CN111121336A - 一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，包括驱动模块，压缩模块、动力控制切换模块、换热器模块和运行模式控制模块；所述驱动模块包括燃气发动机和电动机；所述动力控制切换模块被配置为接受所述运行模式控制模块指令，选择所述燃气发动机输入，带动所述压缩模块制热，或选择所述电动机输入，带动所述压缩模块制热/制冷；所述换热器模块被配置为输出冷量/热量；所述压缩模块被配置为通过制冷剂完成制冷/制热循环。本发明的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，能够提高一次能源的利用率，并可根据负载需求、运行环境、电力及燃气价格、电力及燃气供应情况，切换电力或燃气的运行模式，确保系统运行稳定并降低成本。

Description

一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵

技术领域

本发明涉及热泵领域，尤其涉及一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵。

背景技术

热泵系统是通过外部动力输入驱动压缩机做功，将低位热源转移到高位热源的装置，可以有效的把难以利用的低品位热能利用起来以达到节能的目的。热泵装置的主要配备有蒸发器、冷凝器、膨胀阀和压缩机四项。常规热泵使用电力驱动电机为热泵系统供能，另有通过燃气内燃气驱动热泵为系统供能。两者各有优劣：电驱动热泵是由电能驱动直驱压缩机做功，因为使用的是电能，因此有着工作稳定、噪音小、体积小、启动快、转速调节简单快速的优点，但是在特定温度工况下，由于热泵工作特性，制热时室外机有结霜的情况出现，而电驱动热泵需要在结霜的时候完全暂停机组运行，逆循环运行进行除霜，此时机组没有出力。燃气热泵是通过内燃机燃烧天然气对压缩机进行做功驱动热泵系统，撇开热泵系统自身产生的热量以外，由于内燃机的自身燃烧的特质，燃气热泵还可产生烟气余热、缸套水余热、中冷水余热等高品位热源，这些热源可根据实际情况的不同，分别加以利用，因此可以满足多重用热需求。从能源角度来看，电驱动热泵的一次能源利用率较低，但燃气热泵的一次能源利用率可以达到90％以上。就目前热泵系统的发展情况来看，电驱动热泵和燃气热泵在实际使用过程中，都有一些无法克服的问题。

燃气热泵由发动机自身产生的热量，在制热工况下可以作为额外的热量供应，但是在制冷工况下，热利用情况受到限制，甚至有可能需要将热量直接排放。电驱动热泵在制冷工况下则没有类似的问题，但是相对的，电驱动热泵在制热工况下系统出力较低，且因为除霜工况影响其供热连续性。

从燃料价格来看，燃气和电力的供应和价格在不同的时间会有不同的变化，如冬季燃气供应紧张，价格较高，电力夏季供应紧张，价格有尖峰平谷等变化，因此单一能源的热泵系统难以充分利用不同能源的价格变化达到最大的经济效益。同时，因为能源供应的不平衡性，在夏季可能出现停电的情况，在冬季也时常出现燃气供应不稳定的情况，当遇到能源不稳定/停歇期的时候，单系统能源系统将彻底无法运作。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，克服单独使用燃气或者电力型热泵的缺点，并能够制热除霜，且一次能源利用率高，并可根据负载需求、运行环境、电力及燃气价格、电力及燃气供应情况，切换电力或燃气的运行模式，确保系统运行稳定并节约成本。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何通过合理的设计，获得克服单独使用燃气或者电力型热泵的缺点，并能够制热除霜，且一次能源利用率高，并可根据负载需求、运行环境、电力及燃气价格、电力及燃气供应情况，切换电力或燃气的运行模式，确保系统运行稳定并节约成本的一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵。

为实现上述目的，本发明提供了一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，包括驱动模块，压缩模块、动力控制切换模块、换热器模块和运行模式控制模块；所述驱动模块包括燃气发动机和电动机；所述动力控制切换模块被配置为接受所述运行模式控制模块指令，选择所述燃气发动机输入，带动所述压缩模块制热，或选择所述电动机输入，带动所述压缩模块制热/制冷；所述换热器模块被配置为输出冷量/热量；所述压缩模块被配置为通过制冷剂完成制冷/制热循环。

