CN105157144B - 空调发电一体机 - Google Patents

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    • F24F2203/023—Compression cycle with turbine used for expansion

Abstract

一种空调发电一体机，包括转轴、压缩机、透平膨胀机、永磁电机、第一换热器、储液罐、第一工质返回通道及第二工质返回通道，其中，所述透平膨胀机输出的工质选择性地经由所述第一工质返回通道和第二工质返回通道其中之一返回至所述压缩机；当用作空调时，永磁电机驱动压缩机运行，所述第一换热器作为冷凝器，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第一工质返回通道返回至所述压缩机；当用于发电时，永磁电机作为发电机使用，所述第一换热器接收一外部热源对流经的工质进行加热，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第二工质返回通道返回至所述压缩机，所述第二换热器对所述透平膨胀机输出的工质进行降温，所述转轴驱动所述发电机进行发电。

Description

空调发电一体机
技术领域
本发明涉及空调装置领域，尤其涉及一种具有发电功能的空调装置。
背景技术
空调作为现代办公场所和家庭普及型的产品，然而空调使用具有时令性，比如冬天，空调基本上就处于闲置状态，这无疑是一种浪费。因此，如何增加空调装置的利用率是相关技术研发人员的研究方向之一。
发明内容
有鉴于此，本文提出一种具有发电功能的空调发电一体机。
本文提出一种空调发电一体机，包括转轴、压缩机、透平膨胀机、永磁电机、第一换热器、存液灌、第一工质返回通道、第二工质返回通道。所述压缩机与所述转轴同轴地固定连接以与所述转轴同轴旋转，所述压缩机包括压缩机入口和压缩机出口。所述透平膨胀机与所述转轴同轴地固定连接以与所述转轴同轴旋转，所述透平膨胀机包括膨胀机入口和膨胀机出口。所述永磁电机与所述转轴连接，所述永磁电机具有电动机和发电机两种工作模式。所述第一换热器包括第一换热器入口和第一换热器出口，所述第一换热器入口与所述压缩机出口流体相通。所述储液罐包括储液罐入口和储液罐出口，所述储液罐入口与所述第一换热器出口流体相通，所述储液罐出口与所述膨胀机入口流体相通。所述第一工质返回通道连接于所述膨胀机出口与所述压缩机入口之间，所述第一工质返回通道上设置蒸发器。所述第二工质返回通道连接于所述膨胀机出口与所述压缩机入口之间，所述第二工质返回通道上设置第二换热器。所述透平膨胀机输出的工质选择性地经由所述第一工质返回通道和第二工质返回通道其中之一返回至所述压缩机。
当用作空调时，所述第一换热器作为冷凝器，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第一工质返回通道返回至所述压缩机，所述永磁电机工作在电动机模式下以驱动所述转轴转动从而驱动所述压缩机运行；当用于发电时，所述第一换热器接收一外部热源对流经的工质进行加热，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第二工质返回通道返回至所述压缩机，所述第二换热器对所述透平膨胀机输出的工质进行降温，所述永磁电机工作在发电机模式下以被所述转轴驱动进行发电。
在一实施例中，所述永磁电机设置在所述压缩机和透平膨胀机之间。
在一实施例中，所述永磁电机包括永磁转子和环绕所述永磁转子的定子，所述永磁转子包括固定于所述转轴外围的永磁体。
在一实施例中，所述膨胀机出口与所述第一工质返回通道和第二工质返回通道之间设置阀门，用以选择第一或第二工质返回通道作为将所述透平膨胀机输出的工质返回所述压缩机的通道。
在一实施例中，所述第二换热器连接于所述压缩机出口与所述第一换热器之间，使得当所述第二工质返回通道被选择用以将所述透平膨胀机输出的工质返回所述压缩机时，所述透平膨胀机输出的工质与所述压缩机输出的工质在所述第二换热器内进行热交换。
