CN101113851A - 热电联产系统 - Google Patents
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Abstract
在此公开的根据本发明的热电联产系统包括:发电机;驱动源,其运行该发电机;废热回收热交换器,其回收该驱动源的废气的热;煮水热交换器,其用于煮水;空调,其调节室内空气;辐射热交换器,其将热辐射到外部;供应热交换器,其安装在该空调的制冷剂通道上;以及传热通道,其连接该废热回收热交换器、该煮水热交换器、该辐射热交换器、以及该供应热交换器,本发明的优点在于:当空调处于空气制冷模式并且需要煮水时,供应热交换器回收的制冷剂的热被用于煮水,并且驱动源回收的热也被用于煮水。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电联产系统,并且特别涉及这样一种热电联产系统,其通过使回收发动机的废热的废热回收热交换器、加热水的煮水热交换器、以及冷凝/蒸发煮水热交换器的制冷剂的供应热交换器连接,从而将废热回收热交换器的废热传递到煮水热交换器和供应热交换器,或者将废热回收热交换器和供应热交换器的热传递到煮水热交换器。
背景技术
图1是根据传统技术的热电联产系统的方框图。
图1所示的传统的热电联产系统包括:产生电的发电机2;诸如发动机等的驱动源10(以下称发动机),其产生热并且运行发电机2;废热回收装置20,其回收发动机10产生的废气的热;以及储热箱30,在储热箱处使用废热回收装置20的废热。
发电机2和发动机10安装在远离需热位置形成的机架的机械室E内。
发电机2产生的电供应到诸如各种照明装置和热泵型空调4等的家用电器。
热泵型空调4包括压缩机5、四通阀6、室内热交换器7、膨胀装置8和室外热交换器9。
当热泵型空调4处于制冷操作时,压缩机5内压缩的制冷剂依次经过四通阀6、室外热交换器9、膨胀装置8、室内热交换器7和四通阀6,然后循环到压缩机中,因此,室外热交换器9用作冷凝器,并且室内热交换器7用作从室内空气吸收热的蒸发器。
另一方面,当热泵型空调4处于制热操作时,压缩机5内压缩的制冷剂依次经过四通阀6、室内热交换器7、膨胀装置8、室外热交换器9和四通阀6,然后循环到压缩机中,因此,室外热交换器9用作蒸发器,并且室内热交换器7用作加热室内空气的冷凝器。
废热回收装置20包括:废热回收热交换器22,其吸收发动机10排出的废气的热;以及冷却水热交换器24,其吸收冷却发动机10的冷却水的热。
废热回收热交换器22与第一供热管线23和储热箱30连接,因而从发动机的废气吸收的废热通过第一供热管线23传递到储热箱30。
冷却水热交换器24与第二供热管线25和储热箱30连接,因而从冷却发动机10的冷却水吸收的热通过第二供热管线25传递到储热箱30。
煮水器与储热箱30连接。
由于发动机10的废热不能用于热泵型空调4,仅可用于煮水,因此不能最大化根据传统技术的热电联产系统的效率。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的问题,并且本发明的目的是提供一种热电联产系统,其在空调的空气制冷操作过程中,使运行空调所需的能量消耗最小化,同时使煮水效率最大化。
本发明的另一目的是提供一种热电联产系统,其防止在空调的空气制热操作的过程中,当室外热交换器结霜以及煮水时产生的空气制热能力降低。
本发明的再一目的是提供一种热电联产系统,其在空调处于空气制热模式下而且不需要煮水时,通过增加空调的蒸发压力而使运行空调所需的能量消耗最小化。
为了达到上述目的,根据本发明的热电联产系统包括:发电机;驱动源,其运行该发电机;废热回收热交换器,其回收该驱动源的废热;煮水热交换器,其用于煮水;空调,其调节室内空气;辐射热交换器,其将热辐射到外部;供应热交换器,其安装在该空调的制冷剂通道上;以及传热通道,其连接该废热回收热交换器、该煮水热交换器、该辐射热交换器、以及该供应热交换器。
该热电联产系统还包括煮水/辐射热交换器旁路装置,其使该废热回收热交换器的热绕过该煮水热交换器和该辐射热交换器;辐射热交换器旁路装置,其使该废热回收热交换器的热绕过该辐射热交换器;以及供应热交换器旁路装置,其使该废热回收热交换器的热绕过该供应热交换器。
该煮水/辐射热交换器旁路装置包括:煮水/辐射热交换器旁路通道,其形成在该传热通道上;以及煮水/辐射热交换器旁路阀,其安装在该煮水/辐射热交换器旁路通道和该传热通道的交叉位置。
该辐射热交换器旁路装置包括:辐射热交换器旁路通道,其形成在该传热通道上;以及辐射热交换器旁路阀,其安装在该辐射热交换器旁路通道和该传热通道的交叉位置。
该供应热交换器旁路装置包括:供应热交换器旁路通道,其形成在该传热通道上;以及供应热交换器旁路阀,其安装在该供应热交换器旁路通道和该传热通道的交叉位置。
