CN101329120A - 能源关联模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能源关联模块，所述能源关联模块用于热泵装置。所述能源关联模块包含共通通道、储存桶、热交换装置、多个阀体、多个流体泵和多个管件。根据冷热需求条件，通过阀体和流体泵适当地改变散热回路和供冷回路的路径，使得能源关联模块的热交换器装置可选择性地散热或吸热，从而避免供冷回路温度过低或避免散热回路温度过高，以使热泵装置高效运转。

Description

能源关联模块

技术领域

本发明涉及一种能源关联模块，特别涉及用于热泵装置的能源关联模块。

背景技术

图1所示的是一种公知的热泵装置及其回路配置。其中热泵装置400包含压缩机410、第1级冷凝器420、第2级冷凝器430和蒸发器440。第1级冷凝器420与储存桶510形成供热回路520，第2级冷凝器430与冷却水塔530形成冷却回路540，而蒸发器440与储存桶550形成供冷回路560。

在冷热需求程度差异很大的情况下，这种回路配置会有问题。在冷需求程度大于热需求程度的情况下，为了尽可能满足冷需求，即使储存桶510已经储热饱和，热泵装置400仍必须不停运转。在热负载端来不及使用或排放的热会使冷凝器温度升高。这会使冷凝器冷却不足，阻碍冷媒在冷凝器的凝结，进而影响蒸发器的制冷。另一方面，通常冷需求大于热需求的情况都是发生在炎热的天气。随着外界温度升高温，冷却水与外界之间的温度梯度随之变小，冷却水塔的散热能力也会下降，容易使冷凝器冷却不足。

相反地，在热需求程度大于冷需求程度的情况下，例如在寒冷的天气，为了尽可能满足热需求，即使储存桶560已经储冷饱和，热泵装置400仍必须不停运转。若从冷负载端吸热不足，连带使蒸发器吸热不足。这会阻碍冷媒的蒸发，影响热泵装置的效率。此外，如果未蒸发的液态冷媒被送入压缩机，由于液态冷媒的不可压缩性，也将导致压缩机损坏。

此外，当安装热泵装置时，通常会根据热泵装置安装场合进行回路的设置。在不同的安装场合，回路的设置便要再次重新规划施工。对于购置热泵装置的消费者来说，将耗费更多的设备空间以及施工时间和金钱。

上述的现有技术，无法根据冷热需求条件适应地调配回路配置，以使热泵装置维持在有利的运转条件下。不仅如此，根据上述的现有技术，将耗费更多成本。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能源关联模块，以解决现有技术无法根据冷热需求条件适应地调配回路配置，以使热泵装置维持在有利的运转条件下的技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种能源关联模块，其通过将用于热泵装置的回路配置加以模块化而得到。这样，只需将能源关联模块的接口与热泵装置对应的接口接通，无须额外布置管线，即可完成热泵装置及其回路配置的安装。可进一步简化安装过程并节省成本。

本发明的再一个目的在于提供一种能源关联模块，其用于热泵装置，特别用于具有第1级冷凝器、第2级冷凝器、蒸发器和压缩机等构件的热泵装置。

本发明所公开的能源关联模块包含共通通道、储存桶、热交换装置。共通通道具有第1端和第2端，在第1端和第2端之间设置第1阀体。通过第1阀体可使共通通道的第1端与第2端连通或不连通。共通通道的第1端通过管件与第2级冷凝器连通，以形成散热回路。储存桶通过管件与蒸发器连通，以形成供冷回路。共通通道的第2端通过管件与供冷回路连通且与热交换装置连通，以分别形成吸热回路和热转移回路。多个流体泵可设置于各个回路上，以使各个回路的介质循环流动。

另一方面，共通通道的第1端可通过第1引入管和第1引出管与第2级冷凝器连通。储存桶通过第2引入管和第2引出管与蒸发器连通。共通通道的第2端通过第3引入管和第3引出管与储存桶连通。共通通道的第2端通过第4引入管和第4引出管与热交换装置连通。

