CN110553419A - 一种家庭能源智能时空输配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种家庭能源智能时空输配系统，包括供能单元，包括压缩机、热端换热器、冷端换热器、风冷换热器、节流装置；压缩机输出端通过管路依次连接热端换热器、节流装置、冷端换热器形成环路；风冷换热器与热端换热器、冷端换热器并联形成环路；储能单元，包括载热剂储液罐与载冷剂储液罐，通过循环泵分别为热端换热器、冷端换热器循环供应换热用载热剂、载冷剂；用能单元，包括保温水箱、风机盘管及多个分液器。本发明通过集中储能、载冷载热技术，克服现有的家用空调、热水器运行工况恶劣、效能差、舒适性差问题的效果。

Description

一种家庭能源智能时空输配系统

技术领域

本发明涉及家庭能源综合利用技术领域，特别是涉及一种利用热力学逆循环储能系统实现家庭能源高效综合利用的智能输配系统。

背景技术

家庭能耗在我国能源消耗中占有重要比例，家庭冷热能源需求随季节、地区不同而差异较大。空调、热水器等家用供能电器单独使用存在能耗大、管路复杂、综合能效低、运行费用高、机组工况恶劣、存在安全隐患等问题。

大型中央空调可同时为多用户供冷暖，但缺少个性化、自由度小。日常生活中，冷热需求量会随季节、生活习惯等不断变化，造成供需不匹配、不平衡等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种家庭能源智能时空输配系统以克服现有的家用空调、热水器运行工况恶劣、效能差、舒适性差、冷热联供时对机组依赖、运行工况调节不易等问题。通过储能、载冷载热技术实现能量集中管理、按需分配。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种家庭能源智能时空输配系统，包括：

供能单元，包括压缩机、热端换热器、冷端换热器、风冷换热器、节流装置；压缩机输出端通过管路依次连接热端换热器、节流装置、冷端换热器形成环路；风冷换热器与热端换热器、冷端换热器并联形成环路；

储能单元，包括载热剂储液罐与载冷剂储液罐，用于通过循环泵分别为热端换热器、冷端换热器循环供应换热用载热剂、载冷剂；

用能单元，包括保温水箱、风机盘管；热水循环泵连接在分液器一出口与保温水箱进口之间，冷水循环泵连接在载冷剂储液罐出口与分液器三进口之间；分液器一进口和分液器二出口与载热剂储液罐连接，分液器三进口和分液器四出口与载冷剂储液罐连接，分液器一的两出口分别与热水循环泵、冷水循环泵和载冷剂储液罐间的管路连接；分液器二的两进口分别与保温水箱、分液器四和载冷剂储液罐的管路连接；风机盘管进口与分液器三出口连接，风机盘管出口与分液器四进口连接。

其中，所述热端换热器和冷端换热器为套管换热器,所述风冷换热器为翅片管式换热器。

其中，所述供能单元的供能策略如下：

当载热剂储液罐与载冷剂储液罐中温度均未达到预设温度时，以冷热联供模式运行；当载热剂储液罐中温度达到设定温度时，以单独制冷模式运行；当载冷剂储液罐中温度达到预设温度时，单独制热模式运行，当载冷剂储液罐与载热剂储液罐均达到预设温度时，供能停止工作；

冷热联供模式下，热端换热器产生的热量通过载热剂循环泵驱动载热剂流动向载热剂储液罐输送、冷端换热器产生的冷量通过载冷剂循环泵驱动冷量向载冷剂储液罐输送；

单独制冷模式下，热端换热器、载热剂循环泵停住工作，同时风冷换热器工作，承担制冷剂冷凝功能，功能转换通过阀门开闭实现；

单独制热模式下，冷端换热器、载冷剂循环泵停止工作，同时风冷换热器工作，承担制冷剂蒸发功能，功能转换通过阀门开闭实现；

其中，所述用能单元能实现三种运行模式：夏季空调热水联供模式、冬季供暖热水联供模式、生活热水单独供应模式；

在生活热水单独供应模式中，热水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐中换取热量使温度上升，流经分液器一、热水循环泵、保温水箱、分液器二回到载热剂储液罐；

