CN107850350B - 用于调节介质温度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于调节介质温度的装置具有如下的部件：第一封闭的热介质循环回路(3)，在其中，循环第一热介质，其在所述第一热介质循环回路(3)中循环而不经历相变；第二封闭的热介质循环回路，在其中，循环第二气态的热介质，其在所述第二热介质循环回路(20)而不发生相变；布置在第一热介质循环回路(3)中的第一热交换器(1；1’)，在其中，所述第一热介质能与环境介质换热；布置在第一热介质循环回路(3)中的第二热交换器(5；5’)，在其中所述第一热介质能与所述需输送的介质换热；布置在所述第一热介质循环回路(3)中的第一输送器(12)，用于使得所述第一热介质运动；布置在所述第二封闭的热循环回路(20)中的增压器(22)，用于压缩所述第二气态的热介质；第三热交换器(9)，其沿流动方向看去布置在所述增压器(22)之后并且与所述第二热介质循环回路(20)相接触并且与在所述第一热介质循环回路(3)中的第一热介质处于热交换；器件(18、19)用于冷却和/或降压所述第一热介质。这种装置不仅可在加热运行中作为热泵使用，而且可用于冷却。其在此示出了高的能效。

Description

用于调节介质温度的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1或11的前序部分的用于调节介质温度的装置和方法。

调节机动车、例如乘用车、卡车、巴士、火车、旅游列车等，以及建筑，例如住宅、办公室、厂房、车间等的温度，对于处于机动车和建筑中的人的舒适度和安全性很重要。

从根据DIN EN 1377的全空调标准可言，空调设备确保了通风、加热、冷却、加湿和除湿、在如下变型中存在部分条纹：带和不带加湿功能、带冷却功能和带冷却及加湿功能的通风和加热。

背景技术

用于房屋空调或调节温度的介质(该介质然后可以对房屋进行空调)的已知器件是热泵(用于所述加热)和空调装置(用于所述冷却)。

这种元件而也可以作为对于机器和设备用于所述加热或者冷却工作介质、例如液体的调节温度总成用于开动冷却电器或者调节温度电器、例如与家用电器相关，所谓的“白色家电”。

根据现有技术的这种热泵和空调设备的典型特征如下：

·存在热介质循环，其中蒸发和液化在所示热介质循环中引入的热介质。

·存在蒸发器(主要板式热交换器)，在该蒸发器中所述热介质承受相变(蒸发)。

·存在用于压缩所述热介质的(主要是所述涡旋-增压器)增压器或压缩机。

·存在冷凝器或液化器(主要板式热交换器)用于液化所述首先在蒸发器中承受相变的热介质。

·存在用于降低所述热介质压力的膨胀阀。

·通常使用对气体有害的热介质(主要是R134a，R407c，R410a)。该热介质具有相当高的全球暖化潜势(GWP)【根据联邦专业学校冷却-空调：对于R134a；1.430，对应19.86年，对于R407c：1.770，对应24.58年，对于R410a：2.090，对应29.03年】。

现今常用的热泵处于超过20bar的巨大压力之下。由此泄漏和事故的风险更大。此外，必须相对应使用更安全的材料和更厚的材料厚度。

因为使用所述上面提及的和其它现今常用的热介质，不是每种基本上适用于所述温度的材料都可以使用于相应装置的结构。

在当今系统中所使用的蒸发器是典型的特别制作的热交换器，因为在所述热交换器内进行从液态到气态的物态变化。

虽然涡旋-增压器是平稳运行的，由于较少的机械损失拥有高的效率并且具有最小压缩死角。而作为在涡旋-增压器中的缺点，可以看到低的压缩终了温度，其在温度过高的情况下必须减少10％-15％的所述热介质注入。其它决定性的缺点是功率调节(除了统一的日本模块)相当受限制。涡旋-增压器具有低的压力振动(压力波动)。

该压缩类型(涡旋-增压器)需要以油润滑。为此使用聚乙烯醇油(PVE)或者多元醇油(POE)。

所述POE与水化学反应并且在此形成酸，该酸对所述材料的选择有相应的要求，该材料必须是抗酸的。因此，所述增压器的耐久性更低并且维修可能性更高。

涡旋-增压器的其它缺点是在其中可看到高的带油率，因为更高的带油率同时意味着在增压器循环中高的油量。为了确保环境保护，需要油底壳，该油底壳安装在外部或者在可能的安装地点冷的情况下需要电带加热并且因此也限制使用其它能源用于驱动所述系统。

所述冷凝器或液化器是同样典型的特别制造的热交换器，因为也在该热交换器中进行物态变化，在这里从气态到液态。

在用作用于加热的热泵时，在气态状态中在低的温度水平上实现将所述环境热量从蒸发器输送到增压器。在高的温度水平上同样气态地实现热量从增压器输送到冷凝器。在液态物态中在中等温度水平上实现热量从冷凝器输送到膨胀阀。载热体从膨胀阀到蒸发器是液态的，在相当低的温度水平上的。