第1引入管、共通通道的第1端、第2引出管和第2级冷凝器形成散热回路。第2引入管、储存桶、第2引出管和蒸发器形成供冷回路，用以使供冷介质循环。第3引入管、共通通道的第2端、第3引出管和储存桶形成吸热回路，用以使供冷介质循环。第4引入管、共通通道的第2端、第4引出管和交换装置形成热转移回路，用以使散热介质循环或使供冷介质循环。

优选地，在散热回路、供冷回路、吸热回路和热转移回路上分别设置第1流体泵、第2流体泵、第3流体泵和第4流体泵，通过选择地致动所述流体泵，可选择地使在所述回路的介质循环。

优选地，在散热回路上设置具有盘管段的旁通管。设置盘管段以便使盘管段流动的散热介质可与于供冷回路流动的供冷介质进行热交换。

优选地，热交换器装置可包含由多个风扇所构成的风扇数组、冷却水塔、液体对液体热交换器、热管、气体对液体热交换器或土壤对液体热交换器。

此外，可在旁通管上设置第5流体泵，且可在散热回路上与所述旁通管并行的区段上设置第2阀体。

另一种方式，第3引入管可以不与储存桶连通，而是与第2引入管连通，并在第3引入管和第2引入管的交接处设置第3阀体。此种方式的好处在于可省略第3流体泵，从而进一步节省成本和减少耗电量。

通过开启第1阀体，散热回路的散热介质可流入共通通道的第2端，进而流入热转移回路，通过热交换器装置将散热介质的热排出。此时，可根据情况启动第5流体泵，部分散热介质流经旁通管，且在旁通管的盘管段冷却。

或者可在旁通管与散热回路交接处设置第4阀体。这样就可省略第2阀体和第5流体泵。

如果供冷介质从冷负载端吸热不足，则可调配回路配置，使供冷介质流入共通通道的第2端，从而流入热转移回路，通过热交换器装置从外界吸热。此时，优选地使第1阀体关闭，并启动第5流体泵。供冷介质不止从外界吸热，而且可从旁通管的盘管段吸热，同时散热介质也可从旁通管的盘管段散热。

如果冷热需求程度大致相当，那么将不需再从外界吸热或将热排至外界。此时，可使热转移回路闲置。散热回路的散热介质可通过旁通管而获得冷却。由于热转移回路闲置，第3和第4流体泵和热交换装置将停止动作。因此，与现有技术相比可节省更多的电力。

通过本发明的能源关联模块，热泵装置可根据冷热需求适应性地调配回路配置，从外界吸热或将热排至外界，从而使热泵装置维持在有利的运转条件下，以达到最佳地平衡运用能量的目的，并能够进一步节省成本和减少耗电量。

附图说明

图1所示的是现有技术的热泵装置及其回路配置；

图2所示的是根据本发明的能源关联模块的第1实施例；

图3所示的是根据本发明的能源关联模块的第2实施例；

图4所示的是根据本发明的能源关联模块的第3实施例。

具体实施方式

以下将参照图2、图3和图4来描述根据本发明的优选实施例，其中相同的组件符号表示本发明中相同的组件。

图2所示的是根据本发明的第1实施例，其中能源关联模块整体以组件符号10标示。

能源关联模块10用于热泵装置20。热泵装置20包含压缩机210、第1级冷凝器220、第2级冷凝器230和蒸发器240。

在热泵装置20中，来自压缩机210的高温高压的过热气态冷媒在第1级冷凝器220与供热介质进行热交换，被加热的供热介质通过管件311流经热交换器320并流入储存桶310，供热介质的热会通过热交换器320转移至热负载端，储存桶310中的供热介质通过管件312返回至第1级冷凝器220，这样就形成了供热回路。流体泵313设置在管件312上，以使供热回路的供热介质循环。

由于本发明的技术特点并不在于供热回路和热泵装置，所以关于此部分仅进行简要的说明。

同样参照图2，能源关联模块10包含共通通道110、储存桶130和热交换装置140。

共通通道110具有第1端111和第2端112。第1阀体113设置于第1端111和第2端112之间。通过第1阀体113可使共通通道110的第1端111与第2端112连通或不连通。第1阀体113可为蝶阀。

