CN112119521A - 用于产生能量、将燃料电池和可逆热力学系统耦合的组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于产生能量的组件，该组件包括燃料电池(1)、构造成接收第一传热流体并且至少部分地围绕所述燃料电池(1)布置的流体电池回路(2)，其特征在于，所述组件包括可逆热力学系统，所述可逆热力学系统构造成交替地进行：‑疏散由所述燃料电池(1)产生的热能，并通过所述第一传热流体将所述热能转变为机械能，以及‑通过所述第一传热流体向所述燃料电池(1)供应热能，所述热力学系统包括：构造成接收第二传热流体的流体热力学回路(18)；‑第一热交换器(3)，用于在所述流体热力学回路(18)和所述流体电池回路(2)之间交换热能；以及‑第二热交换器(4)，用于在所述流体热力学回路(18)和外部源之间交换热能。本发明涉及燃料电池、尤其是质子交换膜类型的燃料电池的运行改进。本发明将在所有使用燃料电池、尤其是质子交换膜燃料电池的领域中应用。本发明将优选地应用于运输领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生能量的组件，其耦合燃料电池和可逆热力学系统。
本发明涉及燃料电池、尤其是质子交换膜类型的燃料电池的运行的改进。
本发明将在使用质子交换膜燃料电池的所有领域中得到应用。
本发明将优选地应用于运输领域。
背景技术
质子交换膜燃料电池也以聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)的名称为人所知。PEMFC允许在低压和低温范围内运行。它们包括特定的聚合物电解质膜。
PEMFC将在二氢(H2)和二氧(O2)的电化学反应过程中释放的化学能转变为电能，与这两个物体的热化学反应“相反”的过程产生热能。氢射流被引向电极膜组件的阳极侧。此时，它被催化分解成质子和电子。半电池中的这种氧化反应描述为：
H2→2H++2e-
同时，从MEA的阴极侧引导氧气流。双氧分子与穿过聚合物电解质膜的质子和通过外部电路到达的电子发生反应，从而形成水分子。半电池中的还原反应用电解写成：
4H++4e-+O2→2H2O
这种类型的燃料电池供应有氢气和氧气，其供应的热功率与电功率的数量级相同。当燃料电池在有利地在120℃至180℃之间的高温下工作时，情况尤其如此。
因此，散热是避免过热以及因此避免膜劣化的主要挑战。有几种方法可以疏散这种热量：-确保传热液体的循环，在具有专用热回路的双极板内或在插入的专用板内(例如，燃料电池的每2至3个电池)；-在电池的入口处向水中注入空气，并通过部分蒸发水来散热；-每个双极板均配有散热片，并且通过强制空气循环将热量散发至外部。因此，在所有这些选项中，冷却回路都包括带有其循环器的液体或气体回路，以及可选地(在液体的情况下)向外的热交换器。
此外，已经研究了增强该热能，尤其是为了提高燃料电池的电效率，以降低由这些系统产生的能量的成本。而且，在上述热交换器中与周围空气的温度差较低，因此需要使用相对较大的热交换器。
Won-Yong Lee等人在文章“由高温聚合物电解质燃料电池和有机朗肯循环系统组成的联合动力系统的动力优化(Power optimization of a combined power systemconsisting of a high-temperature polymer electrolyte fuel cell and an organicRankine cycle system)，能源113(2016)1062-1070”，中特别进行了描述，将实施有机朗肯循环的系统结合起来，以增强燃料电池产生的热能。
但是，这种类型的发展不足以使燃料电池可用于各种应用中，尤其是运输中。
因此，需要提出一种解决方案，该解决方案还提高尤其是PEMFC类型的燃料电池的能量效率。
发明内容
为了实现该目的，根据一个实施例，本发明提供了一种用于产生能量的组件，该组件包括燃料电池、构造成接收第一传热流体的流体电池回路，第一传热流体有利地至少部分地围绕燃料电池布置，其特征在于，该组件包括可逆热力学系统，可逆热力学系统构造成交替地疏散由燃料电池产生的热能，并通过第一传热流体将其转变为机械能，并通过第一传热流体将热能输入到燃料电池，热力学系统包括构造成接收第二传热流体的流体热力学回路、用于在流体热力学回路和流体燃料回路之间交换热能的第一热交换器、以及用于在流体热力学回路和外部源之间交换热能的第二热交换器。
本发明的优点在于，通过改善由电池产生的热能的增强以及在燃料电池启动期间所需的能量消耗来显著提高燃料电池的整体能量效率。
实际上，对在高温下运行的尤其是PEMFC类型的燃料电池的研究涉及这些电池的启动。实际上，为了使电池可以开始产生电力，对于高温PEMFC，膜必须达到特定的温度，尤其是120℃左右。为了使膜达到该温度，因此必须通过热能输入来加热膜。该热量例如由放置在电池堆中以加热膜的电阻来提供输入。该解决方案是高能耗的。
因此，本发明借助热力学系统而疏散热能以产生机械能，甚至产生电能，同时允许热能输入，这归功于热力学系统构造成通过低能耗而在两个工作方向上运行。
根据一个实施例，可逆热力学系统并且有利地是唯一的可逆热力学系统包括具有热力学循环的模块，该模块构造成在机械能产生(例如有机朗肯循环)和热能产生(例如机械蒸汽压缩循环)中交替地运行。
根据一个实施例，可逆热力学系统包括斯特林发动机，斯特林发动机构造成在机械能产生和热能产生中交替地运行。
本发明的另一方面涉及一种通过如上所述的生产组件产生能量的方法，该方法包括以下连续步骤：
通过输入到燃料电池的热能启动电池
运行燃料电池以产生电流和热能
其特征在于，在启动步骤期间，可逆热力学系统流过第一传热流体向燃料电池输入热能，并且在运行步骤期间，所述可逆热力学系统通过第一传热流体疏散由燃料电池产生的热能，并通过第二传热流体将其转变为机械能。
附图说明
本发明的目标、目的以及特征和优点将从对本发明的实施例的详细描述中更好地体现出来，该实施例由以下支持附图示出，在附图中：
图1是在启动电池的步骤期间根据本发明的一个实施例的用于产生能量的组件的示意图。
图2是在电池的运行步骤期间根据本发明的第一实施例的用于产生能量的组件的示意图。
图3是在电池的运行步骤期间根据本发明的第一实施例的变型的用于产生能量的组件的示意图。
