CN110998200A - 用于产生热和电的联产系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于联产系统的系统和方法，该联产系统用于向封闭体提供加热、冷却和/或电能。该系统包括热机，用于加热封闭体并向封闭体提供电能。联接至热机的第一导管被配置成将流体从热机传递至封闭体，以将热能从流体传递至封闭体。该系统还包括热泵，其被配置成向封闭体至少提供加热和冷却。至少第二导管联接至热泵。第二导管被配置成将流体从热泵移动到封闭体，以将热能从流体传递至封闭体。

Description

用于产生热和电的联产系统和方法

相关申请的交叉引用

本公开要求于2017年6月27日提交的名称为“COGENERATION SYSTEM FORGENERATING HEATING,COOLING,AND/OR ELECTRICITY”的美国临时申请第62/525,513号的优先权，该临时申请的全部内容通过引用合并于此。本文涉及美国专利申请序列号16/017,296(IMB0002PA1)和16/017,050(TMB0002PA2)和16/017,187(IMB0002PA3)，但不要求其优先权，这些美国专利申请均与本申请提交的日期相同。

技术领域

本公开涉及一种联产系统，并且更具体地涉及一种用于产生加热、冷却和/或电能的联产系统。

背景技术

如今，许多社区经由传输和配电线网络(也称为电网)从中央电站(例如发电厂)接收电能。集中式电站通常处理燃料(例如煤、天然气、核能、石油)以产生热能，该热能驱动热机产生机械功，然后将其转化为电能。这些电站可以包括原动机(例如蒸气或燃气轮机)以完成工作。使用通过处理燃料(例如通过燃烧或化学反应)产生的热能，可以(例如使用动态气体或蒸气压力)驱动原动机来工作。原动机通常与发电机联接，以将机械功转换为电能。发电机可响应于原动机的运动(例如联接至原动机的轴的旋转)来发电。然后可以经由网络的传输和配电线将该电能提供给消费者。

发明内容

在一个实施例中，一种用于向封闭体(enclosure)提供加热、冷却和电能的联产系统可以包括：热机，其被配置成用于加热封闭体并向封闭体供应电能；热泵，其被配置成用于加热和冷却封闭体；第一导管，其被联接至热机；第二导管，其被联接至热泵；以及第三导管，其被联接至热泵，其中热泵可以被配置成同时向封闭体提供加热和冷却。该第一导管可以填充有第一传热流体，并且第一导管可以被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至封闭体，使得从第一传热流体向封闭体传递热能以向封闭体提供加热。该第二导管可以填充有第一传热流体，并且第二导管可以被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至封闭体，使得从第一传热流体向封闭体传递热能以向封闭体提供加热。该第三导管可以填充有第二传热流体，并且第三导管可以被构造并布置成将第二传热流体从热泵传递至封闭体，使得第二传热流体从封闭体吸收热能以向封闭体提供冷却。

热机还可包括热交换器，并且第一导管可联接至热交换器以将热能从热机传递至封闭体。该第一导管和第二导管可以被构造并布置成经由第一传热流体将热能传递至封闭体以向封闭体提供空间加热。该联产系统还可以包括加热系统热交换器，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的加热系统，并且该第一导管和第二导管可以流体联接至该加热系统热交换器，使得从第一传热流体向加热系统热交换器传递热能以向封闭体提供加热。该联产系统可以结合与该封闭体相关联的加热系统。该联产系统还可以包括储热系统热交换器，该储热系统热交换器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的储热系统，并且该第一导管和第二导管可流体联接至该储热系统热交换器，使得从第一传热流体向储热系统热交换器传递能量。该联产系统可以与储热系统结合。储热系统可以是热水储箱，并且第一导管和第二导管可以流体地联接至储热系统热交换器以将从第一传热流体向储热系统热交换器传递热能以加热热水储箱中的水。该联产系统还可以包括冷却系统热交换器，该冷却系统热交换器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的冷却系统，并且该第三导管可以流体联接至该冷却系统热交换器，使得该第二传热流体从封闭体吸收热能以向封闭体提供冷却。该联产系统可以结合与封闭体相关联的冷却系统。

在实施方式中，第一传热流体和第二传热流体可包含乙二醇。该热机还可以包括发电机，并且热泵还可以是电动机。发电机可以被构造并布置成选择性地向热泵的电动机提供电能。可以构造并布置热泵以向封闭体提供加热和冷却，而不需要热机的运行。该热机可以被构造并布置成在不需要热泵的运行的情况下向封闭体提供加热和电能。该热机和热泵可以被构造并布置成同时运行，使得热机向封闭体提供加热和电能并提供电能以使热泵运行，并且热泵向封闭体提供加热和冷却。

在另一个实施例中，用于向封闭体提供加热和电能的联产系统可以包括：热机，其被配置成加热封闭体并向封闭体提供电能；热泵，其被配置成加热封闭体；第一导管，其与该热机联接；以及第二导管，其联接至热泵和第一导管。所述第一导管可以填充有传热流体，并且第一导管可以被构造并布置成将传热流体从热机传递至封闭体，使得热能从传热流体传递至封闭体以向封闭体提供加热。该第二导管可以填充有传热流体，并且第二导管可以被构造并布置成将传热流体从热泵传递至封闭体，使得热能从传热流体传递至封闭体向封闭体提供加热。该第一导管和第二导管可以流体联接，使得第一导管中的传热流体与第二导管中的传热流体相同。

所述第一导管可以串联地联接至第二导管，使得传热流体从第二导管移动到第一导管，或者传热流体从第一导管移动到第二导管。该热机还可包括热交换器，并且第一导管可联接至热交换器以将热能从热交换器传递至封闭体，并且热泵还可包括冷凝器。该第二导管可以联接至冷凝器以将热能从冷凝器传递至封闭体。在一个实施例中，第一导管串联地联接至第二导管，使得传热流体从热泵的冷凝器移动到热机的热交换器，或者传热流体从热机的热交换器移动到热泵的冷凝器。在另一个实施例中，联产系统还可包括将第一导管联接至第二导管的阀，并且第一导管可与第二导管并联地联接，使得来自第一导管的传热流体被阀选择性地与来自第二导管的传热流体混合。该热机还可包括热交换器，并且第一导管可联接至热交换器以将热能从热交换器传递至封闭体，热泵还可包括冷凝器，并且第二导管可联接至冷凝器以将热能从冷凝器传递至封闭体，并且第一导管可以并联地联接至第二导管，从而使通过热泵的冷凝器移动的传热流体被阀选择性地与通过热机的热交换器移动的传热流体混合。在实施例中，第一导管内的传热流体和第二导管内的传热流体包含乙二醇。该联产系统还可以包括联接至热泵的第三导管。该第三导管可以填充有传热流体，并且第三导管可以被构造并布置成将传热流体从热泵传递至热源，使得传热流体从热源吸收热能热源吸收以使热泵运行，从而向封闭体提供冷却。该第一导管和第二导管可以与第三导管形成单独的管道系统，使得封闭体从第一导管和第二导管中的传热流体吸收热能，而第三导管中的传热流体从热源吸收热能。该第三导管内的传热流体可以不与第一导管和第二导管内的传热流体混合。

在又一个实施例中，用于向封闭体提供加热和电能的联产系统可以包括：热机，其被配置成对封闭体产生加热和电能；热泵，其被配置成对封闭体产生加热；储热器，其被构造并布置成从封闭体外部的区域向热泵传递热能；储热系统，其与封闭体相关联并包括储热系统热交换器；第一导管，其联接至热机；以第二导管，其联接至热泵。该第一导管可以填充有第一传热流体，并且第一导管可以被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至储热系统热交换器，使得热能从第一传热流体传递至储热系统。该第二导管可以填充有第一传热流体，并且第二导管可以被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至储热系统热交换器，使得热能从第一传热流体传递至储热系统。该第一导管和第二导管可以流体地联接至储热系统热交换器，使得来自第一导管和第二导管的第一传热流体被传递至储热系统热交换器以将热能存储在储热系统内。

储热系统可以是热水储箱，并且第一导管和第二导管可以流体地联接至储热系统热交换器，以将第一传热流体从第一导管和第二导管传递至储热系统热交换器，来将热能从第一传热流体传递至热水储箱内的流体。该联产系统还可以包括加热系统热交换器，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的加热系统，并且该第一导管和第二导管可以流体联接至该加热系统热交换器以将第一传热流体从第一导管和第二导管传递至加热系统热交换器来向封闭体提供加热。该联产系统还可以包括第三导管，其联接至热泵，第三导管填充有第二传热流体，并且第三导管被构造并布置成将第二传热流体从热泵传递至热源，在热源处由第二传热流体从热源吸收热能。该第一导管和第二导管可以流体地联接至储热系统热交换器，使得第一传热流体从第一导管和第二导管传递至储热系统热交换器以在储热系统内存储热能，并且第三导管流体地联接至冷却系统热交换器，以将第二传热流体从冷却系统热交换器传递至热泵以便冷却封闭体。

在另一个实施例中，用于向封闭体提供加热、冷却和电能的联产系统可包括：热机，其被配置成对封闭体产生加热和电能；热泵，其被配置成对封闭体产生加热和冷却；第一导管，其联接至热机；第二导管，其联接至热泵；第三导管，其联接至热泵；以及阀装置。该第一导管可以填充有第一传热流体，并且第一导管可以被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至封闭体，使得从第一传热流体向封闭体传递热能以向封闭体提供加热。该第二导管可以填充有第一传热流体，并且第二导管可以被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至封闭体，使得从第一传热流体向封闭体传递热能以向封闭体提供加热。所述第三导管可以填充有第二传热流体，并且第三导管可以被构造并布置成将第二传热流体从热泵传递至封闭体，使得第二传热流体从封闭体吸收热能以向封闭体提供冷却。该阀装置可被构造并布置成选择性地联接第一导管和第二导管以将第一传热流体传递至封闭体来提供空间加热和水加热中的至少一种，并选择性地联接第三导管以传递第二传热流体到封闭体来为热泵提供空间冷却和热能源中的至少一种。

该联产系统还可以包括加热系统热交换器，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的加热系统，并且该阀装置可以被构造并布置成选择性地将第一导管和第二导管与该加热系统联接以选择性地经由第一导管和第二导管将第一传热流体传递至加热系统热交换器。该联产系统还可以包括储热系统热交换器，该储热系统热交换器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的储热系统，并且该阀装置可以被构造并布置成选择性地将第三导管与该储热系统联接以选择性地经由第三导管将第二传热流体传递至储热系统热交换器。该联产系统可以结合与封闭体相关联的储热系统。该阀装置可以被构造并布置成选择性地将第三导管与储热系统热交换器联接，以选择性地经由第三导管将传热流体传递至热泵。该联产系统还可以包括储热器，该储热器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的储热系统热交换器，并且该阀装置可以被构造并布置成选择性地将第三导管与该储热系统热交换器联接以选择性地经由第三导管将第二传热流体传递至储热器。

在又一个实施例中，用于向封闭体提供加热、冷却和电能的联产系统可以包括：热机，其被配置成用于加热封闭体并向封闭体供应电能；热泵，其被配置成用于加热和冷却封闭体；第一导管，其联接至热机；第二导管，其联接至热泵；以及第三导管，其联接至所述热泵。该热机可以被配置成供应电能以使热泵运行。该第一导管可以填充有第一传热流体，并且第一导管可以被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至封闭体，使得从第一传热流体向封闭体传递热能以向封闭体提供加热。该第二导管可以填充有第一传热流体，并且第二导管可以被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至封闭体，使得从第一传热流体向封闭体传递热能以向封闭体提供加热。所述第三导管可以填充有第二传热流体，并且第三导管可以被构造并布置成将第二传热流体从热泵传递至封闭体，使得第二传热流体从封闭体吸收热能以向封闭体提供冷却。

该联产系统还可以包括：发电机，其被构造并布置成联接至热机；蓄电能系统，其被构造并布置成利用一根或多根电缆联接至发电机；以及配电板，其被构造并布置成联接至发电机并被配置成将电能分配到封闭体。蓄电能系统可以被配置成接收由发电机提供的电能，并且选择性地将该电能传递至热泵和配电板之一。该联产系统还可以包括一种电网隔离装置，该电网隔离装置被构造并布置成将配电板与电网仪表分离。该联产系统还可以包括一种电网隔离装置，该电网隔离装置被构造并布置成如果该封闭体正在从联接至热机的发电机接收电能，则将该配电板与电网仪表分离。该联产系统还可以包括一种电网隔离装置，该电网隔离装置被构造并布置成使得与热机相关联的发电机产生的电能能够被传递至一个或多个能量供应商。

在另一个实施例中，用于至少向封闭体提供加热的联产系统可包括：热机，其被配置成对封闭体加热；热泵，其被配置成加热封闭体；第一导管，其联接至热机；以及第二导管，其联接至热泵。该联产系统还可以用于向封闭体提供电能，并且热机配置成用于对封闭体加热并向封闭体提供电能。该第一导管可以填充有第一传热流体，该第一传热流体被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至封闭体，使得从第一传热流体向封闭体传递热能以向封闭体提供加热。该第二导管可以填充有第一传热流体，并且被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至封闭体，使得从第一传热流体向封闭体传递热能以向封闭体提供加热。该第一导管和第二导管可以被流体地联接并且被配置成在所述第一导管和所述第二导管之间以按比例和绝热方式中的至少一种来隔离所述第一传热流体。