共通通道110的第1端111通过第1引入管121和第1引出管122分别和第2级冷凝器230的出口端231和入口端232连通。在说明书中所称的“引出”和“引入”为相对共通通道而定义。

储存桶130通过第2引入管131和第2引出管132分别与蒸发器240的出口端241和入口端242连通。共通通道110的第2端112通过第3引入管133和第3引出管134与储存桶130连通。

热交换装置140包含出口端和入口端，而共通通道110的第2端112通过第4引入管141和第4引出管142分别与热交换装置140的出口端和入口端连通。虽然未示出，但优选地热交换装置140可包含由多个风扇所构成的风扇数组、冷却水塔、液体对液体热交换器、热管、气体对液体热交换器或土壤对液体热交换器。

第1引入管121、共通通道110的第1端111、第1引出管122和第2级冷凝器230形成散热回路，用于散热介质的循环。第2引入管131、储存桶130、第2引出管132和蒸发器240形成供冷回路，用于供冷介质的循环。第3引入管133、共通通道的第2端112、第3引出管134和储存桶130形成吸热回路，用于供冷介质的循环。第4引入管141、共通通道的第2端112、第4引出管142和热交换装置形成热转移回路，用于散热介质或供冷介质的循环。

在第1引出管上设置第1流体泵125，在第2引出管上设置第2流体泵135，在第3引入管上设置第3流体泵136，并在第4引出管上设置第4流体泵143。这些流体泵用于使各个回路上的介质循环。通过选择性使流体泵致动，可选择地使各个回路上的介质循环。

此外，在第1引入管设置旁通管123，旁通管123具有盘管段124。盘管段124设置在储存槽130中，使得流经盘管段124的散热介质可与储存槽130中的供冷介质进行热交换。

在旁通管123上设置第5流体泵126，且在第1引入管121上与旁通管123并行的区段上设置第2阀体127。优选地，第2阀体127为止回阀。由于第5流体泵126的启动会导致第1引入管121上游端压力下降，因此通过第2阀体127的设置，可避免第1引入管121上与旁通管123并行的区段上的介质逆流。

优选地，可在第1引出管上设置膨胀箱128，用于吸收散热介质因压力和/或温度变化所造成的体积变化。

当热泵装置20运转时，第1流体泵125、第2流体泵135和流体泵313大致上都会启动。其它流体泵和阀体则根据情况启动或不启动。

举例来说，在炎热的天气时，通过开启第1阀体113，散热回路的散热介质可流入共通通道110的第2端112。通过启动第4流体泵143，可使流入共通通道110的第2端112的散热介质进一步流入热转移回路。通过热交换器装置140将散热介质的热排出，避免散热介质冷却不足。此时，不启动第3流体泵，以避免散热介质和供冷介质在共通通道混合，并可根据情况启动第5流体泵126。当第5流体泵126启动时，部分散热介质可流经旁通管123，并在旁通管134的盘管段124冷却。整体来说，通过第5流体泵126的启动，可散热介质进一步获得冷却。

在寒冷的天气时，通常热负载端对热需求程度较高，相比之下冷负载端对冷需求程度较低。如果供冷介质从冷负载端吸热不足，则可关闭第1阀体113并启动第3流体泵133。通过第3流体泵133的启动，供冷介质可通过吸热回路由储存桶130流入共通通道110的第2端112。通过第4流体泵的启动，供冷介质可进一步流入热转移回路，并通过热交换器装置140从外界吸热。此时，可启动第5流体泵126，使散热介质可通过旁通管123的盘管段124获得冷却。另一方面，供冷介质不仅可以透过热交换装置140从外界吸热，而且可通过旁通管123的盘管段124吸热。

如果冷热需求程度大致相当的话，那么将不需另外从外界吸热或将热排至外界。此时可使热转移回路闲置。散热回路的散热介质可通过旁通管123而得到冷却。由于热转移回路闲置，第3和第4流体泵136和143和热交换装置140将不动作。

