CN101865501A - 半热回收型ghp燃气发动机驱动空调/热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调机组制取生活热水功能的技术领域。半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，包括发动机系统、冷媒系统、热水系统和控制系统，在冷媒系统中设置有冷媒热回收换热器，发动机系统中设置有冷却水热回收换热器，生活热水回路串联连接冷媒热回收换热器和冷却水热回收换热器。本发明半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组可在空调运行的同时通过回收高温过热冷媒显热(废热)、发动机余热(缸套热量和烟气热量)不额外消耗能源条件下制取生活热水；在制热时以热泵形式从大气环境中取热高效制取生活热水。这样的设计不仅增加了机组功能、实用性强，还符合当今低碳经济的能源政策需求，具有广阔的发展前景。

Description

半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组

技术领域

本发明涉及空调机组制取生活热水功能的技术领域，尤其涉及以回收燃气发动机驱动冷媒压缩机实现蒸气压缩制冷循环的热泵的余热制取热水功能的空调/热泵机组。

背景技术

GHP（GasEngineHeatPump）是采用燃气发动机驱动冷媒压缩机运转进而实现蒸气压缩制冷循环的一种多联式空气源热泵（简称燃气热泵），除了具有较高的制冷、制热能效系数外，燃气热泵还具有以下突出特点：1）低温工况下具有较好的制热性能。制热时通过低温侧冷媒来回收发动机冷却水和排烟余热，因此可在-21℃～15.5℃的范围内高效、能力不衰减制热，并可回避空气源热泵低温制热时结霜的顽疾；2）以燃气为补偿能源，消耗电力约为同冷量电空调EHP（ElectricHeatPump）的1/10，可有效缓解电网峰谷差、平衡燃气季节消费量；3）燃气属清洁能源，对环境污染小，较EHP间接产生的CO₂低43%~50%。鉴于以上突出特点GHP在日本、欧洲及中国等市场广泛用于各类建筑的舒适性空调系统中。

然而GHP在制冷时，发动机的余热（包括700℃左右的排烟所含余热和缸套冷却热量）连同高压冷媒气体凝结热通常被视为废热而直接排放至大气环境中。这样不但浪费了大量能源，还增加了对环境的热污染。另一方面，需要舒适性空调的建筑，如宾馆、酒店、办公楼等还有对生活热水的需求，因此通常需要配置额外的热水机组满足对生活热水的需求。

发明内容

本发明的目的是解决上述不足，提供一种半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，在空调制冷同时通过回收机组产生的余热免费制取生活热水，在空调制热同时以热泵循环高效制取生活热水，以满足既需要空调制冷、制热又需要生活热水的舒适性建筑对能源的需求，通过半热回收型燃气热泵制取生活热水可显著降低燃气或电热水机组制取热水所产生的CO₂和能源消耗，节能减排效果显著。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，包括冷媒系统、发动机系统、生活热水系统和控制系统，在冷媒系统中设置有冷媒热回收换热器，发动机系统中设置有冷却水热回收换热器，生活热水回路串联连接冷媒热回收换热器和冷却水热回收换热器。

所述生活热水的外部入口接通冷媒热回收换热器的水侧入口，生活热水的外部出口与冷却水热回收器的水侧出口接通，即低温的生活热水先经过冷媒热回收换热器后经过冷却水热回收换热器的串联方式。

所述冷媒热回收换热器设置在冷媒系统中的四通阀与油分离器之间连接管路上。

所述冷媒系统中在冷媒热回收换热器冷媒侧出口与四通阀之间的连接管路的最低部设有排液装置，排液装置采用U型管。

所述冷媒热回收换热器冷媒侧入口与压缩机之间的管路上安装压缩机出口温度传感器，冷媒热回收换热器3的热水入口侧与热水出口侧之间设有热水换向三通阀，热水换向三通阀出口一是流向冷媒热回收换热器入口，出口二是流向发动机冷却水热回收换热器入口，热水换向三通阀入口连通生活热水入口，在热水换向三通阀入口附近管路设有热水入口温度传感器，在发动机冷却水热回换热器4出口附近管路设有热水出口温度传感器，当热水入口温度高于压缩机出口冷媒温度时热水换向三通阀出口二打开，出口一关闭，热水不进入冷媒热回收换热器从而防止逆放热，达到防止逆放热的目的，反之，出口一打开，出口二关闭，加热生活热水。

所述热水换向用三通阀也可以采用感温式三通阀，逆放热防止功能直接由感温三通阀的设定换向温度与实际感测温度决定，与控制系统无关。

所述冷却水温控三通阀、热水取出用三通阀、散热用三通阀、热水换向用三通阀均为分流式三通阀。

所述冷媒热回收换热器为板式换热器或套管式换热器，冷媒热回收换热器的冷媒侧配管采用上进下出，水侧采用下进上出的连接方式。

本发明制冷时生活热水先通过冷媒热回收换热器吸收高温冷媒排气的显热进行一次升温，然后再经过冷却水回收换热器从吸收完发动机余热（缸套热量和烟气热量）的高温冷却水中取热进行二次升温制取生活热水。由于是对废热的回收利用，是在不额外消耗能源的条件下制取的生活热水，因此显著提高能源利用效率，同时节省了热水机组的运行费用并减少了热水机组运行产生的CO₂排放。

