CN116263276A - 热泵级联和用于通过热泵级联将冷却剂加热或冷却的方法 - Google Patents
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Abstract
为了提供能够在高效率的情况下提供较高的温度行程的热泵级联，建议一种热泵级联(100)，其包括n个级，其中n≥2，其中，所述n个级中的每一级都具有热泵(10)，该热泵具有冷却剂进口(11)、第一冷却剂出口(12)和第二冷却剂出口(13)，其中，每个热泵(10)具有热侧(14)和冷侧(15)以及体积流分配器(24)，其中，所述体积流分配器(24)设置用于，将进入冷却剂进口(11)的冷却剂流分配到热侧(14)和冷侧(15)，其中，每一级i的热泵(10)的第一冷却剂出口(12)与后续级i+1的热泵(10)的冷却剂进口(11)相连，其中i＝1...n‑1，其中，至少一个后续级i+1的热泵(10)的第二冷却剂出口(13)通过回流管路(21)与前级1...i的热泵(10)的冷却剂进口(11)相连，其中i＝1...n‑1。
Description
技术领域
本发明涉及一种热泵级联，其包括n个级，其中n≥2。此外，本发明涉及一种用于将冷却剂加热或冷却的方法，该方法通过包括n个级的热泵级联实施，其中n≥2。
背景技术
热式热泵(kalorische
英文：caloric heat pump)可以在热力技术和制冷技术的许多领域中使用、尤其也用在车辆制造中。
开发有效率的热式热泵的最大技术挑战之一是热材料的温度行程(Temperaturhub)相对较低，该温度行程通常在2K至10K之间。在此，温度行程理解为流入热泵中的气态或液态冷却剂的温度与流出的冷却剂的温度之间的差异。该温差受热材料在相变过程中的温度改变和热泵中的热力学条件的限制，这些热力学条件受表面、流速、热传递等的影响。这对于弹热式热泵和磁致热式或电热式热泵均适用。
尤其在机动车中，对乘客空间的冷却和加热和对电池和电子器件的热管理均需要比目前可供热式热泵使用的材料所能实现的明显更高的温度行程。
由专利文献CN 112 325 510A已知一种由多个热泵构成的热泵级联
其适合于在大型发电厂中使用。这些热泵并联连接，以便形成多级的热泵级联。
专利文献DE 10 2018 219 714 A1公开了一种用于流体交换设备的传热装置，其用于调节流过流体交换设备的流体的温度，该传热装置具有至少一个用于导引流体的进口通道、尤其用于将该流体再循环的至少一个出口通道和至少一个布置在进口通道和出口通道之间的导热单元，该导热单元用于在进口通道和出口通道之间进行热交换，其中，至少一个布置在导热单元内的能振动的膜元件设置用于根据振动位置在膜元件和进口通道和/或出口通道之间传导热量。
由专利文献CN 109 260 750A已知一种设备，该设备基本上具有蒸发干燥装置、第一级热泵耦合空气加热系统、第二级热泵耦合空气加热系统、第三级热泵耦合空气加热系统和第四级热泵耦合空气加热系统，这些空气加热系统具有相同的结构类型和相同的连接形式。
专利文献EP 3 296 658 B1公开了一种废气热泵，其包括用于内部空间废气的进口通道、用于废气的出口通道和用于从废气或内部空间空气回收热量的热泵单元。
专利文献DD 223 221A1公开了一种用于产生加热热量的吸收式热泵，通过该加热热量在连续使用环境能量的情况下在最佳的热关系下实现季节性需要的不同高的始流温度。根据一种线路图，通过阀组合和旁路管线将单级设施集成到两级的吸收式热泵中。在两级的线路布置中，加热水循环通过高温吸收器和冷凝器实现，而通过低温吸收器实现的另外的回路设置用于热水制备。相反地，在单级运行中，整个水流被导引通过低温吸收器和冷凝器并且被分配用于热水制备和加热。
