CN102667370A - 双向级联热泵系统 - Google Patents

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Abstract

根据一些实施例，多模式双向级联热泵系统包括至少两个激冷器（10'，10"），每个激冷器都是单向制冷回路的一部分。系统包括换热器，无论系统运行模式如何，每个换热器用于就作为冷凝器或者就作为蒸发器（58，60）运行。在一些模式下，在流体返回到所述次级流体源之前，次级流体源例如是地热井区或传统的水源（16），次级流体在一个激冷器的冷凝器与另一个激冷器的蒸发器之间传热。在一些实施例中，流体借助具有变化速度的泵（20）从井区抽取流体，以在井区保持期望的流体温度和/或期望的传热率。热泵系统包括用于使流经井区的流量最小化并用于使相对高温和相对低温流体的不必要混合减到最少的装置。

Description

双向级联热泵系统
技术领域
本发明总体涉及制冷系统并更具体地涉及级联热泵系统。
背景技术
地热热泵系统经常包括制冷系统，该制冷系统经由井区或一些其它装置与地面进行热交换。井区基本上是埋入式管道网，经由管道网泵送流体。当流体流经井区时，流体与周围地面进行热交换，然后制冷系统使用交换的热能来辅助加热或冷却一定的负荷。
目前的地热热泵的缺点包括受限的运行模式、需要可逆的制冷回路、需要可选择地将换热器作为冷凝器和蒸发器运行、和/或不必要地混合相对高温和低温流体。因此，需要更好的热泵系统，该热泵系统在地热应用场合中特别有用，并且可用于更传统的水源系统。
发明内容
本发明的一些实施例的目的是提供一种避免不必要地混合相对高温和低温流体的热泵系统。
一些实施例的另一目的是提供加热和/或冷却模式的多种选择，而不必使制冷剂流反向流经制冷回路。
一些实施例的另一目的是提供加热和/或冷却模式的多种选择，而不必在冷凝和蒸发之间切换换热器的运行。
一些实施例的另一目的是提供一种具有多个泵的热泵系统，其中，一个泵的排出口通向另一泵的入口，该另一泵又可使通向又一泵的入口的流体排出，每个泵的尺寸可设计成满足选定的节流装置的需求。
一些实施例的另一目的是提供一种具有次级流体源（例如，地热井区）的热泵系统，流体从该次级流体源借助速度变化的泵来抽取，以保持期望的流体温度和/或期望的相对于流体源的传热率。次级流体源和流体循环回路（包括激冷器的换热器）之间的次级流体的交换变化，以满足热泵系统的加热或冷却需求，由此来自流体源的流体流率可小于或等于流经流体循环回路的流率。
一些实施例的另一目的是通过在将流体释放到流体源之前泵送冷凝器与蒸发器之间的流体以便在一个激冷器的冷凝器和另一激冷器的蒸发器之间进行传热。
在一些实施例中，本发明提供一种可用制冷剂和次级流体运行的热泵系统。热泵系统包括地热流体源、具有冷凝器的第一激冷器、具有蒸发器的第二激冷器和流体循环回路，该流体循环回路使地热流体源以传热关系与第一激冷器和第二激冷器联接，以使次级流体从地热流体源流出，然后依次流经冷凝器和蒸发器（但不一定以此次序），然后流回地热流体源。
在一些实施例中，本发明提供一种可用制冷剂和次级流体运行的热泵系统。热泵系统可选择地在第一优先模式和第二优先模式下运行。热泵系统包括地热流体源、包括压缩机和换热器的制冷系统、流体循环回路、可变速度的第一泵、位于流体循环回路上的第一位置处的第一温度传感器和位于流体循环回路上的第二位置处的第二温度传感器，流体循环回路使地热流体源以传热关系与换热器联接，可变速度的第一泵与地热流体源以及流体循环回路以流体连通的方式连接。当热泵系统在第一优先模式下运行时，第一泵的速度响应于第一温度传感器而变化。当热泵系统在第二优先模式下运行时，第一泵的速度响应于第二温度传感器而变化。
在一些实施例中，本发明提供一种可与制冷剂和次级流体运行的热泵系统。热泵系统包括第一激冷器，该第一激冷器包括第一压缩机和第一换热器，其中，第一换热器使制冷剂与次级流体为传热关系。热泵系统还包括流体循环泵、流体循环回路和流体循环回路内的回路段，流体循环回路使流体循环泵以循环流体连通的方式与第一换热器连接。回路段包括上游回路点和下游回路点，其中，术语“上游”和“下游”是参照流经回路段的次级流体。热泵系统还包括连接到回路段的次级流体源和次级流体泵，该次级流体泵连接成在次级流体源和回路段之间推动次级流体，以使从次级流体源流出的次级流体在下游回路点处进入回路段，且流至次级流体源的次级流体在上游回路点处离开回路段。
在一些实施例中，本发明提供一种可用制冷剂、次级流体、冷却负荷和加热负荷运行的热泵系统。热泵系统包括激冷器-A，该激冷器-A包括冷凝器-A和蒸发器-A。该热泵系统包括激冷器-B，该激冷器-B包括冷凝器-B和蒸发器-B。热泵系统还包括次级流体源、多个阀和流体循环回路，该流体循环回路传送次级流体并使第一激冷器、第二激冷器、次级流体源和多个阀互连。流体循环回路可连接到冷却负荷和加热负荷。多个阀可选择地构造成使热泵系统置于以下模式中：A/冷却模式，以使蒸发器-A以传热关系与冷却负荷连接；B/冷却模式，以使蒸发器-B以传热关系与冷却负荷连接；AB/冷却模式，以使蒸发器-A和蒸发器-B以传热关系与冷却负荷连接；A/加热模式，以使冷凝器-A以传热关系与加热负荷连接；B/加热模式，以使冷凝器-B以传热关系与加热负荷连接；以及AB加热模式，以使冷凝器-A和冷凝器-B以传热关系与加热负荷连接。
