CN111380257A - 一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内燃机缸套水余热用于不停机除霜的热泵，涉及燃气热泵领域，包括燃气发动机、压缩机、油分、油冷却器、冷凝器、电磁阀、膨胀阀、蒸发器、循环水泵、缸套水换热器、烟气换热器、中冷水换热器。燃气发动机连接压缩机；燃气发动机连接缸套水换热器；燃气发动机连接烟气换热器；燃气发动机连接中冷水换热器；压缩机连接油分；压缩机连接油冷却器；压缩机连接蒸发器；油分连接油冷却器；油分连接冷凝器；冷凝器连接膨胀阀；膨胀阀连接蒸发器；蒸发器连接电磁阀；蒸发器连接循环水泵；蒸发器连接缸套水换热器。本发明提供的热泵具有可用于加热生活用水的多种用途，在实现能源梯级多方位应用的前提下，提高了一次能源的利用率。

Description

一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵
技术领域
本发明涉及燃气热泵领域，尤其涉及一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵。
背景技术
燃气热泵(GHP)是通过燃气发动机驱动压缩机做功，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。除热泵系统自身产生的热量以外，内燃机在运行过程中还会产生大量余热，因此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。
就目前热泵系统的发展情况来看，在实际使用过程中，空气源热泵有一些通病。其中的重要一点就是热泵系统的除霜问题，当冬季室外温度较低，易结霜的工况下，热泵系统的室外换热器上容易结霜，影响换热，降低热泵功率，影响使用效果。通常的热泵系统利用四通阀转换，变换室内与室外换热器的功能，通过对外制热达到除霜恢复换热效果的目的，但是在除霜时间内，会导致热泵系统停止制热，同时压缩机功率降低，发动机功率降低，燃气热泵的余热输出也相应降低，因此大幅度降低燃气热泵的功率输出。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种燃气热泵专用的不停机除霜办法。该方法可极大降低除霜工况对热泵热量输出的影响，使燃气热泵在除霜时仍然可以按照较大热输出功率运行。
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除霜时间内导致的热泵系统停止制热，同时压缩机功率降低，发动机功率降低，燃气热泵的余热输出也相应降低，燃气热泵的功率输出大幅度降低。
为实现上述目的，本发明提供了一种内燃机缸套水余热用于不停机除霜的热泵，包括：
燃气发动机、压缩机、油分、油冷却器、冷凝器、电磁阀、膨胀阀、蒸发器、循环水泵、缸套水换热器、烟气换热器、中冷水换热器；
所述燃气发动机为驱动源；
所述压缩机形成制冷剂气体；
所述油分分离润滑油和制冷剂；
所述油冷却器向外输出热量；
所述冷凝器形成制冷剂液体；
所述电磁阀用于启停旁通；
所述膨胀阀用于节流控制；
所述蒸发器与外部空气进行热交换；
所述循环水泵用于所述燃气发动机的缸套水循环；
所述缸套水换热器用于水换热；
所述烟气换热器用于烟气换热；
所述中冷水换热器用于中冷水换热；
所述燃气发动机连接所述压缩机；
所述燃气发动机连接所述缸套水换热器；
所述燃气发动机连接所述烟气换热器；
所述燃气发动机连接所述中冷水换热器；
所述压缩机连接所述油分；
所述压缩机连接所述油冷却器；
所述压缩机连接所述蒸发器；
所述油分连接所述油冷却器；
所述油分连接所述冷凝器；
所述冷凝器连接所述膨胀阀；
所述膨胀阀连接所述蒸发器；
所述蒸发器连接所述电磁阀；
所述蒸发器连接所述循环水泵；
所述蒸发器连接所述缸套水换热器。
进一步地，还包括一个或多个压缩装置，所述压缩装置通过转移热量达到制热效果；所述燃气发动机通过所述制冷剂形成一个或多个制热循环，构成一套作为除霜系统的余热旁通系统。
进一步地，还包括一套热回收输送水路系统，所述热回收输送水路系统将所述燃气发动机产生的烟气废热、所述燃气发动机产生的水废热和所述制冷剂的余热用于持续供热。