图3所示的为本发明的第2实施例，其与第1实施例不同之处在于，第2实施例中第3引入管133不与储存桶130连通，而是与上游的第2引入管131连通。换句话说，第3引入管133从第2引入管131分支出来。

优选地，在第3引入管133与第2引入管131的交接处设置第3阀体137。这样可省略第1实施例中的第3流体泵136。

第3阀体137可控制地使供冷介质仅流入储存桶130、使供冷介质仅流入第3引入管133或使供冷介质同时流入储存桶130和第3引入管133。第3阀体137可为三通阀。

举例来说，在炎热的天气时，通过开启第1阀体113，散热回路的散热介质可流入共通通道110的第2端112。通过启动第4流体泵143，可使流入共通通道110的第2端112的散热介质进一步流入热转移回路。通过热交换器装置140将散热介质的热排出，以冷却散热介质。此时，控制第3阀体137，使得供冷介质仅流入储存桶130，避免散热介质和供冷介质在共通通道混合，并可根据情况启动第5流体泵126。当第5流体泵126启动时，部分散热介质可流经旁通管123，且在旁通管134的盘管段124冷却。整体来说，通过第5流体泵126的启动，可散热介质进一步得到冷却。

在寒冷的天气时，通常热负载端对热需求程度较高，相比之下冷负载端对冷需求程度较低。如果供冷介质从冷负载端吸热不足，则可关闭第1阀体113并控制第3阀体137，使得供冷介质同时流入储存桶130和第3引入管133。这样，部分的供冷介质可通过第3引入管133流入共通通道110的第2端112。也可控制第3阀体137，使供冷介质不通过第3阀体137流入储存桶130而流入第3引入管133。通过第4流体泵143的启动，供冷介质可进一步流入热转移回路，并通过热交换器装置140从外界吸热。此时，可启动第5流体泵126，使散热介质可通过旁通管123的盘管段124获得冷却。另一方面，供冷介质不仅可以透过热交换装置140从外界吸热，而且可由旁通管123的盘管段124吸热。

如果冷热需求程度大致相当的话，那么将不需另外从外界吸热或将热排至外界。此时，可使热转移回路闲置。散热回路的散热介质可通过旁通管123而获得冷却。由于热转移回路闲置，第3和第4流体泵136和143和热交换装置140将不动作。

图4所示的是根据本发明的第3实施例，其与第2实施例不同之处在于，在第3实施例中，在第1引入管121与旁通管123的上游交接处设置第4阀体129。这样就可省略第2阀体127和第5流体泵126，从而可进一步降低成本并节省用电。

第4阀体129可控制地使散热介质仅流入第1引入管121、使散热介质仅流入旁通管123或使散热介质同时流入第1引入管121和旁通管123。第4阀体129可为三通阀。关于供热介质、散热介质和供冷介质，可选自水、乙二醇水溶液或可以作为热传导工作介质的其它流体等。优选的，散热介质和供冷介质为选自具有相同成分的工作介质。

应了解的是，在前述的现有技术中，只要热泵装置400开机运转，冷却水塔530一定要随之运转。与现有技术相比，本发明的能源关联模块可根据热泵装置的工作条件选择性地使热交换装置和热转移回路闲置，从而可进一步减少耗电量。

虽然上述实施例是以包含二级式冷凝器的热泵装置进行的说明，但本发明领域技术人员都可理解，本发明的能源关联模块也可应用于包含多级式冷凝器的热泵装置。因此，在本说明书所称的第1级冷凝器是指初级冷凝器，而所称的第2级冷凝器是指末级冷凝器或指初级冷凝器以外的任何一个冷凝器。

虽然本发明参照优选实施例进行描述，但应了解的是在本发明所述概念的精神和范畴内，对于本发明领域的技术人员而言，可有许多的变化和修饰。因此，本发明所要保护的范围并不局限于所公开的实施例。

Claims (33)

