CN100513932C - 热电联合系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种热电联合系统，其中产生电能的发电机、操作用来驱动发电机并且在其运行期间产生废热的驱动源、回收驱动源的废热的废热回收器、以及发散由废热回收器回收的废热的散热器设置在单一机箱内。该热电联合系统具有紧凑和简单的结构，并且实现了简单的控制操作，并提高了可操作性。

Description

热电联合系统
技术领域
本发明涉及一种热电联合系统，并且更具体地涉及一种热电联合系统，其中发电机、适于驱动发电机的驱动源以及适于从驱动源回收废热的废热回收器设置在单一机箱内。
背景技术
图1是表示现有热电联合系统的示意图。
如图1所示，现有热电联合系统包括产生电能的发电机2；诸如发动机的驱动源10，其用来驱动发电机2并且在其运行期间产生废热(下文中将驱动源10称为发动机)；回收发动机10产生的废热的废热回收器20；以及诸如贮热罐的耗热装置30，其耗用由废热回收器20回收的废热。
发电机2产生的电能供应到包括热泵型空调4和各种家用照明装置在内的各种家用电器。
废热回收器20包括从由发动机10排出的废气中吸热的废气热交换器22，以及从用于冷却发动机10的冷却水中吸热的冷却水热交换器24。
废气热交换器22通过第一供热管线23连接于耗热装置30。因此，废气热交换器22可以将从发动机10的废气吸收的废热通过第一供热管线23传递到耗热装置30。如上所述，耗热装置30可以是贮热罐。
冷却水热交换器24通过第二供热管线24连接于耗热装置30。因此，冷却水热交换器24可以将从发动机10的冷却水吸收的废热通过第二供热管线24传递到耗热装置30。
但是，在具有上述结构的常规热电联合系统中，发电机2、发动机10、废气热交换器22、以及冷却水热交换器24分别设置在单独的单元内。因此，现有的热电联合系统具有如下问题，即结构复杂、控制操作烦杂、可操作性降低、以及传递到耗热装置30的废热量减少。
发明内容
本发明正是考虑到上述问题而作出的，并且其目标是提供一种热电联合系统，其中发动机、发电机、废热回收器、以及散热器组合在一个单元内，从而热电联合系统具有紧凑和简单的结构，并且实现了简单的控制操作，并提高了可操作性。
根据本发明，这个目标是通过提供一种热电联合系统而完成的，该热电联合系统包括：产生电能的发电机；驱动源，其操作用来驱动发电机，并且在驱动源的运行期间产生废热；废热回收器，其回收驱动源的废热；废热供应器，通过将回收的废热传送到耗热装置内流动的制冷剂，将由废热回收器所回收的废热传送到耗热装置；以及散热器，当不必将驱动源的废热传送到废热供应器时，所述散热器把由废热回收器回收的废热发散到空气中，其中发电机、驱动源、废热回收器、以及散热器设置在单一机箱内。
本发明还涉及一种热电联合系统，其包括：产生电能的发电机；驱动源，其操作用来驱动发电机，并且在驱动源的运行期间产生废热；废热回收器，其回收驱动源的废热；废热供应器，其将由废热回收器所回收的废热传送到耗热装置；机箱，其包括限定在机箱内的发动机室，以容放发电机、驱动源、废热回收器、以及废热供应器；散热器，其安装在机箱以当不需要将所述驱动源的废热传到所述废热供应器时，将由废热回收器回收的废热发散到大气；消声器，其安装在用于从驱动源排放废气的排气管；消声器机壳，其安装在机箱，并且用于保护消声器和屏蔽消声器的噪音；以及通风装置，其安装在机箱，以将机箱周围的空气吸入到发动机室，并且经由消声器机壳从发动机室向外排出空气以便对发动机室散热。
驱动源可以是发动机或燃料电池。
驱动源可以包括吸气管，用于将机箱周围的空气抽吸到驱动源内。
