b中描述的气缸10的三缸单元。此处，气缸由附图标记30、40和50表示。活塞由附图标记31、41和51表示，线圈由附图标记35、45和55表示。在通过左手管道的其第一活塞冲程期间，工作流体F1在此被传送到相应的气缸30、40和50，并且在此处在该图中被指定为Flin。由于三个气缸按顺序排列，所以控制阀V1in、V2in、V3in、V4in、V5in和V6in适于以120°的相移依次打开，使得在整个循环中，活塞冲程以第一气缸30中的第一活塞31向右的活塞冲程开始，以在第三气缸中的第三活塞51向左的活塞冲程结束，从而完成整个循环。随后，再次完成上述循环。在通过右手管道的其第二活塞冲程期间，工作流体F1被传送到相应的气缸30、40和50，其中，工作流体的流动被指定为Flin。如前所述，活塞的内部空间之间的气体压力通过溢流通道36、46、56均衡。如前所示，出口阀V1out、V2out、V3out、V4out、V5out和V6out与活塞31、41、51的冲程同时打开和关闭，由此由活塞冲程引起的膨胀气体F1通过导管以适当的顺序送出，其中，膨胀的工作流体表示为Flout。这种膨胀气体Flout是作为膨胀气体返回到热循环中的气体，其经受压力下降和温度下降。
在本示例中，入口阀V1in、V2in、V3in、V4in、V5in和V6in的控制被设置成使得在冲程的约1/5的长度，即，在压力阶段期间，在气缸处的每个相应入口阀处喷射热气体F1，。随后，关闭相应的阀门。然后，热气F1的膨胀阶段是活塞10、20、30、40、50的冲程长度的另外4/5。如果每个相应的活塞的冲程长度例如为150mm，则这意味着在活塞的冲程的前30mm处进行压力阶段。对于每个相应的活塞，在每个方向上发生该程序。然后，根据图3的三缸单元中的过程意味着在第一压力阶段期间打开第一阀V1in。当活塞31运行30mm时，关闭第一阀，随后，在第二活塞41的压力阶段，即，在第二活塞在气缸40中运动30mm的过程中，打开第二阀V2in。然后，以相应的方式重复该过程，直到热气体F1已经依次通过六个入口阀V1in、V2in、V3in、V4in、V5in和V6in中的每一个喷射进入，并且在每个相应气缸30、40、50的两个方向上在活塞冲程中的相应活塞31、41、51上做了功。
通常，可以说，相应的入口阀(V1in、V2in、V3in、V4in、V5in、V6in)在压力阶段打开，在该期间，相应的活塞31、41、51将冲程长度L移动距离x，由此在膨胀阶段期间，活塞移动距离L-x，其中，x的数量级为L的1/5。
在气缸(30、40、50)的一端的活塞进行活塞冲程期间，在相同气缸的另一端的出口阀V1out、V2out、V3out、V4out、V5out、V6out打开，用于膨胀工作流体Flout流出。自然地，阀门控制器根据预定的时间表引导打开和关闭每个阀门，因此热的加压的工作流体被及时地引导到阀门，以便通过出口阀及时排出打开和膨胀的工作流体。在附图中未示出所述阀门控制器。
当活塞31、41、51完成其活塞冲程时，由于活塞是磁性的，因此在每个这种冲程中，在线圈35、45、55中以适当的顺序生成感应电压。由于活塞冲程在时间上间隔120°的相移，因此将自动生成三相交流电。此处不描述使用所生成的电压和电流曲线的任何调制。
气缸30、40、50可以有利地形成在与用于车辆的内燃机相同类型的模块内，例如，作为轻金属或另一种金属的模块，其中，将入口通道、出口通道和冷却通道包含到模块内。
图4示出了使用根据本发明的转换单元CONV的热循环。这示出了根据本发明的包括转换电路的整个热泵。制冷剂(即，工作流体F1)在称为Main的主电路中并在称为Transf的转换电路中循环。可以根据热泵的使用来选择工作流体。不同类型的工作流体可以用于例如加热目的和冷却装置。例如，R407C可能被提及用于其他的如地热采暖的泵中。
在下文中，描述涉及一种热泵，用于基于从基岩、湖泊或地面提取能量来将住宅加热。此处给出的关于压力、温度或其他参数的示例在此涉及这种类型的热泵。如果根据本发明的热泵的其他某种用途适用，则这意味着其他参数值可能适用。
此处，给出了工作流体通过热泵循环的过程期间，工作流体的数据的概述。所指示的值仅被认为是说明性示例，其可以根据所讨论的目的而变化。在图中的点1处，循环中的工作流体F1处于气态的第一状态，然后可以具有约2kPa的压力和约-5℃的温度。当通过压缩机C时，气体被压缩到作为热气体状态的第二状态(在2处)。然后，工作流体的压力可以约为22kPa，其温度可以达到120℃。通过经由马达M供应电能来获得用于压缩压缩机C中的工作流体的能量。当然，可以借助于某种其他类型的机械作业向压缩机C供应能量。