在使用作用于冷却机动车的空调设备时，实现压缩在压缩机中的所述热介质，该压缩机经由压缩机联结直接与所述机动车发动机相连。所述热介质在压缩后处于高压下并且是气态的。所述气态热介质继续流到冷凝器并且在那里借助于行驶风和通过所述冷凝器通风器冷却。当时，所述热介质处于高压下，然而是液态。然后所述热介质流到干燥过滤器中并且直到下面的膨胀阀在高压下保持液态。在膨胀阀中所述热介质降压并且冷却。所述压力低并且所述热介质继续是液态。现在，所述液态的冷却的热介质流过蒸发器。借助于鼓风机将空气抽吸通过所述蒸发器并且作为冷却空气吹入到乘客舱。通过抽吸的热的新鲜空气加热在蒸发器中的热介质并且在低压情况下再次是气态。当时，所述气态热介质在低压下流过所述膨胀阀再次到压缩机。在那里重新压缩并且重新开始所述循环。

针对热泵和空调设备的重要的判定标准是所谓的COP-值(性能系数；针对热泵)或所谓的EER-值(能效比；针对空调设备)。该值由在满负荷情况下产生的热量除以所使用的电能(用于增压器、控制器、调节器和热泵或空调设备的内泵)来算出。所述COP或者EER典型的数值在3到6之间；

针对热泵的其它重要平均标准是所谓的JAZ(年度工作数)，该数值由事实上送出的热量除以事实上供应的电能(除了热泵外也需要用于加热的)。针对JAZ的典型的数值在2.5到4之间。

其它标准，所谓的ESEER-值(欧洲季节能效率)考虑所述空调设备或热泵的部分负荷运行，因为变频空调设备或热泵几乎仅部分负荷运行工作。

发明内容

在此给出了一种用于调节介质温度的装置和方法，其中消除了上文提及的缺点并且尤其显示出高能效，是本发明的内容。在此也致力于，至少在另一有利的改进方案中给出一种用于调节介质温度的装置，其构建且设置用于不仅作为加热装置而且也运行而且也作为用于调节温度的装置运行。根据可行的放哪，利用本发明避免了已知装置的大型结构尺寸和大重量。

该目的通过具有权利要求1的特征的装置来实现。这种装置的有利的改进方案在权利要求2至10中给出。根据本发明的方法在权利要求11中示出。在权利要求12至17中可找到有利的改进方案。

因此根据本发明的用于调节介质温度的装置具有如下的部件：

1.第一封闭的热介质循环回路，在其中，循环第一热介质，其中，该第一热介质这样来选择，使得其在第一热介质循环回路中循环而不经历相变；

2.第二封闭的热介质循环回路，在其中，循环第二气态的热介质，其中，该第二其他的热介质这样来选择，使得其流过第二热介质循环回路而不发生相变；

3.布置在第一热介质循环回路中的第一热交换器，在其中，第一热介质能与环境介质换热；

4.布置在第一热介质循环回路中的第二热交换器，在其中，第一热介质能与需输送的介质换热；

5.布置在第一热介质循环回路中的第一输送器，用于使得第一热介质在第一热介质循环回路中运动；

6.布置在第二封闭的热循环回路中的增压器，用于压缩第二气态的热介质；

7.第三热交换器，其沿流动方向看去布置在增压器之后并且与第二热介质循环回路相接触并且与在第一热介质循环回路中的第一热介质处于热交换，

8.器件，用于冷却和/或降压在第一热介质循环回路中的第一热介质。

根据本发明的装置的特别之处在于，其没有相应的蒸发器或冷凝器(液化器)也可工作，取而代之具有简单的热交换器。该情况由此来实现，即，所使用的介质、第一热介质以及第二热介质在过程中都不经历相变。

第一热交换器，在其中，第一热介质与环境介质换热，可实现例如从外部空气、从地热、从液态或从气态到第一热介质的热传递。该第一热交换器相应可对流运行并且具有两个入口和出口，每一个分别用于相应的热介质。但第一热交换器也可为例如具有通风器的层片式热交换器，其可用于机动车，具有用于唯一在管线系统中引导的热介质的仅一个入口和出口，以例如使用在环境空气的环境热与第一热介质之间的热交换来加热或冷却机动车内舱。

第二热交换器又可是这种用于在第一热介质与用于调温使用的环境空气之间的热交换的热交换器，但也可以是这种引起在第一热介质与另一在管线系统中引导的介质之间的热交换的热交换器。因此，在后者情况下，第二热交换器又可用作对流热交换器，其具有用于两个在管线系统中引导的介质的两个入口和两个出口，或者在前者的情况下，可以是例如用于机动车(仅具有用于第一热介质的分别一个入口和出口)的具有鼓风机的热交换器，以直接与在机动车内舱中流动的空气进行换热。

在第二热介质循环回路中放置增压器，尤其蜗轮增压器，优选地为微型蜗轮增压器，其压缩气态地流过该循环回路的第二热介质，并且在此相应加热第二热介质。当装置用于加热需输送的介质时，该增压器运行。然后，该增压器的转速尤其受控对外界温度做出反应，其中，其通过调节较高的转速产生更高的压力特性并且因此受压缩的第二热介质(在转速降低时的反向效应)获得更高的温度。

在第三热交换器中，通过压缩器在第二热介质中产生的热量传递给第一热介质，此时系统作为加热器运行。在使用装置用于冷却(为此参见下文)的情况下，在第三热交换器中通常发生如下情况下，此时其不通过相应的阀门甚至完全解耦，仅通过第一热介质的通过管线而不发生热传递。增压器在该情况下通常不运行。