附图说明
图1是根据本发明的一个示例的热泵系统的示意图。
图2是根据本发明的另一示例的热泵系统的示意图。
图3是根据本发明的又一示例的热泵系统的示意图。
图4是根据本发明的另一示例的热泵系统的示意图。
图5是根据本发明的又一示例的热泵系统的示意图，具有构造成在“A/冷却模式”下运行的系统。
图6是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在“B/冷却模式”下运行。
图7是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在“AB/冷却模式”下运行。
图8是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在“A/加热模式”下运行。
图9是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在“B/加热模式”下运行。
图10是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在“AB/冷却模式”下运行。
图11是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在“A/加热－冷却模式”下运行。
图12是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在“B/加热－冷却模式”下运行。
图13是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在加热优先的“A/冷却－B/加热模式”下运行。
图14是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在冷却优先的“A/冷却－B/加热模式”下运行。
图15是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在冷却优先的“AB/加热－冷却模式”下运行。
图16是图5的热泵系统的示意图，但其示出该系统构造成在加热优先的“AB/加热－冷却模式”下运行。
具体实施方式
图1示意地示出热泵系统12，该热泵系统包括激冷器10、流体循环回路14、次级流体源16、流体循环泵18和次级流体泵20。术语“激冷器”是指包括制冷压缩机（例如，离心式压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、涡旋式压缩机等）、两个换热器（冷凝器和蒸发器）和节流装置（例如，膨胀阀、孔口、毛细管等）的任何制冷回路。例如，激冷器10包括压缩机22、节流装置24和换热器26和28，其中，一个换热器起到蒸发器的作用，而另一个起到冷凝器的作用。
由于换热器26内的制冷剂与回路14中的次级流体30（例如，水、乙二醇、空气及其组合）处于传热关系，激冷器10用于经由换热器28在流体源16和一些期望的加热或冷却负荷32之间有效地“泵送”热量。这种加热或冷却负荷的示例包括但不限于用于调节舒适区的空气流（例如，可变空气体积系统）、循环加热系统、工业处理内的水和/或乙二醇流等。在本发明的一些示例中，换热器28内的制冷剂与空气流直接热交换。
示意地示出次级流体源16以表示流体或系统的任何本体，来自这些流体或系统的热量可进行交换并在一些示例中为后续使用而储存起来。流体源16可以是开路或闭路的，它可以是地热或一些其它类型的储热系统。次级流体源16的地热示例包括但不限于与周围的地面（即，井区）、湖泊、河流等为热交换关系的地下水井、闭路的埋在地下的管道传送流体30。传统的蒸发式冷却塔是次级流体源16的另一示例。
为了与源16交换流体（及其显热能），回路14包括与供给管路34联接的回路段40以及源16的返回管路36。回路段40包括上游回路点42和下游回路点44，其中，术语“上游”和“下游”是参照流经段40的流体30。次级流体泵20从源16吸取流体30并在下游位点44处将该流体注入回路14。同时，返回管路36从上游点42抽取基本上相等量的流体。下游点44处的流体注入和上游点42处的流体抽取使在源16和回路14之间交换的流体的不必要混合减到最少。段40可以呈任何合理的长度并可以是直的，或者具有多个弯；然而，段40较佳地不具有明显的障碍物以使点42和44之间任何不利的压力差减到最少。
段40处交换的流体热能借助流体循环泵18传递到激冷器10，该流体循环泵18迫使流体30经由回路14和换热器26循环。在此示例中，从泵18排出的流体在返回到泵18的入口之前依次流经排出管路38、换热器26、返回管路46、回路段40和吸入管路48。在一些实施例中，泵20的速度根据各种温度条件（例如，源16的温度相对于回路14的温度）来变化和/或满足对系统12的温度调节需求。流经泵20的变化流率可小于或等于流经主流体循环回路14的固定或可变流量。
当流体在源16和回路14之间传递时，交换的流体的显热能也进行传递。管路34和36之间的正或负流体温差决定了能量流向回路14还是流向源16。根据激冷器10是否用于加热和/或冷却或者是否需要在源16内储能，任一种情况都可能是期望的。这将参照附图5-16更详细地进行阐释。
