CN101504223A - 传动比可调的燃气机热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传动比可调的燃气机热泵系统。特征是燃气机的输出轴与压缩机的输入轴之间用变速齿轮箱进行连接。变速齿轮箱外的输入轴和输出轴分别相嵌主动带轮和从动带轮；箱内输入轴相嵌主动齿轮组，输出轴相嵌从动齿轮组。压缩机输入轴装有离合器，燃气机输出轴与齿轮箱中主动带轮之间及从动带轮与离合器带轮之间均用橡胶带连接。齿轮箱中的一个主动齿轮与一个从动齿轮啮合构成一传动比，燃料调节阀的开度和齿轮组合传动比的改变均由中央控制器控制。本发明的特点是，可方便选择动力源与压缩机之间的传动比，使系统在不同的运行工况下均具有较高的一次能源利用率，并且可保持较高的运行效率，实现经济节能运行。

Description

传动比可调的燃气机热泵系统

技术领域

本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种具有传动比可调的燃气机热泵系统。

背景技术

燃气机热泵就是由燃气机作为动力源来驱动压缩机实现制冷、制热的新型空调装置。燃气机输出轴和压缩机输入轴分别与两个不同直径的皮带轮固定，两个皮带轮的直径之比为转速的传动比，合理地选择传动比可使得燃气机热泵机组在一定的运行工况下具有较高的一次能源利用率。所以，设计或选择不同的传动比，燃气机热泵在相同的制冷或制热量下其运行效率就有所不同。燃气机运行效率是影响燃气机热泵性能指标(一次能源利用率)的主要因素，当然运行效率越高，一次能源利用率就越高。而燃气机热泵传动比的确定是根据热泵机组的最大或名义制冷、制热负荷来设计的，因为热泵的运行工况将随冷热源温度不断变化，但一般最大负荷运行的时间以不超过10％来考虑。这样就使得以最大负荷确定的传动比值只在少部分时间内高效运行，而绝大部分时间运行的效率均较低。这样也就无法获取最优的一次能源利用率。

燃气机运行效率的降低就意味着燃料消耗量的增加，然而为保证热泵在最大负荷时必须满足压缩机的输入功率要求，在系统设计时中就必须选择大功率的燃气机，从而造成了初投资的增加和资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是，提供一种可以改变燃气机与压缩机连接传动比的燃气机热泵装置，即根据燃气机热泵运行的负荷下切换选择燃气机和压缩机之间的传动比值，使其运行效率保持较高，从而也使燃气机热泵系统的一次能源利用率得到提高。

本发明所采用的技术方案是；热泵系统压缩机的动力源由燃气机提供，燃气机和压缩机之间的动力通过变速齿轮箱连接。为便于连接将变速齿轮箱的输入轴和输出轴设在箱体外面，输入轴和输出轴均装有主、从动带轮，在燃气机的输出轴也嵌有带轮。连接方案为：在燃气机输出轴带轮与变速齿轮箱中的输入轴带轮(或者说是变速齿轮箱的主动带轮)之间由一条橡胶带连接；在变速齿轮箱输出轴带轮(或者说是变速齿轮箱的从动带轮)与离合器带轮之间由另一条橡胶带连接。在压缩机输入轴的外端同轴装有离合器，其作用是来自燃气机提供的动力源与压缩机连接的起停可以控制。前已述及，合理地选择动力源与压缩机之间的传动比可使燃气机热泵机组在一定的运行工况下具有较高的一次能源利用率。但燃气机热泵传动比的确定是根据热泵机组的最大或名义制冷、制热负荷来设计的，而实际热泵的运行工况将随冷热源温度不断变化，这样就使得以最大负荷确定的传动比值不一定用于长时间运行，因此要设法使传动比根据运行负荷可以改变。为此采用的技术方案是：变速齿轮箱内输入轴相嵌一组主动齿轮；输出轴相嵌一组与主动齿轮两两啮合的从动齿轮，一个主动齿轮和一个与其啮合的从动齿轮构成一固定传动比，通过设置不同模数的主动齿轮与从动齿轮组合即可得到不同的传动比。在变速齿轮箱输入轴上为每个主动齿轮设一个一端带弹簧的滑动销和一个电磁阀，电磁阀线圈环绕滑动销所在输入轴部分但不接触，滑动销在电磁力与弹簧力驱动下沿输入轴平移滑入或滑出，实现系统传动比的选择和改变。电磁阀的通、断由中央控制器根据运行情况选择控制，系统运行中同一时刻只有一个电磁阀通电状态。为调节室内的温度，在空调房间装有温度传感器，实测温度与设定温度进行比较若存在差别，此信号将被送入中央控制器。因为在燃气机输出轴的旁边设有燃气机转速传感器；在压缩机输入轴的旁边设有压缩机转速传感器，中央控制器不断接收两个转速传感器发出的转速信息，再根据空调室当时的温度，中央控制可以对燃气机中的燃料调节阀进行调节，控制燃料的输入量，具此调整动力源与压缩机之间的传动比。尽量使燃气机热泵机组在该运行工况下具有较高的一次能源利用率。