进一步地，所述燃气发动机的缸套水余热可通过所述电磁阀启停旁通至所述蒸发器中，并通过向所述蒸发器输送热量进行除霜。
进一步地，还包括一套余热回收系统，所述余热回收系统将所述燃气发动机在运转过程中产生的烟气余热、所述缸套水余热、中冷水余热、齿轮箱余热、压缩机余热回收。
进一步地，所述余热回收系统还将所述燃气发动机在运转过程中产生的所述烟气余热、所述缸套水余热、所述中冷水余热、所述齿轮箱余热、所述压缩机余热回收。
进一步地，所述缸套水余热的回收由所述电磁阀通过启停旁通管路给室外热交换器输送热量。
进一步地，通过对多组所述室外热交换器分别监测和控制，实现仅对结霜的所述室外热交换器进行除霜，其余未结霜的所述室外换热器保持正常运行。
进一步地，所述余热回收系统的旁通结构为所述室外热交换器供应热量，通过所述电磁阀的开关分别控制所述室外热交换器的除霜工况启停。
进一步地，所述燃气发动机具有正常运行工况和除霜运行工况。
在本发明的较佳实施方式中，该热泵系统中包含的针对燃气发动机的烟气余热、缸套水余热、中冷水余热的利用可用于加热生活用水等多种用途，在实现能源梯级多方位应用的前提下，提高了一次能源的利用率。
在本发明的另一较佳实施方式中，该热泵系统由燃气发动机驱动，直接利用余热的同时，可以通过热量旁通输入各组外置换热器进行单独除霜。各组外置换热器单独工作，确保系统处于较高的出力状态。
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整体构成示意图。
图中：1-燃气发动机，2-压缩机，3-油分，4-油冷却器，5-冷凝器，6-电磁阀，7-膨胀阀，8-蒸发器，9-循环水泵，10-缸套水换热器，11-烟气换热器，12-中冷水换热器。
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，为本发明所提供的一种内燃机缸套水余热用于不停机除霜的热泵，由天然气驱动，包括燃气发动机1、压缩机2、油分3、油冷却器4、冷凝器5、电磁阀6、膨胀阀7、蒸发器8、循环水泵9、缸套水换热器10、烟气换热器11、中冷水换热器12。
其中，以燃气发动机1为驱动源；压缩机2形成制冷剂气体；油分3分离润滑油和制冷剂；油冷却器4向外输出热量；冷凝器5形成制冷剂液体；电磁阀6用于启停旁通；膨胀阀7用于节流控制；蒸发器8与外部空气进行热交换；循环水泵9用于燃气发动机的缸套水循环；缸套水换热器10用于水换热；烟气换热器11用于烟气换热；中冷水换热器12用于中冷水换热。
其中，燃气发动机1连接压缩机2；燃气发动机1连接缸套水换热器10；燃气发动机1连接烟气换热器11；燃气发动机1连接中冷水换热器12。
其中，压缩机2连接油分3；压缩机2连接油冷却器4；压缩机2连接蒸发器8；压缩机2形成高温高压制冷剂气体。
其中，油分3连接油冷却器4；油分3连接冷凝器5。
其中，冷凝器5连接膨胀阀7。
其中，膨胀阀7连接蒸发器8。
其中，蒸发器8连接电磁阀6；蒸发器8连接循环水泵9；蒸发器8连接缸套水换热器10。
燃气热泵系统正常运行工况为：
空气与燃气混合进入燃气发动机1，通过传动轴将能量传递至压缩机2，压缩机2将制冷剂进行压缩，形成高温高压制冷剂气体，输入油分3中，油分3将润滑油和制冷剂分离，润滑油进入油冷器4并向外输出热量，制冷剂进入冷凝器5，冷凝放热输出热量，形成低温低压制冷剂液体，通过膨胀阀7节流控制，进入蒸发器8与外部空气进行热交换，形成低温低压制冷剂气体，制冷剂气体回到压缩机2，通过压缩机2压缩形成高温高压制冷剂气体，从而完成热泵的一次完整的循环。燃气发动机1的烟气进入烟气换热器11，缸套水进入缸套水换热器10，中冷水进入中冷水换热器12，分别将燃气发动机1运行过程中产生的余热换出，对外输出热量。
在本发明所提供的热泵系统中，燃气发动机1作为动力输出源，通过齿轮箱和联轴器配合传动，集成一个或多个压缩装置，通过制冷剂形成一个或多个制热循环，构成利用发动机缸套水余热进行除霜的系统。该热泵系统具有可用于加热生活用水的多种用途，在实现能源梯级多方位应用的前提下，提高了一次能源的利用率。直接利用余热的同时，可以通过热量旁通输入各组外置换热器进行单独除霜。所述各组外置换热器单独工作，确保系统处于较高的出力状态。
实施例二
燃气热泵除霜运行工况为：