图2示出类似于图1的系统12的热泵系统50；然而，系统50包括具有安装在另一位置的回路段40的流体循环回路52。
图3示出类似于系统12和50的另一热泵系统54；然而，该热泵系统54包括两个激冷器10'和10"以及附加的流体循环泵56。从泵18排出的流体30依次流经激冷器10"的冷凝器58、泵56、激冷器10'的蒸发器60、回路段40并返回到泵18的入口。
在此示例中，泵18克服了经冷凝器58的流体压降，而泵56克服了经蒸发器60的流体压降。泵20克服了通过源16（例如，地热式闭环、埋在地下的管道）的流体压降。为了在源16和回路62之间传递流体及其热能，泵20和回路段40以类似于图1的方式运行。可在图3中看到来自泵20的排放通向泵18的入口，来自泵18的排放通向泵56的入口。这种布置与每个泵结合，指定为克服经系统的特定部段的压降，有助于如图5-16中所示平衡地控制更复杂的系统。
图4示出类似于图3系统的热泵系统64。但在此示例中，回路66中的流体30首先流经蒸发器60然后流经冷凝器58，并且取消了泵56。同样，流体源16是开环系统。泵20和供给管路34将流体30从源16传送到回路66，但经由返回管路36离开回路66的流体被排放到不是直接返回到源16的某一位置。例如，源16可以是连接到供给管路34的水井，而返回管路36可将流体排放到暴雨下水道。
图5-16示出选择性地可构造成提供多种模式的热泵系统70，其中，每个附图示出一种不同的模式。通过选择性地致动诸如两位三通方向阀72和若干个开/闭阀74、76、78、80和84的多个阀来建立各种构造。
热泵系统70包括制冷系统86、次级流体源88（例如，源16）以及流体循环回路90。回路90将制冷系统86联接至流体源88，并根据需求选择性地连接与制冷系统86的冷凝器和/或蒸发器处于传热关系的加热负荷92和/或冷却负荷94。
在热泵系统70的示例中，制冷系统86包括两个激冷器，即激冷器10a（也被称为激冷器-A或第一激冷器）和激冷器10b（也被称为激冷器-B或第二激冷器）。激冷器10a的闭环制冷回路11a使压缩机22a、冷凝器26a、节流装置24a和蒸发器28a互连，其中，制冷剂以此次序流经那些部件。相似地，激冷器10b的闭环制冷回路11b使压缩机22b、冷凝器26b、节流装置24b和蒸发器28b互连。制冷回路11a和11b是单向的，因为无论运行模式如何，制冷剂都以相同的次序流经激冷器各部件。因此，如果激冷器的换热器用作蒸发器，则无论激冷器是否主要用于加热或冷却都这样进行。在所示示例中，冷凝器26a和26b以及蒸发器28a和28b分别是专用的冷凝器和蒸发器，这意味着无论热泵的运行模式如何，这些换热器中的每个都不能在冷凝和蒸发之间切换。
为了使次级流体30循环经过回路90并为了使源88和回路90之间的流体30交换，热泵系统70包括泵100、102、104、106和108。泵100是以可变速度驱动的次级流体泵，以克服经源88的流体压降并在源88与回路90之间交换期望量的次级流体30。当泵100的运行需要各种温度传感器时，根据选定的运行模式，响应于来自温度传感器110的反馈信号96或来自温度传感器112的反馈信号98控制泵100的速度。泵100的速度受控以在源88与回路90之间交换仅所需量的流体，而一个或多个其它的泵将期望的流量传送经过回路90和激冷器10a和10b。经过回路90的流率一般大于或等于经过源88的流量。
当泵102的运行需要运行模式时，响应于来自压差传感器116的反馈信号114来控制泵102的速度，以保持经过冷凝器26a和/或26b的期望的质量流率。当泵104的运行需要运行模式时，响应于来自压差传感器120的反馈信号118来控制泵104的速度，以保持经过蒸发器28a和/或28b的期望的质量流率。
当泵106的运行需要运行模式时，响应于来自压差传感器124的反馈信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。当泵108的运行需要运行模式时，响应于来自压差传感器128的反馈信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。
应理解到来自各种传感器的反馈信号首先输入合适的系统控制器（例如，计算机、PLC等）并由其进行处理，以产生适于控制阀的致动器或泵马达的可变速度驱动单元的对应的控制器输出信号。
图5示出构造为A/冷却模式的热泵系统70，其中，激冷器10a冷却负荷94，而激冷器10b不工作，并且基本上没有热量传递到加热负荷92。为了在此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵102。泵102的速度响应于来自压差传感器116的信号114控制，以保持经过冷凝器26a的期望的质量流率。阀74和76是打开的；阀78、80、82和84是关闭的；且泵104和106不工作。当泵108在蒸发器28a和冷却负荷94之间循环流体30时，这允许蒸发器28a冷却负荷94。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体30从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置130处进入回路段40a。因此，即使温度较高，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40a并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器110的信号96控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到冷凝器26a。