专利文献US 2019/0257555 A1公开了一种磁致热式热泵，其具有再生装置和可旋转的场发生器。
由专利文献US 10,465,951B2已知一种热泵系统，其使用可变磁化来控制暴露在磁场中的磁致热材料的量。
由专利文献US 2017/0089612 A1已知一种多级热泵，其具有蒸发器、冷凝器和膨胀级、蒸汽压缩级和用于贮存流体气相的储罐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种热泵级联，通过该热泵级联能够在高效率的情况下提供较高的温度行程。
此外，本发明所要解决的技术问题还在于提供一种用于将冷却剂加热或冷却的方法。
为了解决本发明所要解决的技术问题，建议一种热泵级联，其包括n个级，其中n≥2，其中，所述n个级中的每一级都具有热泵，该热泵具有冷却剂进口、第一冷却剂出口和第二冷却剂出口，其中，每个热泵具有热侧和冷侧以及体积流分配器，其中，所述体积流分配器设置用于，将进入冷却剂进口的冷却剂流分配到热侧和冷侧，其中，每一级i的热泵的第一冷却剂出口与后续级i+1的热泵的冷却剂进口相连，其中i＝1...n-1，其中还规定，至少一个后续级i+1的热泵的第二冷却剂出口通过回流管路与前级(或者说之前的级)1...i的热泵的冷却剂进口相连，其中i＝1...n-1。
热泵级联设计用于将冷却剂加热或冷却。冷却剂可以是液态或气态的冷却剂，如空气或水。
借助于根据本发明的热泵级联可以通过将多个级或多个热泵相互连接(Aneinanderreihung)来实现冷却剂的温度行程的倍增。
在此，在每一级或各级的每个热泵中产生热泵的最大可实现的温度行程。在每一级中，在所属热泵中，进入相应冷却剂进口的冷却剂被体积流分配器分成用于热侧的子流和用于冷侧的子流。在热泵的运行中，热量则从冷侧的冷却剂子流传递到热侧的冷却剂子流中。根据热泵级联设计用于加热还是冷却消耗器系统，要么将热侧的子流要么将冷侧的子流从每一级各自的(或者说相应的)热泵的第一冷却剂出口引出并且输入后续级的热泵的冷却剂进口。相应地，剩下的冷侧或热侧的子流则从每一级的热泵的各自的第二冷却剂出口流出。
例如，如果从相应的第一冷却剂出口出来的是冷侧的冷却剂，则逐步冷却的冷却剂从一个热泵流至下一个热泵。在这种情况下，最终冷却的冷却剂从最后一级的热泵的第一冷却剂出口流出并且用于冷却消耗器系统。
根据本发明，在至少一个级中规定，从第二冷却剂出口出来的冷却剂通过回流管路被输入前级的热泵之一的冷却剂进口。在上述热泵级联的情况下，这意味着，在至少一个级中，从热泵的第二冷却剂出口将热侧子流输入前级的热泵之一的冷却剂进口。冷却剂子流的这种回流(或者说再循环)的优点是增加了可用的冷却体积流。
在没有体积流回流的情况下，如果冷却剂在每个热泵中被分成同等大小的子流，则在n个级中，从最后一级的热泵的第一冷却剂出口出来的可用于冷却消耗器系统的冷却剂流以系数1/2n小于进入第一级的热泵的冷却剂进口的冷却剂流。与此相反，对于n级的热泵级联，其中从第三级起在每一级中分别将冷却剂引回给紧接在之前的级，从最后一级的热泵的第一冷却剂出口出来的可用的冷却剂流只以系数1/2n小于进入第一级的热泵的冷却剂进口的冷却剂流。由于通过至少一个级的热泵的至少一个第二冷却剂出口使冷却剂回流至前级，增加了可用的体积流并且提高了效率。
