CN105737440A - 一种全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组 - Google Patents
一种全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组，属于暖通供热技术领域。本发明包括全预混冷凝式供热机、空气能热泵冷热联供三用机、冷热联供管路模块、及相应的连接管道。本发明通过冷凝器实现燃气供热设备的烟气余热部分回收利用，再经过空气能热泵的蒸发器来吸收剩余的低品位(温度低于70℃)烟气余热，使燃气供热设备的排烟温度降低到室温，实现燃气供热设备的烟气全部回收利用。本发明不但解决了冬季空气能热泵高效运行的问题，同时也减少向大气中排放的氮氧化物，有利于环境保护，实现节能减排。
Description
技术领域：
本发明涉及一种全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组，属于暖通供热技术领域。
背景技术
近年来，为改善大气环境，减少燃煤烟气对城市大气的污染，我国燃煤供热设备基本都改为以天然气为燃料的燃气供热机组。普通型燃气供热设备受换热器技术上的限制，排烟温度较高(110℃～260℃)，远高于烟气中水蒸气的露点，气化潜热无法利用，特别是北方的采暖季节，有大量的余热随烟气排入空气环境中既浪费了能源又污染了环境。
全预混冷凝式燃气供热设备通过采用全预混燃烧器使空气和燃气在极小的过量空气系数下充分燃烧，大幅降低NOx及CO的排放量。同时，通过增加冷凝换热器使排烟温度降低，不仅能够充分吸收烟气的显热，还能利用烟气中水蒸气的气化潜热，比普通型燃气供热设备的热效率提高10％左右。全预混冷凝式供热设备同时具有节能和环保两个显著特点，其应用越来越受到人们的重视。但是，全预混冷凝式供热设备的排烟温度受到冷凝换热器和供热回水温度的影响，其排烟温度一般在70℃左右。
空气能热泵技术以其节能降耗及环保方面的良好表现普遍受到人们的关注，其结构简单，安装使用方便，运行费用为电采暖的1/4、天然气采暖的1/3。但是空气能热泵的使用受到环境温度的限制，其供热能力和供热性能系数会随着室外气温的降低而降低，制冷量和制热量很难与建筑冷热负荷相适应。冬季还有室外结霜问题，常规空气能热泵并不适用于我国东北、西北、华北等寒冷地区。
如果将全预混冷凝式供热设备的烟气余热和免费的空气能这两种低品位能源作为热源，通过热泵进行有机结合综合利用，不仅可以利用冷凝器和空气能热泵来回收全部烟气余热，使燃气排烟温度降至室温(25～30℃)。而且，还可以为空气能热泵提供余热热源，解决空气能热泵在冬季低温下的性能下降问题，提高空气源热泵的可靠性和适用性。
发明内容
针对上述现有技术的不足并通过分析，本发明提出并公开一种全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组。
本发明的技术方案如下：
一种全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组包括全预混冷凝式供热机、空气能热泵冷热联供三用机、冷热联供管路模块、及相应的连接管道；
所述全预混冷凝式供热机包括燃气进气管道17、冷凝水排放管道18、冷凝水集水盘19、烟箱20、冷凝器21、翅片式换热器22、盘管换热器23、全预混燃烧器24、及相应的连接管道；
所述全预混燃烧器24包括燃气风机、燃气比例阀组、燃烧头、控制元器件；所述燃烧头为多孔介质燃烧头，所述多孔介质结构为颗粒堆积型、直孔网格型、纤维网格型、泡沫型中的一种，多孔介质材料为粉末烧结多孔材料、金属纤维毡、复合金属丝网、泡沫金属、多孔陶瓷中的一种或两种组合而成；
所述空气能热泵冷热联供三用机包括第二电磁阀4、压缩机5、低压开关6、针阀7、高压开关8、四通换向阀9、第三电磁阀10、第四电磁阀11、第五电磁阀12、烟气空气双热源蒸发器13、轴流风机14、膨胀阀15、鼓风机16、生活热水侧板式换热器25、单向阀26、过滤器27、制冷毛细管28、气液分离器29、制热毛细管30、冷热水侧板式换热器31、及相应的连接管道，且全部设置在空气能热泵冷热联供三用机内部；