该空调是热泵型空调,其包括压缩机、四通阀、室外热交换器、膨胀装置和室内热交换器。
该热泵型空调还包括:室外热交换器旁路装置,其形成为使制冷剂绕过该室外热交换器。
该供应热交换器安装在介于该四通阀和该室外热交换器之间的制冷剂通道上。
该热电联产系统还包括:储热箱,其与该煮水热交换器和一水循环通道连接;以及供水箱,其与一供水通道和该水循环通道连接。
在该水循环通道上安装有:储热循环泵,其抽吸该储热箱内的水,以在使水经过该煮水热交换器之后循环到该储热箱;以及储热阀,其开启和关闭该水循环通道。
具有上述构造的根据本发明的热电联产系统具有多个优点:在空调处于空气制冷模式下并且需要煮水时,由于从诸如发动机等驱动源回收的热用于煮水,并且制冷剂在供应热交换器冷凝时回收的制冷剂的热也用于煮水,所以煮水能力最大化;并且由于冷凝压力降低,因此运行空调所需的电力消耗降低。
此外,本发明的热电联产系统具有以下优点:当空调处于空气制热模式下并且需要煮水时,制冷剂可以仅在室外热交换器处蒸发而不经过供应热交换器,所以煮水能力最大化。
另外,本发明的热电联产系统具有以下优点:当空调出与空气制热模式下并且需要煮水时,制冷剂可以仅在供应热交换器蒸发而不经过室外热交换器,所以可以防止室外热交换器结霜,并防止结霜引起的制热能力下降。
此外,本发明的热电联产系统具有以下优点:当空调处于空气制热模式并且不需要煮水时,由于从诸如发动机等的驱动源回收的热用于蒸发制冷剂,来增加蒸发压力,所以运行空调所需的电力消耗降低。
附图说明
图1是根据传统技术的热电联产系统的方框图。
图2是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调的方框图,其在煮水模式下进行空气制冷操作。
图3是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调的方框图,其在非煮水模式下进行空气制冷操作。
图4是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调在室外风扇控制模式和煮水模式下进行空气制热操作的状态的方框图。
图5是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调的方框图,其在低压控制模式和煮水模式下进行空气制热操作。
图6是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调的方框图,其在最大供应模式和非煮水模式下进行空气制热操作。
图7是根据本发明的热电联产系统的另一实施例的方框图。
图8是根据本发明的热电联产系统的再一实施例的方框图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述根据本发明的热电联产系统的优选实施例。
图1是根据传统技术的热电联产系统的方框图;图2是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调的方框图,其在煮水模式下进行空气制冷操作;图3是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调的方框图,其在非煮水模式下进行空气制冷操作;图4是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调在室外风扇控制模式和煮水模式下进行空气制热操作的状态的方框图;图5是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调的方框图,其在低压控制模式和煮水模式下进行空气制热操作;以及图6是示出根据本发明的热电联产系统的实施例的空调的方框图,其在最大供应模式和非煮水模式下进行空气制热操作。
根据本实施例的热电联产系统包括:调节室内的空调50、煮水的煮水热交换器70、产生电的发电机110、运行发电机110并产生热的驱动源120、以及回收驱动源120的废气的热的废热回收热交换器130,如图2至图6所示。
空调50可以由热泵型空调构成,该热泵型空调包括压缩机52,四通阀54,室内热交换器56,膨胀装置58、59,以及室外热交换器60;空调50也可由单独空气制冷空调构成,该单独空气制冷空调包括压缩机52,室内热交换器56,膨胀装置58、59,以及室外热交换器60,但不包括四通阀。下面详细进行的描述限定为由热泵型空调构成的空调。
由于热泵型空调包括室外机O和室内机I,因此可以将室内机I连接到室外机O,还可以将多个室内机I成排地连接到室外机O,还可以将多个室外机O彼此成排连接,也可以将多个室内机I彼此成排连接。
压缩机52、四通阀54、室内热交换器56、膨胀装置58和室外热交换器60与制冷剂铺设管连接,制冷剂铺设管道是一种制冷剂通道。
