專利名稱：向用具供應熱能的系統及其所用設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種向用具供應熱能的系統，其運載媒體至少在一處熱源被加熱，本發明還涉及供這種系統用的分配裝置和收集裝置以及包括這些分配裝置、收集裝置和用于對供給用具的加熱的運載媒體進行控制的設備。
為了向用具供應熱能而使用諸如太陽能收集器、廢熱收集器、地下水庫等環境能源收集器已然是公知的了，同時還知道為了獲得適合熱能用具需要的溫度可用熱力泵把某種溫度低的熱能提高到高溫度的熱能。
由于向用具提供熱能涉及到許多方面的技術，而已知的各種系統遠不能達到這些技術與組成系統的要求，因此這樣的系統的普遍使用受到很大的限制。
例如，對于環境能源收集器特別是太陽能收集器來講，在對它們供以足夠低溫度的運載媒體時效率最佳，因為只有如此大的溫差才可為該環境能源收集器所利用，才能回收大量的熱能。可是，必須注意的是大多數環境能源收集器的可獲取的熱量是隨時間而變化的，從環境能源收集器中可取出的熱能取決于例如該期間的戶外溫度，而該溫度在夏季是比冬季高出許多的，而且照例是白天又高于夜間，由太陽能收集器所能回收的熱能也取決于太陽與太陽能收集器的相對位置，也取決于氣候。對于從生產工藝或工藝操作中回收余熱一類的熱收集器也有類似的技術狀態，因為這些熱量是與這些操作過程發生的時間有關的，這就出現了熱收集器供熱時間與用戶需要熱能的時間不能匹配的棘手問題，結果是一方面熱收集器回收熱能供應過度，另一方面則是熱收集器不敷熱量消費的需要。
還應該考慮的是運載媒體是由具有不同溫度的不同的熱收集器，例如太陽能收集器、環境能源收集器和熱庫同時輸出的，因而必須使來自不同熱源的運載媒體不混在一起，因為這意味著無論哪一運載媒體處于最高溫度都將被冷卻到一個較低的溫度并伴有熱能的附加損耗，相應的必須保證使來自不同熱源的具有不同溫度的運載媒體輸送到被設定在這些溫度值上的特定的熱能用具去。
如果用熱力泵把給定的溫度提高到較高的溫度時，為了能向要求高溫熱能的某些熱能用具供應熱能，還應考慮到熱力泵的效率總是在供給在某些較窄溫度值范圍內的運載媒體時才處于最佳狀態。此外，熱力泵還需要保持連續工作一段相當長的時間，就是說至少一個小時；必須避免頻繁地開閉熱力泵，否則會大大縮短其壽命，另外的一個方面是其必須設計成具有最大的熱力泵容量，使其就是在從環境能源收集器回收的熱能供應量低的情況下也能適應對熱能的需求。
要提及的另一方面是，在各類建筑中特別是賓館、公寓樓、商業設施和工廠中，不僅需要熱能而且需要供冷(negative heat en-ergy)。在一年中的寒冷季節特別在冬天，取暖需要熱能；就是在整個一年中，為了對清潔用水、游泳池、室內空調等進行通常用途的加熱也需要熱能。在全年中，為作諸如食物儲藏的冷凍系統冷卻之用也需要冷源，由于這種系統照例是設置在建筑物的中心部位的，業已發現其在冬季對冷源的需求至少是和夏季的一樣高，甚至更高，其原因是在冬天這些建筑是供暖的，其熱能也到達冷凍室中。
因此，本發明的目的是提供一種向用具供應熱能的系統，其具有至少由一個熱源加熱的運載媒體，考慮到了上述各個方面，從而可使該系統滿足為其所形成的各種技術與組成系統的要求。按照本發明，其可以通過如下方式實現至少一個熱源的輸出管線連接在與之相配的分配器的入口上，該分配器包括許多出口，通往不同溫度的熱能用具的流體管線與之相連；利用該分配器可以選定一個用具并把加熱后的運載媒體輸送至該用具。
該分配器應能保證由熱源輸出的運載媒體供至一個特定的用具或一組熱能用具，為此，需要借助熱源而輸出的溫度值精確。
