CN108224826A - 螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组及运行方法 - Google Patents

Abstract

一种螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组，其特征在于通过管路连接由动力系统、发动机余热回收系统、制冷剂系统和回油系统构成。在制热模式运行时，制冷剂通过干式蒸发器从废水中提取热量，并联合燃气发动机余热共同供应热水；在制冷模式运行时可同时供应冷冻水和生活热水，在制冷和制热模式下都具有较高的能源利用效率，克服了传统水源热泵机组在制冷时能源利用率低的顽疾。有益效果是适用性强，符合当今低碳经济的能源政策需求，社会效益明显。

Description

螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组及运行方法

技术领域

本发明涉及螺杆式热泵机组制取空调冷热水和生活热水的技术领域，尤其涉及以燃气发动机作为驱动力的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组。

背景技术

目前，随着燃气机热泵技术的不断成熟，燃气机热泵系统已经在制冷制热领域得到了较为广泛的应用。燃气机热泵系统相比于传统的电热泵系统具有以下优点：（1）以天然气、石油气等清洁能源作为机组能源，减少了电力资源的使用，符合节能低碳的技术要求；（2）机组运行时，大量的燃气发动机废热可被再次回收利用，一次能源利用率大大提高；（3）燃气发动机的转速可调，因此燃气机热泵系统部分负荷性能较好。

现有燃气机热泵系统大多是采用燃气发动机驱动空气源热泵系统，其性能受环境温度的影响较大，在低温寒冷地区，其制热量和效率会随环境温度的降低明显衰减，在环境温度低于一定值时，甚至无法启动，此外空气源热泵所采用的翅片式换热器，只能与空气进行换热，无法利用生活废水、工业废水等低位热源。

现有螺杆式燃气机冷水机组用于向空调系统供应冷冻水，其结构形式简单，在夏季用电负荷较大期间具有一定的调峰能力，但由于只有制冷模式，应用范围受到限制，且无法回收燃气发动机废热，能源利用效率较低。

发明内容

本发明的目的是解决上述不足，提供一种螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组。在机组制冷时将建筑内的热量释放给外界水源，同时回收缸套和烟气的余热制取生活热水；在机组制热时，将从外界水源中提取的热量释放给室内环境，同时也可制取生活热水。水源热泵系统有利于机组的稳定运行，通过回收发动机缸套和烟气的余热可显著提高一次能源的利用率，减少能源消耗，达到节能减排的目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组，包括动力系统、发动机余热回收系统、制冷剂系统和回油系统。

所述动力系统包括燃气发动机1、飞轮2、增速型离合器3和联轴器4。

所述制冷剂系统中螺杆式制冷压缩机5、油分离器7、截止止回阀8、冷凝器9、干燥过滤器11、电磁阀12、截止阀13、视液镜14、电子膨胀阀15、干式蒸发器16、气液分离器17、吸气过滤器18通过冷媒管路串联起来，截止止回阀8具有截止阀和单向阀的双重作用，在本发明的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组中设置一个旁通管路部分20，它的一端连接在吸气过滤器18和吸气截止阀19之间的管路上，另一端连接在油分离器7和截止止回阀8之间的管路上，该旁通管路部分上设置有截止阀21和电磁阀22。

所述回油系统中回油管路将中效油过滤器23、油泵26、油冷却器28、高效油过滤器29、电磁阀27、视油镜31连接起来，油泵26的进出口设置有旁通管路，旁通管路上的电磁阀27a控制旁通管路的通断。

所述发动机余热回收系统中的热回收水分为两路，其中一路，先经过烟气-水换热器38，再经过板式换热器；另一路，经过中冷器41；烟气-水换热器38的水侧入口管和中冷器41水侧入口管上均设有温度传感器，用于检测各自的进水温度。

该螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组在制热模式运行时，制冷剂通过干式蒸发器16从废水中提取热量，通过水冷式冷凝器9将热量释放给冷却水，并联合燃气发动机余热共同供应热水；在制冷模式运行时可同时供应冷冻水和生活热水，在制冷和制热模式下都具有较高的能源利用效率。

本发明的有益效果是，螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组以天然气作为输入能源，消耗少量电力，可缓解电力紧张，特别是夏季用电高峰期；同时，本发明可以可回收发动机缸套和烟气余热，提高机组的一次能源利用率；最后，本发明可充分利用工业废水、生活废水等低品位热源，减少能源浪费。

总之，本发明的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组不仅增加了传统螺杆式燃气机冷水机组的功能，使之具有较强的适用性，还符合当今低碳经济的能源政策需求，社会效益明显。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式进行详细说明。