该热机还可包括热交换器，并且第一导管可联接至热交换器以将热能从热机传递至封闭体。该联产系统还可以包括加热系统热交换器，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的加热系统，并且该第一导管和第二导管可以流体联接至该加热系统热交换器，使得热能从第一传热流体传递到加热系统热交换器以向封闭体提供空间加热。该联产系统还可以包括储热系统热交换器，其被构造并布置成联接至与封闭体相关联的储热系统，并且第一导管和第二导管可以流体联接至该储热系统热交换器，使得从第一传热流体向储热系统热交换器传递热能。该储热系统可以是热水储箱，并且第一导管和第二导管可以流体地联接至储热系统热交换器，以将从第一传热流体向储热系统热交换器传递热能以加热热水储箱中的水。热水储箱可包括一个或多个热交换器。该联产系统还可以包括：冷却系统热交换器，其被构造并布置成联接至与封闭体相关联的冷却系统；第三导管，其联接至热泵，该第三导管填充有第二传热流体并且被构造并布置成将第二传热流体从热泵传递至封闭体，使得第二传热流体从封闭体吸收热能从而向封闭体提供冷却。该第三导管可以流体地联接至所述冷却系统热交换器，使得第二传热流体从封闭体吸收热能以向封闭体提供冷却，并且所述热泵可以被配置成同时向封闭体提供加热和冷却。第一传热流体和第二传热流体可包含乙二醇。该热机还可包括发电机，并且该热泵还可包括电动机。该发电机可以被构造并布置成选择性地向热泵的电动机提供电能。

热泵可以构造并布置成在不需要热机运行的情况下向封闭体提供加热和冷却，可以构造并布置热机以在不要求热泵运行的情况下向封闭体提供加热和电能，或者热机和热泵可以被构造并布置成同时运行，以使热机向封闭体提供加热和电能并提供电能以使热泵运行，并且热泵向封闭体提供加热和冷却。该热机和热泵可以被构造并布置成同时运行，以使热机向封闭体的一个或多个部分提供加热和电能，并提供电能以使热泵运行，并且热泵向封闭体的一个或多个部分提供加热和冷却。

该联产系统还可以包括：储热系统，其与该封闭体相关联并且包括一个或多个热交换器；以及储热器。该第三导管可以流体地联接至储热系统和储热器，以沿第一方向移动来自储热系统的一个或多个热交换器的第二传热流体来向储热器供应热能以防止过多的冰积聚在储热器上，并且沿与第一方向相反的第二方向移动来自储热器的第二传热流体来将第二传热流体返回到储热系统的所述一个或多个热交换器。该联产系统还可包括阀装置，该阀装置被构造并布置成选择性地联接第一导管和第二导管以将第一传热流体传递至封闭体，以提供空间加热和水加热中的至少一种，并选择性地联接第三导管以将第二传热流体传递至封闭体来为热泵提供空间冷却、水冷却和热能源中的至少一种。该联产系统还可包括：加热系统热交换器，其被构造并布置成联接至与封闭体相关联的加热系统；以及储热系统热交换器，其被构造并布置成联接至与封闭体相关联的储热系统。该阀装置可被构造并布置成选择性地将第一导管和第二导管与加热系统和储热系统中的至少一个联接，其中选择联接到该加热系统来使得选择性地经由第一导管和第二导管中的至少一个将第一传热流体传递至加热系统热交换器以提供空间加热，而选择联接到该储热系统来使得选择性地经由第一导管和第二导管中的至少一个将第一传热流体传递至储热系统热交换器以提供水加热。该联产系统还可以包括冷却系统热交换器，该冷却系统热交换器被构造并布置成联接至与该封闭体相关联的冷却系统。该阀装置可被构造并布置成选择性地将第三导管与冷却系统和储热系统中的至少一个联接，其中选择联接到该冷却系统来使得经由冷却系统热交换器将热能吸收到第三导管中的第二传热流体中以提供空间冷却，而选择联接至该储热系统来使得经由储热系统热交换器将热能吸收到第三导管中的第二传热流体中以为热泵提供水冷却和热能源中的至少一种。

在实施例中，本文所述的联产系统可以结合与封闭体相关联的冷却系统。该联产系统可以结合与封闭体关联的加热系统。该联产系统可以结合与封闭体关联的储热系统。该联产系统可以与封闭体结合。封闭体可以是建筑物。封闭体可以是机动车辆。该联产系统可以被构造并布置成辅助动力单元。该辅助动力单元可以用于机动车辆。该辅助电源单元可能用于封闭体。该热泵可以是蒸气压缩热泵。该热机可以包括燃料燃烧发动机。该热机可以是闭环布雷顿循环热机。

在一个实施例中，一种使用联产系统向封闭体提供加热、冷却和电能的方法可以包括：通过热机的运行产生热能和电能；通过热泵使用热机的电能的运行来提供热能；将热能从热机和热泵传递至第一传热流体；并且在被构造并布置成联接至与封闭体关联的加热系统热交换器处经由第一传热流体向封闭体提供空间加热和水加热中的至少一种。该方法还可以包括通过热泵的运行经由第二传热流体向封闭体提供空间冷却，该第二传热流体在被构造并布置成联接至与封闭体相关联的冷却系统的冷却系统热交换器处从封闭体吸收热能，其中对封闭体的空间加热和水加热中的至少一种与对封闭体的空间冷却同时提供。

该方法还可以包括向储热系统热交换器提供热能，该储热系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的储热系统。在将热能提供给储热系统热交换器之前，可以向封闭体提供空间加热和水加热中的至少一种。可以周期性地向储热系统提供热能，以将存储在储热系统中的热能量保持在一定阈值水平以上。该方法还可以包括将来自储热系统热交换器的热能提供给第二传热流体，并且将来自第二传热流体的热能提供给储热器以防止过多的冰积聚在储热器上。该方法还可以包括将来自储热系统热交换器的热能提供给第二传热流体，并且通过吸收来自第二传热流体的热能来向热泵提供热能以使热泵运行。该方法还可以包括将电能提供给蓄电能系统，该蓄电能系统被构造并布置成选择性地将电能传递至热泵和配电板中的至少一个。

在又一个实施例中，一种使用联产系统向封闭体提供加热、冷却和电能的方法可以包括：通过热机的运行产生热能和电能；通过热泵的运行提供热能；将来自该热机和热泵的热能传递至第一传热流体；并且使第一传热流体移动通过阀装置，该阀装置被构造并布置成将第一传热流体分配至一个或多个联产系统部件。该方法还可以包括在加热系统热交换器处经由第一传热流体向封闭体提供空间加热和水加热中的至少一种，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的加热系统，从而移动第二传热流体通过阀装置，该阀装置被构造并布置成在第一传热流体不与第二传热流体接触的情况下将第二传热流体分配到一个或多个联产系统部件，并且通过热泵的运行经由第二传热流体向封闭体提供空间冷却，该第二传热流体在冷却系统热交换器处从封闭体吸收热能，该冷却系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的冷却系统。

该方法还可以包括：沿第一方向移动来自热机和热泵中的至少一个并通过阀装置的第一传热流体，以将热能供应给加热系统热交换器来向封闭体提供加热；并且沿与第一方向相反的第二方向移动来自加热系统热交换器并通过阀装置的第一传热流体，以将第一传热流体返回至热机和热泵中的至少一个，从而使第一传热流体从热机和热泵中的至少一个吸收更多的热能。该方法还可以包括：沿第一方向移动来自热泵并通过阀装置的第二传热流体，以从冷却系统热交换器接收热能来向封闭体提供冷却；并且沿与第一方向相反的第二方向移动来自冷却系统热交换器并通过阀装置的第二传热流体，以将第二传热流体返回热泵，在其中将更多的热能从第二传热流体传递至热泵。该方法还可以包括：沿第一方向移动来自第一储热系统热交换器并通过阀装置的第二传热流体，以将热能供应给热泵来运行该热泵；并且沿与第一方向相反的第二方向移动来自热泵并通过阀装置的第二传热流体，以将第二传热流体返回至储热系统热交换器。该方法还可以包括：沿第一方向移动来自第一储热系统热交换器并通过阀装置的第二传热流体，以向储热器供应热能来防止多余的冰积聚在储热器上；并且沿与第一方向相反的第二方向移动来自储热器并通过阀装置的第二传热流体以将第二传热流体返回至储热系统热交换器。

在另一个实施例中，一种使用联产系统向封闭体提供加热、冷却和电能的方法可以包括：通过热机的运行产生热能和电能；通过热泵的运行提供热能；将来自该热机和热泵的热能传递至第一传热流体；在加热系统热交换器处经由第一传热流体向封闭体提供空间加热和水加热中的至少一种，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的加热系统；并且经由第一传热流体和第二传热流体中的至少一种向储热系统热交换器提供热能，该储热系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的储热系统。

该方法还可以包括经由第二传热流体向封闭体提供空间冷却，该第二传热流体在被构造并布置成联接至与封闭体相关联的冷却系统的冷却系统热交换器处从封闭体吸收热能。该方法还可以包括将由热机产生的电能供应给一个或多个能量供应商。可以周期性地向储热系统提供热能，以将存储在储热系统中的热能量保持在一定阈值水平以上。

根据以下结合附图的详细描述，将更充分地理解本文描述的实施例提供的这些和附加特征。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的包括热机和向封闭体提供加热、冷却和电能的热泵的联产系统的框图。

图2是根据本公开的实施例的联产系统的框图，其示出了能量的产生。

图3是根据本公开的另一个实施例的包括向图1所示的封闭体提供加热、冷却和电能的布雷顿循环热机和蒸气压缩热泵的联产系统的示意图。

图4是根据本公开的另一个实施例的包括可操作地串联联接至蒸气压缩热泵的布雷顿循环热机的联产系统的示意图。

图5是根据本公开的另一个实施例的包括可操作地串联到布雷顿循环热机的蒸气压缩热泵的联产系统的示意图。

图6是根据本公开的实施例的被配置成使用热机向封闭体供应空间加热和电能的联产系统的示意图。

图7是根据本公开的实施例的被配置成使用热机向封闭体供应水加热和电能的联产系统的示意图。

图8是根据本公开的实施例的被配置成使用热机向封闭体供应空间以及水加热和电能的联产系统的示意图。

图9是根据本公开的实施例的被配置成使用热机向封闭体提供电能的联产系统的示意图。

图10是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵向封闭体提供空间加热的联产系统的示意图。

图11是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵向封闭体供应水加热的联产系统的示意图。

图12是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵向封闭体供应空间和水加热的联产系统的示意图。

图13是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵向封闭体提供空间冷却的联产系统的示意图。

图14是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵向封闭体提供水加热和空间冷却的联产系统的示意图。

图15是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵除去与诸如外部热交换器之类的储热器的接触点上的冰的联产系统的示意图。

图16是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵和储热系统向封闭体提供空间加热的联产系统的示意图。

图17是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵、热机和储热器向封闭体供应空间加热和电能的联产系统的示意图。

图18是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵和热机向封闭体提供水加热和电能的联产系统的示意图。

图19是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵和热机向封闭体供应空间以及水加热和电能的联产系统的示意图。

图20是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵和热机向封闭体提供空间冷却和电能的联产系统的示意图。

图21是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵和热机向封闭体供应水加热以及空间冷却和电能的联产系统的示意图。

图22是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵和热机除去与储热器的接触点上的冰并向封闭体提供电能的联产系统的示意图。

图23是根据本公开的实施例的被配置成使用热泵、热机和储热系统向封闭体供应空间加热和电能的联产系统的示意图。

通过阅读下面的详细描述以及本文所图示的附图，将更好地理解本实施例的这些和其他特征。附图无意按比例绘制。为了清楚起见，并非每个部件都可能在每个附图中标记。

具体实施方式

公开了用于被配置成向封闭体提供加热、冷却和/或电能的联产系统的系统和方法。如下面更详细地讨论的那样，在一个实施例中，该系统被配置成与诸如住宅、市政、商业或任何其他类型的建筑物(例如家庭或办公室)之类的封闭体一起使用。如下所述，在另一个实施例中，该系统被配置成辅助动力单元(APU)，并且可以被配置成与诸如车辆(包括各种类型的汽车，包括但不限于长途卡车)之类的封闭体一起使用。在又一个实施例中，该系统被配置成APU，并且可以被配置成用于多种移动应用，包括但不限于军事临时动力系统、微电网和船舶。

如下面更详细地讨论的那样，该系统可以广泛地包括可以一起或单独地运行以提供加热、冷却或电能(或其组合)的热机和热泵。热机可以向封闭体提供加热或电能(或两者)。在一些示例中，由热机产生的热能也可以用于例如过程加热。在一些示例中，该联产系统还可以配置成将由热机产生的电能传递至电网。附接或以其他方式联接至热机的第一导管填充有传热流体。传热流体使得由热机产生的热能能够用于加热封闭体。该系统还包括可以加热或冷却封闭体(或两者)的热泵。热泵可以向封闭体同时或一次一种地提供加热和冷却。联接至热泵的第二导管和第三导管可以填充有传热流体。第二导管被构造并布置成允许将由热泵产生的热能传递至封闭体以用于空间加热和/或水加热。第三导管被构造并布置成使得能够由传热流体从封闭体吸收热能以提供空间冷却。