在一实施例中，所述第二工质返回通道上还设置第三换热器，所述第三换热器连接于所述压缩机入口和所述第二换热器之间以对所述第二工质返回通道内的工质进一步降温。
本文另提出一种空调发电一体机，包括压缩机、电机、透平膨胀机、发电机、第一换热器、储液灌、第一工质返回通道、第二工质返回通道。所述压缩机包括压缩机入口和压缩机出口。所述电机与所述压缩机连接。所述透平膨胀机包括膨胀机入口和膨胀机出口。所述发电机与所述透平膨胀机连接。所述第一换热器包括第一换热器入口和第一换热器出口，所述第一换热器入口与所述压缩机出口流体相通。所述储液罐包括储液罐入口和储液罐出口，所述储液罐入口与所述第一换热器出口流体相通，所述储液罐出口与所述膨胀机入口流体相通。所述第一工质返回通道连接于所述膨胀机出口与所述压缩机入口之间，所述第一工质返回通道上设置蒸发器。所述第二工质返回通道连接于所述膨胀机出口与所述压缩机入口之间，所述第二工质返回通道上设置第二换热器。所述透平膨胀机输出的工质选择性地经由所述第一工质返回通道和第二工质返回通道其中之一返回至所述压缩机。
当用作空调时，所述第一换热器作为冷凝器，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第一工质返回通道返回至所述压缩机，所述电机驱动所述压缩机运行；当用于发电时，所述第一换热器接收一外部热源对流经的工质进行加热，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第二工质返回通道返回至所述压缩机，所述第二换热器对所述透平膨胀机输出的工质进行降温，所述发电机被所述透平膨胀机驱动进行发电。
在一实施例中，所述膨胀机出口与所述第一工质返回通道和第二工质返回通道之间设置阀门，用以选择第一或第二工质返回通道作为将所述透平膨胀机输出的工质返回所述压缩机的通道。
在一实施例中，所述第二换热器连接于所述压缩机出口与所述第一换热器之间，使得当所述第二工质返回通道被选择用以将所述透平膨胀机输出的工质返回所述压缩机时，所述透平膨胀机输出的工质与所述压缩机输出的工质在所述第二换热器内进行热交换。
在一实施例中，所述第二工质返回通道上还设置第三换热器，所述第三换热器连接于所述压缩机入口和所述第二换热器之间以对所述第二工质返回通道内的工质进一步降温。
综上所述，本发明提供了一种空调发电一体机。所述空调发电一体机作为空调使用时，压缩机被电机驱动，所述第一换热器作为冷凝器，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第一工质返回通道返回至所述压缩机；当用于发电时，所述第一换热器接收一外部热源对流经的工质进行加热，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第二工质返回通道返回至所述压缩机，所述第二换热器对所述透平膨胀机输出的工质进行降温，所述透平膨胀机驱动发电机进行发电。此装置在不影响空调正常运作的基础上，利用空调的闲置时间，充分利用空调器及其制冷机组中的各电动部件，发挥多元化作用，把空调的制冷机组系统变成发电系统。因此，同一套装置，既可以当空调使用，又可以当发电机使用，有效地提高了设备的利用率。
附图说明
图1是空调发电一体机一实施例的简化示意图。
图2是空调发电一体机另一实施例的简化示意图。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，应该理解的是，本发明不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。
图1是空调发电一体机的简化示意图。如图1所示，所述空调发电一体机包括压缩机10、透平膨胀机12、永磁电机14以及转轴16。其中，压缩机10与转轴16同轴地固定连接以与转轴16同轴旋转，透平膨胀机12与转轴16同轴地固定连接以与转轴16同轴旋转。永磁电机14与转轴16连接。永磁电机14具有两种工作模式：电动机模式和发电机模式。在用作空调时，永磁电机14工作在电动机模式下；当用于发电时，永磁电机14工作在发电机模式下。
