CN1127874A - 向用具供应热能的系统及其所用设备 - Google Patents

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Abstract

一种向用具供应热能的系统，其具有至少由一个热源加热的运载媒体，至少一个热源的输出管线连接到与其配合的至少一个分配器的入口上，该分配器包括多个出口，通往不同温度的热能用具的流体管线与之相连，通过分配器就能选定一个用具并把加热的运载媒体供应给该用具。

Description

向用具供应热能的系 统及其所用设备
本发明涉及一种向用具供应热能的系统，其运载媒体至少在一处热源被加热，本发明还涉及供这种系统用的分配装置和收集装置以及包括这些分配装置、收集装置和用于对供给用具的加热的运载媒体进行控制的设备。
为了向用具供应热能而使用诸如太阳能收集器、废热收集器、地下水库等环境能源收集器已然是公知的了，同时还知道为了获得适合热能用具需要的温度可用热力泵把某种温度低的热能提高到高温度的热能。
由于向用具提供热能涉及到许多方面的技术，而已知的各种系统远不能达到这些技术与组成系统的要求，因此这样的系统的普遍使用受到很大的限制。
例如，对于环境能源收集器特别是太阳能收集器来讲，在对它们供以足够低温度的运载媒体时效率最佳，因为只有如此大的温差才可为该环境能源收集器所利用，才能回收大量的热能。可是，必须注意的是大多数环境能源收集器的可获取的热量是随时间而变化的，从环境能源收集器中可取出的热能取决于例如该期间的户外温度，而该温度在夏季是比冬季高出许多的，而且照例是白天又高于夜间，由太阳能收集器所能回收的热能也取决于太阳与太阳能收集器的相对位置，也取决于气候。对于从生产工艺或工艺操作中回收余热一类的热收集器也有类似的技术状态，因为这些热量是与这些操作过程发生的时间有关的，这就出现了热收集器供热时间与用户需要热能的时间不能匹配的棘手问题，结果是一方面热收集器回收热能供应过度，另一方面则是热收集器不敷热量消费的需要。
还应该考虑的是运载媒体是由具有不同温度的不同的热收集器，例如太阳能收集器、环境能源收集器和热库同时输出的，因而必须使来自不同热源的运载媒体不混在一起，因为这意味着无论哪一运载媒体处于最高温度都将被冷却到一个较低的温度并伴有热能的附加损耗，相应的必须保证使来自不同热源的具有不同温度的运载媒体输送到被设定在这些温度值上的特定的热能用具去。
如果用热力泵把给定的温度提高到较高的温度时，为了能向要求高温热能的某些热能用具供应热能，还应考虑到热力泵的效率总是在供给在某些较窄温度值范围内的运载媒体时才处于最佳状态。此外，热力泵还需要保持连续工作一段相当长的时间，就是说至少一个小时；必须避免频繁地开闭热力泵，否则会大大缩短其寿命，另外的一个方面是其必须设计成具有最大的热力泵容量，使其就是在从环境能源收集器回收的热能供应量低的情况下也能适应对热能的需求。
要提及的另一方面是，在各类建筑中特别是宾馆、公寓楼、商业设施和工厂中，不仅需要热能而且需要供冷(negative heat en-ergy)。在一年中的寒冷季节特别在冬天，取暖需要热能；就是在整个一年中，为了对清洁用水、游泳池、室内空调等进行通常用途的加热也需要热能。在全年中，为作诸如食物储藏的冷冻系统冷却之用也需要冷源，由于这种系统照例是设置在建筑物的中心部位的，业已发现其在冬季对冷源的需求至少是和夏季的一样高，甚至更高，其原因是在冬天这些建筑是供暖的，其热能也到达冷冻室中。
因此，本发明的目的是提供一种向用具供应热能的系统，其具有至少由一个热源加热的运载媒体，考虑到了上述各个方面，从而可使该系统满足为其所形成的各种技术与组成系统的要求。按照本发明，其可以通过如下方式实现：至少一个热源的输出管线连接在与之相配的分配器的入口上，该分配器包括许多出口，通往不同温度的热能用具的流体管线与之相连；利用该分配器可以选定一个用具并把加热后的运载媒体输送至该用具。
该分配器应能保证由热源输出的运载媒体供至一个特定的用具或一组热能用具，为此，需要借助热源而输出的温度值精确。
最好，将需要不同温度的热能用具串联起来，从而可使运载媒体能依次地流过各用具，可以列举出散热器、洗碗机、洗衣机、衣物干燥机、热水加温器和地板加温系统作为加热的运载媒体流过其中的单独连接或最好是将它们串联的例子；在工作过程中，运载媒体向用具放出其热能并被冷却。