总体概述

热电站(诸如包括中央电站的那些系统)不能有效地向消费者供应电能(例如产生和分配电能)。例如，许多中央电站的发电效率不到50％。这种较差的效率可能是由热能转化为电能所固有的热能损失(例如废热)引起的。随着电能从电源到消费者的传输距离变远，这种集中式系统的效率可能会进一步降低。当电能沿着将消费者电连接至中央电站的配电线(即电网)的网络传输时，会发生热能(例如热量)损失。结果，据估计，仅约34％的由中央电站处理过的燃料产生的能量可以提供给消费者。

产生电能后，管理电能分配也面临许多挑战。例如，通常使用供应方管理技术来管理电能分配。此类技术可能涉及基于电站的需求或环境条件而不是根据用户的需求或环境条件来发电。例如，当电站的发电效率更高时(例如当燃料成本高或消费者需求低时)，发电量可能会比额定容量少。结果，电能的分配基于中央电站产生的电能的可用性而不是消费者的需求。因此，一年中的某些时段(例如高峰需求时段)可能没有足够的电能来满足消费者的需求。在许多这样的情况下，用户可能会遭受电力损失(例如电力中断)。

因此，根据本公开的实施例，公开了用于一种联产系统的系统和方法，该联产系统被配置成向封闭体提供加热、冷却和/或电能。如上所述，封闭体可以是任何类型的建筑物，例如但不限于固定结构、房屋、办公室、零售建筑物、学校、旅馆和/或工厂。在一些其他实施例中，封闭体可以是移动平台，例如露营车、公共汽车、移动房屋或半挂车式牵引车。该系统包括热机和热泵，它们可以一起运行或单独运行以向封闭体提供加热、冷却或电能(或其组合)。如下面更详细地讨论的那样，热机(例如闭环涡轮式布雷顿循环热机)可以通过处理包含在其中的工作流体以产生热能而向封闭体提供加热或电能(或两者)。在其他实施例中，热机可以不同地配置成例如但不限于开环布雷顿循环(例如喷气发动机)、奥托循环气体活塞发动机、柴油发动机、蒸气或有机朗肯循环发动机、燃料电池、斯特林发动机或热电发电机。附接到或以其他方式联接至热机的第一导管填充有传热流体，例如但不限于乙二醇或水。在一般意义上，传热流体是能够吸收和传递热能的介质(例如液体或气体或其他相变材料)。传热流体使得由热机或热泵(或两者)产生的热能可用于加热封闭体。

在一个实施例中，由热机产生的热能也可以存储在一个或多个储热装置内。这些装置维护或保持可用于改善系统性能的热能源。例如，在一个实施例中，当外部温度很低并且低于人们可以有效地运行热泵的水平时，所存储的热能可以被热泵用作热源。如下所述，在一个实施例中，所存储的热能也可以用于其他目的，例如除去与诸如外部热交换器之类的储热器的接触点上的冰，或者回收热能以防止能源消耗到环境中并提高联产系统的性能。

此外，在一个实施例中，联产系统可以被配置成在不使用经由电网的来自能量供应商的电能的情况下运行。例如，在一个实施例中，热机可以提供电能来运行热泵。这种离网运行使封闭体可以在不会面临因与能量供应商相关联的能源需求波动而经常无法供电的风险的情况下运行。在一个实施例中，热机提供电能以使热泵和封闭体运行。在一个实施例中，联产系统还可包括其他能量产生装置，例如但不限于太阳能电池板，以供应电能来使封闭体或热泵(或两者)运行。在一个实施例中，联产系统可以包括一个或多个蓄电能装置，例如电池或电容器，以存储由热机(或其他能量生产装置)产生的能量以供将来使用或用作备用电能。

该系统还包括配置成加热和/或冷却封闭体(或两者)的热泵。在一个实施例中，热泵被配置成蒸气压缩循环热泵，并且在另一个实施例中，热泵可以被配置成反向布雷顿循环、热电或其他形式的热泵。通过将热能从包含在其中的工作流体传递至系统的传热流体，热泵可以同时或一次一种地向封闭体提供加热和冷却。一般来说，工作流体可以是气体或液体，例如丙烷。如下所述，在一个实施例中，与热泵联接的第二导管和第三导管均填充有传热流体。在一个实施例中，传热流体在联产系统的第一、第二和第三导管的每一个中是相同的流体。取决于给定应用，第二导管的传热流体可以将由热泵产生的热能传递至封闭体以用于空间加热和/或水加热。另外，第三导管的传热流体可从封闭体吸收热能以提供空间冷却，或经由储热器从周围环境吸收热能以使热泵运行。在一个实施例中，第二和第三导管的传热流体的使用允许对一些封闭区域进行空间冷却，同时向另一封闭区域提供加热。根据本公开，多种联产系统配置将是显而易见的。

示例性联产系统应用

图1是根据本公开的实施例的联产系统10的框图，该联产系统10包括向封闭体500提供加热、冷却和/或电的热机100和热泵400。如本文先前所述，存在仅与从中央电站接收电能相关联的许多缺点。因此，本公开的联产系统可以提供对传统中央电力配电系统的更可靠和有效的替代。更详细地，本文所述的联产系统被配置成本地地产生热能和电能，以满足封闭体(例如家庭、商业或其他建筑物或车辆)对加热、冷却和电能需求。因此，根据一个实施例，消费者可能不需要依赖经由电网的集中式电站来获得电能。此外，消费者可能不需要受管理集中式电能系统常见的波动要求(例如电能的可用性和成本)的约束。在一个实施例中，本公开的联产系统可以连接至封闭体的现有加热、冷却和配电系统。在另一个实施例中，联产系统可以代替现有加热和冷却系统。无论其安装方式如何，本公开的联产系统都可以消除单独的加热和冷却系统以及备用发电机的必要性。在另一个实施例中，当联产系统10产生比封闭体所需更多的电能时，联产系统10可以向电网供电。

另外，当没有商业上可用的电源时，本文所述的联产系统也可以用作电源。在一个实施例中，联产系统10可以是与固定(例如家庭或办公大楼)或移动(例如机动车辆)平台一起使用的辅助动力单元。在一个实施例中，联产系统10可以配置成替代常规的备用能量源，例如发电机，以在缺电(例如停电)期间提供能量。该联产系统可以被配置成与封闭体的现有临时或辅助电能系统连接或以其他方式对接。在其他实施例中，联产系统可以被配置成辅助动力单元(APU)以向移动平台(例如长途运输卡车)提供能量。一般而言，APU可以是一种为汽车提供能量的装置，其功能不同于导致汽车行驶的功能。例如，在一些实施例中，联产系统10可以用于向乘员舱室(例如卡车的驾驶室)提供加热、冷却和/或电能，以允许乘员在主驱动发动机未运行(例如未空转)时舒适地待在车辆中。因此，可以在不运行主驱动发动机的情况下向车辆的舱室(例如卡车的驾驶室或拖车的载货空间)提供加热、冷却和/或电能。结果，货车运输队的所有者和运营商可以减少燃料成本、发动机小时、维护和服务成本，因为当车辆不行驶时(例如驾驶员过夜休息时)，车辆的主驱动发动机长时间不工作。在一些实施例中，联产系统10可以向长途卡车或其拖车(或两者)提供电能、加热和冷却。在一些其他实施例中，联产系统10还可提供电能以对车辆的一个或多个电池充电。不管是否有可用商业电力，本公开的联产系统都向封闭体提供加热、冷却和/或电能。从广义上可以看出，图1所示的联产系统10包括热机100、多根导管200、电缆300、热泵400和封闭体500。在一些实施例中，热机100和热泵400可以被构造并布置成保持在公共外壳内的一个单元或装置(如图1中的虚线所示)。在其他实施例中，热机100和热泵400可以彼此分开放置，以将联产系统安装或以其他方式连接至封闭体500。如本文进一步所述，不管它们如何安装，热机100和热泵400都经由导管200和电缆300向封闭体500提供热能或电能(或二者)。

联产系统10包括热机100，用以将热能(例如热量)转换成可用于发电的功。该热机100处理燃料(例如木屑、煤、油、丙烷、天然气或其他沼气)以产生热能。当燃料被处理或以其他方式消耗时，热机100产生功(例如诸如旋转轴之类的机械功)，该功可用于发电以运行联产系统10的其他部件(例如热泵400)。在一个实施例中，取决于封闭体500的电能需求，所产生的电能还可以被提供给集中式发电系统(例如电网)。除了发电之外，热机100还可以在其处理燃料以产生机械功时产生热能(例如热量)。如本文进一步讨论的那样，该热能可以被传递至联产系统10或封闭体500的一个或多个部件。

附接到热机100的一根或多根导管200用于在联产系统10内分配热能。导管200将传热流体从热机100传递至联产系统10的一个或多个部件。一般而言，传热流体是能够吸收和传递热能的介质(例如液体或气体)。在一个实施例中，传热流体包含乙二醇。在另一个实施例中，传热流体包含水。在另一个实施例中，传热流体是水和乙二醇的混合物。取决于给定的应用，导管200可以填充有普通的传热流体，或者不同的导管段可以包含不同的流体。在示例性实施例中，导管200可以是用于将传热流体传输至联产系统10的各个部件的管子、导管、管状物或其他管道系统。导管200可以被构造并布置成形成分开的高温和低温传热流体路径或回路。每条路径可包含一个或多个流体泵，用于使传热流体移动通过导管200。传热流体可从高温热能储存器(例如热机100)吸收热能，并将其传递至低温热能储存器(例如热交换器)。本领域普通技术人员将认识到，可以使用集成在导管200中或以其他方式连接至导管200的泵、阀、分流器或其他流体流动装置，使传热流体移动通过联产系统10。例如，在一些实施例中，联产系统10可包括比例阀，以将传热流体从封闭体500引导回热机105和热泵405。结果，热机105和热泵405可以以不同的输出运行，从而提高系统效率。根据本公开，许多管道系统配置将是显而易见的。

附接到热机100的还有一根或多根电缆300，用于将由热机100产生的电能分配到联产系统10的其他部件。例如，电缆300可以将热机100电连接至热泵400，以使得热泵400能够使用由热机100提供的电能来运行。取决于联产系统10在其中运行的给定应用，电缆300还可将热泵400连接至封闭体500，以提供替代的电能源(例如电网或蓄电池)来运行热泵400。

联产系统10包括热泵400，用以将热能(例如热量)从高温储存器传递至低温储存器。如本领域的普通技术人员将理解的，热泵400是将热能从热源传递至相对较低温度的空间或物体(例如散热器)的装置。在运行中，热泵400的工作流体既吸收又传递热能。更详细地，热泵400的高温工作流体经由热交换器(也称为冷凝器)将热能传递至传热流体，该传热流体又将热量传递至封闭体500。另外，热泵400的低温工作流体从与高温源(例如封闭体500周围的区域)连通的另一种传热流体吸收热能，以使低温工作流体能够被转化为高温流体，从而提供热能源。为了完成该传热过程，以供应给热泵400的电能的形式将功放入联产系统10中。取决于联产系统10在其中运行的给定应用，用于运行热泵400的电源可以包括但不限于热机100、蓄电池或电网。

如图1所示，联产系统10还包括从热机100和热泵400接收热能和电能的封闭体500。在一般意义上，封闭体500可以是任何空间或区域，其中电能或热能(或两者)用于例如运行电器。在示例性实施例中，封闭体500是住宅，例如单户住宅。在其他实施例中，封闭体500可以是任何类型的建筑物或结构，例如但不限于教堂、学校或其他政府建筑物、多户家庭结构(例如公寓或共管公寓建筑物)、零售(例如百货商店或饭店)或商业结构(例如办公楼或工厂)。在其他实施例中，封闭体500可以是移动平台，例如机动车辆、露营车、公共汽车、移动房屋或长途卡车(例如半挂卡车)。由热机100或热泵400(或两者)产生的热能经由多根导管200和其他管道系统部件携带的传热流体传递至封闭体部件。类似地，由热机100提供的电能经由电缆300传递至封闭体500的一个或多个部件。一些导管200用作供应和返回管线，以在封闭体500与热机100或热泵400(或两者)之间移动传热流体。导管200和电缆300已经在本文前面进行了描述。根据本公开，许多其他封闭体配置将是显而易见的。

