本發(fā)明涉及一種熱循環(huán)中的裝置，其中，工作流體從介質(其可以是氣體或流體)吸收熱量，并且其中，熱循環(huán)中的所述熱量至少部分地在熱循環(huán)的轉換單元中釋放。該裝置被設計成將發(fā)射的熱量轉換成電能。

背景技術：

近年來，利用熱循環(huán)的機器被廣泛地使用，其中，借助于壓縮和輸送工作流體的壓縮機，所述工作流體將熱量從第一介質輸送到第二介質。例如，熱泵用于從巖石、地面或湖泊中提取能量。在制冷技術中，熱泵用于冷卻食品、住宅或用于其他目的，其中，在這些情況下，這是在熱循環(huán)中構成熱源的要冷卻的物體。因此，在下文中，概念熱泵將用于以所述方式輸送熱量的所有這些類型的機器，無論預期用途是加熱還是冷卻。

在熱泵中的電路中，流體運行循環(huán)通過壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器，由此在循環(huán)期間，流體分別釋放熱量并吸收熱量。此處的熱泵以已知的方式在可逆卡諾過程中操作，其中，流體從具有低溫的介質接收一定量的熱量qc并將具有相同量的熱量qh釋放到具有較高溫的介質。為了實現(xiàn)這一過程，必須根據(jù)以下命題提供工作

w＝qh–qc

該過程的效率可以描述如下：

η＝(qh-qc)/qc＝1-tc/th，其中，tc溫度適用于冷源，并且th溫度適用于熱源。

通常，與熱泵一起，也使用了cop(coefficientofperformance，概念性能系數(shù))，其可用于評估熱泵的效率。對于可逆卡諾過程，性能系數(shù)寫成如下：

coph,rev＝1/(1-tc/th)＝th/(th-tc)

其表示可以在每個輸入工作單元從冷源移動到熱源的熱量，并且通常僅被指定cop和通常被稱為cop值。

隨著各種能量的價格全球上漲，在過去幾十年，涉及熱泵的解決方案大幅度增加，各種運營商投入大量開發(fā)和資源，使熱泵更有效率。對于今天的熱泵，實現(xiàn)性能系數(shù)(cop值)約為5。這意味著熱泵最佳地傳送其消耗的能量的5倍。對于例如用于地熱采暖的熱泵，可以實現(xiàn)這種最佳值，其中，地熱用作對溫度要求低的用戶加熱的冷源，例如，用于對住宅加熱。

目前，做出了相當大的努力，以進一步提高熱泵系統(tǒng)的效率。然而，已經(jīng)證明難以進一步實現(xiàn)，因為技術已經(jīng)是高端的，以達到上述高cop值，其中包括引入高效板式熱交換器、低能離心泵、更節(jié)能的渦旋壓縮機和優(yōu)化的制冷劑混合物(即，在熱泵循環(huán)中完成循環(huán)的工作流體)。此外，資源已經(jīng)用于實現(xiàn)以最佳方式控制熱泵循環(huán)的高端控制系統(tǒng)。因此，在使用傳統(tǒng)儀器時，似乎技術已經(jīng)達到難以超越的極限，除了可能將性能系數(shù)提高十分之一以外。

在現(xiàn)有技術中，在用于熱泵的電路中，使用工作流體，該流體是在熱泵的循環(huán)期間在液體、液體/氣體混合物和氣體的不同狀態(tài)之間轉換的介質。在第一階段的從具有低壓pl和低溫tl的第一狀態(tài)到具有高壓ph和高溫th的第二狀態(tài)的氣態(tài)狀態(tài)中，，工作流體通過壓縮完成循環(huán)。此后，工作流體在冷凝器中進行熱交換，其中，工作流體由屬于熱循環(huán)的第一介質冷卻，因此假設第三狀態(tài)具有壓力pm和溫度tm，由此pl<pm<phandtl<tm<th。然后，將工作流體送到蒸發(fā)器，并在其內與屬于集電極電路的第二介質進行熱交換，其中，該第二介質向工作流體發(fā)射熱量，由此工作流體膨脹并基本上返回到在第一個狀態(tài)中盛行的壓力和溫度。

所描述的現(xiàn)有技術可以通過從例如基巖吸收熱量并在用于例如住宅的加熱系統(tǒng)中釋放熱量的熱泵來示例。在這種熱泵中，壓縮工作流體所必需的工作通常通過由電機驅動的壓縮機提供，在此處被稱為將功率p傳送到熱泵電路。在循環(huán)期間，當性能系數(shù)達到5時，具有最佳利用率的工作流體將在冷凝器中將功率5p傳送到的第一介質，所述第一介質完成在所述加熱中使用的熱電路。