所述烟气空气双热源蒸发器13为双管翅片式换热器；所述双管翅片式换热器由不同直径的两组排管组成，大直径管内部为烟气流道，小直径管内部为制冷剂流道，两组排管外壁连接有多组风冷翅片；
所述冷热联供管路模块包括第一温度传感器1、第一循环泵2、第一电磁阀3、电动阀32、第二温度传感器33、壳管式换热器34、第三温度传感器35、第二循环泵36、及相应的连接管道。
本发明通过冷凝器实现燃气供热设备的烟气余热部分回收利用，再经过空气能热泵的蒸发器来吸收剩余的低品位(温度低于70℃)烟气余热，使燃气供热设备的排烟温度降低到室温，实现燃气供热设备的烟气全部回收利用。同时，空气能热泵冷热联供三用机通过增加余热回收换热器，并采用冷凝热回收技术，可以在夏季制冷的同时免费提供生活热水，实现夏季制冷、冬季与全预混冷凝式燃气供热设备联合制热、全年提供生活热水。
本发明可以实现以下五种工作模式：
1、夏季单独制冷：直接采用风冷冷水机制冷。
2、夏季制冷+生活热水：风冷冷水机提供制冷，冷凝热回收免费供应生活热水。
3、冬季单独制热：全预混冷凝式供热机与空气能热泵联合制热并提供联合热源。
4、冬季制热+生活热水：全预混冷凝式供热机制热，空气能热泵提供生活热水。
5、春秋季生活热水：空气能热泵提供生活热水。
本发明取得的有益效果是：该全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组能满足用户在不同季节、不同工况下的制冷、供热、生活热水需求。本发明将全预混冷凝式燃气供热机的低温烟气排热和空气源热泵的蒸发器需热通过技术手段结合起来，使燃气供热机排烟的热能转化为空气源热泵的热源，以较低的成本回收烟气中的全部余热，不但解决了冬季空气源热泵高效运行的问题，而且回收大量的冷凝水和潜热，同时也减少向大气中排放的氮氧化物，有利于环境保护，实现节能减排。
附图说明
图1全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组系统结构图
图中：第一温度传感器1、第一循环泵2、第一电磁阀3、第二电磁阀4、压缩机5、低压开关6、针阀7、高压开关8、四通换向阀9、第三电磁阀10、第四电磁阀11、第五电磁阀12、烟气空气双热源蒸发器13、轴流风机14、膨胀阀15、鼓风机16、燃气进气管道17、冷凝水排放管道18、冷凝水集水盘19、烟箱20、冷凝器21、翅片式换热器22、盘管换热器23、全预混燃烧器24、生活热水侧板式换热器25、单向阀26、过滤器27、制冷毛细管28、气液分离器29、制热毛细管30、冷热水侧板式换热器31、电动阀32、第二温度传感器33、壳管式换热器34、第三温度传感器35、第二循环泵36。
具体实施方式
下面结合图1详细阐述具体实施方法：
全预混冷凝式供热机包括燃气进气管道17、冷凝水排放管道18、冷凝水集水盘19、烟箱20、冷凝器21、翅片式换热器22、盘管换热器23、全预混燃烧器24、及相应的连接管道。燃气进气管道17直接连接到全预混燃烧器24，在全预混燃烧器24的燃烧头周围布置有盘管换热器23，盘管换热器23的上方依次布置有翅片式换热器22、冷凝水集水盘19、冷凝器21、烟箱20四个部件，且都设置在预混冷凝式供热机内部。冷凝水排放管道18连接到冷凝水集水盘19。
第二电磁阀4、压缩机5、低压开关6、针阀7、高压开关8、四通换向阀9、第三电磁阀10、第四电磁阀11、第五电磁阀12、烟气空气双热源蒸发器13、轴流风机14、鼓风机16、过滤器27、制冷毛细管28、气液分离器29、制热毛细管30、冷热水侧板式换热器31通过制冷剂管道连接，组成蒸汽压缩制冷和制热循环。压缩机5、低压开关6、针阀7、高压开关8、四通换向阀9、第三电磁阀10、第四电磁阀11、烟气空气双热源蒸发器13、轴流风机14、鼓风机16、生活热水侧板式换热器25、单向阀26通过制冷剂管道连接，组成蒸汽压缩生活热水循环。四通换向阀9四个端口中的两端口连接压缩机5进排气口，压缩机5进气口通过低压开关6、针阀7连接到气液分离器29，气液分离器29通过管道连接到四通换向阀9，压缩机5排气口通过针阀7、高压开关8连接到四通换向阀9。四通换向阀9另外两个端口通过第二电磁阀4、第三电磁阀10、第四电磁阀11、第五电磁阀12、烟气空气双热源蒸发器13、轴流风机14、过滤器27、制冷毛细管28、气液分离器29、制热毛细管30、冷热水侧板式换热器31、生活热水侧板式换热器25、单向阀26及其制冷剂连接管道依次连接，与压缩机5、低压开关6、针阀7、高压开关8、四通换向阀9共同组成空气能热泵冷热联供三用机。
