热库

阅读:1011发布:2021-02-20

专利汇可以提供热库专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于 水 加热系统的热库系统,包括:主级热库,其包含适于被主级加热装置加热的主级水容积,主级热库热连通于中央加热供给水流和中央加热返回水流,次级水 热交换器 与主级水容积热连通,次级水热交换器具有给水水流和用于供应热水的出水水流,中央加热返回水流和给水水流中的至少一个热连通于位于主级热库上游的至少一个另外的热库,至少一个另外的热库包含适于被至少一个补充加热装置加热的介质。,下面是热库专利的具体信息内容。

1.一种用于加热系统的热库系统,包括:主级热库,所述主级热库包含适于被主级加热装置加热的主级水容积,所述主级热库热连通于中央加热供给水流和中央加热返回水流,次级水热交换器与所述主级水容积热连通,所述次级水热交换器具有给水水流和用于供应热水的出水水流,所述中央加热返回水流和/或所述给水水流中的至少一个热连通于位于所述主级热库上游的至少一个另外的热库,所述至少一个另外的热库包含适于被至少一个补充加热装置加热的介质。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述中央加热返回水流和所述给水水流都热连通于所述至少一个另外的热库,借此,所述中央加热返回水流和所述给水水流依靠与所述至少一个另外的热库的热连通接收热量,然后进入与所述主级热库的热连通。
3.如前面任一权利要求所述的系统,其特征在于,可将所述两个或更多个另外的热库布置成每个另外的热库的补充加热装置的工作温度沿着所述中央加热返回水流的流动方向从相对低的温度升高到相对高的温度,而建立所述中央加热返回水流和/或所述给水水流与每个另外的热库的介质之间依次进行的传热
4.如前面任一权利要求所述的系统,其特征在于,所述主级加热装置是以化石燃料为动的。
5.如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述主级热库设置有第一热交换回路,所述第一热交换回路适于从所述主级加热装置接收热量用于加热所述主级水容积。
6.如前面任一权利要求所述的系统,其特征在于,所述主级水容积流体连通于所述中央加热供给水流和所述中央加热返回水流,借此,所述主级水容积构成中央加热回路的一部分。
7.如前面任一权利要求所述的系统,其特征在于,所述至少一个另外的热库适于被两个或更多个补充加热装置加热。
8.如前面任一权利要求所述的系统,其特征在于,所述主级热库设有一个或多个另外的水热交换回路,所述水热交换回路适于从一个或多个另外的热源接收热量。
9.如前面任一权利要求所述的系统,其特征在于,所述至少一个补充加热装置包括下列中的至少一项:、浸没式电加热器、太阳能收集器、生物体热源、燃料电池或任何其它可用热源。
10.如前面任一权利要求所述的系统,其特征在于,设有两个或更多个另外的热库,每个另外的热库包含被各自的补充加热装置加热的介质,所述两个或更多个另外的热库是串连的,借此,所述中央加热返回水流和/或所述给水水流通过与各串连的热库里的介质的热交换而从低的温度被加热到高的温度。
11.如前面任一权利要求所述的系统,其特征在于,包含在所述至少一个另外的热库里的所述介质包括次级水容积。
12.如权利要求11所述的系统,其特征在于,所述另外的热库具有基本上与所述主级热库相同的结构。
13.如权利要求11或12所述的系统,其特征在于,所述另外的热库设有热交换回路,所述热交换回路从所述补充加热装置接收热量用于加热所述次级水容积。
14.如权利要求11-13中的任一权利要求所述的系统,其特征在于,所述次级水容积流体连通于所述中央加热供给水流和所述中央加热返回水流,借此,所述次级水容积构成中央加热回路的一部分。
15.如权利要求14所述的系统,其特征在于,所述中央加热返回水流在所述另外的热库的下部区域或其邻近处进入所述另外的热库,并在所述另外的热库的上部区域或其邻近处流出所述另外的热库。