用于冷却和/或降压在第一热介质循环回路中的第一热介质的器件用于如下的情况下，即，装置在加热模式中作为热泵运行，以已知的方式用于，继续冷却回流的第一热介质，使得在环境温度较低的情况下也从环吸收热量并且因此可用于加热。在装置用于冷却的情况下，该器件可用于冷却，以使得为了在第二热交换器中更好的冷却效果，第一热介质的温度继续下降。

在此，用于冷却的器件，有利地可以是一个尤其可调节的珀尔帖元件或多个这种珀尔帖元件。这种元件可以独立于压降而产生冷却效果，这尤其对于根据本本发明的装置用于冷却、即作为空调设备来说是有利的。

尤其使用液体作为第一热介质，其在正常压力情况下在-50℃至+60℃的温度范围内总为液态。因为根据本发明的装置在第一热介质没有相变的情况下工作，需确保，该介质在相应的运行温度范围中保持一致的相。液体的第一热介质在此比气体更有利，因为储热能力明显更强。当然，可也使用这种液体作为第一热介质，其具有更高的温度范围，在其中该液体保持液态。因此，该温度范围例如也在-60℃与+70℃之间，此外或者在-90℃(或者更低，例如直至-135℃)与+70℃或甚至125℃之间。

在选择第一热介质时，除了可靠的保持相的温度范围之外，也需要考虑(尤其在低温的情况下)在零度以下、在更低温度的范围中吸收热量、例如环境热量并且储存的能力(热容)以及迅速吸收或释放热量的能力。适宜地可参考如下观点，使用氟化氢物作为第一热介质。氟化氢物化学式CxFy-0-CmHn的化学化合物，其中，x为数字1至12；y为数字0至25；m为数字1至12而n为数字0至25。相应的化合物由不同的长链全氟化碳化物组成，其通过醚组利用烷基连接。一种特别合适的、可用作第一热介质的氟化氢物的例子为乙氧基九氟丁烷(C4F9OC2H5)。在此为透明无色的液体，凝固点(正常压力下)为-138℃并且沸点(正常压力下)为76℃。该材料在根据本发明的装置中用作第一热介质的使用下具有良好的质量，例如由3M德国公司开发的名为3MTMNovecTM7200高科技液体。

在此要求保护的材料对环境无害，使得其使用不仅就科技而言具有高效率，而且就生态而言也不让人担心。

第二气态的热介质原则上可接受完全不同的形式，其中，在此空气十分合适。因为利用空气作为第二热介质可实现足够的调温效果，该介质完全免费，所以使用空气在生产和运行中意味着无附加成本。此外，也不产生使用其他介质时会出现的可能的环境问题，尤其在该介质流出封闭的循环回路的情况下。

在装置中，有利地设有第四热交换器，其集成到所述第二热介质循环回路中并且在此沿流动方向看去布置在增压器之前并且与在第一热介质循环回路中引导的第一热介质处于换热连接中。

在该热交换器中，已经实现在第二热介质与第一热介质之间的热传导，在第二热介质被压缩而加热之前。因此，该另一热交换器有助于提高装置加热运行的效率。如果装置用于冷却，则该第四热交换器则没有与相应的阀和管线区段桥接的功能。

有利地，第四热交换器具有三个依次处于换热中的、分离的管线束，其中，第一管线束属于第二热介质循环回路，第二管线束属于第一热介质循环回路的第一区段并且第三管线束属于第一热介质循环回路的第二区段。在该设计方案中，第四热交换器分别也具有三个入口和三个出口，在加热运行中额外地使用来自第一热介质的回流的余热以余热第一热介质，在第一热介质在第一热交换器中吸收环境热量之后并且在其在第三热交换器中通过在增压器之后在第二热介质循环回路中产生压缩热而继续加热之前。在此，第四热交换器也用于冷却在第二热介质循环回路中的第二热介质。

尤其当在第一热介质循环回路中需要进一步降低压力时，这此外有助于在通向第一热交换器的路段中进一步冷却第一热介质，在第一热介质循环回路的第二区段中布置有尤其可调节的膨胀阀。

用于是第一热介质运动的第一输送器尤其为循环泵，其实施为可受控。

第一输送器、例如循环泵就输送方向而言可以反向，以沿两个方向、向右和向左输送或运动或驱动第一热介质通过循环回路。可选地向右或向左的可行性尤其对于选择装置作为加热装置(热泵)或冷却装置(空调)来说很重要。

根据本发明的用于输送介质的方法的特征在于，第一热介质在第一封闭的热介质循环回路中引导并且在此由第一输送器保持在循环中，以吸收热量和释放热量，其中，第一热介质在第一热介质循环中引导通过第一热交换器以与环境介质换热。此外，第一热介质引导通过第二热交换器以与需输送的介质换热，其中，第一热介质在第一热介质循环中引导，而不会在第一热介质循环回路中经历相变。为了加热需输送的介质，在此第一热介质由输送器引导通过第一热交换器，以在此吸收热量。第一热介质在流过第一热交换器之后引导通过第三热交换器，该第三热交换器连接到第二封闭的热介质循环回路中，在其中，第二气态的热介质不经历相变的在循环中引导。在第二热介质循环回路中布置有增压器，该增压器沿第二热介质的流动方向看去布置在第二热交换器之前并且压缩且加热第二热介质。第一热介质在第三热交换器中吸收来自第二热介质的热量，使得第一热介质在流过第三热交换器之后引导通过第二热交换器。在此第一热介质释放热量给需输送的介质。最后，第一热介质在流过第二热交换器之后降压和/或冷却并且回引到第一热交换器。