在由图5-16所示的示例中，回路90包含将次级流体30传送到除供给管路34、返回管路36和次级流体源88以外的所有管路。还应注意到源88的温度出于其它原因会作季节性变化或改变或漂移，因此，从源88抽取的流体温度有时对于图5-16中所示的运行模式中的一个或多个来说是不够的。然而，在一些情况下，热泵系统70的运行可继续，而无须借助与源88传递流体。热泵系统70的一些示例包括辅助加热器134和/或辅助冷却塔，以增加将热量传递到回路90或从回路90传递热量。
图6示出构造为B/冷却模式的热泵系统70，其中，激冷器10b冷却负荷94，而激冷器10a不工作，并且基本上没有热量传递到加热负荷92。为了在此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵102。响应于来自压差传感器116的信号114控制泵102的速度，以保持经过冷凝器28b的期望的质量流率。阀78、80、82和84是打开的；阀74和76是关闭的；且泵104和106不工作。当泵108在蒸发器28b和冷却负荷94之间循环流体30时，这允许蒸发器28b冷却负荷94。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体30从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置130处进入回路段40a。因此，即使温度较高，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40a并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器110的信号96控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到冷凝器26b。
图7示出构造为AB/冷却模式的热泵系统70，其中，激冷器10a的蒸发器28a和激冷器10b的蒸发器28b冷却负荷94，同时基本上没有热量传递到加热负荷92。为了在此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵102。响应于来自压差传感器116的信号114来控制泵102的速度，以保持经过冷凝器26a和26b的期望的质量流率。阀74、76、78、80、82和84是打开的，且泵104和106不工作。当泵108在冷却负荷94和两个蒸发器之间循环流体30时，这允许蒸发器28a和28b冷却负荷94。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体30从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置130处进入回路段40a。因此，即使温度较高，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40a并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器110的信号96控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到冷凝器26a和26b。
图8示出构造为A/加热模式的热泵系统70，其中，激冷器10a加热负荷92，而激冷器10b不工作，并且基本上没有激冷的流体传递到冷却负荷94。为了在此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵104。响应于来自压差传感器120的信号118来控制泵104的速度，以保持经过蒸发器28a的期望的质量流率。阀74、76、82和84是打开的；阀78和80是关闭的；且泵102和108不工作。当泵106在冷凝器28a和冷却负荷92之间循环流体30时，这允许冷凝器26a加热负荷92。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体30从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置136处进入回路段40b。因此，即使温度较低，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40b并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器112的信号98控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到蒸发器28a。