用于收集液态制冷剂(制冷剂的一部分)的收集器53安装在抽吸管上,制冷剂通过抽吸管吸入压缩机52内。
如图4至图6所示,当热泵型空调50进行空气制热操作时,四通阀54控制用于使压缩机52压缩的制冷剂流动到室内热交换器56的内部通道,并且如图2和图3所示,当热泵型空调50进行空气制冷操作时,四通阀54控制用于使压缩机52压缩的制冷剂流动到室外热交换器60的内部通道。
在室内热交换器56的旁边安装有将室内空气传送到室内热交换器56的室内风扇57。
所描述的膨胀装置58、59限定为由容器(vessel)或线性膨胀阀构成。
膨胀装置58、59包括:安装在室内机I内的室内膨胀阀58,其控制每一室内机I的制冷剂的量;安装在室外机O内的室外膨胀阀59,其在进行空气制热操作时使制冷剂膨胀。
在室外热交换器60的旁边安装有将室外空气传送到室外热交换器60的室外风扇61。
压缩机52、四通阀54、室外膨胀阀59和室外热交换器60安装在室外机O内。
室内热交换器56和室内膨胀阀58安装在室内机I内。
热泵型空调50的压缩机52、室内风扇57和室外风扇61通过发电机110产生的电运行。
热泵型空调50还包括室外热交换器旁路装置62,其用于使制冷剂绕过室外热交换器60。
室外热交换器旁路装置62包括室外热交换器旁路通道63,其一端连接到与室外热交换器60的入口侧连接的制冷剂管(以下称为入口侧制冷剂通道),其另一端连接到与室外热交换器60的出口侧连接的制冷剂管(以下称为出口侧制冷剂通道),用于使在膨胀装置58中膨胀的制冷剂绕过室外热交换器60。
室外膨胀阀59安装在室外热交换器旁路通道63上。
室外热交换器旁路通道63还包括:室外热交换器出口阀64,安装在出口侧制冷剂通道上;室外热交换器旁路阀65,开启和关闭室外热交换器旁路通道63;室外热交换器连接通道66,连接室外热交换器旁路通道63和入口侧制冷剂通道;连接通道开闭阀67,安装在室外热交换器连接通道66上;止回阀69,阻断制冷剂流进入口侧,使得从室内机I流出的制冷剂流入室外热交换器旁路通道63。
热电联产系统还包括供应热交换器68,其安装在热泵型空调50的制冷剂通道上,用于将从废热回收热交换器130回收的废热传递到热泵型空调50的制冷剂,并在必要时将来自热泵型空调50的制冷剂的热传递到煮水热交换器70。
供应热交换器68安装在介于四通阀54和室外热交换器60之间的制冷剂通道上。
也就是说,供应热交换器68能够用作冷凝器,用于在热泵型空调50的空气制热操作期间冷凝制冷剂,还能够用作蒸发器,用于在热泵型空调50的空气制冷操作期间蒸发制冷剂。
储热箱80与水循环通道82和煮水热交换器70连接。
在水循环通道82上安装有储热循环泵84和开闭水循环通道82的储热阀86,该储热循环泵84抽吸储热箱80内的水,以使其在经过煮水热交换器70后,循环到储热箱。
供水箱90与供水通道92和水循环通道82连接。
在供水通道92上安装有供水泵94和开闭供水通道92的供水阀96,其中供水泵94抽吸供水箱90内的水以将其供应到水循环通道82。
发电机110作为交流发电机或直流发电机,将电供应到诸如热泵型空调50或各种发光装置之类的电气设备,并且由于转子与驱动源的输出连接,因此在输出轴的转动过程中产生电。
由于发电机110通过电线111与热泵型空调50等连接,因此发电机110通过电线供电。
驱动源120包括燃料电池或诸如天然气或石油等的化石燃料,并且在下面的描述将其限定为发动机。
在发动机120上安装有炉门121、进气口122和排气口123,其中通过炉门121供应诸如天然气或石油之类的燃料,室外空气通过进气口122吸入发动机120,并且发动机120排出的废气通过排气口123排出。
废热回收热交换器130包括:冷却剂热交换器132,其与冷却剂管线124和发动机120连接,用于回收发动机120的冷却剂的热;以及废气热交换器134,其安装在排气口123上,用于回收从发动机120排出的废热。
在发动机120和冷却剂热交换器132上安装有冷却剂循环泵125,用于使冷却剂循环经过发动机120和冷却剂热交换器132。
发电机110、发动机120和废热回收热交换器130安装在发动机单元EN上。
热电联产系统包括传热装置150,该传热装置150将废热回收热交换器130的热传递到需热位置,例如煮水热交换器、热泵型空调等。
这里,可以将传热装置150构造成使废热回收热交换器130的热仅传递给煮水热交换器70或热泵型空调50,或者使废热回收热交换器130的热传递给煮水热交换器70和热泵型空调50,并在必要时使热泵型空调50的热传递给煮水热交换器70。
由于在热泵型空调50的空气制冷操作过程中,当制冷剂的热传递给煮水热交换器70时传热装置150的煮水能力最大化,因此,所描述的传热装置150限定为将废热回收热交换器130的热传递给煮水热交换器70和热泵型空调50,并在必要时将热泵型空调50的热传递给煮水热交换器70。