最好，將需要不同溫度的熱能用具串聯起來，從而可使運載媒體能依次地流過各用具，可以列舉出散熱器、洗碗機、洗衣機、衣物干燥機、熱水加溫器和地板加溫系統作為加熱的運載媒體流過其中的單獨連接或最好是將它們串聯的例子；在工作過程中，運載媒體向用具放出其熱能并被冷卻。
可列舉的熱源的例子為環境能源收集器，特別是太陽能收集器、廢熱收集器，熱庫，特別是地下水庫等。若設置兩個太陽能收集器，使它們分別對準不同的方向，則它們排出不同溫度的運載媒體。由于每個這種熱源都是分配給其各自的分配器的，通過各分配器，運載媒體被通向一個或一組用具，而且總是被調整到與之相關的收集器的運載媒體輸出所具有的特定溫度上，于是，就可把熱能從運載媒體中提取出來。
此外，還可設置例如在內壁中、在其它地板中以及在外壁中的管線等的低溫度熱能用具，低溫運載媒體引入其中，其結果是一方面對其中所含熱能加以儲存，另一方面進行絕熱，就能實現室內的氣候控制。另外，也可以設置至少一個儲能庫，例如地下水庫。
最好，該系統包括另外一個熱力泵式的熱源，至少設置一個收集器用于供應熱力泵，不同溫度的一個用具或一組用具的回管連接到其入口上，其出口則連到熱力泵的入口上。這就可以使其能顧及到熱力泵只是在供應具有嚴格確定的溫度值的運載媒體時才有最佳效率的性能。借助于收集器，從消耗熱能的一個用具或用具組或許多用具或用具組之一來的特定回管可被選定，并具有供熱力泵所需的溫度的運載媒體，這些媒體被傳送到熱力泵。熱力泵把運載媒體溫度提高到可供至熱能用具的所需值，通過與熱力泵相連的分配器來實現運載媒體供給，并借助此分配器可以選定需要從熱力泵供應熱能的特定的用具。
在儲能庫中可進行過量熱能的儲存，當環境能源收集器輸出的熱能過小時，這些熱能就可以被取出。
下面，通過附圖中所示的各實施例來詳細說明本發明的系統、分配器、收集器和設備。


圖1是本發明系統的示意圖；圖2是本發明裝置的軸測圖；圖3是本發明裝置的軸測圖，其中某些部件已被拆去。
按照本發明的系統包括兩個分配器1、2，兩個熱源的輸出管線10、20分別連接在它們的入口上，該熱源可包括例如環境能源收集器，特別是太陽能收集器A、B，廢熱收集器，地下水庫等。與各自的分配器1、2的出口相連的管線11-19＇和21-29＇被連接到用于不同溫度的熱能用具的流體管線71-79＇上。來自用具的回管71a-79a分別依次連接到下一個熱能用具的流體管線上，于是就把回管71a連接到供第二熱能用具使用的流體管線72上。
流體管線71-75通向五個從約80℃到約30℃的高溫的一組熱能用具，例如第一為散熱器，第二為洗碗機、洗衣機、干燥機等機器，第三與第四為熱水加溫器，第五為地板加熱器。流體管線76-79則通向從約25℃到20℃的低溫的第二組熱能用具，例如內壁管路、內側地板、外壁和兩個不同的地下水庫。
另外，還設置第三分配器3和第四分配器4。熱力泵8的回管80連接到第三分配器3的單個入口上，第三分配器3的輸出管線31-34通向高溫熱能用具的流體管線71-74。來自冷凍系統9的管線90連接到第四分配器4的單個入口上，第四分配器的輸出管線41-44與低溫熱能用具的流體管線77-79＇相連。
還設置兩個收集器5、6，第一收集器5的輸入管線51-54與兩個分配器1、2的、通向高溫熱能用具的流體管線72-75的輸出管線12-15和22-25相連，第一收集器5的單獨輸出管線50通向熱力泵8。第二收集器6的輸入管線61-65連接到通向低溫用具的流體管線76-79＇的第一分配器1的管線16-19＇和第二分配器2的管線26-29＇上，單獨輸出管線60通向熱力泵8。