现在将以热气体形式的工作流体的第一子流从主电路Main传送到COND(condenser，冷凝器)。冷凝器被设计为热交换器，并且在所讨论的示例中，其中，热泵将住宅加热，冷凝器COND由第一介质穿过，第一介质在可以具有散热器或地板加热线圈的形式的热电路Q中循环。以已知的方式，热电路Q具有穿过冷凝器的线圈。第一介质通常是水，并且在与冷凝器中的作为热气体的工作流体热交换时被热气体加热。加热的水在Vout处循环到热电路内，并在降温时在冷凝器COND的Vin处返回。因此，在利用热电路的同时，将热量从冷凝器输送出去。由冷凝器中的工作流体将热量传送走导致热气体的温度下降，因此热气体主要冷凝成液体。在工作流体中产生气/液状态。这在此处被称为第三状态(在3处)。在该第三状态下，压力可达约10kPa，并且温度可能降至约65℃或更低，这取决于冷凝器中输出的能量。
从冷凝器中，工作流体在主电路Main中传送到EVAP(evaporator，蒸发器)。此外，蒸发器EVAP还包括热交换器，在这种情况下，热交换器吸收第二介质(制冷剂)的热量，第二介质在Coll(collector circuit，集电极电路)中循环。第二介质(制冷剂)具有基本上液相的介质的形式，例如，精水溶液，在地热、湖泊或地面加热的情况下，该溶液在线圈(集电极电路)中循环，用于以一种已知的方式吸收岩石、湖泊或地面的热量。作为替代，如果蒸发器是冷却电路的一部分，则制冷剂可在例如冷藏柜等中循环。在冷却电路中，制冷剂可以是环境空气。
集电极电路穿过蒸发器EVAP并在其中形成热交换器结构以及主电路Main的线圈。主电路Main中的工作流体进入蒸发器，基本上是液相，并且在热交换器结构中与制冷剂热交换时，吸收来自制冷剂的热量。通过在其入口Cin处引入蒸发器内的制冷剂，将热量供应到蒸发器EVAP。然后，通过集电极电路加热的该热量蒸发基本上以液相方式供应给蒸发器的工作流体。由制冷剂获得用于蒸发的蒸汽发生热。这样冷却的制冷剂在集电极电路中返回到出口Cout处的热源(岩石、湖泊或地面)。在冷却机的情况下，制冷剂返回到被冷却的物体。在制冷剂为空气的空气加热泵的情况下，不需要集电极电路，因为工作流体F1可以与热交换器电池中的环境空气进行热交换。
允许进入蒸发器EVAP的气/液相中的工作流体的量的控制通常通过膨胀阀Exp1控制，该膨胀阀位于冷凝器和蒸发器之间并且如上所述降低基本上处于液态的供应到蒸发器EVAP的工作流体的温度和压力。迄今描述的热泵电路Main的运行原理示出了根据现有技术的热泵的功能。根据这种现有技术，当膨胀阀Exp1前面的电路中已经存在超压的情况，由于压缩机C也在运行，所以有一些能量损失。
在热循环中，当使用构成本发明的装置的转换单元时，工作流体的第二子流在旁通管路中通过冷凝器COND，由此工作流体F1在来自压缩机C的工作流体出口下游的第一分流阀S1处转向。因此，该子流在转换电路Transf中流动。在转换电路Transf的这个子流中，放置转换单元CONV，在通过第二分流阀S2返回到主电路Main之前被子流穿过，进入主电路Main中的膨胀阀Exp 1下游的蒸发器EVAP的入口。在某些操作的情况下，可以打开第二分流阀S2，以使子流通过转换单元返回蒸发器EVAP下游的主电路Main。
由于转换单元CONV的工作流体Flout的流动仍然具有太高的温度和太高的压力，以能够返回到蒸发器EVAP上游的主电路Main，所以将过冷却器UC设置在流出转换单元的流中。作为冷凝器的过冷却器UC被设计为热交换器，并且在所讨论的示例中，过冷却器UC被一种介质穿过，该介质优选穿过蒸发器EVAP的集电极电路Coll的制冷剂。因此，在过冷却器中的热交换器结构中，热量从工作流体传递到制冷剂，因此，这意味着工作流体中的压力和温度下降，使得该流体可以经由膨胀阀Exp 2返回到主电路Main。在这种情况下，集电极电路Coll中的制冷剂在过冷却器UC的入口Cin处引入。制冷剂从蒸发器EVAP中的出口Cout处的热泵的集电极电路Coll中排出。
图4还示出了一种替代方案，其中，在回路Alt中的制冷剂可以被带到可以被封闭的转换单元CONV，由此制冷剂被设置成以适当的方式流过外壳并且吸收来自单元CONV的剩余热量。当使用回路Alt时，图中的点i和点k之间不再有任何连接。如果使用这种替代方案，则转换单元的制造当然将变得更加复杂，但是能够优化来自工作流体的能量吸收。在这种情况下，通过在集电极电路Coll中的制冷剂冷却转换单元，然后，该制冷剂流过上述冷却通道。这些冷却通道可以设置在上述金属的电机块状结构中。
所述转换单元CONV由热气流驱动，所述转换单元CONV为线性热气发生器，优选地具有根据上述描述的两个或更多个气缸，所述热气流由热气体Fl的子流或全部流动组成，所述热气体Fl是从压缩机C流出的压缩工作流体，且经由第一分流阀S1控制该压缩工作流体流过转换单元CONV，由此线性热气发生器传送可以以期望的方式使用的电能。例如，热气发生器可以产生电能以用作对运行压缩机C的驱动电机M的贡献。可替代地，或者同时可以输送到驱动电机M，多余的电力可以通过外部电力网络送出。因此，转换单元CONV有助于根据剩余能量来缓解驱动电机M的电能需求，该剩余能量可以通过在热泵电路中产生的压力和温度下降来获得，因为该集电极电路输出的增加的可用能量是通过设计热泵电路且以所描述的方式对集电极电路进行尺寸标定而产生的。