可列举的热源的例子为环境能源收集器，特别是太阳能收集器、废热收集器，热库，特别是地下水库等。若设置两个太阳能收集器，使它们分别对准不同的方向，则它们排出不同温度的运载媒体。由于每个这种热源都是分配给其各自的分配器的，通过各分配器，运载媒体被通向一个或一组用具，而且总是被调整到与之相关的收集器的运载媒体输出所具有的特定温度上，于是，就可把热能从运载媒体中提取出来。
此外，还可设置例如在内壁中、在其它地板中以及在外壁中的管线等的低温度热能用具，低温运载媒体引入其中，其结果是一方面对其中所含热能加以储存，另一方面进行绝热，就能实现室内的气候控制。另外，也可以设置至少一个储能库，例如地下水库。
最好，该系统包括另外一个热力泵式的热源，至少设置一个收集器用于供应热力泵，不同温度的一个用具或一组用具的回管连接到其入口上，其出口则连到热力泵的入口上。这就可以使其能顾及到热力泵只是在供应具有严格确定的温度值的运载媒体时才有最佳效率的性能。借助于收集器，从消耗热能的一个用具或用具组或许多用具或用具组之一来的特定回管可被选定，并具有供热力泵所需的温度的运载媒体，这些媒体被传送到热力泵。热力泵把运载媒体温度提高到可供至热能用具的所需值，通过与热力泵相连的分配器来实现运载媒体供给，并借助此分配器可以选定需要从热力泵供应热能的特定的用具。
在储能库中可进行过量热能的储存，当环境能源收集器输出的热能过小时，这些热能就可以被取出。
下面，通过附图中所示的各实施例来详细说明本发明的系统、分配器、收集器和设备。
图1是本发明系统的示意图；
图2是本发明装置的轴测图；
图3是本发明装置的轴测图，其中某些部件已被拆去。
按照本发明的系统包括两个分配器1、2，两个热源的输出管线10、20分别连接在它们的入口上，该热源可包括例如环境能源收集器，特别是太阳能收集器A、B，废热收集器，地下水库等。与各自的分配器1、2的出口相连的管线11-19＇和21-29＇被连接到用于不同温度的热能用具的流体管线71-79＇上。来自用具的回管71a-79a分别依次连接到下一个热能用具的流体管线上，于是就把回管71a连接到供第二热能用具使用的流体管线72上。
流体管线71-75通向五个从约80℃到约30℃的高温的一组热能用具，例如第一为散热器，第二为洗碗机、洗衣机、干燥机等机器，第三与第四为热水加温器，第五为地板加热器。流体管线76-79则通向从约25℃到20℃的低温的第二组热能用具，例如内壁管路、内侧地板、外壁和两个不同的地下水库。
另外，还设置第三分配器3和第四分配器4。热力泵8的回管80连接到第三分配器3的单个入口上，第三分配器3的输出管线31-34通向高温热能用具的流体管线71-74。来自冷冻系统9的管线90连接到第四分配器4的单个入口上，第四分配器的输出管线41-44与低温热能用具的流体管线77-79＇相连。
还设置两个收集器5、6，第一收集器5的输入管线51-54与两个分配器1、2的、通向高温热能用具的流体管线72-75的输出管线12-15和22-25相连，第一收集器5的单独输出管线50通向热力泵8。第二收集器6的输入管线61-65连接到通向低温用具的流体管线76-79＇的第一分配器1的管线16-19＇和第二分配器2的管线26-29＇上，单独输出管线60通向热力泵8。
热力泵8包括一个蒸发器81和一个冷凝器84；蒸发器的出口通过管线82与压缩机83相连。从收集器6到热力泵8的管线60包括一个混合器85，其通过管线86与三通阀87相通。泵89也位于从混合器85到蒸发器81的管线88上，冷冻系统9包括一个连接混合器85和三通阀87的冷却盘管91。
混合阀45位于从三通阀87到分配器4的管线90上，返回太阳能收集器A和B的管线10a、20a连接在其上。
还可以设置环境能源收集器或地下水库来取代第二太阳能收集器B。泵30设置在大多数的该管线中。
本系统的工作方式如下：将加热后的运载媒体经第一太阳能收集器A的输出管线10供至第一分配器1。按照此运载媒体的温度，经过输出管线11-19＇中的一个将此媒体供至随便哪个设定欲得到该温度的热能用具中。例如，若太阳能收集器A输出的运载媒体温度为约80℃，就通过分配器1经管线11将此媒体供应到用于诸如一组散热器的要求最高温度的用具的流体管线71。反之，若第一太阳收集器A输出约30℃的运载媒体，则通过第一分配器1经管线15将媒体供入流体管线75而到地板加温系统中，更低温度的运载媒体则通过第一分配器1经管线16-19＇中的一个到流体管线76-79＇中的一个供给一个低温用具。