在通過冷凝器期間，工作流體被冷卻，因此如上所述，將呈現(xiàn)氣/液混合物的狀態(tài)。該混合物通過節(jié)流閥進一步進入到蒸發(fā)器，由此混合物基本上呈液態(tài)，此后，處于液態(tài)的工作流體現(xiàn)在膨脹成氣態(tài)的工作流體。在這種情況下，從也在蒸發(fā)器中循環(huán)的第二介質吸收蒸發(fā)所需的蒸汽產(chǎn)生熱量，以與工作流體進行熱交換。在這種情況下，吸收功率為4p。第二介質完成集電極電路，在當前示例中該電路包含第二介質，該第二介質以合適的方式適于在巖石中循環(huán)，以從基巖吸收熱量。在現(xiàn)有技術的裝置中，壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器以這種方式設計，以便以最佳方式彼此補充并且向熱電路傳送所討論的應用所需的功率。

當熱泵用于冷卻目的時，工作流體(可能經(jīng)由某個熱交換器)可以直接從待冷卻的一個或多個物體(例如，食品或室內空氣)吸收熱量，因此構成蒸發(fā)器的等價物。在熱循環(huán)中，在這種情況下，熱量從工作流體中排放到環(huán)境空氣或排放到在熱交換器中傳送走所吸收熱量的介質中。然后，如上所述，上述是在對應于冷凝器的裝置中進行的。

作為現(xiàn)有技術，可以參考公開wo2013/141805a1。本公開描述了在熱循環(huán)中工作流體中的能量含量的利用。在所述文檔中描述的所有內容全部并入本專利申請中。另一公開wo2005/024189a1示出了根據(jù)上述的用于將熱量轉換成電能的的方式從工作流體吸收能量。根據(jù)后一文檔，在蒸發(fā)器中需要最大限度地提取制冷劑，由此在熱循環(huán)中使用另外的冷凝器。此外，以本文中所述的方式不會將熱量轉換成電能。

本發(fā)明的一個目的是提供一種熱泵循環(huán)，當將該熱量轉換成電能時，其顯示在熱循環(huán)中更有效地利用包含在工作流體中的熱量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種在熱泵中的熱循環(huán)中的裝置，其中，使用工作流體來吸收與蒸發(fā)器中的工作流體進行熱交換的介質中所含的熱量，隨后，在吸收蒸發(fā)器中的熱量之后，工作流體壓縮并且在壓縮機中給予更高的壓力和更高的溫度，由此在所述過程中，熱力學能量被供應到工作流體，并且該裝置被設計成將壓縮機下游的工作流體中的至少一部分能量含量轉換為電能，并且穿過該裝置之后的工作流體返回到蒸發(fā)器，以在熱循環(huán)中完成電路。

裝置由轉換單元構成，該轉換單元包括至少一個封閉的氣缸，該氣缸又包圍可在氣缸的縱向方向上移動的活塞。優(yōu)選地，使用不止一個這種提到的氣缸，例如，具有互連成一個單元的三個氣缸以使得更有效利用可用能量的裝置。工作流體通過設置在氣缸入口處的控制閥在氣缸的端部交替地供應到所述氣缸。由于在該位置的工作流體以高壓和高溫的氣態(tài)發(fā)生，所以在第一階段中，該氣體將以某個力量將在其上側的活塞向內壓在氣缸的另一端上，即，壓在與噴射氣體的氣缸的第一端相反的那側上。當活塞抵靠在氣缸的另一端時，經(jīng)由所述另一端的出口壓出存在于活塞下側前方的空間中的已經(jīng)膨脹的氣體。在該過程的后續(xù)順序中，改變順序，使得工作流體通過第二入口處的控制閥供應到氣缸的另一端，由此該過程沿相反方向重復。