图9示出构造为B/加热模式的热泵系统70，其中，激冷器10b加热负荷92，而激冷器10a不工作，并且基本上没有激冷的流体传递到冷却负荷94。为了在此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵104。响应于来自压差传感器120的信号118来控制泵104的速度，以保持经过蒸发器28b的期望的质量流率。阀78和80是打开的；阀74、76、82和84是关闭的；且泵102和108不工作。当泵106在冷凝器26b和加热负荷92之间循环流体30时，这允许冷凝器26b加热负荷92。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体30从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置136处进入回路段40b。因此，即使温度较低，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40b并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器112的信号98控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到蒸发器28b。
图10示出构造为AB/加热模式的热泵系统70，其中，激冷器10a和10b的冷凝器加热负荷92，并且基本上没有激冷的流体传递到冷却负荷94。为了在此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵104。响应于来自压差传感器120的信号118来控制泵104的速度，以保持经过蒸发器28a和28b的期望的质量流率。阀74、76、78、80、82和84是打开的，且泵102和108不工作。当泵122在冷却负荷92和两个冷凝器26a和26b之间循环流体30时，这允许冷凝器26a和26b加热负荷92。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置132处进入回路段40b。因此，即使温度较低，基本上相等量的流体在位置136处离开回路段40b并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器112的信号98控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到蒸发器28a和28b。
图11示出构造为A/加热－冷却模式的热泵系统70，其中，激冷器10a同时加热和冷却负荷92和94，而激冷器10b不工作。为了在此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵104。阀74、76、82和84是打开的；阀78和80是关闭的；且泵102不工作。响应于来自压差传感器120的信号118来控制泵104的速度，以保持经过蒸发器28a的期望的质量流率。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。当泵106在加热负荷92和冷凝器26a之间循环流体30时，这允许冷凝器26a加热负荷92，并且当泵108在冷却负荷94和蒸发器28a之间循环流体时，这允许蒸发器28a冷却负荷94。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置136处进入回路段40b。因此，即使温度不同，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40b并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器112的信号98控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到蒸发器28a。
图12示出构造为B/加热－冷却模式的热泵系统70，其中，激冷器10b分别同时加热和冷却负荷92和94，而激冷器10a不工作。为了在此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵104。阀78、80和84是打开的；阀72、76和82是关闭的；且泵102不工作。响应于来自压差传感器120的信号118来控制泵104的速度，以保持经过蒸发器28b的期望的质量流率。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。当泵106在加热负荷92和冷凝器26b之间循环流体30时，这允许冷凝器28b加热负荷92，并且当泵108在冷却负荷94和蒸发器28b之间循环流体时，这允许蒸发器28b冷却负荷94。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置136处进入回路段40b。因此，即使温度不同，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40b并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器112的信号98控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到蒸发器28b。