热电联合系统可进一步包括消声器，其安装在用于从驱动源排放废气的排气管。
热电联合系统可进一步包括安装在机箱的消声器机壳，用于保护消声器和屏蔽消声器的噪音。
消声器机壳可以包括第一消声器机壳，其包围消声器，并且提供一个通道，从发动机室吸收热的空气通过该通道；以及第二消声器机壳，其位于第一消声器机壳的一侧，提供一个通道，从第一消声器机壳出来的空气通过该通道以向外排放。
机箱可以包括限定在机箱内的发动机室，以容放发电机、驱动源、以及废热回收器。
废热供应器可以设置在发动机室内。
热电联合系统可进一步包括通风装置，其安装在机箱以从发动机室发散热。
通风装置可以包括通风机壳，其连通于机箱的发动机室，并且包括安装在通风机壳一侧的格栅；以及通风风扇，其连接于位于通风机壳内的电机以向发动机室吹送室外空气。
散热器可以设置在机箱顶部以从机箱向上排热。
散热器可以包括旁通管线，其从传热管线分支，该传热管线用于将废热回收器回收的废热传送到废热供应器；散热热交换器，旁通管线延伸通过该散热热交换器；散热风扇，用于将室外空气吹送到散热热交换器；以及格栅，设置在散热热交换器和散热风扇上方。
热电联合系统可进一步包括隔壁，其将散热器和发动机室相互隔离开。
本发明的热电联合系统具有如下优点：热电联合系统具有紧凑和简单的结构，并且实现了简单的控制操作，并提高了可操作性。
根据本发明的热电联合系统具有优点：因为驱动源的吸气管抽吸机箱周围的空气，因此驱动源可以稳定和高效地运行，而与机箱内部温度的升高无关。
而且，根据本发明的热电联合系统具有优点：驱动源包括安装于排气管的消声器，并且热电联合系统包括用于保护消声器和屏蔽消声器的噪音的消声器机壳，从而可以获得较好的减噪效果并且将消声器防护于雪、雨等。
根据本发明的热电联合系统还具有优点：机箱在其内部限定有发动机室，发动机室内容放发电机、驱动源、以及废热回收器，并且热电联合系统还包括通风装置，其用于从发动机室散热，因此能够防止发动机室过热，并且实现发动机和其他设备的效率提高。
根据本发明的热电联合系统还具有优点：因为废热供应器设置在发动机室内以将由废热回收器回收的废热传送到耗热装置，因此可以更加有效地供应发动机的废热。
另外，根据本发明的热电联合系统具有优点：因为散热器由隔壁隔离于发动机室并且设置在机箱顶部以从机箱向上排热，因此可以有效地发散废热。
附图说明
在阅读以下结合附图的详细描述之后，本发明的以上目标以及其它特征和优点将会变得更加明显，在附图中：
图1是表示现有热电联合系统的示意图；
图2是根据本发明热电联合系统的透视图；
图3是根据本发明第一实施例的热电联合系统的示意图，其中示出了包含在热电联合系统中的耗热装置在制冷模式下运行的状态；
图4是根据本发明第一实施例的热电联合系统的示意图，其中示出了耗热装置在加热模式下运行的状态；
图5是图2到4中所示的热电联合系统的分解透视图；以及
图6是根据本发明第二实施例的热电联合系统的分解透视图。
具体实施方式
下文中将参考附图描述根据本发明的热电联合系统的示例性实施例。在以下描述中，同样的元件涉及相同的名称并被标识为相同的附图标记，并且不进行重复性的描述。
图2是根据本发明的热电联合系统的透视图。
如图2所示，热电联合系统包括热电联合单元50，其中设置有发动机和发电机；以及耗热装置60，其使用从热电联合单元50产生的电能和从热电联合单元50回收的废热。
耗热装置60包括热泵型空调，其包括室外单元A以及具有加热和制冷功能的室内单元B。
图3是根据本发明第一实施例的热电联合系统的示意图，其中示出了包含在热电联合系统中的耗热装置在制冷模式下运行的状态。图4是根据本发明第一实施例的热电联合系统的示意图，其中示出了耗热装置在加热模式下运行的状态。