来自第二太阳收集器B的加热的运载媒体以类似的方式进行分配，按照运载媒体的温度，通过第二分配器2的输出管线20经管线21-25中的一个到流体管线71-75中的一个而引向一个高温热能用具，经管线26-29＇中的一个到流体管线76-79＇中的一个而供至一个低温热能用具。
借助于分配器1、2就可以确保将用具所设定温度的运载媒体送至特定的用具中，由于热能用具的回管71a-79a是依次地连接到下一用具的流体管线上的，就可使运载媒体按照热需求的变化而通过另外的用具，于是其中所含有热能就释放给这些另外的用具。
然而，在需要向该系统供应附加的热能时，就要经来自两个收集器A、B或高温用具的管线51-54中的一个使流入的运载媒体经第一收集器5并经过通向热力泵8的管线50输送到热力泵8的冷凝器84中。在冷凝器84中，运载媒体的温度被提高到一个高温热能用具所需的温度值。借助热力泵8而达到80至30℃的运载媒体输出由第三分配器3经管线31-34中的一个到流体管线71-74中的一个供高温用具之用。由于热力泵8是经第一收集器5供应高温运载媒体的，其温度就可用热力泵8提高到所需的高温值。
借助第二收集器6，来自太阳能收集器A、B或来自低温热能用具的经分配器1、2的运载媒体被供入热力泵8的蒸发器中。由于这种选择可借助第二收集器6实现，通过收集器或用具的选择而使之成为供给热力泵8的运载媒体流入源，就能顾及这一实际情况，即热力泵8的效率总是在供给相对准确的固定温度值的运载媒体时才是最佳的，例如30℃。
由热力泵8的蒸发器81输出的冷运载媒体经三通阀87供至冷冻系统9的冷却盘管91。从冷却系统9出来的回流可与通过三通阀87的入流进行混合。此外，从冷冻系统9出来的回流还可以经混合阀85加入到蒸发器81的入流之中。结果，供给冷冻系统9的运载媒体的温度就可以控制。另外，从冷冻系统9出来的回流通过混合阀85和管线90流到第四分配阀4的入口，再从那里经管线41-44中的一个达到通向一个低温热能用具的流体管线77-79＇。由于回流管75a-79a是经收集器6及其输出管线60而连到混合阀85上的，低温运载媒体就可从一个低温热能用具供给到冷冻系统中。
温度传感器置于各管线之中，用它们测量这些管线中运载媒体的温度，各温度传感器的输出传给中央控制器。此外，诸如户外温度、各个用具的用热要求等系统工作所需的全部数据也都输入中央控制器，通过一个控制程序来控制各分配器和各收集器，使其作为热能供应和热能需求的函数，以保证系统的最佳使用。由于把极低温度的运载媒体返回太阳能收集器A和B，故它们的效率是最佳的。从太阳能收集器A和B将加热的运载媒体供给到那些工作在相应温度的用具。通过将不同温度的热能用具彼此串联连接，使得运载媒体中所含热能可以充分地被利用。过量的热能被存储在一个储热库中，若环境能源收集器未能提供足够的热能时，可以由这些储热库中提取热量进行补充。
若环境能源收集器与储热库不能满足热能需求时，则热力泵8也投入运行。高温运载媒体借助收集器5供入热力泵8，于是运载媒体就由热力泵8提高到所需要的高温度，运载媒体通过收集器6以保证热力泵8的效率最高的温度值供到热力泵8中。
冷冻系统中所产生的热能也被回收并返回到系统中，若收集器A或B为致冷输出，则通过分配器1、2和收集器6及混合阀85输入到冷冻系统9中。
结果，本系统克服了现有技术中所存在的不能以最佳状态工作的各种缺点。
下面结合图2、图3说明一种装置，它包括分配器、收集器和它们之间的管线。当把连接热源，特别是太阳能收集器的连接管线，通向不同温度的热能用具的管线和通向热力泵、地下水库及冷冻系统管线连接到此装置上时，而且控制分配器与收集器的控制电机连接到中央控制器上后，整个系统就可以工作了。
该装置包括壳体100，在其中有两个孔101、102，用于连接来自热收集器特别是太阳能收集器A和B的管路10、20。这些孔101、102经壳体100中的管路通向十个横孔103，它们又排入到设在壳体100的前部与后部且在相对于壳体100的中间平面对称位置上的两个分配装置110和120中，图中只能见到前部的分配器110，下面将予以描述，位于壳体100的后部的分配器120与之结构相同。