1.一种能源关联模块，其使用于热泵装置，所述热泵装置包含第1级冷凝器、第2级冷凝器和蒸发器，所述能源关联模块包含：

共通通道，其具有第1端和第2端，在所述第1端和第2端之间设置第1阀体，通过所述第1阀体可使所述共通通道的第1端与第2端连通或不连通，所述第1端通过第1引入管和第1引出管分别与所述第2级冷凝器的出口端和入口端连通；

储存桶，其通过第2引入管和第2引出管分别与所述蒸发器的出口端和入口端连通，所述共通通道的第2端通过第3引入管和第3引出管与所述储存桶连通；和

热交换装置，其包含出口端和入口端，所述共通通道的第2端通过第4引入管和第4引出管分别与所述热交换装置的出口端和入口端连通。

2.如权利要求1所述的能源关联模块，其中

所述第1引入管、所述共通通道的第1端、所述第1引出管和所述第2级冷凝器形成散热回路，用于散热介质的循环；

所述第2引入管、所述储存桶、第2引出管和所述蒸发器形成供冷回路，用于供冷介质的循环；

所述第3引入管、所述共通通道的第2端、所述第3引出管和所述储存桶形成吸热回路，用于供冷介质的循环；

所述第4引入管、所述共通通道的第2端、所述第4引出管和所述热交换装置形成热转移回路，用于散热介质或供冷介质的循环；

在所述散热回路、所述供冷回路、所述吸热回路和所述热转移回路分别设置第1流体泵、第2流体泵、第3流体泵和第4流体泵，通过选择地致动所述流体泵，可选择地使在所述回路的介质循环。

3.如权利要求2所述的能源关联模块，其中在所述散热回路上设置旁通管，所述旁通管具有盘管段，设置所述盘管段以使流经所述盘管段的散热介质可与在所述供冷回路的供冷介质进行热交换。

4.如权利要求3所述的能源关联模块，其中所述盘管段设置在所述储存桶内。

5.如权利要求3所述的能源关联模块，其中在所述旁通管上设置第5流体泵，在所述散热回路上与所述旁通管并行的区段上，设置第2阀体。

6.如权利要求3所述的能源关联模块，其中在所述旁通管和所述散热回路交接处设置第4阀体。

7.如权利要求1所述的能源关联模块，其中所述第1阀体为蝶阀。

8.如权利要求5所述的能源关联模块，其中所述第2阀体为止回阀。

9.如权利要求2所述的能源关联模块，其中所述热交换装置包含由多个风扇所构成的风扇数组、冷却水塔、液体对液体热交换器、热管、气体对液体热交换器或土壤对液体热交换器。

10.如权利要求2所述的能源关联模块，其中在所述散热回路上设置膨胀箱，用来吸收所述散热回路的散热介质因压力变化和/或温度变化所造成的体积变化。

11.如权利要求2所述的能源关联模块，其中所述散热介质和所述供冷介质为水、乙二醇水溶液或可以作为热传导工作介质的其它流体。

12.一种能源关联模块，其用于热泵装置，所述热泵装置包含第1级冷凝器、第2级冷凝器和蒸发器，所述能源关联模块包含：

共通通道，其具有第1端和第2端，在所述第1端和第2端之间设置第1阀体，通过所述第1阀体可使所述共通通道的第1端与第2端连通或不连通，所述第1端通过第1引入管和第1引出管分别与所述第2级冷凝器的出口端和入口端连通；