附图说明：

附图为本发明技术原理结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术原理以及具体结构作进一步的说明。传动比可调的燃气机热泵系统具有：燃气机、压缩机、变速齿轮箱、离合器、橡胶带、带轮、燃气机转速传感器、压缩机转速传感器、燃料调节阀、中央控制器、油分离器、、四通换向阀、换热器、单向阀、高压储液器、干燥过滤器、节流膨胀阀、气液分离器、室内温度传感器等。其中燃料调节阀可以是电动或气动调节阀，燃料可以是天然气、液化气、沼气等气体燃料。具体设计结构为：燃气机的输出轴1与压缩机的输入轴2之间用变速齿轮箱3进行连接。变速齿轮箱3箱体外具有输入轴和输出轴，输入轴嵌有主动带轮4；输出轴嵌有从动带轮5。变速齿轮箱3内输入轴相嵌一主动齿轮组；输出轴相嵌一从动齿轮组。压缩机输入轴2的外端同轴装有离合器6，离合器嵌有带轮8；燃气机的输出轴1亦嵌有皮带轮。燃气机输出轴1与变速齿轮箱3中的主动带轮4之间由第一条橡胶带7-1连接；变速齿轮箱3中的从动带轮5与离合器带轮8之间由第二条橡胶带7-2连接。变速齿轮箱3内主动齿轮组中的一个齿轮与从动齿轮组中的一个齿轮啮合构成一传动比。燃气机中的燃料调节阀9的开度和变速齿轮箱3中齿轮组合传动比的改变由中央控制器10控制。燃气机输出轴1的旁边设有燃气机转速传感器11；压缩机输入轴2的旁边设有压缩机转速传感器12。燃气机转速传感器11和压缩机转速传感器12信号的采集与亦由中央控制器10控制。两条橡胶带7-1、7-2为三角橡胶带。燃气机的输出轴皮带轮的直径与变速齿轮箱输入轴嵌有的主动带轮4的直径相等；变速齿轮箱输出轴嵌有的从动带轮5的直径与离合器带轮8的直径相等。空调房间的实时温度是中央控制器选择传动比的依据，中央控制器接收的燃气机和压缩机转速信号是为了验证变速齿轮箱给出的传动比是否合适；中央控制器输出的燃气调节阀调节信号和变速齿轮箱传动比选择信号，前者是改变燃气调节阀的开度大小，后者是控制变速齿轮箱选择传动比值。各种信号均通过相应的信号传输线传输。

在燃气机热泵机组开始运行时，根据当时需要的控制温度以及房间所需的冷(热)负荷，中央控制器10输出燃料调节阀9开度信号燃气机开始运行，此时中央控制器按最大负荷下的传动比信号控制变速齿轮箱3。变速齿轮箱选择最高传动比来连接燃气机与压缩机等，压缩机经离合器6吸合后开始工作。燃气机转速传感器11和压缩机转速传感器12将各自测量的转速信号输入至中央控制器10。温度传感器13测量室内内房间温度并将信号传至中央控制器，中央控制器判断初始设定的传动比是否与运行负荷匹配，若二者存在差别，则重新确定传动比值并相应调节燃料调节阀的开度。该热泵系统的运行与普通热泵相同，区别在于压缩机功率的调节是通过系统的传动比来进行。运行过程中中央控制器不断根据室内温度传感器的反馈信号判断房间内温度是否超过或低于设定温度值。如房间内温度达到设定值要求，则保持该传动比值运行。在制热运行时，实测房间内温度低于设定温度，说明燃气机热泵机组输出制热量过少，则中央控制器输出选择高一级的传动比信号，同时增大调节燃料调节阀的开度，提高压缩机转速，增加机组给房间的制热量。如实测房间内温度低于设定温度，说明燃气机热泵机组输出制热量过大，则中央控制器输出选择低一级的传动比信号，同时减小调节燃料调节阀的开度，降低压缩机转速，减少机组供给房间的制热量。

