專利名稱：產(chǎn)生電流的供熱系統(tǒng)的制作方法
產(chǎn)生電流的供熱系統(tǒng)本發(fā)明涉及一種用于對象的供熱系統(tǒng)，具有熱學(xué)的熱生成器(尤其是傳統(tǒng)的加熱 裝置)與多個(gè)耗熱器的熱耦合，用于同時(shí)產(chǎn)生熱和電流，該熱耦合由控制裝置調(diào)節(jié)，其中耗 熱器之一具有基于熱力學(xué)循環(huán)過程的、尤其是基于水蒸發(fā)過程或者ORC過程或者Kal ina過 程的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能，并且將熱力學(xué)循環(huán)過程中出現(xiàn)的凝結(jié)熱傳 輸給另外的耗熱器。對于下面的描述，參照所附的“所用術(shù)語及其含義列表”以及“縮略語列表”。在OTAG Vertriebs GmbH&Co. KG，Olsberg 的小冊子 “Kurzinfo: Lion Powerblock"(截止 2007 年 10 月)(http://www. otag. de/download/071007_Lion_ Kurzinfo_2007_D.pdf)中，提出了一種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于居室對象的供熱系統(tǒng)。該系統(tǒng) 的主要部件是氣體燃燒器，該氣體燃燒器基于水蒸氣的熱力學(xué)循環(huán)，該熱力學(xué)循環(huán)包括管 狀蒸發(fā)器和用于水蒸氣凝結(jié)并且用于將凝結(jié)熱傳輸?shù)綗嵫h(huán)的熱交換器。借助雙自由式活 塞單流式蒸汽機(jī)，所產(chǎn)生的蒸氣壓力能量首先轉(zhuǎn)換為線性的運(yùn)動能量，并且隨后借助所耦 合的線性發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電流。至自由式活塞的工作室中的蒸氣輸送以機(jī)械方式通過滑閥 (Schieber)來控制，這些滑閥牢固地與活塞桿相連，并且根據(jù)活塞位置以及活塞速度在確 定的并且不可進(jìn)一步調(diào)節(jié)的時(shí)間上打開和關(guān)閉入口。這導(dǎo)致其中入口打開的活塞段始終是 固定的，并且因此僅僅針對一個(gè)工作壓力而最佳地設(shè)計(jì)。因此，例如在起動或者關(guān)斷時(shí)出現(xiàn) 的較低的工作壓力不能被最優(yōu)地利用，因?yàn)樵诖诵枰^長地打開入口，以便保證膨脹室的 充分利用。在活塞完成其膨脹功之后，活塞經(jīng)過汽缸壁中的開口，該開口用作膨脹的蒸氣的 出口，直到活塞在其向回運(yùn)動中又將該開口關(guān)閉，這一方面導(dǎo)致了完成對于汽缸中余留的 蒸氣的壓縮工作，以便將活塞又推到其初始位置中。該壓縮工作由雙自由式活塞的方向相 反的工作循環(huán)進(jìn)行，該工作循環(huán)帶有在能量轉(zhuǎn)換中不可避免地出現(xiàn)的損耗。另一方面，活塞 不能完成最大可能的膨脹功，因?yàn)樵诨钊?jīng)過排出開口的時(shí)刻在工作室中始終還必須有過 壓，由此余留的蒸氣主要流入壓縮室中，這導(dǎo)致進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換損耗。這種已知的迷你BHKW的另一缺點(diǎn)來自于將水用作熱力學(xué)循環(huán)過程的介質(zhì)，因?yàn)?水在正常壓力下在100°c的情況下才凝結(jié)。然而，由于在家中的耗熱器通常只需要明顯更 低的溫度水平，如在驅(qū)動地板加熱裝置時(shí)具有最高50°c的始流溫度，所以由此并未充分 利用電流生成器的最大可能的效率，其中該效率基于在蒸發(fā)溫度和凝結(jié)溫度之間的差距 (Spreizimg)。雖然也可以設(shè)想以水蒸氣作為介質(zhì)的具有在100°C以下的凝結(jié)溫度的循環(huán)過 程，然而由此導(dǎo)致的負(fù)壓力由于技術(shù)上幾乎不可避免的不密封性原因而難以持久維持。對于借助迷你BHKW來產(chǎn)生電流的經(jīng)濟(jì)的方法而言，此外以下的特性是有益的-當(dāng)恰好沒有加熱要求時(shí)，高效地產(chǎn)生電流也應(yīng)當(dāng)是可能的，以便保證裝置的更高 的充分利用；-供熱系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⑾奶爝^多地存在的來自熱學(xué)太陽能收集器的熱能有效地用 于產(chǎn)生電流；-供熱系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠自動地將熱力學(xué)循環(huán)的凝結(jié)溫度與存在的可變的低溫水平(例如加熱回流溫度)匹配，以便實(shí)現(xiàn)最大的溫度差距；以及-電流產(chǎn)生裝置不應(yīng)與燃燒裝置的類型(氣、油、小球等)關(guān)聯(lián)。目前的關(guān)于帶有同時(shí)的熱產(chǎn)品和基于熱力學(xué)過程的電流產(chǎn)品的供熱系統(tǒng)的現(xiàn)有 技術(shù)的特征在于如下特征a)僅僅唯一的熱生成器傳統(tǒng)的加熱裝置，其為了達(dá)到在熱力學(xué)過程中所要求的 高的溫度而實(shí)施為氣體加熱裝置；b)加熱裝置與熱耦合的熱存儲器組合，在該熱存儲器中可以緩存加熱裝置所產(chǎn)生 的熱并且時(shí)間推移地轉(zhuǎn)發(fā)給耗熱器。在熱能生成和熱能需求之間的平衡根據(jù)下式得到Eaeiz (t) +Esp0ut (t) = Effff (t) +E冊(t) +Ethdy (t) +ESpIN (t)其中&p。UT(t)= Effff(t)+Ehw(t)并且由此適用』Heiz(t)= Ethdy(t)+Espra(t)；c)該系統(tǒng)只有一種工作方式，其中借助將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)同時(shí) 產(chǎn)生電流，并且借助在熱力學(xué)過程中聚集的凝結(jié)熱來填充熱存儲器；d)并不存在至位于對象上的熱學(xué)散熱器的熱耦合，該散熱器在生成電流時(shí)被用于 提高效率；e)并不存在至位于對象上的熱學(xué)太陽能收集器的熱耦合，這些太陽能收集器被用 于產(chǎn)生太陽能電流；f)并不存在至位于對象上的廢氣熱回收裝置的熱耦合，該廢氣熱回收裝置用于在 產(chǎn)生電流時(shí)提高效率；g)熱力學(xué)循環(huán)過程基于單級的水蒸氣循環(huán)；h)熱力學(xué)能量至電能的轉(zhuǎn)換借助單流式蒸汽機(jī)與具有兩個(gè)方向相反的壓力缸 (如其在傳統(tǒng)的自由式活塞系統(tǒng)中所使用的那樣)的結(jié)構(gòu)類型的線性發(fā)電機(jī)的組合來進(jìn) 行，其中在此始終有一個(gè)工作室保持未被使用，并且交替地始終僅僅一個(gè)壓力缸進(jìn)行工作 循環(huán)。原則上，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功率可以通過工作循環(huán)的重復(fù)頻率來調(diào)節(jié)，然而其中由于缺乏針 對每個(gè)工作循環(huán)的入口體積的調(diào)節(jié)可能性，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)只能以入口壓力與出口壓力的恒定 的比例來實(shí)現(xiàn)，這又導(dǎo)致了與出口壓力相關(guān)的熱力學(xué)循環(huán)過程的凝結(jié)溫度不可被調(diào)節(jié)；i)耗熱器的不恒定的功率消耗的均衡通過熱存儲器填充狀態(tài)來進(jìn)行。工作模式活 動，直到熱存儲器填充狀態(tài)超過上限，并且一旦低于下限時(shí)又活動。在此適用Paeiz (t) = Ρ·γ ⑴+PSpIN ⑴其中屮麗(t) = f (輸入溫度TTHDY_In)總之，對于通過熱力學(xué)過程借助迷你BHKW來經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生電流要考慮以下的邊界 條件和要求-只有在高的溫差情況下能夠?qū)崿F(xiàn)在產(chǎn)生電流時(shí)的高效率，即需要加熱裝置的盡 可能高的初始溫度(> 300°C )，并且尤其是在生成電流的情況下，當(dāng)不存在加熱要求時(shí)，需 要盡可能低的凝結(jié)溫度(< 20°C )；-目前已知沒有如下的工質(zhì)借助該工質(zhì)可以在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)在所要求的溫度范圍 中的熱力學(xué)過程，并且該工質(zhì)的熱力學(xué)特性還能夠?qū)崿F(xiàn)在生成電流時(shí)的高效率。水除了具 有不利的高沸點(diǎn)之外還具有的特性是需要蒸氣的高的過熱，以便能夠以干的蒸氣實(shí)現(xiàn)膨 脹，這對熱力學(xué)效率有負(fù)面影向；
-在“當(dāng)不存在加熱要求時(shí)，生成電流”的工作方式中，對于積累的凝結(jié)熱需要在盡 可能低的溫度水平(< 20°C )上的非常高的冷卻功率，然而該冷卻功率從環(huán)境中只能借助 高的初始成本(例如地?zé)崽结?水冷循環(huán))或者通過高的能量開銷(例如通過帶有通風(fēng)設(shè) 備的熱交換器)來實(shí)現(xiàn)；并且-在居室對象的情況下只有轉(zhuǎn)換系統(tǒng)引起的少量的噪聲發(fā)射是可接受的。此外，要解決的問題是，如何可以將不同的熱生成器、熱存儲器和耗熱器彼此最佳 地?zé)狁詈?。根?jù)本發(fā)明，在開頭所提及類型的供熱系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了，該供熱系統(tǒng)可以以兩種工 作方式的至少一種工作，其中在第一工作方式中所產(chǎn)生的熱被輸送給熱力學(xué)循環(huán)，用于產(chǎn) 生電流，并且從熱力學(xué)循環(huán)過程中形成的剩余熱量被用于加熱；在第二工作方式中與加熱 要求無關(guān)地通過散熱器吸收熱力學(xué)過程的凝結(jié)熱來產(chǎn)生電流。根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的有 利的和合乎目的的擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求中得到。本發(fā)明主要涉及一種用于居室對象的供熱系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)加熱對象的空間和/ 或?qū)ο蟮挠盟?耗熱器)。首先提出了一種系統(tǒng)，其中“在小的范圍中”(即不是在大型裝 置或者發(fā)電廠建筑中)將傳統(tǒng)的加熱裝置與熱力學(xué)循環(huán)、例如與ORC循環(huán)(有機(jī)朗肯循環(huán)) 組合，以便通過這種方式實(shí)現(xiàn)用于產(chǎn)生電流的有效選項(xiàng)。目前，ORC裝置極少被使用在小負(fù) 荷領(lǐng)域中，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的ORC裝置的效率在該領(lǐng)域中通常被視為太低。本發(fā)明提出了一種供熱系統(tǒng)，其通過一種或者多種優(yōu)選的措施來克服現(xiàn)有技術(shù)的 上述缺點(diǎn)，并且滿足附加的要求。這些優(yōu)選的措施不僅涉及在基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的改進(jìn)，而 且涉及關(guān)于每個(gè)單個(gè)的部件的滿足要求的、效率和成本優(yōu)化的構(gòu)型的改進(jìn)，以及涉及優(yōu)化 的總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由附加的要求得到。一種由下面列出的有利措施的組合構(gòu)成 的特別的總系統(tǒng)得到供熱系統(tǒng)的優(yōu)選的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其由于熱力學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)在從熱 力學(xué)能量至電能的轉(zhuǎn)換中的最大能量效率a)至位于對象上的熱學(xué)散熱器的熱耦合用于在產(chǎn)生電流時(shí)提高效率以及用于實(shí) 現(xiàn)另一工作方式“僅僅產(chǎn)生電流”；b)至熱學(xué)太陽能收集器的熱耦合用于在低溫范圍中借助熱力學(xué)過程來產(chǎn)生太陽 能電流以及用于實(shí)現(xiàn)另一工作方式“產(chǎn)生太陽能電流”，其中借助熱學(xué)太陽能收集器來產(chǎn)生 電流；c)至位于對象上的廢氣熱回收裝置的熱耦合，該廢氣熱回收裝置用于在低溫范圍 中借助熱力學(xué)過程提高在產(chǎn)生電流時(shí)的效率；d)通過將對于擴(kuò)大的溫度范圍合適的介質(zhì)、尤其是熱油或者硅酸鹽用于單級的熱 力學(xué)循環(huán)過程，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了具有有利于Carnot效率的非常寬的溫度差距(譬如從20°C 到300°C )的熱-力耦合，所述介質(zhì)具有在出口溫度以上的、譬如300°C的臨界溫度，并且其 中理想地在散熱器的水平上的低的凝結(jié)溫度范圍中也不形成相對于環(huán)境壓力的負(fù)壓力；e)使用非常有效的多級熱力學(xué)循環(huán)過程，其具有高溫循環(huán)和低溫循環(huán)，優(yōu)選兩個(gè) ORC循環(huán)，其中由兩個(gè)循環(huán)產(chǎn)生電流；f)使用對于該應(yīng)用最優(yōu)地適合的閥控制的、必要時(shí)雙動式的壓力缸/線性發(fā)電機(jī) 系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)針對每個(gè)工作循環(huán)的入口體積或者膨脹路徑而不僅在傳輸功率 方面而且在入口壓力和出口壓力的比例方面進(jìn)行調(diào)節(jié)；