在夏季空调热水联供模式中，冷水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载冷剂储液罐中换取冷量使温度下降，流经冷水循环泵、分液器三、风机盘管、分液器四回到载冷剂储液罐，热水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐中换取热量使温度上升，流经分液器一、热水循环泵、保温水箱、分液器二回到载热剂储液罐；

在冬季供暖热水联供模式中，冷水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐中换取热量使温度上升，流经分液器一、冷水循环泵、分液器三、风机盘管、分液器四、分液器二回到载热剂储液罐；热水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐中换取热量使温度上升，流经分液器一、热水循环泵、保温水箱、分液器二回到载热剂储液罐。

本发明通过集中储能、载冷载热技术，达到克服现有的家用空调、热水器运行工况恶劣、效能差、舒适性差问题的效果；通过优化结构设计，达到家用供能电器一体化，节约管路与主要部件的效果。

附图说明

图1为本发明的家庭能源智能时空输配系统的结构示意图；

图中：1载热剂储液罐，2载冷剂储液罐，3载热剂循环泵，4载冷剂循环泵，5热端换热器，6冷端换热器，7风冷换热器，12压缩机，13分液器一、14分液器二、15分液器三、16分液器四，17热水循环泵，18冷水循环泵，26节流装置，8、9、10、11三通阀门，19、20、21、22、23阀门，24保温水箱，25风机盘管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明家庭能源智能时空输配系统，包括：

供能单元，包括压缩机12、热端换热器5、冷端换热器6、风冷换热器7、节流装置26、载热剂循环泵3、载冷剂循环泵4；

压缩机的输出端通过管路依次连接热端换热器、节流装置、冷端换热器形成环路；所述载热剂循环泵通过管路与所述热端换热器和所述载热剂储液罐连接以为热端换热器和载热剂储液罐提供载热剂循环；所述载冷剂循环泵通过管路与所属冷端载热剂和所述载热剂储液罐连接以为热端换热器和载冷剂储液罐提供载冷剂循环；所述风冷换热器通过管路与热端换热器并联形成环路，所述风冷换热器通过管路与冷端换热器并联形成环路；

储能单元，包括载热剂储液罐1、载冷剂储液罐2；所述载热剂储液罐和载冷剂储液罐内分别设有换热管、出口以及进口。所述载热剂储液罐的进口连接热端换热器5低温出口，载热剂储液罐1的出口经过载热剂循环泵3连接热端换热器5的低温进口；载冷剂储液罐2的进口连接冷端换热器6的高温出口，载冷剂储液罐2的出口经过载冷剂循环泵4连接冷端换热器6的高温进口。

其中，所述热端换热器5和载热剂循环泵3通过管路与载热剂储液罐1连接，以实现载热剂循环；所述冷端换热器6和载冷剂循环泵4通过管路与载冷剂储液罐2连接，以实现载冷剂循环。

所述热端换热器5的高温进口经三通阀门10连接压缩机12出口，热端换热器的高温出口经三通阀门8连接节流装置26进口；所述冷端换热器6的低温进口经三通阀门9连接节流装置26出口，冷端换热器6的低温出口经三通阀门11连接压缩机12进口；