传热装置150包括连接废热回收热交换器130、煮水热交换器70、辐射热交换器160以及供应热交换器68的传热通道170。
由于在必要时,辐射热交换器160将从废热回收热交换器130回收的热的整个部分排出到外部,因此在辐射热交换器160旁边安装有将室外空气传送到辐射热交换器160的辐射热风扇162。
在传热通道170上安装有热媒循环泵172,该热媒循环泵172用于使诸如防冻剂(以下称热媒)之类的热媒循环经过废热回收热交换器130、煮水热交换器70、辐射热交换器160和供应热交换器68。
另一方面,由于当从发动机回收热时,传热装置150根据煮水、空气制冷/空气制热和室外温度的情况最适宜地传递从发动机120回收的热,因此经过废热回收热交换器130的热媒能绕过煮水热交换器70、辐射热交换器160和供应热交换器68的至少其中之一,以下描述限定为经过废热回收热交换器130的热媒可绕过热交换器70、160和68中的每一个热交换器。
传热装置150还包括煮水/辐射热交换器旁路装置180,其用于使废热回收热交换器130的热绕过煮水热交换器和辐射热交换器。
煮水/辐射热交换器旁路装置180包括:形成在传热通道170上的煮水/辐射热交换器旁路通道182;以及安装在煮水/辐射热交换器旁路通道182和传热通道170的交叉位置上的煮水/辐射热交换器旁路阀184。
传热装置150还包括辐射热交换器旁路装置190,其使废热回收热交换器130的热绕过辐射热交换器160。
辐射热交换器旁路装置190包括:形成于传热通道170上的辐射热交换器旁路通道192;以及安装在辐射热交换器旁路通道192和传热通道170的交叉位置上的辐射热交换器旁路阀194。
传热装置150还包括供应热交换器旁路装置200,其使废热回收热交换器130的热绕过供应热交换器68。
供应热交换器旁路装置200包括:形成于传热通道170上的供应热交换器旁路通道202;以及安装在供应热交换器旁路通道202和传热通道170的交叉位置上的供应热交换器旁路阀204。
煮水热交换器70和辐射热交换器160都安装在热电联产系统的辐射热单元EX上。
煮水/辐射热交换器旁路通道182、煮水/辐射热交换器旁路阀184、辐射热交换器旁路通道192、辐射热交换器旁路阀194、供应热交换器旁路通道202以及供应热交换器旁路阀204都安装在热电联产系统的辐射热单元EX上。
热电联产系统还包括控制单元210,该控制单元210根据热泵型空调50的空气制冷/空气制热和煮水来控制煮水/辐射热交换器旁路阀184、辐射热交换器旁路阀194、供应热交换器旁路阀204、室外热交换器出口阀64、室外热交换器旁路阀65以及连接通道开闭阀67。
控制单元210包括安装在发动机单元EN上的主PCB 212,以及安装在辐射热单元EX上并通过控制线与主PCB 212连接的从PCB 214。
另一方面,在热电联产系统上安装有感测发动机单元EN和辐射热单元EX的内部温度或流量的各种传感器。
发动机单元EN上安装有:吸入端温度传感器220,其包括感测吸入到进气口(intake port)122的室外空气温度的热敏电阻;冷却剂热交换器出口温度传感器222,其包括感测传热通道170的冷却剂热交换器132的出口温度的热敏电阻;废气热交换器出口温度传感器224,其包括热敏电阻224A和RTD(电阻式温度检测器)传感器224B,用于感测传热通道170的废气热交换器134的出口温度;以及排出管温度传感器226,其包括感测位于废气热交换器134前后的排气口123的温度的RTD传感器226A和226B。
在辐射热单元EX上安装有:第一传输通道温度传感器230,其感测位于热媒循环泵172之前的传热通道170的温度;第二传热通道温度传感器232,其感测位于辐射热交换旁路通道192和辐射热交换器旁路阀204之间的传热通道170的温度;以及流量计,其测量水循环通道82的流量。
此外,在辐射热单元EX上安装有:煮水回收入口温度传感器240,其包括RTD传感器和温度传感器,用于感测流入煮水热交换器70的水的温度;煮水回收出口温度传感器242,其包括RTD传感器和温度传感器,用于感测从煮水热交换器排出的水的温度;煮水入口温度传感器244,其包括RTD传感器和温度传感器,用于感测流入煮水热交换器70的热媒温度;以及煮水出口温度传感器246,其包括RTD传感器和温度传感器,用于感测从煮水热交换器70排出的热媒温度。
辐射热单元EX与箱连接通道252连接,膨胀箱250连接在传热通道170的热媒循环泵172和供应热交换器旁路通道202之间。
下面详细描述具有上述构造的本发明的运行。
首先,当发动机120运行时,发电机110随着转子的转动产生电,并且产生的电通过电线111供应到热泵型空调50,如图2至图5所示。
在发动机120的运行过程中,废热回收热交换器130,即冷却剂热交换器132和废气热交换器134回收发动机的废气的热和冷却剂的热。