制热时，当大气温度低于设定值时低温液态冷媒通过冷媒-空气热交换器从环境大气中获得部分热量，然后经过辅助蒸发器吸收另一侧吸收了发动机余热（缸套热量和烟气热量）的冷却水的热量全部气化并被压缩机吸入、压缩最后变成高温高压的过热气体排出，而生活热水经冷媒热回收器吸收压缩机排出的过热蒸气中的显热，实现高效热泵循环制取生活热水，可显著节约能源、降低CO₂排放。。当大气温度高于设定值时低温液态冷媒全部在冷媒-空气热交换器中吸热气化，并被压缩机吸入压缩排出，冷却水换向至冷却水热回收器侧，生活热水依次经过冷媒热回收换热器和冷却水热回收换热器吸收热量升温。因此GHP制取生活热水热量大，温度高，最高可达75℃。

本发明半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组可在空调运行的同时通过回收高温过热冷媒显热（废热）、发动机余热（缸套热量和烟气热量）不额外消耗能源条件下制取生活热水；在制热时以热泵形式从大气环境中取热高效制取生活热水。这样的设计不仅增加了机组功能、实用性强，还符合当今低碳经济的能源政策需求，具有广阔的发展前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明

图1是本发明半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组循环原理流程示意图。

图2是传统GHP燃气热泵的机组循环原理图。

图中：A处为生活热水入口，B处为生活热水出口，C处为冷媒液管口，D处为冷媒气管口。

具体实施方式

如图1所示，半热回收型GHP(Gasengineheatpump)燃气发动机驱动空调/热泵机组，机组包括发动机系统、冷媒系统和热水系统，其中：

发动机系统主要有发动机1、燃气管路部分F1、油润滑部分F2、排烟热回收器5、散热用三通阀8、热水取出用三通阀9、冷却水温控用三通阀10、冷却水散热器F4、冷却水循环泵F3及连接管路。其中循环水泵F3、排烟热回收器5、发动机（缸套）1、冷却水温控用三通阀10的出口一由连接管路连接，构成第一闭合回路，当冷却水温度较低时，为了不影响发动机性能，冷却水在第一闭合回路循环使冷却水温度吸热升温，当温度达到设定值时，冷却水温控用三通阀10出口二打开；热水取出三通阀9的入口与冷却水温控用三通阀10的出口二连接，热水取出三通阀9的出口一与冷却水热回收器、循环水泵连接构成第二闭合回路，当吸收发动机余热后的冷却水温度升高到设定值时，冷却水温控用三通阀10出口一关闭，出口二打开，同时热水取出用三通阀9在大气温度高于设定值时出口一打开，出口二关闭，使冷却水转向第二闭合回路，即热水回路，高温冷却水经过换热器4向生活热水放热，同时生活热水温度升高。热水取出用三通阀9根据热水入口温度传感器控制冷却水流向，当生活热水入口温度达到设定值时，阀9出口二打开，出口一关闭；当大气温度低于设定值时热水取出用三通阀9出口二打开，出口一关闭，停止生活热水从冷却水中取热。热水取出三通阀9的出口二与散热用三通阀8入口连接，散热用三通阀8出口一与辅助蒸发器连接，冷媒系统的辅助蒸发器14、循环水泵F3由管路连接构成第三闭合回路。当机组在制热模式运行时，阀8出口一打开，出口二关闭。使冷却水转向第三闭合回路，使高温冷却水向辅助蒸发器内的冷媒放热，热量被冷媒吸收后用于空调制热和加热生活热水。当机组在制冷模式运行时散热用三通阀8的出口二与冷却水散热器F4连接，冷却水散热器F4和循环水泵F3由管路连接构成第四闭合回路。当生活热水温度达到设定温度后，热水取出用三通阀9出口二打开，同时散热用三通阀8出口二打开，使高温冷却水转向第四回路，通过散热器F4把冷却水热量散到大气中，实现冷却水降温。

冷媒系统包括压缩机2、油分离器7、四通阀6、气液分离器16、压缩机出口温度传感器15、冷媒-空气热交换器17、膨胀阀18、辅助蒸发器14及连接管路。冷媒热回收换热器3设置冷媒系统中四通阀6与油分离器7之间的连接管路上，冷媒热回收换热器的冷媒侧配管采用上进下出，水侧采用下进上出的连接方式，冷媒热回收换热器为板式换热器或套管式换热器，冷媒热回收换热器3的冷媒入口管上设有压缩机出口温度传感器15用于检测冷媒气体温度，冷媒热回收换热器3的冷媒侧出口与四通阀6之间的连接管路的最底部设有U型管19，当有少量冷媒气体凝结液化时液体会随气流存于此处，管内流通截面变窄气流速度骤升使液体被吹散成液滴，进而被气体携带至下游，达到排液效果。