g)或者替代于f)使用合適的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械轉(zhuǎn)動能， 尤其是通過使用DiPietro引擎來轉(zhuǎn)換；h)作為對g)的進(jìn)一步改進(jìn)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，尤其是RMT發(fā)電機(jī)；i)控制裝置控制由于附加的熱生成器在不同的工作方式中所需的功率匹配，其中 防止了加熱裝置需要可調(diào)節(jié)的功率，并且在不同的工作方式中的熱平衡或者通過在用于將 熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換至電能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的功率調(diào)節(jié)或者借助調(diào)節(jié)存儲器流入pSpIN(t)并且由 此通過熱存儲器的存儲器填充狀態(tài)來平衡；j)使用高溫加熱裝置，尤其是高溫生物物質(zhì)燃燒裝置作為熱產(chǎn)生裝置。一般而言，通過根據(jù)本發(fā)明的、在對象上可用的散熱器(例如實(shí)施為空氣濕度熱 交換器、地?zé)崾占?、地?zé)崽结?、水體、空氣冷卻裝置或者冷氣存儲器)的熱耦合，能夠?qū)崿F(xiàn) 附加的工作方式，其中當(dāng)恰好沒有加熱要求時(shí)也可以通過散熱器吸收熱力學(xué)循環(huán)過程的凝 結(jié)熱來產(chǎn)生電流。通過將對象上的散熱器熱耦合到熱力學(xué)循環(huán)過程，實(shí)現(xiàn)了在膨脹之前的 介質(zhì)的溫度水平(TTHDY_In)與對象上的散熱器的溫度水平(Tws)之間的最大的溫度差距。在熱能轉(zhuǎn)換時(shí)理論上的可能的Carnot效率由此從下式得到rL CAENOT — l_TWs/TTHDY_In關(guān)于最大可能的Carnot效率特別有利的是，使用特別的高溫加熱裝置，尤其是使 用這樣實(shí)施的生物物質(zhì)燃燒裝置，例如木材小球加熱裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)在水的沸點(diǎn)以上的 介質(zhì)出口溫度Tmjt，尤其是具有高于300°C的出口溫度。為了能夠利用高溫加熱裝置的高出口溫度，需要對于該溫度范圍合適的熱力學(xué)循 環(huán)介質(zhì)(例如熱油)，其帶有在高溫加熱裝置的出口溫度以上的臨界溫度。借助熱力學(xué)循環(huán)過程來獲取電流通過如下方式來進(jìn)行工質(zhì)、優(yōu)選是具有低沸點(diǎn) 的冷卻劑被蒸發(fā)，其中通過蒸發(fā)形成高壓力。該壓力可以以體積變化功的形式在氣體膨脹 時(shí)被作為機(jī)械動能而提取并且在此轉(zhuǎn)換為電能。優(yōu)選的是一種對于熱力學(xué)循環(huán)過程合適的介質(zhì)、例如熱油或者特別地針對該應(yīng)用 而開發(fā)的ORC介質(zhì)，該介質(zhì)除了所要求的良好的熱傳遞特性之外，特征還在于，在該介質(zhì)中 在所要求的低的凝結(jié)溫度范圍中并不形成相對于環(huán)境壓力的負(fù)壓力，因?yàn)樵谪?fù)壓力中在技 術(shù)上難以持久地避免的侵入空氣降低了熱力學(xué)循環(huán)過程的效率。此外，在膨脹之前應(yīng)當(dāng)僅 僅需要被蒸發(fā)的氣體的盡可能小的過熱，因?yàn)樵谶^熱的情況下增加的能量并未提高熱力學(xué) 循環(huán)過程的能量產(chǎn)出。控制裝置管理能量分布并且根據(jù)式子Eaeiz (t) = Effff (t) +Ehw (t) +Ethdy (t) +EEest (t)基于周期性地確定的測量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)在熱能產(chǎn)生和熱能需求之間的平衡。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別的實(shí)施形式，設(shè)計(jì)了一種閥控制的活塞式發(fā)動機(jī)，借助該 活塞式發(fā)動機(jī)可以單獨(dú)地并且可變地調(diào)節(jié)每個(gè)工作周期的進(jìn)入時(shí)間和排出時(shí)間。這一方面 導(dǎo)致了膨脹在給定的條件下分別在最優(yōu)的壓力條件下完成。另一方面借助該進(jìn)入時(shí)間控制 入口體積，并且由此控制在進(jìn)行膨脹之后介質(zhì)的出口壓力，這又能夠?qū)崿F(xiàn)將在熱力學(xué)循環(huán) 過程的膨脹之后介質(zhì)的溫度可變地與在轉(zhuǎn)換時(shí)刻最大地要求的、耗熱器之一的溫度匹配。 理想的是，介質(zhì)的凝結(jié)同樣在該溫度水平上進(jìn)行。于是，從可用的熱能中將給定的情況下最 大可能的部分用于產(chǎn)生電流。在熱能產(chǎn)生和熱能需求之間的平衡在此由控制裝置優(yōu)選根據(jù)下式周期性地確定并且調(diào)節(jié)Eaeiz (t) = Effff (t) +E冊(t) +Ethdy (t)在能量利用中的另一改進(jìn)通過熱耦合的熱存儲器來實(shí)現(xiàn)，在該熱存儲器中可以緩 存由加熱裝置產(chǎn)生的熱并且時(shí)間推移地轉(zhuǎn)發(fā)給至少一個(gè)耗熱器。該熱耦合能夠?qū)崿F(xiàn)的是， 加熱裝置為了加熱目的而始終只須短時(shí)地工作。此外，熱存儲器能夠?qū)崿F(xiàn)的是，如后面描述 的那樣，將太陽能用于加熱目的以及用于產(chǎn)生太陽能電流。熱存儲器優(yōu)選是附加地實(shí)施的 熱存儲器，其具有不同的溫度水平(分層存儲器)，其中在始流和回流中分別在可選的、熱 存儲器中可用的最佳可能的溫度水平上進(jìn)行熱交換。除了多次使用的緩存存儲器之外，其 他存儲器類型也是可能的，例如節(jié)省位置的、帶有存儲器介質(zhì)的潛熱存儲器，該存儲器介質(zhì) 在所要求的存儲器溫度范圍中進(jìn)行優(yōu)選從固體向液體的相變，或者熱化學(xué)熱存儲器也是可 能的。在熱能產(chǎn)生和熱能需求之間的平衡在此由控制裝置優(yōu)選根據(jù)下式周期性地確定并且 調(diào)節(jié)Eaeiz (t) +Esp 0UT (t) = Ewff (t) +Ehw (t) +Etiiiy (t) +Esp IN (t)控制裝置在任何時(shí)刻都獨(dú)立地基于用于檢測影響過程的參數(shù)的傳感器的數(shù)據(jù)通 過改變過程控制量(例如循環(huán)的流速等等)來調(diào)節(jié)各最有利的工作?；趥鞲衅鲾?shù)據(jù)通過 調(diào)節(jié)出現(xiàn)的熱流將供熱系統(tǒng)的各部件之間的每次熱交換調(diào)整為使得進(jìn)行盡可能有效和完 全地將各較熱的介質(zhì)的熱能傳遞給各較冷的介質(zhì)。控制裝置也可以將對象的電源的信息包 括到供熱系統(tǒng)的控制中，以便在特別有利的時(shí)間段中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生電流。在熱能產(chǎn)生和熱能需求之間的平衡由控制裝置優(yōu)選根據(jù)下式周期性地確定并且 調(diào)節(jié)
Eaeiz (t) +Esp 0UT (t) = Ewff (t) +Ehw (t) +Etiiiy (t) +Esp IN (t) +ERest (t)借助用于檢測影響過程的參數(shù)的傳感器，控制裝置獨(dú)立地調(diào)節(jié)以下的典型的工作 方式的一個(gè)或者多個(gè)a)工作方式“加熱，Wff和電流產(chǎn)生”功能能量傳遞溫度水平和優(yōu)選的溫度范圍加熱，WW加熱 和THDY電流產(chǎn) 生 圖5EHeiz+ Esp OUT = Ethdy+ Ehw+ Esp EV +EwwTh out= TTHDY-in > 300°C THK VL =TSP ιη = TxHDY-Out = Tww =Τκοη = Tnin= 45°C...85°C THK RL = TSP out = 20°C...70°C
b)工作方式“由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”功能能量傳遞溫度水平和優(yōu)選的溫度范圍由加熱熱量進(jìn)行 THDY電流產(chǎn)生 圖6EHeiz = ETHDY+ ERest ERest= EwsTh out = Tthdy-ih > 300°C TxHDY-Out = TiCond = T\VsIn =. 15°C...25°C T ws out = < 20°Cc)工作方式“靜止?fàn)顟B(tài)”。在上面說明的溫度的情況下假設(shè)在溫度傳遞中沒有損耗的理想情況，其中控制裝 置在各最有利的溫度差距的情況下對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)。在多種工作方式中在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)在熱能產(chǎn)生和熱能需求之間的熱平衡的困難是 在各部件之間所需要的功率平衡，其中這些部件必須具有與工作方式以及凝結(jié)溫度相關(guān)的 功率產(chǎn)生能力。始終必須適用PHeiz (t) +Psp out ⑴=Pww (t) +Phw (t) +Pthdy (t) +Psp IN (t) +Pws α)等式的生成器側(cè)可以總是針對所有工作方式通過使用在功率Plfeiz (t)中可調(diào)節(jié)的 加熱裝置來平衡，該加熱裝置與所需的功率無關(guān)地在恒定的熱傳遞效率的情況下產(chǎn)生恒定 大小的輸出溫度Tmut。等式的消耗器側(cè)可以始終通過熱力學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的可變的功率產(chǎn)生能 力PTHDY(t)來平衡，然而該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)附加地需要針對凝結(jié)溫度的調(diào)節(jié)。此外提供了調(diào)節(jié)熱存 儲器吸收功率Psp1n(t)的可能性。在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)在所要求的高的輸出溫度Tmut > 300°C的情況下具有可調(diào)節(jié)的加熱 功率PlfeizU)的加熱裝置是困難的。因此有利的是，供熱系統(tǒng)可以與工作模式無關(guān)地借助恒 定的加熱功率Plfeiz來工作，其方式是所需的功率平衡或者通過可變化的存儲器流Λρ_α) 或者通過熱力學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)的功率產(chǎn)生能力Pthdy(t)來實(shí)現(xiàn)。所需的動態(tài)功率平衡如下地對相關(guān)的工作方式起作用a)工作方式“加熱，Wff和電流產(chǎn)生”該工作方式的熱平衡為Eaeiz (t) +Esp 0UT (t) = Ethdy (t) +E冊(t) +ESpIN (t) +Ewff (t)熱存儲器吸收熱力學(xué)過程的凝結(jié)熱并且同時(shí)由熱存儲器饋送給耗熱器。由此適 用Esp0ut (t) = Ewff (t) +E冊(t)Eaeiz (t) = Etiiiy (t)+Espra (t)
ESpIN(t) = Eaeiz (t)-Etiiiy (t)在功率水平上，這意味著Psp IN(t) = PHeiz(t)-Pth3y (t)在恒定的加熱功率的情況下Paeiz (t) =^leiz=常數(shù)在該工作模式活動期間，熱力學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功率產(chǎn)生能力PTHDY(t)是恒定的在TK。nd = THeizk RL 時(shí)的 1 THDY-Heizk由此得到恒定的存儲器流入
