CN1122896A - 热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

一种热电联供系统，它包括一用作自备发电设备的燃气机发电机和一与燃气机发电机相连充当热源的源侧热交换器。热媒质通过源侧热交换器的热交换受到加热并蒸发，所产生的蒸气供至房间供暖热交换器，该蒸气在房间供暖热交换器中液化，产生的液体流回到源侧热交换器。热媒质的自然循环用于供暖目的。从发电机释放出多余的余热来控制供给房间供暖热交换器的热媒质。这样，自备发电设备供电而发电设备的余热给房间供暖。整个系统成本较低。

Description

热电联供系统
本发明涉及一种具有自备发电设备可用来供电给私人用电设备并可利用自备发电设备的余热给房间供暖或致冷的热电联供系统。
例如，日本专利公开(未经审查)第2—23211号公开了一种上述的现有热电联供系统。
在该现有热电联供系统中，将双轴燃气轮机的余热供至一余热锅炉以产生热蒸汽，热蒸汽供至一冷凝式抽汽透平来驱动一用来发电的同步发电机。热水从余热锅炉的余热中获得，而冷水通过将从冷凝式抽汽透平抽出的蒸汽供至一吸收式冷气机获得，热水和冷水分别用作房间供暖和致冷。
现有热电联供系统通常采用若干泵将热水供至热交换器用于房间供暖，将冷水供至热交换器用于房间致冷。这些泵由同步发电机产生的电来驱动。
但是，例如上述系统需要多个大容量泵用压力将热水和冷水输送到建筑物内的许多位置，这带来费用增加的缺点。而且，由于驱动这些泵要耗费大量的电，自备发电设备必须具有大的功率输出，这也增加了费用。另一方面，在从外部电源供电的场合，该系统要耗费较高的运行费。因此，该系统的安装和运行势必会很昂贵。
本发明的主要目的是提供一种有用来供电给私人用电设备的自备发电设备并能用该自备发电设备的余热给房间供暖的热电联供系统，该系统作为一个整体，其安装与运行较便宜。
本发明的另一个目的是提供一种完全能适应超过该自备发电设备的余热的热负荷变化的如上所述的热电联供系统。
本发明的进一步目的在于提供一种有效利用该自备发电设备的余热的如上所述的热电联供系统。
本发明的再进一步目的在于提供一种有用来供电给私人用电设备的自备发电设备并可利用该自备发电设备的余热给房间致冷的热电联供系统，该系统作为一个整体其安装与运行都较便宜。
本发明的又一目的在于提供一种即使自备发电设备只具有一有限的输出也完全能适应致冷负荷变化的热电联供系统。
本发明的再进一步目的在于提供一用来利用自备发电设备的余热既可为房间致冷又可为房间供暖的简单而价廉的热电联供系统。
本发明的再进一步目的在于提供一种完全能适应其致冷负荷变化超过自备发电设备的余热的热电联供系统。
本发明的再进一步目的在于提供一种有效利用自备发电设备的余热的如上所述的热电联供系统。
本发明的其它目的从下文的实施例描述将是显而易见的。
上述目的是通过根据本发明的一种热电联供系统实现的，它包括用于发电供给私人用电设备的自备发电设备；一与该自备发电设备相连充当热源的源侧热交换器；在该源侧热交换器上方设置的充当用户设备的房间供暖热交换器，该房间供暖热交换器通过一其中有以自然循环方式流动的易发生气液相变的热媒质的自然循环管道而与该源侧热交换器相连；一与该自然循环管道相连的散热器；用于检测过剩热量的存在并输出一散热信号的过剩热量检测装置；和根据散热信号将该散热器转换成散热状态的散热控制装置。
根据本发明的热电联供系统，自备发电设备供电给私人用电设备，而该发电设备的余热则通过可在源侧热交换器和房间供暖热交换器之间以自然循环流动的热媒质供给源侧热交换器给房间供暖。在来自自备发电设备的余热超出房间供暖热交换器所需量时，散热控制装置自动将散热器转换成散热状态释放多余的热量。就这样，自备发电设备进行预定的发电运行，热媒质以一受控制的量供给房间供暖热交换器。