热泵型空调50控制四通阀54处于空气制冷模式并运行压缩机52,在使制冷剂经过室外热交换器60时,关闭室外热交换器旁路阀65和连接通道开闭阀67,并开启室外热交换器出口阀64,并且在控制制冷剂不经过室外热交换器60时,开启室外热交换器旁路阀65和连接通道开闭阀67,并关闭室外热交换器64。
为了便于说明,用于热泵型空调的控制方法将在下面限定为使制冷剂经过室外热交换器60。
下面描述热泵型空调50的制冷剂的流动,压缩机52内压缩的高温高压制冷剂经过四通阀54供应到供应热交换器,并且由于在经过供应热交换器68时热量从供应热交换器带走而冷凝,然后制冷剂在经过室外热交换器60时冷凝。
冷凝的制冷剂在传递到室内机I之后,在膨胀阀58内膨胀,然后在室内热交换器56内蒸发,之后传递到室外机O并且通过四通阀54循环到压缩机。
也就是说,热泵型空调50的制冷剂在供应热交换器68和室外热交换器冷凝,并且在室内热交换器56蒸发,从而冷却室内空气。
另一方面,控制单元210控制煮水/辐射热交换器旁路阀184处于煮水/辐射热供应模式并运行热媒循环泵172,从而使传热通道170的热媒循环经过废热回收热交换器130、煮水热交换器70以及供应热交换器68,并且控制供应热交换器旁路阀204处于供应热交换器供应模式下。
此时,控制单元210根据热媒的温度来控制辐射热交换器旁路阀194,当热媒的温度高于设定点时,其控制辐射热交换器旁路阀194处于辐射热交换器供应模式下,并且当热媒的温度不高于设定点时,其控制辐射热交换器旁路阀194处于旁路模式。
下面描述传热通道170中的热媒的流动,在热媒循环泵172的运行过程中,由于传热通道170内的热媒在经过废热回收热交换器130时吸收热,因此热媒被加热,如图2所示,并且热媒在经过废热回收热交换器130之后流入煮水热交换器70内。
流入煮水热交换器70内的热媒将热传递给煮水热交换器70,从而加热煮水热交换器70,之后,热媒根据系统的温度情况经过辐射热交换器160或绕过辐射热交换器160。
经过或绕过辐射热交换器160的热媒在经过供应热交换器旁路阀204之后供应到供应热交换器68,其温度通过从经过供应热交换器68的高温高压制冷剂气体吸收热而升高,然后热媒循环到废热回收热交换器130。
也就是说,由于废热回收热交换器130和供应热交换器68的热通过传热通道170传递到煮水热交换器70,因此热电联产系统的煮水热交换器70的煮水能力最大化,并且由于热泵型空调50的制冷剂在供应热交换器68冷凝,因此降低了压缩机52的电力消耗。
如图3所示,热电联产系统控制制冷剂经过或不经过室外热交换器60,并且在热泵型空调处于不要求煮水的空气制冷模式下时,使热泵型空调50以空气制冷模式运行,并且控制传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130和供应热交换器68。
热泵型空调50控制四通阀54处于空气制冷模式并运行压缩机52,且关闭室外热交换器旁路阀65和连接通道开闭阀67,以及开启室外热交换器出口阀64。
热电联产系统运行热媒循环泵172以控制传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130和供应热交换器68,控制煮水/辐射热交换器旁路阀184处于煮水/辐射热交换器供应模式,控制辐射热交换器旁路阀194处于辐射热交换器供应模式,并且控制供应热交换器旁路阀204处于供应热交换器供应模式。
另一方面,热电联产系统运行热媒循环泵172用于控制传热通道170内的热媒不循环经过废热回收热交换器130和供应热交换器68,控制煮水/辐射热交换器旁路阀184处于煮水/辐射热交换器供应模式,控制辐射热交换器旁路阀194处于辐射热交换器供应模式,并且控制供应热交换器旁路阀204处于供应热交换器旁路模式。
为了便于描述,热泵型空调的控制方法将在下面限定为使制冷剂经过供应热交换器68。
下面描述热泵型空调50的制冷剂的流动,压缩机52内压缩的高温高压制冷剂经过四通阀54供应到供应热交换器,并且由于在经过供应热交换器68时热量被供应热交换器带走而冷凝,然后在经过室外热交换器60时冷凝。
冷凝的制冷剂在传递到室内机I之后,在膨胀阀58内膨胀,然后在室内热交换器56中蒸发,之后传递到室外机O,并且通过四通阀54循环至压缩机。
也就是说,热泵型空调50的制冷剂在供应热交换器68和室外热交换器60处冷凝,并且随着在室内热交换器56内蒸发来冷却室内空气。
下面描述传热通道170的热媒的流动,如图2所示,在热媒循环泵172的运行过程中,由于热煤在经过废热回收热交换器130时接收热,因此传热通道170内的热媒被煮沸(boil),然后热媒在经过煮水/辐射热交换器旁路阀184之后流入煮水热交换器70,并在经过煮水热交换器70之后流入辐射热交换器160,并且在经过辐射热交换器160时将热辐射到外部。