图1是本发明的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组循环原理图。

图2是本发明的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组中回油系统原理图。

图3是本发明的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组中发动机余热回收系统原理图。

图中，箭头方向表示管路中流体的流向。

具体实施方式

如图1所示，螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组包括动力系统、制冷剂系统、回油系统和发动机余热回收系统，其中：

动力系统主要包括燃气发动机1、飞轮2、增速型离合器3和联轴器4；其中增速离合器3与燃气机发动1机采用飞轮2连接，增速型离合器3与螺杆式制冷压缩机5采用联轴器4连接，增速型离合器3用于提高燃气发动机1的输出转速和控制动力传输的通断，飞轮2和联轴器4均带有减震功能，可有效降低机组运行时的噪音和震动。

制冷剂系统主要包括螺杆式制冷压缩机5、排气截止阀6、油分离器7、截止止回阀8、水冷式冷凝器9、干燥过滤器11、电磁阀12、电子膨胀阀15、干式蒸发器16、气液分离器17、吸气过滤器18、吸气截止阀19、旁通管路部分20以及连接管路，其中水冷式冷凝器9的AB通道是壳程，EF通道是管程，干式蒸发器13的MN通道是壳程，XY通道是管程；螺杆式制冷压缩机5经吸气截止阀19从吸气过滤器18的出口吸入低温低压的制冷剂蒸汽，低温低压的制冷剂蒸汽经螺杆式制冷压缩机5提升压力、温度后进入油分离器7进行油气分离，分离出油后的高温高压制冷剂蒸汽经截止止回阀8进入水冷式换热器9的AB通道，在水冷式换热器9内与EF通道内的冷却水进行换热，高温高压制冷剂蒸汽冷凝成液态，液态制冷剂依次经截止阀10，干燥过滤器11，电磁阀12，球阀13，视液镜14进入电子膨胀阀15，高压的制冷剂液体在电子膨胀阀15内膨胀为低温低压的气液两相后进入干式蒸发器13的XY通道，制冷剂在干式壳管式蒸发器13中吸收MN通道内冷冻水的热量蒸发成低温低压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在气液分离器17中分离出液态制冷剂后，经吸气过滤器18和吸气截止阀19进入螺杆式制冷压缩机5的吸气口，从而完成制冷剂循环。机组制冷时，冷冻水吸收用户的热量；制热时，冷却水为用户提供热量。

在本发明的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组中设置一个旁通管路部分20，它的一端连接在吸气过滤器18和吸气截止阀19之间的管路上，另一端连接在油分离器7和截止止回阀8之间的管路上，该旁通管路部分上设置有截止阀21和电磁阀22。其作用是在螺杆式制冷压缩机5停机后，通过开启电磁阀22来平衡吸排气管内的压力，便于螺杆式制冷压缩机5的下次启动。

如图2所示，回油系统主要包括油分离器7、中效油过滤器23、压差控制器24、截止阀25、油泵26、电磁阀27、油冷却器28、高效油过滤器29、油流量开关30、油视镜31及连接管路。制冷剂中含有的润滑油在油分离器7中被分离出来，润滑油进入中效油过滤器23进行初级过滤，过滤后的润滑油经油泵26提升压力后，通过油冷却器28实现润滑油的降温，保持润滑油粘度，随后进入高效油过滤器29进行二级过滤，经两级过滤后的润滑油进入三通管被分成两路，其中一路，润滑油经油流量开关30，电磁阀27b，视液镜31a，截止阀25e进入螺杆式制冷压缩机5的主回油口，另一路，润滑油经电磁阀27c、视液镜31b、截止阀25f进入螺杆式制冷压缩机5的喷油口，从而实现润滑油的循环；在螺杆式制冷压缩机5的排气口、吸气口和主回油口均设有温度传感器和压力传感器，当排气温度高于80℃时，电磁阀27c开启，通过向螺杆式制冷压缩机5内喷射润滑油来降低排气温度；当螺杆式制冷压缩机5的主回油口和吸气口的压力差小于0.6MPa时，为了保证压缩机能得到正常的润滑，此时油泵26开启，电磁阀27a关闭，润滑油在油泵26的作用下返回压缩机；当螺杆式制冷压缩机5的回油口和吸气口的压力差大于0.6MPa时，油泵26关闭，电磁阀27a开启，润滑油在自身压力差作用下返回压缩机；油冷却器28的出口设置有温度传感器，油冷却器出口处的油温低于60℃时，油冷却器28的风机保持关闭；当油冷却器28出口处的油温高于60℃时，油冷却器28的风机开启；压差控制器24a和24b用于检测润滑油流经中效油过滤器24和高效油过滤器29时压降，当润滑油在过滤器中的压降达到0.15MPa时，表明过滤器堵塞严重，应及时更换过滤器的过滤芯。