热电联合单元50包括产生电能的发电机51；以及驱动源52，其操作用来驱动发电机51，并且在其运行期间产生废热。热电联合单元50还包括废热回收器55，其回收驱动源52的废热；散热器59，其发散由废热回收器55回收的废热；以及废热供应器73，其将由废热回收器55回收的废热供应到耗热装置60，即热泵型空调。
发电机51可以是交流发电机或直流发电机。发电机51包括连接于驱动源52的输出轴的转子，因此发电机51在输出轴的旋转期间产生电能。
发电机51向热泵型空调60及其他装置供应所产生的电能。
驱动源52包括燃料电池或发动机，其利用诸如液化气或液化石油气的燃料工作。为简化说明，下文中的描述只是结合驱动源52包括发动机的情况给出。
燃料供应管52a、吸气管52b和排气管52c连接于发动机52。燃料供应管52a适于将比如液化气或液化石油气的燃料供应到发动机52。吸气管52b连接于燃料供应管52a以将空气吸入发动机52。排气管52c适于将从发动机52产生的废气排放到大气。
废热回收器55包括通过冷却水管线56a连接于发动机52的冷却水热交换器56，其回收用于冷却发动机52的冷却水的热；以及设置在排气管52c的废气热交换器58，其回收从发动机52排出的废气的废热。
冷却水循环泵56b设置于发动机52或冷却水管线56a，以使冷却水循环经过发动机52和冷却水热交换器56。
冷却水热交换器56和废气热交换器58通过传热管线57连接于废热供应器73，以将在发动机52运行期间所回收的废热传递到废热供应器73。
载热体循环泵57a设置于传热管线57，以使载热体循环经过冷却水热交换器56、废气热交换器58、以及废热供应器73。
散热器59包括散热热交换器，以当不需要将发动机52的废热传送到废热供应器73时将发动机52的废热发散到大气。从传热管线57分支出的旁通管线59a延伸通过散热热交换器。阀59b和59c设置在旁通管线59a以改变载热体的流动路径。
散热器59还包括散热风扇59c，以将室外空气吹送到散热热交换器。
当热泵型空调60在制冷模式下运行或者处于过载加热状态时，阀59b和59c将载热体的流动路径改向散热器59的散热热交换器。在此情况下，散热风扇59c也旋转。
同时，热泵型空调60的室外单元A包括压缩机61、四通阀62、室外热交换器63、诸如LEV的膨胀设备64(下文中称为“室外膨胀设备”)、以及收集器65。
热泵型空调60的每个室内单元B包括室内热交换器66。
每个室内单元B还包括诸如LEV的膨胀设备67(下文中称为室内膨胀设备)。
废热供应器73设置在热电联合单元50内，从而用做第二室外热交换器，用于使得在热泵型空调60的加热操作期间经过传热管线57送入的废热传送到循环通过热泵型空调60的制冷剂。
第二室外热交换器73单独或者与室外单元A的室外热交换器63(下文称为“第一室外热交换器”)合作操作来冷凝制冷剂。
即，在热电联合系统中，当热泵型空调60处于加热过载状态时，制冷剂仅仅导入第一室外热交换器63，并且当热泵型空调60不处于加热过载状态时，制冷剂仅仅导入第二室外热交换器73或者导入第一和第二室外热交换器63和73。
第二室外热交换器73连接于制冷剂抽吸管线74，该制冷剂抽吸管线74从延伸在室内膨胀设备67和室外膨胀设备64之间的制冷剂管线分支出；并且第二室外热交换器73经由制冷剂排放管线75连接于四通阀62。
膨胀设备76(下文中称为“热电联合膨胀单元”)设置在制冷剂抽吸管线74，以将热泵型空调60的加热操作期间在室内热交换器66内冷凝之后已在室内膨胀设备67中膨胀的制冷剂在进入第二室外热交换器73之前再次膨胀。