图2是根据本公开的实施例的联产系统10的框图，其示出了能量的产生。通常，本公开的联产系统10可以供应能量以满足对封闭体(例如家庭或办公楼)的加热、冷却和电能需求，同时与目前可在市场上购买到的当前系统(或系统的组合)相比使用明显更少的能量。例如，如本文所述，在一个特定实施例中，联产系统10可以使用比当前系统少介于20％至50％之间的能量来运行。在示例性实施例中，热机100可以使用大约13.9kW的燃料(例如石油、天然气或丙烷)来产生高达5千瓦(kW)的电能。可以看出，热机100消耗的燃料被转换成热能(例如8.9kW)和电能(例如5.0Kw)。一些热能(例如1.4kW)是废热或未使用的热，其在热机运行期间被传递至封闭体500外部的区域(例如周围环境)。余下的热能(例如7.5kW)可以传递到封闭体中，以进行空间加热或水加热(或两者)。除了热能，热机100还可以产生电形式的电能。可以看出，热机100可以产生电能(例如5kW)，该电能可以用来向热泵400或封闭体500供电。一旦被接收，热泵400就使用来自热机100的电能来产生热能。在运行中，热泵400从周围环境吸收热能(例如6.8kw)以产生热能(例如10.8kW)，该热能可用于向封闭体500供应空间加热或水加热(或两者)。在一个示例中，联产系统可以直接从环境接收热能(例如存储在诸如水体之类的储热器中或地下的热能)。在这种情况下，联产系统的导管可以与储热器(例如环境内的湖泊或河流或环境下的一部分地下)接触，以从中接收热能。在其他示例中，如将在本文中进一步描述的，联产系统可以通过使用例如热交换器间接地从环境中接收热能。该联产系统10可以产生大约18.3kW的热能(在-10℃的环境温度下)和1kW的电能，以供封闭体500使用。可以看出，联产系统10可以被配置成向封闭体500提供足够的能量(热能和电能)，而无需使用经由电网的来自能量供应商的电能。因此，联产系统10可以用于离网运行。然而，如本文将进一步描述的那样，在一个实施例中，联产系统10也可以响应于可用能量的波动需求而用作电网的散能器(例如能量消耗者)或能量源(例如能量提供商)。

示例性热机和热泵联产系统

图3是根据本公开的另一个实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15包括闭环布雷顿循环热机105(以下称为热机105)和蒸气压缩热泵405(以下称为热泵405)以向图1所示的封闭体500提供加热、冷却和电能。该第一导管200A附接至或以其他方式联接至热机105，该第一导管200A填充有传热流体，以使得由热机产生的热能能够用于加热封闭体。传热流体可以是第一传热流体。该第二导管200E和第三导管200F联接至热泵405，第二导管200E和第三导管200F也填充有传热流体。该第二导管200E被构造并布置成允许由热泵405产生的热能被传递至封闭体以用于空间加热和/或水加热。该第三导管200F被构造并布置成使得传热流体能够从封闭体吸收热能以提供空间冷却。与第二导管200E相关联的传热流体可以是与第一导管200A相关联的第一传热流体，并且与第三导管200F相关联的传热流体可以是第二传热流体。该第一导管200A和第二导管200E可以流体地联接并且被配置成以按比例和绝热方式中的至少一种来在第一导管200A和第二导管200E之间隔离第一传热流体。如下面进一步详细描述的，第一传热流体可在第一导管200A和第二导管200E之间成比例地通过阀装置510。

可以看出，热机105和热泵405经由导管200A和200E彼此并联地连接，使得传热流体可以在分开的路径中流到每个部件。这种类型的配置允许联产系统15移动传热流体而不会经历由于传热流体在热机105或热泵405不运行时通过热机105或热泵405移动而引起的热能损失。在示例性实施例中，联产系统15可以包括热机105、热泵405和封闭体500。

热机

联产系统15包括热机105，以产生热能和电能以运行系统15的一个或多个其他部件(例如热泵405)。在一些实施例中，闭环布雷顿循环热机(例如热机105)提供了优于其他类型的热机的若干优点。这些优势例如包括更高的效率、更小的质量和尺寸、更长的发动机维护间隔、觉察不到的振动以及灵活包装。在示例性实施例中，热机105是涡轮机，并且能够产生高达5千瓦(kW)。在其他实施例中，热机100可以是开环布雷顿循环(例如喷气发动机)、奥托循环气体活塞发动机、柴油发动机、蒸气或有机朗肯循环发动机、燃料电池或斯特林发动机或热电发电机。取决于给定的应用，可以基于包括电效率、排放、燃料灵活性和调节比在内的许多因素来选择在联产系统15中实现的热机的类型。可以看出，热机105包括热源110、膨胀机120、热机回热器130、热交换器140、压缩机150、热源回热器160和发电机170。

热机105包括热源110，用以将热能传递至热机105的工作流体。热源110用作储热器运行，以在工作流体接触热源110时升高工作流体的温度。工作流体可以是致动或以其他方式运行机器的气体或液体。在示例性实施例中，热源110是燃烧装置，其包括例如燃烧器和燃烧室。热源110可通过燃料(例如化石或可再生燃料)的燃烧产生热能。附接到热源110的是燃料管113、进气管116和排气管119，以促进燃烧器在热源110的燃烧室内进行燃料的燃烧。燃料管113适于向热源110的燃烧室供应燃料，例如油、丙烷或天然气。在一些其他实施例中，燃料管被配置成供应可再生燃料，例如生物燃料，包括例如木屑和生物质或生物燃料(生物气、生物油)，可再生燃料。可以看出，进气管116也附接到热源110。进气管116适于或以其他方式被配置成向热源110供应空气，以使其中的燃料燃烧。一旦燃料被消耗掉，废气就可以经由附接到其上的排气管119离开热源。排气管119被配置成将来自热源110的废气运送到周围环境。根据本公开，许多其他热源配置将是显而易见的。

热机105包括用于将工作流体的压力从高压改变为低压的膨胀器120。在示例性实施例中，膨胀器120是涡轮膨胀器，例如径向流涡轮，其中高压气体在其中膨胀以产生功，例如轴的机械运动。膨胀器120的输出功可用于在热机105的运行周期期间运行压缩机150以在另一点压缩工作流体。另外，如将在本文中进一步描述的那样，由膨胀器120产生的功可以用于运行发电机170以产生电能。在一些其他实施例中，膨胀器120可以是轴流式涡轮机或正排量机构。当它通过膨胀器120产生功时，工作流体的压力降低到较低压力，但是与周围环境相比保持相对较高的温度。因此，可以通过在发动机105的闭合循环中将一些热能在不久以后从低压工作流体传递到高压工作流体来提高热机105的效率。

热机105包括热机回热器130(以下称为回热器130)，以将来自离开膨胀机120的高温工作流体的热能传递至其他低温工作流体。在一般意义上，回热器130是用于回收废热能(例如热量)的装置。在示例性实施例中，回热器130从离开膨胀器120的高温工作流体中回收或吸收热能，并且在进入热源110之前将其传递到其他低温工作流体中。结果，由于进入热源110的工作流体处于较高温度，因此热源110消耗较少的燃料，所以提高了热机105的整体效率。在示例性实施例中，回热器130是竖直平板逆流热交换器，其将高温工作流体与低温工作流体物理地分离。在运行中，高温工作流体流经回热器130并接触一个表面，例如墙壁或面板。通过这种接触，面板通过对流从高温工作流体吸收热能。该热能通过传导传递通过壁，并被与面板的相对表面接触的低温工作流体吸收。在另一个实施例中，回热器130可以是逆流热交换器，例如水平平板或蜂窝式热交换器。尽管已经从高温工作流体吸收了热能，但是仍然可以从中回收更多的热能。因此，在回收该额外的热能时，仍还可以提高热机105的效率。

热机105还包括热交换器140，用于将热能(例如热量)从热机105的工作流体传递至联产系统15的传热流体。如上所述，离开热机回热器130的工作流体包含从工作流体(和热机)去除的热能，该热能可以在联产系统15内的其他地方使用(例如加热封闭体500)或被排放到储热器。在一般意义上，热交换器140可以是用于在固体物体和流体之间或在两种或更多种流体之间传递热能的装置。在一些应用中，可以通过屏障(例如墙壁、管道或面板)分开两种或更多种流体，以防止流体混合。在其他应用中，流体可以彼此直接接触(例如混合在一起)。在示例性实施例中，热交换器140是管壳式热交换器。在这样的实施例中，如将在本文中更详细描述的，热交换器140使得能够从热机105的工作流体中吸收热能并传递至联产系统15的传热流体中，以向封闭体500提供热能(例如热量)。在其他实施例中，热交换器140可以是板式或板壳式热交换器。不管其特定配置如何，热交换器140都减少了由发动机105产生的未回收热能(例如废热)的量，因此提高了热机105的整体效率。

热机105还包括用于将工作流体从低压移动到高压的压缩机150。一般而言，压缩机150可以是通过减小容纳气体的体积来增加气体压力的机械装置。如上所述，进入压缩机150的工作流体在流经膨胀机120时处于低压(例如大气压)。为了压缩工作流体，将功输入到联产系统15中。在示例性实施例中，压缩机150从膨胀机120接收输入(例如旋转轴形式的机械功)。由于使工作流体流经压缩机150，所以工作流体的压力显着增加，但是工作流体的温度仅略微增加。因此，工作流体可以移动到温度升高的热源110，从而为下一热机运行周期做好准备。

在一些实施例中，热机105可包括热源回热器160，用以将来自排气管119内的废气的热能传递至流经进气管116的低温空气。在一般意义上，热源回热器160是用于回收废热能(例如热量)的装置，例如热交换器。更详细地，热源回热器160从流经排气管119的废气中回收或吸收热能，并将其传递给流经进气管116的低温空气，随后进入热源110。结果，由于进入热源110的空气处于比周围环境的环境空气温度更高的温度下，因此使用更少的燃料来提高工作流体的温度，所以提高了热机105的整体效率。

热机105还包括用于使用由膨胀机120提供的功的输出来发电的发电机170。在一般意义上，发电机170是将机械能(例如旋转轴)转换成电能以供使用的装置。在示例性实施例中，发电机170可以是变速发电机，其具有50,000至80,000转/分钟(RPM)的运行范围并且能够产生高达5kW的电能。在一些其他实施例中，发电机170可以是电动机型发电机，该发电机使用永磁场和换向器产生直流电。在其他实施例中，发电机170可以是直流或交流发电机，其具有在磁场中旋转以产生电能的电线线圈。根据本公开，许多其他发电机配置将是显而易见的。

热泵

联产系统15还包括热泵405，用以向封闭体500供应热能(例如热量)或从封闭体500去除热能。如前所述，热泵405被配置成向封闭体500提供热能(例如热量)。在示例性实施例中，热泵405是先进的蒸气压缩循环热泵。在一些这样的实施例中，热泵405是两级压缩循环热泵。在其他实施例中，热泵405可以是用于吸收或吸收热能的固态或其他化学反应过程。无论其配置如何，热泵405都可以在介于-10摄氏度(℃)和15℃之间的温度范围内运行。在一些应用中，请注意，尽管外界环境温度低至-30℃，但热泵405仍可向封闭体500提供热能。结果，可以在运行加热系统的绝大多数地安装和运行联产系统15。

热泵405包含工作流体，该工作流体从一个热能储存器吸收热能并将其传递至另一热能储存器。一般来说，工作流体可以是由机器致动的气体或液体。在示例性实施例中，热泵405的工作流体是丙烷。丙烷具有比合成材料更多的优势，包括成本更低，毒性更小，对环境的影响更小。在一些其他实施例中，工作流体可以是制冷剂。无论其工作流体如何，热泵405都可以被配置成例如具有气密密封的包装，以防止工作流体污染或以其他方式接触周围环境。这样的包装允许热泵405在封闭体500的外部以多种不同的工作流体安全地运行。相比之下，传统的热泵系统将工作流体移动通过封闭体。结果，传统的热泵具有可在封闭体内安全使用的有限数量的工作流体。本公开的热泵405不限于此。更详细地，热泵405可以使用多种不同类型的工作流体，因为它可以被密封和包装以防止流体流失到周围环境中。另外，热泵405的工作流体可以保留在封闭体500的外部，在那里可以安全地使用和容纳它，使得不会对封闭体500内的乘员构成危险。结果，热泵405使用更少的工作流体，因为工作流体保留在泵405中而不是被移动以将热能传递至封闭体500。

热泵405可包括电动机410、压缩机420、冷凝器430、减压阀440和蒸发器450。在一般意义上，电动机410将电能(例如来自发电机170的电能)转换成机械功(例如旋转轴)。如将在本文中进一步描述的那样，从电动机410输出的功可用于运行压缩机420。在示例性实施例中，电动机410是交流(AC)电动机。在一些实施例中，电动机410是直流(DC)电动机。无论其配置如何，电动机410都将提供功以使热泵405运行。

可以看出，热泵405联接至或以其他方式连接至热机105，以经由发电机170和电缆300接收电能。在一个实施例中，当运行时，热机105可以供应电能来为热泵405供电，从而避免使用可能很昂贵或者不总是可用的来自供应商(例如电网)的电能。该联产系统15还可以可替代地被配置成当可能不希望或不可能运行热机105时，可以经由电缆300将热泵405电连接至电网和/或一个或多个蓄电能系统，以从热机105以外的源接收电能。