图4是在电池的运行步骤期间根据本发明的第一实施例的变型的用于产生能量的组件的示意图。
图5是在启动电池的步骤期间根据本发明的第二实施例的用于产生能量的组件的示意图。
图6是在电池的运行步骤期间根据本发明的第二实施例的用于产生能量的组件的示意图。
图7是在电池的运行步骤期间根据本发明的第二实施例的变型的用于产生能量的组件的示意图。
附图仅作为示例给出，并不限制本发明。它们构成旨在促进对本发明的理解的原理示意图，并且不一定达到实际应用的规模。虚线表示无效的流体连接，而实线表示有效的流体连接。
具体实施方式
在开始对本发明的实施例进行详细阐述之前，以下陈述了可选特征，这些可选特征可以可选地结合使用或替代地使用：
有利地，流体电池回路是闭合回路。
有利地，流体热力学回路是闭合回路。闭合回路意味着该回路形成环路，第一传热流体和第二传热流体有利地连续地在环路中循环。
有利地，可逆热力学系统包括连接至第一热交换器的至少一个用于产生热能的模块，该模块优选地被供电。
有利地，用于产生热能的模块通过流体热力学回路流体地连接到和/或热连接到第一热交换器，以将由用于产生热能的模块产生的热能交换到流体电池回路。
根据一种可能性，用于产生热能的模块包括热泵，更具体地包括至少一个压缩机，压缩机流体地连接到第一热交换器。
根据一种可能性，用于产生热能的模块包括斯特林发动机，斯特林发动机热连接到第一热交换器。
有利地，可逆热力学系统包括用于产生机械能的模块。
根据一种可能性，用于产生机械能的模块包括有机朗肯循环模块。
根据一种可能性，用于产生机械能的模块包括斯特林发动机。
有利地，可逆热力学系统、有利地是唯一的可逆热力学系统以蒸汽机械压缩循环的形式将有机朗肯循环模块和热泵相关联。
有利地，热泵包括压缩机和减压器，压缩机和减压器与第一热交换器和第二热交换器串行布置在流体热力学回路上。
有利地，有机朗肯循环包括涡轮和泵，涡轮和泵用于使第二传热流体在流体回路中循环，并与第一热交换器和第二热交换器串行布置在流体热力学回路上。
有利地，压缩机与涡轮平行布置在流体热力学回路上。
有利地，泵与流体热力学回路的减压器平行布置。
有利地，流体热力学回路包括热泵回路，热泵回路将第一热交换器、减压器、第二热交换器、压缩机以及再次第一热交换器相继流体地连接，使得第二传热流体在第一热交换器、减压器、第二热交换器、压缩机和再次第一热交换器中相继循环。
有利地，流体热力学回路包括有机朗肯循环模块，有机朗肯循环模块将第一热交换器、涡轮、第二热交换器、泵以及再次第一热交换器相继流体地连接，使得第二传热流体在第一热交换器、涡轮、第二热交换器、泵以及再次第一热交换器中相继循环。
有利地，该组件包括用于将第二传热流体替代地切换到涡轮或压缩机以及泵或减压器的构件。
有利地，涡轮连接到交流发电机或压缩机或泵。
有利地，压缩机连接到电源。
有利地，可逆热力学系统包括可逆斯特林发动机。
有利地，斯特林发动机构造成交替地从热能产生机械能，并从机械能产生热能，例如热泵。
有利地，其中流体热力学回路包括第一回路和第二回路，第一回路包括泵，第一回路构造成允许第二传热流体在第一热交换器和斯特林发动机的热区之间循环，第二回路包括泵，第二回路构造成允许第二传热流体在第二热交换器和斯特林发动机的冷区之间循环。
有利地，该组件包括布置在第一回路上的第三热交换器和布置在第二回路上第四热交换器，第三热交换器构造成在第一回路的第二传热流体与构造成围绕斯特林发动机的热区循环的中间传热流体之间交换热能，第四热交换器构造成在第二回路的第二传热流体与构造成围绕斯特林发动机的冷区的传热流体之间交换热能。
有利地，包括连接到斯特林发动机的至少一个活塞、优选地两个活塞的轮。
有利地，燃料电池是高温质子交换膜类型或HT-PEMFC类型。
有利地，该组件包括与燃料电池相关联的用于产生能量的模块，该模块构造成从由燃料电池产生的电子流产生电能。
最好使用Alpha型发动机，因为它提供了高功率/容积比，可适应集成的限制，由于配备了蓄热器以及热源和冷源的分离明显。，效率得到了提高。该循环的工作流体是空气或氮气。
有利地，在启动步骤期间，第一热交换器从在流体热力学回路中循环的第二传热流体和在流体电池回路中循环的第一传热流体传递热能。
有利地，在启动步骤期间，第二热交换器将热能从外部源传递到在流体热力学回路中循环的第二传热流体。
有利地，热力学系统包括有机朗肯循环模块，有机朗肯循环模块在燃料电池的运行步骤期间运行并构造成将产生的热量转变为电能，有机朗肯循环模块与热泵相关联，热泵在启动燃料电池的步骤期间运行并构造成向燃料电池提供热能。
有利地，在启动燃料电池的步骤期间，第二传热流体在流体热力学回路中循环，第二传热流体相继流过循环第二传热流体的压缩机而，然后第二传热流体流入第一热交换器、然后流过减压器、然后流过第二热交换器，第二传热流体在第一热交换器中被冷凝并将热能传递到第一传热流体，以启动燃料电池，第二传热流体在减压器中承受压降，第二传热流体在第二热交换器中通过从热源回收热能而蒸发。
有利地，在燃料电池的运行步骤期间，第二传热流体通过相继流过第一热交换器(3)、然后流过涡轮、然后流过第二热交换器、然后流过泵而在流体热力学回路中循环，第二传热流体在第一热交换器中通过从在流体电池回路中循环的第一传热流体回收热能而被汽化，第二传热流体在涡轮中膨胀以产生机械能，第二传热流体在第二热交换器中与冷源冷凝接触，第二传热流体在泵中被加压以被输送到第一热交换器。
有利地，流体热力学回路包括布置在泵和第一热交换器之间的蓄热器，蓄热器构造成增加在第一热交换器的入口处的第二传热流体的温度。
有利地，热力学系统包括可逆斯特林发动机，可逆斯特林发动机构造成在启动燃料电池的步骤期间向燃料电池供应热能，并且构造成在燃料电池的运行步骤期间将产生的热量转变为机械能。
有利地，在启动步骤期间，第二传热流体通过与外部源交换而在第二热交换器的高度处回收热能，然后通过与在斯特林发动机中循环的工作流体交换而将热能传递到斯特林发动机的冷区，由轮驱动的活塞在热区中移动工作流体，第二传热流体通过与斯特林发动机的热区的工作流体交换而回收热能，斯特林发动机将热能传递给第一热交换器中的第一传热流体。
有利地，在运行步骤期间，第二传热流体通过与第一传热流体交换而在第一热交换器的高度处回收热能，然后通过与在斯特林发动机中循环的工作流体进行交换而将热能传递到斯特林发动机的热区，以致动发动机的活塞，从而产生机械能并在冷区内移动工作流体，第二传热流体通过与斯特林发动机的冷区的工作流体交换来回收热能。