因此，具有熱量和壓力形式的工作流體中的能量含量將因此通過在壓力下降和溫度下降下膨脹而影響所述活塞在氣缸內部以往復運動線性地機械移動。

磁體與活塞一體集成，并且可以感應出電壓的線圈被設置成與氣缸相鄰，使得線圈在氣缸中的線性往復運動期間圍繞活塞磁體，由此通過將工作流體中的能量含量轉換成電能來生成電能。此處應該指出的是，活塞的至少一部分被磁化為永磁體，因此磁體整體上容納在封裝活塞的氣缸內。因此，線圈被內置到氣缸壁中，即，包絡面，與包絡面一起內置或者根據(jù)活塞的設計沿著氣缸的包絡面的內部設置。在這種配置中，在氣缸外部沒有諸如活塞桿等機械部件。當在形成本文所述類型的氣缸的能量轉換電池的模塊中設置不止一個氣缸時，這是有利的。

氣缸中的活塞可以以不同的方式設計。在一個示例中，活塞具有桿的形式，在桿的端部應用活塞盤。在這種情況下，活塞盤之間的活塞桿由永磁的金屬制成。線圈設置在氣缸的中部，使得活塞桿可以通過其中的孔在線圈內部以往復運動運行，由此在這種情況下，線圈設置成與包絡面內的氣缸壁相鄰。在另一個實施例中，使用自由運行的活塞，其被設計成在氣缸的端部之間自由運行。在該變體中，線圈與氣缸壁一體集成，即，其包絡面，并且活塞被設置為永磁的?；钊荒懿糠执呕?。在活塞的端部具有圓盤的示例中，只有活塞桿永久地被磁化。在使用自由運行的活塞時，活塞可以完全永久地被磁化。此處描述的轉換單元被指定為線性熱氣體發(fā)生器。

本發(fā)明構成了根據(jù)現(xiàn)有技術的熱泵電路的修改。為此，主要目的是為熱泵電路設置某些裝置，使得在具有預定的加熱/冷卻要求的裝置中從集電極電路吸收更多的熱量。為了實現(xiàn)這一點，驅動壓縮機的電機可以被設置成向壓縮機提供更多的功率，所述壓縮機相對于需要產(chǎn)生的供給冷凝器中的熱電路的必要功率的設備，或者在冷卻機器的情況下，需要產(chǎn)生在蒸發(fā)器中吸收的功率的設備是超尺寸的。通過這種措施，在一定性能系數(shù)的情況下，將向熱泵電路中的工作流體提供額外的能量。由于熱循環(huán)被設計用于所述所需功率，所以額外供給熱循的能量不能在冷凝器處完全傳送。相反，從壓縮機的出口進一步到蒸發(fā)器的入口之間設置了冷凝器的旁路。在該旁路中，根據(jù)本發(fā)明的轉換單元設置在從壓縮機流出的氣體中。因此，從壓縮機中流出的具有高壓和高溫的熱氣體分離并部分地進入冷凝器，部分地進入轉換單元。穿過轉換單元然后在沒有通過冷凝器的情況下返回到壓縮機的流動的那部分在此處被稱為轉換電路的電路中流動。包括冷凝器和轉換電路的電路都由工作流體穿過，工作流體因此在這兩個子流中以類似的方式壓縮、冷凝和膨脹。這意味著工作流體以已知的方式完成卡諾循環(huán)，由此可以為在完整的熱泵電路中的工作流體的兩個子流的性能系數(shù)分配可能達到5的性能系數(shù)。在轉換電路中穿過轉換單元的工作流體的該子流冷凝成氣體/液體混合物，從而經(jīng)歷類似于在通過冷凝器的子流中從第二狀態(tài)到第三狀態(tài)的氣體轉換的過程。轉換單元由熱氣流穿過，并將蒸汽中的能量轉換為機械能，該機械能又通過線性發(fā)電機轉換成電能，線性發(fā)電機通過所述線圈和可移動磁體集成到轉換單元內。該電能可以用于操作電機或被傳送到電網(wǎng)上，所述電機可以驅動壓縮機。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，描述性地示出了具有根據(jù)權利要求1所述的特征的裝置。在獨立裝置權利要求10中呈現(xiàn)了利用根據(jù)權利要求1所述的裝置的熱循環(huán)。

在從屬權利要求中給出本發(fā)明的其他實施例。

在從屬權利要求中示出了安裝了根據(jù)本發(fā)明的裝置的熱循環(huán)的多個示例。

根據(jù)本發(fā)明的轉換單元的一個優(yōu)點在于，可以在熱泵電路中以過剩的壓力和熱量的形式使用先前未被充分利用的資源。此外，本發(fā)明有助于改善環(huán)境，因為在熱泵中以能量轉換的形式為某種能量產(chǎn)生而消耗相當少的電能。因此，本發(fā)明的潛力可能很大，因為獨立于所討論的功率范圍，其可在冷卻/加熱技術的整個領域內廣泛應用。

