一种双级耦合三级变频的智慧能源系统的制作方法

本发明涉及能源系统领域技术，尤其是指一种双级耦合三级变频的智慧能源系统。

背景技术：

近二十年来，在我们的电采暖领域中，出现了许许多多的电采暖设备，比如电阻式锅炉采暖、电磁式锅炉采暖、ptc半导体式锅炉采暖、电热膜、发热电缆、碳晶地暖、电热画、空气能热泵、水源热泵、地源热泵等多种电采暖设备。

这些采暖设备，都各有优缺点，比如，电阻式电锅炉这些设备因水垢等问题，会随着使用年限的增加，热效率也跟随降低，且容易烧坏发热器件，水电不分离，发热元件带电，不安全。设备的能效比最大不会超过100％，比较费电，采暖费用高，设备造价低。

电磁式锅炉，加热速度快，热效率恒定不变，水电分离，全安可靠。但能效比最大不会超过100％，比较费电，采暖费用高，设备造价相对较低。

半导体式电锅炉，水电分离，制热量不会随室外环温的下降而降低，但会随着使用年限的增加，热效率会下降，能效比最大不会超过100％，比较费电，采暖费用高，设备造价相对较低。

空气能热泵采暖设备，水电分离，能效比高，超过100％，甚至更高达到400％，比较省电，采暖费用低，但设备造价相对也较高。在严寒高湿地区，能效比衰减很严重，必须增加设备的数量才能保证采暖效果，安装现场面积增加，所投资金也大。在严寒到一定程度下，设备无法启动工作。

空气能热泵在国内的发展历程，空气能厂家一直无法真正解决空气能热泵在严寒高湿地区的运用问题：一方面这是由于空气能热泵必须依靠吸收空气中热量来决定的(环境温度低热泵所能吸收的空气能量低、环境湿度大热泵除霜耗能大)；另一方面更是由于项目经济性所决定的(低环境温度下空气能要吸收相同的热量必加大蒸发面积或增加热泵主机所匹配的数量)。

针对空气源热泵高能效的突出优点，在应用的过程中应尽可能的保证空气能热泵能在其适宜气候下工作并且发挥出最佳的能效比，但这个适宜的气候是有温湿度范围的，超过这个温湿度范围，空气能会出现两种不良状况：

第一：超出适宜范围时，空气能热泵的制热量大幅衰减，常规配置无法满足采暖需求。这种情况下要全部由空气能来满足采暖需求，就要大幅增加热泵主机配置数量，这就会大幅增加项目的投资成本！且这种极限范围时间短，所大幅增加的投资很不经济。

第二：超出适宜范围且超出热泵制热的极限范围时，空气能热泵无法制热、甚至直接停机，这种情况的天数短却是项目的绝对刚需！虽然通过增加一套电辅助系统也能解决这种极端天气的需求，但却增加了用户及客户安装成本、占用了安装面积，也带来了空气能与电辅助系统的兼容控制、安全隐患等问题，系统的综合能源利用率难以得到有效保证。

因此，有必要发明出一款集多种设备优点为一体的智慧能源系统设备。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种双级耦合三级变频的智慧能源系统，其能效比高，在超低温环境下正常制热，在极寒天气能正常工作不停机，相比而言可以减少设备数量和安装面积，无需其它电辅助系统需要兼容控制，自动耦合互补，系统的综合能源利用率得到有效保证。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种双级耦合三级变频的智慧能源系统，包括有加热模块、气液分离器、变频压缩机、电子四通阀、套管换热器、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、板式换热器、变频加热控制器、压缩机变频器、风机变频器、电子膨胀主阀、电子膨胀副阀、翅片换热器、变频风机、室外温度传感器、出水温度传感器、回水温度传感器、排气温度传感器、回气温度传感器、水流开关传感器、高压开关传感器、低压开关传感器以及控制系统；

该加热模块的进气端连接有进气管，加热模块的出气端连接有出气管；该气液分离器的输入端连接出气管，该气液分离器的输出端通过回气管连接变频压缩机的回气端，该变频压缩机的排气端通过排气管连接电子四通阀，该电子四通阀连接套管换热器、进气管和翅片换热器的一端，该套管换热器连接有出水管和回水管，该第一单向阀的输入端和第二单向阀的输出端均连接套管换热器，第一单向阀的输出端和第四单向阀的输出端均连接板式换热器，第二单向阀的输入端和第三单向阀的输入端均连接电子膨胀主阀的一端，第三单向阀的输出端和第四单向阀的输入端均连接翅片换热器的另一端，该板式换热器连接变频压缩机、变频加热控制器和电子膨胀副阀的一端，电子膨胀副阀的另一端连接变频加热控制器，该压缩机变频器连接变频加热控制器，该风机变频器连接压缩机变频器和电子膨胀主阀的另一端，该变频风机设置于翅片散热器的侧旁，该室外温度传感器设置于翅片散热器的外侧，该出水温度传感器设置于出水管上，该回水温度传感器设置于回水管上，该排气温度传感器设置于排气管上，该回气温度传感器设置于回气管上，该水流开关传感器设置于回水管上，该高压开关传感器设置于排气管上，该低压开关传感器设置于出气管上；