除相反地提及外，将不定冠词“一”或“一个”用于要素或步骤并不排除存在多个这样的要素或步骤。
规定在本发明的范围内，术语“在...上”、“凸起”、“覆盖”或“在...下”或它们的等同形式不一定表示“与...接触”。
在本说明书中，表述“A流体地连接到B”并不一定意味着A和B之间不存在任何构件。
“直接交换”或“直接耦合”意味着热能交换是直接进行的，无需任何中间电路或组件。
本发明涉及一种用于产生能量的组件，该组件包括燃料电池1。
优选地，燃料电池1是高温质子交换膜燃料电池，即，当膜达到90至120℃的温度时它开始运行，这是启动，过渡性运行。在运行时，温度实际上位于120到180℃之间。
燃料电池1旨在产生电能。电池1包括发电模块10，发电模块10直接连接到电池并用于回收由电池1产生的电子流以产生电能。燃料电池还产生热能。根据本发明的组件包括构造成接收第一传热流体的流体电池回路2。流体电池回路2是闭合回路，即该回路是闭合的，从而形成环路，第一传热流体有利地在环路中循环。第一传热流体是烃类的，例如戊烷，或二氧化碳CO2或NH3，或者是氢氟烃类的或等效物(HFC、HFO或HFE)。有利地，流体电池回路2布置成至少部分地与电池1接触，并且更具体地，与电池1的热部分接触。例如，在电池1的堆叠物中布置有第一传热流体在其中循环的换热板。
根据本发明，该组件包括可逆热力学系统。该可逆热力学系统也可以称为可逆能量转换系统。
“可逆”意味着热力学系统在由热能产生机械能或产生热能方面交替地运行。因此，根据一个实施例和在另一实施例中，运行相同的热力学系统。根据本发明的热力学系统构造成疏散由燃料电池1产生的热能，并将其转变为机械能，甚至可选地转变为电能，并且交替地，将热能供应给燃料电池1。根据本发明的组件交替地呈现两个功能，即一个然后另一个。
为此，该组件有利地包括构造成接收第二传热流体的流体热力学回路18。流体热力学回路18是独立的，即它没有流体地连接到流体电池回路2。流体热力学回路18是闭合回路，即闭合以形成环路，第二传热流体在环路中循环。第二传热流体可以与第一传热流体相同或不同。第二传热流体是烃类型的，例如戊烷，或二氧化碳CO2或NH3，或者是氢氟烃类型的或等效物(HFC、HFO或HFE)。
热力学系统包括用于在流体热力学回路18与流体电池回路2之间交换热能的第一热交换器3以及用于在流体热力学回路18与外部源9之间交换热能的第二热交换器4。
第一热交换器3包括第一传热流体的入口201和第一传热流体的出口202。入口201和出口202确保流体电池回路与第一热交换器3的流体连接。第一热交换器3还包括第二传热流体的入口103和第二传热流体的出口104。入口103和出口104确保流体热力学回路与第一热交换器3的流体连接。
有利地，热力学系统包括用于从燃料电池的热能产生机械能的模块和用于产生旨在供应给燃料电池的热能的模块。
用于产生热能的模块有利地被供电。用于产生热能的模块有利地流体地连接到第一热交换器。
根据第一实施例，用于产生热能的模块包括热泵。热泵包括被供电的压缩机5，压缩机5的第二传热流体的流体出口110流体地连接到第一热交换器3的流体入口203。
根据第二实施例，用于产生热能的模块包括斯特林发动机。斯特林发动机被供电并且热连接到第一热交换器3，更具体地，热连接到第一热交换器3的入口303、403。
根据第一实施例，用于产生机械能的模块是有机朗肯循环模块，并且根据第二实施例，是斯特林发动机。
根据第一实施例，热力学系统包括热泵可逆有机朗肯循环模块(ORC)。有机朗肯循环模块(以下也称为朗肯模块)尤其允许从温度较低或中等的热源产生机械动力。朗肯模块允许通过将热能转变为机械能来增强由燃料电池1产生的热能。热泵允许将热能(即热量)从低温介质(诸如冷源)传递至高温介质(诸如热源)。因此，它可以反转热能自发传递的“自然方向”。热泵允许向燃料电池1供应热能。根据本发明，热力学系统构造成在朗肯模块实施例和热泵实施例中交替地运行。
有利地，根据本发明的热泵在15至120℃之间的温度范围内运行。相对于现有技术的电加热，它可以大大节省电。热泵的性能系数(COP)有利地为3至4。
热泵包括与第一热交换器3和第二热交换器4串行布置的减压器6和压缩机5。有利地，这些构件布置在流体热力学回路18上，更具体地，布置在称为热泵回路的回路上，尤其使得第二传热流体优选地相继流过第一热交换器3、减压器6、第二热交换器4和压缩机5，然后再次流过第一热交换器3。
朗肯模块包括与第一热交换器3和第二热交换器4串行布置的涡轮8和泵7。有利地，这些构件布置在流体热力学回路18上，更具体地布置在称为朗肯模块回路的回路上，尤其使得第二传热流体优选地相继流过第一热交换器3、涡轮8、第二热交换器4和泵7，然后再次流过第一热交换器3。
朗肯模块和热泵混合在一起。“混合”意味着构件关联以形成根据本发明的热力学系统。朗肯模块和热泵至少部分地共享相同的流体热力学回路，即第一热交换器3和第二热交换器4，实际上，热泵回路与朗肯模块回路至少部分地相同。热泵和朗肯模块关联并交替地运行。朗肯模块和热泵的耦合在结构上延伸，并且它们的运行是交替的，而不是同时的。
更具体地，减压器6和泵7平行地布置在流体回路18上，即，减压器6布置在流体热力学回路18的支路13b上，支路13b有利地连接第一热交换器3和第二热交换器4，泵7布置在流体热力学回路18的支路13a上，支路13a有利地连接第一热交换器3和第二热交换器4。两个支路13a、13b是平行的，第二传热流体在这两个支路13a、13b中的任一个中循环有利地由包括例如三通阀19之类的切换构件控制，根据生产组件和热力学系统的运行实施例，三通阀19将第二传热流体定向在两个支路13a、13b中的任一个中。
同样地，涡轮8和压缩机5平行地布置在流体回路上，即，涡轮8布置在流体热力学回路18的支路14a上，支路14a有利地连接第一热交换器3和第二热交换器4，压缩机5布置在流体热力学回路18的支路14b上，支路14b有利地连接第一热交换器3和第二热交换器4。两个支路14a、14b是平行的，第二传热流体在两个支路14a、14b中的任一个中的循环有利地由包括例如三通阀19之类的切换构件控制，根据生产组件和热力学系统的运行实施例，三通阀19将第二传热流体定向在两个支路14a、14b中的任一个中。