旁通管线77连接在制冷剂抽吸管线74和制冷剂排放管线75之间，以引导经过室内热交换器66和室内膨胀设备67的制冷剂流动通过制冷剂排放管线75同时旁通热电联合膨胀单元76和第二室外热交换器73。
切换阀77a和77b设置在旁通管线77，以根据热泵型空调60的加热负载控制制冷剂抽吸管线74、制冷剂排放管线75和旁通管线77的打开/关闭。
当热泵型空调60的加热负载低时，切换阀77a和77b操作以允许经过室内热交换器66和室内膨胀设备67的制冷剂进入制冷剂抽吸管线74，并且因而经过热电联合膨胀单元76和第二室外热交换器73。另一方面，当热泵型空调60的加热负载过高时，切换阀77a和77b操作以允许经过室内热交换器66和室内膨胀设备67的制冷剂通过旁通管线77同时旁通热电联合膨胀单元76和第二室外热交换器73。
同时，旁通管线78连接在制冷剂排放管线75和第一室外热交换器63之间，以引导经过制冷剂排放管线75的制冷剂进入第一室外热交换器63，从而制冷剂在第一室外热交换器63内蒸发。
切换阀78a设置在旁通管线78，以根据热泵型空调60的加热负载是否过高，即热泵型空调60是否处于加热过载状态，以及蒸发温度和室外温度之间的比较结果，来控制旁通管线78的打开/关闭。
当热泵型空调60没有处于加热过载状态，并且室外温度高于蒸发温度时，切换阀78a打开旁通管线78以使得在第二室外热交换器73内蒸发的制冷剂经过第一室外热交换器63，从而制冷剂在第一室外热交换器63内再次蒸发。另一方面，当热泵型空调60处于加热过载状态时，切换阀78a打开旁通管线78以使得经过室内膨胀设备67的制冷剂通过第一室外热交换器63，从而制冷剂在第一室外热交换器63内蒸发。
另一方面，当热泵型空调60没有处于加热过载状态，并且室外温度不高于蒸发温度时，切换阀78a关闭旁通管线78以使得在第二室外热交换器73内蒸发的制冷剂进入四通阀62而不通过第一室外热交换器63。
标号79表示止回阀，用于在热泵型空调60的制冷操作期间打开膨胀设备64和室内热交换器66之间的制冷剂管线，从而允许通过膨胀设备64时被膨胀的制冷剂进入室内热交换器66；并且用于在热泵型空调60的加热操作期间关闭膨胀设备64和室内热交换器66之间的制冷剂管线，从而允许通过室内热交换器66时被冷凝的制冷剂进入制冷剂抽吸管线74。
标号C表示分配器，制冷剂管线从此处分支。
图5是图2到4中所示的热电联合系统的分解透视图。
如图5所示，热电联合单元50包括机箱80，其中安装有发电机51、发动机52、废热回收器55、散热器59、以及废热供应器73。
机箱80在其中限定有发动机室E，并且包括底座82；机柜84，其安装在底座82上以形成机箱80的左、右和后壁；以及前盖86，其盖住机柜84的前侧。
机箱80在其前侧开放。
发电机51、发动机52、废热回收器55、以及废热供应器73设置在发动机室E内。
通风装置90安装在发动机室E的顶部，以从机箱80的内部散热。
通风装置90包括通风机壳92，其连通于机箱80的发动机室E，并且包括安装在通风机壳92一侧的格栅91。通风装置90还包括通风风扇96，其连接于位于通风机壳92内的电机以向发动机室E吹送室外空气。
设置在发动机室E的顶部散热器59向上排放由废热回收器55吸收的热。
散热器59由隔壁98隔离于发动机室E。
散热器59还包括格栅59d，其设置在散热热交换器和散热风扇59c上方。
同时，发动机52的吸气管52b从机箱80抽吸室外空气。
吸气管52b可以延伸到靠近格栅91的位置，从而经过格栅91的一部分空气直接被吸入到吸气管52b而不进入发动机室E。可选地，吸气管52b可以延伸通过格栅91，从而空气直接被吸入到吸气管52b。为简化说明，下文中的描述只是结合吸气管52b延伸到靠近格栅91的位置的情况给出。