这样，由自备发电设备产生的电就供至私人用电设备而该自备发电设备的余热用作加热和蒸发热媒质。房间通过在源侧热交换器和房间供暖热交换器之间沿自然循环方向流动的热媒质来供暖。因此，该系统省去了用于将热媒质提供给房间供暖热交换器的诸如泵的热量传送驱动装置并简化了维修。自备发电设备将电供给私人用电设备，而发电设备的余热用来给房间供暖。整个系统以低成本构成和运行。
当来自自备发电设备的余热超过房间供暖热交换器所需的量时，多余的热量自动从散热器中释放。该控制方式比泵的调整输出简单因而使该系统降低了成本。
为实现本发明的上述目的，源侧热交换器可通过一余热回收管道与自备发电设备相连，而且，上述热电联供系统可进一步包括一与余热回收管道相连并延伸过一贮热箱的旁路管道，该旁路管道包括一用于开/关该旁路管道的选择器阀。
根据这种热电联供系统，在供暖负荷相对于所产生的电量而言很小的时候，例如在白天，就将来自自备发电设备的多余的热量供至贮热箱。这样就能适应从傍晚到夜间乃至第二天清晨供暖负荷增加得超过自备发电设备所能提供的余热的情况。在供暖负荷超过来自自备发电设备的余热时，可以用贮存在贮热箱中的热量来弥补热量的短缺。
为实现本发明的上述目的，上述热电联供系统还可进一步包括一与自然循环管道相连的贮水箱。
根据这种热电联供系统，热媒质也可沿自然循环流至贮水箱，利用自备发电设备的余热来获得供使用的热水。
这样，就可以有效地利用自备发电设备的余热将热媒质通过自然循环供至贮水箱来获得供使用的热水。
本发明进一步提供了一种热电联供系统，它包括用于发电供给私人用电设备的自备发电设备；一与自备发电设备相连以充当一热源的源侧热交换器；一配置在源侧热交换器上方的吸收式冷气机，该吸收式冷气机通过一其中有沿自然循环方向流动的一种易发生气液相变的热媒质的自然循环管道与该源侧热交换器相连；设置在该吸收式冷气机下方用作用户设备的房间致冷热交换器，该房间致冷热交换器通过一其中有沿自然循环方向流动的一种易发生气液相变的热媒质的房间致冷自然循环管道与吸收式冷气机的蒸发器相连；一与该自然循环管道相连的散热器；用于检测过剩热量的存在并输出一散热信号的过剩热量检测装置；和根据该散热信号将该散热器转换成散热状态的散热控制装置。
根据本发明的这种热电联供装置，自备发电设备供电给私人用电设备，而该发电设备的余热则供至源侧热交换器。热媒质可在源侧热交换器和吸收式冷气机的蒸发器之间沿自然循环方向流动。而且，一种不同的热媒质可在蒸发器与房间致冷热交换器之间沿自然循环方向流动。当来自自备发电设备的余热超过房间致冷热交换器所需的量时，散热控制装置自动将散热器转换成散热状态来释放多余的热量。就这样，在自备发电设备进行定功率的发电运行时，该热媒质以一受控制的量供给房间致冷热交换器。
这样，由自备发电设备产生的电供给私人用电设备，利用该自备发电设备的余热来加热和蒸发热媒质。通过在源侧热交换器和吸收式冷气机之间沿自然循环方向流动的热媒质和在蒸发器和房间致冷热交换器之间沿自然循环方向流动的热媒质给房间致冷。因此，该系统省去了用于将热媒质提供给房间致冷热交换器的诸如泵的热量传送驱动装置且简化了维修，自备发电设备将电供给私人用电设备，而发电设备的余热用来给房间致冷。整个系统以低成本构成和运行。
当来自自备发电设备的余热超过房间致冷热交换器所需量时，多余的热量自动从散热器中排出。该控制方式比泵的调整输出简单因而降低了该系统的成本。
为实现本发明的上述目的，上述热电联供系统可进一步包括一由自备发电设备驱动的制冰机；一与该制冰机相连的贮冰箱和再一个靠近蒸发器配置的热交换器，该贮冰箱与该再一个热交换器通过一致冷管道互连。
