[发明专利]热泵和用于运行热泵的方法

说明书

本发明涉及一种热泵(12，26)，所述热泵具有：至少一个蒸发器(10)、在下游跟随的压缩机(7a，7b，7)、在下游跟随的液化器(8)和在下游跟随的、用于使流体膨胀的至少一个膨胀设备(9a，9b，9)，其特征在于，沿着流体循环回路在液化器(8)和蒸发器(10)之间串联地设置有至少两个膨胀设备(9a，9b)并且在蒸发器和液化器之间串联地设置有至少两个压缩机(7a，7b)，其中用于分离气相和液相的分离器(30)接入两个膨胀设备之间，用于将蒸汽导入到压缩机之间，并且设置有用于使从蒸发器流出的流体(2)过热的机构(34)。

技术领域

本发明涉及一种具有流体循环回路的热泵和一种用于运行热泵的方法。

背景技术

在热泵中，通过蒸发在热泵的流体循环回路中沿着工作方向循环的流体，从热源吸收热能，即热量，并且释放给热沉。在这种情况下，将具有所吸收的热能的流体借助于压缩机置于提高的压力水平上并且紧接着在与蒸发温度相比提高的液化温度下液化。为了将流体在循环回路的终点处返回到起始状态，将所述流体膨胀，由此其温度再次降低。

热泵的效率借助于性能系数(英语是：coefficient of performance；COP)来测量，其中性能系数在最好的情况下通过卡诺循环的效率的倒数给出。性能系数对应于利用与消耗的商。如果将热泵用于加热热沉，那么这对应于释放给热沉的热量Q_warm除以压缩机的功消耗W_mech。流体的蒸发温度和液化温度之间的绝对值差(温度偏移(Temperaturhub))越大，热泵的效率就越低。

热泵的流体循环回路由此包括至少一个用于将热源的热能传递到流体上的蒸发器、至少一个在下游跟随的用于压缩流体的压缩机、至少一个在下游跟随的用于将流体的热能释放给热沉的液化器——其中热沉与热源相比处于更高的温度水平上——和至少一个在下游跟随的用于使流体膨胀的膨胀设备。

本发明也涉及一种用于运行热泵的方法。在所述方法中，将热能从热源传递到蒸发器中的流体上，其中流体至少部分地蒸发。接下来将流体压缩并且紧接着为了将热量释放给热沉——与热源相比在更高的温度水平上——至少部分地液化。接下来将流体膨胀以进行冷却。

发明内容

本发明基于如下目的，提出一种开始提及类型的热泵和一种用于运行热泵的方法，所述热泵适合于热沉的至少70摄氏度的温度水平并且附加地能够实现热泵的尤其高的性能系数。

所述目的根据本发明在开始提及类型的热泵中通过如下方式实现：沿着流体循环回路在液化器和蒸发器之间串联地设置有至少两个膨胀设备和在蒸发器和液化器之间串联地设置有至少两个压缩机和/或至少两个压缩机级，其中用于分离气相和液相的分离器接入在两个膨胀设备之间，并具有在两个压缩机或者两个压缩机级之间通到循环回路中的气相输入管路，并且设置有用于使从蒸发器流出的流体在进入到第一压缩机中之前过热的机构。

由此，根据本发明提出如下特征的组合，所述特征引起热泵的性能系数的改进，并且同时能够实现在流体循环回路中使用如下流体：所述流体在温熵图中具有斜率基本上为正的冷凝曲线。

所设立的流体，例如R22、R134a和氨也如水那样在温熵图中具有钟形。在此，从饱和蒸汽开始，能够任意地被压缩，而在此不承担由于进入到湿蒸汽相而损伤压缩机的风险。

对于热泵的高温范围(关于使用温度至少为70℃，尤其>90℃)而言，由于临界温度必须使用其它流体。具有足够高的临界温度的流体例如是R1233zd和R1336mzz。然而，这些流体在温熵图中具有斜率基本上为正的冷凝曲线。借此在温熵图中表明了将液态的/气态的两相区与气态的状态区分开的线。因此，当应当避免进入到两相区中时，这些流体从饱和蒸汽开始不可任意地被压缩。