热泵405还包括压缩机420，用以增加热泵405的工作流体的压力和温度。在一般意义上，请注意，压缩机420可以是通过减小容纳气体的体积来增加气体压力的机械装置。换句话说，压缩机420可以是将工作流体从低压移动到高压的装置。在运行中，压缩机420从电动机410接收输入，例如功。这种功可用于运行压缩机420，在其中压缩工作流体。在示例性实施例中，压缩机420可以是涡旋压缩机。在一些其他实施例中，压缩机420可以是旋转活塞或往复式活塞压缩机。在运行中，工作流体以相对较低的压力和温度进入压缩机420。一旦被压缩，工作流体(例如丙烷气)就会经历温度和压力的增加。

在具有蒸气压缩热泵的一个实施例中，热泵405还可以包括冷凝器430，用以将热能从热泵405的工作流体传递至联产系统15的传热流体。一般而言，冷凝器430可以是诸如热交换器之类的装置，其被配置成将热能从一种流体或固体传递至另一种。如上所述，工作流体离开压缩机420并包含一定量的热能。该热能可以在联产系统15内的其他地方使用，例如加热封闭体500。更详细地，冷凝器430从工作流体吸收热能并将其传递至传热流体。结果，传热流体的温度升高，使得其可用于向封闭体500提供热量(例如空间或水加热)。另一方面，由于热能向传热流体的传递，工作流体的温度和压力降低。在示例性实施例中，冷凝器430是管壳式热交换器。在这样的实施例中，工作流体和传热流体可以通过屏障(例如壁、管道或面板)分开以防止流体混合。在其他实施例中，冷凝器430可以是板式或板壳式热交换器。根据本公开，许多其他冷凝器配置将是显而易见的。

在一个实施例中，热泵405还可包括减压阀440(也称为膨胀阀)以减小或降低工作流体的压力。一般而言，减压阀440可以是将流体的输入压力在其输出处减小到特定值从而调节流体流量的装置。如上所述，工作流体以大于大气压的压力离开冷凝器430。为了使工作流体为下一个运行周期做好准备，将降低热泵405内的工作流体的压力。工作流体可以流动或以其他方式通过减压阀440以减小其压力。另外，随着工作流体在移动通过减压阀440时膨胀，工作流体的温度也降低。

在具有蒸气压缩热泵的一个实施例中，热泵405还可以包括蒸发器450，该蒸发器使得工作流体能够吸收来自另一热能源或储存器的热能。广义上讲，蒸发器450可以是诸如热交换器之类的装置，其被配置成将热能从一种流体传递至另一种流体。在示例性实施例中，蒸发器450是管壳式热交换器，其被配置成将热能从联产系统15的传热流体传递至热泵405的工作流体。在这样的实施例中，工作流体和传热流体可以通过屏障(例如壁、管道或面板)分开以防止流体混合。在其他实施例中，蒸发器450可以是板式或板壳式热交换器。如上所述，在工作流体离开减压阀440时，其温度已经降低。为了提高其温度，工作流体可以流动或以其他方式移动通过蒸发器450。更详细地，蒸发器450从传热流体吸收热能并将其传递至工作流体。结果，工作流体的温度和压力增加。

热泵405也包括储热器，例如外部热交换器460，用以将热能从周围环境传递至传热流体。如前所述，热交换器可以是被配置成将热能从一种流体或气体传递至另一种流体或气体的装置。在示例性实施例中，联产系统15包括外部热交换器460，例如管壳式热交换器，其被配置成根据给定应用用作热源或散热器。热源是将热能传递至另一介质或装置的介质，而散热器则是从另一介质或装置吸收热能的介质。更详细地，储热器可以将热能从环境空气传递至传热流体，从而用作增加传热流体的温度的热源。在其他实施例中，热能可以经外部热交换器460从传热流体传递至环境空气。在这样的实施例中，热交换器460可以用作散热器，该散热器吸收来自传热流体的热能以传递和释放到环境空气中。由于散热器的缘故，传热流体的温度降低。另外，请注意，与具有多个室外热交换器的系统相比，单个或常见的热交换器配置既降低了制造/安装成本，又降低了系统的复杂性。在其他实施例中，热交换器460可以是板式或板壳式热交换器。在这样的实施例中，外部热交换器460可以使用低压传热流体来运行。在其他实施例中，联产系统15可以包括多于一个储热器，这取决于给定的应用。在一些其他实施例中，储热器可以是地热系统或与地热系统集成，以将热能传递至地下或从地下传递热能。在运行中，传热流体以低于周围环境的环境空气温度的温度离开蒸发器450。传热流体然后可以流经热交换器460，在其中它从环境空气吸收热能。结果，传热流体的温度升高，从而允许传热流体在下一个循环向蒸发器450处的热泵405的工作流体供应热能，如本文先前所述。

在一些实施例中，热泵405可以被配置成在没有室外热交换器的情况下从周围环境接收热能。在这种情况下，与热泵405流体连通的一根或多根导管可以被安装在环境中，使得导管与环境中存在的储热器(例如埋在地下或在水体中)接触。来自储热器的热能(例如地热能)被传递至导管，并且低温传热流体在其中移动以增加流体的温度。高温传热流体可以经由一根或多根导管回流以使热泵405运行。根据本公开，将热能传递至用于运行热泵的传热流体的多种其他方式将是显而易见的。

封闭体

如上所述，在一个实施例中，联产系统15还包括封闭体500，其中可以提供由热机105和热泵405产生的热能和电能，以用于提供加热、冷却和/或电能。可以在图3中看出，封闭体500可以包括阀装置510(包括但不限于歧管)、内部热交换器520、储热系统530、电源板540、电网仪表550、电网隔离开关560、控制面板570、蓄电能系统580和/或太阳能面板590。该阀装置510可被配置成选择性地联接至一根或多根导管200以接收从热机105或热泵405(或两者)流动的传热流体。通常，阀装置510可以是诸如阀块之类的一个装置，也可以是诸如一组单独的阀之类的一组装置，其导引或以其他方式引导传热流体在整个联产系统15中流动。如图3所示，阀装置510联接至一根或多根导管200，导管200形成用于将传热流体移动通过整个联产系统15的管道系统。更详细地，如本文将进一步描述的那样，阀装置510可被配置成在接收到传热流体时，选择性地将传热流体(例如通过使流体的流动转向或以其他方式引导流体的流动)传递至联产系统的一个或多个部件。在一个实施例中，阀装置510创建单独的管道系统，该系统将来自热机105和热泵405的传热流体与来自其他系统导管的分开。从热机105或热泵405(或两者)接收的传热流体可在至其他联产系统部件的至少一个方向(例如在供应方向)上离开阀装置510。类似地，来自其他联产系统部件的传热流体可以沿至少一个其他方向(例如沿返回方向)离开阀装置510到达热机105或热泵405(或两者)以重复加热或冷却循环，具体取决于给定的应用。不管阀装置510配置如何，其都引导传热流体在联产系统15的各个部件之间运动。

封闭体500可包括一个或多个内部热交换器，以向封闭体提供加热或冷却。在一个说明性实施例中，封闭体包括位于封闭体500内或附近的内部热交换器520A和520B(统称为520)，以向其提供加热或冷却。如本文先前所述，热交换器通常可以是例如将热能从一种流体传递至另一种流体的装置。可以看出，热交换器520连接至一根或多根导管200，以经由阀装置510在热交换器520与热机105或热泵405(或两者)之间接收和传递传热流体。取决于给定的应用，热交换器520A(例如加热系统热交换器)可以使得从传热流体吸收热能并传递至封闭体500内的周围环境以加热封闭体。在这种情况下，传热流体的温度可以高于封闭体500的环境空气温度，因为传热流体已经从热机105或热泵405(或两者)接收到热能。因此，联产系统15正在运行以加热封闭体500。在其他应用中，传热流体可从封闭体500内的环境空气吸收热能。在这样的应用中，如在此之前进一步描述的那样，传热流体的温度可以低于封闭体500的环境空气温度，因为通过热交换器520B(例如冷却系统热交换器)移动的传热流体已经传递了其一些热能至热泵405的工作流体。对于这样的应用，联产系统15正在运行以冷却封闭体500。在一个实施例中，热交换器520A可以是用于封闭体500的现有加热系统的一部分，并且可以将联产系统改型为现有加热系统。同样，在一个实施例中，热交换器520B可以是用于封闭体的现有冷却系统的一部分，并且可以将联产系统改型为现有冷却系统。在另一个实施例中，热交换器520A、520B中的一个或两个可以是联产系统的部件，并且联产系统还可以包括用于封闭体的加热系统和/或冷却系统。

在一个实施例中，阀装置510被配置成在各运行模式之间切换以便加热或冷却封闭体500的至少一部分，而有效的相对的运行模式同时冷却或加热封闭体500的另一部分或部件或该联产系统的另一部件。作为非限制性实施例，联产系统可以加热封闭体500，同时冷却封闭体500内的一池液体，反之亦然。作为另一个非限制性示例，例如在寒冷的天气中，阀装置510的第一运行模式可以引导联产系统通过热交换器520A加热封闭体500，该热交换器520A被配置成使能够从该第一导管200A和/或第二导管200E的第一传热流体吸收热能并将其传递到封闭体500以加热封闭体500。该阀装置510的第一运行模式可以同时引导联产系统使用诸如外部热交换器460之类的储热器作为热源，使得温度低于环境空气的温度的来自第三导管200F的第二传热流体从外部热交换器460吸收热能，以增加第二传热流体的温度。阀装置510可以在第一运行模式和与第一运行模式相对的第二运行模式之间切换。作为示例而非限制，例如在炎热的日子，阀装置510的第二运行模式可引导联产系统通过热交换器520B冷却封闭体500，该热交换器520B被配置成使得能够从封闭体500吸收热能并将其传递到第三导管200F的第二传热流体以冷却封闭体500。该阀装置510的第二运行模式可以同时引导联产系统使用外部热交换器460作为散热器，并且温度高于环境空气的温度的第一传热流体可以被外部热交换器460吸收以降低第一传热流体的温度。

封闭体500还包括位于封闭体500内或附近的储热系统530。从一般意义上讲，在一个实施例中，储热系统530是其中存储有热能并且供以后使用的装置(或装置的组合)。可以看出，储热装置530可以连接至多根导管200，以使传热流体移动到装置530以及从装置530移动至联产系统15的其他部件。如将在本文中进一步描述的那样，取决于给定的应用，储热系统530可以容纳或以其他方式包含低温或高温传热流体，以用于向封闭体供应冷却或加热。因此，如将在本文中进一步详细描述的那样，储热系统530可以用作热源或散热器。如上所述，热源是将热能传递至另一个的介质或装置。另一方面，散热器从另一种介质或装置吸收热能。在一个示例性实施例中，储热系统530是流体储箱(例如热水储箱)，其包括布置在其中的热交换器(例如储热系统热交换器)。当传热流体通过热交换器时，要么将热能传递至储箱内的流体以加热流体(例如加热水)，要么从储箱内的流体吸收热能以加热传热流体，具体取决于给定的应用。结果，储箱中的流体被传热流体通过热交换器的流动加热或冷却。在其他实施例中，储热系统530可以是相变材料。根据本公开，许多其他储热系统配置将是显而易见的。储热系统530可以包括一个或多个热交换器。作为非限制性的第一实施例，储热系统530可以包括储热式热交换器，其被配置成存储用于储热系统530的加热或冷却介质。作为非限制性的第二实施例，储热系统530可以包括生活用水供应热交换器，该生活用水供应热交换器被配置成加热或冷却生活用水，例如用于封闭体500中的淋浴。作为非限制性第的三实施例，储热系统530可以包括两个热交换器，一个是储热式热交换器，另一个是生活供水热交换器。

封闭体500还包括配电板540、电网计量表550和电网隔离装置560。如本文先前所述，封闭体500可以经由传输和配电线网络(也称为电网)从电力供应商接收电能，以满足其电能需求。在一般意义上，诸如家庭或办公楼之类的封闭体500可以包括电网计量表550，用以将电能从电网传递到封闭体500的配电板540。配电板540被配置成将接收到的电能分配到整个封闭体500中的各个位置，以运行在其中的电器。然而，在一些实施例中，联产系统15可以被配置成向封闭体500供应电能，而不是使用从电网接收的电能。在这种情况下，封闭体500可与电网断开连接或以其他方式隔离，以避免将电能传输至电网，从而对其造成损坏。因此，为了避免对电网造成损坏，封闭体500还可以包括一种电网隔离装置560。电网隔离装置560通常可以是断开或以其他方式破坏配电板540与电表550之间的电连接的装置。此外，当电网运行不正常时，电网隔离装置还可以用于将封闭体与电网电隔离。在示例性实施例中，电网隔离装置560可以是可以物理运行以将封闭体500与电网电隔离的开关。在其他实施例中，电网隔离装置可以是电断开装置或电子开关机构。