压缩机C可以是活塞、涡旋或螺杆式压缩机。蒸发器EVAP可以又是间接蒸发器型，然后通常具有板式热交换器的形式。可替代地，蒸发可以直接发生在例如用于土/湖加热的蒸发线圈中，或者可以由空气的法兰电池组成。优选地，压缩机C是速度控制的直流压缩机。
当利用根据本发明的转换单元CONV时，通过经由现有的膨胀阀Exp1向其补充需求控制的额外工作流体，蒸发可以另外具有分流的、固定的蒸发过程。这通过由蒸发允许具有的温度吸收值而控制膨胀阀来进行。通过这种方法，实现了最大的蒸发，使得压缩机C能够进行工作，而没有由所谓的液体爆震引起故障的风险。
图4还示出了控制单元CONTR。该控制单元监视热泵操作可能发生的操作情况。因此，控制单元CONTR控制压缩机C的启动和停止，以及分别控制转换单元CONV处的所有控制阀的分流阀S1、S2以及膨胀阀Exp 1和Exp 2处的工作流体的流动，并且控制电压调节器REG，该电压调节器控制从转换单元的发电机馈送出的电压。热泵的控制属于传统技术，因此此处不再详细描述控制单元的操作模式。
热泵电路的功能描述。
在启动时，通过控制单元CONTR的控制，分流阀S1保持关闭，以通过变换单元CONV进行气体流动。当压缩机C借助于受控的膨胀阀Exp 1达到工作压力时，控制单元CONTR向阀门S1提供打开的脉冲，该阀门S1分阶段地控制传送到转换电路Transf的气体流动，由此转换单元CONV开始生成到电压调节器REG的电压，该电压调节器调节所生成的电压的馈出。通过电压调节器REG和控制单元CONTR控制分流阀S1，使得热气流控制由速度控制的直流压缩机C，根据本发明的一个方面，该压缩机优选地相对于在热电路中的热量的要求(可替代地，在制冷装置的情况下，在蒸发器中“冷却”的要求)是超尺寸的。由于经过转换电路的子流的压力已经下降，所以蒸发器EVAP直接被供给低压的受限的、受控制的分流的气体/液体流。根据本发明的热泵电路中的压力和热量的利用，可以以几种替代方式进行，其中，在此处仅描述了优选实施例。充电罐也可以集成在热循环中。在该充电罐中，可以在运行期间建立压力，由此，在压力已经建成之前压缩机C不必首先驱动一段时间以使该过程能够达到正常运行状态的情况下，可以通过甚至从开始就利用在电路中的充电罐中的可利用的压力，来实现热泵的快速启动。
如前所述，此处描述的热泵电路也可用于冷却机。在这些应用中，冷却在期望的蒸发器EVAP处的外部介质，例如，作为第二介质的空气，该介质在蒸发器EVAP中通过冷却线圈，工作流体从空气中吸收热量。如果此处描述的本发明用于冷却机中，则在设计电路时，出发点是蒸发器EVAP中期望的冷却效果，而不是如上述示例提及的与加热相关的目的，其目的是冷凝器的热电路中的功率需求而不是控制电路的设计。
如果转换单元CONV仅在用于产生电力的热泵中的热循环中使用，则图5中示出了这种电路的一个示例。该电路与图4中的电路相同，不同之处在于，由于在任何热电路中不生成热量，所以省略了冷凝器COND。相反，在被称为Trans的转换电路中执行所有能量的提取，其中，在转换单元CONV中生成电能。因此，省略了阀门S1和膨胀阀Exp 1。
在通过根据上述的热泵中的热循环在冷却机中生成电能的那些情况下，制冷剂是在电路Coll中循环以冷却物体(例如，食品)的制冷剂。在冷却机的情况下，假设是空调装置的问题，则制冷剂由蒸发在蒸发器EVAP中的工作流体的空气组成。在这些情况下，可以省略在集电极电路Coll中输送制冷剂的线圈。分别在冷凝器COND和过冷却器UC中输送的热量可以直接输送到周围大气中或用于加热目的。

Claims (13)

1.一种转换单元(CONV)，用于将在热泵的热循环中被压缩的工作流体(F1)中的一定量的可处理的热力学能量转换成电能，其特征在于，所述转换单元(CONV)包括：
至少一个封闭气缸(10、20、30、40、50)，所述封闭气缸依次包围可在气缸的纵向方向上移动的活塞(11、22、31、41、51)，
所述封闭气缸(10、20、30、40、50)在其端部具有分别依次打开和关闭的阀门(V1in、V1out、V4in、V4out)，以将工作流体交替地供应到气缸并且从气缸中排出膨胀的工作流体(F1)，其中，通过在压力下降和温度下降下膨胀，气缸中的工作流体迫使所述活塞在气缸内部进行往复运动的机械移动，
由于所述活塞的至少一部分由磁性材料制成，所以所述气缸(10、20、30、40、50)中的所述活塞(11、22、31、41、51)被永久磁化，以及