当然，在上述热泵级联中，热侧和冷侧的角色也可以互换。在这种情况下，热侧的冷却剂从相应的第一冷却剂出口流出。逐步加热的冷却剂从一个热泵流向下一个热泵。最终加热的冷却剂则从最后一级的热泵的第一冷却剂出口流出并且用于加热消耗器系统。此外，在至少一个级中，冷侧的子流从热泵的第二冷却剂出口流出并且被输入前级的热泵的冷却剂进口。冷却剂子流的这种回流的优点是增加了可用的加热体积流。
优选地规定，每个后续级i+1的热泵的第二冷却剂出口通过回流管路与前级1...i的热泵的冷却剂进口相连，其中i＝2...n-1。
由于在从第三级起的每一级中发生冷却剂子流的回流，因此在最后一级的热泵的第一冷却剂出口处提供的可用于冷却或加热的冷却剂体积流进一步增加。
特别优选地规定，每个后续级i+1的热泵的第二冷却剂出口通过回流管路与前级i的热泵的冷却剂进口相连，其中i＝2...n-1。
因此，从第二冷却剂出口流出的冷却剂子流从第三级起被重新输入紧接在之前的级的冷却剂进口。
这具有如下优点，即，至少在将冷却剂对半分配到每个热泵中的热侧和冷侧的情况下，通过相应的回流管路从后续级i+1导引回前级i的冷却剂子流具有与从再前级i-1输入前级i的冷却剂相同的温度水平。
例如，如果在每个热泵中可实现的温度差为10℃，则原理可描述如下：在第一级中，例如温度为20℃的冷却剂进入热泵的第一冷却剂进口。在第一级的热泵内，冷却剂在冷侧被冷却到15℃并且在热侧被加热到25℃。因此，冷却剂以15℃的温度从第一级的热泵的第一冷却剂出口流出并且因此以15℃的温度进入第二级的冷却剂进口。在第二级的热泵中，冷却剂在冷侧又被冷却了5℃并且以10℃的温度从第二级的热泵的第一冷却剂出口流出并且以该温度进入第三级的热泵的冷却剂进口。来自第二级的第二冷却剂出口的经加热的冷却剂的温度为20℃，并且从第三级的第二冷却剂出口流出的冷却剂的温度为15℃。从第三级的热泵的第二冷却剂出口流出的冷却剂通过回流管路被输入第二级的冷却剂进口，如上所述，该冷却剂的温度为15℃。
但原则上也可以将从第二冷却剂出口流出的冷却剂流输入再前级i-1或者再再前级i-2或者每个任意的前级1...i。
此外可以规定，热泵的体积流分配器将进入的冷却剂流按50:50的比例进行分配。此外，体积流分配器可以设计用于，将冷却剂按20:80至80:20、优选40:60至60:40的比例分配到冷侧和热侧。
优选地规定，从各级的热泵的第二冷却剂出口流出并且导引回前级的冷却剂的温度与从再前级输入所述前级的热泵的冷却剂进口的冷却剂的温度相符。
优选地规定，所述热泵是热式热泵、尤其电热式热泵、磁致热式热泵或弹热式热泵。
进一步有利地规定，每个热泵设置用于，作用产生(或者说引起)冷却剂在热侧和冷侧之间的至少5℃、优选至少10℃、进一步优选至少20℃的温度差。
优选地可以规定，至少最后一级i＝n的热泵的第一冷却剂出口与第一冷却剂线路相连，其中，第一冷却剂线路与第一级i＝1的热泵的冷却剂进口相连。
此外优选地可以规定，第一冷却剂线路包括热交换器。
当相应的冷侧配属于相应级的热泵的第一冷却剂出口时，从最后一级的热泵的第一冷却剂出口流出来的是经冷却的冷却剂。该冷却剂被引入第一冷却剂线路并且可以通过第一冷却剂线路重新输入第一级的热泵的冷却剂进口，以便形成闭合的冷却剂回路。
在第一冷却剂线路中存在热交换器、例如用于车辆内部空间的热交换器。通过该热交换器可以从车辆内部空间吸收热量，以便冷却车辆内部空间。利用通过热交换器吸收的热量可以将经冷却的冷却剂重新加热到例如20℃的温度并且以该升高的温度重新输入第一热泵的冷却剂进口。
优选地规定，至少第一级i＝1的热泵的第二冷却剂出口与第二冷却剂线路相连，其中，第二冷却剂线路与第一级i＝1的热泵的冷却剂进口相连。
进一步优选地规定，最先的j级j＝1...n-1、优选最先的两级的热泵的各自的第二冷却剂出口与第二冷却剂线路相连。