如图3所示，发动机余热回收系统主要包括节温器32、烟气-水换热器38、板式换热器33、中冷器41及连接管路。来自燃气发动机缸套36的防冻液经节温器32进入板式换热器33的防冻液进口，温度较高的防冻液在板式换热器中将热量释放给热回收水，防冻液温度降低；板式换热器33的防冻液出口与水冷排气歧管34的防冻液进口相连，防冻液在水冷排气歧管34中吸收燃气发动机烟气（通常燃气发动机烟气温度为400~600℃）的热量，烟气的温度得到初步降低；防冻液水泵35从水冷排气歧管34的防冻液出口吸入升温后的防冻液，防冻液经水泵35提升压力后返回燃气发动机缸套36，完成防冻液的内循环；燃气发动机的烟气首先进入水冷排气歧管34进行初步降温，将热量释放给防冻液，降温后的烟气经涡轮增压装置37进入烟气-水换热器38的烟气进口，烟气在烟气-水换热器38中将热量释放给热回收水，烟气温度进一步降低，两次降温后的烟气（80~100℃）经过消声器39后排放，由此实现燃气发动机缸套和烟气的余热回收；空气和天然气经混合阀40中混合后进入涡轮增压装置37，燃料压力被提升，同时也造成燃料温度的升高，高温高压的燃料进入中冷器41将热量释放给中冷器冷却水，降温后的高压燃料进入发动机，实现燃料增压。

机组工作时，进入发动机余热回收系统的热回收水分为两路，其中一路，先经过烟气-水换热器38被燃气发动机烟气加热，再经过板式换热器33被防冻液二次加热；另一路，经过中冷器41被高温气体燃料加热。烟气-水换热器38的水侧入口管和中冷器41水侧入口管上均设有温度传感器，用于检测各自的进水温度。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。本发明中，制冷剂系统的工质可为R134a、R22、R407C、R401A等常见制冷剂。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，元件造型、连接方式不经创造性的设计，与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组，至少由燃气发动机（1），飞轮（2），增速型离合器（3），联轴器（4）、螺杆式制冷压缩机（5），排气截止阀（6），油分离器（7），截止止回阀（8），水冷式冷凝器（9），干燥过滤器（11），电磁阀（12），视液镜（14），电子膨胀阀（15），干式蒸发器（16），气液分离器（17），吸气过滤器（18），吸气截止阀（19），旁通管路部分（20），中效油过滤器（23），压差控制器（24），截止阀（25），油泵（26），电磁阀（27），油冷却器（28），高效油过滤器（29），油流量开关（30），油视镜（31），节温器（32），烟气-水换热器（38），板式换热器（33），中冷器（41）等通过管路连接组成，

其特征是：燃气发动机（1），飞轮（2），增速型离合器（3）和联轴器（4）连接构成动力系统；

其特征是：螺杆式制冷压缩机（5），排气截止阀（6），油分离器（7），截止止回阀（8），水冷式冷凝器（9），干燥过滤器（11），电磁阀（12），电子膨胀阀（15），干式蒸发器（16），气液分离器（17），吸气过滤器（18），吸气截止阀（19），旁通管路部分（20）管路连接构成制冷剂系统；

其特征是：油分离器（7），中效油过滤器（23），压差控制器（24），截止阀（25），油泵（26），电磁阀（27），油冷却器（28），高效油过滤器（29），油流量开关（30），油视镜（31）管路连接构成回油系统；

其特征是：节温器（32），烟气-水换热器（38），板式换热器（33），防冻液水泵（35）和中冷器（41）管路连接构成发动机余热回收系统。

2.根据权利要求1所述的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组，其特征是：增速离合器（3）与燃气机发动机（1）采用飞轮（2）连接，增速离合器（3）与螺杆式制冷压缩机（5）采用联轴器（4）连接，增速型离合器（3）用于提高燃气发动机（1）的输出转速和控制动力传输的通断，飞轮（2）和联轴器（4）均带有减震功能。

3.根据权利要求1所述的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组，其特征是：螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组中设置一个旁通管路部分（20），它的一端连接在吸气过滤器（18）和吸气截止阀（19）之间的管路上，另一端连接在油分离器（7）和截止止回阀（8）之间的管路上，该旁通管路部分上设置有截止阀（21）和电磁阀（22）。

4.根据权利要求1所述的螺杆式水源燃气机热泵冷热水机组，其特征是：进入发动机余热回收系统的热回收水分为两路，其中一路，先经过烟气-水换热器（38），再经过板式换热器（33）；另一路经过中冷器（41）。