P =P -PrSp IN rHeiz rTHDY-Heizk耗熱器的非恒定的功率消耗的平衡通過熱存儲器填充狀態(tài)來進(jìn)行。工作模式保持P=P -PrTHDY-Stromp rHeiz rWs如果希望與工作方式無關(guān)地以相同大小的加熱功率I3lteiz來驅(qū)動加熱裝置，這意味活動，直到熱存儲器填充狀態(tài)超過上限，并且一旦低于下限時(shí)又活動。b)工作方式“由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”在此并不進(jìn)行關(guān)于存儲器流入的調(diào)節(jié)。該工作方式的熱學(xué)平衡為Eaeiz (t) =ETIfflY(t)+ERest(t)并且由此Pthdy (t) =PHeiz-Pffs(t)在足夠低的溫度水平Tws的情況下，可以由散熱器提取恒定的冷卻功率PWs。由此 適用在TK。nd = Tffs 的情況下，Pthdy (t) = P麗=常數(shù)在該工作模式活動期間，熱力學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功率產(chǎn)生能力PTHDY(t)是恒定的
著「01001 P= ρ= ρ= ρLV/■ wjHeiz-Stromp 1 Heiz-Heizk 1 Heiz-Heiz Solar 1 Heiz-Solar由此，對于每種工作方式得到針對Pthdy的獨(dú)特的功率水平工作方式a) PT麗_Heizk = PHeiz-PSpIN工作方式b) PTHDY_str。mp = Plfeiz-Pws由于散熱器的較低的溫度，Pthdy-stromp 問于 PraDY-Heizko 在 Tws 禾B Tlleizk EL 溫度水平不等的情況下，適用PlHDY-Stromp 興 PlHDY-Heizk當(dāng)散熱器的溫度水平等于加熱體的回流溫度Tlteizk EL時(shí)，得到用于實(shí)現(xiàn)僅僅具有兩 種工作方式a)和b)以及恒定的轉(zhuǎn)換功率Poty以及具有恒定的加熱功率I3lteiz的供熱系統(tǒng) 的可能性。當(dāng)TK。nd = THeizkKL = Tws 時(shí)適用PneiZ — PlHDY-Stromp — PlHDY-Heizk由此降低的該系統(tǒng)的最大Carnot效率由此由下式得出rL CAENOT — l~THeizkEL/THeiz當(dāng)出口壓力恒定地對應(yīng)于散熱器的溫度水平Tws時(shí)，得到另一可能性來實(shí)現(xiàn)具有 恒定的加熱功率I3lteiz的供熱系統(tǒng)。由此省去的工作方式a)因此必須通過一種工作方式來替代，在該工作方式中加熱裝置2產(chǎn)生熱能僅僅用于用作加熱熱量(Heizwaerme)以及用于 WW加熱，其中為此當(dāng)然要集成相應(yīng)的熱循環(huán)。這雖然要求具有可變的轉(zhuǎn)換功率PTmY (t)的 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，然而該應(yīng)用的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)僅僅需要實(shí)現(xiàn)從入口壓力至出口壓力的 恒定的比例，并且功率可以通過重復(fù)頻率f。y。來控制。一種實(shí)現(xiàn)例如借助渦輪機(jī)或者單流 式蒸汽機(jī)是可能的。在此適用:P麗(t)= f(fcyc)該應(yīng)用的最大Carnot效率由下式得到rL CAENOT — l~THeizkEL/THeiz對于產(chǎn)生電流的一個(gè)優(yōu)選的選擇是耦合到熱力學(xué)循環(huán)過程的、線性的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)， 用于借助一個(gè)或多個(gè)壓力缸、線性發(fā)電機(jī)、過濾和整流單元將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能。線 性的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)耦合到熱力學(xué)循環(huán)過程上的并且對此特別地協(xié)調(diào)的活塞-氣缸單元，用 于將熱力學(xué)能量首先轉(zhuǎn)換為動能，該動能隨后借助同樣特別地針對該應(yīng)用協(xié)調(diào)的線性發(fā)電 機(jī)來產(chǎn)生電能，該電能借助電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器(Netzrichter)轉(zhuǎn)換為適于電網(wǎng)饋電的交流電 壓。合適的壓力缸-線性發(fā)電機(jī)裝置的特征在于高的總轉(zhuǎn)換效率、低的制造成本、安靜的運(yùn) 行以及長的壽命，因?yàn)椴淮嬖跈M向力和旋轉(zhuǎn)力。該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個(gè)特別的方面在于，借助閥控制的活塞式發(fā)動機(jī)可以獨(dú)立地并且 可變地調(diào)節(jié)每個(gè)工作周期的進(jìn)入時(shí)間和排出時(shí)間。這一方面導(dǎo)致在給定的條件下膨脹分別 在最優(yōu)的壓力條件下進(jìn)行。另一方面，借助進(jìn)入時(shí)間控制入口體積并且由此控制在進(jìn)行膨 脹之后介質(zhì)的出口壓力，這又能夠?qū)崿F(xiàn)介質(zhì)的溫度在熱力學(xué)循環(huán)過程的膨脹之后可以可變 地與在轉(zhuǎn)換時(shí)刻耗熱器之一最大所需的溫度匹配。理想的是，介質(zhì)的凝結(jié)同樣在該溫度水 平上進(jìn)行。于是，從可用的熱能中將給定的情況下最大可能的部分用于產(chǎn)生電流。為了防止活塞在氣缸頭或者氣缸蓋上的撞擊，原則上可能限制活塞行程，其方式 是例如將活塞桿耦合到空轉(zhuǎn)的曲軸上。另一防止硬的撞擊的可能性在于，可用的膨脹行程并未被完全用于舒張，并且剩 余的活塞路徑通過磁體卡鎖來實(shí)現(xiàn)。在此，引導(dǎo)活塞直至撞擊的感應(yīng)力被調(diào)節(jié)為使得在撞 擊時(shí)只有小的力起作用，并且由此長壽命的工作是可能的。在具有可變的轉(zhuǎn)換功率PTmY(t)的熱力學(xué)壓力缸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，由工作周期(行程 (Hub) 1和行程(Hub) 2)的數(shù)目和活塞行程做的功Wthdy以及時(shí)鐘頻率&。的乘積來確定轉(zhuǎn) 換功率Pthdy (t) = 2 * Wtiiiy * fCyc(t)所做的功Wthdy是恒定的汽缸尺寸和可變參數(shù)的函數(shù)Wthdy 一 f (Tverdampf VEinl, TKond)ο Tverdampf ；介質(zhì)溫度一介質(zhì)的入口壓力ο VEinl 每個(gè)行程的入口體積ο TKond 凝結(jié)溫度一介質(zhì)的出口壓力在恒定的、高的Tvapmiz和每個(gè)行程具有恒定的入口體積VEinl的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)情況下，可 以不調(diào)節(jié)介質(zhì)的出口壓力。這意味著，在這些系統(tǒng)中只有一個(gè)凝結(jié)溫度水平對于所有工作 方式都是可能的Wthdy=常數(shù)
在該熱力學(xué)壓力缸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的情況下的轉(zhuǎn)換功率PTmY(t)可以通過改變時(shí)鐘頻率 來改變Pthdy (t) = 2 * Wtiiiy * fCyc(t)一種將時(shí)鐘頻率f。y?？勺兊貥?gòu)建的可能性在于，通過借助線性發(fā)電機(jī)的可變的電 學(xué)參數(shù)來構(gòu)建感應(yīng)力Flnd來改變活塞行程的膨脹速度并且由此改變膨脹持續(xù)時(shí)間tExp。時(shí)鐘頻率f。y。取決于膨脹持續(xù)時(shí)間tExp。如果在一個(gè)工作周期之后立即(沒有時(shí) 滯地)進(jìn)行相反的工作周期，則適用fcyc= 1/(2 * tExp)膨脹持續(xù)時(shí)間tExp取決于活塞的行程長度和膨脹速度，然而該行程長度是恒定的， 并且膨脹速度又是在膨脹期間壓力缸的機(jī)械的推力Fllub和線性發(fā)電機(jī)的相反的感應(yīng)力Flnd 之間的力平衡的結(jié)果。tExp = f (Flnd)并且由此fCyc(t)= f (Flnd)線性發(fā)電機(jī)的電學(xué)上可調(diào)節(jié)的參數(shù)是線圈電感，其例如可以通過電學(xué)上可選擇的 線圈對的布線來改變。另一將線性發(fā)電機(jī)的感應(yīng)力Find可變地構(gòu)建的可能性是，逆變器的負(fù)載電流例 如通過逆變器的輸入電阻來調(diào)節(jié)。該實(shí)施形式的特別的優(yōu)點(diǎn)是，例如實(shí)施為半導(dǎo)體段 (Halbleiter-Strecke)的接口也能夠在膨脹階段期間實(shí)現(xiàn)非?？斓夭⑶揖_地調(diào)節(jié)感應(yīng) 力Find。這又導(dǎo)致由壓力缸和線性發(fā)電機(jī)構(gòu)成的組合在尺寸設(shè)計(jì)方面可以被優(yōu)化，因?yàn)橛纱?可以在最大加速度和最大活塞速度的受限因素的情況下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的工作。當(dāng)活塞在膨脹期 間首先恒定地以最大的加速度來加速時(shí)，得到最高的功率產(chǎn)生能力。如果達(dá)到所允許的活 塞的最大速度，則活塞以該最大速度繼續(xù)運(yùn)動，直到需要將活塞以負(fù)的和恒定的最大加速 度來制動。由此，一種具有可變的轉(zhuǎn)換功率PTmY(t)的供熱系統(tǒng)對于所有工作方式是可能的， 然而其中由于缺少對出口壓力的調(diào)節(jié)可能性，在此也適用TKond 一 Tlleizk EL 一 TwsrL CAENOT — l_THeizk RL/THeiz這種轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(例如壓力缸、單流式蒸汽機(jī)或者Corliss引擎)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)借助 周期性的閥定時(shí)來進(jìn)行。每個(gè)單個(gè)的入口閥和出口閥被周期性地以時(shí)鐘頻率Fcyc在通過閥 定時(shí)設(shè)置而確定的時(shí)間段上(如

圖10中所示)打開和關(guān)閉，其中周期持續(xù)時(shí)間tCy。對應(yīng)于 工作周期的持續(xù)時(shí)間tAusl和相反的工作周期的持續(xù)時(shí)間tAust2之和tEinll = tEinl2 =常數(shù)tCyc = tAusll+tAusl2= l/tCyctExp= 1/(2 * fcyc)所有閥的時(shí)間同步通過如下方式進(jìn)行壓力缸在其膨脹階段中通過壓力缸的機(jī)械 運(yùn)動或者由其導(dǎo)出的同步運(yùn)動、例如旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來周期性地改變閥狀態(tài)，并且由此直接以機(jī) 械方式控制每個(gè)單個(gè)閥的關(guān)閉時(shí)間。每個(gè)閥的打開時(shí)間例如通過控制活塞的尺寸來確定， 該控制活塞通過線性運(yùn)動來打開和關(guān)閉閥。線性實(shí)施周期性工作的、帶有雙動式壓力缸的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個(gè)例子是已知的James Watt蒸汽機(jī)。該周期性的壓力缸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)實(shí)施具有獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)閥，這些旋轉(zhuǎn)閥與時(shí)鐘頻 率fCy。同步地在確定的時(shí)間段(如圖10中所示)被打開和關(guān)閉。獨(dú)立的閥的打開時(shí)間TEinl 由旋轉(zhuǎn)的閥區(qū)段的角量得到，在該角量中閥的穿流是可能的。時(shí)鐘頻率fey。在純機(jī)械系統(tǒng) 中由壓力缸的機(jī)械運(yùn)動導(dǎo)出，該運(yùn)動被轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，如在已知的Corliss引擎中那樣。 另一實(shí)現(xiàn)的可能性如下得到其中例如借助電動機(jī)外部控制地獲得時(shí)鐘頻率，該電動機(jī)與 活塞位置同步地旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)閥的時(shí)間同步例如通過如下方式實(shí)現(xiàn)所有閥通過旋轉(zhuǎn)軸彼此 連接，該旋轉(zhuǎn)軸以時(shí)鐘頻率fCyc旋轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)介質(zhì)的出口壓力并且由此動態(tài)調(diào)節(jié)凝結(jié)溫度TK。