进一步的，所述压缩机、热端换热器、冷端换热器、风冷换热器、节流装置、载热剂循环泵、载冷剂循环泵、载热剂储液罐和载冷剂储液罐之间的连接管路均为紫铜管。

用能单元，包括保温水箱24、风机盘管25、分液器一13、分液器二14、分液器三15、分液器四16、热水循环泵17、冷水循环泵18；

所述热水循环泵连接在分液器一与保温水箱之间，冷水循环泵连接在载冷剂储液罐换热管与分液器三之间；所述分液器一和分液器二与载热剂储液罐换热管连接，分液器三和分液器四与载冷剂储液罐换热管连接；所述分液器一的进口与载热剂储液罐换热管连接，分液器一的出口与热水循环泵以及冷水循环泵和载冷剂储液罐换热管之间的管路连接；分液器二的出口与载热剂储液罐换热管连接，分液器二的进口与保温水箱以及分液器四和载冷剂储液罐换热管之间的管路连接；分液器三的进口与冷水循环泵连接，分液器三的出口与风机盘管连接；分液器四的出口与载冷剂储液罐换热管连接，分液器四的进口与风机盘管连接。所述的保温水箱与热水循环泵与分液器二连接；所述的风机盘管进口与分液器三连接，风机盘管出口与分液器四连接；

其中，所述节流装置为电子膨胀阀。

其中，所述保温水箱、风机盘管、分液器一、分液器二、分液器三、分液器四、热水循环泵、冷水循环泵，载热剂储液罐换热管、载冷剂储液罐换热管之间的连接管路均为紫铜管。

需要说明的是，本发明中，所述的供能单元置于室外，储能单元及泵优先置于室外。

本发明中，所述供能单元的供能策略如下：

当载热剂储液罐与载冷剂储液罐中温度均未达到预设温度时，以冷热联供模式运行；当载热剂储液罐中温度达到设定温度时，以单独制冷模式运行；当载冷剂储液罐中温度达到预设温度时，单独制热模式运行，当载冷剂储液罐与载热剂储液罐均达到预设温度时，供能停止工作。

所述冷热联供模式，其工作部件有载热剂储液罐1、载冷剂储液罐2、压缩机12、热端换热器5、冷端换热器6、节流装置26、载热剂循环泵3、载冷剂循环泵4以及三通阀8、9、10、11组成。热端换热器5产生的热量通过载热剂循环泵3驱动载热剂流动向载热剂储液罐1输送、冷端换热器6产生的冷量通过载冷剂循环泵4驱动冷量向载冷剂储液罐2输送。三通阀8、10与热端换热器5连通，三通阀9、11与冷端换热器6连通。

所述单独制冷模式，相较于冷热联供模式，热端换热器5、载热剂循环泵3停止工作，同时风冷换热器7工作，承担制冷剂冷凝工作，功能转换通过阀门开闭实现:三通阀8、10与热端换热器5断开，三通阀9、11与冷端换热器6连通。

所述单独制热模式，相较于冷热联供模式，其冷端换热器6、载冷剂循环泵4停止工作，同时风冷换热器7工作，承担制冷剂蒸发工作，功能转换通过阀门开闭实现：三通阀9、11与冷端换热器6断开；三通阀8、10与热端换热器5连通。

本发明中，所述用能单元可实现三种运行模式：夏季空调热水联供模式、冬季供暖热水联供模式、生活热水单独供应模式。

所示生活热水单独供应模式中，热水循环泵17开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐1中换取热量使温度上升，流经分液器一13、热水循环泵17、阀22、保温水箱24、分液器二14回到载热剂储液罐1。

所述夏季空调热水联供模式中，冷水循环泵18开启，驱动工作介质在管路中流动，从载冷剂储液罐2中换取冷量使温度下降，流经冷水循环泵18、分液器三15、阀23、风机盘管25、分液器四16、阀20回到载冷剂储液罐2。热水循环泵17开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐1中换取热量使温度上升，流经分液器一13、热水循环泵17、阀22、保温水箱24、分液器二14回到载热剂储液罐1。

所述冬季供暖热水联供模式中，冷水循环泵18开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐1中换取热量使温度上升，流经分液器一13、阀19、冷水循环泵18、分液器三15、阀23、风机盘管25、分液器四16、阀21、分液器二14回到载热剂储液罐1；热水循环泵17开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐1中换取热量使温度上升，流经分液器一13、热水循环泵17、阀22、保温水箱24、分液器二14回到载热剂储液罐1。