16.如权利要求15所述的系统,其特征在于,完成中央加热回路的管道设置在所述主级热库和所述另外的热库之间,而建立所述另外的热库的上部区域和所述主级热库的下部区域之间的流体连通。
17.如权利要求16所述的系统,其特征在于,所述完成中央加热回路的管道设有止回,以防止所述主级热库和所述另外的热库之间的反向流动。
18.如权利要求11-17中的任一权利要求所述的系统,其特征在于,水流连通管路设置在所述主级热库和所述另外的热库之间,所述水流连通管路设具有泵,用于在所述主级水容积的温度低于连接的任何其它水容积的温度时选择性地让水流过所述主级热库和所述另外的热库之间。
19.如权利要求11-17中的任一权利要求所述的系统,其特征在于,供给到所述给水装置的水流过与所述次级水容积热连通的水热交换器,然后进入所述主级热库的所述次级热交换器。
20.如权利要求19所述的系统,其特征在于,所述水热交换器包括设置在所述另外的热库的下部区域的第一热交换盘管和连接在所述第一热交换盘管的下游并设置在所述另外的热库的上部区域的第二热交换盘管,所述第一热交换盘管在所述另外的热库的所述下部区域造成消耗区。
21.如权利要求1-10中的任一权利要求所述的系统,其特征在于,包含在所述至少一个另外的热库里的所述介质包括适于大致在构造成给所述介质供热的所述补充加热装置的工作温度下在固态和液态之间发生相变的材料。
22.如权利要求1-10中的任一权利要求所述的系统,其特征在于,包含在所述至少一个另外的热库里的所述介质包括混合物或材料组合,所述混合物或材料组合适于在构造成给所述介质供热的所述补充加热装置的工作温度的预定范围内的不同温度下在固态和液态之间发生相变。
23.如权利要求21或22所述的系统,其特征在于,设有两个或更多个另外的热库,每个另外的热库包含所述介质,所述两个或更多个另外的热库是串连的,借此,所述中央加热返回水流通过与各串连的热库里的所述介质的热交换而从低的温度被加热到高的温度。
24.如权利要求23所述的系统,其特征在于,所述中央加热返回水流和/或所述给水水流依次流过所述两个或更多个另外的热库中的每个热库里的热交换回路,而从包含在每个后续的另外的热库里的所述介质接收热量,然后进入所述主级热库。
25.一种用于加热水的热库系统,所述系统包括第一热库和一个或多个另外的热库,每个热库包含适于被加热装置加热的介质,第一热库的加热装置的工作温度一般高于每个另外的热库的加热装置的工作温度;流动路径设置成从最后那个另外的热库依次通过每个热库一直到所述第一热库,借此,沿着所述流动路径流动的要被加热的水流从每个热库依次接收热量而从相对低的温度被加热到相对高的温度。
26.一种用于加热水的热库系统,所述系统包括多个热库,每个热库具有热连通于各自的用于加热其内包含的介质的加热装置的充热回路,以及放热回路,用于建立所述介质和流过所述放热回路的流体之间的传热,借此,所述热库的所述放热回路串连地连接成使流经它们的流体从每个热库接收热量而从相对低的温度被加热到相对高的温度。

说明书全文

热库

技术领域

[0001] 本发明涉及用于家庭或商业加热和热供应的一种热库。

背景技术

[0002] 各种热库是本领域众所周知,现在来说明它们的工作模式。热库采用由锅炉直接加热的主级水容积,而锅炉一般是以化石燃料为动的。与水加热的各种间接方法相比,这通常是较快和较有效的。间接的水加热通常需要锅炉多次点火来满足恒温需求。在一种单缸热库中,包含的容积是主级的被加热的水。从锅炉的一次快而有效的点火开始,打的循环可造成混合得很好的被加热的容积。在这种热库中,是通过随后让主干管路的压力冷水流过热交换回路来产生直接热水,而这个热交换回路是位于主级的被加热的水容积的上层。
[0003] 典型地,主级水容积被加热到高于中央加热系统的设计流动温度的温度,并且由标准的恒温器控制着这个温度。规定65℃的最低设定温度以避免对引发军团病的任何担心被认为是明智的。然后用连接在该回路的输出和主干管路压力冷水回路之间的外部安装的TMV(恒温混合)来调节被供给的直接热水的温度。热库上的TMV可确保最小能量消耗,并能明显地降低任何烫伤的危险。作为参考,当今有关军团病的立法强调输出温度不得低于50℃。如果是通过环路供给直接热水,那么回水温度不得低于50℃。