nd，需要的是可 以調(diào)節(jié)每個(gè)行程的入口體積VEinl，這可以通過入口閥的可變的打開時(shí)間、inl來實(shí)現(xiàn)。理想 的是，入口閥被外部控制，即控制裝置借助進(jìn)入持續(xù)時(shí)間、inl來調(diào)節(jié)入口體積vEinl (t)，使得 在整個(gè)活塞行程上的膨脹結(jié)束之后達(dá)到所希望的介質(zhì)壓力。由此，調(diào)節(jié)介質(zhì)的凝結(jié)溫度，使 得該凝結(jié)溫度對應(yīng)于所耦合的耗熱器的最大所需溫度。優(yōu)選的是，為此使用可電驅(qū)動的入口閥。原則上，閥的驅(qū)動也可以氣動地或者液壓 地進(jìn)行。此外可想象的是一種解決方案，其中入口閥借助控制活塞來實(shí)現(xiàn)，該控制活塞通過 線性運(yùn)動打開和關(guān)閉入口閥，其中控制活塞的線性運(yùn)動被外部控制，即并不是由壓力缸的 運(yùn)動導(dǎo)出的?？刂苹钊氖芸氐木€性運(yùn)動例如可以借助線性電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)。一種實(shí)現(xiàn)可能性是在圖11中示出的閥控制的雙動式的壓力缸，其中通過工質(zhì)流 入壓力缸的工作室而使活塞-氣缸單元的活塞移動?？刂蒲b置根據(jù)對傳感器數(shù)據(jù)的分析自 動地確定流入的持續(xù)時(shí)間。要控制的入口體積于是為輸入側(cè)可用的介質(zhì)壓力(然而其可以 視為恒定的)和在凝結(jié)期間在輸出側(cè)所希望的溫度的函數(shù)。因?yàn)槭冀K將全部的活塞行程用于膨脹，所以在進(jìn)入持續(xù)時(shí)間tEinl和所希望的凝結(jié) 溫度TK。nd之間形成直接關(guān)聯(lián)，即在每個(gè)可調(diào)節(jié)的凝結(jié)溫度TK。nd處存在相應(yīng)的進(jìn)入持續(xù)時(shí)間 tEinl并且由此存在針對活塞行程所做的功Woty的恒定值。由此適用Wthdy = f (TKond)這意味著，活塞行程所做的功Wthdy不可以通過進(jìn)入持續(xù)時(shí)間、inl來調(diào)節(jié)。通過進(jìn) 入持續(xù)時(shí)間、-僅僅可以調(diào)節(jié)膨脹之后的介質(zhì)的出口壓力。于是，在熱力學(xué)壓力缸轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換功率Pthdy (t)只能通過改變時(shí)鐘頻率來改變。轉(zhuǎn)換功率Pthdy由工作周期的數(shù)目 (行程1和行程2、以及活塞行程所做的功Woty以及時(shí)鐘頻率fey。的乘積得到Pthdy (t) = 2 * WTIfflY (TKond) * fCyc(t)當(dāng)然，該原則也可以以兩個(gè)方向相反的壓力缸來應(yīng)用，如其在傳統(tǒng)的自由活塞系 統(tǒng)中所使用的那樣，其中在此始終有一個(gè)工作室保持未被使用，并且交替地始終僅僅一個(gè) 壓力缸執(zhí)行工作周期，在該工作周期期間另一壓力缸恰好處于排出階段。借助這樣實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，于是時(shí)鐘頻率fCy。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換功率Pthdy,而借助進(jìn)入持續(xù) 時(shí)間 tEinl 調(diào)節(jié)凝結(jié)溫度TK。nd。對于不同的工作方式，由此得到工作方式a)當(dāng) TK。nd = Taeizk EL 時(shí)，Pthdy-Heizk — 2 * WTHDY—Heizk * fcyc-Heizk — PlIeiz-PspIN工作方式b)當(dāng) Tliond = Tws 時(shí)，
PlHDY-Stromp — 2 女 WlHDY-Stromp 女 fcyc-Stromp — PHeiz~Pws然而在技術(shù)上費(fèi)事的是，將線性發(fā)電機(jī)的感應(yīng)力可調(diào)節(jié)地配置，以便由此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn) 換功率。閥控制的雙動式壓力缸的另一優(yōu)點(diǎn)在于，不必要在執(zhí)行的工作周期之后立即開始 執(zhí)行下一個(gè)工作周期。借助在工作周期實(shí)施之間插入的可變的時(shí)滯tt。t，可以調(diào)節(jié)重復(fù)頻率 并且由此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換功率PTHDY。時(shí)鐘頻率fey。取決于膨脹持續(xù)時(shí)間tExp和時(shí)滯tt。t fcyc= 1/(2 * (tExp+ttot))為了所需的功率匹配，控制裝置在不同的工作方式中確定相應(yīng)的時(shí)鐘頻率fey。fCyc = Pthdy/2 ^ Wthdy控制裝置在此從執(zhí)行一個(gè)工作周期開始等待直到執(zhí)行相反的工作周期，直到半個(gè) 周期持續(xù)時(shí)間Tcye結(jié)束。在此進(jìn)行功率調(diào)制的閥控制(Ventilsteuerimg)，如在圖12中所 示的那樣。時(shí)滯由濾波單元和整流單元幾乎無損耗地補(bǔ)償。出口閥在此按照半個(gè)周期持續(xù)時(shí)間T。y。、即與時(shí)鐘頻率f。y。同步地交替打開和關(guān) 閉。出口閥由此可實(shí)施為外部控制的、例如通過可電驅(qū)動的閥，或者通過從壓力缸的線性運(yùn) 動導(dǎo)出的控制來實(shí)現(xiàn)，例如借助與活塞位置同步的旋轉(zhuǎn)閥控制來實(shí)現(xiàn)?；旧希柚詈系綗崃W(xué)循環(huán)過程的、閥控制的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來產(chǎn)生電流是可 能的，如譬如借助與其特別地調(diào)諧的壓縮空氣發(fā)動機(jī)，其中線性活塞運(yùn)動借助曲軸首先轉(zhuǎn) 換為轉(zhuǎn)動能量，該轉(zhuǎn)動能量借助同樣特別地針對該應(yīng)用調(diào)諧的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。另一優(yōu)選的可能性通過使用旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)(Rotationskolbenmaschine)、尤其是 DiPietro引擎，其中同樣可以調(diào)節(jié)每個(gè)工作周期的入口體積。尤其是針對風(fēng)力裝置設(shè)計(jì)的 RMT發(fā)電機(jī)適于作為旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。兩種部件在所需的功率范圍中已經(jīng)在低轉(zhuǎn)速的情況下具 有特征轉(zhuǎn)換時(shí)高的效率以及非常低的啟動損耗和關(guān)斷損耗。當(dāng)然，在所有所描述的系統(tǒng)中在發(fā)電機(jī)上產(chǎn)生的電壓也可以用于其它目的。替代 產(chǎn)生電網(wǎng)電壓，可以借助合適的轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生電池充電電壓，例如用于電動汽車的鋰離子 電池，或者產(chǎn)生合適的電壓以便由此借助電解來獲得氫氣。由轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所產(chǎn)生的動能也可 以用于其它目的，例如用于借助制冷機(jī)來冷卻室內(nèi)空氣。在初始溫度為Th 0ut > 300°C的燃燒裝置情況下，在技術(shù)上難以達(dá)到對于有效工作 所需的廢氣溫度。根據(jù)本發(fā)明的對燃燒裝置(Feuerimgsanlage)的效率的明顯改進(jìn)通過作 為針對具有溫度水平TM。k的回收熱能EKU。k(t)的、獨(dú)立的熱生成器的功能的廢氣熱回收裝 置的熱耦合來實(shí)現(xiàn)。在熱能生成和熱能需求之間的平衡在此由控制裝置優(yōu)選根據(jù)下式來周期性地確 定和調(diào)節(jié)Eaeiz (t) +Esp 0UT (t) +Efflck (t) = Effff (t) +E冊(t) +Ethdy (t) +Esp IN (t) +ERest (t)—方面，廢氣剩余熱量可以用于滿足熱需求和Wff需求，其中適用EKU。k(t)=E 麗( ) +E 冊( )在圖8中示出了通過熱存儲器的該熱耦合的一種可能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該裝置的缺點(diǎn) 在于，Effff(t)+Ehw(t)是可變的，而一旦加熱裝置工作，回收的熱量始終恒定地積累。只有當(dāng) 存在熱需求時(shí)，才可以進(jìn)行熱平衡。因此，另一根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)是使用廢氣剩余熱量用于在熱力學(xué)循環(huán)中產(chǎn)生電 流，即在工作方式a)和b)中，其中適用
Ethdy (t) =ERUck(t)+Eaeiz (t)通過熱學(xué)的太陽能收集器直接熱耦合到耗熱器或者優(yōu)選耦合到熱存儲器上，可以 將每年的加熱費(fèi)用降低。在熱能生成和熱能需求之間的平衡在此由控制裝置優(yōu)選根據(jù)下式 周期性地確定和調(diào)節(jié)Eaeiz (t) +Esol (t) +Esp 0UT (t) +ERUck (t) = Ewff (t) +Ehw (t) +ETIfflY (t) +Esp IN (t) +ERest (t)最優(yōu)的能量利用通過根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置的各部件的熱耦合來形成，該加熱裝 置保證了每個(gè)熱生成器與每個(gè)耗熱器、熱存儲器或者每個(gè)其他的熱生成器以熱交換方式工 作，其中在不同的熱承載介質(zhì)的情況下，優(yōu)選的是設(shè)置方向相反的熱傳遞，并且在相同的熱 承載介質(zhì)的情況下優(yōu)選設(shè)置介質(zhì)交換。此外，根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)可以可選地以多種工作方式運(yùn)行。在第一工作方式 中，由一個(gè)或多個(gè)熱生成器產(chǎn)生或存儲的熱用于加熱或者填充熱存儲器。在第二工作方式 中，所產(chǎn)生的熱被輸送給熱力學(xué)循環(huán)過程，用于產(chǎn)生電流，其中由熱力學(xué)循環(huán)過程形成的剩 余熱量被傳遞給散熱器。在第三工作方式中，所產(chǎn)生的熱被輸送給熱力學(xué)循環(huán)過程，用于產(chǎn) 生電流，其中由熱力學(xué)循環(huán)過程形成的剩余熱量用于加熱或者填充熱存儲器?？刂蒲b置在 此根據(jù)事先確定的標(biāo)準(zhǔn)自動地確定供熱系統(tǒng)以哪種工作類型運(yùn)行，并且對此可選地可以從 對象的供電器獲取信息，以便能夠在特別有利的時(shí)間范圍中產(chǎn)生電流。太陽能可以借助該供熱系統(tǒng)有效地用于產(chǎn)生電流以及獲取加熱熱量，其方式是在 熱存儲器或者在太陽能收集器中占主導(dǎo)地位的低溫水平(該低溫水平僅需高于散熱器的 溫度(Tws))被進(jìn)一步加熱了剩余的溫度范圍，直到與消耗相關(guān)的額定溫度。其他的優(yōu)點(diǎn)通過如下方式形成太陽能收集器在供熱系統(tǒng)的一種工作方式中、尤 其是在夜晚或者冬季用作散熱器，其吸收熱力學(xué)循環(huán)過程的剩余熱量。在此，多級太陽能收 集器結(jié)構(gòu)是有利的，其包括不同收集器類型的串聯(lián)連接，該串聯(lián)連接一方面包括較小熱隔 離的成本低廉的收集器而另一方面包括具有高的熱隔離的高價(jià)值的收集器。為了將能量優(yōu) 化的目的，此外在一些工作方式中有利的是，各收集器類型也可以被跨接，即不被太陽能介 質(zhì)流過。在此，控制裝置根據(jù)確定的標(biāo)準(zhǔn)、例如外部溫度來確定是否僅僅收集器類型之一或 者兩種串聯(lián)地被太陽能介質(zhì)流過。也可以將存在的對象的加熱體或者地板加熱裝置用作針對熱力學(xué)循環(huán)過程的持 久的散熱器，即使不存在加熱需求。在盥洗室中的特別的加熱體例如隨便也可以用于干燥 衣物，其中當(dāng)在只產(chǎn)生電流期間積累剩余熱量時(shí)，加熱體才始終被以剩余熱量加熱。通常，在太陽能輔助的加熱裝置的情況下，在太陽能的原始能量的可用性和加熱 需求之間存在顛倒的關(guān)系，即在夏季盡管有許多原始能量可供使用，然而幾乎沒有或者只 有少量的加熱需求，而在冬季適用相反的關(guān)系。