而且，消声器52d连接于发动机52的排气管52c。热电联合单元50还包括消声器机壳100，其保护消声器52d免受雪、雨等的侵蚀，并且屏蔽消声器52d的噪音。
消声器机壳100包括第一消声器机壳102，其安装在机箱80的顶部，从而第一消声器机壳102包围消声器52d，并且提供一个通道，从发动机室E吸收热的空气通过该通道。
消声器机壳100还包括第二消声器机壳110，其位于第一消声器机壳102的一侧，提供一个通道，从第一消声器机壳102出来的空气通过该通道以向外排放。
第一消声器机壳102包括开口104，其形成在第一消声器机壳102的底侧，以允许从发动机室E伸出的排气管52c通过开口104；以及开口106，其形成在第一消声器机壳102的一侧。
第二消声器机壳110包括开口108，其连通于第一消声器机壳102的侧开口106；以及排气孔109，其形成在第二消声器机壳110的上侧。
开口107和111分别形成在第一和第二消声器机壳102和110的前侧。
消声器机壳110进一步包括消声器盖112，其盖住开口107和11。
通孔(未示出)也形成在第一消声器机壳102、第二消声器机壳110、以及消声器盖112中的选定一个，以允许排气管52c延伸通过该通孔。
在下文中，将描述具有上述结构的热电联合单元50的运行。
当发动机52被驱动时，热电联合单元50周围、特别是格栅91周围的空气经由吸气管52b被抽吸到发动机52内。由于发动机52的驱动，发电机51的转子也转动，从而产生电能。电能被供应到热泵型空调60以及其他装置。
在发动机52的运行期间，发动机52的废气中的废热和发动机52的冷却水中的废热由废热回收器55回收，废热回收器55转而将所回收的废热传送到废热供应器73或者将所回收的废热从机箱80经由散热器59向上排出。
同时，发动机52的废气在通过消声器52d时被降噪，并且随后从热电联合单元50向外排出。扩散到消声器52d周围的噪音由设置在消声器52d周围的消声器机壳100屏蔽。
在发动机52运行期间，通风风扇96旋转，从而热电联合单元60周围的空气被经由格栅91吸入通风机壳92，并且然后在通过通风机壳92之后进入发动机室E。
进入发动机室E的空气从发电机51和发动机52吸热，并且然后在连续通过第一消声器机壳102的开放底侧移动进入第一消声器机壳102的内部以及通过第一消声器机壳102的开放侧部移动进入第二消声器机壳110的内部之后经由第二消声器机壳110的顶侧向外排出。
图6是根据本发明第二实施例的热电联合系统的分解透视图。
如图6所示，在根据该实施例的热电联合系统中，废热供应器73不是设置在热电联合单元50内，而是设置在室外单元A内或者独立单元(未示出)内。根据该实施例的热电联合系统除了废热供应器73外，与第一实施例具有相同的构造和功能。因此，第二实施例分别相当于第一实施例的构件被标识为相同的附图标记，并且不再给出详细的描述。
废热供应器73可以构成第二室外热交换器，用于蒸发循环通过热泵型空调60的制冷剂，如在第一实施例中那样。可选地，废热供应器73可以构成设置在室外单元A内的预加热器，以预加热吸入第一室外热交换器的室外空气，或者构成设置在室外单元A内的压缩机排放管线加热器，以加热在室外单元A的压缩机内被压缩的制冷剂。
根据本发明上述任何一个实施例的热电联合系统具有各种功效。
也就是，首先，本发明的热电联合系统具有如下优点：因为产生电能的发电机、操作用来驱动发电机并且在其运行期间产生废热的驱动源、回收驱动源的废热的废热回收器、以及发散驱动源的废热的散热器设置在单一机箱内，因此热电联合系统具有紧凑和简单的结构，并且实现了简单的控制操作，并提高了可操作性。