[0004] 也可用TMV来调节中央加热回路的输出温度,这个TMV还可使热库的能量消耗为最小,同时可确保以设计温度输送中央加热水流。对于低温系统或要求低于宣称的65℃最低储备温度且典型地是40-50℃的地板下加热系统,这样的热调节是至关重要的。
[0005] 安装热库可允许免装屋顶高置水箱。可以以主干管路压力提供最佳流量的直接热水,并可确保对恒温淋浴器系统的充分和平衡供水。饮用水既不宜冷态久储也不宜热态久储,因为久储的饮用水有害健康。
[0006] 考虑到费用增加和对环保不利,特别是与CO2排放物有关,希望降低对化石燃料的依赖,为了补充由烧原油或燃气的锅炉供给的热量的不足,可用一个或多个可再生热源或至少一个较有效和/或污染较小的次级热源,为此,可在接收来自次级热源的被加热了的水的热库内设置一个或多个热交换盘管。例如,最好是能够用从太阳能得到的热能补充主级供热。但是,由于热库的温度相当高,所以只有在由次级热源加热的流体的温度超过热库里的流体的温度时,这样的次级热源才能向热库贡献热量。至于用太阳能加热,这样的温度只有在很理想的天气状况(例如阳光灿烂的热天)下才能达到,因此在一年中的很多月份,太阳能加热不能给热库贡献热量。

发明内容

[0007] 本发明的一个目的是通过优化热库的接收来自次级热源的热量的能力来提供一种能够提高热库的效率的改进的热库,从而降低温室气体排放量,进而减轻全球变暖效应,至于次级热源,其优选的是可再生热源或低排放热源。
[0008] 按照本发明,提供一种用于加热水的热库系统,包括主级热库,主级热库包含适于被主级加热装置加热的主级水容积,主级热库热连通于中央加热供给水流和中央加热返回水流,次级水热交换器与主级水容积热连通,次级水热交换器具有给水水流和用于供应家用热水的出水水流,中央加热返回水流和/或给水水流中热连通于位于主级热库上游的至少一个另外的热库,至少一个另外的热库包含适于被至少一个用于向中央加热返回水流供热的补充加热装置加热的介质。
[0009] 优选的是,所述中央加热返回水流和所述给水水流都热连通于所述至少一个另外的热库,借此,所述这两个水流依靠与所述至少一个另外的热库的热连通接收热量,然后从所述主级热库接收热量。
[0010] 主级加热装置可以是以化石燃料为动力的。优选的是,主级热库设置有第一热交换回路,其连接于所述主级加热装置用于加热主级水容积。
[0011] 优选的是,所述主级水容积流体连通于所述中央加热供给水流和所述中央加热返回水流,借此,所述主级水容积构成中央加热回路的一部分。
[0012] 所述至少一个另外的热库是构造成可适于被两个或更多个补充加热装置加热。
[0013] 所述主级热库可设有一个或多个另外的水热交换回路,这些水热交换回路适于从一个或多个另外的热源接收热量。
[0014] 所述至少一个另外的热库可设有两个或更多个热交换回路,每个热交换回路适于从另外的热源接收热量。
[0015] 所述至少一个补充加热装置包括下列中的至少一项:热泵、浸没式电加热器、太阳能收集器、生物体热源、燃料电池或任何其它可用热源。
[0016] 设有两个或更多个另外的热库,每个另外的热库包含可被各自的补充加热装置加热的介质,所述两个或更多个另外的热库是串连的,借此,所述中央加热返回水流和/或所述给水水流通过与各串连的热库里的介质的热交换而从低的温度被加热到高的温度。
[0017] 在一个实施例中,包含在所述至少一个另外的热库里的所述介质包括次级水容积。为节省费用,所述另外的热库具有基本上与所述主级热库相同的结构。
[0018] 优选的是,所述另外的热库设有热交换回路,其适于从所述补充的加热装置接收热量用于加热所述次级水容积。所述次级水容积优选地流体连通于所述中央加热供给水流和所述中央加热返回水流,借此,所述次级水容积构成中央加热回路的一部分。