泵7是构造成使第二传热流体在流体热力学回路18中循环的泵。涡轮8通过使旋转轴旋转而将热能转变为机械能。根据不同的可能性，涡轮连接到交流发电机以发电，或者连接到压缩机或泵以直接使用机械能。
根据有利的可能性，热力学系统包括与发动机或交流发电机耦合或相关联的可逆涡旋压缩机。通过限制热力学系统中构件的数量，这种可能性节省了投入、质量和体积。
有利地，在组件的热交换器的高度处交换热能的两种流体的流动沿相反的方向进行，以优化交换。
关于图1和图2，下面描述根据第一实施例的用于产生能量的组件的结构和功能。
该组件包括包含第一传热流体的流体电池回路2。流体电池回路相继穿过电池1和第一热交换器3，以交替地将热能从电池1疏散到第一热交换器3或从电池1供应热能以在第一热交换器3的高度处回收。
压缩机5有利地由电源12供电，电源12例如是存储电能的蓄电池或尤其是嵌入用于运输应用的电网。
减压器6是阀的类型，允许使流过它的第二传热流体膨胀。
图1示出了根据本发明的组件，其中，热力学系统包括与热泵相关联的朗肯模块。在所示的情况下，热力学系统以热泵模式运行，即第二传热通过流体热泵的不同元件在称为热泵回路的流体热力学回路18中循环。
流体电池回路2包括在电池1外部的第一传热流体的出口113，出口113流体地连接到第一热交换器3中的第一传热流体的入口101。第一传热流体流过第一热交换器3并通过出口102流出，出口102流体地连接到电池1中的第一传热流体的入口114。
下面描述称为热泵回路的流体热力学流体18，第一热交换器3的第二传热流体的出口104流体地连接到减压器6的入口105。第二传热流体通过出口106从减压器6流出，出口106流体地连接到第二热交换器4的入口107。第二传热流体通过出口108从第二热交换器4流出，出口108流体地连接到压缩机5的入口109。第二传热流体通过出口110从压缩机5流出，出口110流体地连接到第一热交换器3的入口103。有利地，不同构件之间的流体连接包括切换构件，例如三通阀19，从而允许将第二传热流体切换到支路13a或13b和14a或14b中。在第二热交换器4的高度处，使外部源9循环，外部源9通过入口111进入到第二热交换器4中，并且通过出口112从第二热交换器4流出。外部源9是冷源，例如来自飞机机舱的空气，或被加热的水源，或可选地为外部空气。
在运行的同时，如图1所示，根据本发明的组件允许启动电池1。
第二传热流体进入到压缩机5中。压缩机5使第二传热流体循环，第二传热流体有利地以气态通过压缩机5的出口110离开并且比进入那里时更热。因此，第二传热流体在已经被阀19有利地切换之后流过用作第一冷凝器的第一热交换器3。在第二传热流体流入冷凝器3期间，第二传热流体传递其热能，即热量，并冷凝。第二传热流体改变状态。第一传热流体在第一热交换器3中循环并从第二传热流体中回收热量，以将其供应到电池1。有利地，流体连接，即位于冷凝器3和减压器6之间的管道，被称为液体管线，第二传热流体处于液态。在出口104处，第二传热流体通过诸如阀19之类的切换装置被切换到包括减压器6的支路13b上。减压器6被供应处于液态的第二传热流体。减压器6产生限制，该限制引起第二传热流体的压降。在减压器6的出口106处，第二传热流体具有比在入口105处更低的压力以及更低的温度。第二传热流体通常为两相混合物。第二传热流体通过诸如阀19之类的切换构件朝向第二热交换器4切换，然后流过用作蒸发器的所述第二热交换器4。液态的第二传热流体通过吸收来自在第二热交换器4中循环的外部源9的热量而在第二热交换器4中蒸发。因此，气态的第二传热流体通过压缩机5的入口109被吸入，并且循环重新开始。
图2示出了根据本发明的组件，其中，热力学系统包括与热泵相关联的朗肯模块。在所示的情况下，热力学系统在朗肯模块实施例中运行，即第二传热流体通过流过朗肯模块的不同构件而在流体回路中循环。
流体电池回路2包括在电池1外部的第一传热流体的出口213，出口213流体地连接到第一热交换器3中的第一传热流体的入口201。第一传热流体流过第一热交换器3并通过出口202流出，出口202流体地连接到电池1中的第一传热流体的入口114。
下面描述称为朗肯模块回路的流体热力学回路18，第一热交换器3的第二传热流体的出口204流体地连接到涡轮8的入口205。第二传热流体通过出口206从涡轮8流出，出口206流体地连接到第二热交换器4的入口207。第二传热流体通过出口208从第二热交换器4流出，出口208流体地连接到泵7的入口209。第二传热流体通过出口210从泵7流出，出口210流体地连接到第一热交换器3的入口203。有利地，不同构件之间的流体连接包括切换构件，例如三通阀类型的阀19，从而允许将第二传热流体切换到支路13a或13b和14a或14b中。在第二热交换器4的高度处，使外部源9循环，外部源9通过入口211进入进入第二热交换器4，并通过出口212从第二热交换器4流出。外部源9可以与上述相同。
在运行时，根据本发明的组件可以是图2所示的情况，其允许疏散由电池1产生的热能，并且尤其是允许增强电池1的机械能。
第二传热流体流过用作蒸发器的第一热交换器3。在第二传热流体流入蒸发器3期间，第二传热流体回收热能，即热量，并被汽化。第二传热流体改变状态。第一传热流体在第一热交换器3中循环并将热量传递至第二传热流体，以将热量从电池1中疏散。第二传热流体通过诸如阀19之类的切换装置被切换到包括涡轮8的支路14a。涡轮8被供应气态的第二传热流体。涡轮8(也称为膨胀机)允许通过驱动产生机械能的旋转轴将第二传热流体从高压膨胀到低压，该机械能可以尤其是通过交流发电机11被转变为电能。在涡轮的出口206处，第二传热流体具有比入口205更低的压力以及更低的温度。第二传热流体通过诸如阀19之类的切换构件被切换到第二热交换器4，然后流过用作冷凝器的所述第二热交换器4。气态的第二传热流体通过将热量释放到在第二热交换器4中循环的外部源9而在第二热交换器4中冷凝。液态的第二传热流体通过出口208流出并且通过诸如阀19之类的切换装置被切换到包括泵7的支路13a，该切换装置允许第二传热流体在流体热力学回路中循环。传热流体从泵流出并进入到第一热交换器3中，并且循环重新开始。