进一步地，所述动力控制切换模块包括双离合变速箱。

进一步地，所述动力控制切换模块还包括联轴器和双离合变速箱；所述燃气发动机和所述电动机分别通过所述联轴器与所述双离合变速箱的动力输入轴相连，所述压缩模块通过所述联轴器与所述双离合变速箱的动力输出轴相连。

进一步地，还包括热回收输送水路系统，所述热回收输送水路系统包括热量回收模块；所述热量回收模块被配置为回收所述燃气发动机工作过程中产生的的废热，包括烟气废热、燃气发动机缸套水废热和中冷水废热；所述热量回收模块还被配置为回收所述动力控制切换模块的余热。

进一步地，所述热回收输送水路系统还包括水路系统；所述水路系统与所述热量回收模块相连；所述热量回收模块回收的热量用于加热所述水路系统中的生活用水。

进一步地，还包括四通阀，所述四通阀连接所述压缩模块，所述四通阀被配置为接受所述运行模式控制模块指令，改变所述制冷剂进出所述换热器模块的方向。

进一步地，所述换热器模块包括第一换热器、第二换热器和膨胀阀；所述四通阀的第一端口、所述第一换热器、所述膨胀阀、所述第二换热器和所述四通阀的第二端口依次相连。

进一步地，所述第一换热器采用冷凝器，所述第二换热器采用蒸发器。

进一步地，所述冷凝器采用管式换热器，所述蒸发器采用翅片式换热器。

进一步地，所述第一换热器采用管式换热器，所述第二换热器采用翅片式换热器。

进一步地，还包括经济器模块；所述经济器模块设置于所述管式换热器和所述膨胀阀之间，所述经济器模块的第三端还与所述压缩模块相连；所述经济器模块被配置为环境温度低于设定温度时，旁通所述制冷剂循环的热量输送给所述压缩模块。

相对于现有技术，本发明的有益技术效果是：

1通过集成燃气发动机和电动机，克服现有技术单一动力源使用时的不足；

2采用四通阀及相应结构的换热器模块，装置可以制冷/制热，并可在除霜状态下持续提供热量；

3通过热量回收模块，实现能源梯级多方位应用，提高一次能源利用率。

本发明提供的一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，还可根据负载需求、运行环境、电力及燃气价格、电力及燃气供应情况切换燃气或者电力驱动模式，确保系统运行持续稳定，并节约运行费用。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵原理图；

其中，1-燃气发动机，101-燃气进口，102-空气进口，2-电动机，21-电源，3-联轴器，4-双离合变速箱，5-压缩机，51-润滑冷却液循环口，6-油气分离器，7-四通阀，8-翅片式换热器，9-膨胀阀，10-经济器，11-管壳式换热器，111-管壳式换热器热量/冷量输出口，12-油冷却器，121-油冷却器热量输出口，13-烟气换热器，131-烟气进口，132-烟气热量输出口，14-中冷水换热器，141-中冷水热量输出口，15-双离合变速箱换热器，151-双离合变速箱热量输出口，16-缸套水换热器，161-缸套水热量输出口，17-系统控制柜。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例一

如图1所示，本发明的一个较佳实施例的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，包括驱动模块，压缩模块、动力控制切换模块、换热器模块和运行模式控制模块；所述驱动模块包括燃气发动机1和电动机2；所述动力控制切换模块被配置为接受所述运行模式控制模块指令，选择燃气发动机1输入，带动所述压缩模块制热，或选择电动机2输入，带动所述压缩模块制热/制冷；所述换热器模块被配置为输出冷量/热量；所述压缩模块被配置为通过制冷剂完成制冷/制热循环。

本实施例中，所述压缩模块选择压缩机5；所述动力控制切换模块包括联轴器3和双离合变速箱4；所述换热器模块包括依次连接的翅片式换热器8、膨胀阀9和管壳式换热器11；所述运行模式控制模块安装于系统控制柜17。