[0019] 优选的是,所述中央加热返回水流在所述另外的热库的下部区域或其邻近处进入所述另外的热库,并在所述另外的热库的上部区域或其邻近处流出所述另外的热库。完成中央加热回路的管道可设置在所述主级热库和所述另外的热库之间,而建立所述另外的热库的上部区域和所述主级热库的下部区域之间的流体连通。优选的是,完成中央加热回路的管道设有止回阀,以防止所述主级热库和所述另外的热库之间的反向流动。
[0020] 水流连通管路设置在所述主级热库和所述另外的热库之间,所述水流连通管路设有泵,用于在所述主级水容积的温度低于所述次级水容积的温度时选择性地让水流过所述主级热库和所述另外的热库之间。
[0021] 优选的是,供给到所述给水装置的水流过与所述次级水容积热连通的水热交换器,然后进入所述主级热库的所述次级热交换器。优选的是,所述水热交换器包括设置在所述另外的热库的下部区域的第一热交换盘管和连接在所述第一热交换盘管的下游并设置在所述另外的热库的上部区域的第二热交换盘管,所述第一热交换盘管在所述另外的热库的所述下部区域造成消耗区。
[0022] 在一个替换实施例中,包含在所述至少一个另外的热库里的所述介质包括适于大致在构造成给所述介质供热的所述补充加热装置的工作温度下在固态和液态之间发生变化的材料。这类材料通常被称为“相变材料”或PCM。所述介质可包括PCM的混合物或组合,其能够在所述补充加热装置的工作温度的预定范围内的不同温度下熔化。可设有两个或更多个另外的热库,每个另外的热库包含所述介质,所述两个或更多个另外的热库是串连的,借此,所述中央加热返回水流通过与各串连的热库里的所述介质的热交换而从低的温度被加热到高的温度。
[0023] 优选的是,所述中央加热返回水流和/或所述给水水流依次流过每个所述两个或更多个另外的热库里的热交换回路,而从包含在每个后续的另外的热库里的所述介质接收热量,然后进入所述主级热库。
[0024] 优选的是,所述两个或更多个另外的热库布置成使每个另外的热库的补充加热装置的工作温度沿着所述中央加热返回水流的流动方向从相对低的温度升高到相对高的温度,以建立所述中央加热返回水流依次和每个另外的热库的介质之间的热交换。
[0025] 在一个实施例中,次级热交换回路包括可连接于第二容器内的太阳能回路热交换器的太阳能收集器。
[0026] 优选的是,太阳能回路热交换器是热交换盘管。
[0027] 理想的是,第三热交换回路包括热交换盘管,其热连通于主级水并适于可从烧生物体燃料的锅炉、电锅炉、或其它任何可用的热源之一接收热量。
[0028] 理想的是,可用连接在水流出装置和给水装置之间的外部安装的TMV(恒温混合阀)来调节次级水温。给水装置优选的是主干管路压力冷水源。有利的是,安装在次级水源上的TMV可确保最小能量消耗并可明显地降低任何烫伤危险。
[0029] 优选的是,可以用TMV调节中央加热回路的输出温度。有利的是,可使各热库的能量消耗为最小,同时可确保以设计温度输送中央加热水流。
[0030] 理想的是,主级热库具有主级水恒温器,用于通过至少一个主级加热回路控制主级热库里的主级水的温度。
[0031] 优选的是,可将主级水的恒温器设定为取决于设计加热输出的温度或设定为65℃的最低值。
[0032] 理想的是,主级热库具有用于安全和防止过热的最高温度恒温器。
[0033] 优选的是,次级热交换回路具有次级热交换回路控制恒温器。
[0034] 理想的是,第三热交换回路具有第三热交换回路控制恒温器。
[0035] 优选的是,所述另外的热库具有与第一热库相同的恒温器、主级热交换回路和次级热交换回路。
[0036] 理想的是,所述另外的热库的主热交换回路连接于热泵。
[0037] 理想的是,主级热库的中央加热返回水流连接于所述另外的热库。
[0038] 优选的是,主级热库的中央加热返回水流连接在所述另外的热库的底部或其附近。
[0039] 理想的是,所述另外的热库的次级水热交换器的出水装置连接于主热库的次级水热交换器的给水装置。
[0040] 理想的是,完成水回路的管道连接在第二热库和主级热库或称第一热库之间。
[0041] 优选的是,完成水回路的管道是连接在第二热库的上部区域和第一热库的主级热交换回路返回管路之间。有利的是,这就完成了由从第一热库的中央加热返回管路向第二热库的容器流动的水流通路构成的水回路。在这个回路上增加止回阀有好处,其可防止从第一热库向第二热库的任何反向流动,同时可让用泵打水的锅炉回路处于非工作状态。