图3和图4示出了第一实施例的变型，其中，根据本发明的组件互补地包括用于存储由燃料电池或模块产生的热能的装置，以允许直接使用热能。例如，图3所示的存储装置包括被加热并存储热能的压载水22，也可以使用其他类型的热存储装置，例如相变材料。如图3所示，存储装置与涡轮8和压缩机5平行布置在流体热力学回路18上。存储装置布置在平行支路14c上。优选地，支路14c通过诸如三通阀19之类的切换构件连接到流体热力学回路。
以相同的方式，图4示出了用于使用热能的模块的布置，例如炉子或加热器23。
根据第二实施例，热力学系统包括可逆斯特林发动机。斯特林发动机构造成交替地从由燃料电池1产生的热能产生机械能，并从机械能向燃料电池供应热能。
如在第一实施例中一样，该组件包括布置成与电池1、更具体地与电池1的膜接触的流体电池回路2。
同样，热力学系统包括流体热力学回路18、第一热交换器3和第二热交换器4。第一热交换器3允许在流体热力学回路12和流体电池回路2之间进行热能交换。类似地，第二热交换器4的允许在流体热力学回路18和特别地如上所述的外部源9之间进行热能交换。
斯特林发动机15包括容纳工作流体的腔室和至少一个活塞25。
存在不同类型的斯特林发动机。根据本发明，将优选使用α型发动机，因为它提供了适应集成约束的增加的功率/体积比、由于存在蓄热器以及冷热源明显区分而提高了效率。
如图5至图7所示的斯特林发动机15对应于α型发动机。斯特林发动机包括形成在容纳第一活塞25a的第一腔室中的热区20和形成在容纳第二活塞25a的第二腔室中的冷区21。在热泵实施例中通过活塞25a、25b，即产生热能，或者通过在产生机械能期间改变致动活塞25a和25b的工作流体的体积，工作流体在这两个区域之间移动。活塞25a和25b连接至轮26，轮26可选地连接至交流发电机11以产生电力，或连接到电源12以致动轮26。
优选地，流体热力学回路18包括第一回路18a和第二回路18b。有利地，在启动步骤期间并且优选在运行步骤期间，允许热能转变为机械能，第一回路18a和第二回路18b不流体连接。第一回路18a和第二回路18b形成独立的流体回路。优选地，在两个回路18a和18b中循环的传热流体是相同的。
根据本发明，流体热力学回路18与斯特林发动机15交换热能。更具体地，第一回路18a与斯特林发动机15的热区20交换热能，第二回路18b与斯特林发动机15的冷21区交换热能。
第一回路18a包括第一热交换器3，第二回路18b包括第二热交换器4。
可以直接通过第二传热流体围绕热区20循环来实现第一回路18a的第二传热流体与热区20之间的热交换。同样，可以直接通过第二传热流体围绕冷区21循环而实现第二回路18b的第二传热流体和冷区21之间的热交换。
有利地，根据另一种可能性，尤其是在图5至图7中示出的，热力学系统包括第三热交换器16和第四热交换器17。因此，第一回路18a的第二传热流体与热区20之间的热交换由第三热交换器完成。传热流体围绕热区20循环，然后通过第三热交换器16与第一回路18a的第二传热流体交换。类似地，第二回路18b的第二传热流体与冷区21之间的热交换由第四热交换器17完成。传热流体围绕冷区21循环，然后通过第四热交换器17与第二回路18b的第二传热流体进行交换。
第一回路18a包括第一热交换器3和第三热交换器16，并且有利地包括泵7，泵7构造成使第二传热流体在流体热力学回路18的第一回路18a中循环。第三热交换器16构造成在流体热力学回路、更具体地第一回路18a与斯特林发动机15、更具体地发动机的热区20之间交换热能。
第二回路18b包括第二热交换器4和第四热交换器17，并且有利地包括泵7，泵7构造成使第二传热流体在流体热力学回路中循环。第四热交换器17构造成在流体热力学回路、更具体地第二回路18b和斯特林发动机15、更具体地发动机的冷区21之间交换热能。
图5示出了启动燃料电池的步骤，其中通过热力学系统将热能供应至燃料电池。下面参照图5描述根据本发明的组件的布置及其功能。
必须为要启动的燃料电池提供热能。该组件包括流体电池回路1。流体电池回路1包括第一传热流体，第一传热流体通过第一传热流体的出口325从电池1流出，第一传热流体的出口325流体地连接到第一热交换器3中的第一传热流体的入口301。第一传热流体流过第一热交换器3，并通过出口303流出，出口303流体地连接到电池1中的第一传热流体的入口326。
流体热力学回路包括第一回路18a，第一回路18a包括第一热交换器3中的第二传热流体的入口303。第二传热流体流过第一热交换器3并通过出口304流出，出口304流体地连接到泵7中的第二传热流体的入口305，泵7将第二传热流体从其出口306输送到第三热交换器16，泵7通过其出口306与第三热交换器16的入口307流体连接。第二传热流体流过第三热交换器16。第二传热流体通过有利地流体地连接到第一热交换器3的入口303的出口308从第三热交换器16流出。
第二回路18b包括第二热交换器4，第二传热流体在第二热交换器4通过入口319进入。第二传热流体流过第二热交换器4并通过有利地流体地连接到第四热交换器17的入口315的出口320流出。第二传热流体流过第四热交换器17，并通过流体地连接到泵7的入口317的出口316流出，泵7使第二传热流体在第二回路18b中循环。第二传热流体通过流体地连接到第二热交换器4的入口319的出口318从泵流出。
下面描述用于与斯特林发动机15的热区20和冷区21交换的第三热交换器和第四热交换器17的流体回路。
第三热交换器16的回路包括围绕斯特林发动机的传热流体的出口309，出口309流体地连接到第三热交换器16的工作流体的入口310。工作流体流过第三热交换器16并通过出口311流出，出口311流体地连接到围绕热区20的传热流体的入口327。传热流体围绕热区20循环并通过出口309流出。
第四热交换器17的回路包括围绕斯特林发动机的传热流体的出口328，出口328流体地连接到第四热交换器17的工作流体的入口312。工作流体流过第四热交换器17并通过流体地连接到围绕冷区21的传热流体的入口314的出口313流出。传热流体围绕冷区21循环并通过出口312流出。
有利地，斯特林发动机连接到电源12，电源12旨在向斯特林发动机15提供机械能。在这种情况下，斯特林发动机用作热泵。
从外部源9回收热量，以将其供应给燃料电池。