分配器110有一分配室111，横向孔103向其中排放。一个转动支承盘112安置在分配室111的后端面上，横向孔103的终端在分配室中；该盘上有一单孔113。分配室111用盖114封闭，齿轮115和控制电机116位于盖114上，通过控制电机116，盘112旋转使孔113位于一个横向孔103之上。
壳体100内部有五个通向五个横向孔105的管路104和另外五个通向五个横向孔107的管路106，它们各始于十个横向孔103。
在壳体100的前面，通向高温热能用具的流体管线71-75与横向孔105连接，通向低温热能用具的流体管线76-79＇则连接在横向孔107上。与之相比，来自各用具的管线71a-79a则在壳体100的后部与横向孔105、107相连，起始于每个横向孔105和107的一条通向用具之一的管线通过横向孔107分别返回各自邻近的横向孔105。连接横向孔103a、107a的最后管路106a也有一连接件108，返回热收集器A、B的管线10a、20a连接于其上。
从横向孔105经壳体100内部通向五个向分配器130进行排放的横向孔123的管路122位于壳体100的前部，而收集器150则位于壳体100的后部。分配器130又包括一个分配室131，其中有一带单孔133的转盘132，该转盘可由控制电机136和一个中间齿轮135驱动旋转。收集器150具有相同的结构，管路180通向分配室131，离开热力泵8的冷凝器84的管线80与之相连。
管路150a始于收集器150的收集室，通往热力泵8的冷凝器84的管线50连接在其上。
五个管路124从横向孔107延伸并排放到在第二收集器160和第二分配器140之间延伸的五个横向孔125中；收集器160同样也有收集室161、具有孔163的转盘162、盖板164、齿轮165和控制电机166；分配器140为类似的结构，管路160a连通收集器160并通向混合阀185。管路188也始于混合阀185，通向热力泵8的管线88与之相连；管路186也从混合阀185通向三通阀187，管路189从那里开始，通向热力泵8的蒸发器81的管线与之连接；管路190也始于分配器140的分配室并通向混合阀185。管路191从混合阀185，而和192则从三通阀187开始，冷冻系统9的各管线与二者相连。
图2和3中所示的壳体100包含了相应于图1中所示的全部装置与连接，于是，一旦连接好各连接管线与各种必需的泵，并将分配器110、120、130、140和收集器150、160的控制电机连接到中央控制器上，则借助于壳体100就可以实现已结合图1加以解释的那种工作方式。这种结果的取得是由于将分配器和收集器的转盘调节为可使运载媒体流进与流出，每通过一个横向孔都使系统的效率达到该状态下的最佳值。
为了使转盘112、132、162可在控制电机116、136、166分别作用下无困难地转动，通过设在系统中的截止阀或供液泵的截止阀使分配器成为不受压力状态，于是转盘112、132、162就可在与它们相联的控制电机的作用下转到一个新的位置上。当到达此新位置时，转盘112、132、162在位于转盘上的控制油缸112＇、132＇、162＇的作用下再度压在腔室111、131、161的后壁上，于是就获得了对于所选定的入口管路103、123、125的必要的密封。

Claims (19)

1、一种向用具供应热能的系统，其中具有至少由一个热源加热的运载媒体，其特征在于：至少一个热源(A、B、8)的输出管线和与之相配合的至少一个分配器(1、2)的入口相连，分配器(1、2)有许多出口，通向不同温度的热能用具的流体管线(71-79＇)连接在其上，通过分配器(1、2)可以选定一个应向其供给加热的运载媒体的热能用具。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于：将不同温度的热能用具串连，使运载媒体可依次地流过它们。
3、如权利要求1或2之一所述的系统，其特征在于：至少一个热源是由太阳能收集器(A、B)构成的。
4、如权利要求1至3之一所述的系统，其特征在于：至少一个热源是由环境能源收集器和/或地下水库等构成的。
5、如权利要求3所述的系统，其特征在于：至少设置两个太阳能收集器(A、B)，它们指向不同的方向。