这种热电联供系统经济上的优点在于即使自备发电设备输出容量较小也能适应相对较大的致冷负荷。
为实现本发明的上述目的，上述热电联供系统可进一步包括与自然循环管道相连充当用户设备的房间供暖热交换器。
根据这种热电联供系统，可通过在源侧热交换器和房间供暖热交换器之间沿自然循环方向流动的热媒质对房间供暖。
这样，这种热电联供系统就有一通过来自自备发电设备的余热对房间进行供暖和致冷的简单而价廉的结构。
为实现本发明的上述目的，上述热电联供系统可进一步包括一与自备发电设备和源侧热交换器互连的余热回收管道；和一与该余热回收管道相连并延伸过一贮热箱的旁路管道，该管路管道包括一用于开/关旁路管道的选择器阀。
根据这种热电联供系统，在致冷负荷相对于所产生的电量而言较小时，就将来自自备发电设备的多余的热量供至贮热箱。这样就能适应比如在白天发生的致冷负荷的增加。
这样，贮存在贮热箱中的多余的热量就能适应白天致冷负荷增加得超过自备发电设备所提供的余热的情况，在致冷负荷超过来自自备发电设备的余热时，可以用贮存在贮热箱中的热量来弥补热量的短缺。
为实现本发明的上述目的，上述热电联供系统还可进一步包括一与自然循环管道相连的贮水箱。
根据这种热电联供系统，热媒质也可沿自然循环方向流至贮水箱，利用自备发电设备的余热来获得供使用的热水。
这样，就能有效地利用自备发电设备的余热将热媒质沿自然循环方向供至贮水箱来获得供使用的热水。
为了说明本发明，附图中示出了本发明的目前几个最佳的实施例，但是可以理解，本发明并不局限于所示的结构和方法。
图1是本发明第一实施例中的一个热电联供系统的总体示意图；
图2是本发明第二实施例中的一个热电联供系统的总体示意图；
图3是本发明第三实施例中的一个热电联供系统的总体示意图；
图4是本发明第四实施例中的一个热电联供系统的总体示意图；
图5是本发明第五实施例中的一个热电联供系统的总体示意图。
以下参照附图描述本发明的实施例。
图1是本发明第一实施例中的热电联供系统的总体示意图。标号1代表一比如安装于建筑物的地下室、充当自备发电设备的燃气机发电机。该燃气机发电机1与安装在建筑物不同层面上的、诸如照明设备2、排风扇3、插座4和给水泵5的各种私人用电设备相连接，这样，该燃气机发电机1产生电力并将之供至私人用电设备。
该燃气机发电机1有一与余热回收管道8相连的冷却水套6，管道8的中间位置上装有一泵7。该余热回收管道8有一源侧热交换器9与之相连来充当一热源。
该源侧热交换器9也与自然循环管道10相连，管道10中有一种易产生气液相变的热媒质以自然循环的方式从该管道中流过。位于源侧热交换器9之上的热交换器11与该自然循环管道10相连，用来自建筑物的各个层面供暖。
该自然循环管道10以不透流体的状态密封并耐高压。该自然循环管道10贮有呈减压状态(例如，在75℃下蒸发的压力)的水来充当热媒质。该水通过具有由冷却水套6提供的热水(例如为90℃或更高)的源侧热交换器9的热交换而变成蒸汽，蒸汽向上流过构成部分自然循环管道10的蒸汽管道10a以供给用作加热的热交换器11。蒸汽通过热交换器11的热交换而液化，所产生的水经过构成部分自然循环管道10的水管10b向下流回至源侧热交换器9。蒸汽和水通过这种方式进行自然循环流动。
一有散热扇12的散热器13在最上面的那个加热用的热交换器11的上方与自然循环管道10相连。一压力传感器14和一自动转换阀15设置于散热器13的蒸汽入口侧。该压力传感器14起用于检测过剩热量的存在并输出一散热信号的过剩热量检测装置的作用。该自动转换阀15在一超过一预定值的压力下打开。一第一微电脑16与该压力传感器14相连来充当或用作一散热控制装置。一散热扇马达17与第一微电脑16相连以驱动该散热扇12。