熱力泵8包括一個蒸發器81和一個冷凝器84；蒸發器的出口通過管線82與壓縮機83相連。從收集器6到熱力泵8的管線60包括一個混合器85，其通過管線86與三通閥87相通。泵89也位于從混合器85到蒸發器81的管線88上，冷凍系統9包括一個連接混合器85和三通閥87的冷卻盤管91。
混合閥45位于從三通閥87到分配器4的管線90上，返回太陽能收集器A和B的管線10a、20a連接在其上。
還可以設置環境能源收集器或地下水庫來取代第二太陽能收集器B。泵30設置在大多數的該管線中。
本系統的工作方式如下將加熱后的運載媒體經第一太陽能收集器A的輸出管線10供至第一分配器1。按照此運載媒體的溫度，經過輸出管線11-19＇中的一個將此媒體供至隨便哪個設定欲得到該溫度的熱能用具中。例如，若太陽能收集器A輸出的運載媒體溫度為約80℃，就通過分配器1經管線11將此媒體供應到用于諸如一組散熱器的要求最高溫度的用具的流體管線71。反之，若第一太陽收集器A輸出約30℃的運載媒體，則通過第一分配器1經管線15將媒體供入流體管線75而到地板加溫系統中，更低溫度的運載媒體則通過第一分配器1經管線16-19＇中的一個到流體管線76-79＇中的一個供給一個低溫用具。
來自第二太陽收集器B的加熱的運載媒體以類似的方式進行分配，按照運載媒體的溫度，通過第二分配器2的輸出管線20經管線21-25中的一個到流體管線71-75中的一個而引向一個高溫熱能用具，經管線26-29＇中的一個到流體管線76-79＇中的一個而供至一個低溫熱能用具。
借助于分配器1、2就可以確保將用具所設定溫度的運載媒體送至特定的用具中，由于熱能用具的回管71a-79a是依次地連接到下一用具的流體管線上的，就可使運載媒體按照熱需求的變化而通過另外的用具，于是其中所含有熱能就釋放給這些另外的用具。
然而，在需要向該系統供應附加的熱能時，就要經來自兩個收集器A、B或高溫用具的管線51-54中的一個使流入的運載媒體經第一收集器5并經過通向熱力泵8的管線50輸送到熱力泵8的冷凝器84中。在冷凝器84中，運載媒體的溫度被提高到一個高溫熱能用具所需的溫度值。借助熱力泵8而達到80至30℃的運載媒體輸出由第三分配器3經管線31-34中的一個到流體管線71-74中的一個供高溫用具之用。由于熱力泵8是經第一收集器5供應高溫運載媒體的，其溫度就可用熱力泵8提高到所需的高溫值。
借助第二收集器6，來自太陽能收集器A、B或來自低溫熱能用具的經分配器1、2的運載媒體被供入熱力泵8的蒸發器中。由于這種選擇可借助第二收集器6實現，通過收集器或用具的選擇而使之成為供給熱力泵8的運載媒體流入源，就能顧及這一實際情況，即熱力泵8的效率總是在供給相對準確的固定溫度值的運載媒體時才是最佳的，例如30℃。
由熱力泵8的蒸發器81輸出的冷運載媒體經三通閥87供至冷凍系統9的冷卻盤管91。從冷卻系統9出來的回流可與通過三通閥87的入流進行混合。此外，從冷凍系統9出來的回流還可以經混合閥85加入到蒸發器81的入流之中。結果，供給冷凍系統9的運載媒體的溫度就可以控制。另外，從冷凍系統9出來的回流通過混合閥85和管線90流到第四分配閥4的入口，再從那里經管線41-44中的一個達到通向一個低溫熱能用具的流體管線77-79＇。由于回流管75a-79a是經收集器6及其輸出管線60而連到混合閥85上的，低溫運載媒體就可從一個低溫熱能用具供給到冷凍系統中。