热水系统包括冷媒热回收换热器3、冷却水热回收换热器4、热水换向三通阀11、热水入口温度传感器12、热水出口温度传感器13及连接管路。冷媒热回收换热器3设置在发动机冷却水热回收换热器4的上游，即生活热水的外部入口接通冷媒热回收换热器的水侧入口，生活热水的外部出口与冷却水热回收器的水侧出口接通，低温的生活热水先经过冷媒热回收换热器，然后经过冷却水热回收换热器，呈串联方式，按照温度条件实现优化各换热器的效率的目的。冷媒热回收换热器3的热水入口侧与热水出口侧之间设有热水换向三通阀11，在热水换向三通阀11入口设有热水入口温度传感器12，在发动机冷却水热回换热器4出口设有热水出口温度传感器13，热水取出用三通阀9根据热水出口温度传感器控制冷却水流向。

机组中采用的冷却水温控三通阀、热水取出用三通阀、散热用三通阀、热水换向用三通阀均为分流式三通阀。

工作时，生活热水管先经冷媒热回收换热器3，再经过冷却水热回收换热器4,冷媒热回收换热器3的冷媒入口管上设有压缩机出口温度传感器15用于检测冷媒气体温度，生活热水入口处安装有热水入口温度传感器12，热水换向三通阀11根据热水入口温度传感器12与压缩机出口温度传感器15控制生活热水流向，当压缩机排出冷媒气体温度大于热水入口温度时，热水换向用三通阀11流向冷媒热回收换热器一侧出口打开，流向发动机冷却水热回收换热器一侧出口关闭，低温生活热水先经过冷媒热回收换热器3，吸收过热冷媒气体的热量被加热，然后再经过冷却水热回收换热器4加热，进行二次余热加热制取生活热水；当压缩机排出冷媒气体温度小于热水入口温度时，热水换向用三通阀11流向发动机冷却水热回收换热器一侧出口打开，流向冷媒热回收换热器一侧出口关闭，防止生活热水向冷媒侧放热发生。热水换向用三通阀11为感温式三通阀时，逆放热防止换向功能直接由感温三通阀的设定换向温度与实际感测温度决定，与控制系统无关，预先设定该阀的换向温度起始点，当阀内部的感温元件感测流过的水温高于设定温度时，该阀开始换向以防止逆放热的发生。

Claims (8)

1.半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，包括发动机系统、冷媒系统、热水系统和控制系统，其特征在于：冷媒系统中设置有冷媒热回收换热器，发动机系统中设置有冷却水热回收换热器，生活热水回路串联连接冷媒热回收换热器和冷却水热回收换热器。

2.根据权利要求1所述半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，其特征在于：生活热水的外部入口接通冷媒热回收换热器的水侧入口，生活热水的外部出口与冷却水热回收器的水侧出口接通，即低温的生活热水先经过冷媒热回收换热器后经过冷却水热回收换热器的串联方式。

3.根据权利要求1所述半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，其特征在于：冷媒热回收换热器设置在冷媒系统中的四通阀与油分离器之间连接管路上。

4.根据权利要求3所述半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，其特征在于：冷媒系统中在冷媒热回收换热器冷媒侧出口与四通阀之间的连接管路的最低部设有排液装置，排液装置采用U型管。

5.根据权利要求1-4所述半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，其特征在于：冷媒热回收换热器冷媒侧入口与压缩机之间的管路上安装压缩机出口温度传感器，冷媒热回收换热器3的热水入口侧与热水出口侧之间设有电动式热水换向三通阀，热水换向三通阀出口一是流向冷媒热回收换热器入口，出口二是流向发动机冷却水热回收换热器入口，热水换向三通阀入口连通生活热水入口，在热水换向三通阀入口附近管路设有热水入口温度传感器，在发动机冷却水热回换热器4出口附近管路设有热水出口温度传感器，当热水入口温度高于压缩机出口冷媒温度时热水换向三通阀出口二打开，出口一关闭，热水不进入冷媒热回收换热器从而防止逆放热，达到防止逆放热的目的，反之，出口一打开，出口二关闭，加热生活热水。

6.根据权利要求5所述半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，其特征在于：热水换向用三通阀采用感温式三通阀，逆放热防止功能直接由感温三通阀的设定换向温度与实际感测温度决定，与控制系统无关。

7.根据权利要求5任一所述半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，其特征在于：冷却水温控三通阀、热水取出用三通阀、散热用三通阀、热水换向用三通阀均为分流式三通阀。

8.根据权利要求1-4任一所述半热回收型GHP燃气发动机驱动空调/热泵机组，其特征在于：冷媒热回收换热器为板式换热器或套管式换热器，冷媒热回收换热器的冷媒侧配管采用上进下出，水侧采用下进上出的连接方式。

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