在第二热交换器4的高度处，第二传热流体从外部源9回收热能。加热的第二传热流体通过第二传热流体围绕发动机的冷区21的循环或通过第四热交换器17(其中第二传热流体和中间传热流体在第四热交换器17中循环)而将其热能传递到斯特林发动机的工作流体。然后，第二传热流体进入到泵7中，以被送回第二热交换器4。在冷区21中加热的工作流体膨胀。移动活塞25b的机械能由电源12供应，电源12构造成使致动活塞25b的轮26旋转。活塞25移动到热区20，从而将热工作流体移动到热区。在热区20的高度处，工作流体直接通过第二传热流体与热区20的接触或通过第三热交换器16将其热能传递到第一回路18a的第二传热流体，中间传热流体和第二传热流体在第三热交换器16中循环。工作流体被冷却。允许致动活塞25的电能将其驱动到冷区21，从而将冷却的工作流体驱动到冷区21以再次被加热。由工作流体加热的第二传热流体进入到第一热交换器2中，以将其热能传递给第一传热流体，从而将热能供应给电池1。
图6示出了燃料电池的运行步骤，其中热能由燃料电池产生并且由热力学系统疏散和增强。下面参照图6描述根据本发明的组件的布置及其运行。
燃料电池1包括用于从由电池1产生的电子流产生电能的模块10。燃料电池产生热能。该组件包括流体电池回路1。流体电池回路1包括第一传热流体，第一传热流体通过第一传热流体的出口425从电池1流出，第一传热流体的出口425流体地连接到第一热交换器中的第一传热流体的入口401。第一传热流体流过第一热交换器3并通过出口403流出，出口403流体地连接到电池1中的第一传热流体的入口426。
流体热力学回路包括第一回路18a，第一回路18a包括第一热交换器3中的第二传热流体403的入口。第二传热流体流过第一热交换器3并通过出口404流出，出口404与第三热交换器16中的第二传热流体的入口405流体连接，其中第二传热流体流过第三热交换器16。第二传热流体通过出口406从第三热交换器16流出，出口406有利地流体地连接到泵7的入口407，泵7将第二传热流体从其出口408送回到第一热交换器3，泵7通过第一热交换器的入口403与第一热交换器流体连接。
第二回路18b包括第二热交换器4，第二传热流体在第二热交换器4中通过入口417进入。第二传热流体流过第二热交换器4并通过出口418流出，出口418有利地流体地连接到泵7的入口419，泵7使第二传热流体在第二回路18b中循环。第二传热流体通过出口420从泵中流出，出口420流体地连接到第四热交换器17的入口415。第二传热流体流过第四热交换器17并通过出口416流出，出口416流体地连接到第二热交换器4的入口417。
第三热交换器16的回路包括围绕斯特林发动机的传热流体的出口427，出口427流体地连接到第三热交换器16的传热流体的入口312，并通过出口413流出，出口413流体地连接到围绕热区20的传热流体的入口414。传热流体围绕热区20循环并通过出口417流出。
第四热交换器17的回路包括围绕斯特林发动机的传热流体的出口409，出口409流体地连接到第四热交换器17的传热流体的入口410。传热流体流过第四热交换器17并通过出口411流出，出口411流体地连接到围绕冷区21的传热流体的入口428。传热流体围绕冷区21循环并通过出口409流出。
有利地，斯特林发动机连接到交流发电机11或压缩机，或者特别地允许将来自斯特林发动机的机械能转变为电能。
在运行时，以上关于图6描述的组件允许从电池疏散热能，以在斯特林发动机的高度处将其转变为的机械能，甚至是电能。
燃料电池产生的热量由第一传热流体在电池的高度处回收，并在流体电池回路中循环。当第一传热流体流过第一热交换器3时，第一传热流体将其热能(即热量)传递给第二传热流体。流过第一热交换器3的第二传热流体将被加热。第二传热流体以比入口处更高的温度从第一热交换器3流出。然后，第二传热流体进入到第三热交换器16中，从而允许将热能从第二传热流体传递到斯特林发动机15的工作流体。根据一种可能性，第三热交换器包括中间传热流体与斯特林发动机15的热区20进行外部接触循环。
根据所示的可能性，第二传热流体将其热能传递到在第三热交换器16中循环的中间传热流体，中间传热流体在进入斯特林发动机的热区20之前温度升高。第二传热流体从第三冷却热交换器流出，并在被送回第一热交换器3的入口403之前通过泵7循环。
有利地，热力学系统包括第二回路18b，第二回路18b旨在增加斯特林发动机15的热区20和冷区21中的工作流体之间的温度差。在回路18b中，第二传热流体流过第二热交换器4，也流过外部源9。在这种情况下，外部源9是冷的，即其温度低于在第二热交换器4中循环的第二流体的温度。外部源9是如上所述那样。优选在第四热交换器17的高度处或在斯特林发动机的冷区21的高度处与斯特林发动机15的工作流体接触之前，流过第二热交换器4的第二传热流体被冷却，第二传热流体围绕冷区21循环。第二传热流体从冷区21的工作流体中回收热能，从而降低该区21中工作流体的温度。第二传热流体以高于其入口温度的温度从第四热交换器流出或与冷区21接触。然后，第二传热流体流过泵7，泵7旨在将第二传热流体送回到第二热交换器4。在斯特林发动机的高度处，由第二传热流体在热区20的高度处加热的工作流体膨胀，其体积增大，并朝着冷区21的方向推动活塞25。因此，位于冷区21中的工作流体通过与第二回路18b的第二传热流体交换而被冷却。工作流体的冷却导致其收缩，因此活塞25被推回到热区20，如此往复。活塞25的平移运动被传递至有利地连接到交流发电机11的轮26。
根据第二实施例的替代实施例，流体热力学回路包括连接支路323、324、423、424，这些支路允许流体地连接第一回路18a和第二回路18b，尤其是在图7所示的情况下，从而使斯特林发动机从流体回路中退出，并在连接支路上提供用于压载水类型22的存储热能的装置，或直接用于将热能用作炉子或加热器23的模块。
附图标记
1.燃料电池
2.流体电池回路
3.第一热交换器
4.第二热交换器
5.压缩机
6.减压器
7.泵
8.涡轮
9.源
10.发电模块
11.交流发电机
12.电源
13a,13b.并行支路
14a,14b.并行支路
15.斯特林发动机
16.第三热交换器
17.第四热交换器
18.热力学流体回路
18a.第一环路
18b.第二环路
19.三通阀
20.热区
21.冷区
22.水压载
23.炉子或加热器
24.工作流体回路
25a.活塞-25b.活塞
26.轮
27.热区与冷区之间的连通
101.第一热交换器中的第一传热流体入口
102.第一热交换器的第一传热流体出口