在一个实施例中，封闭体500还可以包括用于运行联产系统部件的控制面板570，用以管理电能和热能的传递以满足封闭体500的需求。在示例性实施例中，控制面板570可以是用于运行联产系统15并监视其性能的硬件、软件或固件的组合。如图3所示，控制面板570连接至一根或多根电缆300，用以将面板570可操作地联接至联产系统15的各部件。更详细地，控制面板570可以生成并传输电信号以控制或以其他方式运行系统部件，例如热机105或热泵405。控制面板570可包括用于经由有线或无线网络(例如局域网或因特网)接收或发送信息的收发器(例如路由器或蜂窝通信装置)。例如，在一个实施例中，控制面板570可以实时地从电能供应商接收电价，并且继而确定如何运行联产系统15以最有效地和高效地满足封闭体500的电需求。另外，控制面板还可以包括图形用户界面，以允许在系统的安装或运行期间对其进行配置或以其他方式使用。根据本公开，许多其他控制面板构造将是显而易见的。

如图3所示，在一个实施例中，封闭体500还可以包括蓄电能系统580。广义上讲，蓄电能系统580是这样一种装置(或装置的组合)，在其中存储或维持电能并使其可用于将来使用，例如在离网使用中用以启动联产系统和/或满足需求波动可以使热机以相对恒定的输出功率运行。可以看出，联产系统15可以包括一个或多个蓄电能系统580，其经由电缆300电连接至系统15的其他装置。在运行中，联产系统15可以被配置成例如从发电机170或太阳能面板590向蓄电能系统580传输电能，该蓄电能系统580可以存储电能以提供备用电能源。然后，取决于特定的应用，可以将电能从蓄电能系统580传递至一个或多个联产系统部件，例如电动机410，以使热泵405运行或向配电板540供应电能。来自蓄电能系统580的电能可以在许多情况下使用，包括例如当从电网无法获得电能时(例如停电)或当电网供应的电能成本高时(例如在需求高峰期)。

如图3所示的实施例中所示，封闭体500还可以包括一个或多个太阳能板590，其为源提供可再生电能。在一般意义上，请注意，太阳能电池板是被配置成吸收或以其他方式从外部能源(例如太阳)吸收能量(例如光线形式的辐射)并将其转换为热量或电能的装置。可以看出，太阳能面板590可以经由电缆300连接至一个或多个其他联产系统部件，例如，连接至蓄电能系统580。在一些其他实施例中，太阳能面板还可以与一根或多根导管200对接以将热能传递给流过其中的流体。在示例性实施例中，太阳能面板是包括光伏太阳能电池的光伏模块。

图4是根据本公开的另一个实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15包括闭环布雷顿循环热机105，该热机经由导管200A和200E串联地联接至蒸气压缩热泵405。图5是根据本公开的另一个实施例的联产系统的示意图，该联产系统包括经由导管200A和200E串联地联接至布雷顿循环热的蒸气压缩热泵。在某些应用中，联产系统15可以被配置成将传热流体从热泵405移动到热机105(反之亦然)，而不是分别移动到每个部件(如图2所示)，其中导管200处于并行配置。

使传热流体移动通过串联地配置的导管200具有一些优点。例如，由于管道系统包括更少的部件(例如更少的导管段和阀)，所以串联配置不如平行导管配置复杂。另外，串联配置可以使用较不复杂的部件，例如泵或阀，它们更易于运行和配置。在图4所示的示例性实施例中，离开阀装置510的传热流体可沿导管200移动(如箭头所示)并通过冷凝器430，以从热泵405的工作流体吸收热能。传热流体然后可以继续沿着导管200E移动到热机105的热交换器140。在热交换器140处，传热流体可以从热机105的工作流体吸收热能。在从热机105接收到热能时，传热流体可以经由导管200A移回到阀装置510，在其中可以将传热流体分配到联产系统的其他部件。在一些其他实施例中，联产系统15被构造并布置成沿与图4所示方向相反的方向移动传热流体。例如，如图5所示，传热流体可以从热机105移动到热泵405(如箭头所示)，以便它可以在分配给其他系统部件之前吸收热能。根据本公开，许多其他的联产系统构造将是显而易见的。

示例性系统运行应用

可以运行本公开的联产系统以向封闭体500提供一项或多项服务。诸如空间加热和/或冷却、水加热以及热能和电能产生之类的服务可以通过热机、热泵或其组合的运行来供应或以其他方式提供给封闭体500。在一个示例性实施例中，联产系统15可以被配置成基于许多因素来确定是运行热机105还是热泵405(或两者)。可以单独考虑或统一考虑诸如电能从能量供应商的可用性、电能和燃料(例如化石燃料或可再生化学燃料)的市场价格、周围环境的温度、备用能源(例如来自热能或蓄电能系统)或封闭体500的服务需求之类的因素以确定运行联产系统部件的方式。

图6是根据本公开的实施例的配置成向封闭体500供应空间加热的联产系统15的示意图。如本文先前所述，热机105可以产生热能和电能。在该应用中，联产系统15可以运行热机105(如阴影线所示)以通过传热流体向封闭体500供应或以其他方式提供加热。可以看出，在不运行热泵405的情况下完成了热机105的运行。在许多情况下，仅运行热机105以产生热能可能是优选的。在一种这样的情况下，由热机产生(热电联产)的热量满足本地供电时就足以满足热负荷。其他情况可能包括并网情况，此时系统可能会产生可以被输出到电网的电能，同时产生至少足够的热量来满足热负荷。结果，联产系统15可以被配置成在最实际的情况下运行热机105本身(如阴影和箭头所示)。在图6所示的应用中，传热流体移动通过热交换器140，以从热机105的工作流体中吸收热能。可以看出，高温传热流体(如实心阴影所示)经由附接到热机105的导管200A(即第一导管)从热机105移动到阀装置510。在阀装置510处，高温传热流体可被引导至多个联产系统部件。在这种情况下，阀装置510将高温传热流体经由导管200B引导至内部热交换器520A。一旦到达热交换器520A，封闭体500的环境空气就从传热流体中吸收热能(如本文先前所述)以加热封闭体500。在离开热交换器520A时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z字形线的阴影所示)。温度降低了的传热流体经由导管200C移动或以其他方式流回到阀装置510和热交换器140，以重复加热循环。可以看出，除了热能之外，热机105还通过运行发电机170来发电(如黑色实线所示)。可以向任何数量的联产系统部件供应电能。在这种情况下，电能经由电缆300传递到控制面板570、蓄电能系统580和电力面板540。在其他情况下，所产生的电能可以经由与电网的电连接提供给一个或多个能量供应商。

图7是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热机105向封闭体500供应水加热。可以看出，联产系统15可以运行热机105(如阴影和箭头所示)，而无需运行热泵405向封闭体500供应或以其他方式提供水加热。一般而言，水加热可用于多种目的，例如家用热水使用或热水存储。如前所述，传热流体可以吸收来自热交换器140的热能，并且它经由导管200A(第一导管)向阀装置510移动。在阀装置510处，高温传热流体(如实心阴影所示)可以经由导管200D被引导至储热系统530(例如热水箱)。一旦到达储热系统530，布置在储热系统530中的流体例如经由布置在一箱中的热交换器从高温传热流体吸收热能。结果，储热系统530中的流体的温度升高，从而在其中存储热能。这种存储的热能可以维持一段时间(例如数周或数月)，而几乎没有或根本没有进一步的热输入。如将在本文中进一步描述的那样，一旦存储在储热系统530中，该热能就可用于向其他联产系统部件供应能量。在离开储热系统530时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z字形线的阴影所示)。温度降低了的传热流体可以经由导管200C移动或以其他方式流回到阀装置510和热交换器140，以重复加热循环。可以看出，热机105还产生电能，该电能可以用于运行联产系统部件或可以出售给能量供应商，如本文先前所述。

图8是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热机105向封闭体500供应空间加热和水加热。可以看出，联产系统15只能运行热机105(如阴影和箭头所示)，以向封闭体500提供空间和水加热。在该实施例中，在这种情况下，例如，高温传热流体(如实心阴影所示)可以经由导管200A(第一导管)从热机105的热交换器140移动到阀装置510。在阀装置510处，高温传热流体可以经由导管200B被引导至热交换器520A，并且经由导管200D被引导至储热系统530(例如热水箱)，如本文先前所述。在示例性实施例中，阀装置510可以同时将高温传热流体引导至热交换器520A和储热系统530两者，从而加热封闭体500并同时存储热能。在其他实施例中，阀装置510可将高温传热流体首先引导至一个部件，然后引导至另一部件。例如，在一个实施例中，联产系统15可以配置成在存储热能之前优先考虑对空间加热的需求。在这种情况下，阀装置510可以将所有高温传热流体引导至热交换器520A，直到在封闭体500内达到期望的温度(例如20摄氏度(℃))。在其他情况下，阀装置510可以改变流到每个部件的高温传热流体的量(例如75％流到热交换器520A，而25％流到储热系统530)。当储热系统仅需要有限的输入时(例如当储热系统的流体的温度与传热流体几乎相同时)，可能需要这种情况。不管其特定的顺序或运行方式如何，联产系统15都可以使用热机105来加热封闭体500并存储热能，以供系统15后续使用，如本文先前所述。在离开热交换器520A和储热系统530时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z字形线的阴影所示)。温度降低了的传热流体可以经由导管200C返回到阀装置510，以重复空间加热和热能存储循环。可以看出，热机105还产生电能，该电能可以用于运行联产系统部件，或者可以通过电网出售给能源购买者，如本文先前所述。

图9是根据本公开的实施例的联产系统的示意图，该联产系统被配置成使用热机105向封闭体500供应电能。在该示例性应用中，因为热泵405不产生电能，所以仅为了产生电能而运行热机105(如阴影和箭头所示)。相反，诸如热泵405之类的热泵消耗电能以产生加热和冷却，如将在本文中进一步描述的。该联产系统15可以在许多情况下以这种方式运行。例如，在一种情况下，封闭体500可能需要电能，而不需要加热或冷却。结果，联产系统15可以被配置成仅运行热机105，因为对于封闭体500没有未满足或不满意的热能需求(例如没有加热或冷却需求并且储热系统处于或几乎处于满负荷容量)。在其他情况下，联产系统15可以被配置成确定供应电能的最节省成本的方式。例如，如果在电能的市场价格高时(例如高峰时段，诸如清晨时段)发生电能需求，则联产系统15可以运行热机105以产生电能，而不是从电网购买电能。可以看出，在这种情况下，高温传热流体(如实心阴影所示)可以经由导管200A从热交换器140移动或以其他方式流动到阀装置510。高温传热流体可从阀装置510经由导管200E移动到外部热交换器460。一旦到达热交换器460，周围环境的环境空气就从传热流体吸收热能，从而使联产系统15能够处置该系统不需要的热能。在离开热交换器460时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z字形线的阴影所示)。温度降低了的传热流体可以经由导管200C移动或以其他方式流回阀装置510，以重复该循环来冷却热机105。如本文先前所述，由热机105产生的电能可以用于运行联产系统部件或可以出售给能量供应商。

图10是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405向封闭体500供应空间加热。可以看出，联产系统15只能运行热泵405(如阴影和箭头所示)以加热到封闭体500。在许多情况下，仅运行热泵405以产生热能可能是优选的。在这样的一种情况下，运行热机105的成本(例如燃料价格)可能使发动机105的运行比从能量供应商处购买电能更昂贵。在另一些情况下，对封闭体的加热需求可能较高，而对电能的需求较低(例如在傍晚和清晨时，封闭体500中几乎没有活动发生)。其他情况可能包括以下情况：电网电能价格相对较低，或者现场太阳能有剩余电能可用。结果，联产系统15可以被配置成在最实际的情况下使用来自电网的电能来运行热泵405本身。在图10所示的应用中，传热流体移动通过热泵405的冷凝器430，以从热泵405的工作流体中吸收热能。可以看出，高温传热流体(如实心阴影所示)经由导管200E和200A从热泵405移至阀装置510。高温传热流体可从阀装置510经由导管200B移动到内部热交换器520A。一旦到达热交换器520A，封闭体500的环境空气就从传热流体吸收热能(如本文先前所述)以加热封闭体500。在离开热交换器520A时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z字形线的阴影所示)。温度降低了的传热流体可以经由导管200C移回到冷凝器430，以重复加热循环。

当导管200E中的传热流体从热泵405的工作流体吸收热能时，工作流体也从导管200F中的传热流体吸收热能。可以看出，在移动通过减压阀440时，工作流体的温度已经降低。为了提高其温度，从而使工作流体准备好进入压缩机420，工作流体可以移动通过蒸发器450。在蒸发器450处，低温工作流体从高温传热流体吸收热能，从而升高工作流体的温度。另外，降低了导管200F中的传热流体的温度。在离开蒸发器450之后，低温传热流体(如阴影线所示)可以经由导管200H从热泵405移动到阀装置510。低温传热流体可从阀装置510经由导管200G移动到外部热交换器460。一旦到达热交换器460处，传热流体就从周围的环境空气吸收热能以增加流体的温度。在离开热交换器460时，传热流体处于升高了的温度下(如更重的阴影所示)。高温升高了的传热流体经由导管200F移回到蒸发器450以重复该循环。