[0042] 理想的是,次级水源可连接于第二热库的次级热交换回路的热交换盘管。
[0043] 优选的是,第二热库的次级热交换回路的热交换盘管的输出可连接于第一热库的次级水热交换器的输入装置。
[0044] 跨接流动管道可连接在第一热库和第二热库之间。该跨接流动管道可设有相关的跨接流动泵。
[0045] 优选的是,把该跨接流动管道连接在两个热库的下部区域之间。
[0046] 理想的是,可用涡轮机和/或PV(光伏电池)的电能对主级水容积或次级水容积进行直接加热。
[0047] 优选的是,可用直接浸没的元件供应微风和PV的能量。根据设备的技术规格,直接浸没的元件可以是直流的或交流的。
[0048] 理想的是,可将加热元件设置在任一个或两个热库里。
[0049] 优选的是,可将加热元件接通以优化性能。
[0050] 在本发明的一个实施例中,主级热库的次级水热交换器的给水装置连接于一个或多个采用相变材料的辅助热库。
[0051] 优选的是,热库的中央加热回水装置热力地连接于一个或多个辅助热库。
[0052] 所述一个或多个辅助热库可包括装有在45℃左右发生相变的材料的热泵热库,将其串连于装有在62℃左右发生相变的材料的太阳能相变热库。
[0053] 在这一点上,布置相变热库可具有三个回路。一个‘充热’路径和两个消耗路径。热泵热库的充热回路跨接于热泵水流和回水加热回路。一个放热回路连接于热库的跨接流动回路并也可接收加热回水回路。第二个放热回路连接于冷的给水。温度较低的热泵热库的放热回路串连于温度较高的太阳能热库的放热回路。太阳能热库的充热回路连接于太阳能收集装置,具有去路和回路。
[0054] 冷给水放热回路连接于热库的次级热交换器的输入侧。另一个放热回路连接于热库的主级返回。有利的是,这完成了由从热库的中央加热返回流向热泵热交换器的水的通路构成的水回路。
[0055] 在这样的实施例中,热泵热库可以具有一个或多个恒温器,用于控制热泵的工作。
[0056] 太阳能热源热库可设有一个或多个恒温器,用于控制太阳能回路的工作。
[0057] 跨接流动管道可连接在热库和热泵热交换器之间并具有相关的跨接流动泵,优选的是,这个泵连接在热库的下部区域和热泵热交换器之间。
[0058] 在这样的实施例中,热泵热交换器能够在45℃左右提供可观的潜能释放。热库可被升高到90℃的最高温度。太阳能热源热交换器或许能够在62℃左右捉供可观的潜能释放。热库可被升高到90℃的最高温度。
[0059] 可把多个热泵热交换器连接起来。有利的是,在认为用热库收集并储存较大量的热能用于消耗是可获益的时,可采用这样的结构布置。
[0060] 在一个实施例中,可把多个太阳能热源热交换器连接起来。
[0061] 在以工业规模应用热库时,要求各热库的容量为1000到2000升,这明显地大于典型的家庭用热库的210或300升。附图说明
[0062] 现在参照作为例子的附图来说明本发明,各附图中:
[0063] 图1是单混合热库;
[0064] 图2是本发明的第一实施例的双混合热库;以及
[0065] 图3是本发明的第二实施例的双混合热库。

具体实施方式

[0066] 先参照图1,其表示出总地以附图标记1标示的混合热库,它具有用于储存主级水容积的容器2。热库1具有主级加热回路4,它通过主级加热回路流出管路5和主级加热回路返回管路6连接于诸如烧化石燃料、生物体燃料或木屑的锅炉的主级热源(未示),以便加热主级水容积。泵(未示)把主级水打进主级热源又把它从其内抽出。容器2具有中央加热流出管路8和中央加热返回管路9以及热连通于主级水容积3的次级水热交换器11。次级水热交换器11具有给水管路14和出水管路15。热库1具有可连接于次级热源(未示)的次级热交换回路16,并且次级热交换回路16布置在容器2内次级水热交换器11的下方。
[0067] 热库1构造成可连接于类似的第二热库,这样便构成如图2所示的双混合热库。