本發(fā)明正是利用這種顛倒的關(guān)系，更確切地 說，多余的原始能量轉(zhuǎn)換為電流。通過已經(jīng)在太陽能輔助的加熱裝置中存在的部件(太陽 能收集器、熱存儲器、加熱裝置和加熱體)的多次的資源雙重利用，在此僅僅帶來轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 的初始成本加上物有所值的擴(kuò)展，例如附加的收集器面和存儲器容量，用于產(chǎn)生太陽能電 流。有利的地實(shí)現(xiàn)了成本高昂的收集器面積的高的總系統(tǒng)工作負(fù)荷，因?yàn)樵谙募静辉俅嬖?太陽能熱量的過度供給，而在冬季通過加熱裝置可以利用太陽能供給。然而迄今提出的系統(tǒng)(其基于用于獲取電流的熱力學(xué)過程)會由于開頭所描述 的、目前可獲得的循環(huán)介質(zhì)的弱點(diǎn)而不能覆蓋值得期望的高的溫度范圍，該溫度范圍一方面通過加熱裝置的高燃點(diǎn)(> 1000°C )并且另一方面通過環(huán)境溫度(< 0°C )在理論上給 出可用的溫度潛力。因此，一種根據(jù)本發(fā)明的明顯的改進(jìn)是針對相繼的溫度范圍將兩個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過 程(子過程)組合，其中每個(gè)子過程本身是獨(dú)立的熱力學(xué)過程，并且每個(gè)子過程具有自己的 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于將壓力轉(zhuǎn)換為電能，并且對于較高溫度范圍的子過程的凝結(jié)熱借助通過熱交 換器的耦合用作較低的溫度范圍的子過程的蒸發(fā)能量。于是，例如可以將水蒸氣循環(huán)過程、 丁苯循環(huán)過程、丙苯循環(huán)過程、乙苯循環(huán)過程、甲苯循環(huán)過程或者OMTS循環(huán)過程用于300°C 到150°C的溫度范圍，并且將帶有介質(zhì)R245fa的ORC循環(huán)過程用于從150°C到15°C的低溫 范圍。通過由此得到的溫度范圍的相加，在該例子中得到50%的理論Carnot效率。在熱能生成和熱能需求之間的平衡在此由控制裝置優(yōu)選根據(jù)下式周期性地確定 和調(diào)節(jié)Eaeiz (t) +Esol (t) +Esp 0UT (t) = Effff (t) +Effl (t) +Ethdyi (t) +Ethdy2 (t) +ESpIN (t) +ERest (t)當(dāng)在子過程之間所需的功率補(bǔ)償通過如下方式來進(jìn)行控制裝置控制第一子過程 的介質(zhì)的凝結(jié)和第二子過程的介質(zhì)的蒸發(fā)之間的過渡溫度、兩個(gè)子過程的功率比例，并且 將其相應(yīng)地與要求匹配，從而得到根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)。此外，根據(jù)本發(fā)明的是，兩個(gè)用于將壓力轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的各部件成本低 廉地耦合，使得并非所有單個(gè)部件都需要是雙倍的，借助轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的機(jī)械耦合(該耦合實(shí) 施為使得機(jī)械力相加)，于是只需發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器，它們分別傳輸子過程的能量之 和。借助發(fā)電機(jī)輸出端的電耦合可以實(shí)現(xiàn)另一種可能的將兩個(gè)用于將壓力轉(zhuǎn)換為電 能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的各部件成本低廉地耦合，使得并非所有單個(gè)部件都需要是雙倍的，這使得 只需要電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器，其傳輸子過程的能量之和。原則上，針對子過程的兩種轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的壓力缸借助曲軸的耦合也是可能的，其中 電流生成通過旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)來進(jìn)行。特別有利的是，在此廢氣熱回收裝置和熱學(xué)太陽能裝置與雙級熱力學(xué)過程的低溫 循環(huán)的耦合。能量輸送Ethdy在此在不同的溫度水平上在兩個(gè)級中進(jìn)行。在低溫級(第2 級)中，回收的熱能Eκu。k被用于加熱或者部分蒸發(fā)熱力學(xué)介質(zhì)，直到溫度水平TM。k，其中適 用Ethdy2 (t) = Esol (t) +Efflck (t) +EEestl (t)于是，由于不同的溫度水平，用于轉(zhuǎn)換為電能ETmY_stufe2的能量量并且由此E胃相 加地提高回收的廢氣熱EKU。k(t)以及太陽能h^t)的值。在熱力學(xué)過程的第一級中，回收的熱能&&僅僅用于將熱力學(xué)介質(zhì)從溫度水平 TKU。k剩余蒸發(fā)至溫度水平Tlteiz,其中適用Ethdyi (t) = Eaeiz (t)-ERestl (t)借助用于檢測影響過程的參數(shù)的傳感器，控制裝置獨(dú)立地調(diào)節(jié)以下典型工作方式 中的一種或者多種a)工作方式“加熱，Wff和電流產(chǎn)生”功能能量傳輸溫度水平和優(yōu)選的溫度范圍加熱，WW加熱EHeiz = ETHDYI +Tfiren = TthDYI-Ih = 300°C和THDY電流產(chǎn) 生ERestl ΕχΗ Υ2 = ERiick +TTHDYl-Out= ΤχΗ Υ2-Ιη = 150°C圖19ERestlThk VL =Tsp In = TrHDY2-Out = TwwEspIN = ERest2=Τκοη = TH in= 45°C...85°CEsp out = EHW +Thk rl = Tsp out = THeiz Ab =Eww20°C...60°C THeiz Ruck = THeiz Mit = 100 0C". 140 °c
b)工作方式“由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”功能能量傳輸溫度水平和優(yōu)選的溫度范圍由加熱熱量的Eneiz= ETHDYI +Tfiren = TTHDY1-In = 300°CTHDY電流產(chǎn)生ERestlTTHDYl-Out= ΤτΗ Υ2-Ιη = 150°CFig. 20ETHDY2 = Enack +TxHDY2-Out= T\vs = Tneiz Ab =ERestl15°C...25°CERest2 = EwsTneiz Rfick = Tneiz Mit = IOO0C". 140 0Cc)工作方式“由加熱熱量和存儲的或者直接的太陽能僅僅產(chǎn)生電流”功能能量傳輸溫度水平和優(yōu)選的溫度范圍由加熱熱量和熱EHeiz = Ethdyi +Tsp out = Th in = 20°C...60°C存儲器以及太陽ERestlTeren = ΤχΗ ΥΙ-Ιη = 300°C能的THDY電ΕχΗ Υ2 =TTHDYl-Out= TthdY2-Iii = 150°C流產(chǎn)生Esp out + ERfick +TTHDY2-Out=Tws=Tsp In" 15°C...圖21ERestl25°CERest2 = EwsTHeiz Ab = Tsp Out= Τκο Out =20°C...60°CTHeiz Riick = Tfleiz Mit = 100OC". 140 0C d)工作方式‘(填充太陽能存儲器”功能能量傳輸溫度水平和優(yōu)選的溫度范圍填充太陽能存儲Esp in = EsoiTsp i = TKoiout= 40°C...90°C器 圖22Tsp out = Τκο in = 20°C...40°Ce)工作方式“太陽能加熱和WW”功能能量傳輸溫度水平和優(yōu)選的溫度范圍借助熱存儲器的 太陽能加熱和Esp out = EHW + EwwThk vl = TSp ιη = Τκ0ι out= Tww=45°C...90°CWW 圖23Esp in = EsoiThk rl = Tsp out= Τκο in = 20°C...50°C
在上面所說明的溫度情況下假設(shè)在熱傳遞時(shí)沒有損耗的理想情況，其中控制裝置 在各最有利的溫度差距的情況下對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)然，根據(jù)上表可以由多種工作方式的組合或者通過在一些工作方式中省去生成 器、存儲器或者消耗器來形成其他的工作方式，然而這些工作方式在此未作進(jìn)一步闡述。供熱系統(tǒng)如何工作取決于當(dāng)前的情況。通常，加熱能量的產(chǎn)生比產(chǎn)生電流更高效。 然而，在工作選擇時(shí)，控制裝置尤其是也考慮原始能量提供、(預(yù)測的)加熱能量需求、熱存 儲器的與時(shí)間相關(guān)的利用率以及在饋入的電流的產(chǎn)量和有效的加熱成本之間的關(guān)系。控制 裝置負(fù)責(zé)管理能量，用于根據(jù)情況地在考慮到所確定的和預(yù)測的影響過程的參數(shù)情況下進(jìn) 行能量分配。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面也提供了不同工作方式的序列，只有當(dāng)加熱能量需求和Wff 能量需求小于所安裝的加熱裝置的最大加熱功率時(shí)該序列由于由此得到的、在同時(shí)有效的 電流產(chǎn)生情況下高的和恒定的加熱裝置的工作負(fù)荷才始終是有利的。根據(jù)工作方式的這種 序列，交替地首先是工作方式a) “加熱，WW和電流產(chǎn)生”活動，直到熱存儲器被充分地填充， 并且隨后在達(dá)到該條件之后，工作方式b) “由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”和e) “太陽能加熱 和借助熱存儲器的鼎”并行地激活，直到在熱存儲器中所存儲的熱量低于下閾值。為了使得該系統(tǒng)能夠以所有工作方式工作，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)116和118的功率產(chǎn)生能力 Pthdyi (t)和PTmY2(t)必須針對每種工作方式都是可調(diào)節(jié)的，其中對于每種相關(guān)的工作方式 適用a)在TK。nd2 = Tlfeizk κ的情況下的工作方式“加熱，Wff和電流產(chǎn)生”PHeiz 一 PthdyiPTHDY2 一 PRuck+PRestlb)在TK。nd2 = Tffs情況下的工作方式“由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”Paeiz = PotyiPTHDY2 一 PRuck+PRestl
c) “由加熱熱量和存儲的能量或者直接的太陽能僅僅產(chǎn)生電流”Pneiz 一 PthdyiΡχπ Υ2 一 Psp Out+PRuck+PRestI因?yàn)樵谶@些工作方式中第二級TK。nd2的凝結(jié)溫度不同，所以對于第二級，如下轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)是有利的其具有可調(diào)節(jié)的出口壓力，如例如前面描述的閥控制的線性發(fā)電機(jī)或者 DiPietro 引擎。因?yàn)樵谶@些工作方式中第一級TK。nd2的凝結(jié)溫度是恒定的，所以對于第一級而言沒 有可調(diào)節(jié)的出口壓力的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是有利的，如例如單流式蒸汽機(jī)或者渦輪機(jī)。借助修改的實(shí)施形式(參見圖，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)所有工作方式是可能的，其中第二 級具有不帶可調(diào)節(jié)的排出壓力的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，例如單流式蒸汽機(jī)或者渦輪機(jī)。這通過如下方 式來實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)以工作方式a)實(shí)現(xiàn)，其中僅僅第一級產(chǎn)生電流。借助第二級在該工作 方式中僅僅產(chǎn)生加熱熱量，其方式是第二級的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在該工作方式中并未被熱力學(xué)的低 溫循環(huán)介質(zhì)流過。