图11是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405向封闭体500供应水加热。在示例性应用中，联产系统15可以仅运行热泵405(如阴影和箭头所示)，以向封闭体500提供水加热。在图11所示的应用中，传热流体经由热泵405的冷凝器430从工作流体吸收热能。可以看出，高温传热流体(如实心阴影所示)经由导管200E和200A从热泵405移至阀装置510。高温升高了的传热流体从阀装置经由导管200D移动到储热系统530(例如热水箱)。一旦到达储热系统530，布置在储热系统530中的流体例如经由布置在一箱中的热交换器从高温传热流体吸收热能，如本文先前所述。在离开储热系统530时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z字形线的阴影所示)。温度降低了的传热流体可以经由导管200C移回到热泵405的冷凝器430，以重复水加热循环。还示出了附接到蒸发器450的导管200F，该导管200F被配置成向联产系统部件供应低温传热流体，以使热泵405如上文关于图10所描述的那样运行。

图12是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405向封闭体500供应空间加热和水加热。可以看出，联产系统15可以使热泵405运行(如阴影和箭头所示)而无需运行热机105(如无阴影和箭头所示)以向封闭体500提供空间加热和水加热。可以看出，在这种情况下，高温传热流体(如实心阴影所示)经由导管200E和200A从冷凝器430移动到阀装置510。高温升高了的传热流体从阀装置510经由导管200B移动到热交换器520A，并经由导管200D移动到储热系统530(例如热水箱)。热泵405可以以多种方式来供应空间和水加热，例如本文先前已描述那样同时地、单独地(例如供应空间加热就不供应水加热，反之亦然)或成比例地(将75％的传热流体用于空间加热，而将25％的传热流体用于水加热，反之亦然)供应。在离开热交换器520A和储热系统530时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z字形线的阴影所示)。温度降低了的传热流体经由导管200C移回到冷凝器430，以重复空间和水加热循环。还示出了导管200F，该导管将低温传热流体供应给联产系统部件以使热泵405如先前相对于图10和图11先前所描述那样运行。

图13是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405向封闭体500供应空间冷却。如本文先前所述，热泵405还可以向封闭体500提供空间冷却。在该应用中，联产系统15可以使热泵405运行(如阴影和箭头所示)以通过传热流体向封闭体500供应或以其他方式提供空间冷却。注意，由于上述原因，可以在不运行热机105的情况下通过热泵405冷却封闭体500。结果，联产系统15可以被配置成在最实际的情况下使用来自电网的电能来运行热泵405本身。在图13所示的应用中，热泵405的工作流体从流经蒸发器450的传热流体吸收热能。结果，传热流体的温度降低(如阴影点阴影所示)。在离开蒸发器450时，低温传热流体可以经由导管200F从热泵405移动或以其他方式流动至阀装置510。低温传热流体可从阀装置510经由导管2001移动到内部热交换器520B。一旦到达热交换器520B，传热流体就从封闭体500的环境空气吸收热能，从而冷却封闭体500。在离开热交换器520B时，传热流体处于升高了的温度(如阴影更重的阴影所示)。高温升高了的传热流体经由导管200H移回到蒸发器450，以重复冷却循环。

在工作流体从导管200F中的传热流体吸收热能以向封闭体提供冷却的同时，导管200E中的传热流体从热泵405的工作流体吸收热能。可以看出，在这种情况下，高温传热流体(如实心阴影所示)经由导管200E和200A从冷凝器430移动到阀装置510。高温传热流体可从阀装置510经由导管200G移动到外部热交换器460。一旦到达热交换器460，周围环境的环境空气就从传热流体吸收热能，从而使联产系统15能够处置该系统不需要的热能。在离开热交换器460时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z形线阴影所示)。温度降低了的传热流体可以经由导管200H移回到冷凝器430，以重复该循环来处置由热泵405产生的热能。

图14是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405向封闭体500供应水加热和空间冷却。除了如图13所示那样将在冷却循环期间由热泵405产生的热能传递至环境之外，联产系统15可以配置成以多种方式来回收该能量。例如，在一个说明性实施例中，联产系统15可以回收或以其他方式捕获由热泵405产生的热能并将其存储以供以后使用。可以看出，如先前关于图13所述，热泵405可以从移动通过第三导管200F的传热流体吸收热能以冷却封闭体500。另外，联产系统15可以存储由热泵405产生的热能，因为其向封闭体500提供空间冷却。如图所示，高温传热流体(如实心阴影所示)经由导管200E和200A从冷凝器430移动至阀装置510。高温传热流体可从阀装置510经由导管200D移动到储热系统530(例如热水箱)。一旦到达储热系统530，布置在储热系统530中的流体就如本文先前所述那样，例如经由布置在一箱中的热交换器从高温传热流体吸收热能。在离开储热系统530时，传热流体处于降低了的温度(如通过Z字形线的阴影所示)。温度降低了的传热流体可以经由导管200C移回到冷凝器430，以重复热存储循环。注意，在一些实施例中，热能可以由联产系统15存储，而同时将热能提供给封闭体500。虽然在其他实施例中，联产系统15可以向封闭体500提供冷却，并且根据需要间歇地或周期性地存储热能(例如保持阈值水平或容量)。例如，一旦系统530处于期望的热能水平，阀装置510就可以首先将高温传热流体引导至储热系统530，然后引导至外部热交换器460。因此，在一些实施例中，储热系统可以周期性地接收热能以将存储在储热系统中的热能的量维持在阈值水平以上。一个阈值水平可以是可以存储在储热系统539中以使联产系统15运行一段时间(例如6小时、12小时、一天或几天)的最小能量。根据本公开，多种储热构造将是显而易见的。

图15是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405除去诸如外部热交换器460之类的储热器上的冰。在某些条件下(例如热泵以高性能系数运行的寒冷天)，冰可能会形成在外部热交换器460上，从而阻止热交换器460正常运行。先前的系统要求将不希望的冷却提供给封闭体500和/或对部件进行物理改变(例如增加或更换阀)以移除热交换器或除去热交换器上的冰。这种不希望的冷却会令人不愉快，否则会给封闭体中的个人带来不适(例如在冬天冷却封闭体)。另外，在物理上改变或向系统添加部件是费时的，因此不方便并且常常导致系统运行的延迟。本公开的联产系统不限于此。在一个说明性实施例中，联产系统15可以被配置成防止过多的冰积聚或以除去外部热交换器460上的冰，而不用冷却封闭体500或改变部件。在示例性应用中，热泵405可以自己运行(即不用热机105)以加热外部热交换器460，从而防止冰或融化的冰存在于热交换器上。在这样的应用中，储热系统530可以提供热能来运行热泵405，而不是外部热交换器460。更详细地，如图15中所示，热泵405的工作流体从流经蒸发器450的传热流体吸收热能，如本文先前所述。结果，传热流体的温度降低了(如阴影点所示)。在离开蒸发器450时，低温传热流体可以经由导管200F从热泵405移动到阀装置510。低温传热流体可从阀装置510经由导管200K移动到储热系统530。一旦到达储热系统530，传热流体就从其中的流体吸收热能。在离开储热系统530时，传热流体处于升高了的温度下(如阴影更重的阴影所示)。高温升高了的传热流体经由导管200H移回到蒸发器450，以使热泵405运行。

在工作流体也从导管200F中的传热流体吸收热能的同时，导管200E中的传热流体从热泵405的工作流体吸收热能以升高其温度。然后可以将高温传热流体供应到外部热交换器460以加热热交换器460或除去热交换器460上的冰。更详细地，如图15的实施例中所示，高温传热流体(如实心阴影所示)经由导管200E和200A从冷凝器430移动到阀装置510。高温传热流体可从阀装置510经由导管200G移动到外部热交换器460。一旦到达热交换器460，周围环境的环境空气就从传热流体吸收热能，从而使形成在热交换器上的冰融化。在离开热交换器460时，传热流体处于降低了的温度下(如用Z形线阴影所示)，并经由导管200H移动至冷凝器430以重复除冰循环。

图16是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405和储热系统530向封闭体500供应空间加热。在一些实施例中，联产系统15可以被配置成将储热系统530用作高温储存器，而不利用外部热交换器460。当周围环境的环境空气的温度降低时，这种配置可能是优选的。当周围环境的温度与传热流体大致相同从而几乎没有或根本没有热能从一个传递至另一个时，情况尤其如此。为了避免这种情况，联产系统15可以利用储热系统530的存储能量作为热源来运行热泵405。如上所述，热泵405的工作流体从如本文先前所述那样流经蒸发器450的传热流体吸收热能。结果，传热流体的温度降低了(如阴影点所示)。在离开蒸发器450时，低温传热流体可以经由导管200F从热泵405移动到阀装置510。低温传热流体可从阀装置510经由导管200K移动到储热系统530。一旦到达储热系统530，传热流体就从其中的流体吸收热能。在离开储热系统530时，传热流体处于升高了的温度下(如阴影更重的阴影所示)。高温升高了的传热流体经由导管200H移回到蒸发器450，以使热泵405运行。另外，导管200E中的传热流体从热泵405的工作流体吸收热能，并被传递至内部热交换器520A以加热封闭体，如本文先前所述。

图17是根据本公开的一个实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405、热机105和储热器(外部热交换器460)向封闭体500供应空间加热。

图18是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405和热机105向封闭体500供应水加热。

图19是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405和热机105向封闭体500供应空间和水加热。

如图17-19所示，联产系统15在某些情况下可以同时运行热机105和热泵405来加热封闭体500。在许多情况下，联产系统可以同时运行热机105和热泵405。在一种这样的情况下，例如，对封闭体500的加热需求可能超过热机105本身的热输出。在其他情况下，使用由热机105产生的电能而不是来自电网的电能(例如在能量消耗的高峰时间)可能更具成本效益。或在其他情况下，电能供应商可能无法通过电网提供电能(例如电力供应商将封闭体与电网断开连接或在停电期间)。

在示例性实施例中，如图17-19所示，热机105可以产生热能和电能，如本文先前所述。由热机105产生的一部分电能可以用于运行热泵。电能的剩余部分可用于为封闭体500的电气部件(例如电力面板540和控制面板570)供应电能或由蓄电能系统580存储以备将来使用。可以看出，导管200A(即第一导管)和200E(即第二导管)内的传热流体各自从热机105和热泵405的工作流体吸收热能。如上所述，如图3和图4所示，高温传热流体可以串联或并联方式组合，从而使流体移动到内部热交换器520A中以加热封闭体500。另外，如本文先前所述，热泵405的工作流体也可以从与其他联产系统部件(例如外部热交换器460或储热系统530)连通的导管200F(即第三导管)中的传热流体吸收热能以运行热泵405。在一些其他应用中，也可以将组合的高温传热流体供应到储热系统530(如图18所示)以存储热能。在其他应用中，如图19所示，联产系统15可以将组合的高温传热流体移动到内部热交换器520A和储热系统530两者中，以完成对封闭体500的空间加热和水加热。如本文先前所述，联产系统15可以被配置成同时或一次一种地执行空间加热和水加热操作。在一些这样的情况下，在执行空间加热时，水加热可能仅周期性地发生。根据本公开，许多其他的联产系统应用将是显而易见的。

图20是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405和热机105向封闭体提供空间冷却。

图21是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405和热机105向封闭体提供水加热和空间冷却。

如图20和21所示的实施例中所示，联产系统15可以运行热机105和热泵405以冷却封闭体500，如上所述。在示例性实施例中，如图所示，热机105可以产生热能和电能，如本文先前所述。来自热机105的一些电能可以用于运行热泵405以向封闭体500提供冷却。可以看出，导管200A(第一导管)和200E(第二导管)内的传热流体分别从热机105和热泵405的工作流体吸收热能。高温传热流体可被组合以将不希望的热能从热机105和热泵405传递至外部热交换器460，在外部热交换器460处能量可被吸收到环境中，如本文先前所述。在一些其他应用中，如图21所示，也可以将组合的高温传热流体供应到储热系统530来存储由热机105和热泵405产生的热能，以供联产系统部件随后使用。另外，热泵405的工作流体还可以从与其他联产系统部件(例如内部热交换器520B)连通的导管200F(第三导管)中的传热流体吸收热能来如本文先前所述那样向封闭体500提供冷却。

图22是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405和热机105来除去诸如外部热交换器460之类的储热器上的冰。

图23是根据本公开的实施例的联产系统15的示意图，该联产系统15被配置成使用热泵405、热机105和储热系统530向封闭体500供应空间加热。

如图22和图23所示的实施例中所示，联产系统15可以被配置成利用储热系统530作为高温储存器，来代替外部热交换器460。当外部热交换器460在其上形成冰或者环境的空气温度如此之低以至于不利地影响热泵405的性能时，尤其如此。在示例性应用中，热泵405可以经由导管200F中的传热流体从储热系统530接收热能。可以看出，由热机105和热泵405产生的热能可以经由导管200A和200E内的高温传热流体传递至外部热交换器460。一旦接收到，高温传热流体就可以将热能传递至外部热交换器460，从而引起在其上形成的冰融化。类似地，联产系统15可将高温传热流体引导至内部热交换器520A以加热封闭体500，如图23所示。根据本公开，许多其他的联产系统应用将是显而易见的。