此外，本实施例还包括油气分离器6，四通阀7，经济器10，油冷却器12，烟气换热器13，中冷水换热器14，双离合变速箱换热器15，缸套水换热器16。

下面结合图1中如黑色加粗箭头所示的制冷剂流向，详细说明本发明的加热工作过程。

使用燃气发动机1制热时，系统控制柜17根据设定，向双离合变速箱4发送信号，切换到燃气发动机1的联轴器3，系统控制柜17给燃气发动机1发送开始运行信号，给电动机2发送停止运行信号。动力在电动机2，燃气发动机1，双离合变速箱4和压缩机5之间通过联轴器3传输。双离合变速箱4切换到燃气发动机1一侧，燃气发动机1启动，通过燃气进口101和空气进口102吸入天然气与空气并输出动力。动力输出至压缩机5，压缩制冷剂形成高温高压气体，进入油气分离器6，润滑冷却液进入油冷却器12，换热后通过润滑冷却液循环口51再次回到压缩机5，制冷剂气体通过四通阀7进入管壳式换热器11，高温高压气体冷凝放热输出热量形成制冷剂液体，制冷剂液体通过经济器10到达膨胀阀9。根据系统控制柜17的控制信号节流形成低温低压制冷剂，制冷剂进入翅片式换热器8与空气进行热交换，通过制冷剂蒸发从空气中吸取热能，形成低温低压气体，通过四通阀7，进入压缩机5，压缩机5将低温低压气体压缩，形成高温高压气体，继续循环。如此，以上就为一整个压缩装置制热循环。

使用电动机2制热时，系统控制柜17根据设定，向双离合变速箱4发送信号，切换到电动机2的联轴器3，系统控制柜17给电动机2发送开始运行信号，给燃气发动机1发送停止运行信号。动力在电动机2，燃气发动机1，双离合变速箱4和压缩机5之间通过联轴器3传输。双离合变速箱4切换到电动机2一侧，电动机2启动，通过电源21提供的电力输出动力。其余的制冷剂循环过程与燃气发动机1制热时的过程相同。

通过根据制冷和制热情况切换燃气发动机1和电动机2，能够克服燃气发动机1驱动制冷工况下热利用情况受限和电动机2驱动制热工况下由于除霜工况影响其供热连续性系统出力较低的不足。并且，双离合变速箱4的使用，可以缩短切换造成的压缩机5的失去动力输入的时间，避免压缩机5的频繁启停，损伤其寿命。

实施例二

为提高实现能源梯级多方位应用，提高一次能源利用率，优选地，设置热回收输送水路系统，所述热回收输送水路系统包括热量回收模块和水路系统，所述热量回收模块用于回收燃气发动机1、双离合变速箱4和压缩机5所产生的余热。优选地，设置烟气换热器13、缸套水换热器16、中冷水换热器14、双离合变速箱换热器15、油冷却器12。优选地，据各换热器回收的热量的温度范围进行划分，根据用能需求，可以选择一种换热器回收热量直接利用，也可以同时采用若干种换热器的回收热量合并后输出。烟气换热器13，缸套水换热器16，中冷水换热器14，双离合变速箱换热器15和油冷却器12分别通过烟气热量输出口132、缸套水热量输出口161、中冷水热量输出口141、双离合变速箱热量输出口151和油冷却器热量输出口121，与所述水路系统连接，根据实际需求加以利用，如用于热水、采暖等实际需求。若回收热量大于需求，也可以直接排放。烟气换热器13还设置烟气进口131，与气体集中处理装置相连，防止废气污染空气。

此外，为在极低温度下提高本发明的出力和效率，优选地，经济器10还能够在系统控制柜17的控制下，选通电磁阀，将制冷剂循环的热气进行旁通，直接输回压缩机5。图1所示经济器10与压缩机5的连接线表示旁通回路。