第二，根据本发明的热电联合系统具有优点：因为驱动源的吸气管抽吸机箱周围的空气，因此驱动源可以稳定和高效地运行，而与机箱内部温度的升高无关。
第三，根据本发明的热电联合系统具有优点：驱动源包括安装于排气管的消声器，并且热电联合系统包括用于保护消声器和屏蔽消声器的噪音的消声器机壳，从而可以获得较好的减噪效果并且将消声器防护于雪、雨等。
第四，根据本发明的热电联合系统还具有优点：机箱在其内部限定有发动机室，发动机室内容放发电机、驱动源、以及废热回收器，并且热电联合系统还包括通风装置，其用于从发动机室散热，因此能够防止发动机室过热，并且实现发动机和其他设备的效率提高。
第五，根据本发明的热电联合系统还具有优点：因为废热供应器设置在发动机室内以将由废热回收器回收的废热传送到耗热装置，因此可以更加有效地供应发动机的废热。
第六，根据本发明的热电联合系统具有优点：因为散热器由隔壁隔离于发动机室并且设置在机箱顶部以从机箱向上排热，因此可以有效地发散废热。
尽管已经为了示例的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员能理解到，在不背离本发明如所附权利要求所公开的范围和精神的前提下，很多修改、增加和替换都是可能的。

Claims (11)

1.一种热电联合系统，其包括：
产生电能的发电机；
驱动源，其操作用来驱动发电机，并且在驱动源的运行期间产生废热；
废热回收器，其回收驱动源的废热；
废热供应器，通过将回收的废热传送到耗热装置内流动的制冷剂，将由废热回收器所回收的废热传送到耗热装置；以及
散热器，当不必将驱动源的废热传送到废热供应器时，所述散热器把由废热回收器回收的废热发散到空气中，
其中发电机、驱动源、废热回收器、以及散热器设置在单一机箱内。
2.根据权利要求1的热电联合系统，进一步包括：
消声器，其安装在用于从驱动源排放废气的排气管。
3.根据权利要求2的热电联合系统，进一步包括：
安装在机箱的消声器机壳，用于保护消声器和屏蔽消声器的噪音。
4.根据权利要求1的热电联合系统，其中机箱包括限定在机箱内的发动机室，以容放发电机、驱动源、以及废热回收器。
5.根据权利要求4的热电联合系统，其中废热供应器设置在发动机室内。
6.根据权利要求4的热电联合系统，进一步包括：
通风装置，其安装在机箱以从发动机室发散热。
7.根据权利要求4的热电联合系统，其中散热器设置在机箱顶部以从机箱向上排热。
8.根据权利要求4的热电联合系统，进一步包括：
隔壁，其将散热器和发动机室相互隔离开。
9.根据权利要求1到8中任一项的热电联合系统，其中驱动源是发动机或燃料电池。
10.根据权利要求1到8中任一项的热电联合系统，其中驱动源包括吸气管，用于将机箱周围的空气抽吸到驱动源内。
11.一种热电联合系统，其包括：
产生电能的发电机；
驱动源，其操作用来驱动发电机，并且在驱动源的运行期间产生废热；
废热回收器，其回收驱动源的废热；
废热供应器，其将由废热回收器所回收的废热传送到耗热装置；
机箱，其包括限定在机箱内的发动机室，以容放发电机、驱动源、废热回收器、以及废热供应器；
散热器，其安装在机箱以当不需要将所述驱动源的废热传到所述废热供应器时，将由废热回收器回收的废热发散到大气；
消声器，其安装在用于从驱动源排放废气的排气管；
消声器机壳，其安装在机箱，并且用于保护消声器和屏蔽消声器的噪音；以及
通风装置，其安装在机箱，以将机箱周围的空气吸入到发动机室，并且经由消声器机壳从发动机室向外排出空气以便对发动机室散热。
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