6、如权利要求1至5之一所述的系统，其特征在于：至少一个热源由热力泵(8)构成。
7、如权利要求1至6之一所述的系统，其特征在于：来自低温用具的回流管(75a-79a)连接到收集器(6)的入口上，该收集器具有一个连接热力泵(8)的入口的单个输出管线(60)，借助收集器(6)就能选定其回流可连至热力泵(8)上的用具。
8、如权利要求5或6之一所述的系统，其特征在于：低温热能用具的回流管可经过收集器(6)连接到热力泵(8)的蒸发器(81)上，而高温热能用具的回流管则可经另外的收集器(5)连接到热力泵(8)的冷凝器(84)上。
9、如权利要求1至8之一所述的系统，其特征在于：热力泵(8)的出口与另外的分配器(3)的入口相连，该分配器包含多个通往高温用具的出口，借助该分配器(3)就能选定一个从热力泵(8)将运载媒体供至其中的用具。
10、如权利要求9所述的系统，其具有包含蒸发器(81)、压缩机(83)和冷凝器(84)的热力泵(8)，其特征在于：将致冷用具(9)连接到蒸发器(81)上。
11、如权利要求10所述的系统，其特征在于：致冷用具(9)的回流管(90)连接到另外的分配器(4)的入口上，低温用具则与其出口相连，借助该分配器(4)就可选定可将在致冷用具(9)中加温的运载媒体供至其中的一个用具。
12、如权利要求11所述的系统，其特征在于：致冷用具(9)的回流管连接到混合阀(85)上，通向热收集器(A、B)和热力泵(8)的蒸发器(81)的管线连接到混合阀上。
13、如权利要求1至12之一所述的系统中的分配器，其特征在于：其设有一壳体(100)，该壳体(100)包括至少一个供来自热源(A)的热运载媒体的引入管线用的入口管(101)和多个通向不同温度的热能用具的流体管线的出口管(105、107)，在入口管(101)和各出口管(105、107)之间至少设置一个带有控制装置的分配器(110、130、140)，利用它可先定一个出口管(105、107)。
14、如权利要求1至12之一所述的系统中的收集器，其特征在于：其设有一壳体(100)，该壳体(100)包括多个连接来自热能用具的回流管用的入口管(107)和一个供热力泵(8)的运载媒体的引入管线用的出口管(160A)，在入口管(105、107)和出口管(160A)之间至少设置一个带控制装置的收集器(150、160)，通过它可以选定一个入口管(105、107)，运载媒体可从这里供至热力泵(8)。
15、如权利要求13或14之一所述的分配器或收集器，其特征在于：该控制装置是由一转盘(112、162)构成的，转盘具有一个孔(113、163)并可由控制电机(116、166)驱动旋转，借助该装置就可选定一个入口管(103、125)。
16、一种通过加热的运载媒体控制各热能用具的供给的装置，其特征在于：其设置有壳体(100)，该壳体包括连接部(101、102)，用以供应来自至少一个热源(A、B、8)的加热的运载媒体，并用来将运载媒体传输给热能用具，在两个连接部之间安置至少一个分配器(110、120、130、140)，用来供入或排出运载媒体，通过该分配器就能选定一个管路(103、123、125)，加热的运载媒体可通过它供至许多热能用户中的一个。
17、如权利要求16所述的装置，其特征在于：该壳体(100)中至少设有一个收集器(150、160)，热力泵(8)可连接在其出口上。
18、如权利要求16或17之一所述的装置，其特征在于：该壳体包含四个分配器(110、120、130、140)和两个收集器(150、160)，它们通过管路(104、106、122、124)和连接孔(103、105、107、123、125)相连接，它们还相互连接以与热源(A、B、8)相通并与热或致冷用具相通，借助分配器(110、120、130、140)和收集器(150、160)就能以使运载媒体流入流出热源(A、B、8)的方式控制对用具的热能或致冷能量的供给。
19、如权利要求15所述的分配器或收集器，其特征在于：给转盘(112、132、162)配备一个控制油缸(112＇、132＇、162＇)，借助它们可使转盘转动后以密封状态连接到选定的入口管(103、123、125)上。
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