辐射的热媒在经过供应热交换器旁路阀204之后供应到供应热交换器68,由于热媒接收经过供应热交换器68的高温高压制冷剂气体的热,因此其温度变得较高,之后循环进入废热回收热交换器130。
由于废热回收热交换器130的热通过传热通道170在废热回收热交换器处辐射,因此可以防止发动机单元EN内过热,并且由于热泵型空调50的冷凝能力增加,因此压缩机52的电力消耗最小化。
另一方面,当热泵型空调50处于空气制热模式下并且要求煮水时,如图4所示,热电联产系统使制冷剂经过室外热交换器60并使热泵型空调50以空气制热模式运行,并且控制传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130和煮水热交换器70,或者,如图5所示,控制制冷剂不循环经过室外热交换器60并使热泵型空调50以空气制热模式运行,且控制传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130、煮水热交换器70和供应热交换器68。
这里,如图4所示,对于热电联产系统理想的是,当室外温度不足以冷到使室外热交换器结霜时,通过控制制冷剂经过室外热交换器60以及控制传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130和煮水热交换器70,从而最大化将热回收到煮水热交换器70的能力和煮水能力,并且,如图5所示,对于热电联产系统理想的是,通过停止使制冷剂经过室外热交换器60并且控制传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130、煮水热交换器70和供应热交换器68,从而防止在室外热交换器60结霜时可能产生的煮水能力的下降。
如图4所示,下面详细描述以下情况,即,使制冷剂经过室外热交换器60,使热泵型空调50运行在空气制热模式下,控制传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130和煮水热交换器70。
热泵型空调50控制四通阀54以处于空气制热模式下并运行压缩机52,关闭室外热交换器旁路阀65并开启室外热交换器出口阀64和连接通道开闭阀67。
下面描述热泵型空调50内的制冷剂的流动,压缩机52内压缩的高温高压制冷剂经过四通阀54并传递到室内机I,制冷剂在经过室内机I的室内热交换器56时冷凝,并且在经过室内膨胀阀58时膨胀。
在室内膨胀阀58膨胀的制冷剂传递到室外机O,并且在经过室外膨胀阀59时再次膨胀,然后流入室外热交换器60。
流入室外热交换器60的制冷剂在经过室外热交换器60时蒸发,之后经过供应热交换器68并且没有进行热交换,然后经过四通阀54循环进入压缩机52。
也就是说,热泵型空调内的制冷剂在室内热交换器56内冷凝,并且在室外热交换器60内蒸发,从而给室内制热。
控制单元210控制煮水/辐射热交换器旁路阀184处于煮水/辐射热交换供应模式并运行热媒循环泵172,使传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130和煮水热交换器70,并且控制供应热交换器旁路阀204处于供应热交换器旁路模式。
控制单元210根据温度控制辐射热交换器旁路阀194,在热媒的温度高于设定点时,控制辐射热交换器旁路阀194处于辐射热交换器供应模式,并且在温度不高于设定点时,控制辐射热交换器旁路阀194处于旁路模式。
下面描述传热通道170内的热媒的流动,在热媒循环泵172的运行过程中,由于热媒在经过废热回收热交换器130时吸热,因此传热通道170内的热媒被加热,如图4所示,热媒在经过煮水/辐射热交换器旁路阀184之后流入煮水热交换器70。
由于流入煮水热交换器70的热媒将热传递给煮水热交换器70,因此煮水热交换器被加热,并且热媒根据系统的温度情况等经过或绕过辐射热交换器160。
经过或绕过辐射热交换器160的热媒在经过供应热交换器旁路阀204之后,绕过供应热交换器68,并且循环经过废热回收热交换器130。
也就是说,由于废热回收热交换器130的热通过传热通道170传递给煮水热交换器70,因此提高了热电联产系统的煮水热交换器70的煮水能力。
下面详细描述以下情况,即,制冷剂不经过室外热交换器60,使热泵型空调50在空气制热模式下运行,并控制传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130、煮水热交换器70和供应热交换器68。
下面描述热泵型空调50的制冷剂的流动,压缩机52内压缩的高温高压制冷剂在经过四通阀之后传递到室内机I,在经过室内机I的室内热交换器56时冷凝,并且在经过室内膨胀阀58时膨胀。
室内膨胀阀58内膨胀的制冷剂传递到室外机O,并且在经过室外膨胀阀59时再次膨胀,然后绕过室外热交换器60。