因此在一种优选的实施方式中规定，从第一级和第二级的热泵的各自的第二冷却剂出口流出的冷却剂被输入第二冷却剂线路。在此，在第二冷却剂线路中可以存在冷却器。该冷却器例如可以是用于将第二冷却剂线路中的冷却剂流的热量释放到外部环境的冷却器。备选地，冷却器也可以是用于电池电动车或混合动力电动车的驱动电池的热交换器，以便可以通过该热交换器调节电池的温度。因此，热量从第二冷却剂线路中的经加热的冷却剂传递到电池或外部环境，从而第二冷却剂线路中的冷却剂的温度下降。随后将冷却剂流重新输入第一级的热泵的冷却剂进口，在那里，该冷却剂与从第一冷却剂线路输入的冷却剂混合。
在空气作为冷却剂的情况下，也可以考虑省去第一冷却剂线路和第二冷却剂线路以及第一热交换器和第二热交换器或冷却器。在这种情况下，来自最后一级i＝n的热泵的第一冷却剂出口的经冷却的空气可以直接用于冷却例如车辆内部空间，并且来自最先的j级j＝1...n-1、优选最先的两级的热泵的第二冷却剂出口的经加热的空气被吹入外部空气中。在每一级的热泵的热侧和冷侧关于第一冷却剂出口和第二冷却剂出口的配属关系如下所述互换的情况下，来自最后一级i＝n的热泵的第一冷却剂出口的经加热的空气可以直接用于加热例如车辆内部空间。
因此，在之前的阐述中，每一级的热泵的热侧和冷侧关于第一冷却剂出口和第二冷却剂出口的配属关系也可以互换。
在这种情况下，经加热的冷却剂流从最后一级的热泵的第一冷却剂出口流出并且被输入第一冷却剂线路。通过布置在第一冷却剂线路中的热交换器可以提供对车辆内部空间的加热。由此冷却的冷却剂通过第一冷却剂线路重新输入第一级的热泵的冷却剂进口。同时，从没有冷却剂回流的级的热泵的第二冷却剂出口流出的经冷却的冷却剂被引入第二冷却剂线路，该第二冷却剂线路可以具有另外的热交换器。通过所述另外的热交换器，第二冷却剂线路中的经冷却的冷却剂可以通过例如从车辆环境中吸收热能而被重新加热。备选地，第二冷却剂线路中的经冷却的冷却剂可以用于冷却车辆部件、如电池或驱动马达。在第二冷却剂线路中因此被重新加热的冷却剂同样被输入第一级的热泵的冷却剂进口并且与来自第一冷却剂线路的经冷却的冷却剂混合。
优选地尤其规定，每个热泵的第一冷却剂出口配属于热侧并且每个热泵的第二冷却剂出口配属于冷侧，或者每个热泵的第一冷却剂出口配属于冷侧并且每个热泵的第二冷却剂出口配属于热侧。
优选地另外规定，每个热泵都具有转换装置，其中，该转换装置设计用于，可选地将热侧分配给第一冷却剂出口并且将冷侧分配给第二冷却剂出口，或者将冷侧分配给第一冷却剂出口并且将热侧分配给第二冷却剂出口。
通过转换装置可以将热泵级联可选地用于对冷却剂流加热或冷却。在此，转换装置可以由阀、合适的传动机构或开关机构形成。
转换装置尤其用于将热泵的热侧和冷侧彼此关于相应热泵的第一冷却剂出口和第二冷却剂出口互换。
有利地可以规定，设置有至少五个、优选至少七个、进一步优选至少十个级。
本发明所要解决的技术问题的另一解决方案是提供一种用于将冷却剂加热或冷却的方法，该方法通过前述热泵级联实施，该热泵级联包括n个级，其中n≥2，其中，将冷却剂流输入第一级i＝1的热泵的冷却剂进口，其中，在每一级i中，其中i＝1...n-1，将冷却剂的第一子流通过相应热泵的第一冷却剂出口输入后续级i+1的热泵的冷却剂进口，其中还规定，在至少一个后续级i+1中，其中i＝1...n-1，将冷却剂的第二子流通过相应热泵的第二冷却剂出口输入前级1..i的热泵的冷却剂进口。
上述关于热泵级联的全部特征、功能和特性也能够以类似或相应的方式转用到用于将冷却剂加热和冷却的方法。