溫度傳感器置于各管線之中，用它們測量這些管線中運載媒體的溫度，各溫度傳感器的輸出傳給中央控制器。此外，諸如戶外溫度、各個用具的用熱要求等系統工作所需的全部數據也都輸入中央控制器，通過一個控制程序來控制各分配器和各收集器，使其作為熱能供應和熱能需求的函數，以保證系統的最佳使用。由于把極低溫度的運載媒體返回太陽能收集器A和B，故它們的效率是最佳的。從太陽能收集器A和B將加熱的運載媒體供給到那些工作在相應溫度的用具。通過將不同溫度的熱能用具彼此串聯連接，使得運載媒體中所含熱能可以充分地被利用。過量的熱能被存儲在一個儲熱庫中，若環境能源收集器未能提供足夠的熱能時，可以由這些儲熱庫中提取熱量進行補充。
若環境能源收集器與儲熱庫不能滿足熱能需求時，則熱力泵8也投入運行。高溫運載媒體借助收集器5供入熱力泵8，于是運載媒體就由熱力泵8提高到所需要的高溫度，運載媒體通過收集器6以保證熱力泵8的效率最高的溫度值供到熱力泵8中。
冷凍系統中所產生的熱能也被回收并返回到系統中，若收集器A或B為致冷輸出，則通過分配器1、2和收集器6及混合閥85輸入到冷凍系統9中。
結果，本系統克服了現有技術中所存在的不能以最佳狀態工作的各種缺點。
下面結合圖2、圖3說明一種裝置，它包括分配器、收集器和它們之間的管線。當把連接熱源，特別是太陽能收集器的連接管線，通向不同溫度的熱能用具的管線和通向熱力泵、地下水庫及冷凍系統管線連接到此裝置上時，而且控制分配器與收集器的控制電機連接到中央控制器上后，整個系統就可以工作了。
該裝置包括殼體100，在其中有兩個孔101、102，用于連接來自熱收集器特別是太陽能收集器A和B的管路10、20。這些孔101、102經殼體100中的管路通向十個橫孔103，它們又排入到設在殼體100的前部與后部且在相對于殼體100的中間平面對稱位置上的兩個分配裝置110和120中，圖中只能見到前部的分配器110，下面將予以描述，位于殼體100的后部的分配器120與之結構相同。
分配器110有一分配室111，橫向孔103向其中排放。一個轉動支承盤112安置在分配室111的后端面上，橫向孔103的終端在分配室中；該盤上有一單孔113。分配室111用蓋114封閉，齒輪115和控制電機116位于蓋114上，通過控制電機116，盤112旋轉使孔113位于一個橫向孔103之上。
殼體100內部有五個通向五個橫向孔105的管路104和另外五個通向五個橫向孔107的管路106，它們各始于十個橫向孔103。
在殼體100的前面，通向高溫熱能用具的流體管線71-75與橫向孔105連接，通向低溫熱能用具的流體管線76-79＇則連接在橫向孔107上。與之相比，來自各用具的管線71a-79a則在殼體100的后部與橫向孔105、107相連，起始于每個橫向孔105和107的一條通向用具之一的管線通過橫向孔107分別返回各自鄰近的橫向孔105。連接橫向孔103a、107a的最后管路106a也有一連接件108，返回熱收集器A、B的管線10a、20a連接于其上。
從橫向孔105經殼體100內部通向五個向分配器130進行排放的橫向孔123的管路122位于殼體100的前部，而收集器150則位于殼體100的后部。分配器130又包括一個分配室131，其中有一帶單孔133的轉盤132，該轉盤可由控制電機136和一個中間齒輪135驅動旋轉。收集器150具有相同的結構，管路180通向分配室131，離開熱力泵8的冷凝器84的管線80與之相連。
管路150a始于收集器150的收集室，通往熱力泵8的冷凝器84的管線50連接在其上。