冷热联供管路模块包括第一温度传感器1、第一循环泵2、第一电磁阀3、电动阀32、第二温度传感器33、壳管式换热器34、第三温度传感器35、第二循环泵36、及相应的连接管道。壳管式换热器34燃气供热侧、第三温度传感器35、第二循环泵36与全预混冷凝式供热机供(回)水口通过管道共同组成燃气供热封闭循环。第一温度传感器1、第一循环泵2、第一电磁阀3、电动阀32、第二温度传感器33、壳管式换热器34室内末端侧通过管道连接组成热泵冷(热)水供冷(热)循环。第一温度传感器1、第一循环泵2、第一电磁阀3、电动阀32、第二温度传感器33、壳管式换热器34、第三温度传感器35、第二循环泵36、及其连接管道都设置在冷热联供管路模块内部。
烟箱20通过烟气管道与鼓风机16进口连接，鼓风机16出口通过烟气管道连接到烟气空气双热源蒸发器13的烟气流道。烟箱20排放的烟气通过管道、鼓风机16到达烟气空气双热源蒸发器13的烟气流道，经过制冷剂吸热后，进一步降低烟气温度后排放到室外。
Claims (2)
1.一种全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组包括全预混冷凝式供热机、空气能热泵冷热联供三用机、冷热联供管路模块、及相应的连接管道；
所述全预混冷凝式供热机包括燃气进气管道(17)、冷凝水排放管道(18)、冷凝水集水盘(19)、烟箱(20)、冷凝器(21)、翅片式换热器(22)、盘管换热器(23)、全预混燃烧器(24)、及相应的连接管道；所述全预混燃烧器(24)包括燃气风机、燃气比例阀组、燃烧头、控制元器件；所述燃烧头为多孔介质燃烧头，所述多孔介质结构为颗粒堆积型、直孔网格型、纤维网格型、泡沫型中的一种，多孔介质材料为粉末烧结多孔材料、金属纤维毡、复合金属丝网、泡沫金属、多孔陶瓷中的一种或两种；
所述空气能热泵冷热联供三用机包括第二电磁阀(4)、压缩机(5)、低压开关(6)、针阀(7)、高压开关(8)、四通换向阀(9)、第三电磁阀(10)、第四电磁阀(11)、第五电磁阀(12)、烟气空气双热源蒸发器(13)、轴流风机(14)、膨胀阀(15)、鼓风机(16)、生活热水侧板式换热器(25)、单向阀(26)、过滤器(27)、制冷毛细管(28)、气液分离器(29)、制热毛细管(30)、冷热水侧板式换热器(31)、及相应的连接管道，且全部设置在空气能热泵冷热联供三用机内部；
所述冷热联供管路模块包括第一温度传感器(1)、第一循环泵(2)、第一电磁阀(3)、电动阀(32)、第二温度传感器(33)、壳管式换热器(34)、第三温度传感器(35)、第二循环泵(36)、及相应的连接管道。
2.根据权利要求1所述的全热回收型燃气-空气能复合热泵冷热联供机组，其特征在于，燃气进气管道(17)直接连接到全预混燃烧器(24)，在全预混燃烧器(24)的燃烧头周围布置有盘管换热器(23)，盘管换热器(23)的上方依次布置有翅片式换热器(22)、冷凝水集水盘(19)、冷凝器(21)、烟箱(20)四个部件，且都设置在预混冷凝式供热机内部；壳管式换热器(34)燃气供热侧、第三温度传感器(35)、第二循环泵(36)与全预混冷凝式供热机供(回)水口通过管道共同组成燃气供热封闭循环；第一温度传感器(1)、第一循环泵(2)、第一电磁阀(3)、电动阀(32)、第二温度传感器(33)、壳管式换热器(34)室内末端侧通过管道连接组成热泵冷(热)水供冷(热)循环；烟箱(20)通过烟气管道与鼓风机(16)进口连接，鼓风机(16)出口通过烟气管道连接到烟气空气双热源蒸发器(13)的烟气流道。
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