相应地优选规定，在每个后续级i+1中，其中i＝2...n-1，将冷却剂的第二子流通过相应热泵的第二冷却剂出口输入前级1..i的热泵的冷却剂进口。
优选地规定，在每个后续级i+1中，其中i＝2...n-1，将冷却剂的第二子流通过相应热泵的第二冷却剂出口输入前级i的热泵的冷却剂进口。
此外优选的是，每一级i的热泵是热式热泵、尤其电热式热泵、磁致热式热泵或弹热式热泵。
此外可以规定，每个热泵作用产生冷却剂在热侧和冷侧之间的至少5℃、优选至少10℃、进一步优选至少20℃的温度差。
进一步有利地可以规定，至少在最后一级i＝n中，冷却剂的第一子流通过热泵的第一冷却剂出口输入第一冷却剂线路，其中，第一冷却剂线路将冷却剂的所述子流输入第一级i＝1的热泵的冷却剂进口。
此外可以规定，至少在第一级i＝1中、优选在最先的两级中，冷却剂的第二子流通过相应热泵的各自的第二冷却剂出口输入第二冷却剂线路，其中，该第二冷却剂线路将冷却剂的所述子流输入第一级i＝1的热泵的冷却剂进口。
优选地规定，在每一级i中，每个热泵的第一冷却剂出口配属于热侧并且每个热泵的第二冷却剂出口配属于冷侧，或者每个热泵的第一冷却剂出口配属于冷侧并且每个热泵的第二冷却剂出口配属于热侧。
此外可以规定，在每一级i中设置有转换装置，其中，该转换装置可选地将热侧分配给第一冷却剂出口并且将冷侧分配给第二冷却剂出口，或者将冷侧分配给第一冷却剂出口并且将热侧分配给第二冷却剂出口。
附图说明
以下根据附图详细阐述本发明。在附图中：
图1示出热泵级联的第一实施方式；
图2示出热泵级联的第二实施方式；并且
图3示出热泵级联的第三实施方式。
具体实施方式
图1示出根据本发明的热泵级联100，在此要根据该热泵级联更详细地阐述用于将冷却剂加热或冷却的方法200。热泵级联100包括五个级i＝1...5。每一级i都包括热泵10，该热泵具有冷却剂进口11、第一冷却剂出口12和第二冷却剂出口13。每一级i的每个热泵10还包括热侧14和冷侧15。在图1所示的热泵级联100中，在每一级i中，冷侧15配属于第一冷却剂出口12，并且热侧14配属于第二冷却剂出口13。此外，热泵10具有体积流分配器24，其中，该体积流分配器24设置用于，将进入相应热泵10的冷却剂进口11的冷却剂流分配到热侧14和冷侧15。最先的4级i＝1...4的每个热泵10的第一冷却剂出口12与后续级i+1的热泵10的冷却剂进口11相连。最后一级i＝5的热泵10的第一冷却剂出口12与第一冷却剂线路16相连。此外，第一级i＝1的热泵10的和第二级i＝2的热泵10的第二冷却剂出口13与第二冷却剂线路17相连。
在第一冷却剂线路16中存在用于未示出的机动车的车辆内部空间的热交换器18，并且在第二冷却剂线路17中存在另外的热交换器19，其形式为未详细示出的机动车的冷却器20。第三级至第五级i+1＝3..5的第二冷却剂出口13分别通过相应的回流管路21与前级i的冷却剂进口11相连，因此，从第三级i＝3的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂被输入第二级i＝2的热泵10的冷却剂进口11，从第四级i＝4的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂被输入第三级i＝3的热泵10的冷却剂进口11，并且从第五级i＝5的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂被输入第四级i＝4的热泵10的冷却剂进口11。