[0068] 连接起来的两个热库1是基本上相同的。热库1具有第三热交换回路21,其可连接于第三热源(未示)。第三热交换回路21布置在热库1的容器2里在次级加热回路16和次级水热交换器11之间。对于单个热库配置(图1),次级加热回路16可以是太阳能加热的,次级加热回路16可包括连接于容器2里的太阳能热交换器23的太阳能收集器。
[0069] 第三热交换回路21包括热交换盘管25,其热连通于主级水3并可连接于烧生物体燃料、木屑的锅炉或电加热器或其它热源(未示)。有利的是,在连接了第二加热回路16和/或第三加热回路21时,这两个热源可对中央加热和热水做出贡献。这一点,用当今市场上常见的那种标准的间接双盘管缸是做不到的。通过安装混合热库1,就为随时添加次级热输入和/或第三热输入做好了准备,而且无需对系统作任何泄放。
[0070] 可用连接在出水管路15和给水管路14之间的外部安装的TMV 31调节次级水温。给水管路14优选地连接于主干管路压力冷水回路。有利的是,次级供水管路上的TMV 31可确保最小能量消耗并可明显地降低任何烫伤危险。还可用连接在中央加热流出管路8和中央加热返回管路9之间的TMV 33来调节中央加热回路的输出温度。有利的是,可使热库
1的能量消耗为最小,同时能确保以设计温度输送中央加热水流。
[0071] 容器2具有主级热库恒温器35,用于控制容器2里经由主级加热回路4的主级水的温度。根据主级加热回路4所用的加热源的类型,可将主级热库恒温器35设定到一温度。容器2具有最高温度恒温器36,用于控制输入和安全性,以防止过热。次级加热回路16具有次级加热回路控制恒温器37,第三加热回路21具有第三加热回路控制恒温器38。
[0072] 现在来看图2,其表示出本发明的第一实施例的总地以附图标记50标示的混合热库。其中,第二热库51连接于第一热库1,两者都与图1所示的类似。第二热库51的主级加热回路4连接于热泵。第二热库51具有与第一热库1相同的结构配置,具体地说,第二热库51具有与第一热库1相同的容器2、相同的恒温器35、36、37和38,相同的加热回路16和21以及次级水热交换器11。所以,第二热库51的与第一热库1的等同的组成部分给以相同的附图标记。
[0073] 第一热库1的中央加热返回管路9可在第二热库51的容器2的底部或其附近连接于第二热库51的容器2的下部区域。第二热库51的次级水热交换器11的出水管路15连接于第一热库1的次级水热交换器11的给水管路14。第一热库1的TMV 31具有直接的冷水给水81。完成水回路连接的管道61连接在第二热库的容器2的上部区域和第一热库1之间。管道61可包括止回阀(未示),以避免反向流动的危险。完成水回路连接的管道
61是连接在第二热库的容器2的上部区域和第一热库1的主级加热回路返回管路6之间。
有利的是,这样就完成了由从第一热库1的中央加热返回管路9流向第二热库51的容器2的水流的通路构成的水回路。
[0074] 次级水源管路62连接于次级加热回路16的热交换盘管23的输入管路。次级加热回路16的热交换盘管23的输出管路64连接于次级水热交换器11的输入管路。跨接流动管道72连接在第一热库1和第二热库51之间并且其上安装有相关的跨接流动泵71。跨接流动管道72连接在两个热库1和51的下部区域之间。
[0075] 由于许多原因,把几个热泵系统的可用热能组合起来已经证明是很难的,主要是因为能够达到最佳效率的典型水流温度是在50℃左右,因而为达到所要求的65℃需要提供并控制热能‘到顶终止’。采用当今的技术发展成果,几个热泵系统或许能够有效地输出65℃的热水。如果能做到这样并真地做到了,那就不再需要控制热能‘到顶终止’,因而可进一步降低对化石燃料输入的需要。
[0076] 如图2所示的第二热库51的这种连接使得可以添加热泵主级加热回路4,既可以是地热源热泵也可以是空气源热泵。第二热库51的添加可使储热容量倍增,还对热泵和太阳能热装置的性能有好的作用。由于两个热库1和51是基本上完全相同的,所以从大量制造、以及零部件总数和备件保障等来看,有利于降低成本。可以用标准的恒温控制技术,或若适用,用更先进的电子控制技术,来控制这种配置。