该方法优选地可在如上文说明和阐述的装置中执行。在上述说明的方法实施方案中，装置作为热泵工作，因此方法用于加热使用介质。

有利地，第一热介质在流过第二热交换器之后并且在重新流过第一热交换器之前引导通过第四热交换器，其接入第二热介质循环回路中并且由第二热介质流过，在第二热介质受增压器压缩之前。通过第四热交换器，第一热介质在第一热介质循环回路的另一区段中引导，而且在流过第一热交换器之后并且在流过第三热交换器之前。在此，在第一热介质循环回路的另一区段中在该第四热交换器中不仅从第二热介质(压缩前)吸收热量，而且从在第二热交换器与第一热交换器之间的区段中沿第一热交换器回引的第一热介质吸收热量。根据本发明的方法的该设计方案提高了方法或这样运行的装置作为热泵使用时的效率，因为无用输出的余热又输送回有效循环回路。

此外，在如前述描述的特别设计方案中所述第一热介质在离开所述第四热交换器与在此重新输送至所述第一热交换器前之间降压和/或冷却。这可以例如借助于珀尔帖元件来实现，而也例如在其中使用膨胀阀或者与相应的管线相接触的情况下来实现。

而现在也可以根据本发明的方法可选择不用于加热，也就是说用于根据热泵类型运行装置，而且用于冷却需调温的介质。然后其中，所述输送器的输送方向和因此所述第一热介质的流动方向可反向，其中，同时中断和/或解耦第二热介质循环回路，使得不再进行在第二热介质与第一热介质之间的热量输送。然后所述第一热介质引导通过所述第二热交换器，以在那里吸收来自需输送的介质的热量，接下来流过所述第三热交换器，而在此不进行继续换热，或者以绕过该第三热交换器，接下来流过所述第一热交换器，以在此将热量释放给环境介质，并且接下来回引到所述第二热交换器，以重新吸收来自需输送的介质的热量，其中，所述第一热介质流过该循环回路而不经历相变。

在该方法变型中可看见根据本发明的方法的特征，其也同样描绘作为根据本发明的装置或使用的特征。因为在这里可使用一个或者同样的装置通过描述的反向第一热介质的输送方向不仅作为用于加热目的的热泵而且也用于冷却介质，例如作为空调设备或者冷却装置。

此外，该设计形式在车辆工程领域中有极大兴趣，在该领域中，一种这样的装置不仅可以用于加热而且可以用于在车辆的乘客舱中调节空气制冷。尤其在那里(在该车辆中例如通过使用高效的内燃机释放的热能不再足够)为加热乘客舱，或者在电动车情况中(其驱动模式完全不再可能有值得一提的热能释放和可利用)为了在冷的环境温度情况下运行机动车需设置备选的加热可能性，特别适用于所述同样根据本发明的装置和根据本发明的方法。因为其除了加热可能性之外通过简单地反向和改变所述第一热介质循环也提供冷却可能性。该应用而也例如在轨道车辆的乘客舱和也在其它交通工具、建筑和空间、房车和住宅集装箱或者在机械和设备的空调(加热/冷却)领域中同样有大的优点。

使用本方法如上面所描述的用于冷却，像这样-根据天气情况和外温度并且根据对于需冷却的区域的所希望的温度调节-会是必需的，涉及主动冷却所述第一热介质，对此在第一热介质循环的区段中沿流动方向在第一热交换器之后并且在第二热交换器之前可以主动冷却所述第一热介质，例如借助于珀尔帖元件或者借助于多个这种元件。在后来使用的珀尔帖元件中，该元件利用电能运行，除了为冷却使用的冷侧面之外也获得元件的热侧面，在该侧面处必须散发热量，为了使珀尔帖元件可以再次以冷却效果来运行。该热量可以有利地散发到环境热介质处并且像这样增加环境热。对此可以例如利用通风器或者简单的均匀的风道(例如通过装备有根据本发明的装置的机动车的行驶风来供应)使用空气用于在其热侧面上冷却所述珀尔帖元件。而也可以形成带有热介质的其它循环，其容纳所述珀尔帖元件的余热并且在其侧面上例如经由热交换器释放到环境介质处。该循环也可以知己由一种这样的环境介质流过(例如空气，而也与地热相关的热介质)。

在本方法的范围中，作为第一热介质优选使用一种这样的，如其上述也已经针对装置描述了的，使得关于所述优选地选择该第一热介质可以与前述描述有关。

可以多样地使用和应用根据本发明的装置和根据本发明的方法，像这样例如用于建筑物取暖和制冷，尤其用于住宅和商业建筑，作为加热设备和空调设备用于汽车工业，用于交通运输业和物流业，用于巴士和火车，用于机械工程和基础建设，而也用于在家用电器中的使用。