图13示出构造为A/冷却－B/加热模式的热泵系统70，其中，激冷器10a的蒸发器28a冷却负荷94，而激冷器10b的冷凝器26b加热负荷92。为了在加热负荷92优先的此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵104。阀74、76、78和80是打开的；阀82和84是关闭的。响应于来自压差传感器120的信号118来控制泵104的速度，以保持经过蒸发器28b的期望的质量流率。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。响应于来自压差传感器116的信号114来控制泵102的速度，以保持经过冷凝器26a的期望的质量流率。当泵106在加热负荷92和冷凝器26b之间循环流体30时，这允许冷凝器26b加热负荷92，并且当泵108在冷却负荷94和蒸发器28a之间循环流体时，这允许蒸发器28a冷却负荷94。该构造还允许离开蒸发器28b的流体在流体返回到源88和/或返回到泵104的入口之前从冷凝器26a抽吸热量。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置136处进入回路段40c。因此，即使温度不同，基本上相等量的流体在位置138处离开回路段40c并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器112的信号98控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到蒸发器28b。
图14示出构造为另一A/冷却－B加热模式的热泵系统70，其中，激冷器10a的蒸发器28a冷却负荷94，而激冷器10b的冷凝器26b加热负荷92。为了在冷却负荷90优先的此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵102。阀74、76、78和80是打开的；阀82和84是关闭的。响应于来自压差传感器116的反馈信号114来控制泵102的速度，以保持经过冷凝器26a的期望的质量流率。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。响应于来自压差传感器120的信号118来控制泵104的速度，以保持经过蒸发器28b的期望的质量流率。当泵106在加热负荷92和冷凝器26b之间循环流体30时，这允许冷凝器26b加热负荷92，并且当泵108在冷却负荷94和蒸发器28a之间循环流体时，这允许蒸发器28a冷却负荷94。该构造还允许离开冷凝器26a的流体在流体返回到源88和/或返回到泵102的入口之前将热量排到蒸发器28b内。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置130处进入回路段40d。因此，即使温度不同，基本上相等量的流体在位置140处离开回路段40d并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器110的信号96控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到冷凝器26a。
图15示出构造为AB/加热－冷却模式的热泵系统70，其中，激冷器10a和10b的蒸发器28a和28b冷却负荷94，而激冷器10a和10b的冷凝器26a和26b加热负荷92。为了在冷却负荷94优先的此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵102。阀74、76、78、80、82和84是打开的，且泵104不工作。响应于来自压差传感器116的信号114来控制泵102的速度，以保持经过冷凝器26a和26b的期望的质量流率。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。当泵106在加热负荷92和两个冷凝器之间循环流体30时，这允许冷凝器26a和26b加热负荷92，并且当泵108在冷却负荷94和两个蒸发器之间循环流体时，这允许蒸发器28a和28b冷却负荷94。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置130处进入回路段40a。因此，即使温度不同，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40a并经由返回管路36返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器110的信号96控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到冷凝器26a和26b。