该控制系统电连接压缩机变频器、变频加热控制器、风机变频器、电子四通阀、电子膨胀主阀、电子膨胀副阀、室外温度传感器、出水温度传感器、回水温度传感器、排气温度传感器、回气温度传感器、水流开关传感器、高压开关传感器和低压开关传感器，该变频压缩机与压缩机变频器电性连接，该加热模块与变频加热控制器电性连接，该变频风机与风机变频器电性连接。

优选的，所述加热模块为电磁线圈加热模块或者电阻丝加热模块。

优选的，所述变频加热控制器为氟散热变频加热控制器。

优选的，所述压缩机变频器为氟散热压缩机变频器。

优选的，所述风机变频器为氟散热风机变频。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

本发明电磁能、空气能热泵双级能源耦合，三级变频控制系统的思路可以完美解决在超低温环境下空气能设备数量大幅增加，投资成本高；极寒天气，需要电辅助系统，增加安装面积及安装成本，兼容性、安全性、综合能源利用率难以得到保证的问题，技术可行性具有重大意义，故可广泛推广使用。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明：

附图说明

图1是本发明之较佳实施例的系统结构示意图；

图2是本发明之较佳实施例的控制原理示意图。

附图标识说明：

11、加热模块12、气液分离器

13、变频压缩机14、电子四通阀

15、套管换热器16、第一单向阀

17、第二单向阀18、第三单向阀

19、第四单向阀21、板式换热器

22、变频加热控制器23、压缩机变频器

24、风机变频器25、电子膨胀主阀

26、电子膨胀副阀27、翅片换热器

28、变频风机29、室外温度传感器

31、出水温度传感器32、回水温度传感器

33、排气温度传感器34、回气温度传感器

35、水流开关传感器36、高压开关传感器

37、低压开关传感器38、控制系统

41、进气管42、出气管

43、回气管44、排气管

45、出水管46、回水管

具体实施方式

请参照图1和图2所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有加热模块11、气液分离器12、变频压缩机13、电子四通阀14、套管换热器15、第一单向阀16、第二单向阀17、第三单向阀18、第四单向阀19、板式换热器21、变频加热控制器22、压缩机变频器23、风机变频器24、电子膨胀主阀25、电子膨胀副阀26、翅片换热器27、变频风机28、室外温度传感器29、出水温度传感器31、回水温度传感器32、排气温度传感器33、回气温度传感器34、水流开关传感器35、高压开关传感器36、低压开关传感器37以及控制系统38。

所述加热模块11为电磁线圈加热模块或者电阻丝加热模块，该加热模块11的进气端连接有进气管41，加热模块11的出气端连接有出气管42；该气液分离器12的输入端连接出气管42，该气液分离器12的输出端通过回气管43连接变频压缩机13的回气端，该变频压缩机13的排气端通过排气管44连接电子四通阀14，该电子四通阀14连接套管换热器15、进气管41和翅片换热器27的一端，该套管换热器15连接有出水管45和回水管46，该第一单向阀16的输入端和第二单向阀17的输出端均连接套管换热器15，第一单向阀16的输出端和第四单向阀19的输出端均连接板式换热器21，第二单向阀17的输入端和第三单向阀18的输入端均连接电子膨胀主阀25的一端，第三单向阀18的输出端和第四单向阀19的输入端均连接翅片换热器27的另一端，该板式换热器21连接变频压缩机13、变频加热控制器22和电子膨胀副阀26的一端，电子膨胀副阀26的另一端连接变频加热控制器22，该压缩机变频器23连接变频加热控制器22，该风机变频器24连接压缩机变频器23和电子膨胀主阀25的另一端，该变频风机28设置于翅片散热器27的侧旁，该室外温度传感器29设置于翅片散热器27的外侧，该出水温度传感器31设置于出水管45上，该回水温度传感器32设置于回水管46上，该排气温度传感器33设置于排气管44上，该回气温度传感器34设置于回气管43上，该水流开关传感器35设置于回水管46上，该高压开关传感器36设置于排气管44上，该低压开关传感器37设置于出气管42上。

该控制系统38电连接压缩机变频器23、变频加热控制器22、风机变频器24、电子四通阀14、电子膨胀主阀25、电子膨胀副阀26、室外温度传感器29、出水温度传感器31、回水温度传感器32、排气温度传感器33、回气温度传感器34、水流开关传感器35、高压开关传感器36和低压开关传感器37，该变频压缩机13与压缩机变频器23电性连接，该加热模块11与变频加热控制器22电性连接，该变频风机28与风机变频器24电性连接。在本实施例中，所述变频加热控制器22为氟散热变频加热控制器。所述压缩机变频器23为氟散热压缩机变频器。所述风机变频器24为氟散热风机变频。