由此修改的工作方式a)通過以下特性來表征a)工作方式“加熱，Wff和電流產(chǎn)生”功能能量傳遞溫度水平和優(yōu)選的溫度范圍加熱’ WW加熱EHeiz = ETHDYITeren = TTHDY1-In = 300°C和THDY電流產(chǎn)EJHDY2 =TiHDYl-Out= TxHDY2-In =Tsp In =生ERjick + ERestl150°C圖19Esp IN = ETHDY2THK VL = Tww = Τκοη = TH ιη=Esp OUT = EHW + Eww45°C...85°CTHK RL = Tsp out= Tneiz Ab = TxHDY2-Out= 20°C... 60°C1 Heiz Riick =量 Heiz Mit =100°C...140°C對于所有所說明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的其他一般的效率提高一方面由以下得出對于熱力 學(xué)循環(huán)過程設(shè)置內(nèi)部的熱交換器(再生器)。另一方面，在炎熱的夏季夜晚通常難以達(dá)到在希望值15°C以下的冷卻溫度。在 此，一個(gè)成本低廉的解決方案是噴灑裝置，其附加地尤其是通過在此形成的蒸發(fā)致冷 (Verdunstungskaelte)來冷卻太陽能收集器。當(dāng)然，該噴灑裝置只有當(dāng)在由此總體上預(yù)期 是成本有利時(shí)才由控制裝置激活。此外可設(shè)想的是，針對高溫循環(huán)402的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以借助斯特林發(fā)動機(jī)來實(shí)現(xiàn)， 因?yàn)樗固亓职l(fā)動機(jī)針對較高的溫度而設(shè)計(jì)。由此在理論上可能的是，將大于500°C的燃燒器 循環(huán)溫度以高的整體效率轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)由下面參照附圖的描述得到。在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的智能能量分配管理的所有涉及的部件的熱 耦合以及與其關(guān)聯(lián)的任務(wù)的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)；圖3示出了組合的冷凝器的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的成本低廉的實(shí)現(xiàn)；圖5示出了工作方式“加熱，Wff和電流產(chǎn)生”；圖6示出了工作方式“由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”；圖7示出了帶有耦合到熱存儲器的廢氣熱回饋的根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的技術(shù) 實(shí)現(xiàn)；圖8示出了耦合到熱力學(xué)過程的廢氣熱回饋的根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的技術(shù)實(shí) 現(xiàn)；圖9示出了用于將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能的一種可能的線性轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖；圖10示出了周期性的閥定時(shí)的示意圖；圖11示出了閥控制的雙動式的壓力缸的示意圖；圖12示出了功率調(diào)制的閥定時(shí)的示意圖；圖13示出了一種用于將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能的可能的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意 圖；圖14示出了雙級熱力學(xué)循環(huán)過程的示意圖；圖15示出了用于將壓力能量轉(zhuǎn)換為動能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的機(jī)械耦合的示意圖16示出了發(fā)電機(jī)輸出的電耦合的示意圖；圖17示出了太陽能收集器電路的技術(shù)實(shí)現(xiàn)；圖18示出了帶有THDY循環(huán)中的廢氣熱回饋和太陽能收集器的雙級實(shí)施形式的技 術(shù)實(shí)現(xiàn)；圖19示出了工作方式“加熱，Wff和電流產(chǎn)生”；圖20示出了工作方式“由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”；圖21示出了工作方式“由加熱熱量和存儲的或者直接的太陽能僅僅產(chǎn)生電流”；圖22示出了工作方式“填充太陽能存儲器”；圖23示出了工作方式“太陽能加熱和WW” ；圖M示出了帶有THDY循環(huán)中的凝結(jié)溫度的廢氣熱回饋和太陽能收集器的雙級實(shí) 施形式的修改的技術(shù)實(shí)現(xiàn)；圖25示出了修改后的工作方式“由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”。在圖1中大體上說明了根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的各部件及其根據(jù)本發(fā)明的熱耦 合5 熱生成器1，包括傳統(tǒng)的加熱裝置2和可選的太陽能收集器3 ；可選的熱和/或冷存儲 器4 ；散熱器6 ；耗熱器7，該耗熱器包括用于熱水加熱的裝置8 ；加熱熱量循環(huán)9 ；以及熱力 學(xué)循環(huán)過程10，其借助用于將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)11用于產(chǎn)生電流。該供 熱系統(tǒng)及其各部件的工作由中央控制裝置12控制。影響過程的控制參數(shù)被引入控制裝置 中，這些控制參數(shù)由合適的傳感器13持續(xù)地檢測并且輸送給控制裝置12?？刂蒲b置12也 能夠基于所檢測的參數(shù)和/或所確定的假設(shè)來估計(jì)或者預(yù)測(其他)對于供熱系統(tǒng)的控制 相關(guān)的參數(shù)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的迷你BHKW的示意性結(jié)構(gòu)，其帶有燃燒器循環(huán)70，該燃 燒器循環(huán)流過燃燒裝置71的鍋爐；熱力學(xué)循環(huán)74，借助該循環(huán)獲得電流；加熱循環(huán)79，其 流過加熱體80 ；以及冷卻循環(huán)77，其將廢熱傳輸給散熱器，其中燃燒器循環(huán)70流過熱力學(xué) 循環(huán)74的蒸發(fā)器73并且根據(jù)工作方式在輸出側(cè)或者加熱循環(huán)79或者冷卻循環(huán)77流過兩 個(gè)分離的冷凝器75和76。熱存儲器81通過熱交換器熱耦合到加熱循環(huán)79。根據(jù)圖3，分離的冷凝器210和211成本低廉地組合成組合的熱交換器，該熱交換 器分別具有用于熱力學(xué)循環(huán)200、收集器循環(huán)201和加熱循環(huán)202的分開的輸入和輸出。圖4示出了另一根據(jù)本發(fā)明的迷你BHKW的示意性結(jié)構(gòu)，該迷你BHKW可以通過一 些部件的雙重功能而成本低廉地制造。于是，燃燒裝置331的鍋爐(其被熱力學(xué)循環(huán)過程 330的介質(zhì)流過)同時(shí)是熱力學(xué)循環(huán)過程330的蒸發(fā)器。熱存儲器332可以可選地通過冷 凝器333成本低廉地集成在熱存儲器332中用作熱力學(xué)循環(huán)過程的熱學(xué)散熱器。同樣，加 熱循環(huán)可以通過加熱循環(huán)通過集成在熱存儲器332中的熱交換器334來獲得所需的加熱熱 量而成本低廉地間接用作熱力學(xué)循環(huán)過程的熱學(xué)散熱器。圖5說明了在根據(jù)圖4的整體結(jié)構(gòu)中包含的部件和溫度水平，它們對于工作方式 “加熱，WW和電流產(chǎn)生”是必要的。圖6說明了在根據(jù)圖4的整體結(jié)構(gòu)中包含的部件和溫度水平，它們對于工作方式 “由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”是必要的。圖7示出了另一可能的迷你BHKW的示意性結(jié)構(gòu)，其具有廢氣熱回饋338，該廢氣熱 回饋通過熱交換器339耦合到熱存儲器340。
圖8示出了另一可能的迷你BHKW的示意性結(jié)構(gòu)，其具有廢氣熱回饋350，該廢氣熱 回饋通過熱交換器351耦合熱力學(xué)循環(huán)介質(zhì)352。在圖9中所示的裝置包括熱力學(xué)部分501，該熱力學(xué)部分具有工質(zhì)、一個(gè)或多個(gè)壓 力缸502、線性發(fā)電機(jī)503 (其具有磁體和線圈)、作用到兩個(gè)部分上的控制裝置506 (其為 中央控制裝置12的一部分)、整流和濾波單元504(其將通過磁體運(yùn)動產(chǎn)生的電壓脈沖轉(zhuǎn)換 為直流電壓)、以及逆變器505 (其將直流電壓轉(zhuǎn)換為適于電網(wǎng)饋送的交流電壓)。熱力學(xué) 過程的凝結(jié)熱被輸送給耗熱器。在圖10中示出了周期性的閥定時(shí)的示意圖，其中每個(gè)單個(gè)的入口閥和出口閥都 周期性地以時(shí)鐘頻率fCy。在通過閥定時(shí)設(shè)置確定的時(shí)段上被打開和關(guān)閉，其中周期持續(xù)時(shí) 間tCy。對應(yīng)于工作周期的持續(xù)時(shí)間tAusll和相反的工作周期的持續(xù)時(shí)間tAusl2之和。在圖11中示出了閥控制的壓力缸，其中兩個(gè)工作周期完全彼此獨(dú)立(尤其是在 時(shí)間上)；于是沒有如在已知的多沖程發(fā)動機(jī)情況中那樣設(shè)置事先確定的周期性的時(shí)鐘序 列。更確切地說，視情況地開始各自的工作周期，即只有當(dāng)滿足確定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)(尤其是工 質(zhì)的壓力足夠時(shí))，控制裝置609通過打開或者關(guān)閉端子605、606、607、608用于執(zhí)行工作 周期。四個(gè)端子605、606、607、608可以由控制裝置609選擇性地打開或者關(guān)閉，其中管路 601、602借助這些端子耦合到工作室603、604。膨脹的工質(zhì)通過第一管路601進(jìn)入壓力缸600的第一工作室603?？刂蒲b置609 為此打開端子605并且關(guān)閉端子606。同時(shí)，控制裝置609關(guān)閉第二管路的端子608并且打 開端子607。由此，將力Fllub施加到活塞608上，這在做功的情況下導(dǎo)致活塞608向右(根 據(jù)附圖中的視圖)運(yùn)動。該過程是壓力缸的“正常的”工作周期，其中該過程在活塞608的 一個(gè)行程之后結(jié)束。在相反的工作周期中，控制裝置609關(guān)閉打開的端子606、607并且打開閉合的端 子605、608，使得得到相反方向的活塞力Fllub以及活塞608向左運(yùn)動。兩個(gè)工作周期中的哪 一個(gè)工作周期(正?；蛘呦喾吹墓ぷ髦芷?被執(zhí)行取決于活塞26的當(dāng)前位置。借助控制裝置609，調(diào)節(jié)流入工作室603或604的體積(入口體積)。在分析傳感 器數(shù)據(jù)610之后，自動地確定流入的開始和持續(xù)時(shí)間，并且由此調(diào)節(jié)壓力以及由此調(diào)節(jié)在 膨脹之后的介質(zhì)溫度，使得其對應(yīng)于耦合的耗熱器的最大所需溫度。入口體積于是是壓縮 期間輸入側(cè)可用的介質(zhì)壓力以及輸出側(cè)所希望的壓力的函數(shù)，這能夠?qū)崿F(xiàn)非常有效的能量 轉(zhuǎn)換。如已經(jīng)提及的那樣，各循環(huán)過程和線性發(fā)電機(jī)的控制/調(diào)節(jié)在考慮影響過程的參 數(shù)(熱能輸送、熱學(xué)加熱需求、工質(zhì)的壓力和溫度、熱存儲器和環(huán)境等等)的情況下來進(jìn)行， 這些參數(shù)由多個(gè)合適的傳感器610 (壓力傳感器、溫度傳感器等等)提供。當(dāng)然，該原理也可以以兩個(gè)方向相反的壓力缸如其在傳統(tǒng)的自由式活塞系統(tǒng)中所 使用的那樣來應(yīng)用，其中在該情況中工作室304保持未被使用，并且交替地始終僅僅一個(gè) 壓力缸執(zhí)行工作周期，而另一壓力缸處于排出階段中。在圖12中示出了功率調(diào)制的閥定時(shí)的示意圖，其中在執(zhí)行的工作周期之后并不 立即開始執(zhí)行下一個(gè)工作周期。借助在工作周期執(zhí)行之間插入的可變的時(shí)滯tt。t，可以調(diào)節(jié) 重復(fù)頻率并且由此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換功率Ρ·γ。時(shí)鐘頻率fey。取決于膨脹持續(xù)時(shí)間tExp和時(shí)滯tt。t 在此，控制裝置從執(zhí)行一個(gè)工作周期起等待直至執(zhí)行相反的工作周期，直到半個(gè)周期持續(xù)時(shí)間Tcy。結(jié)束。由此，在所生成的輸出電壓上進(jìn)行功率調(diào)制，其中時(shí)滯被濾波和整流單元幾 乎無損耗地補(bǔ)償。