[0077] 在使用中,主要参照图2,把第一热库1的主级热库恒温器35设定在63℃或略高一些。这要求在所储热能一旦被消耗时由热库51利用主级能源提供支持。热库51连接有作为主级热源的热泵,其主级热库恒温器35设定在热泵的最高可维持温度即标称的48℃以下。太阳能加热回路16用标准的差动控制器调节热库51的输入。这种双混合热库配置50有利于消耗热库51的热能,从而不必再给热库1提供化石燃料输入。这种双混合热库配置50设计成能够在所有工作模式下抽取热库51的热能。这使得可优先利用太阳能加热装置的贡献而确保最佳输入状态。其次,使得可以优先考虑用标准的恒温控制技术控制热泵。根据可用的电费结构,如果可以利用有利的电价,可以让热泵主级回路4连续不断地运行或让其分时段地运行。或者,可以设置定时器,以便于避开高电价时段。采用基于先进的软件的电子控制系统可使这样的热能收集达到优化。
[0078] 让热泵主级回路4工作,热库51的最低全充热温度是50℃。在热库51工作在这一状态时,热水的抽出使冷水(典型的6-10℃)流过次级水源管路62并流过热交换盘管23,而从容器的底部获取少量预热能量,而容器底部产生在热泵主级回路4的水流附近的,以及如果太阳能热输入是连接于第二热库51的第三加热回路21,那就还在太阳能输入附近的消耗区。随后次级水源在第二热库51的顶部流过次级水热交换器11,从而从其处汲取大量热能(根据流量,约为35-42℃)。这一水流继续流向第一热库1的次级给水管路14。
第一热库1的热能消耗那就等同于进来的温度为35-42℃的次级水流和第一热库1的次级水热交换器11可输出温度之间的差值,当然这还是取决于流量但是在55-60℃的温度。第一热库1的热能消耗现在比对单热库系统所要求的低约60%。
[0079] 类似地,第二热库51的主级加热回路4的热泵被接通电源时,中央加热水流8被从第一热库1抽出,如果这一加热系统是设计为具有40℃或更低的回水温度,那么就把中央加热水流9引向第二热库51里的消耗区。管道61把第二热库51的顶部连接于第一热库1的主级加热回路返回管路6而完成了水回路的连接。在当前情况最糟的例子中,泵打出的65℃的中央加热水被用50℃的水补充之。理想的是,为达到最佳性能,最高设计中央加热回水温度应等于热泵的最高输出温度。中央加热水流温度的降低对效率有明显的益处,而这种降低可用在设计中增大出水和回水的温差来补偿。
[0080] 热泵的工作能力决定着最小设计能量状态。最大能量状态可利用太阳能热输入和/或用微风涡轮机或PV(光伏电池)输入的直接加热来达到。根据设备的技术规格,可以用直流的或交流的直接埋入元件来供给微风或PV能量。可将加热元件设置在热库1和51之一或两者上并可将它们接通以优化性能。根据太阳能收集器的类型,通过加长时间暴晒收集,80-90℃的规定温度是可以达到的。控制系统可配置成允许两个热库1和51达到90℃的最高温度。
[0081] 一旦第二热库51里的温度超过家庭用热水的使用温度65℃,中央加热就开始把能量从第二热库51向第一热库1转移,借以使第二热库51被消耗,而允许把代之而来的热能储存到最大容量。系统的最大容量变成第一热库1和第二热库51都被充热至90℃,充热过程由恒温器36检测。可给热库1和51都连接差动式恒温控制器,以测量这两个部位的两个恒温器36之间的温差。当第二热库51的温度比第一热库1的温度高2℃或更多以及由第一热库1的恒温器36记录的温度高于90℃再以及加热泵不是在运转时,附加的跨接流动泵71就被通电运行。这可确保第一热库1仍保持在与第二热库51等同的充热状态,这可确保在所有时间潜在的热能储存都能得以最大化。
[0082] 现在来看图3,其表示出本发明的第二实施例,其中,结构和功能都与图2所示的热库1或51完全相同的热库151表示为它的次级水热交换器11连接有给水管路14,而给水管路14连接于总地以附图标记152标示的辅助热库。热库151的中央加热返回管路9连接于辅助热库152。
