CN108931076A - 天然气综合供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气综合供热系统，包括天然气发动机，其特征在于：所述天然气发动机传动连接有压缩机，所述压缩机管道连接有冷凝器、节流装置和蒸发器，所述冷凝器安置于第二换热水箱内，所述天然气发动机管道连接有冷却液盘管。所述冷却液盘管安置于第一换热水箱内。本发明为工业和民用提供热源，采用压缩机吸取空气中的热量，发动机冷却液的热能用以初步加热热源水，而发动机本身的辐射热能用以照射蒸发器，防止蒸发器结霜，不需要为蒸发器冬季除霜停机和耗费额外的能源，发动机的热能均能够加以回收，使本发明中同体积天然气做功最终得到的热量远超出其单纯燃烧释放热量的数倍，更加环保，绿色节能。

Description

天然气综合供热系统

技术领域

本发明涉及工业及家用供热系统领域，具体地说，是涉及一种天然气综合供热系统。

背景技术

供热系统是向工厂及民用建筑供应生产、生活和采暖用热，现代热工过程中广泛采用的供热介质是水，因为水在自然界中大量存在，热容量大，在换热过程中能经济有效地循环运行。城市集中供热系统也普遍采用水为供热介质，以热水或蒸汽的形态，从热源携带热量，经过热网送至用户。由于水的比热大，蓄热能力高，因此供热系统运行有波动时，供热状况仍较稳定。中国城市集中供热的对象主要是采暖、通风、空调、热水供应等低位热能用户，一般以热水为供热介质。厂区供热系统主要满足生产工艺用热，通常以蒸汽为供热介质。供热在我国北方的冬季更多应用于民居采暖。而居民采暖供热则受限于民居的居住地，中国幅员辽阔，在城市中集中采暖供热仍未完全覆盖，在农村基本都是一家一户单独供暖。采用的供暖方式包括燃煤锅炉、天然气锅炉、电锅炉以及更加先进的空气能锅炉等，其中电锅炉无污染，干净卫生，天然气锅炉也具有很低的污染，属于环境友好型采暖方式，但是这两者成本都高昂，居民采暖费用高，采用意愿不强。最广泛使用的还是低成本、高污染的燃煤锅炉。对于中国广泛的无集中供热的地区，需要一种使用成本低、采暖效率高的供热系统。而更加节能的空气能锅炉虽然具有高效节能的优点，但是在中国北方冬季需要供暖冬季具有难以克服的缺点，例如冬季温度低于零下5度时，空气能锅炉制热效率低，外露的蒸发器散热片极易结霜，难以连续工作，导致采暖效果差、取暖体验不好等问题，使其难以在北方推广。

发明内容

本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种运行成本低、采暖效率高的天然气综合供热系统。

本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：

天然气综合供热系统，包括天然气发动机，其特征在于：所述天然气发动机传动连接有压缩机，所述压缩机具有排气口和吸气口，所述压缩机的排气口和吸气口之间顺序管道连接有冷凝器、节流装置和蒸发器，所述冷凝器安置于第二换热水箱内，所述第二换热水箱具有中间热水进水口和热水出水口；所述天然气发动机具有冷却液入口和冷却液出口，所述冷却液入口和冷却液出口之间管道连接有冷却液盘管。所述冷却液盘管安置于第一换热水箱内，所述第一换热水箱具有冷水入口和中间热水出口，所述中间热水出口与中间热水进水口之间管道连接。

作为一种优选方案，所述蒸发器安置于天然气发动机侧边或者环绕天然气发动机设置。在中国北方冬季室外温度较低，而蒸发器温度更低，使得蒸发器中的制冷剂能够吸收空气中的热量，获得远超出输入机械能的热量输出。但是这也造成冬季室外的蒸发器上面易于结霜，而结霜会导致蒸发器换热效率降低，一般需要进行停机电加热除霜，而本发明采用天然气发动机作为动力源，其机体运转产生的热能辐射至周边的蒸发器，提高蒸发器的温度，避免其表面结冰，使设备能够连续不间断运作，而不会结霜，也就无须停机进行电除霜，更加节能，提高。

作为一种优选方案，所述蒸发器包括蒸发管路和与蒸发管路固定连接的蒸发吸热片，所述蒸发吸热片倾斜设置。

作为一种优选方案，所述天然气发动机外周设有风扇，所述风扇形成的气流依次流经天然气发动机和蒸发器。无论冬季还是夏季，天然气发动机运转时的机体温度远高于外界空气温度，其散发的热量被风扇形成的气流带向蒸发器，流经蒸发器的同时其热量被温度远低于空气温度的蒸发器吸收，因其两者间的温差较大，蒸发器的换热吸收率很高，能够充分吸收天然气发动机释放的热量，避免热量流失损耗。