详述本实施例的工作原理如下：

该变频压缩机13、电子四通阀14、套管换热器15、第一单向阀16、第二单向阀17、第三单向阀18、第四单向阀19、板式换热器21、电子膨胀主阀25、电子膨胀副阀26、翅片换热器27、变频风机28、控制系统38组成空气能热泵系统，利用逆卡诺循环原理实现制热或制冷功能。正常适宜气候下，尽可能的保证空气能热泵正常工作并发挥出最佳的能效比。

该变频压缩机13、压缩机变频器23、压缩机变频信号、控制系统38组合成压缩机变频系统，控制系统38发送压缩机变频指令，压缩机变频器23根据变频指令调制出频率使变频压缩机13升频或降频工作，变频压缩机13升频工作时，变频压缩机13的制热量增加。相反，变频压缩机13降频工作时，变频压缩机13的制热量减少。

该变频风机28、风机变频器24、风机变频信号、控制系统38组合成风机变频系统，控制系统38发送风机变频指令，风机变频器24根据变频指令调制出频率使变频风机28升频或降频工作，变频风机28升频工作时，蒸发器吸收空气中的热量增加，同时变频压缩机13产生的热量增加。相反，变频风机28降频工作时，蒸发器吸收空气中的热量减少，同时变频压缩机13产生的热量减少。

当室外温度传感器29检测到环境温度持续下降时，空气能热泵仍然能够正常工作，但制热量衰减利害，为了不大幅度的增加热泵主机配置数量又不影响制热效果，采取对空气能的变频风机28和变频压缩机13进行升频工作，衰减的热量可以通过变频风机28升频和变频压缩机13升频增加的制热量来进行补充。相反，当环境温度持续上升时，检测回水温度传感器32温度来作为判断依据，对变频风机28和变频压缩机13进行降频工作，以达到节能降噪的效果，

当环境温度继续下降到极端天气时，变频风机28升频和变频压缩机13升频增加的制热量不能满足采暖需求，甚至出现空气能热泵无法制热，变频压缩机13自我保护停机不工作。

极寒天气下变频压缩机13自我保护的主要原因是，环境温度极低，空气中热量少，冷煤经过蒸发器时气化量不够，变频压缩机13吸气不足引起的排气温度高而进行自我保护，停机不工作。为了让变频压缩机13能正常的运转起来，采用电磁能来进行耦合补充制热量，增加冷煤的气化量保证变频压缩机13能正常运转。

电磁能转换成热能是由电磁线圈加热模块、变频加热控制器22、电磁加热变频信号、控制系统38组合而成。变频加热控制器22是将电能转换成磁能的器件，电磁线圈加热模块是将磁能转换成热能的器件。控制系统38连到加热变频信号，加热变频信号连接到变频加热控制器22，变频加热控制器连接到电磁线圈加热模块。

工作原理是：控制系统38通过室外温度传感器29、回水温度传感器32检测到极寒天气时，就发出电磁变频指令信号，变频加热控制器22接到此信号，调制出频率将电能转换成磁能，电磁线圈加热模块再将磁能转换成热能，热能的大小是根据加热变频信号进行调节的。所述的电磁线圈加热模块由电阻加热丝模块代替，模块本体设有进气口和出气口，分别对应连接有进气管41和出气管42，进气管41连接到蒸发器，出气管42连接到气液分离器12。

低温低压液态冷煤流经蒸发器，蒸发少量冷煤，气液混合的冷煤再进入到电磁线圈加热模块或电阻丝加热模块进行吸热气化，加快液态冷煤气化速度，促使气液混合的冷煤能完全转化为气态冷煤，再送到气液分离器12分离，变频压缩机13吸收到足量气化的冷煤后正常工作。由于电磁线圈加热模块或电阻加热丝模块是变频调节制热量大小的，所以在极寒天气的一定温度范围内，能让变频压缩机13在极寒天气中稳定工作不停机。

空气能和电磁能两套系统是耦合互补设计的，不需要额外增加一套电辅助系统，占地面积、安装成本都不需要增加，空气能与电辅助系统的兼容控制由控制系统38完成，消除了安全隐患，同时也保证了系统综合能源的利用率。

综上所述，电磁能、空气能热泵双级能源耦合，三级变频控制系统的思路可以完美解决在超低温环境下空气能设备数量大幅增加，投资成本高，极寒天气，需要电辅助系统，增加安装面积及安装成本，兼容性、安全性、综合能源利用率难以得到保证的问题，技术可行性具有重大意义，故可广泛推广使用。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。