出口閥在此在半個(gè)周期持續(xù)時(shí)間T。y。之后、即與時(shí)鐘頻率f。y。同步地交替 打開和關(guān)閉。在圖13中示出了一種替代的旋轉(zhuǎn)-轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其可以替代前面描述的線性轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)來使用。旋轉(zhuǎn)-轉(zhuǎn)換系統(tǒng)耦合到熱力學(xué)循環(huán)過程701上，其中首先將可用的熱能 (Waermeenergie)轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)能量(蒸氣壓力)。蒸氣壓力隨后借助閥控制的膨脹式發(fā)動 機(jī)(Expansionsmaschine)702、例如旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機(jī)(Rotationskolbenmotor)(尤其是 DiPietro引擎)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動能，其中在此同樣是控制裝置705借助入口閥和出口閥來調(diào)節(jié) 每個(gè)單個(gè)的工作周期的入口體積，使得壓力并且由此在膨脹之后的介質(zhì)溫度對應(yīng)于所耦合 的耗熱器的最大所需溫度。轉(zhuǎn)動能借助發(fā)電機(jī)703被轉(zhuǎn)換為電能，該電能被電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換 器(Netzrichter) 704最終轉(zhuǎn)換為用于電網(wǎng)饋電的交流電。影響過程的控制參數(shù)被引入控 制裝置705中，這些控制參數(shù)被合適的傳感器706持續(xù)地檢測并且輸送給控制裝置705 (中 央控制裝置12的一部分)。圖14描述了一種雙級熱力學(xué)過程，該過程包括針對相繼的溫度范圍的兩個(gè)子過 程400和401。每個(gè)子過程本身是獨(dú)立的熱力學(xué)過程，其具有對于所分配的溫度范圍合適的 介質(zhì)。每個(gè)子過程具有自己的用于將壓力轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)402和403。子過程的針 對較高的溫度范圍400的凝結(jié)熱借助通過熱交換器404的耦合作為蒸發(fā)能量用于較低溫度 范圍401的子過程。圖15描述了如何可以防止在雙級熱力學(xué)過程中所需的兩個(gè)用于將壓力轉(zhuǎn)換電能 的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的并非所有單個(gè)部件都雙倍地實(shí)施的可能的成本低廉的解決方案，一個(gè)是針對 線性系統(tǒng)(圖15a)并且一個(gè)是針對旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(圖15b)。這通過所示的、用于將壓力轉(zhuǎn)換成 動能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)451和452的機(jī)械耦合來實(shí)現(xiàn)，它們實(shí)施為使得在將壓力轉(zhuǎn)換為動能時(shí)出 現(xiàn)的機(jī)械力被以向量方式相加，其方式是，它們通過控制裝置調(diào)節(jié)地同時(shí)在該方向上起作 用。由此，僅僅需要一個(gè)發(fā)電機(jī)453和一個(gè)電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器454，它們分別傳輸子過程的能 量之和。圖16描述了如何可以防止在雙級熱力學(xué)過程中所需的兩個(gè)用于將壓力轉(zhuǎn)換電能 的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的并非所有單個(gè)部件都雙倍地實(shí)施的另一成本低廉的解決方案。借助發(fā)電機(jī)輸 出端460和461的合適的電耦合462，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)電壓電勢為電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器463作為能量 儲備用于轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)兼容的交流電壓，其中所述電耦合實(shí)施為使得由兩個(gè)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的不 同的電壓電勢被輸送給電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器463的輸入端，而在發(fā)電機(jī)之間不會出現(xiàn)短路。這 導(dǎo)致了只需一個(gè)電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器463，其傳輸子過程的能量之和。圖17是多級太陽能收集器結(jié)構(gòu)的示意圖，其包括較小的熱隔離的收集器50和較 高的熱隔離的收集器51的串聯(lián)連接。此外，收集器類型的每個(gè)也可以被跨接，即并不被太 陽能介質(zhì)流過?？刂蒲b置12根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)例如環(huán)境溫度或者收集器溫度以及根據(jù)當(dāng)前 設(shè)置的、收集器作為熱生成器或者散熱器的應(yīng)用目的來確定是否僅僅收集器類型之一或者 兩種類型都連續(xù)地被太陽能介質(zhì)流過。在圖18中示出了雙級實(shí)施形式的示意圖，其具有在THDY循環(huán)中的廢氣熱回饋和 太陽能收集器，主要包括燃燒器循環(huán)100、熱力學(xué)高溫循環(huán)101、熱力學(xué)低溫循環(huán)102、加熱 循環(huán)117、太陽能循環(huán)103、Wff循環(huán)104以及冷卻循環(huán)105。燃燒器循環(huán)100流過燃燒裝置106的鍋爐并且通過熱交換器107耦合到熱力學(xué)高溫循環(huán)101。在熱存儲器115中存儲的 太陽能^tjl (t)通過低溫循環(huán)102通過熱交換器112熱耦合到熱存儲器115用于加熱熱力 學(xué)介質(zhì)直到溫度水平Tsrout,其中熱交換器112具有雙重功能在一種工作方式中，其用于加 熱熱力學(xué)介質(zhì)直到溫度水平Tsrout,并且在另一工作方式中，其用作冷凝器用于將低溫循環(huán) 102的凝結(jié)熱傳輸給存儲介質(zhì)?；厥盏臒崮蹺KU。k通過低溫循環(huán)經(jīng)由熱交換器111熱耦合到 廢氣熱回收裝置110用于從溫度水平Tsp ^lt直到溫度水平TKU。k將熱力學(xué)介質(zhì)加熱或者部分 蒸發(fā)。在一種工作方式中，低溫循環(huán)的剩余熱量^test-Stufe2 (t)借助冷凝器109被傳輸給冷卻 循環(huán)105。太陽能收集器循環(huán)103至熱存儲器115的熱耦合借助熱交換器113來進(jìn)行。熱 存儲器115至Wff循環(huán)104的熱耦合借助熱交換器114來進(jìn)行。圖19描述了在根據(jù)圖18的整體結(jié)構(gòu)中包含的部件和溫度水平，它們對于工作方 式“加熱，WW和電流產(chǎn)生”是必要的。圖20描述了在根據(jù)圖18的整體結(jié)構(gòu)中包含的部件和溫度水平，它們對于工作方 式“由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”是必要的。圖21描述了在根據(jù)圖18的整體結(jié)構(gòu)中包含的部件和溫度水平，它們對于工作方 式“由加熱熱量和存儲的或者直接的太陽能僅僅產(chǎn)生電流”是必需的。替代太陽能收集器， 原則上也可以使用其他熱能源，例如使用集中供暖。根據(jù)本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的基本的工作 原理并不由此改變。圖22描述了在根據(jù)圖18的整體結(jié)構(gòu)中包含的部件和溫度水平，它們對于工作方 式“填充太陽能存儲器”是必要的。圖23描述了在根據(jù)圖18的整體結(jié)構(gòu)中包含的部件和溫度水平，它們對于工作方 式“太陽能加熱和鼎”是必要的。圖對是根據(jù)圖18的修改后的實(shí)施形式的示意圖，其中第二級具有轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其沒 有可調(diào)節(jié)的排出壓力，例如單流式蒸汽機(jī)或者渦輪機(jī)。這通過如下方式實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)以工 作方式a)來實(shí)現(xiàn)，其中只有第一級產(chǎn)生電流，并且借助第二級在該工作方式中通過第二級 的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在該工作方式中并不被熱力學(xué)低溫循環(huán)介質(zhì)流過而只產(chǎn)生加熱熱量。圖25描述了在根據(jù)圖M的整體結(jié)構(gòu)中包含的部件和溫度水平，它們對于修改過 的工作方式“加熱，Wff和電流產(chǎn)生”是必要的。本發(fā)明借助了多個(gè)實(shí)施例來描述。當(dāng)然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，修改 是可能的，而并未由此脫離本發(fā)明的思想。此外，所示的實(shí)施例具有概略的性質(zhì)。缺少的細(xì) 節(jié)對于本發(fā)明的本質(zhì)無關(guān)緊要，然而可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員補(bǔ)充。所使用的術(shù)語及其含義列表傳統(tǒng)加熱裝置油、氣、煤、電流、木塊或者木材小球加熱，木 材氣化裝置，生物材料燃燒裝置，...熱生成器熱學(xué)熱源，例如傳統(tǒng)的加熱裝置、太陽能熱學(xué)過 程、過程廢熱(譬如在產(chǎn)生沼氣時(shí)的剩余熱量)，...耗熱器加熱體、WW消耗器以及熱力學(xué)過程熱或冷存儲器緩沖存儲器、潛熱存儲器、熱化學(xué)存儲器，...散熱器深水地?zé)崽结?、地?zé)崾占鳌⒎e水(池塘、水池、 雨水或者過程用水、河流，…),帶有或者沒有 閥的氣冷的熱交換器，氣冷的太陽能收集器，存 儲的環(huán)境冷能、加熱或者地板加熱回流，蒸發(fā)冷 卻，…熱力學(xué)過程ORC過程，帶有一種冷卻劑或者多種冷卻劑的混 \ 合物，熱油，液壓油，氣體；Kalina過程；水蒸 氣過程；...發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、RMT發(fā)電機(jī)電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器直流或者交流電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換器，變頻器，...傳感器用于測量壓力、溫度、流量、太陽輻射、料位、 活塞位置或者旋轉(zhuǎn)頻率，...膨脈壓力馬達(dá)，渦輪機(jī)、DiPietro引擎，蒸氣螺旋式 馬達(dá)，...加熱體用于居室對象的加熱體，地板加熱裝置，墻壁加 熱裝置，...WW消耗器WW過程胃水，fefe^L,洗;M^,...太陽能收集器平面收集器、管式收集器、拋物型槽狀收集器、 拋物型反射收集器，...縮略語列表BHKW組合式熱電單元EHeiz傳統(tǒng)加熱裝置產(chǎn)生的熱能EHW對加熱熱量的能量需求EjCM-Ab在制冷機(jī)上積累的廢熱EKuhl對于室內(nèi)冷卻所需的能量ERest凝結(jié)熱能(過程無效能)ERestl熱力學(xué)過程的第一級的凝結(jié)熱能ERest2熱力學(xué)過程的第二級的凝結(jié)熱能ERuck回收的廢氣熱Esol熱學(xué)太陽能EspIN要存儲的熱能Esp out要從熱存儲器中提取的熱能Ethdy用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的能量(過程有效 能)ETHDYI用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的笫一級(高溫級)的能量(過程有效能)ETHDY2用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的第二級(高溫級) 的能量(過程有效能)Ewq熱源的熱能供應(yīng)Eww對過程用水的能量需求fcyc時(shí)鐘頻率Find發(fā)電機(jī)的感應(yīng)力KW冷水PHeiz傳統(tǒng)的加熱裝置的熱學(xué)加熱功率(熱流)PHeiz-Heiz Solar在工作類型C)"由加熱熱量和存儲的或者直接的太 陽能僅僅產(chǎn)生電流，，中的傳統(tǒng)加熱裝置的熱學(xué)加熱 功率PlIeiz- Heizk在工作方式a) ‘‘加熱，WW和產(chǎn)生電流”中的傳統(tǒng) 加熱裝置的熱學(xué)加熱功率PHeiz- Solar在工作方式d)"填充太陽能存儲器”中的傳統(tǒng)加熱 裝置的熱學(xué)加熱功率