作为一种优选方案，所述风扇安置于天然气发动机上方，所述蒸发器环绕天然气发动机设置。

作为一种优选方案，还包括水泵，所述水泵安置于所述第一换热水箱的冷水入口或者中间热水出口或者第二换热水箱的热水出水口。当本发明作为家用热水或者采暖供热使用时，需要水泵驱动产生的热水高效流动，满足水流量和水压的需要。当本发明作为工业用热力系统的一部分使用时，工业热力系统往往自备有循环水泵，就无须另外安置水泵。

作为一种优选方案，所述第二换热水箱的热水出水口与第一换热水箱的冷水入口之间设有电磁阀，所述第一换热水箱的冷水入口连接有软水器和/或过滤器。在间歇性使用热水的情况下，可以选择使用较低功率的天然气发动机和压缩机，以节省设备投资，而间歇性的大热量需求可以通过储备较高温度热水实现，电磁阀将第二换热水箱与第一换热水箱连接为一个循环系统，可以使两个水箱内的水循环流动，将水循环加热至较高的预定温度，储备更多的热量，随时可以使用温度较高的热水，满足间歇性大热量需求。本发明连接市政水网，提供持续消耗性的热水时，需要增加前置的软水器和/或过滤器，以保证进水的质量，减少设备损耗。

作为一种优选方案，所述第二换热水箱上设有除霜热水出口和除霜热水进口，所述蒸发器连接有除霜盘管，所述除霜盘管管道连接有除霜泵，所述除霜热水出口、除霜热水进口、除霜盘管和除霜泵构成除霜热水回路。在中国北方冬季，部分地区极为寒冷，可能会造成发动机余热散失过快，发动机余热不足以维持蒸发器保持无霜状态，这时就需要更加进一步的除霜结构，本发明采用引导第二换热水箱的热量对蒸发器结霜时进行加热除霜作业，可以减少额外的电力加热除霜的能源损耗，使设备更完备，更能适应于不同的地区和大多数的恶劣低温气象。

作为一种优选方案，所述第二换热水箱内设有采暖盘管，所述采暖盘管的两端依次管道连接采暖循环泵和采暖设备。

作为一种优选方案，所述第二换热水箱内设有生活热水盘管，所述生活热水盘管的两端伸出第二换热水箱。所述生活热水盘管一端可以接市政供水或更加洁净的水源，另一端供给清洁洗浴用水或家庭饮用热水等。如果采用无压力的水源，则额外需要连接一个自吸水泵提供循环压力。

本发明较好的应用方法是将第一换热水箱与第二换热水箱连接为一个内部水循环流动的水箱组，提供在第二换热水箱内设置采暖盘管和生活热水盘管提供采暖用水和生活用水，采暖用水、生活用水及本发明设备内循环水各自分离，各水互不干扰，可以保证设备内循环水质量，也可以使生活用水有更高质量。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：本发明公开了一种天然气综合供热系统，为工业和民用提供热源，采用天然气发动机直连驱动压缩机，压缩机通过制冷剂的蒸发与冷凝过程中吸取空气中的热量，能够吸取发动机输出机械能4.5倍的热能，同时将发动机冷却液的热能用以初步加热热源水，而发动机本身的辐射热能用以照射蒸发器，防止蒸发器结霜，保证系统高效运作，不需要为蒸发器冬季除霜停机和耗费额外的能源，发动机的冷却液的热能以及发动机本身的辐射热能均能够加以回收，使本发明中同体积天然气做功最终得到的热量远超出其单纯燃烧释放热量的数倍，更加环保，绿色节能，值得推广应用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明天然气综合供热系统实施例1的结构示意图。