图16示出构造为AB/加热－冷却模式的热泵系统70，其中，激冷器10a和10b的蒸发器28a和28b冷却负荷94，而激冷器10a和10b的冷凝器26a和26b加热负荷92。为了在加热负荷92优先的此模式下运行，致动阀72以将次级流体30从源88引向泵104。阀74、76、78、80、82和84是打开的，且泵102不工作。响应于来自压差传感器120的信号118来控制泵104的速度，以保持流至蒸发器28a和28b的期望的质量流率。响应于来自压差传感器128的信号126来控制泵108的速度，以保持经过冷却负荷94的期望的质量流率。响应于来自压差传感器124的信号122来控制泵106的速度，以保持经过加热负荷92的期望的质量流率。当泵106在加热负荷92和两个冷凝器之间循环流体30时，这允许冷凝器26a和26b加热负荷92，并且当泵108在冷却负荷94和两个蒸发器之间循环流体时，这允许蒸发器28a和28b冷却负荷94。
为了在源88与回路90之间交换流体及其显热能，泵100迫使流体从源88经由供给管路34并经由方向阀72在位置136处进入回路段40b。因此，即使温度不同，基本上相等量的流体在位置132处离开回路段40b并经由返回管路30返回到源88。为了驱动源88与回路90之间的流体交换，响应于来自温度传感器112的信号98控制泵100的速度，以保持流体以预定的目标温度流到蒸发器28a和28b。
图5-16的热泵系统70示出为包括一个激冷器10a（激冷器-A）和一个激冷器10b（激冷器-B）；然而，这种热泵系统的其它示例具有多个激冷器-A'和/或多个激冷器-B'。在这样的示例中，多个激冷器-A'使它们的流体管路连接，以将多个激冷器-A'以彼此并流的关系放置。运行模式仍将基本上与结合图5-16所述的运行模式相同；然而，一个或多个激冷器-A'可以不工作以满足负荷。同样，在具有多个激冷器-B'的热泵系统中，它们的流体管路将连接，以将多个激冷器-B'以彼此并流的关系放置。同样，运行模式仍将基本上与结合图5-16所述的运行模式相同；然而，一个或多个激冷器-B'可不工作以满足负荷。
尽管参照较佳实施例描述了本发明，对本领域的普通技术人员来说显然可对其进行更改。一种这样的修改包括将本发明应用于具有多于两个激冷器、包括具有三个、四个或更多个激冷器的系统。因此，参照以下权利要求书确定本发明的范围。

Claims (28)

1.一种能用制冷剂和次级流体运行的热泵系统，所述热泵系统包括：
地热流体源；
第一激冷器，所述第一激冷器包括冷凝器；
第二激冷器，所述第二激冷器包括蒸发器；以及
流体循环回路，所述流体循环回路使所述地热流体源以传热关系与所述第一激冷器和所述第二激冷器联接，以使所述次级流体从所述地热流体源流出，然后依次流经所述冷凝器和所述蒸发器，但不一定以此次序，然后流回到所述地热流体源。
2.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述第一激冷器和所述第二激冷器是单向制冷回路的每个部分，且所述热泵系统可选择地在第一模式和第二模式下运行，因而：
a)在所述第一模式下，所述次级流体从所述地热流体源依次流经所述冷凝器、所述蒸发器并流回到所述地热流体源，以及
b)在所述第二模式下，所述次级流体从所述地热流体源依次流经所述蒸发器、所述冷凝器并流回到所述地热流体源。
3.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，还包括与所述流体循环回路流体连通的第一泵和第二泵，所述第一泵和所述第二泵通过管道将所述次级流体从所述第一泵的出口传送到所述第二泵的入口。
4.如权利要求3所述的热泵系统，其特征在于，还包括第三泵，所述第三泵连接成与所述流体循环回路流体连通并通过管道接纳来自所述第二泵的所述次级流体，由此，所述次级流体依次流经所述第一泵、所述第二泵和所述第三泵。
5.一种能用制冷剂和次级流体运行的热泵系统，所述热泵系统能可选择地在第一优先模式和第二优先模式下运行，所述热泵系统包括：
地热流体源；
制冷系统，所述制冷系统包括压缩机和换热器；
流体循环回路，所述流体循环回路使所述地热流体源以传热关系与所述换热器联接；
可变速度的第一泵，所述第一泵以流体连通的方式与所述地热流体源和所述流体循环回路连接；
位于所述流体循环回路上的第一位置处的第一温度传感器；以及
位于流体循环回路上的第二位置处的第二温度传感器，当所述热泵系统在第一优先模式下运行时，所述第一泵的速度响应于所述第一温度传感器变化，当所述热泵系统在第二优先模式下运行时，所述第一泵的速度响应于所述第二温度传感器变化。
6.如权利要求5所述的热泵系统，其特征在于，还包括与所述流体循环回路流体连通的第二泵，所述第一泵和所述第二泵通过管道将所述次级流体从所述第一泵的出口传送到所述第二泵的入口。
7.如权利要求5所述的热泵系统，其特征在于，所述制冷系统包括第一激冷器和第二激冷器，所述第一激冷器和所述第二激冷器都具有单独量的制冷剂。
8.如权利要求7所述的热泵系统，其特征在于，所述第一激冷器包括冷凝器，所述第二激冷器包括蒸发器，且次级流体依次流经所述冷凝器和所述蒸发器。
9.一种能用制冷剂和次级流体运行的热泵系统，所述热泵系统包括：
第一激冷器，所述第一激冷器包括第一压缩机和第一换热器，其中，所述第一换热器将所述制冷剂与所述次级流体置于传热关系；
流体循环泵；