所述空调发电一体机还包括第一换热器18、储液罐20及蒸发器22，第一换热器18与储液罐20连接且二者连接于压缩机10与透平膨胀机12之间，蒸发器22连接于压缩机10和透平膨胀机12之间。
压缩机10包括压缩机入口24和压缩机出口26，透平膨胀机12包括膨胀机入口28和膨胀机出口30，第一换热器18包括第一换热器入口32和第一换热器出口34，储液罐20包括储液罐入口36和储液罐出口38。其中，第一换热器入口32与压缩机出口26流体相通，储液罐入口36与第一换热器出口34流体相通，储液罐出口38与膨胀机入口28流体相通。
根据空调发电一体机的用途不同，膨胀机出口30出来的工质经过不同的通道回到压缩机10。具体而言，第一工质返回通道40和第二工质返回通道42连接在压缩机入口24与透平膨胀机出口30之间。透平膨胀机12的出口处设置这两个工质返回通道以使从所述透平膨胀机12输出的工质可以选择性地经由第一工质返回通道40和第二工质返回通道42其中之一返回至压缩机10。在所示的实施例中，膨胀机出口30与第一工质返回通道40和第二工质返回通道42之间设置一阀门52，用以选择第一工质返回通道40或第二工质返回通道42作为将透平膨胀机12输出的工质返回压缩机10的通道。
蒸发器22设置于第一工质返回通道40上。作为空调用时，选择第一工质返回通道40，工质在蒸发器22内吸收室内空气的热量而蒸发，从而降低室内温度。
第二工质返回通道42上设置有第二换热器44。作为发电机时，选择第二工质返回通道42。发电时，永磁电机14工作在发电机模式下，透平膨胀机12通过转轴16带动发电机发电。透平膨胀机12输出的工质温度一般在80度左右，需要利用换热器放热降温之后才能进一步回到压缩机10进行下一循环。在所示的实施例中，所述第二换热器44位于压缩机出口26和第一换热器入口32之间，使得当第二工质返回通道42被选择用以将透平膨胀机12输出的工质返回压缩机10时，透平膨胀机12输出的工质与压缩机10输出的工质在第二换热器44内进行热交换。具体而言，从透平膨胀机12中输出的工质温度(80度左右)高于从压缩机10中输出的工质温度(40度左右)，因此，在第二换热器44内从透平膨胀机12中输出的工质可对从压缩机10中输出的工质进行预热，提高了系统的效率。当然，在其它实施例中，第二换热器44也可位于其它位置，而不位于压缩机出口26和第一换热器入口32之间。
由于压缩机10对于进入的工质温度有一定限制，不能过高，因此，第二工质返回通道42上还设置了第三换热器54，第三换热器54连接于压缩机入口24和第二换热器44之间，以对第二工质返回通道42内的工质进一步降温以达到进入压缩机10的温度要求。
在本实施例中，永磁电机14设置在压缩机10和透平膨胀机12之间。在其它实施例中，发电机14也可以置于任何适当的位置，只要能驱动转轴16或被转轴16驱动即可。永磁电机14包括永磁转子46和环绕永磁转子46的定子48，永磁转子46包括固定于转轴16外围的永磁体。
当所述空调发电一体机作为空调使用时，第一换热器18作为冷凝器使用，永磁电机14作为电动机驱动压缩机10。工质经压缩机10压缩后进入作为冷凝器的第一换热器18放热，工质变为液体进入储液罐20，在此过程中，储液罐20用以对整个管路工质的流量进行调节，当制冷系统中的工质循环较快时，储液罐20可以提供足够量的工质。然后工质从储液罐20进入透平膨胀机12膨胀做功，透平膨胀机12吸收工质的膨胀功而转动，透平膨胀机12的转动带动转轴16转动进而驱动压缩机10运转，因此降低永磁电机14所需的电能，达到节能效果。也就是说，在本实施例中，驱动压缩机10转动的动力一部分来自于永磁电机14，还有一部分来自于透平膨胀机12吸收的膨胀功，也就是透平膨胀机16的转动动能，因此节省了永磁电机14所需要的电能。