附图2是本发明天然气综合供热系统实施例2的结构示意图。

附图3是本发明天然气综合供热系统实施例3的结构示意图。

附图4是本发明天然气综合供热系统实施例3的结构示意图。

附图5是本发明天然气综合供热系统实施例4的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如附图1所示，天然气综合供热系统，包括天然气发动机1，所述天然气发动机1通过联轴器2传动连接有压缩机3，所述压缩机3具有排气口32和吸气口31，所述压缩机3的排气口32和吸气口31之间顺序管道连接有冷凝器6、节流装置4和蒸发器5，所述冷凝器6安置于第二换热水箱8内，所述第二换热水箱8具有中间热水进水口81和热水出水口82；所述天然气发动机1具有冷却液入口11和冷却液出口12，所述冷却液入口11和冷却液出口12之间管道连接有冷却液盘管13。所述冷却液盘管13安置于第一换热水箱9内，所述第一换热水箱9具有冷水入口91和中间热水出口92，所述中间热水出口与中间热水进水口之间管道连接。

在本实施例中，所述蒸发器5安置于天然气发动机1侧边，所述蒸发器5包括蒸发管路和与蒸发管路固定连接的蒸发吸热片，所述蒸发吸热片倾斜设置，倾斜设置的蒸发吸热片增加朝向天然气发动机1的受辐射面积，使天然气发动机1机壳余热的热辐射能够更加高效的被吸收，热辐射使蒸发吸热片温度升高，避免在冬季蒸发吸热片上结霜。所述天然气发动机1外周设有风扇7，所述风扇7形成的气流依次流经天然气发动机1和蒸发器5。本发明中一般将第二换热水箱8外其余部分均安置于室外，以吸收利用室外空气中的热能，而第一换热水箱9也可以置于室内，防止冬季环境下设备长时间不用时水箱内水温过低而结冰。

第一换热水箱9的冷水入口91和第二换热水箱8的热水出水口82分别连接家庭或者企业的热力系统，为热力系统中的热水进行加热，以提供更高温度的热水。

本发明将天然气发动机1做功后剩余的热量通过对流、热辐射和空气为中介接触传递，通过蒸发器5充分吸收，蒸发器5还同时获取空气中的热量，实现获取超出发动机输出机械能4.5倍的热能的输出，实现真正绿色环保无污染的供热系统。本发明输出的热水可以作为企业热力系统的一部分，为企业节约大量供热费用，也可以作为家庭供热的一部分，为家庭提供低成本的热力供应。

实施例2：如附图2所示，在本实施例中，所述蒸发器5环绕天然气发动机1设置，所述天然气发动机1外周设有风扇7，所述风扇7形成的气流依次流经天然气发动机1和蒸发器5。如附图2所示。本实施例中第一换热水箱9冷水入口91通过软水器100和过滤器101；连接市政水网，市政水网的压力会驱动自来水依次流经第一换热水箱9和第二换热水箱8，并到达热水端，供工业或家用。在所述第二换热水箱8的热水出水口82与第一换热水箱9的冷水入口91之间还设有水泵103、单向阀102和电磁阀104，在暂时不用热水的间歇，关闭市政水网的来水，以水泵103驱动第一换热水箱9和第二换热水箱8内储备水循环，以达到较高温度，最高可以达到65~85℃，为下一次使用热水储备更多热量。当然，所述水泵103也可以安置于所述第一换热水箱9的中间热水出口，更可以实现将市政水网的自来水加压循环，保证供热。附图中未示出关闭市政水网的来水的阀门。

本实施例中其余部分与实施例1相同，不赘述。

实施例3：如附图3和4所示，在本实施例中，所述风扇7安置于天然气发动机1上方，所述蒸发器5呈“口”字形环绕天然气发动机1设置，所述蒸发器5包括蒸发管路51和与蒸发管路51固定连接的蒸发吸热片52，所述蒸发吸热片52相对天然气发动机高度方向倾斜设置，这使得天然气发动机1的辐射热全部被蒸发器5吸收，而其对流和接触空气发散的余热被上方的风扇7吹向四周的蒸发器5，不仅仅避免蒸发器5过度低温结霜，更可以由蒸发器5吸收其散发的热量，显著提高系统整体制热效率。

如附图3和4所示，本实施例中所述第二换热水箱8内设有除霜热水盘管83，所述除霜热水盘管83的两端分别连接有除霜热水出口和除霜热水进口，所述蒸发器5连接有除霜盘管53，所述除霜盘管53与蒸发管路51并行设置于蒸发吸热片52上，所述除霜盘管53一端管道连接有除霜泵84，所述除霜热水盘管83、除霜热水出口、除霜热水进口、除霜盘管53和除霜泵84构成除霜热水回路，所述除霜热水回路内充满防冻液。当设备在冬季极端低温下运行时，可以定期或不定期启动除霜泵84，将第二换热水箱8内的热量引导至除霜盘管53内，去除蒸发器5上的结霜，保证设备维持高效换热和作业。防冻液能够保证除霜盘管53即使暴露于室外寒冷天气下也可以正常工作，不会结冰。