第一微电脑16根据来自压力传感器14的散热信号输送给散热扇马达17一个启动信号，然后，散热扇马达17驱动散热扇12将散热器13转换成散热状态。这样，在余热超过一所需量，比如一供暖负荷时，自动释放多余的热量。
一旁路管道20经过一起选择器阀作用的分配阀18、并经过一止回阀19与余热回收管道8相连。该旁路管道20延伸过一贮热箱21来提供部分来自冷却水套6的热水。因此，热水的热能就贮存在贮热箱21中。
一温度传感器22配置在贮热箱21中，并且一第二微电脑23与该温度传感器22相连。分配阀18与第二微电脑23相连。热量蓄积在贮热箱21中的水达到一预定的高温(比如85℃)时停止，而在水温降至一预定的低温(比如80℃)时则开始。
一贮水箱24在散热器13的下方与自然循环管道10相连。该结构允许用燃气机发电机1的余热来供应热水。
图2是第二实施例中的热电联供系统的总体示意图。该实施例在以下各方面与第一实施例不同。
第二实施例可应用于一种其一部分高耸在其它部分之上的建筑物。这种热电联供系统包括一延伸至该高耸部分的自然循环管道10，而热交换器11与该自然循环管道10相连，用于房间供暖。一贮水箱24安装于高耸部分的屋顶上并与自然循环管道10相连。
自然循环管道10在贮水箱24上方延伸，一压力传感器14在该处与其相连来充当一用于检测过剩热量的产生并输出一散热信号的过剩热量检测装置。
一散热器13安装在该建筑物较低部分的屋顶上。一转换阀15a配置于该散热器13的蒸汽入口侧。和第一实施例一样，一第一微电脑16与压力传感器14相连，并且一散热扇马达17与该第一微电脑16相连来驱动一散热扇12。在余热超过一诸如一供暖负荷所需量时，通过打开转换阀15a自动释放多余的热量。其它的结构细节和作用与第一实施例中的相同，并且用相同的标号来表示，这里就不再描述那些相同的部件。
上述实施例中，通过测定蒸气入口侧的压力来确定过剩热量的产生而将散热器13转换到散热状态。这一特征可修改成以测定温度来取代测定压力。
上述实施例中，可以用一配置在水管10b下方的、如双点划线所示的水轮机25或一配置在蒸汽管道10a下方的如双点划线所示的汽轮发电机26进行辅助发电。例如，由此产生的电力可取代由燃气机发电机1产生的电力来驱动泵7。
图3是第三实施例中的一热电联供系统的总体示意图。该实施例在以下各方面不同于第一实施例。
第三实施例包括一有一与自然循环管道10相连的蓄热器28的吸收式冷气机27。图3中，标号29代表一冷凝器，而标号30则代表一吸收器。
一房间致冷自然循环管道32与吸收式冷气机27的蒸发器31相连。一种易发生气液相变的热媒质以自然循环方式流过该房间致冷自然循环管道32。热交换器33在吸收式冷气机27的下方与该自然循环管道32相连，用来冷却建筑物的各个层面。
自然循环管道10以流体密状态密封并耐高压。该自然循环管道10贮有呈减压状态(例如在75℃下蒸发的压力)的水来充作热媒质。水通过源侧热交换器9与冷却水套6提供的热水(例如为90℃或更高)进行热交换而变成蒸汽。蒸汽向上流过构成部分自然循环管道10的蒸汽管道10a而供至吸收式冷气机27的蓄热器28。蒸汽在蓄热器28中通过热交换而液化，产生的水向下经构成部分自然循环管道10的水管10b流回源侧热交换器9。因此蒸汽和水都通过自然循环方式进行流动。