附图说明

借助附图作为示例给出的描述，将说明本发明其他的特征和优点更清楚，在附图中：

图1示出了本发明的第一可行设计方案的用于调节介质温度的装置的示意性的图示，并且具有方法步骤的解释，

图2示出了本发明的第二可行设计方案的用于调节介质温度的装置的示意性的图示，并且具有方法步骤的解释；以及

图3示出了根据图2中图示装置的片段的示意性的图示，具有主动冷却的珀尔帖元件的解释。

附图标记清单

1,1’热交换器

2管线

3第一循环回路

4管道

5,5’热交换器

6管线

7热交换器

8管道

9热交换器

10管道

11管道

12循环泵

13管道

14三通阀

15三通阀

16输入管线

17输出管线

18膨胀阀

19珀尔帖元件

20第二循环回路

21管道

22蜗轮增压器

23管道

24反馈管线

25通风器

26鼓风机

27管线

28管线区段

29通风器

30正向管线三通阀

31循环泵

32三通阀

33三通阀

34短路管线

35三通阀

36三通阀

37反向管线三通阀

具体实施方式

在附图中，基本上示出了可实现根据本发明的用于调节介质温度的装置的两个彼此略微不同的实施方式。除此之外，在图3中画出了另一变型。在此，附图也包含了可以说明在该装置上实现的根据本发明的方法的方法过程。

在图1中首先第一次示出了第一热交换器1，在该设计变型中该第一热交换器为如下的热交换器，其提供在气态的环境介质与在管线2中输送的循环的热介质之间的热传递。第一热介质在此在第一循环回路3中输送。在热交换器1中的管线2与管道4相连接，该管道是通向第二热交换器5的输送管线的一部分，该第二热交换器又在管线6中由第一热介质流过并且用于在该第一热介质与气态的介质之间的热交换。

在输送管线中，从第一热交换器1开始、在管道4之后布置有另一热交换器7，输入管道4中的热介质流过该另一热交换器并且热介质通过另一管道8又离开该另一热交换器。热交换器7在此也可沿相反的方向被流过，如这之后还将阐述的那样。管道8则与另一热交换器9相连接，热介质流过该热交换器留置联接的管道10，该管道然后流入第二热交换器5中，管线6在该热交换器5中该管道相连接。另一管道11在相对而置的一侧与热交换器5、准确来说是与管线6相连接并且通向循环泵12。在联接到循环泵12处的管道13中布置有两个可切换到三通阀14、15。这在分别的切换位置中允许第一热介质经由输入管线16通过热交换器7并且回经输出管线17的流动(在该输入管线中设有可调节的膨胀阀18)，或者改回路通过热交换器7直接又进入管道13的反向流动。从循环泵12看去，在三通阀14、15的另一边布置有至少一个可调节的珀尔帖元件19，也可设置多个这种元件。管道13则由通入热交换器1的管线2中并且因此结束循环3。

在图1中示出的装置还实现了另一循环20，在该循环回路中循环第二热介质。在此，第二介质穿过热交换器7，然后到达管道21中并且通过蜗轮压缩器(尤其微型蜗轮增压器)22被压缩，经由管道23被输送至热交换器9并且之后经由反馈管线24回到热交换器7。

现在，在图1中示出的装置可以在两种模式中运行，即一方面作为热泵，加热通过热交换器5输送的使用介质，另一方面作为空调装置(空调设备)，冷却通过热交换器5输送的使用介质。

接下来，首先运行作为热泵的使用方式，其中，循环泵12可在图1的图示中的循环回路3中以顺时针方向循环热介质。

热介质在热介质循环回路3和20中的运行方向在第一循环回路3中以实线箭头示出并且在第二循环回路20中以虚线箭头示出。

在该运行中，在第一热介质通过管线2时，在第一热交换器1中环境热量(例如来自外部空气和排出的废气)传递到第一热介质。在此，第一热交换器1尤其可以是带有通风器25的层片式热交换器。

第一热介质通过循环泵12沿顺时针方向在封闭的热介质循环回路中输送并且将吸收的环境热量带给热交换器7。

在热交换器7中，第一热介质通过来自从热交换器5的回流的余热以及通过来自第二循环回路20的第二热介质的冷却而升高其温度水平。在实际中，在此当第二热介质的温度在回流中冷却到30℃时，温度水平可升高到30℃。三通阀14、15为此相应分别处于切换位置，在该切换位置中输入管线16和输出管线17连接在循环回路3中。

冷却的(例如冷却到约30℃)第二热介质在自封闭的第二循环回路20中在传热过程中通过控制转速的蜗轮增压器22(尤其可为微型蜗轮增压器)而压缩并且又升温到高的温度水平，所谓的压缩热对其产生影响。

因此加热的第二热介质又在热交换器9中与第一热介质相遇，第一热介质在管道8中绕过蜗轮增压器，并且将第一热介质加热到可使用的温度。

加热的第一热介质流至热交换器5，热交换器在该实施例中可为具有鼓风机26的层片式热交换器。在该热交换器5中，第一热介质释放热量给使用介质，例如吸取的新鲜空气。

第一热介质来自热交换器5并且经过三通阀14为了使用余热而流至热交换器7，回流的温度在热交换器7出口处例如可为10℃。

然后，冷却到例如10℃的第一热介质则可经过三通阀15来到可调节的珀尔帖元件19。在该路径上，通过可调节的膨胀阀18已实现第一热介质的降压与冷却。在珀尔帖元件19处，通过珀尔帖效应，热介质的温度下降到低于环境热量的约10K，在冷却时在珀尔帖元件的另一侧上产生的热量可有利地也用于预热环境热量。因此，则可优化使用在珀尔帖元件19中的能量使用。珀尔帖元件19是可调节的并且因此可调节到所希望的温度范围。