工质经透平膨胀机12减压膨胀后进入第一工质返回通道40，经过蒸发器22时，工质吸热降低周围空气温度，然后工质经第一工质返回通道40返回至压缩机10进行下一循环。可以理解的是，当所述第二换热器44位于压缩机出口26和第一换热器入口32之间时，在作为空调使用时，第二换热器44并不对压缩机10输出的工质进行换热处理。当温度已经冷却到预定温度时，压缩机和透平膨胀机都暂停工作。
当所述空调发电一体机用于发电时，永磁电机14工作在发电机模式下。此时，第一换热器18接收一外部热源(例如工业余热)对流经的工质进行加热，高温高压的工质进入透平膨胀机12驱动其透平转动，透平转动带动转轴16转动进而驱动发电机14发出大量电能以供用户使用，同时透平膨胀机12也带动压缩机10运转。从透平膨胀机12输出的工质经由第二工质返回通道42返回至压缩机10，由于从透平膨胀机12输出的工质温度还比较高，工质经过第二换热器44时，从压缩机10输出的工质温度较低，二者进行热交换，从压缩机10输出的工质温度升高，可节省下一环节外部热源的能量。经过第二换热器的工质温度仍然高于压缩机10入口温度要求，因此工质继续进入第三换热器54使得工质达到进入压缩机10的温度要求，然后工质返回压缩机10再次循环。当然，如果第二换热器44不位于压缩机出口26和第一换热器入口32之间时，则不会对压缩机10输出的工质进行预加热。
在上述实施例中，永磁电机14根据不同的用途工作在电动机和发电机模式下，因此使用一台电机完成两种用途。如下面介绍的实施例，本空调发电一体机也可以使用一台发动机和一台发电机。
图2是空调发电一体机另一实施例的简化示意图。本实施例中的空调发电一体机与前述实施例不同之处在于，本实施例中使用一台与压缩机10连接的电机56和一台与透平膨胀机12连接的发电机58。当用作空调系统时，电机56启动用以驱动压缩机10。当用作发电系统时，发电机58被所述透平膨胀机12驱动以进行发电。
综上所述，本发明提供了一种空调发电一体机。所述空调发电一体机作为空调使用时，压缩机被电机驱动，所述第一换热器作为冷凝器，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第一工质返回通道返回至所述压缩机；当用于发电时，所述第一换热器接收一外部热源对流经的工质进行加热，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第二工质返回通道返回至所述压缩机，所述第二换热器对所述透平膨胀机输出的工质进行降温，所述透平膨胀机驱动发电机进行发电。此装置在不影响空调正常运作的基础上，利用空调的闲置时间，充分利用空调器及其制冷机组中的各电动部件，发挥多元化作用，把空调的制冷机组系统变成发电系统。因此，同一套装置，既可以当空调使用，又可以当发电机使用，有效地提高了设备的利用率。
本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种空调发电一体机，其特征在于，包括：
转轴；
压缩机，所述压缩机与所述转轴同轴地固定连接以与所述转轴同轴旋转，所述压缩机包括压缩机入口和压缩机出口；
透平膨胀机，所述透平膨胀机与所述转轴同轴地固定连接以与所述转轴同轴旋转，所述透平膨胀机包括膨胀机入口和膨胀机出口；
永磁电机，所述永磁电机与所述转轴连接，所述永磁电机具有电动机和发电机两种工作模式；
第一换热器，所述第一换热器包括第一换热器入口和第一换热器出口，所述第一换热器入口与所述压缩机出口流体相通；
储液罐，所述储液罐包括储液罐入口和储液罐出口，所述储液罐入口与所述第一换热器出口流体相通，所述储液罐出口与所述膨胀机入口流体相通；
第一工质返回通道，所述第一工质返回通道连接于所述膨胀机出口与所述压缩机入口之间，所述第一工质返回通道上设置蒸发器；
第二工质返回通道，所述第二工质返回通道连接于所述膨胀机出口与所述压缩机入口之间，所述第二工质返回通道上设置第二换热器；
其中，所述透平膨胀机输出的工质选择性地经由所述第一工质返回通道和第二工质返回通道其中之一返回至所述压缩机；