[0083] 辅助热库152包括相变式热泵热库154和与之串连的相变式太阳能热源热库156,两者的容器里都装有能够大致在热连通于容器的热源的工作温度下在固态和液态之间发生相变的材料。热泵热库154具有热泵加热回路的流进和流出管路157、连接于热库151的中央加热返回管路9的中央加热回水接收口159、以及连接于诸如水源主干管路的冷给水的冷给水接收口161。热泵式热交换器154具有一种可把从它出来的水连通于太阳能热源热交换器156的结构布置。
[0084] 在一个实施例中,每个辅助热库装有几种材料的混合物,每种材料具有不同的熔点,这些熔点在为各辅助热库提供热量的热源的工作温度范围内。
[0085] 用于把从热泵式热交换器154流出的水连通于太阳能热源热交换器156的结构布置是一对互相独立的输水管道163和164。热泵式热交换器154具有两个恒温器166和168,用于控制热泵的工作。
[0086] 太阳能热源热交换器156具有太阳能热源加热回路的流出和返回管路171、用于接收来自热泵式热交换器154的水的结构布置、以及用于把水输给热库151的结构布置。用于接收来自热泵式热交换器154的水的结构布置包括两个口173和174,用于接收从热泵式热交换器154引出的输水管道163和164的水。用于把水输给热库151的结构布置包括连接在太阳能热源热交换器156和热库151的次级水热交换器11的给水管路14之间的管道176。
[0087] 太阳能热源热交换器156具有两个恒温器177和178,用于控制太阳能热源的工作。
[0088] 完成水回路连接的管道181连接在太阳能热源热交换器156和热库151之间。完成水回路连接的管道181是连接在太阳能热源热交换器156的上部区域和热库151的主级加热回路返回管路6之间。有利的是,这就完成了由从热库151的中央加热水返回管路9流向热泵式热交换器154的水的通路构成的水回路。
[0089] 跨接流动管道172连接在热库151和热泵式热交换器154之间并具有相关的跨接流动泵271。跨接流动管道172是连接在热库151的下部区域和热泵式热交换器154之间。热泵式热交换器154能够提供达到约42℃的水温,而太阳能热源热交换器156能够提供达到约62℃的水温。
[0090] 在一种商业的结构布置中(未示),把许多热泵式热交换器154连接起来,数目可能在一百以上并包括多个相变温度。有利的是,在为商业的/工业的大容量储热容器需要较大量的水时,这种结构布置可能是有用的。在这样的结构布置中,也把相同数目的太阳能热源热交换器连接起来。设计的能量收集能力决定着连接成的热库阵列的大小。尽管两种能源中的任一种都可独立地应用,但是从热互补来看,应考虑两种能源的组合。
[0091] 在以工业规模应用热库时,要求各热库的容量为1000到2000升,这明显地大于典型的家庭用热库的210或300升。
[0092] 在使用中,根据热库的次级水加热器11的出水管路15的需求,把冷水抽进热泵式热交换器154的冷给水接收口161。把热泵式热交换器154里的储热介质维持在50℃左右的温度,使相变点在42℃或其上下。热能由流经热泵的加热回路的流进和流出管路157的水来传递,该管路的工作由恒温器166控制。来自热泵式热交换器154的水沿着从热泵式热交换器154的顶部引出的管道163和164流出。沿着管道163和164流动的水进入太阳能热源热交换器156的底部并且这些水由于与流过太阳能热源热交换器156的水进行热交换而被进一步加热,流过太阳能热源热交换器156的水是经由太阳能热源加热回路的流出和返回管道171流出流进,并由恒温器177来控制。太阳能热源热交换器156里的储热介质可被加热到90℃,而相变点在62℃或其上下。这些水从太阳能热源热交换器156的顶部流经管道176流向次级水热交换器11的给水管路14。很明显,已经把这些水预热到这一温度的优点是,可以不需要热库151的化石燃料的主级加热回路4。而且,被升高了温度的水也流进热库151的化石燃料的主级加热回路4的返回管路6。此外,中央加热水返回管路9伸入热泵式热交换器的底部,这可进一步降低对热库151的需要。
[0093] 在本发明的范围内可对本发明做出各种改变和变型。
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