在冷却之后通过可调节的珀尔帖元件19第一热介质又回到热交换器1。循环回路可重新开始。在此，重要的需提到的是，在整个循环回路期间第一热介质不发生相变。而第一热介质为液体，其在第一循环回路中出现的条件下保持液态。第一热介质尤其涉及氟化氢物，例如乙氧基九氟丁烷(C4F9OC2H5)。

第二热介质也不会经历相变，而是在整个第二循环回路20期间保持气态。

如已提及的那样，根据在图其中示出的图示构建的装置不仅可作为热泵来驱动，而且也可用于冷却使用介质或调节使用介质的温度。

在此，装置如下来运行；该运行通过未填满的、以直线箭头在图中示出。

在装置作为空调设备的运行中，第二循环回路20不起作用；在冷却时不需要蜗轮增压器22，因此蜗轮增压器不运行。

在装置作为空调设备的这种运行中，环境介质(例如外部空气和排出的空气)优选地比第一热介质冷，使得第一热介质在热交换器1中将热量传递给环境介质。当环境介质比第一热介质热时，装置当然也可工作，此时第一热介质在管线2中流过热交换器。

在吸收环境热量之后或热量通过热介质释放给环境介质之后，该热介质流至实际上需要的通过可调节的珀尔帖元件进行的另一冷却。这通过循环泵12而发生，该循环泵现在第一热介质的第一循环回路3沿相反方向流动。为此，循环泵12可转换地设置在其输送方向。第一热介质通过循环泵12在此即在附图的图示中沿逆时针方向在循环回路3中输送。

优选地，控制器调节珀尔帖元件19的能量使用，使得在环境介质的温度与第一热介质的温度之间的差值例如为约10K。

在温度下降之后，第一热介质流过两个三通阀14、15，其这样接通，使得热介质直接被导入到管道11中，而在此无需到达热交换器7。第一热介质因此直接到达热交换器5。

在该热交换器5中，热介质吸收来自使用介质的热量并且在此冷却使用介质。该使用介质可以是在根据图1的装置中尤其被吸收且冷却的新鲜空气，其然后又到达需要空调调节的空间中，例如机动车的乘客舱。

第一热介质以更高的温度从热交换器5中流出，该温度高于其流入热交换器5的温度，并且流至热交换器9。第一热介质通过该热交换器9并且继续留至热交换器7，而不发生其他热交换。在此，第一热介质在管道8中绕过蜗轮增压器22。

现在，第一热介质又流动通过热交换器1并且在此处释放热量，只要该热介质处于比环境温度高的温度水平，然后循环回路重新开始。

在此，也可设置有另一管道路段，其尤其可通过阀门备选地来接通，在其中，第一热介质直接从热交换器5到达热交换器1，并且在此，绕过热交换器7和9，热交换器7和9在该运行方式中对冷却特性不起作用。

在图2中，画出了原则上相同构造的装置，其根据相同类型的原理工作，使得可参考上文的说明。图2中的图示与图1中的图示的区别在于，在图1中示出的热交换器1和5在图2的结构中由热交换器1’和5’替代并且其中，热交换器1’和5’现在为这种在入口和出口处同样联接到管线系统的、并且不作为层片式由空气自由流过的交换器。当然，无论如何管线系统中的一个在该热交换器中也由气态的介质流过、例如空气，尤其管线27或管线区段28。在这种设计方案中，装置例如也适用于加热居住空间，为此例如为了传输地热将介质在管线27中输送给热交换器1’，并且利用热交换器5’在加热循环回路的管线区段28中加热加热介质，例如水。在如上文所述的反向运行汇总，磁场也可用于调节居住空间的温度(冷却)。

在图3中，通过根据图2的图示的片段或部分区段的图示示出了一种变型，在其中——在使用装置用于调温(冷却)的情况下——珀尔帖元件在其放热侧主动被冷却。当环境温度特别高的时候，这种主动的冷却是尤其需要的。如果装置例如用于机动车的领域中，则行驶风足矣，该从珀尔帖元件相应输出到在其放热的部分自由放出的热量。更难的是，在静态系统的情况下。

为此，首先设置有通风器29。就此而言，设置这种通风器29就足矣，一个或多个通风器可在放热侧充分冷却一个或多个珀尔帖元件，不需要其他冷却措施。如果仅借助通风器29输入新鲜空气还不足够，则可额外地或备选地设置有另一冷却机构，例如这种如在图3中画出的一样。

在此，设置有借助于热介质的冷却，其中，在该设计方案中使用来自热介质循环回路3的第一热介质。

在正向管线30中流动的热介质吸收来自一个或多个珀尔帖元件19的余热。循环泵31则沿三通阀32的方向输送热介质。三通阀32可与输入管线16相连接。当三通阀32在装置的冷却模式中与输入管线16相连接时，则该输入管线16借助三通阀14与通过管道11和13形成的管线相分离。由此，第一热介质在流过三通阀32之后又继续通过输入管线16导向至另一三通阀33。该三通阀在运行模式中将输入管线16与热交换器7阻断并且取而代之将第一热介质流导入短路管线34中。该短路管线与另一三通阀35相连接，该三通阀联接到输出管线17处。在该运行模式中，三通阀35将输出管线17余热交换器7阻断并且将第一热介质导至膨胀阀18。在此，第一热介质相应地降压并且由此冷却。通过另一个、置于膨胀阀18之后的三通阀36，该三通阀将输出管线17在该运行模式中与三通阀15阻断，则冷却且降压的热介质则进入联接到三通阀36的反向管线37，并且从此次又到达珀尔帖元件19，在此它重新吸收热量，然后再到达正向管线30。该循环回路通过相应三通阀32、33、35和36根据控制器的接通而激活，此时装置工作于冷却模式并且在此需要主动冷却珀尔帖元件19。