其中，当用作空调时，所述第一换热器作为冷凝器，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第一工质返回通道返回至所述压缩机，所述永磁电机工作在电动机模式下以驱动所述转轴转动从而驱动所述压缩机运行；当用于发电时，所述第一换热器接收一外部热源对流经的工质进行加热，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第二工质返回通道返回至所述压缩机，所述第二换热器对所述透平膨胀机输出的工质进行降温，所述永磁电机工作在发电机模式下以被所述转轴驱动进行发电。
2.如权利要求1所述的空调发电一体机，其特征在于，所述永磁电机设置在所述压缩机和透平膨胀机之间。
3.如权利要求2所述的空调发电一体机，其特征在于，所述永磁电机包括永磁转子和环绕所述永磁转子的定子，所述永磁转子包括固定于所述转轴外围的永磁体。
4.如权利要求1所述的空调发电一体机，其特征在于，所述膨胀机出口与所述第一工质返回通道和第二工质返回通道之间设置阀门，用以选择第一或第二工质返回通道作为将所述透平膨胀机输出的工质返回所述压缩机的通道。
5.如权利要求1所述的空调发电一体机，其特征在于，所述第二换热器连接于所述压缩机出口与所述第一换热器之间，使得当所述第二工质返回通道被选择用以将所述透平膨胀机输出的工质返回所述压缩机时，所述透平膨胀机输出的工质与所述压缩机输出的工质在所述第二换热器内进行热交换。
6.如权利要求5所述的空调发电一体机，其特征在于，所述第二工质返回通道上还设置第三换热器，所述第三换热器连接于所述压缩机入口和所述第二换热器之间以对所述第二工质返回通道内的工质进一步降温。
7.一种空调发电一体机，其特征在于，包括：
压缩机，所述压缩机包括压缩机入口和压缩机出口；
电机，所述电机与所述压缩机连接；
透平膨胀机，所述透平膨胀机包括膨胀机入口和膨胀机出口；
发电机，所述发电机与所述透平膨胀机连接；
第一换热器，所述第一换热器包括第一换热器入口和第一换热器出口，所述第一换热器入口与所述压缩机出口流体相通；
储液罐，所述储液罐包括储液罐入口和储液罐出口，所述储液罐入口与所述第一换热器出口流体相通，所述储液罐出口与所述膨胀机入口流体相通；
第一工质返回通道，所述第一工质返回通道连接于所述膨胀机出口与所述压缩机入口之间，所述第一工质返回通道上设置蒸发器；
第二工质返回通道，所述第二工质返回通道连接于所述膨胀机出口与所述压缩机入口之间，所述第二工质返回通道上设置第二换热器；
其中，所述透平膨胀机输出的工质选择性地经由所述第一工质返回通道和第二工质返回通道其中之一返回至所述压缩机；
其中，当用作空调时，所述第一换热器作为冷凝器，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第一工质返回通道返回至所述压缩机，所述电机驱动所述压缩机运行；当用于发电时，所述第一换热器接收一外部热源对流经的工质进行加热，所述透平膨胀机输出的工质经由所述第二工质返回通道返回至所述压缩机，所述第二换热器对所述透平膨胀机输出的工质进行降温，所述发电机被所述透平膨胀机驱动进行发电。
8.如权利要求7所述的空调发电一体机，其特征在于，所述膨胀机出口与所述第一工质返回通道和第二工质返回通道之间设置阀门，用以选择第一或第二工质返回通道作为将所述透平膨胀机输出的工质返回所述压缩机的通道。
9.如权利要求7所述的空调发电一体机，其特征在于，所述第二换热器连接于所述压缩机出口与所述第一换热器之间，使得当所述第二工质返回通道被选择用以将所述透平膨胀机输出的工质返回所述压缩机时，所述透平膨胀机输出的工质与所述压缩机输出的工质在所述第二换热器内进行热交换。
10.如权利要求9所述的空调发电一体机，其特征在于，所述第二工质返回通道上还设置第三换热器，所述第三换热器连接于所述压缩机入口和所述第二换热器之间以对所述第二工质返回通道内的工质进一步降温。
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