总结

本公开的一个示例性实施例提供了一种用于向封闭体提供加热、冷却和电能的联产系统，该联产系统包括：热机，其被配置成用于向封闭体加热和供应电能；热泵，其被配置用于加热和冷却封闭体；第一导管，其被联接至热机，其中第一导管填充有第一传热流体，并且第一导管被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至封闭体，使得热能从第一传热流体被传递到封闭体来向封闭体提供加热；第二导管，其被联接至热泵，其中第二导管填充有第一传热流体，并且第二导管被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至封闭体，使得热能从第一传热流体被传递到封闭体以向封闭体提供加热；以及第三导管，其联接至热泵，其中第三导管填充有第二传热流体，并且第三导管被构造并布置成将第二传热流体从热泵传递至封闭体，使得第二传热流体从封闭体吸收热能以向封闭体提供冷却；并且其中所述热泵被配置成同时向封闭体提供加热和冷却。

本公开的另一个示例性实施例提供了一种用于向封闭体提供加热和电能的联产系统，该联产系统包括：热机，其被配置成加热封闭体和向封闭体供应电能；以及热泵，被配置成加热封闭体；第一导管，其被联接至热机，其中所述第一导管填充有传热流体，并且所述第一导管被构造并布置成将所述传热流体从所述热机传递至所述封闭体，使得热能从传热流体传递至封闭体以向封闭体提供加热；以及第二导管，其联接至热泵和第一导管，其中第二导管填充有传热流体，并且所述第二导管被构造并布置成将传热流体从热泵传递至封闭体，使得热能量从传热流体传递至封闭体来向封闭体提供加热；并且其中第一导管和第二导管流体地联接，使得第一导管中的传热流体与第二导管中的传热流体相同。

本公开的另一个示例性实施例提供了一种用于向封闭体提供加热和电能的联产系统，该联产系统包括：热机，其被配置成对封闭体产生加热和电能；热泵，其被配置成对封闭体产生加热；储热器，其被构造并布置成将热能从封闭体外部的区域传递至热泵；储热系统，其与封闭体相关联并且包括储热系统热交换器；第一导管，其被联接至热机，其中第一导管填充有第一传热流体，并且第一导管被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至储热系统热交换器，使得热能从第一传热流体传递至储热系统；以及第二导管，其被联接至热泵，其中第二导管填充有第一传热流体，并且第二导管被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至储热系统热交换器，使得热能从第一传热流体传递至储热系统；并且其中第一导管和第二导管流体地联接至储热系统热交换器，使得来自第一导管和第二导管的第一传热流体被传递至储热系统热交换器以将热能存储在储热系统内。

本公开的另一个示例性实施例提供了一种用于向封闭体提供加热、冷却和电能的联产系统，该联产系统包括：热机，其被配置成对封闭体产生加热和电能；热泵，其被配置成对封闭体产生加热和冷却；第一导管，其被联接至热机，其中第一导管填充有第一传热流体，并且第一导管被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至封闭体，使得热能从第一传热流体传递到封闭体以向封闭体提供加热；第二导管，其被联接至热泵，其中第二导管填充有第一传热流体，并且第二导管被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至封闭体，使得热能从第一传热流体传递到封闭体以向封闭体提供加热；第三导管，其被联接至热泵，其中所述第三导管填充有第二传热流体，并且第三导管被构造并布置成将第二传热流体从热泵传递至封闭体，使得第二传热流体从封闭体吸收热能以向封闭体提供冷却；阀装置，其被构造并布置成选择性地联接第一导管和第二导管以将第一传热流体传递至封闭体，以提供空间加热和水加热中的至少一种，并选择性地联接第三导管以传递第二传热流体到封闭体，以为热泵提供空间冷却和热能源中的至少一种。

本公开的另一个示例性实施例提供了一种用于向封闭体提供加热、冷却和电能的联产系统，该联产系统包括：热机，其被配置成加热封闭体并向封闭体提供电能；热泵，其被配置成用于封闭体的加热和冷却；第一导管，其被联接至热机，其中第一导管填充有第一传热流体，并且第一导管被构造并布置成将第一传热流体从热机传递至封闭体，使得传递热能从第一传热流体到封闭体以向封闭体提供加热；第二导管，其被联接至热泵，其中第二导管填充有第一传热流体，并且第二导管被构造并布置成将第一传热流体从热泵传递至封闭体，使得热能从第一传热流体传递到封闭体以向封闭体提供加热；以及第三导管，联接至所述热泵，其中所述第三导管填充有第二传热流体，并且所述第三导管被构造并布置成将所述第二传热流体从所述热泵传递至所述封闭体，使得第二传热流体从封闭体吸收热能以向封闭体提供冷却；并且其中热机被配置成供应电能以使热泵运行。

本公开的另一个示例性实施例提供了一种使用联产系统向封闭体提供加热、冷却和电能的方法，该方法包括：通过热机的运行来产生热能和电能；通过利用来自热机的电能的热泵的运行来提供热能；将热能从热机和热泵传递至第一传热流体；在加热系统热交换器处经由第一传热流体向封闭体提供空间加热和水加热中的至少一种，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的加热系统；并且经由第二传热流体通过热泵的运行向封闭体提供空间冷却，该第二传热流体在冷却系统热交换器处从封闭体吸收热能，该热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的冷却系统，其中在对封闭体进行空间冷却的同时向封闭体提供空间加热和水加热中至少之一。

本公开的另一个示例性实施例提供了一种使用联产系统向封闭体提供加热、冷却和电能的方法，该方法包括：通过热机的运行来产生热能和电能；通过热泵的运行来提供热能；将热能从热机和热泵传递至第一传热流体；使第一传热流体移动通过阀装置，该阀装置被构造并布置成将第一传热流体分配至一个或多个联产系统部件；在加热系统热交换器处经由第一传热流体向封闭体提供空间加热和水加热中的至少一种，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的加热系统；使第二传热流体移动通过阀装置，该阀装置被构造并布置成将第二传热流体分配至一个或多个联产系统部件，而第一传热流体不与第二传热流体接触；并且经由第二传热流体通过热泵的运行向封闭体提供空间冷却，该第二传热流体在被构造并布置成联接至与封闭体相关联的冷却系统的冷却系统热交换器处从封闭体吸收热能。

本公开的另一个示例性实施例提供了一种使用联产系统向封闭体提供加热、冷却和电能的方法，该方法包括：通过热机的运行来产生热能和电能；通过热泵的运行来提供热能；将热能从热机和热泵传递至第一传热流体；在加热系统热交换器处经由第一传热流体向封闭体提供空间加热和水加热中的至少一种，该加热系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的加热系统；并通过第一传热流体和第二传热流体中的至少一种向储热系统热交换器提供热能，该储热系统热交换器被构造并布置成联接至与封闭体相关联的储热系统。

本公开的又一示例性实施例提供了一种包括热机和热泵的联产系统，其可以被配置成仅提供加热(例如用于空间加热、水加热和/或过程加热)而不提供应电能输出。与其他发动机驱动的热泵中的现有技术不同，该联产系统可能会经历发电的中间阶段，所发电的100％将用于驱动热泵，因此没有电能输出。

为了说明和描述的目的，已经给出了本公开的实施例的前述描述。并不旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式。根据本公开，许多修改和变型都是可能的。本公开的范围不旨在由该详细描述限制，而是由所附权利要求书限制。

Claims (15)

1.一种用于向封闭体至少提供加热和电能的联产系统，该联产系统包括：

热机，其被配置为加热所述封闭体并向所述封闭体提供电能；

热泵，其被配置为加热所述封闭体；

第一导管，其被联接至所述热机，其中所述第一导管填充有第一传热流体，并且所述第一导管被构造并布置为将第一传热流体从所述热机传递至所述封闭体，使得热能从第一传热流体向所述封闭体传递以向所述封闭体提供加热；

第二导管，其被联接至所述热泵，其中所述第二导管填充有第一传热流体，并且所述第二导管被构造并布置为将第一传热流体从所述热泵传递至所述封闭体，使得热能从第一传热流体向所述封闭体传递以向所述封闭体提供加热；并且

其中所述第一导管和所述第二导管流体地联接并且被配置为在所述第一导管和所述第二导管之间以按比例方式和绝热方式中的至少一种方式来隔离所述第一传热流体。

2.根据权利要求1所述的联产系统，其中所述热机还包括热交换器，并且其中所述第一导管联接至所述热交换器以将热能从所述热机传递至所述封闭体，并且所述热机包括燃料燃烧发动机和闭环布雷顿循环热机中的一种。

3.根据权利要求1所述的联产系统，还包括：

加热系统热交换器，该加热系统热交换器被构造并布置为联接至与所述封闭体相关联的加热系统；并且

并且其中所述第一导管和所述第二导管流体地联接至所述加热系统热交换器，使得热能从第一传热流体向所述加热系统热交换器传递以向所述封闭体提供空间加热。

4.根据权利要求1所述的联产系统，还包括：

储热系统热交换器，所述储热系统热交换器被构造并布置为联接至与所述封闭体相关联的储热系统；

其中所述第一导管和所述第二导管流体地联接至储热系统热交换器，使得热能从第一传热流体向储热系统热交换器传递；并且

其中所述储热系统是热水储箱，并且其中所述第一导管和所述第二导管流体联接至所述储热系统热交换器以从第一传热流体向所述储热系统热交换器传递热能以对热水储箱中的水进行加热。

5.根据权利要求1所述的联产系统，所述热泵还被配置为用于冷却所述封闭体，所述联产系统还包括：

冷却系统热交换器，其被构造并布置为联接至与所述封闭体相关联的冷却系统；以及

第三导管，其联接至所述热泵，其中所述第三导管填充有第二传热流体，并且所述第三导管被构造并布置为将第二传热流体从所述热泵传递至所述封闭体，使得通过第二传热流体从所述封闭体吸收热能以向所述封闭体提供冷却；并且

其中所述第三导管流体联接至所述冷却系统热交换器，使得第二传热流体从所述封闭体吸收热能以向所述封闭体提供冷却，并且其中所述热泵被配置为向所述封闭体同时提供加热和冷却。

6.根据权利要求1所述的联产系统，其中所述封闭体是建筑物和机动车辆中的一者。

7.根据权利要求5所述的联产系统，还包括：

储热系统，其与所述封闭体相关联并且包括一个或多个热交换器；以及

储热器；

其中所述第三导管流体地联接至所述储热系统和储热器，以使第二传热流体从所述储热系统的所述一个或多个热交换器沿第一方向运动，以将热能供应到储热器以防止过多的冰积聚在储热器上，并且使第二传热流体从储热器沿与第一方向相反的第二方向运动，以将第二传热流体返回到所述储热系统的所述一个或多个热交换器。

8.根据权利要求7所述的联产系统，其中所述联产系统被构造并布置成作为用于机动车辆和所述封闭体中的一者的辅助动力单元。

9.根据权利要求1所述的联产系统，其中所述热泵为蒸气压缩热泵。

10.根据权利要求1所述的联产系统，其中所述第一传热流体和所述第二传热流体包含乙二醇。

11.根据权利要求1所述的联产系统，其中所述热机还包括发电机，并且所述热泵还包括电动机，其中所述发电机被构造并布置为选择性地向所述热泵的电动机提供电能。

12.根据权利要求1所述的联产系统，其具有以下特征之一：

所述热泵被构造并布置为在不需要所述热机运行的情况下向所述封闭体提供加热和冷却；

所述热机被构造并布置为在不需要所述热泵运行的情况下向所述封闭体提供加热和电能；以及

所述热机和所述热泵被构造并布置为同时运行，使得所述热机向所述封闭体的一个或多个部分提供加热和电能，并提供电能以运行所述热泵，并且所述热泵向所述封闭体的一个或多个部分提供加热和冷却。

13.根据权利要求5所述的联产系统，还包括：

阀装置，其被构造并布置为选择性地联接所述第一导管和所述第二导管，以将所述第一传热流体传递至所述封闭体，以提供空间加热和水加热中的至少一种，并且其被构造并布置为选择性地联接所述第三导管以将第二传热流体传递至所述封闭体，以提供空间冷却、水冷却和用于所述热泵的热能源中的至少一者。

14.根据权利要求13所述的联产系统，还包括：

加热系统热交换器，其被构造并布置为联接至与所述封闭体相关联的加热系统；

储热系统热交换器，所述储热系统热交换器被构造并布置为联接至与所述封闭体相关联的储热系统；并且

其中所述阀装置被构造并布置为选择性地将所述第一导管和所述第二导管联接至以下特征中的至少一者：

加热系统，以经由所述第一导管和所述第二导管中的至少一个将第一传热流体选择性地传递至所述加热系统热交换器，以提供空间加热，以及

储热系统，以经由所述第一导管和所述第二导管中的至少一个将第一传热流体选择性地传递至所述储热系统热交换器，以提供水加热。

15.根据权利要求14所述的联产系统，还包括：

冷却系统热交换器，所述冷却系统热交换器被构造并布置为联接至与所述封闭体相关联的冷却系统；

其中所述阀装置被构造并布置为将所述第三导管选择性地联接至以下特征中的至少一者：

冷却系统，以经由所述冷却系统热交换器将热能吸收到所述第三导管中的第二传热流体中，以提供空间冷却，以及

储热系统，以经由所述储热系统热交换器将热能吸收到所述第三导管中的第二传热流体中，以提供用于所述热泵的热能源和水冷却中的至少一者。

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