在本發(fā)明的詳細描述中公開了本發(fā)明的其他有利的實施例。

附圖說明

圖1a和1b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的單缸轉換單元的一個示例的示意圖。

圖2示出了單缸轉換單元的變體。

圖3示出了根據(jù)圖1的三個氣缸互連成三缸單元的轉換單元的一個示例的示意圖。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的轉換單元用于將低值熱轉換成高值熱和電能的熱循環(huán)中的示意圖。以及

圖5示出了相對于圖4簡化的熱循環(huán)的示意圖，其中，轉換單元僅用于將低值熱量轉換為電能。

具體實施方式

為了實現(xiàn)本發(fā)明，將提供多個實施例，并參考附圖。

圖1a和1b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的裝置的示例，該裝置在此被表示為conv(convertingunit，轉換單元)。轉換單元conv旨在將例如已經(jīng)在熱泵的熱循環(huán)中被壓縮的工作流體中可用的能量轉換成電能。因此，工作流體被加壓并且具有高溫。采用所述轉換單元的熱循環(huán)的示例將進一步的描述。

圖1a和1b示出了轉換單元的第一簡單和基本實施例。在這種情況下，圖1a示出了氣缸10。在控制閥vlin處，引入熱的加壓氣體f1，其在示例中由熱循環(huán)中的工作流體組成。在氣缸10中設置活塞11?；钊?1可以在氣缸的兩端之間以往復運動運行。在活塞的相應端部處形成活塞盤12和13，這些活塞盤通過桿(此處指定為活塞桿14)連接。活塞盤在氣缸10具有抵靠在氣缸壁上密封件。活塞可以制成一體或具有活塞桿14的形式，活塞盤12和13安裝在活塞桿的端部。在氣缸內部，線圈15以圍繞活塞桿14并以氣密的方式密封在其上的方式安裝在氣缸10的中心，使其，因此在氣缸10的縱向上運動時，活塞桿通過所述線圈15?；钊麠U14由永磁材料制成。通過這種設置，當活塞桿14移動穿過其中時，在線圈15中感應產(chǎn)生電壓。

當控制氣體f1流過閥門v1in并撞到第一活塞盤12的朝外表面時，活塞被推動抵靠在氣缸10的另一端(根據(jù)圖1a)。因此，經(jīng)由同時打開的閥v4out從氣缸10中壓出存在于第二活塞盤13的朝外表面前方的空間中的氣體。在此過程的第一階段，閥門v1out和v4in關閉。溢流通道16確保包含在兩個活塞盤12、13之間的空間中的氣體可以在形成在活塞盤12、13和線圈15之間的空間之間自由流動，由此在活塞運行期間，在這兩個空間之間形成壓力均衡。線圈15內感應產(chǎn)生電壓。當活塞11到達其在氣缸10端部的終端位置時，該過程沿相反方向運行，參見圖1b。閥門v1out和v4in在第二活塞沖程中保持關閉，而閥門v4in和v1out打開。以與上述具有活塞11的第一沖程中相應的方式，現(xiàn)在相對于第一沖程在相反的方向上抵靠活塞11。在閥門v1out處排出膨脹氣體。在活塞的該相反沖程期間，在線圈中生成新的電壓脈沖。因此，該過程示出了雙沖程過程，其中，在活塞11的每個沖程處生成電壓。作為示例，傳送給氣缸的氣體f1具有約20kpa的壓力，并且溫度的數(shù)量級為60℃到120℃。在氣缸中膨脹后，氣體壓力已經(jīng)降低到5-65kpa的數(shù)量級，而溫度已經(jīng)下降到10-30℃的范圍。

圖2示出了用于轉換單元conv的氣缸20的變體。在該變體中，氣缸設置有與氣缸20的包絡面集成的線圈21(線圈由標記線圈的線匝中的電線的橫截面的點示出)。線圈可以例如被鑄造到氣缸壁內。根據(jù)該變體，可以使用自由滑動的活塞22，其可以在氣缸20的端部之間以往復運動運行。在這種情況下，活塞可以采用永磁的。以這種方式，活塞22將在氣缸20中的活塞22的相應沖程處產(chǎn)生在線圈21中的電壓。以圖1a和1b的替代方案中示出的方式相對應的方式，閥門v1in、v4out、v4in和v1out相對于圖1a和1b的氣缸的相應沖程是同時打開和關閉。這將導致氣體f1流入氣缸并且影響活塞22在第一沖程中抵靠到圖中的氣缸的右端，并且在第二沖程中抵靠在圖中的氣缸的左端?；钊?2可以設置有引導裝置，迫使其與垂直于氣缸的包絡面的活塞表面一起運行。同樣在該變體中，在這種情況下在線圈21中，在氣缸20中的相應方向上，在活塞22的沖程處感應出電壓。