103.第一热交换器中的第二传热流体入口
104.第一热交换器的第二传热流体出口
105.减压器中的第二传热流体入口
106.减压器的第二传热流体出口
107.第二热交换器中的第二传热流体入口
108.第二热交换器的第二传热出口
109.压缩机中的第二传热流体入口
110.压缩机的第二传热流体出口
111.第二热交换器中的源入口
112.第二热交换器中的源出口
113.电池中的第一传热流体的出口
114.电池中的第一传热流体的入口
201.第一热交换器中的第一传热流体入口
202.第一热交换器中的第一传热流体出口
203.第一热交换器中的第二传热流体入口
204.第一热交换器中的第二传热流体出口
205.涡轮中的第二传热流体入口
206.涡轮中的第二传热流体出口
207.第二热交换器中的第二传热流体入口
208.第二热交换器中的第二传热流体出口
209.泵中的第二传热流体入口
210.泵中的第二传热流体出口
211.第二热交换器中的源入口
212.第二热交换器中的源出口
213.电池中的第一传热流体的出口
214.电池中的第一传热流体的入口
301.第一热交换器中的第一传热流体入口
302.第一热交换器中的第一传热流体出口
303.第一热交换器中的第二传热流体入口
304.第一热交换器中的第二传热流体出口
305.泵中的第二传热流体入口
306.泵中的第二传热流体出口
307.第三热交换器中的第二传热流体入口
308.第三热交换器中的第二传热流体出口
309.斯特林发动机的工作流体出口
310.第三热交换器中的工作流体入口
311.第三热交换器中的工作流体出口
312.第四热交换器中的工作流体入口
313.第四热交换器的工作流体出口
314.斯特林发动机的工作流体入口
315.第四热交换器中的第二传热流体入口
316.第四热交换器中的第二传热流体出口
317.泵中的第二传热流体入口
318.泵中的第二传热流体出口
319.第二热交换器中的第二传热流体入口
320.第二热交换器中的第二传热流体出口
321.第二热交换器中的源入口
322.第二热交换器中的源出口
323.连接支路
324.连接支路
325.电池中的第一传热流体的出口
326.电池中的第一传热流体的入口
327.围绕热区的中间传热流体入口
328.冷区的中间传热流体出口
401.第一热交换器中的第一传热流体入口
402.第一热交换器的第一传热流体出口
403.第一热交换器中的第二传热流体入口
404.第一热交换器的第二传热流体出口
405.第三热交换器中的第二传热流体入口
406.第三热交换器中的第二传热流体出口
407.泵中的第二传热流体入口
408.泵中的第二传热流体出口
409.斯特林发动机的工作流体出口
410.第四热交换器中的工作流体入口
411.第四热交换器中的工作流体出口
412.第三热交换器中的工作流体入口
413.第三热交换器中的工作流体出口
414.斯特林发动机的工作流体入口
415.第四热交换器中的第二传热流体入口
416.第四热交换器中的第二传热流体出口
417.第二热交换器中的第二传热流体入口
418.第二热交换器中的第二传热流体出口
419.泵中的第二传热流体入口
420.泵中的第二传热流体出口
421.第二热交换器中的源入口
422.第二热交换器中的源出口
423.连接支路
424.连接支路
425.电池中的第一传热流体的出口
426.电池中的第一传热流体的入口
427.热区的中间传热流体的出口
428.围绕冷区的中间传热流体的入口。
Claims (24)
1.一种用于产生能量的组件，包括燃料电池(1)、构造成接收第一传热流体并且至少部分地围绕所述燃料电池(1)布置的流体电池回路(2)，其特征在于，
所述组件包括可逆热力学系统，所述可逆热力学系统构造成交替地进行：
-疏散所述燃料电池(1)产生的热能，并通过所述第一传热流体将所述热能转变为机械能，以及
-通过所述第一传热流体向所述燃料电池(1)输入热能，
所述热力学系统包括：
-流体热力学回路(18)，构造成接收第二传热流体，
-第一热交换器(3)，用于在所述流体热力学回路(18)和所述流体电池回路(2)之间交换热能，以及
-第二热交换器(4)，用于在所述流体热力学回路(18)和外部源之间交换热能。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述可逆热力学系统包括连接至所述第一热交换器(3)的至少一个热能产生模块。
3.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述热能产生模块通过所述流体热力学回路(18)流体地连接到和/或热连接到所述第一热交换器(3)，以将所述热能产生模块所产生的热能交换到所述流体电池回路(2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述可逆热力学系统包括使有机朗肯循环模块和热泵相关联的系统。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述热泵包括与所述第一热交换器(3)和所述第二热交换器(4)串行布置的压缩机(5)和减压器(6)。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的组件，其中，所述有机朗肯循环模块包括涡轮(8)和旨在使所述第二传热流体在所述流体热力学回路(18)中循环的至少一个泵(7)，所述涡轮(8)和所述泵(7)与所述第一热交换器(3)和所述第二热交换器(4)串行布置。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的组件，其中，所述压缩机(5)与所述涡轮(8)平行地布置，所述泵(7)与所述减压器(6)平行地布置。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述流体热力学回路(18)包括热泵回路，所述热泵回路将所述第一热交换器(3)、所述减压器(6)、所述第二热交换器(4)、所述压缩机(5)和再次所述第一热交换器(3)流体地连接。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的组件，其中，所述流体热力学回路(18)包括有机朗肯循环模块回路，所述有机朗肯循环模块回路将所述第一热交换器(3)、所述涡轮(8)、所述第二热交换器(4)、所述泵(7)和再次所述第一热交换器(3)相继流体地连接。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的组件，包括用于将所述第二传热流体交替地切换到所述涡轮(8)或所述压缩机(5)以及所述泵(7)或所述减压器(6)的构件。