线圈(15、25、35、45、55)被设置成与所述气缸的包络面一体集成，使得所述线圈在活塞的线性运动期间至少围绕所述活塞的磁化部分，由此当活塞在往复运动中移动时能够生成电能，
其中，所述气缸(10、20、30、40、50)被设计为包含活塞(11、31、41、51)的双冲程气缸，所述活塞包括活塞杆(14、34、44、54)，在每个活塞杆的端部具有活塞盘(12、13)，其中，所述活塞杆适于在所述气缸中往复运动地运行，并且其中，所述线圈应用在所述气缸的中心并且具有通孔，所述活塞杆运行通过该通孔，其中，所述活塞杆适于是磁性的，并且在气缸的每个端部设有入口，用于在所述活塞杆运动的同时供应工作流体，以及
其中，三个双冲程气缸(30、40、50)的系统互连成三缸转换单元(CONV)，其中，在压缩机(C)下游的压缩的工作流体(F1)依次供应到气缸的相应端部的入口，由此当活塞(31、41、51)处于任意气缸中的顶部位置时，阀门(V1in、V2in、V3in、V4in、V5in、V6in)适于控制工作流体流入相应入口。
2.根据权利要求1所述的转换单元，其中，设置溢流通道(16、36、46、56)，以确保在活塞在气缸(10、30、40、50)中以往复运动运行期间，气体能够在形成在所述线圈(15、35、45、55)与相应活塞盘(12、13)之间的空间之间自由流动。
3.一种转换单元(CONV)，用于将在热泵的热循环中被压缩的工作流体(F1)中的一定量的可处理的热力学能量转换成电能，其特征在于，所述转换单元(CONV)包括：
至少一个封闭气缸(10、20、30、40、50)，所述封闭气缸依次包围可在气缸的纵向方向上移动的活塞(11、22、31、41、51)，
所述封闭气缸(10、20、30、40、50)在其端部具有分别依次打开和关闭的阀门(V1in、V1out、V4in、V4out)，以将工作流体交替地供应到气缸并且从气缸中排出膨胀的工作流体(F1)，其中，通过在压力下降和温度下降下膨胀，气缸中的工作流体迫使所述活塞在气缸内部进行往复运动的机械移动，
由于所述活塞的至少一部分由磁性材料制成，所以所述气缸(10、20、30、40、50)中的所述活塞(11、22、31、41、51)被永久磁化，以及
线圈(15、25、35、45、55)被设置成与所述气缸的包络面一体集成，使得所述线圈在线性运动期间至少围绕所述活塞的磁化部分，由此当活塞在往复运动中移动时能够生成电能，其中，所述气缸(20)被设计为双冲程气缸，所述双冲程气缸包括自由飞行的活塞(22)，所述自由飞行的活塞被设置成在气缸中以往复运动运行，并且所述线圈(21)与气缸(20)的壳体集成，其中，所述活塞(22)适于是磁性的，并且在气缸的每个端部设有入口，用于在所述活塞的往复运动的同时供应工作流体，以及
其中，三个双冲程气缸(30、40、50)的系统互连成三缸转换单元(CONV)，其中，在压缩机(C)下游的压缩的工作流体(F1)依次供应到气缸的相应端部的入口，由此当活塞(31、41、51)处于任意气缸中的顶部位置时，阀门(V1in、V2in、V3in、V4in、V5in、V6in)适于控制工作流体流入相应入口。
4.根据权利要求1或3所述的转换单元，其中，向所述入口供应工作流体的阀(V1in、V2in、V3in、V4in、V5in、V6in)在打开时间之间以120°的相移依次打开。
5.根据权利要求4所述的转换单元，其中，在气缸(30、40、50)的一端处的活塞(31、41、51)执行活塞冲程的时间内，在相同气缸的另一端处的出口阀(V1out、V2out、V3out、V4out、V5out、V6out)打开，以供膨胀的工作流体(Flout)流出。
6.根据权利要求4所述的转换单元，其中，相应的入口阀(V1in、V2in、V3in、V4in、V5in、V6in)在压力阶段期间打开，在该压力阶段期间，相应的活塞(31、41、51)移动距离x，由此在膨胀阶段期间，所述活塞移动距离L-x，其中，L为活塞的冲程长度，x的数量级为L的1/5。
7.根据权利要求4所述的转换单元，其特征在于，位于所述气缸(30、40、50)中的所述线圈(35、45、55)连接在一起，以生成三相交流电压，其中，在所述活塞(31、41、51)的运动期间感应线圈电压。
8.根据权利要求1-3、5-7中任一项所述的转换单元，其中，阀门控制器根据预定时间表引导打开和关闭每个阀门，使得热的加压的工作流体(F1)及时地引导到将要打开的入口阀，以便通过出口阀及时排出膨胀的工作流体。
9.根据权利要求4所述的转换单元，其中，阀门控制器根据预定时间表引导打开和关闭每个阀门，使得热的加压的工作流体(F1)及时地引导到将要打开的入口阀，以便通过出口阀及时排出膨胀的工作流体。