当然，如本领域专业人员可知的那样，在图1中示出的根据本发明的装置的实施例中实现了相应的管线布置、阀布置和接通。

也可行的是，当例如必须特别低温地冷却第一热介质时，以能够在热交换器1或1’中将环境热吸收到较低的温度水平，则也可在热泵运行中运行如上文所述的主动冷却珀尔帖元件。在这种情况下，则通常不需要使用短路线路34，因此接通三通阀33和35，使得热交换器7连接在循环回路中。为此，在这种接通线路中，也接通三通阀14和15，使得它们包含输入管线16和输出管线17。三通阀32和36则因此接通，使得它们不仅打开至三通阀14或15的连接，而且也打开沿循环泵31或反向管线37方向的连接。三通阀32此外必须具有止回阀，为此不从院子三通阀14的输入管线16开始，借助循环泵压入的第一热流体沿与预先设置的旋转方向相反的方向可流入三通阀32中。

在此，在图3中示出了第一冷却介质循环回路，箭头表示第一冷却介质的流动方向和流动行程，对于作为加热(热泵)的运行或作为冷却(用于调温)的运行，如从在图中布置的图例可知的那样。

本发明的特别之处在于选择第一热价值。如上文提及的那样，其优选地是氟化氢物(化学式CxFy-0-CmHn的化学化合物，其中，x为数字1至12；y为数字0至25；m为数字1至12而n为数字0至25)。这种化合物在正常条件下为液体。其凝固点通常在-38℃与-138℃之间，并且其沸点处于34℃与128℃之间。在凝固点与沸点之间，该化合物为液态。该液体的密度明显高于已知的相应装置使用的热介质。该介质此外不导电，使得其可以上文说明的方式用作冷却介质，用于冷却以电压加载的珀尔帖元件19，而在此不会发生短路等。

相应连接的全球暖化潜势(GWP)、即在5天与4.9年之间，也明显低于迄今所使用的热介质的GWP。氟化氢物与许多材料、塑料和合成橡胶兼容并且允许像这样在实施以该介质驱动装置时使用成本有利的和更小的组件。

与迄今通常使用的热介质不同，氟化氢物不是危险品并且不必相应地在安装、维修或售后、拆卸以及事故时特别低处理法规。更确切的说，氟化氢物相对应更简单的、更环保的和更无风险处理以及可使用的。

氟化氢物也不导电，不可燃和可爆的并且因此也可在那里使用，在该处在事故时存在火灾风险，电气系统可能短路或者会产生环境危害。

在所述第二热循环中可使用无风险的、气态热介质，例如空气。

在第二热介质循环中的蜗轮增压器可以以仅达到4bar的压力来工作并且还是已经达到足够加热所述第二热介质。通过相比较来说低的压力显著减少事故、泄露和环境危害的风险。

在所述第二热介质循环中仅需要少量第二热介质。此外，在那里仅有低压力并且为此在进入到所述蜗轮增压器之前预热第二热介质，使得在所述装置的热泵运行中所需要的电能相当少。甚至于还可以实现进一步减少所需要的电能，当所述涡轮增压器装备有气体-或者磁体支承时。

除此之外，涡轮增压器的优点、尤其优选使用的微型涡轮增压器的优点是，仅产生相当少的机械损失并且像这样达到相当高的效率。涡轮增压器具有相当良好的功率调节可能性。利用其可以覆盖相当大的功率谱。与在已知装置中的通常的涡旋-增压器不同，所述涡轮增压器由此而出众，其没有压力波动。在涡旋-增压器中使用的润滑剂、例如油同样也在所述涡轮增压器中取消。其具有-尤其作为微型涡轮增压器-相当小的结构尺寸。例如，5000W的微型涡轮增压器具有25.4厘米的长度、8.0c的直径尺寸。

对比：相同功率的涡旋-增压器具有尺寸：长度60厘米和直径40厘米。由此所述涡轮增压器与所述迄今通常的涡旋-增压器相比也相当的轻。蜗轮增压器一定程度上免维修并且由此具有极度低的运行成本。该增压器的使用寿命相比较涡旋-增压器的高出四倍。

微型涡轮增压器会具有缺点，由于涡轮轴相当高的转速(在最大负荷中直到500.000U/min，通常在80.000U/min到180.000U/min之间)会产生噪声，当然该噪声可控。

由于新的方法和使用更改的构件和组件实现大量地提升COP和JAZ。

Claims (15)