房间致冷自然循环管道32中以无氯无害的碳氟化合物R134a用作易发生气液相变的热媒质。这种碳氟化合物在吸收式冷气机27的蒸发器31中被冷凝而液化，液体碳氟化合物向下流过构成部分房间致冷自然循环管道32的液体管道32a而供至热交换器33供致冷之用。这种液体在热交换器33中通过热交换蒸发，所产生的碳氟化合物气体向上流过构成部分房间致冷自然循环管道32的气体管道32b返回到蒸发器31。固此碳氟化合物以自然循环方式进行流动。
和第一实施例一样，一个有散热扇12的散热器在吸收式冷气机27的上方与自然循环管道10相连。一压力传感器14和一自动转换阀15设置在散热器13的蒸汽入口侧。该压力传感器14用作用来检测过剩热量的产生并输出一散热信号的过剩热量检测装置。该自动转换阀15在压力超过一预定值时打开。一第一微电脑16与压力传感器14相连充当散热控制装置，一散热扇马达17与该第一微电脑16相连来驱动散热扇12。
第一微电脑16根据来自压力传感器14的散热信号输出一个启动信号给散热扇马达17。然后，散热扇马达17驱动散热扇12将散热器13转换到散热状态。这样，在余热超过诸如一冷却负荷所需量时将多余的热量自动释放。此实施例其它结构细节和作用与第一实施例中的相同，且图中凡是相同的部件都用相同的标号来表示，因此，这里不再复述。
图4是第四实施例中的热电联供系统的总体示意图。该实施例在以下各方面与第三实施例不同。
第四实施例包括一与燃气机发电机1相连的制冰机34和一通过泵管道35和回流管36与该制冰机34相连的贮冰箱37。一个热交换器38与从蒸发器31的输出端延伸出来的液体管道32a相连。该贮冰箱37和热交换器38通过致冷管道39a、39b互连。例如，在夜间，私人用电备很少用电时，该制冰机34就被驱动来生产贮放在贮冰箱37中的冰。这些冰用来促进碳氟化合物气体的冷凝和液化。此实施例的其它结构细节和作用大致与第三实施例中的相同，并且相同的部件都用相同的编号表示，这里不再复述。
图5是第五实施例中的热电联供系统的总体示意图。该实施例在以下各方面与第四实施例不同。
该第五实施例包括与自然循环管道10相连的房间致冷及供暖热交换器40以取代房间致冷热交换器33。在源侧热交换器9通过热交换产生的蒸汽向上流过蒸汽管道10a供至该房间致冷及供暖热交换器40，蒸汽在房间致冷及供暖热交换器40中通过热交换而液化，产生的水向下经过水管10b流回源侧热交换器9。通过这种自然循环，燃气机发电机1的余热也用于供热。此实施例的其它细节与第四实施例中的相同，并且相同的部件都用相同的编号表示，这里不再对相同的部件进行复述。上述房间致冷及供暖热交换器40可用专门用于供热用途的热交换器来取代并与房间致冷热交换器33一起安装。
实施各个所述的热电联供系统时，可将该自备发电设备设定在一个适当的容量来提供整幢建筑物所需的电力。也可从外部电源安装输电线来解决电力负荷的剧增。
在第一和第二实施例中可采用不同类型的热交换器作为供暖用途的热交换器11。这种热交换器包括有吹热风的风扇或用暖气片进行辐射供暖类型的热交换器。
该自备发电设备不局限于所述各实施例中所采用的燃气机发电机1。发电设备也可采用柴油机发电机、燃气轮机发电机或诸如磷酸盐电池等种种形式的燃料电池中的任何一种。只要发电时能产生余热，任何形式的发电设备均可达到本发明的目的。
上述实施例中，水在低压下密封在自然循环管道10中来充当自然循环流动的热媒质。在本发明中，也可采用诸如无氯无害的碳氟化合物R134a或R404A的热媒质。
房间致冷热交换器33和房间致冷及供暖热交换器40可包括诸如有吹冷风或热风的风扇或用辐射片进行辐射来致冷或供暖类型的种种形式的热交换器。
在上述各实施例中，充当自备发电设备的燃气机发电机1的冷却水套6通过余热回收管8与源侧热交换器9相连。但也可以不用该余热回收管8，而将源侧热交换器9直接与冷却水套6相连来吸收热量。