热泵10设计为弹热式热泵22。每个热泵10设置用于，作用产生冷却剂在热侧14和冷侧15之间的10℃的温度差。为便于阐述，进一步示例性地假设，引入第一级i＝1的热泵10的冷却剂进口11中的冷却剂具有20℃的温度。在第一级i＝1的热泵10中将冷却剂分成两个子流并且分配到热侧14和冷侧15，并且将热量从冷侧15传递到热侧14。从第一级i＝1的热泵10的第一冷却剂出口12流出的冷却剂则具有15℃的温度并且被输入第二级i＝2的热泵10的冷却剂进口11。从第一级i＝1的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂具有25℃的温度并且被输入第二冷却剂线路17。从第二级i＝2的热泵10的第一冷却剂出口12流出的冷却剂具有10℃的温度并且被输入第三级i＝3的热泵10的冷却剂进口11。从第二级i＝2的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂具有20℃的温度并且同样被输入第二冷却剂线路17。从第三级i＝3的热泵10的第一冷却剂出口12流出的冷却剂具有5℃的温度，并且从第三级i＝3的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂具有15℃的温度。第四级i＝4和第五级i＝5的温度关系相应适用。
从第三级i＝3的热泵10的第二冷却剂出口13流出的温度为15℃的冷却剂通过相应的回流管路21被输入第二级的热泵10的冷却剂进口11并且在该处与从第一级i＝1的热泵10的第一冷却剂出口12流出的温度同样为15℃的冷却剂混合。这相应地适用于从第四级i＝4和第五级i＝5的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂。
通过冷却剂的这种回流，从最后一级i＝5的热泵10的第一冷却剂出口12流出的可用于冷却的冷却剂体积流只以系数1/2n＝1/10减少，相比之下，当不设置冷却剂回流时会以系数1/2n＝1/32减少。因此有较大的冷却剂量可供用于冷却。
从最后一级i＝5的热泵10的第一冷却剂出口12流出的、经冷却的冷却剂通过第一冷却剂线路16被输入热交换器18并且可以用于冷却机动车的车辆内部空间。在此过程中，位于第一冷却剂线路16中的冷却剂从车辆内部空间吸收热量并且重新被加热到例如20℃的温度。从第一级i＝1和第二级i＝2的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂通过第二冷却剂线路17被输入热交换器19或冷却器20并且通过该热交换器或冷却器将热量释放到外部环境。备选地，第二冷却剂线路17中的冷却剂的热量也可以用于加热机动车的电池或者其它系统。由于第二冷却剂线路17中的冷却剂通过热交换器19重新释放热量，该冷却剂被重新冷却到例如20℃并且以该温度同样被输入第一级i＝1的热泵10的冷却剂进口11。在此，该冷却剂与来自第一冷却剂线路16的经加热的冷却剂混合，并且冷却剂回路闭合。
在空气作为冷却剂的情况下也可以考虑，省去第一冷却剂线路16和第二冷却剂线路17以及第一热交换器18和第二热交换器19或冷却器20。在这种情况下，来自最后一级i＝5的热泵10的第一冷却剂出口12的经冷却的空气可以直接用于冷却例如车辆内部空间，并且来自第一级i＝1和第二级i＝2的热泵10的第二冷却剂出口13的经加热的空气被吹入外部空气中。