由于绕过室外热交换器60的制冷剂在经过供应热交换器68时从供应热交换器68吸收热量,因此制冷剂蒸发,并且经过四通阀54循环到压缩机。
也就是说,热泵型空调50的制冷剂在室内热交换器56中冷凝,并且由于在供应热交换器68中蒸发而对室内空气进行制热。
控制单元210控制煮水/辐射热交换器旁路阀184处于煮水/辐射热交换器供应模式并运行热媒循环泵172,以使传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130、煮水热交换器70和供应热交换器68,并且控制供应热交换器旁路阀204处于供应热交换器供应模式。
控制单元210根据热媒的温度来控制辐射热交换器旁路阀194,当热媒的温度高于设定点时,其控制辐射热交换器旁路阀194处于辐射热交换器供应模式,并且当热媒的温度不高于设定点时,其控制辐射热交换器旁路阀194处于旁路模式。
下面描述传热通道170内的热媒的流动,在热媒循环泵172的运行过程中,由于传热通道170内的热媒经过废热回收热交换器130时吸热,因此热媒被加热,如图5所示,并且其在经过煮水/辐射热交换器旁路阀184之后流入煮水热交换器70。
流入煮水热交换器70的热媒由于传递热而加热煮水热交换器70,并且热媒根据系统的温度情况经过或绕过辐射热交换器160。
经过或绕过辐射热交换器160的热媒通过供应热交换器旁路阀204供应到供应热交换器68,并且由于加热经过供应热交换器68的制冷剂而使制冷剂蒸发,然后循环进入废热回收热交换器130。
也就是说,由于废热回收热交换器130的热通过传热通道170传递到煮水热交换器70,因此热电联产系统的煮水热交换器70的煮水能力提高,并且由于供应热交换器68可以阻止制冷剂经过作为蒸发器运行的室外热交换器,因此可以防止结霜和下列问题,即,当制冷剂经过室外热交换器60时可能产生的空气制热能力的降低。
热电联产系统控制制冷剂不经过室外热交换器60并使热泵型空调50以空气制热模式运行,并且在热泵型空调50处于空气制热模式下且不需要煮水时,控制传热通道170内的热媒不循环经过废热回收热交换器130、供应热交换器68和煮水热交换器70,如图6所示。
热泵型空调50控制四通阀54处于空气制热模式并运行压缩机52,且开启室外热交换器旁路阀65并关闭室外热交换器出口阀64和连接通道开闭阀67。
下面描述热泵型空调50内的制冷剂的流动,压缩机52内压缩的高温高压制冷剂经过四通阀54传递到室内机,然后在经过室内机I的室内热交换器56时冷凝,并且在经过室内膨胀阀58时膨胀。
在室内膨胀阀58膨胀的制冷剂传递到室外机O,并且在经过室外膨胀阀59时再次膨胀,然后绕过室外热交换器60。
绕过室外热交换器60的制冷剂在经过供应热交换器68时蒸发,并且经过四通阀54循环到压缩机52。
也就是说,由于热泵型空调50的制冷剂在室内热交换器56冷凝并在供应热交换器68蒸发,因此室内空气被制热。
控制单元210运行热媒循环泵172,用于使传热通道170内的热媒循环经过废热回收热交换器130和供应热交换器68,并且控制煮水/辐射热交换器旁路阀184处于煮水/辐射热交换器旁路模式,用于使热媒不经过煮水热交换器70。
下面描述传热通道170的热媒的流动,在热媒循环泵172的运行过程中,如图6所示,由于传热通道170内的热媒在经过废热回收热交换器130时吸热,因此热媒被加热,然后,绕过煮水热交换器70、辐射热交换器160,并流入供应热交换器68。
由于流入供应热交换器68的热媒加热经过供应热交换器68的制冷剂,因此制冷剂蒸发,然后热媒循环到废热回收热交换器130。
也就是说,热电联产系统的废热回收热交换器130的热没有传递到煮水热交换器70,而是集中到供应热交换器68,并且,由于热泵型空调50的制冷剂在供应热交换器68处蒸发,压力上升,因而压缩机52的电力消耗降低。
图7是根据本发明的热电联产系统的另一实施例的方框图。
如图7所示,根据本实施例的热电联产系统包括:室外热交换器旁路装置62′,在热泵型空调的空气制热操作过程中,室外热交换器旁路装置62′连接到室外热交换器60的入口侧制冷剂通道和出口侧制冷剂通道;室外热交换器出口阀64′,其安装在室外热交换器60的出口侧制冷剂通道;室外热交换器旁路阀65′,其开启和关闭室外热交换器旁路通道;室外热交换器连接通道66′,其连接室外热交换器旁路通道63′和入口侧制冷剂通道;室外热交换器入口阀67′,其安装在室外热交换器60的入口侧制冷剂通道上。
根据本发明的实施例的热电联产系统,在室外热交换器旁路通道63′上安装有室外膨胀阀59′。
室外热交换器旁路装置62′包括止回阀69′,其在热泵型空调的制热操作过程中,阻断制冷剂流向入口侧制冷剂通道侧,以使制冷剂从室内机I流向室外热交换器旁路通道63′。