圖3示出了轉換單元conv，其在該示例中示出了基于上面在圖1a和1b中描述的氣缸10的三缸單元。此處，氣缸由附圖標記30、40和50表示?；钊筛綀D標記31、41和51表示，線圈由附圖標記35、45和55表示。在通過左手管道的其第一活塞沖程期間，工作流體f1在此被傳送到相應的氣缸30、40和50，并且在此處在該圖中被指定為flin。由于三個氣缸按順序排列，所以控制閥v1in、v2in、v3in、v4in、v5in和v6in適于以120°的相移依次打開，使得在整個循環(huán)中，活塞沖程以第一氣缸30中的第一活塞31向右的活塞沖程開始，以在第三氣缸中的第三活塞51向左的活塞沖程結束，從而完成整個循環(huán)。隨后，再次完成上述循環(huán)。在通過右手管道的其第二活塞沖程期間，工作流體f1被傳送到相應的氣缸30、40和50，其中，工作流體的流動被指定為flin。如前所述，活塞的內部空間之間的氣體壓力通過溢流通道36、46、56均衡。如前所示，出口閥v1out、v2out、v3out、v4out、v5out和v6out與活塞31、41、51的沖程同時打開和關閉，由此由活塞沖程引起的膨脹氣體f1通過導管以適當?shù)捻樞蛩统觯渲?，膨脹的工作流體表示為flout。這種膨脹氣體flout是作為膨脹氣體返回到熱循環(huán)中的氣體，其經(jīng)受壓力下降和溫度下降。

在本示例中，入口閥v1in、v2in、v3in、v4in、v5in和v6in的控制被設置成使得在沖程的約1/5的長度，即，在壓力階段期間，在氣缸處的每個相應入口閥處噴射熱氣體f1，。隨后，關閉相應的閥門。然后，熱氣f1的膨脹階段是活塞10、20、30、40、50的沖程長度的另外4/5。如果每個相應的活塞的沖程長度例如為150mm，則這意味著在活塞的沖程的前30mm處進行壓力階段。對于每個相應的活塞，在每個方向上發(fā)生該程序。然后，根據(jù)圖3的三缸單元中的過程意味著在第一壓力階段期間打開第一閥v1in。當活塞31運行30mm時，關閉第一閥，隨后，在第二活塞41的壓力階段，即，在第二活塞在氣缸40中運動30mm的過程中，打開第二閥v2in。然后，以相應的方式重復該過程，直到熱氣體f1已經(jīng)依次通過六個入口閥v1in、v2in、v3in、v4in、v5in和v6in中的每一個噴射進入，并且在每個相應氣缸30、40、50的兩個方向上在活塞沖程中的相應活塞31、41、51上做了功。

通常，可以說，相應的入口閥(v1in、v2in、v3in、v4in、v5in、v6in)在壓力階段打開，在該期間，相應的活塞31、41、51將沖程長度l移動距離x，由此在膨脹階段期間，活塞移動距離l-x，其中，x的數(shù)量級為l的1/5。

在氣缸(30、40、50)的一端的活塞進行活塞沖程期間，在相同氣缸的另一端的出口閥v1out、v2out、v3out、v4out、v5out、v6out打開，用于膨脹工作流體flout流出。自然地，閥門控制器根據(jù)預定的時間表引導打開和關閉每個閥門，因此熱的加壓的工作流體被及時地引導到閥門，以便通過出口閥及時排出打開和膨脹的工作流體。在附圖中未示出所述閥門控制器。

當活塞31、41、51完成其活塞沖程時，由于活塞是磁性的，因此在每個這種沖程中，在線圈35、45、55中以適當?shù)捻樞蛏筛袘妷?。由于活塞沖程在時間上間隔120°的相移，因此將自動生成三相交流電。此處不描述使用所生成的電壓和電流曲線的任何調制。