图2示出可用于加热机动车的车辆内部空间的热泵级联100的备选设计方案。与图1的热泵级联100相比，在图2的热泵级联100中，在每个热泵10中，热侧14和冷侧15的角色互换。因此，在每个热泵10中，热侧14配属于第一冷却剂出口12，并且冷侧15配属于相应的第二冷却剂出口13。冷却剂以上述方式穿流热泵级联100，但其中，经加热的、温度为45℃的冷却剂从最后一级i＝5的热泵的第一冷却剂出口12流出。与此相比，从第一级i＝1和第二级i＝2的热泵10的第二冷却剂出口13流出的冷却剂的温度分别为15℃或20℃。从最后一级i＝5的热泵10的第一冷却剂出口12流出的经加热的冷却剂通过第一冷却剂线路16的热交换器18用于加热车辆内部空间。冷却剂由此冷却并且通过第一冷却剂线路16重新输入第一级i＝1的热泵10的冷却剂进口11。从第一级i＝1和第二级i＝2的热泵10的第二冷却剂出口13流出的、经冷却的冷却剂通过第二冷却剂线路17被输入热交换器19并且通过吸热被重新加热到例如20℃。第二冷却剂线路17中的重新加热的冷却剂与来自第一冷却剂线路16的经冷却的冷却剂混合并且被输入第一级i＝1的热泵10的冷却剂进口11。
如同图1的实施方式，在空气作为冷却剂的情况下可以省去第一冷却剂线路16和第二冷却剂线路17以及第一热交换器18和第二热交换器19。在这种情况下，来自最后一级i＝5的热泵10的第一冷却剂出口12的经加热的空气可以直接用于加热例如车辆内部空间，并且来自第一级i＝1和第二级i＝2的热泵10的第二冷却剂出口13的经冷却的空气被吹入外部空气中。
图3示出热泵级联100的另一设计方案。根据图3的热泵级联100的功能与根据图1和图2的热泵级联100的功能相符。在此，在五个级中的每一级i＝1...5中设置有转换装置23，该转换装置设计用于，在每个热泵10中可选地将热侧14分配给第一冷却剂出口12并且将冷侧15分配给第二冷却剂出口13，或者将热侧14分配给第二冷却剂出口13并且将冷侧15分配给第一冷却剂出口12。因此，通过所述转换装置23的同时切换，图3的热泵级联100可以在图1和图2的设计方案之间转换并且既可以用于加热又可以用于冷却车辆内部空间。
在图1至图3中，热泵级联100包括五个级i＝1...5。但当然也可以将热泵级联100扩展到七个级、十个级或更多级。
附图标记列表
100热泵级联
200用于将冷却剂加热或冷却的方法
10热泵
11冷却剂进口
12第一冷却剂出口
13第二冷却剂出口
14热侧
15冷侧
16第一冷却剂线路
17第二冷却剂线路
18热交换器
19热交换器
20冷却器
21回流管路
22弹热式热泵
23转换装置
24体积流分配器
Claims (10)
1.一种热泵级联(100)，包括n个级，其中n≥2，其中，所述n个级中的每一级都具有热泵(10)，该热泵具有冷却剂进口(11)、第一冷却剂出口(12)和第二冷却剂出口(13)，其中，每个热泵(10)具有热侧(14)和冷侧(15)以及体积流分配器(24)，其中，所述体积流分配器(24)设置用于，将进入冷却剂进口(11)的冷却剂流分配到热侧(14)和冷侧(15)，其中，每一级i的热泵(10)的第一冷却剂出口(12)与后续级i+1的热泵(10)的冷却剂进口(11)相连，其中i＝1...n-1，其特征在于，至少一个后续级i+1的热泵(10)的第二冷却剂出口(13)通过回流管路(21)与前级1...i的热泵(10)的冷却剂进口(11)相连，其中i＝1...n-1。
2.根据权利要求1所述的热泵级联(100)，其特征在于，每个后续级i+1的热泵(10)的第二冷却剂出口(13)通过回流管路(21)与前级1...i的热泵(10)的冷却剂进口(11)相连，其中i＝2...n-1。