根据具体情况中央控制器也可以保持传动比值不变而开大或减小燃料调节阀的开度，以满足房间空调要求。中央控制器输出信号给变速齿轮箱是逐次提高或降低传动比值，每变动一级传动比都要判断房间内温度是否达到设定值。

燃气机热泵系统制热运行：压缩机经离合器6吸合后开始工作。制冷剂经压缩机压缩成为高温高压气体后进入油分离器14、四通换向阀15进入第一个换热器16-1，此时换热器16-1作为冷凝器使用。制冷剂在第一个换热器16-1内冷凝为液体经过第一个单向阀17-1进入高压储液器18，再经干燥过滤器19进入节流膨胀阀20，制冷剂经节流后由第二个单向阀17-2进入第二个换热器16-2。系统在制热运行时，第二个换热器16-2作为蒸发器使用。制冷剂在第二个换热器16-2内吸热气化，经过四通换向阀15、气液分离器21返回压缩机完成制热循环。制冷剂在第一个换热器16-1内放出的热量为房间提供热负荷。

燃气机热泵系统制冷运行：与制热运行类似，压缩机经离合器6吸合后开始工作。制冷剂在压缩机内压缩成为高压高温气体后进入油分离器14、四通换向阀15进入第二个换热器16-2.系统在制冷运行时第二个换热器16-2作为冷凝器使用。制冷剂在第二个换热器16-2内冷凝为液体经过第三个单向阀17-3进入高压储液器18、干燥过滤器19进入节流膨胀阀20，制冷剂经节流膨胀经第四个单向阀17-4进入第一个换热器16-1。系统在制冷运行时，第一个换热器16-1做蒸发器使用，制冷剂在第一个换热器16-1内吸热气化，经过四通换向阀15、气液分离器21返回压缩机完成制冷循环。制冷剂在第一个换热器16-1内放出冷量为房间提供冷负荷。

本发明的特点及有益效果在于，可以方便选择动力源与压缩机之间的传动比，使燃气机热泵机组在具体的运行工况下具有较高的一次能源利用率，保持较高的运行效率，实现经济节能运行。

Claims (3)

1.传动比可调的燃气机热泵系统，具有燃气机、压缩机、变速齿轮箱、离合器、橡胶带、带轮、燃气机转速传感器、压缩机转速传感器、燃气调节阀、中央控制器、油分离器、四通换向阀、换热器、单向阀、高压储液器、干燥过滤器、节流膨胀阀、气液分离器、室内温度传感器，其特征在于燃气机的输出轴(1)与压缩机的输入轴(2)之间用变速齿轮箱(3)进行连接，变速齿轮箱(3)箱体外具有输入轴和输出轴，输入轴嵌有主动带轮(4)；输出轴嵌有从动带轮(5)，变速齿轮箱(3)内输入轴相嵌一主动齿轮组；输出轴相嵌一从动齿轮组，压缩机输入轴(2)的外端同轴装有离合器(6)，燃气机输出轴(1)与变速齿轮箱(3)中的主动带轮(4)之间由第一条橡胶带(7-1)连接；变速齿轮箱(3)中的从动带轮(5)与离合器带轮(8)之间由第二条橡胶带(7-2)连接，变速齿轮箱(3)内主动齿轮组中的一个齿轮与从动齿轮组中的一个齿轮啮合构成一传动比，燃气机中的燃料调节阀(9)的开度和变速齿轮箱(3)中齿轮组合传动比的改变由中央控制器(10)控制。

2.按照权利要求1所述的传动比可调的燃气机热泵系统，其特征在于所述燃气机输出轴(1)的旁边设有燃气机转速传感器(11)；在所述压缩机输入轴(2)的旁边设有压缩机转速传感器(12)，燃气机转速传感器(11)和压缩机转速传感器(12)信号的采集与亦由所述中央控制器(10)控制。

3.按照权利要求1所述的传动比可调的燃气机热泵系统，其特征在于所述燃气机的输出轴(1)嵌有带轮，燃气机的输出轴嵌有带轮的直径与所述主动带轮(4)的直径相等；所述从动带轮(5)的直径与所述离合器带轮(8)的直径相等。

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