10.一种热循环装置，其特征在于，其包括根据权利要求1或3所述的转换单元(CONV)，其中，所述热循环包括工作流体(F1)，其用于吸收包含在蒸发器(EVAP)中与所述工作流体热交换的介质中的热量，其中，在吸收蒸发器(EVAP)中的制冷剂的热量之后，所述工作流体被压缩并且在压缩机(C)中给予更高的压力和更高的温度，此后，所述工作流体的至少一个子流供应到转换单元(CONV)，其中，在转换单元中在所述工作流体膨胀和温度下降期间，包含在工作流体中的能量转换为电能，并且在通过转换单元(CONV)之后，所述工作流体返回到蒸发器(EVAP)，以形成热循环回路。
11.根据权利要求10所述的热循环装置，其中，过冷却器(UC)连接到由所述工作流体形成的热循环回路内，由此所述过冷却器被设置在流出所述转换单元(CONV)的流出流中，以在所述工作流体返回到蒸发器(EVAP)之前，进一步降低所述工作流体的压力和温度。
12.根据权利要求11所述的热循环装置，其中，由所述过冷却器(UC)释放的热量适于制冷剂吸收，所述制冷剂也穿过所述蒸发器(EVAP)。
13.根据权利要求11所述的热循环装置，其中，在所述过冷却器(UC)和所述蒸发器(EVAP)之间设置有膨胀阀(Exp2)，以在所述流体被引入所述蒸发器(EVAP)内之前，适于将所述工作流体的压力和温度调节到最佳水平。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11460225B2 (en) * 2017-06-23 2022-10-04 Jack D. Dowdy, III Power saving apparatuses for refrigeration
US20200278137A1 (en) * 2017-11-16 2020-09-03 Chuck MEDLOCK Refrigeration systems and methods related thereto
DE102018218264A1 (de) * 2018-10-25 2020-04-30 Audi Ag Kälteanlage
US10770996B1 (en) * 2019-05-21 2020-09-08 General Electric Company System for anticipating load changes
RU2707266C1 (ru) * 2019-06-19 2019-11-26 Глеб Германович Кравцов Газокинетический трансформатор "Паротранс"
KR20210001266A (ko) * 2019-06-27 2021-01-06 김병식 에너지 변환 장치
SE545742C2 (sv) * 2020-11-02 2023-12-27 Johannes Gilberg Maskin för omvandling av i medie trycksatt värmeenergi till mekanisk energi

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3675031A (en) * 1969-11-27 1972-07-04 Commissariat Energie Atomique Heat-to-electric power converter
CN101229776A (zh) * 2007-01-22 2008-07-30 南京理工大学 内燃-直线发电集成动力系统
CN101883912A (zh) * 2007-10-04 2010-11-10 希尔莱特有限责任公司 电磁发动机
WO2013141805A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Energihuset Försäljnings Ab Hardy Hollingworth Heat cycle for transfer of heat between media and for generation of electricity

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1837620A (en) * 1925-03-03 1931-12-22 Karl Heinrich Reciprocatory internal combustion engine
US2659194A (en) * 1950-04-29 1953-11-17 Participations Soc Et Regulating system for power plants, including a free piston auto-generator and a receiver machine such as a turbine