流体循环回路，所述流体循环回路使所述流体循环泵以循环流体连通的方式与第一换热器连接；
所述流体循环回路内的回路段，所述回路段包括上游回路点和下游回路点，其中，上游和下游参照流经所述回路段的所述次级流体；
地热流体源，所述地热流体源联接至所述回路段；以及
次级流体泵，所述次级流体泵连接成在所述地热流体源和所述回路段之间推动所述次级流体，以使从所述地热流体源流出的所述次级流体在所述下游回路点处进入所述回路段，且流至所述地热流体源的所述次级流体在所述上游回路点处离开所述回路段。
10.如权利要求9所述的热泵系统，其特征在于，所述回路段提供在所述上游回路点与所述下游回路点之间基本上无障碍的流体流。
11.如权利要求9所述的热泵系统，其特征在于，次级流体泵以可变的速度运行。
12.如权利要求9所述的热泵系统，其特征在于，还包括第二激冷器，所述第二激冷器包括第二压缩机和第二换热器，所述第一换热器是蒸发器，而所述第二换热器是冷凝器，所述冷凝器连接到所述流体循环回路，以使所述次级流体依次流经所述蒸发器和所述冷凝器，但不一定按此次序。
13.如权利要求9所述的热泵系统，其特征在于，所述次级流体以第一流率流经所述流体循环泵并以第二流率流经所述第一换热器，所述第二流率大于所述第一流率。
14.如权利要求9所述的热泵系统，其特征在于，所述次级流体源是冷却塔。
15.如权利要求9所述的热泵系统，其特征在于，所述次级流体源包括基本上闭合回路系统，所述次级流体在所述次级流体源和所述流体循环回路之间循环。
16.如权利要求9所述的热泵系统，其特征在于，所述次级流体源包括开放系统，离开所述回路段的所述次级流体中的至少一些不返回到所述次级流体源。
17.一种能用制冷剂、次级流体、冷却负荷和加热负荷运行的热泵系统，所述热泵系统包括：
激冷器-A，所述激冷器-A包括冷凝器-A和蒸发器-A；
激冷器-B，所述激冷器-B包括冷凝器-B和蒸发器-B；
次级流体源；
多个阀；以及
流体循环回路，所述流体循环回路传送所述次级流体并使第一激冷器、第二激冷器、所述次级流体源和多个阀互连，所述流体循环回路能连接到所述冷却负荷和所述加热负荷，所述多个阀可选择地构造成将所述热泵系统置于如下模式中：
a）A/冷却模式，以使蒸发器-A以传热关系与冷却负荷连接，
b）B/冷却模式，以使蒸发器-B以传热关系与冷却负荷连接，
c）AB/冷却模式，以使蒸发器-A和蒸发器-B以传热关系与冷却负荷连接，
d）A/加热模式，以使冷凝器-A以传热关系与加热负荷连接，
e）B/加热模式，以使冷凝器-B以传热关系与加热负荷连接，以及
f）AB/加热模式，以使冷凝器-A和冷凝器-B以传热关系与加热负荷连接。
18.如权利要求17所述的热泵系统，其特征在于，所述激冷器-A和所述激冷器-B是单向制冷回路的每个部分。
19.如权利要求17所述的热泵系统，其特征在于，所述激冷器-A和所述激冷器-B都具有单独量的制冷剂。
20.如权利要求17所述的热泵系统，其特征在于，所述多个阀还可选择地构造成使所述热泵系统置于A/冷却－B/加热模式，以使所述蒸发器-A以传热关系与所述冷却负荷连接并使所述冷凝器-B以传热关系与所述加热负荷连接。
21.如权利要求17所述的热泵系统，其特征在于，所述多个阀还可选择地构造成使所述热泵系统置于A/加热－B/冷却模式，以使所述冷凝器-A以传热关系与所述加热负荷连接并使所述蒸发器-A以传热关系与所述冷却负荷连接。
22.如权利要求21所述的热泵系统，其特征在于，所述多个阀还可选择地构造成使所述热泵系统置于B/加热－冷却模式，以使所述冷凝器-B以传热关系与所述加热负荷连接并使所述蒸发器-B以传热关系与所述冷却负荷连接。
23.如权利要求21所述的热泵系统，其特征在于，所述多个阀还可选择地构造成使所述热泵系统置于AB/加热－冷却模式，以使所述冷凝器-A以传热关系与所述加热负荷连接，使所述冷凝器-B以传热关系与所述加热负荷连接，使所述蒸发器-A以传热关系与所述冷却负荷连接，以及使所述蒸发器-B以传热关系与所述冷却负荷连接。
24.如权利要求17所述的热泵系统，其特征在于，所述次级流体源是地热流体源。
25.一种能用制冷剂和次级流体运行的热泵系统，所述热泵系统包括：
第一激冷器，所述第一激冷器包括第一压缩机和第一换热器，其中，所述第一压缩机推动所述制冷剂经过所述第一换热器，且所述第一换热器将所述制冷剂与所述次级流体置于传热关系；
流体循环泵，所述流体循环泵以第一流率排出所述次级流体；
流体循环回路，所述流体循环回路使所述流体循环泵以循环流体连通的方式与所述第一换热器连接；
地热流体源，所述地热流体源联接至所述流体循环回路；以及
次级流体泵，所述次级流体泵以变化的第二流率排出所述次级流体，所述次级流体泵连接成在所述地热流体源与所述流体循环泵之间循环所述次级流体，所述第一流率与所述第二流率之比变化。
26.如权利要求25所述的热泵系统，其特征在于，所述第一流率高于所述第二流率，且比例大于1。
27.如权利要求25所述的热泵系统，其特征在于，所述比例至少与1一样大。
28.如权利要求25所述的热泵系统，其特征在于，所述第二流率根据所述次级流体的温度变化。
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