氣缸30、40、50可以有利地形成在與用于車輛的內燃機相同類型的模塊內，例如，作為輕金屬或另一種金屬的模塊，其中，將入口通道、出口通道和冷卻通道包含到模塊內。

圖4示出了使用根據(jù)本發(fā)明的轉換單元conv的熱循環(huán)。這示出了根據(jù)本發(fā)明的包括轉換電路的整個熱泵。制冷劑(即，工作流體f1)在稱為main的主電路中并在稱為transf的轉換電路中循環(huán)?？梢愿鶕?jù)熱泵的使用來選擇工作流體。不同類型的工作流體可以用于例如加熱目的和冷卻裝置。例如，r407c可能被提及用于其他的如地熱采暖的泵中。

在下文中，描述涉及一種熱泵，用于基于從基巖、湖泊或地面提取能量來將住宅加熱。此處給出的關于壓力、溫度或其他參數(shù)的示例在此涉及這種類型的熱泵。如果根據(jù)本發(fā)明的熱泵的其他某種用途適用，則這意味著其他參數(shù)值可能適用。

此處，給出了工作流體通過熱泵循環(huán)的過程期間，工作流體的數(shù)據(jù)的概述。所指示的值僅被認為是說明性示例，其可以根據(jù)所討論的目的而變化。在圖中的點1處，循環(huán)中的工作流體f1處于氣態(tài)的第一狀態(tài)，然后可以具有約2kpa的壓力和約-5℃的溫度。當通過壓縮機c時，氣體被壓縮到作為熱氣體狀態(tài)的第二狀態(tài)(在2處)。然后，工作流體的壓力可以約為22kpa，其溫度可以達到120℃。通過經(jīng)由馬達m供應電能來獲得用于壓縮壓縮機c中的工作流體的能量。當然，可以借助于某種其他類型的機械作業(yè)向壓縮機c供應能量。

現(xiàn)在將以熱氣體形式的工作流體的第一子流從主電路main傳送到cond(condenser，冷凝器)。冷凝器被設計為熱交換器，并且在所討論的示例中，其中，熱泵將住宅加熱，冷凝器cond由第一介質穿過，第一介質在可以具有散熱器或地板加熱線圈的形式的熱電路q中循環(huán)。以已知的方式，熱電路q具有穿過冷凝器的線圈。第一介質通常是水，并且在與冷凝器中的作為熱氣體的工作流體熱交換時被熱氣體加熱。加熱的水在vout處循環(huán)到熱電路內，并在降溫時在冷凝器cond的vin處返回。因此，在利用熱電路的同時，將熱量從冷凝器輸送出去。由冷凝器中的工作流體將熱量傳送走導致熱氣體的溫度下降，因此熱氣體主要冷凝成液體。在工作流體中產(chǎn)生氣/液狀態(tài)。這在此處被稱為第三狀態(tài)(在3處)。在該第三狀態(tài)下，壓力可達約10kpa，并且溫度可能降至約65℃或更低，這取決于冷凝器中輸出的能量。

從冷凝器中，工作流體在主電路main中傳送到evap(evaporator，蒸發(fā)器)。此外，蒸發(fā)器evap還包括熱交換器，在這種情況下，熱交換器吸收第二介質(制冷劑)的熱量，第二介質在coll(collectorcircuit，集電極電路)中循環(huán)。第二介質(制冷劑)具有基本上液相的介質的形式，例如，精水溶液，在地熱、湖泊或地面加熱的情況下，該溶液在線圈(集電極電路)中循環(huán)，用于以一種已知的方式吸收巖石、湖泊或地面的熱量。作為替代，如果蒸發(fā)器是冷卻電路的一部分，則制冷劑可在例如冷藏柜等中循環(huán)。在冷卻電路中，制冷劑可以是環(huán)境空氣。

集電極電路穿過蒸發(fā)器evap并在其中形成熱交換器結構以及主電路main的線圈。主電路main中的工作流體進入蒸發(fā)器，基本上是液相，并且在熱交換器結構中與制冷劑熱交換時，吸收來自制冷劑的熱量。通過在其入口cin處引入蒸發(fā)器內的制冷劑，將熱量供應到蒸發(fā)器evap。然后，通過集電極電路加熱的該熱量蒸發(fā)基本上以液相方式供應給蒸發(fā)器的工作流體。由制冷劑獲得用于蒸發(fā)的蒸汽發(fā)生熱。這樣冷卻的制冷劑在集電極電路中返回到出口cout處的熱源(巖石、湖泊或地面)。在冷卻機的情況下，制冷劑返回到被冷卻的物體。在制冷劑為空氣的空氣加熱泵的情況下，不需要集電極電路，因為工作流體f1可以與熱交換器電池中的環(huán)境空氣進行熱交換。