实施例三

本实施例结合图1中如空心箭头所示的制冷剂流向，详细说明本发明的制冷及除霜工作过程。

与第一实施例和第二实施例控制过程类似，系统控制柜17根据翅片式换热器8的表面温度与空气温度的差值，判断除霜工况。由系统控制柜17向四通阀7发布指令信息，切换四通阀7，改变制冷剂在系统中的流向，从而切换至制冷工况。制冷剂通过压缩机5压缩形成高温高压气体，进入油气分离器6后，气体通过切换后的四通阀7，进入翅片式换热器8，与空气进行热交换，气体冷凝放热，形成液体，制冷剂液体通过膨胀阀9，限流后降低压力，在管壳式换热器11中蒸发吸热，低温低压制冷剂气体回到压缩机5，以上为该热泵系统完成的一整个制冷循环。当系统需要制冷或者制热时除霜的情况下，该热泵系统可按该循环运行。

类似地，管壳式换热器11可以通过管壳式换热器热量/冷量输出口额外用于111进行热水、供暖或冷水。

实施例四

系统控制柜17可根据用户的设定自由切换，例如将其设置为夏季峰电期间使用燃气驱动制冷，同时制取热水，平电谷电期间使用电驱动制冷，冬季全部利用燃气进行制热，全年出现能源供应问题致使原设置无法使用，则自动切换至另一运行模式，直至人工复位。

按照所述设定，在夏季峰电时间范围内，系统控制柜17自动切换至燃气驱动，在制取足够的热水前将产生的余热用于加热热水，热水产完后则将热量排出或者移做他用；当处于平电和谷电期间时，系统控制柜17自动切换至电力驱动系统进行制冷，少量余热排放；冬季情况下，系统控制柜17自动切换至燃气驱动。如果全年出现按预设工作要求无法启动机组的情况，即燃气发动机1或电动机2无法工作的情况下，自动切换至电动机2或燃气发动机1启动装置。如此，遇到夏季用电或冬季缺气时，或者用电与燃气成本不同时，宜气则气，宜电则电。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，包括驱动模块，压缩模块、动力控制切换模块、换热器模块和运行模式控制模块；所述驱动模块包括燃气发动机和电动机；所述动力控制切换模块被配置为接受所述运行模式控制模块指令，选择所述燃气发动机输入，带动所述压缩模块制热，或选择所述电动机输入，带动所述压缩模块制热/制冷；所述换热器模块被配置为输出冷量/热量；所述压缩模块被配置为通过制冷剂完成制冷/制热循环。

2.如权利要求1所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，所述动力控制切换模块包括双离合变速箱。

3.如权利要求2所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，所述动力控制切换模块还包括联轴器和双离合变速箱；所述燃气发动机和所述电动机分别通过所述联轴器与所述双离合变速箱的动力输入轴相连，所述压缩模块通过所述联轴器与所述双离合变速箱的动力输出轴相连。

4.如权利要求1所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，还包括热回收输送水路系统，所述热回收输送水路系统包括热量回收模块；所述热量回收模块被配置为回收所述燃气发动机工作过程中产生的废热，包括烟气废热、燃气发动机缸套水废热和中冷水废热；所述热量回收模块还被配置为回收所述动力控制切换模块的余热。

5.如权利要求4所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，所述热回收输送水路系统还包括水路系统；所述水路系统与所述热量回收模块相连；所述热量回收模块回收的热量用于加热所述水路系统中的生活用水或供暖。

6.如权利要求1-5任一所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，还包括四通阀，所述四通阀连接所述压缩模块，所述四通阀被配置为接受所述运行模式控制模块指令，改变所述制冷剂进出所述换热器模块的方向。

7.如权利要求6所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，所述换热器模块包括第一换热器、第二换热器和膨胀阀；所述四通阀的第一端口、所述第一换热器、所述膨胀阀、所述第二换热器和所述四通阀的第二端口依次相连。

8.如权利要求7所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，所述第一换热器采用冷凝器，所述第二换热器采用蒸发器。

9.如权利要求8所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，所述冷凝器采用管式换热器，所述蒸发器采用翅片式换热器。

10.如权利要求9所述的双离合变速箱切换的双动力单通驱动热泵，其特征在于，还包括经济器模块，所述经济器模块的第三端与所述压缩模块相连；所述经济器模块被配置为环境温度低于设定温度时，旁通所述制冷剂循环的热量输送给所述压缩模块。

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