五個管路124從橫向孔107延伸并排放到在第二收集器160和第二分配器140之間延伸的五個橫向孔125中；收集器160同樣也有收集室161、具有孔163的轉盤162、蓋板164、齒輪165和控制電機166；分配器140為類似的結構，管路160a連通收集器160并通向混合閥185。管路188也始于混合閥185，通向熱力泵8的管線88與之相連；管路186也從混合閥185通向三通閥187，管路189從那里開始，通向熱力泵8的蒸發器81的管線與之連接；管路190也始于分配器140的分配室并通向混合閥185。管路191從混合閥185，而和192則從三通閥187開始，冷凍系統9的各管線與二者相連。
圖2和3中所示的殼體100包含了相應于圖1中所示的全部裝置與連接，于是，一旦連接好各連接管線與各種必需的泵，并將分配器110、120、130、140和收集器150、160的控制電機連接到中央控制器上，則借助于殼體100就可以實現已結合圖1加以解釋的那種工作方式。這種結果的取得是由于將分配器和收集器的轉盤調節為可使運載媒體流進與流出，每通過一個橫向孔都使系統的效率達到該狀態下的最佳值。
為了使轉盤112、132、162可在控制電機116、136、166分別作用下無困難地轉動，通過設在系統中的截止閥或供液泵的截止閥使分配器成為不受壓力狀態，于是轉盤112、132、162就可在與它們相聯的控制電機的作用下轉到一個新的位置上。當到達此新位置時，轉盤112、132、162在位于轉盤上的控制油缸112＇、132＇、162＇的作用下再度壓在腔室111、131、161的后壁上，于是就獲得了對于所選定的入口管路103、123、125的必要的密封。
權利要求
1.一種向用具供應熱能的系統，其中具有至少由一個熱源加熱的運載媒體，其特征在于至少一個熱源(A、B、8)的輸出管線和與之相配合的至少一個分配器(1、2)的入口相連，分配器(1、2)有許多出口，通向不同溫度的熱能用具的流體管線(71-79＇)連接在其上，通過分配器(1、2)可以選定一個應向其供給加熱的運載媒體的熱能用具。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于將不同溫度的熱能用具串連，使運載媒體可依次地流過它們。
3.如權利要求1或2之一所述的系統，其特征在于至少一個熱源是由太陽能收集器(A、B)構成的。
4.如權利要求1至3之一所述的系統，其特征在于至少一個熱源是由環境能源收集器和/或地下水庫等構成的。
5.如權利要求3所述的系統，其特征在于至少設置兩個太陽能收集器(A、B)，它們指向不同的方向。
6.如權利要求1至5之一所述的系統，其特征在于至少一個熱源由熱力泵(8)構成。
7.如權利要求1至6之一所述的系統，其特征在于來自低溫用具的回流管(75a-79a)連接到收集器(6)的入口上，該收集器具有一個連接熱力泵(8)的入口的單個輸出管線(60)，借助收集器(6)就能選定其回流可連至熱力泵(8)上的用具。
8.如權利要求5或6之一所述的系統，其特征在于低溫熱能用具的回流管可經過收集器(6)連接到熱力泵(8)的蒸發器(81)上，而高溫熱能用具的回流管則可經另外的收集器(5)連接到熱力泵(8)的冷凝器(84)上。
9.如權利要求1至8之一所述的系統，其特征在于熱力泵(8)的出口與另外的分配器(3)的入口相連，該分配器包含多個通往高溫用具的出口，借助該分配器(3)就能選定一個從熱力泵(8)將運載媒體供至其中的用具。
10.如權利要求9所述的系統，其具有包含蒸發器(81)、壓縮機(83)和冷凝器(84)的熱力泵(8)，其特征在于將致冷用具(9)連接到蒸發器(81)上。