允許進入蒸發(fā)器evap的氣/液相中的工作流體的量的控制通常通過膨脹閥exp1控制，該膨脹閥位于冷凝器和蒸發(fā)器之間并且如上所述降低基本上處于液態(tài)的供應到蒸發(fā)器evap的工作流體的溫度和壓力。迄今描述的熱泵電路main的運行原理示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的熱泵的功能。根據(jù)這種現(xiàn)有技術，當膨脹閥exp1前面的電路中已經(jīng)存在超壓的情況，由于壓縮機c也在運行，所以有一些能量損失。

在熱循環(huán)中，當使用構成本發(fā)明的裝置的轉換單元時，工作流體的第二子流在旁通管路中通過冷凝器cond，由此工作流體f1在來自壓縮機c的工作流體出口下游的第一分流閥s1處轉向。因此，該子流在轉換電路transf中流動。在轉換電路transf的這個子流中，放置轉換單元conv，在通過第二分流閥s2返回到主電路main之前被子流穿過，進入主電路main中的膨脹閥exp1下游的蒸發(fā)器evap的入口。在某些操作的情況下，可以打開第二分流閥s2，以使子流通過轉換單元返回蒸發(fā)器evap下游的主電路main。

由于轉換單元conv的工作流體flout的流動仍然具有太高的溫度和太高的壓力，以能夠返回到蒸發(fā)器evap上游的主電路main，所以將過冷卻器uc設置在流出轉換單元的流中。作為冷凝器的過冷卻器uc被設計為熱交換器，并且在所討論的示例中，過冷卻器uc被一種介質穿過，該介質優(yōu)選穿過蒸發(fā)器evap的集電極電路coll的制冷劑。因此，在過冷卻器中的熱交換器結構中，熱量從工作流體傳遞到制冷劑，因此，這意味著工作流體中的壓力和溫度下降，使得該流體可以經(jīng)由膨脹閥exp2返回到主電路main。在這種情況下，集電極電路coll中的制冷劑在過冷卻器uc的入口cin處引入。制冷劑從蒸發(fā)器evap中的出口cout處的熱泵的集電極電路coll中排出。

圖4還示出了一種替代方案，其中，在回路alt中的制冷劑可以被帶到可以被封閉的轉換單元conv，由此制冷劑被設置成以適當?shù)姆绞搅鬟^外殼并且吸收來自單元conv的剩余熱量。當使用回路alt時，圖中的點i和點k之間不再有任何連接。如果使用這種替代方案，則轉換單元的制造當然將變得更加復雜，但是能夠優(yōu)化來自工作流體的能量吸收。在這種情況下，通過在集電極電路coll中的制冷劑冷卻轉換單元，然后，該制冷劑流過上述冷卻通道。這些冷卻通道可以設置在上述金屬的電機塊狀結構中。

所述轉換單元conv由熱氣流驅動，所述轉換單元conv為線性熱氣發(fā)生器，優(yōu)選地具有根據(jù)上述描述的兩個或更多個氣缸，所述熱氣流由熱氣體fl的子流或全部流動組成，所述熱氣體fl是從壓縮機c流出的壓縮工作流體，且經(jīng)由第一分流閥s1控制該壓縮工作流體流過轉換單元conv，由此線性熱氣發(fā)生器傳送可以以期望的方式使用的電能。例如，熱氣發(fā)生器可以產(chǎn)生電能以用作對運行壓縮機c的驅動電機m的貢獻?？商娲兀蛘咄瑫r可以輸送到驅動電機m，多余的電力可以通過外部電力網(wǎng)絡送出。因此，轉換單元conv有助于根據(jù)剩余能量來緩解驅動電機m的電能需求，該剩余能量可以通過在熱泵電路中產(chǎn)生的壓力和溫度下降來獲得，因為該集電極電路輸出的增加的可用能量是通過設計熱泵電路且以所描述的方式對集電極電路進行尺寸標定而產(chǎn)生的。

壓縮機c可以是活塞、渦旋或螺桿式壓縮機。蒸發(fā)器evap可以又是間接蒸發(fā)器型，然后通常具有板式熱交換器的形式?？商娲?，蒸發(fā)可以直接發(fā)生在例如用于土/湖加熱的蒸發(fā)線圈中，或者可以由空氣的法蘭電池組成。優(yōu)選地，壓縮機c是速度控制的直流壓縮機。