在第四和第五实施例中，贮冰箱37配置在蒸发器31的输出侧。但是也可以将该贮冰箱37与蒸发器31平行配置或配置在其入口侧。
本发明也可以以在本发明精神或基本特征范围以内的其他形式来实施，因此，本发明的保护范围应参照阐明本发明范围的所附权利要求而不是参照上述说明书的范围来确定。

Claims (12)

1.一种热电联供系统，它包括：
用于发电供给私人用电设备的自备发电设备；
一与所述自备发电设备相连充当热源的源侧热交换器；
在所述源侧热交换器上方设置的充当用户设备的房间供暖热交换器，所述房间供暖热交换器通过一其中有以自然循环方式流动的一种易发生气液相变的热媒质的自然循环管道与所述源侧热交换器相连；
一与所述自然循环管道相连的散热器；
用于检测过剩热量的发生并输出一个散热信号的过剩热量检测装置；
根据所述散热信号将所述散热器转换成散热状态的散热控制装置。
2.如权利要求1所述的一种热电联供系统，其特征在于，所述源侧热交换器通过一余热回收管道与所述自备发电设备相连；所述热电联供系统进一步包括一与所述余热回收管道相连并延伸过一贮热箱的旁路管道，所述旁路管道包括一用于开/关所述旁路管道的选择器阀。
3.如权利要求1或2所述的一种热电联供系统，它进一步包括一与所述自然循环管道相连的贮水箱。
4.一种热电联供系统，它包括：
用于发电供给私人用电设备的自备发电设备；
一与所述自备发电设备相连充当热源的源侧热交换器；
一配置在源侧热交换器上方的吸收式冷气机，所述吸收式冷气机通过一其中有以自然循环方式流动的一种易发生气液相变的热媒质的自然循环管道与所述源侧热交换器相连；
设置在所述吸收式冷气机下方用作用户设备的房间致冷热交换器，所述房间致冷热交换器通过一其中有以自然循环方式流动的一种易发生气液相变的热媒质的房间致冷自然循环管道与所述吸收式冷气机的蒸发器相连；
一与所述自然循环管道相连的散热器；
用于检测过剩热量的发生并输出一散热信号的过剩热量检测装置；
根据所述散热信号将散热器转换成散热状态的散热控制装置。
5.如权利要求4所述的一种热电联供系统，它进一步包括一由所述自备发电设备驱动的制冰机；一与所述制冰机相连的贮冰箱；和另一个靠近所述蒸发器配置的热交换器，所述贮冰箱和所述再一个热交换器通过一致冷管道互连。
6.如权利要求4或5所述的一种热电联供系统，它进一步包括与所述自然循环管道相连充当用户设备的房间供暖热交换器。
7.如权利要求4或5所述的一种热电联供系统，其特征在于，所述源侧热交换器通过一余热回收管道与所述自备发电设备相连；所述热电联供系统进一步包括一与所述余热回收管道相连并延伸过一贮热箱的旁路管道，所述旁路管道包括一用于开/关所述旁路管道的选择器阀。
8.如权利要求4或5所述的热电联供系统，它进一步包括一与所述自然循环管道相连的贮水箱。
9.如权利要求6所述的热电联供系统，其特征在于，所述源侧热交换器通过一余热回收管道与所述自备发电设备相连；所述热电联供系统进一步包括一与所述余热回收管道相连并延伸过一贮热箱的旁路管道，所述旁路管道包括一用于开/关所述旁路管道的选择器阀。
10.如权利要求6所述的一种热电联供系统，它进一步包括一与所述自然循环管道相连的贮水箱。
11.如权利要求7所述的一种热电联供系统，它进一步包括一与所述自然循环管道相连的贮水箱。
12.如权利要求10所述的一种热电联供系统，其特征在于，所述源侧热交换器通过一余热回收管道与所述自备发电设备相连；所述热电联供系统进一步包括一与所述余热回收管道相连并延伸过一贮热箱的旁路管道，所述旁路管道包括一用于开/关所述旁路管道的选择器阀。
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