储存桶，其通过第2引入管和第2引出管分别与所述蒸发器的出口端和入口端连通，所述共通通道的第2端通过第3引入管和第3引出管分别与所述第2引入管和所述储存桶连通；和

热交换装置，其包含出口端和入口端，所述共通通道的第2端又通过第4引入管和第4引出管分别与所述热交换装置的出口端和入口端连通。

13.如权利要求12所述的能源关联模块，其中所述第1引入管、所述共通通道的第1端、所述第2引出管和所述第2级冷凝器形成散热回路，用于散热介质的循环；

所述第2引入管、所述储存桶、第2引出管和所述蒸发器形成供冷回路，用于供冷介质的循环；

所述第4引入管、所述共通通道的第2端、所述第4引出管和所述热交换装置形成热转移回路，用于散热介质或供冷介质的循环；

在所述散热回路、所述供冷回路和所述热转移回路分别设置第1流体泵、第2流体泵和第4流体泵，通过选择地致动所述流体泵，可选择地使在所述回路的介质循环；

在所述第2引入管和所述第3引入管的交接处，设置第3阀体。

14.如权利要求13所述的能源关联模块，其中在所述散热回路上设置旁通管，所述旁通管具有一段盘管段，设置所述盘管段以便使流经所述盘管段的散热介质可与在所述供冷回路的供冷介质进行热交换。

15.如权利要求14所述的能源关联模块，其中所述盘管段设置在所述储存桶内。

16.如权利要求14所述的能源关联模块，其中在所述旁通管上设置第5流体泵，

在所述散热回路上与所述旁通管并行的区段上，设置第2阀体。

17.如权利要求14所述的能源关联模块，其中在所述旁通管与所述散热回路交接处设置第4阀体。

18.如权利要求12所述的能源关联模块，其中所述第1阀体为蝶阀。

19.如权利要求16所述的能源关联模块，其中所述第2阀体为止回阀。

20.如权利要求13所述的能源关联模块，其中所述热交换装置包含由多个风扇所构成的风扇数组、冷却水塔、液体对液体热交换器、热管、气体对液体热交换器或土壤对液体热交换器。

21.如权利要求13所述的能源关联模块，其中在所述散热回路上设置膨胀箱，用来吸收所述散热回路的散热介质因压力变化和/或温度变化所造成的体积变化。

22.如权利要求13所述的能源关联模块，其中所述散热介质和所述供冷介质为水、乙二醇水溶液或可以作为热传导工作介质的其它流体。

23.一种能源关联模块，其用于热泵装置，所述能源关联模块包含共通通道、储存桶和热交换装置，其中，

所述共通通道具有第1端和第2端，在所述第1端和第2端之间设置第1阀体，通过所述第1阀体可使所述共通通道的第1端与第2端连通或不连通；

所述共通通道的第1端通过管件与所述热泵装置的冷凝器连通，以形成散热回路；所述储存桶通过管件与所述热泵装置的蒸发器连通，以形成供冷回路；所述共通通道的第2端通过管件与所述热交换装置连通，以形成热转移回路；所述共通通道的第2端又通过管件与所述供冷回路连通，以形成吸热回路。

24.如权利要求23所述的能源关联模块，其中在所述散热回路上设置旁通管，使得所述散热回路的介质可通过所述旁通管与所述供冷介质进行热交换。

25.如权利要求24所述的能源关联模块，其中在所述散热回路上与所述旁通管并行的区段上，设置第2阀体。

26.如权利要求24所述的能源关联模块，其中在所述散热回路上与所述旁通管交接处设置第4阀体。

27.如权利要求25所述的能源关联模块，其中在每一个所述的回路和所述旁通管上各自设置流体泵。

28.如权利要求25所述的能源关联模块，其中在所述散热回路、所述供冷回路、所述热转移回路和所述旁通管上各自设置流体泵，且在所述吸热回路上设置第3阀体。

29.如权利要求23所述的能源关联模块，其中在所述散热回路上设置膨胀箱，用来吸收所述散热回路的散热介质因压力差和/或温度差所造成的体积变化。

30.如权利要求23所述的能源关联模块，其中所述第1阀体为蝶阀。

31.如权利要求25所述的能源关联模块，其中所述第2阀体为止回阀。

32.如权利要求23所述的能源关联模块，其中所述热交换装置包含由多个风扇所构成的风扇数组、冷却水塔、液体对液体热交换器、热管、气体对液体热交换器或土壤对液体热交换器。

33.如权利要求23所述的能源关联模块，其中在各回路上的介质为水、乙二醇水溶液或可以作为热传导工作介质的其它流体。

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