當利用根據(jù)本發(fā)明的轉換單元conv時，通過經(jīng)由現(xiàn)有的膨脹閥exp1向其補充需求控制的額外工作流體，蒸發(fā)可以另外具有分流的、固定的蒸發(fā)過程。這通過由蒸發(fā)允許具有的溫度吸收值而控制膨脹閥來進行。通過這種方法，實現(xiàn)了最大的蒸發(fā)，使得壓縮機c能夠進行工作，而沒有由所謂的液體爆震引起故障的風險。

圖4還示出了控制單元contr。該控制單元監(jiān)視熱泵操作可能發(fā)生的操作情況。因此，控制單元contr控制壓縮機c的啟動和停止，以及分別控制轉換單元conv處的所有控制閥的分流閥s1、s2以及膨脹閥exp1和exp2處的工作流體的流動，并且控制電壓調節(jié)器reg，該電壓調節(jié)器控制從轉換單元的發(fā)電機饋送出的電壓。熱泵的控制屬于傳統(tǒng)技術，因此此處不再詳細描述控制單元的操作模式。

熱泵電路的功能描述。

在啟動時，通過控制單元contr的控制，分流閥s1保持關閉，以通過變換單元conv進行氣體流動。當壓縮機c借助于受控的膨脹閥exp1達到工作壓力時，控制單元contr向閥門s1提供打開的脈沖，該閥門s1分階段地控制傳送到轉換電路transf的氣體流動，由此轉換單元conv開始生成到電壓調節(jié)器reg的電壓，該電壓調節(jié)器調節(jié)所生成的電壓的饋出。通過電壓調節(jié)器reg和控制單元contr控制分流閥s1，使得熱氣流控制由速度控制的直流壓縮機c，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該壓縮機優(yōu)選地相對于在熱電路中的熱量的要求(可替代地，在制冷裝置的情況下，在蒸發(fā)器中“冷卻”的要求)是超尺寸的。由于經(jīng)過轉換電路的子流的壓力已經(jīng)下降，所以蒸發(fā)器evap直接被供給低壓的受限的、受控制的分流的氣體/液體流。根據(jù)本發(fā)明的熱泵電路中的壓力和熱量的利用，可以以幾種替代方式進行，其中，在此處僅描述了優(yōu)選實施例。充電罐也可以集成在熱循環(huán)中。在該充電罐中，可以在運行期間建立壓力，由此，在壓力已經(jīng)建成之前壓縮機c不必首先驅動一段時間以使該過程能夠達到正常運行狀態(tài)的情況下，可以通過甚至從開始就利用在電路中的充電罐中的可利用的壓力，來實現(xiàn)熱泵的快速啟動。

如前所述，此處描述的熱泵電路也可用于冷卻機。在這些應用中，冷卻在期望的蒸發(fā)器evap處的外部介質，例如，作為第二介質的空氣，該介質在蒸發(fā)器evap中通過冷卻線圈，工作流體從空氣中吸收熱量。如果此處描述的本發(fā)明用于冷卻機中，則在設計電路時，出發(fā)點是蒸發(fā)器evap中期望的冷卻效果，而不是如上述示例提及的與加熱相關的目的，其目的是冷凝器的熱電路中的功率需求而不是控制電路的設計。

如果轉換單元conv僅在用于產(chǎn)生電力的熱泵中的熱循環(huán)中使用，則圖5中示出了這種電路的一個示例。該電路與圖4中的電路相同，不同之處在于，由于在任何熱電路中不生成熱量，所以省略了冷凝器cond。相反，在被稱為trans的轉換電路中執(zhí)行所有能量的提取，其中，在轉換單元conv中生成電能。因此，省略了閥門s1和膨脹閥exp1。

在通過根據(jù)上述的熱泵中的熱循環(huán)在冷卻機中生成電能的那些情況下，制冷劑是在電路coll中循環(huán)以冷卻物體(例如，食品)的制冷劑。在冷卻機的情況下，假設是空調裝置的問題，則制冷劑由蒸發(fā)在蒸發(fā)器evap中的工作流體的空氣組成。在這些情況下，可以省略在集電極電路coll中輸送制冷劑的線圈。分別在冷凝器cond和過冷卻器uc中輸送的熱量可以直接輸送到周圍大氣中或用于加熱目的。