11.根据权利要求1所述的组件，其中，所述可逆热力学系统包括构造成交替地从热能产生机械能以及从机械能产生热能的可逆斯特林发动机(15)。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述流体热力学回路(18)包括第一回路(18a)和第二回路(18b)，所述第一回路(18a)构造成允许所述第二传热流体在所述第一热交换器(3)和所述斯特林发动机(15)的热区(20)之间循环，所述第二回路(18b)构造成允许所述第二传热流体在所述第二热交换器(4)和所述斯特林发动机(15)的冷区(21)之间循环。
13.根据权利要求12所述的组件，包括布置在所述第一回路上的第三热交换器(16)和布置在所述第二回路(18b)上的第四热交换器(17)，所述第三热交换器构造成在所述第一回路(18a)的所述第二传热流体与构造成围绕所述斯特林发动机(15)的所述热区(20)循环的中间传热流体之间交换热能，所述第四热交换器构造成在所述第二回路(18b)的所述第二传热流体和构造成围绕所述斯特林发动机(15)的所述冷区(21)循环的所述中间传热流体之间交换热能。
14.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述燃料电池(1)是高温质子交换膜类型的。
15.根据前述权利要求中任一项所述的组件，包括与所述燃料电池(1)相关联的能量产生模块，所述能量产生模块构造成从由所述燃料电池(1)产生的电子流产生电能。
16.一种用于通过根据前述权利要求中任一项所述的用于产生能量的组件来产生能量的方法，包括以下步骤：
-通过向燃料电池(1)输入热能来启动所述燃料电池；
-运行所述燃料电池(1)以产生电流和热能；
其特征在于，在所述启动步骤期间，可逆热力学系统通过第一传热流体将热能输入到所述燃料电池(1)，以及在运行所述可逆热力学系统的步骤期间，所述可逆热力学系统通过所述第一传热流体将所述燃料电池(1)产生的热能疏散并通过第二传热流体将所述热能转变为机械能。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述启动步骤期间，第一热交换器(3)将热能从在流体热力学回路(18)中循环的第二传热流体传递到在流体电池回路(2)中循环的第一传热流体。
18.根据权利要求16和17中任一项所述的方法，其中，在所述启动步骤期间，第二热交换器(4)将来自外部源的热能传递到在所述流体热力学回路(18)中循环的所述第二传热流体。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述热力学系统包括有机朗肯循环模块，所述有机朗肯循环模块在所述燃料电池(1)的运行步骤期间运行并且构造成将所产生的热量转变为电能，所述有机朗肯循环模块与热泵相关联，所述热泵在启动所述燃料电池(1)的步骤期间运行并且构造成将热能供应到所述燃料电池(1)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在启动所述燃料电池(1)的步骤期间，所述第二传热流体在所述流体热力学回路(18)中循环，其相继流过使所述第二传热流体循环的所述压缩机(5)，然后所述第二传热流体流入所述第一热交换器(3)，其中所述第二传热流体在所述第一热交换器中被冷凝并将热能传递给所述第一传热流体以启动所述燃料电池(1)，然后流过所述减压器(6)，所述第二传热流体在所述减压器中承受压降，然后流过所述第二热交换器(4)，所述第二传热流体在所述第二热交换器中通过从热源回收热能而蒸发。
21.根据权利要求19和20中任一项所述的方法，其中，在所述燃料电池(1)的运行步骤期间，所述第二传热流体通过相继流过所述第一热交换器(3)、然后流过涡轮(8)、然后流过所述第二热交换器(4)、然后流过泵(7)而在所述流体热力学回路(18)中循环，其中，所述第二传热流体在所述第一热交换器中通过从在所述流体电池回路(2)中循环的所述第一传热流体中回收热能而蒸发，所述第二传热流体在所述涡轮中膨胀，从而产生机械能，所述第二传热流体在所述第二热交换器中与冷源接触冷凝，所述第二传热流体在所述泵中被加压以被输送到所述第一热交换器(3)。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述热力学系统包括可逆斯特林发动机(15)，所述可逆斯特林发动机构造成在启动所述燃料电池(1)的步骤期间向所述燃料电池(1)供应热能，并且构造成在所述燃料电池(1)的运行步骤期间将产生的热量转变为机械能。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，在所述启动步骤期间，所述第二传热流体通过与外部源(9)交换而在所述第二热交换器(4)处回收热能，然后通过与在所述斯特林发动机(15)中循环的工作流体交换而将热能传输到所述斯特林发动机(15)的冷区(21)，由轮(26)致动的活塞(25)在所述热区(20)中移动所述工作流体，所述第二传热流体通过与所述斯特林发动机(15)的所述热区(20)的所述工作流体交换而回收热能，所述斯特林发动机将热能传递给所述第一热交换器(3)中的所述第一传热流体。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，在所述运行步骤期间，所述第二传热流体通过与所述第一传热流体交换而在所述第一热交换器(3)处回收热能，然后通过与在所述斯特林发动机(15)中循环的工作流体交换来将热能传递至所述斯特林发动机(15)的热区(20)，以致动所述发动机的活塞(25)，从而产生机械能并使所述工作流体在所述冷区(21)中移动，所述第二传热流体通过与所述斯特林发动机(15)的所述冷区(21)的所述工作流体交换而回收热能。
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