在实施例一的基础上，当某组蒸发器8发生结霜情况时，相对应的膨胀阀7完全关闭，相应的电磁阀6与循环水泵9打开，缸套水循环在进入缸套水换热器10之前，通过循环水泵9进入需要除霜的蒸发器8，通过缸套水热量进行除霜工作，除霜结束后，关闭循环水泵9与相应的电磁阀6，打开膨胀阀7按照实际情况进行控制，继续热泵循环。
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)

1.一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，包括：
燃气发动机、压缩机、油分、油冷却器、冷凝器、电磁阀、膨胀阀、蒸发器、循环水泵、缸套水换热器、烟气换热器、中冷水换热器；
所述燃气发动机为驱动源；
所述压缩机形成制冷剂气体；
所述油分分离润滑油和制冷剂；
所述油冷却器向外输出热量；
所述冷凝器形成制冷剂液体；
所述电磁阀用于启停旁通；
所述膨胀阀用于节流控制；
所述蒸发器与外部空气进行热交换；
所述循环水泵用于所述燃气发动机的缸套水循环；
所述缸套水换热器用于水换热；
所述烟气换热器用于烟气换热；
所述中冷水换热器用于中冷水换热；
所述燃气发动机连接所述压缩机；
所述燃气发动机连接所述缸套水换热器；
所述燃气发动机连接所述烟气换热器；
所述燃气发动机连接所述中冷水换热器；
所述压缩机连接所述油分；
所述压缩机连接所述油冷却器；
所述压缩机连接所述蒸发器；
所述油分连接所述油冷却器；
所述油分连接所述冷凝器；
所述冷凝器连接所述膨胀阀；
所述膨胀阀连接所述蒸发器；
所述蒸发器连接所述电磁阀；
所述蒸发器连接所述循环水泵；
所述蒸发器连接所述缸套水换热器。
2.如权利要求1所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，还包括一个或多个压缩装置，所述压缩装置通过转移热量达到制热效果；所述燃气发动机通过所述制冷剂形成一个或多个制热循环，构成一套作为除霜系统的余热旁通系统。
3.如权利要求1所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，还包括一套热回收输送水路系统，所述热回收输送水路系统将所述燃气发动机产生的烟气废热、所述燃气发动机产生的水废热和所述制冷剂的余热用于持续供热。
4.如权利要求1所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，所述燃气发动机的缸套水余热可通过所述电磁阀启停旁通至所述蒸发器中，并通过向所述蒸发器输送热量进行除霜。
5.如权利要求4所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，还包括一套余热回收系统，所述余热回收系统将所述燃气发动机在运转过程中产生的烟气余热、所述缸套水余热、中冷水余热、齿轮箱余热、压缩机余热回收。
6.如权利要求5所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，所述余热回收系统还将所述燃气发动机在运转过程中产生的所述烟气余热、所述缸套水余热、所述中冷水余热、所述齿轮箱余热、所述压缩机余热回收。
7.如权利要求6所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，所述缸套水余热的回收由所述电磁阀通过启停旁通管路给室外热交换器输送热量。
8.如权利要求7所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，通过对多组所述室外热交换器分别监测和控制，实现仅对结霜的所述室外热交换器进行除霜，其余未结霜的所述室外换热器保持正常运行。
9.如权利要求8所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，所述余热回收系统的旁通结构为所述室外热交换器供应热量，通过所述电磁阀的开关分别控制所述室外热交换器的除霜工况启停。
10.如权利要求1所述的一种利用内燃机缸套水余热实现不停机除霜的热泵，其特征在于，所述燃气发动机具有正常运行工况和除霜运行工况。
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