本实施例中其余部分与实施例1相同，不赘述。

实施例4：如附图5所示，在本实施例中，在所述第二换热水箱8的热水出水口82与第一换热水箱9的冷水入口91之间设有水泵103、电磁阀104和单向阀102，所述第二换热水箱8与第一换热水箱9连接为一个内部水循环流动的相对封闭的水箱组，在所述第二换热水箱8内设有采暖盘管40和生活热水盘管30，所述采暖盘管40的两端依次管道连接采暖循环泵42和采暖设备41；所述生活热水盘管30的两端伸出第二换热水箱8，生活热水盘管30的进水端依次连接软水器100、过滤器101和市政水网，另一端连接生活用水设备，如热水龙头、洗浴设备、清洗设备等。在所述第二换热水箱8内冷凝器6与采暖盘管40和生活热水盘管30可以并排设置或者近距离设置，各个盘管之间距离近，热交换效率高，且有第二换热水箱8内本身积蓄的热水储存热量，能够保证热力输出平稳。

本实施例中其余部分与实施例2相同，不赘述。

本实施例是该设备应用于家庭和小型企业综合供热系统的较佳实现方案，通过第二换热水箱8内的采暖盘管40和生活热水盘管30分别提供采暖用水和生活用水，采暖用水、生活用水及本发明设备内循环水各自分离，各个水源互不干扰，可以保证设备两个水箱内循环水的质量，也可以使生活用水有更高质量。

而且，本实施例采用第一换热水箱8和第二换热水箱箱9内水闭式循环，就可以采用防冻液作为两水箱的内循环水，这样第一换热水箱9就可以安全的置于室外，不用担心室外过低气温导致结冰影响使用甚至损坏，减少室内空间占用。

Claims (10)

1.天然气综合供热系统，包括天然气发动机，其特征在于：所述天然气发动机传动连接有压缩机，所述压缩机具有排气口和吸气口，所述压缩机的排气口和吸气口之间顺序管道连接有冷凝器、节流装置和蒸发器，所述冷凝器安置于第二换热水箱内，所述第二换热水箱具有中间热水进水口和热水出水口；所述天然气发动机具有冷却液入口和冷却液出口，所述冷却液入口和冷却液出口之间管道连接有冷却液盘管，所述冷却液盘管安置于第一换热水箱内，所述第一换热水箱具有冷水入口和中间热水出口，所述中间热水出口与中间热水进水口之间管道连接。

2.根据权利要求1所述的天然气综合供热系统，其特征在于：所述蒸发器安置于天然气发动机侧边或者环绕天然气发动机设置。

3.根据权利要求1所述的天然气综合供热系统，其特征在于：所述蒸发器包括蒸发管路和与蒸发管路固定连接的蒸发吸热片，所述蒸发吸热片倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的天然气综合供热系统，其特征在于：所述天然气发动机外周设有风扇，所述风扇形成的气流依次流经天然气发动机和蒸发器。

5.根据权利要求4所述的天然气综合供热系统，其特征在于：所述风扇安置于天然气发动机上方，所述蒸发器环绕天然气发动机设置。

6.根据权利要求1所述的天然气综合供热系统，其特征在于：还包括水泵，所述水泵安置于所述第一换热水箱的冷水入口或者中间热水出口或者第二换热水箱的热水出水口。

7.根据权利要求1所述的天然气综合供热系统，其特征在于：所述第二换热水箱的热水出水口与第一换热水箱的冷水入口之间设有电磁阀，所述第一换热水箱的冷水入口连接有软水器和/或过滤器。

8.根据权利要求1至7任一所述的天然气综合供热系统，其特征在于：所述第二换热水箱上设有除霜热水出口和除霜热水进口，所述蒸发器连接有除霜盘管，所述除霜盘管管道连接有除霜泵，所述除霜热水出口、除霜热水进口、除霜盘管和除霜泵构成除霜热水回路。

9.根据权利要求1至7任一所述的天然气综合供热系统，其特征在于：所述第二换热水箱内设有采暖盘管，所述采暖盘管的两端依次管道连接采暖循环泵和采暖设备。

10.根据权利要求1至7任一所述的天然气综合供热系统，其特征在于：所述第二换热水箱内设有生活热水盘管，所述生活热水盘管的两端伸出第二换热水箱。