I*Heiz-Stromp在工作方式b) “由加熱熱量僅僅產(chǎn)生電流”中的傳 統(tǒng)加熱裝置的熱學(xué)加熱功率Phw對加熱熱量的熱功率需求(熱流)PRest熱力學(xué)過程的冷凝廢熱功率(熱流)PRlick回收的廢氣熱的熱功率(熱流)PspIN熱存儲器吸收功率(熱流)psp out熱存儲器輸出功率(熱流)Pthdy用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功率 產(chǎn)生能力Pthdyi用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的第一級(高溫級) 的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功率產(chǎn)生能力Pthdy2用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的第二級(低溫級) 的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功率產(chǎn)生能力Pww對用于過程用水的加熱熱量的熱功率需求(熱流)RL回流SP存儲器
T時(shí)間tAusll在工作周期中的出口閥的打開持續(xù)時(shí)間tAusl2在相反的工作周期中的出口閥的打開持續(xù)時(shí)間tcyc整個(gè)周期的周期持續(xù)時(shí)間tEinll在工作周期中的入口閥的打開持續(xù)時(shí)間tEinl2在相反的工作周期中的入口閥的打開持續(xù)時(shí)間(Exp活塞行程的膨脹持續(xù)時(shí)間THDY熱力學(xué)循環(huán)過程TjCond熱力學(xué)過程的凝結(jié)溫度ttot活塞的靜止時(shí)間(時(shí)滯)VEinl每個(gè)行程的入口體積VL始流WT熱交換器WTHDY在一個(gè)工作周期中在膨脹期間活塞行程所做的功 Wthdy
權(quán)利要求
1.一種用于對象的供熱系統(tǒng)，具有熱學(xué)的熱生成器(1)、尤其是傳統(tǒng)的加熱裝置(2) 與多個(gè)耗熱器(7)的熱耦合(5)，用于同時(shí)產(chǎn)生熱和電流，該熱耦合由控制裝置(1 來調(diào) 節(jié)，其中耗熱器(7)之一具有基于熱力學(xué)循環(huán)過程(10)的、尤其是基于水蒸發(fā)過程或者ORC 過程或者Kalina過程的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(11)，用于將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能，并且將在熱力學(xué)循 環(huán)過程(10)中出現(xiàn)的凝結(jié)熱傳遞給另外的耗熱器(7)，其特征在于，該供熱系統(tǒng)能夠以兩種工作方式的至少一種來運(yùn)行，其中在第一工作方 式中所產(chǎn)生的熱被輸送給熱力學(xué)循環(huán)(10)用于產(chǎn)生電流，并且由熱力學(xué)循環(huán)過程(10)形 成的剩余熱量用于加熱；在第二工作方式中與加熱要求無關(guān)地通過散熱器(6)吸收熱力學(xué) 循環(huán)過程(10)的凝結(jié)熱來產(chǎn)生電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于熱耦合到位于對象上的熱學(xué)散熱器， 用于在產(chǎn)生電流時(shí)提高效率并且用于實(shí)現(xiàn)另一工作方式，在所述另一工作方式中僅僅產(chǎn)生 電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于借助低溫范圍中的熱力學(xué)過程熱 耦合到熱學(xué)太陽能收集器上，用于生成太陽能電流，并且用于實(shí)現(xiàn)另一工作方式，在所述另 一工作方式中借助熱學(xué)太陽能收集器來產(chǎn)生電流。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于熱耦合到位于對象上的廢氣熱 回收裝置上，該廢氣熱回收裝置用于借助在低溫范圍中的熱力學(xué)過程來提高在產(chǎn)生電流時(shí) 的效率。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于通過將對于擴(kuò)大的溫度范圍 合適的介質(zhì)、尤其是熱油或者硅酸鹽用于單級的熱力學(xué)循環(huán)過程在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)具有從大約 20°C到大約300°C的溫度差距的熱-力耦合，所述介質(zhì)具有在出口溫度以上的、大約300°C 的臨界溫度，并且其中尤其是在散熱器的水平上的低的凝結(jié)溫度范圍中也不形成相對于環(huán) 境壓力的負(fù)壓力。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于多級熱力學(xué)循環(huán)過程，該多級 熱力學(xué)循環(huán)過程具有高溫循環(huán)和低溫循環(huán)，其中由兩個(gè)循環(huán)產(chǎn)生電流。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于閥控制的、必要時(shí)雙動式的壓 力缸/線性發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，該壓力缸/線性發(fā)電機(jī)系統(tǒng)尤其是能夠通過調(diào)節(jié)每個(gè)工作循環(huán)的 入口體積而在傳輸功率以及入口壓力與出口壓力的比例方面進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于用于將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為機(jī) 械轉(zhuǎn)動能的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，尤其是通過使用DiPietro引擎來轉(zhuǎn)換，其中旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn) 發(fā)電機(jī)，尤其是RMT發(fā)電機(jī)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于控制裝置例如通過附加的熱生 成器控制在不同的工作方式中需要的功率匹配，并且在不同的工作方式中的熱平衡通過在 用于將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的功率調(diào)節(jié)或者通過熱生成器的功率調(diào)節(jié)或 者借助調(diào)節(jié)存儲器流入Psp IN(t)并且由此通過熱存儲器的存儲器填充狀態(tài)來平衡。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于，熱生成器是高溫加熱裝置， 尤其是高溫生物物質(zhì)燃燒裝置，高溫加熱裝置具有大于300°c的介質(zhì)排出溫度。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于控制裝置(1 根據(jù)式子Eneiz (t) — Eww (t) +Ehw (t) +Ethdy (t) +ERest (t)周期性地確定和調(diào)節(jié)在熱能產(chǎn)生和熱能需求之間的平衡，其中 Eseiz 傳統(tǒng)的加熱裝置( 所產(chǎn)生的熱能 Effff 對過程用水的能量需求 Ehw 對加熱熱量的能量需求Eoty 用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的能量(過程有效能) EEest 凝結(jié)熱能(過程無效能) t 時(shí)間。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于熱耦合的熱存儲器，其中 由加熱裝置( 產(chǎn)生的加熱熱量可以被緩存并且時(shí)間推移地轉(zhuǎn)發(fā)給至少一個(gè)耗熱器(7)， 并且控制裝置(1 根據(jù)下式Eneiz (t) +Egp OUT (t) — E麗( ) +E冊( ) +ETHDY (t) +Egp IN(t)+ERest(t)周期性地確定和調(diào)節(jié)在熱能產(chǎn)生和熱能需求之間的平衡，其中Eseiz 傳統(tǒng)的加熱裝置( 所產(chǎn)生的熱能Esp0ut 要存儲的熱能Effff 對過程用水的能量需求Ehw 對加熱熱量的能量需求Eoty 用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的能量(過程有效能) Esp1n 要從熱存儲器提取的熱能 EEest 凝結(jié)熱能(過程無效能) t 時(shí)間。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于用于檢測影響過程的參數(shù)的 傳感器(13)，其中控制裝置(1 在包含影響過程的參數(shù)的情況下調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)的工作， 控制裝置(1 基于傳感器數(shù)據(jù)通過調(diào)節(jié)出現(xiàn)的熱流來調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)的各部件之間的熱交 換，使得進(jìn)行各較熱的介質(zhì)的熱能至各較冷的介質(zhì)的盡可能有效的并且完全的傳遞。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于將轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(11)耦合到至少 一個(gè)制冷機(jī)，其中由轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(11)產(chǎn)生的機(jī)械動能用于冷卻室內(nèi)空氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的供熱系統(tǒng)，其特征在于，在制冷機(jī)上積累的廢熱Ekm,在生 成器側(cè)用于產(chǎn)生電流、填充存儲器或者加熱熱水，并且控制裝置(1 根據(jù)下式Eneiz (t) +Egp OUT (t) +Ekm—Ab (t) — E麗(t) +Et皿γ (t) +ESp IN (t)+ERest(t)+EKuhl(t)周期性地確定和調(diào)節(jié)熱能產(chǎn)生和熱能需求之間的平衡，其中Eseiz 傳統(tǒng)的加熱裝置( 所產(chǎn)生的熱能Esp 要存儲的熱能Effff 對過程用水的能量需求Ehw 對加熱熱量的能量需求Eoty 用于轉(zhuǎn)換為電能的熱力學(xué)過程的能量(過程有效能)Esp1n 要從熱存儲器提取的熱能EEest 凝結(jié)熱能(過程無效能)EKM_Ab 在制冷機(jī)上積累的廢熱EKuhl 用于室內(nèi)冷卻所需的能量t 時(shí)間。
全文摘要
一種用于對象的供熱系統(tǒng)包括熱學(xué)的熱生成器(1)、尤其是傳統(tǒng)的加熱裝置(2)與多個(gè)耗熱器(7)的熱耦合(5)，用于同時(shí)產(chǎn)生熱和電流，該熱耦合由控制裝置(12)調(diào)節(jié)。耗熱器(7)之一具有基于熱力學(xué)循環(huán)過程(10)的、尤其是基于水蒸發(fā)過程或者ORC過程或者Kalina過程的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(11)，用于將熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能。在熱力學(xué)循環(huán)過程(10)中出現(xiàn)的凝結(jié)熱傳遞給另外的耗熱器(7)。該供熱系統(tǒng)能夠以兩種工作方式的至少一運(yùn)行，其中在第一工作方式中所產(chǎn)生的熱被輸送給熱力學(xué)循環(huán)(10)用于產(chǎn)生電流，并且在熱力學(xué)循環(huán)過程(10)中形成的剩余熱量用于加熱；在第二工作方式中與加熱要求無關(guān)地通過散熱器(6)吸收熱力學(xué)循環(huán)過程(10)的凝結(jié)熱來產(chǎn)生電流。
文檔編號F24D11/00GK102047044SQ200980112210
公開日2011年5月4日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月13日
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