11.如權利要求10所述的系統，其特征在于致冷用具(9)的回流管(90)連接到另外的分配器(4)的入口上，低溫用具則與其出口相連，借助該分配器(4)就可選定可將在致冷用具(9)中加溫的運載媒體供至其中的一個用具。
12.如權利要求11所述的系統，其特征在于致冷用具(9)的回流管連接到混合閥(85)上，通向熱收集器(A、B)和熱力泵(8)的蒸發器(81)的管線連接到混合閥上。
13.如權利要求1至12之一所述的系統中的分配器，其特征在于其設有一殼體(100)，該殼體(100)包括至少一個供來自熱源(A)的熱運載媒體的引入管線用的入口管(101)和多個通向不同溫度的熱能用具的流體管線的出口管(105、107)，在入口管(101)和各出口管(105、107)之間至少設置一個帶有控制裝置的分配器(110、130、140)，利用它可先定一個出口管(105、107)。
14.如權利要求1至12之一所述的系統中的收集器，其特征在于其設有一殼體(100)，該殼體(100)包括多個連接來自熱能用具的回流管用的入口管(107)和一個供熱力泵(8)的運載媒體的引入管線用的出口管(160A)，在入口管(105、107)和出口管(160A)之間至少設置一個帶控制裝置的收集器(150、160)，通過它可以選定一個入口管(105、107)，運載媒體可從這里供至熱力泵(8)。
15.如權利要求13或14之一所述的分配器或收集器，其特征在于該控制裝置是由一轉盤(112、162)構成的，轉盤具有一個孔(113、163)并可由控制電機(116、166)驅動旋轉，借助該裝置就可選定一個入口管(103、125)。
16.一種通過加熱的運載媒體控制各熱能用具的供給的裝置，其特征在于其設置有殼體(100)，該殼體包括連接部(101、102)，用以供應來自至少一個熱源(A、B、8)的加熱的運載媒體，并用來將運載媒體傳輸給熱能用具，在兩個連接部之間安置至少一個分配器(110、120、130、140)，用來供入或排出運載媒體，通過該分配器就能選定一個管路(103、123、125)，加熱的運載媒體可通過它供至許多熱能用戶中的一個。
17.如權利要求16所述的裝置，其特征在于該殼體(100)中至少設有一個收集器(150、160)，熱力泵(8)可連接在其出口上。
18.如權利要求16或17之一所述的裝置，其特征在于該殼體包含四個分配器(110、120、130、140)和兩個收集器(150、160)，它們通過管路(104、106、122、124)和連接孔(103、105、107、123、125)相連接，它們還相互連接以與熱源(A、B、8)相通并與熱或致冷用具相通，借助分配器(110、120、130、140)和收集器(150、160)就能以使運載媒體流入流出熱源(A、B、8)的方式控制對用具的熱能或致冷能量的供給。
19.如權利要求15所述的分配器或收集器，其特征在于給轉盤(112、132、162)配備一個控制油缸(112＇、132＇、162＇)，借助它們可使轉盤轉動后以密封狀態連接到選定的入口管(103、123、125)上。
全文摘要
一種向用具供應熱能的系統，其具有至少由一個熱源加熱的運載媒體，至少一個熱源的輸出管線連接到與其配合的至少一個分配器的入口上，該分配器包括多個出口，通往不同溫度的熱能用具的流體管線與之相連，通過分配器就能選定一個用具并把加熱的運載媒體供應給該用具。
文檔編號F24J2/42GK1127874SQ9511920
公開日1996年7月31日 申請日期1995年11月8日 優先權日1994年11月8日
發明者阿洛伊斯·施瓦茨 申請人:阿洛伊斯·施瓦茨, 格哈特·杜爾希, 朱爾根·沃格爾