需要说明的是，本发明中，所述风机盘管可独立工作，系统设计只要有一个风机盘管在使用，冷水循环泵就在工作。

本发明通过集中储能、载冷载热技术，达到克服现有的家用空调、热水器运行工况恶劣、效能差、舒适性差问题的效果。

本发明通过优化结构设计，达到家用供能电器一体化，节约管路与主要部件的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种家庭能源智能时空输配系统，其特征在于，包括：

供能单元，包括压缩机、热端换热器、冷端换热器、风冷换热器、节流装置；压缩机输出端通过管路依次连接热端换热器、节流装置、冷端换热器形成环路；风冷换热器与热端换热器、冷端换热器并联形成环路；

储能单元，包括载热剂储液罐与载冷剂储液罐，用于通过循环泵分别为热端换热器、冷端换热器循环供应换热用载热剂、载冷剂；

用能单元，包括保温水箱、风机盘管；热水循环泵连接在分液器一出口与保温水箱进口之间，冷水循环泵连接在载冷剂储液罐出口与分液器三进口之间；分液器一进口和分液器二出口与载热剂储液罐连接，分液器三进口和分液器四出口与载冷剂储液罐连接，分液器一的两出口分别与热水循环泵、冷水循环泵和载冷剂储液罐间的管路连接；分液器二的两进口分别与保温水箱、分液器四和载冷剂储液罐的管路连接；风机盘管进口与分液器三出口连接，风机盘管出口与分液器四进口连接。

2.根据权利要求1所述家庭能源智能时空输配系统，其特征在于，所述热端换热器和冷端换热器为套管换热器,所述风冷换热器为翅片管式换热器。

3.根据权利要求1所述家庭能源智能时空输配系统，其特征在于，所述供能单元的供能策略如下：

当载热剂储液罐与载冷剂储液罐中温度均未达到预设温度时，以冷热联供模式运行；当载热剂储液罐中温度达到设定温度时，以单独制冷模式运行；当载冷剂储液罐中温度达到预设温度时，单独制热模式运行，当载冷剂储液罐与载热剂储液罐均达到预设温度时，供能停止工作；

冷热联供模式下，热端换热器产生的热量通过载热剂循环泵驱动载热剂流动向载热剂储液罐输送、冷端换热器产生的冷量通过载冷剂循环泵驱动冷量向载冷剂储液罐输送；

单独制冷模式下，热端换热器、载热剂循环泵停住工作，同时风冷换热器工作，承担制冷剂冷凝功能，功能转换通过阀门开闭实现；

单独制热模式下，冷端换热器、载冷剂循环泵停止工作，同时风冷换热器工作，承担制冷剂蒸发功能，功能转换通过阀门开闭实现。

4.根据权利要求1所述家庭能源智能时空输配系统，其特征在于，所述用能单元能实现三种运行模式：夏季空调热水联供模式、冬季供暖热水联供模式、生活热水单独供应模式；

在生活热水单独供应模式中，热水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐中换取热量使温度上升，流经分液器一、热水循环泵、保温水箱、分液器二回到载热剂储液罐；

在夏季空调热水联供模式中，冷水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载冷剂储液罐中换取冷量使温度下降，流经冷水循环泵、分液器三、风机盘管、分液器四回到载冷剂储液罐，热水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐中换取热量使温度上升，流经分液器一、热水循环泵、保温水箱、分液器二回到载热剂储液罐；

在冬季供暖热水联供模式中，冷水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐中换取热量使温度上升，流经分液器一、冷水循环泵、分液器三、风机盘管、分液器四、分液器二回到载热剂储液罐；热水循环泵开启，驱动工作介质在管路中流动，从载热剂储液罐中换取热量使温度上升，流经分液器一、热水循环泵、保温水箱、分液器二回到载热剂储液罐。