US3234395A (en) * 1962-02-01 1966-02-08 Richard M Colgate Free piston electrical generator
US3200800A (en) * 1962-04-27 1965-08-17 Bois Francois M Du Internal combustion engine
USRE30176E (en) * 1967-02-01 1979-12-25 Research Corporation Stirling cycle type thermal device
US3766399A (en) * 1972-10-19 1973-10-16 M Demetrescu Combustion engine driven generator including spring structure for oscillating the inductor at the mechanical resonant frequency between power strokes
US4305349A (en) * 1979-08-06 1981-12-15 Zimmerly Harold L Internal combustion engine
DE3139357C2 (de) * 1981-10-02 1984-02-02 Zuv "Progress", Sofija Verfahren für die Stromerzeugung bei einem zyklischen Verbrennungsprozeß
US4480599A (en) * 1982-09-09 1984-11-06 Egidio Allais Free-piston engine with operatively independent cam
US4500827A (en) * 1984-06-11 1985-02-19 Merritt Thomas D Linear reciprocating electrical generator
US4785770A (en) * 1985-10-25 1988-11-22 Yang Tai Her Coaxial pump and motor cylinder engine
GB2219671B (en) * 1988-04-26 1993-01-13 Joseph Frank Kos Computer controlled optimized hybrid engine
US4945269A (en) * 1989-01-26 1990-07-31 Science Applications International Corporation Reciprocating electromagnetic actuator
JP2508347B2 (ja) * 1990-02-28 1996-06-19 ダイキン工業株式会社 ヒ―トポンプシステム
US5850111A (en) * 1994-05-05 1998-12-15 Lockheed Martin Energy Research Corp. Free piston variable-stroke linear-alternator generator
DE29522008U1 (de) * 1995-01-19 1999-07-29 Raab, Anton Gerhard, 80686 München Kraftmaschine
US5884590A (en) * 1997-09-19 1999-03-23 Minculescu; Mihai C. Two-stroke engine
SE523182C2 (sv) * 1999-12-22 2004-03-30 Abb Ab Anordning innefattande en styrenhet, en elektromagnetisk energiomvandlare innefattande en förbränningsmotor med en mekaniskt fritt rörlig kolv, användning av anordningen samt fordon innefattande nämnda anordning
SE521607C2 (sv) * 2000-04-07 2003-11-18 Abb Ab En linjär elektrisk maskin
US6541875B1 (en) 2000-05-17 2003-04-01 Caterpillar Inc Free piston engine with electrical power output