3.根据权利要求2所述的热泵级联(100)，其特征在于，每个后续级i+1的热泵(10)的第二冷却剂出口(13)通过回流管路(21)与前级i的热泵(10)的冷却剂进口(11)相连，其中i＝2...n-1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热泵级联(100)，其特征在于，所述热泵(10)是热式热泵、尤其电热式热泵、磁致热式热泵或弹热式热泵(22)，和/或每个热泵(10)设置用于，作用产生冷却剂在热侧(14)和冷侧(15)之间的至少5℃、优选至少10℃、进一步优选至少20℃的温度差。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热泵级联(100)，其特征在于，至少最后一级i＝n的热泵(10)的第一冷却剂出口(12)与第一冷却剂线路(16)相连，其中，第一冷却剂线路(16)与第一级i＝1的热泵(10)的冷却剂进口(11)相连，其中优选地，第一冷却剂线路(16)包括热交换器(18)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热泵级联(100)，其特征在于，至少第一级i＝1的热泵(10)的第二冷却剂出口(13)与第二冷却剂线路(17)相连，其中，第二冷却剂线路(17)与第一级i＝1的热泵(10)的冷却剂进口(11)相连，其中优选地，最先的j级j＝1...n-1、优选最先的两级的热泵(10)的各自的第二冷却剂出口(13)与第二冷却剂线路(17)相连，其中进一步优选地，第二冷却剂线路(17)包括热交换器(19)、尤其是冷却器(20)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热泵级联(100)，其特征在于，每个热泵(10)的第一冷却剂出口(12)配属于热侧(14)并且每个热泵(10)的第二冷却剂出口(13)配属于冷侧(15)，或者每个热泵(10)的第一冷却剂出口(12)配属于冷侧(15)并且每个热泵(10)的第二冷却剂出口(13)配属于热侧(14)，和/或每个热泵(10)都具有转换装置(23)，其中，该转换装置(23)设计用于，可选地将热侧(14)分配给第一冷却剂出口(12)并且将冷侧(15)分配给第二冷却剂出口(13)，或者将冷侧(15)分配给第一冷却剂出口(12)并且将热侧(14)分配给第二冷却剂出口(13)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热泵级联(100)，其特征在于，设置有至少五个、优选至少七个、进一步优选至少十个级。
9.一种用于将冷却剂加热或冷却的方法(200)，该方法通过根据前述权利要求中任一项所述的热泵级联(100)实施，该热泵级联包括n个级，其中n≥2，其中，将冷却剂流输入第一级i＝1的热泵(10)的冷却剂进口(11)，其中，在每一级i中，其中i＝1...n-1，将冷却剂的第一子流通过相应热泵(10)的第一冷却剂出口(12)输入后续级i+1的热泵(10)的冷却剂进口(11)，其特征在于，在至少一个后续级i+1中，其中i＝1...n-1，将冷却剂的第二子流通过相应热泵(10)的第二冷却剂出口(13)输入前级1..i的热泵(10)的冷却剂进口(11)。
10.根据权利要求9所述的方法(200)，其特征在于，在每个后续级i+1中，其中i＝2...n-1，将冷却剂的第二子流通过相应热泵(10)的第二冷却剂出口(13)输入前级1..i的热泵(10)的冷却剂进口(11)，其中优选地，在每个后续级i+1中，其中i＝2...n-1，将冷却剂的第二子流通过相应热泵(10)的第二冷却剂出口(13)输入前级i的热泵(10)的冷却剂进口(11)。
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