如图2至图4所示的热电联产系统,在使制冷剂经过室外热交换器60的情况下,热电联产系统关闭室外热交换器旁路阀65′,并开启室外热交换器出口阀64′和室外热交换器入口阀67′,并且如图5至图6所示的热电联产系统,在不使制冷剂经过室外热交换器60的情况下,热电联产系统开启室外热交换器旁路阀65′,并关闭室外热交换器出口阀64′和室外热交换器入口阀67′。
除了室外热交换器旁路装置62′之外,根据本发明的热电联产系统的其他部件和操作与根据本发明前述实施例的热电联产系统的部件和操作相同或相似,因此采用相同的附图标记表示相同或相似的部件,并且省略对其的详细描述。
图8是根据本发明的热电联产系统的再一实施例的方框图。
根据本实施例的热电联产系统的供应热交换器68′安装在室外机O的内部,并且由于其它部件与本发明前述实施例的热电联产系统的部件相同或相似,因此采用相同的附图标记表示相同或相似的部件,并且省略对其的详细描述。
与供应热交换器68′连接的传热通道170的一部分穿过室外机O设置。
另一方面,本发明不局限于上述实施例,其可以包括煮水热交换器70、煮水热交换器旁路装置、供应热交换器68和供应热交换器旁路装置200,而没有辐射热交换器160和辐射热交换器旁路装置190,并且发动机单元EN和辐射热单元EX可以包含在单个组件中,并且本发明的范围内可以包括各种实施例。
下面详细描述具有上述构造的根据本发明的热电联产系统的效果。
本发明的热电联产系统具有多个优点:由于从诸如发动机等驱动源回收的热被用于煮水,而且当制冷剂在供应热交换器中冷凝时制冷剂的热被回收,所以最大化煮水能力,并且由于供应热交换器处的制冷剂的冷凝压力降低,因此运行空调所需的电力消耗降低。
此外,本发明的热电联产系统具有以下优点:当空调处于空气制热模式下并且需要煮水时,制冷剂可以仅在室外热交换器处蒸发而不经过供应热交换器,所以最大化煮水能力。
另外,本发明的热电联产系统具有以下优点:当空调处于空气制热模式下并且需要煮水时,由于制冷剂可以仅在供应热交换器处蒸发而不经过室外热交换器,所以可以防止当制冷剂在室外热交换器处蒸发时出现的结霜,以及防止结霜引起的制热能力的下降。
此外,本发明的热电联产系统具有以下优点:当空调处于空气制热模式并且不需要煮水时,由于从诸如发动机等的驱动源回收的热被用于在供应热交换器处蒸发制冷剂以便增加蒸发压力,所以运行空调所需的电力消耗降低。
Claims (10)
1.一种热电联产系统,包括:
发电机;
驱动源,其运行该发电机;
废热回收热交换器,其回收该驱动源的废气的热;
煮水热交换器,其用于煮水;
空调,其调节室内空气;
辐射热交换器,其将热辐射到外部;
供应热交换器,其安装在该空调的制冷剂通道上;以及
传热通道,其连接该废热回收热交换器、该煮水热交换器、该辐射热交换器、以及该供应热交换器。
2.如权利要求1所述的热电联产系统,其中:
该热电联产系统还包括煮水/辐射热交换器旁路装置,其使该废热回收热交换器的热绕过该煮水热交换器和该辐射热交换器;
辐射热交换器旁路装置,其使该废热回收热交换器的热绕过该辐射热交换器;以及
供应热交换器旁路装置,其使该废热回收热交换器的热绕过该供应热交换器。
3.如权利要求2所述的热电联产系统,其中:
该煮水/辐射热交换器旁路装置包括:
煮水/辐射热交换器旁路通道,其形成在该传热通道上;以及
煮水/辐射热交换器旁路阀,其安装在该煮水/辐射热交换器旁路通道和该传热通道的交叉位置。
4.如权利要求2所述的热电联产系统,其中:
该辐射热交换器旁路装置包括:
辐射热交换器旁路通道,其形成在该传热通道上;以及
辐射热交换器旁路阀,其安装在该辐射热交换器旁路通道和该传热通道的交叉位置。
5.如权利要求2所述的热电联产系统,其中:
该供应热交换器旁路装置包括:
供应热交换器旁路通道,其形成在该传热通道上;以及
供应热交换器旁路阀,其安装在该供应热交换器旁路通道和该传热通道的交叉位置。
6.如权利要求1所述的热电联产系统,其中:
该空调是热泵型空调,其包括压缩机、四通阀、室外热交换器、膨胀装置和室内热交换器。
7.如权利要求6所述的热电联产系统,其中:
该热泵型空调还包括:室外热交换器旁路装置,其形成为使制冷剂绕过该室外热交换器。
8.如权利要求6所述的热电联产系统,其中:
该供应热交换器安装在介于该四通阀和该室外热交换器之间的制冷剂通道上。
9.如权利要求1至8中任一项所述的热电联产系统,其中:
该热电联产系统还包括:煮水热交换器;储热箱,其与一水循环通道连接;以及供水箱,其与一供水通道和该水循环通道连接。
10.如权利要求9所述的热电联产系统,其中:
在该水循环通道上安装有:储热循环泵,其抽吸该储热箱内的水,以在使水经过该煮水热交换器之后循环到该储热箱;以及储热阀,其开启和关闭该水循环通道。
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