DE10224449B3 (de) * 2002-05-29 2004-02-05 Siemens Ag Elektrisches Schaltgerät
US6735967B1 (en) * 2002-10-23 2004-05-18 Carrier Commercial Refrigeration, Inc. Heat treat hot gas system
SE525918C2 (sv) * 2003-09-10 2005-05-24 Eta Entrans Ab System för värmeförädling
US7378765B2 (en) * 2004-08-09 2008-05-27 Oriental Motor Co., Ltd. Cylinder-type linear motor and moving part thereof
DE102005013287B3 (de) 2005-01-27 2006-10-12 Misselhorn, Jürgen, Dipl.Ing. Wärmekraftmaschine
US20100176591A1 (en) * 2006-08-09 2010-07-15 Donald Murray Clucas Reciprocating piston machine with oscillating balancing rotors
DE102006056349A1 (de) * 2006-11-29 2008-06-05 Gerhard Schilling Vorrichtung zur Umwandlung thermodynamischer Energie in elektrische Energie
US7622814B2 (en) * 2007-10-04 2009-11-24 Searete Llc Electromagnetic engine
JP4415133B2 (ja) 2008-02-07 2010-02-17 隆逸 小林 リニア発電装置
EP2280841A2 (en) * 2008-04-09 2011-02-09 Sustainx, Inc. Systems and methods for energy storage and recovery using compressed gas
WO2011012299A2 (de) * 2009-07-28 2011-02-03 Dynatronic Gmbh Energieumwandlungsvorrichtung
GB2472604A (en) * 2009-08-12 2011-02-16 Alastair Gordon Laurence Hunter Free piston thermo electrical power generator
JP4886873B2 (ja) * 2010-04-05 2012-02-29 隆逸 小林 リニア発電装置
US8459048B2 (en) 2010-07-23 2013-06-11 Nissan North America, Inc. Gerotor expander for an air conditioning system
US8616162B2 (en) * 2010-11-04 2013-12-31 GM Global Technology Operations LLC Opposed free piston linear alternator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3675031A (en) * 1969-11-27 1972-07-04 Commissariat Energie Atomique Heat-to-electric power converter
CN101229776A (zh) * 2007-01-22 2008-07-30 南京理工大学 内燃-直线发电集成动力系统
CN101883912A (zh) * 2007-10-04 2010-11-10 希尔莱特有限责任公司 电磁发动机
WO2013141805A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Energihuset Försäljnings Ab Hardy Hollingworth Heat cycle for transfer of heat between media and for generation of electricity

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