1.一种用于调节介质温度的装置，其具有如下的部件：

a.封闭的第一热介质循环回路(3)，在其中，循环第一热介质，其中，所述第一热介质这样来选择，使得其在所述第一热介质循环回路(3)中循环而不经历相变，

b.封闭的第二热介质循环回路(20)，在其中，循环第二气态的热介质，其中，所述第二气态的热介质这样来选择，使得其流过所述第二热介质循环回路(20)而不发生相变，

c.布置在第一热介质循环回路(3)中的第一热交换器(1；1’)，在其中，所述第一热介质能与环境介质换热，

d.布置在第一热介质循环回路(3)中的第二热交换器(5；5’)，在其中所述第一热介质能与需输送的介质换热，

e.布置在所述第一热介质循环回路(3)中的第一输送器(12)，用于使得所述第一热介质在所述第一热介质循环回路(3)中运动，

f.布置在封闭的所述第二热介质循环回路(20)中的增压器(22)，用于压缩所述第二气态的热介质，

g.第三热交换器(9)，其沿流动方向看去布置在所述增压器(22)之后并且与所述第二热介质循环回路(20)相接触并且与在所述第一热介质循环回路(3)中的第一热介质处于热交换，

h.器件(18、19)用于冷却和/或降压在所述第一热介质循环回路(3)中的第一热介质，

i.第四热交换器(7)，其集成到所述第二热介质循环回路(20)中并且在此沿流动方向看去布置在所述增压器(22)之前并且与在所述第一热介质循环回路(3)中引导的第一热介质处于换热连接中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，使用液体作为第一热介质，其在正常压力情况下在-50℃至+60℃的温度范围内总为液态。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一热介质为氟化氢物。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个珀尔帖元件(19)作为用于冷却所述第一热介质的器件。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第四热交换器(7)具有三个依次处于换热中的、分离的管线束，其中，第一管线束属于所述第二热介质循环回路，第二管线束属于所述第一热介质循环回路(3)的第一区段(4、21)并且第三管线束(16、17)属于所述第一热介质循环回路(3)的第二区段。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一热介质循环回路的第二区段通过相应的阀(14、15)连接到所述第一热介质循环回路(3)中或者与其分离并且可桥接，所述第三管线束(16、17)属于所述第二区段。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的装置，其特征在于，在所述第二区段中布置有可调节的膨胀阀(18)。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一输送器(12)就输送方向而言可以反向。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述增压器(22)是蜗轮增压器。

10.一种用于输送介质的方法，其中，第一热介质在封闭的第一热介质循环回路中引导并且在此由第一输送器保持在循环中，以吸收热量和释放热量，其中，所述第一热介质在第一热介质循环回路中引导通过第一热交换器以与环境介质换热，并且其中，所述第一热介质引导通过第二热交换器以与需输送的介质换热，其特征在于，所述第一热介质在所述第一热介质循环回路中引导，而不会在所述第一热介质循环回路中经历相变，为了加热需输送的介质，所述第一热介质由所述输送器引导通过所述第一热交换器，以在此吸收热量，所述第一热介质在流过所述第一热交换器之后引导通过第三热交换器，该第三热交换器连接到封闭的第二热介质循环回路中，在其中，第二气态的热介质不经历相变的在循环中引导，其中，在所述第二热介质循环回路中布置有增压器，该增压器沿第二气态的热介质的流动方向看去布置在所述第二热交换器之前并且压缩且加热所述第二气态的热介质，其中，所述第一热介质在所述第三热交换器中吸收来自所述第二气态的热介质的热量，使得所述第一热介质在流过所述第三热交换器之后引导通过所述第二热交换器，在其中，释放热量给需输送的介质，并且使得所述第一热介质在流过所述第二热交换器之后降压和/或冷却并且回引到所述第一热交换器，

所述第一热介质在流过所述第二热交换器之后并且在重新流过所述第一热交换器之前引导通过第四热交换器，其接入所述第二气态的热介质循环回路中并且由所述第二气态的热介质流过，在第二气态的热介质受增压器压缩之前，并且通过第四热交换器所述第一热介质在所述第一热介质循环回路的另一区段中引导，而且在流过所述第一热交换器之后并且在流过所述第三热交换器之前，其中，其在所述第一热介质循环回路的另一区段中在该第四热交换器中不仅从第二气态的热介质吸收热量，而且从在所述第二热交换器与所述第一热交换器之间的区段中沿所述第一热交换器回引的第一热介质吸收热量。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一热介质在离开所述第四热交换器与再次输送至所述第一热交换器前之间降压和/或冷却。

12.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其特征在于，为了冷却所述需输送的介质，所述输送器的输送方向和引起所述第一热介质的流动方向可反向，其中，同时中断和/或解耦第二热介质循环回路，其中，所述第一热介质引导通过所述第二热交换器，以在此吸收来自需输送的介质的热量，接下来流过所述第三热交换器，而在此不进行继续换热，或者以绕过该第三热交换器，接下来流过所述第一热交换器，以在此将热量释放给环境介质，并且接下来回引到所述第二热交换器，以重新吸收来自需输送的介质的热量，其中，所述第一热介质流过该循环回路而不经历相变。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一热介质在所述第一热介质循环回路的区段中沿流动方向在所述第一热交换器之后并且在所述第二热交换器之前主动被冷却。

14.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其特征在于，作为第一热介质使用如下的液体，其在正常压力下在-50℃至+60℃的温度范围内总为液态。

15.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其特征在于，作为第一热介质使用氟化氢物。

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