CN113899105B - 一种发动机驱动空气源热泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机驱动空气源热泵，用于产热水或热风，包括发动机、传动装置、压缩机、第一换热器、第二换热器、经济器，压缩机具有排气口、吸气口和补气口，第二换热器具有第一流通口和第二流通口，其特征在于，还包括：烟气制冷剂换热器、冷却水制冷剂换热器以及制冷剂三通阀，其中，烟气制冷剂换热器中的制冷剂从发动机的排烟管道内的烟气吸热蒸发，烟气制冷剂换热器与经济器的制冷剂串联或并联，制冷剂在烟气制冷剂换热器和经济器中吸热蒸发后通过补气口返回压缩机，冷却水制冷剂换热器中的制冷剂从冷却水中吸热蒸发，且与吸气口连通，第二流通口通过第一制冷剂三通阀分别与排气口、吸气口连接。

Description

一种发动机驱动空气源热泵

技术领域

本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种发动机驱动空气源热泵。

背景技术

目前广泛采用的锅炉一次能源消耗多、运行费用高、并产生大量的碳排放。发动机驱动的空气源热泵具有效率高、运行费用低、碳排放水平低的特点，随着可持续发展战略的实施、节能环保意识的不断加强，采用生物质或太阳能合成燃料的高效率发动机驱动空气源热泵的效率比锅炉提高1倍以上，独立供热不存在热电联产冬季热电捆绑现象，其替换锅炉或热电联产是必然的选择。发动机驱动的空气源热泵具有显著的经济效益和环保效益，但作为空气源热泵也有一定不足之处，空气源热泵在室外低温高湿区段运行时，低于露点温度的空气中水分会凝聚在蒸发器外表面，若蒸发器外表面温度低于零度则会结霜，此时空气源热泵效率快速衰减，若能够无霜运行，不仅可以稳定供热，还可使得空气源热泵效率有限降低。结霜时，蒸发器表面结霜影响空气源热泵的供热能力甚至影响空气源热泵的正常运行，需要及时去除蒸发器上的霜层。

空气源热泵多采用四通换向阀切换的传统方式除霜，该方法的管路复杂，除霜时不能产热或产热量大幅降低，四通阀切换时还会导致异常声音。目前，采用旁通节流或带制冷剂补偿的逆向除霜方式等对传统除霜方式的改良取得了较好的效果，但仍存在除霜时不能制热甚至反而制冷的问题。而蓄热除霜、热气旁通除霜以及回气加热除霜这几种除霜方式，虽然能解决除霜运行时不能产热的问题，但仍存在一些问题，比如蓄热除霜所使用的相变材料需要与除霜所需的热量进行较好地匹配，热气旁通除霜以及回气加热除霜需要在系统中设置容量较大的气液分离器，成倍地增加了除霜成本。而且这几种方式并不能保证除霜时机组的制热效果，还带来了除霜时能耗过高的问题。

申请人在先申请的专利公开号为CN112728810公开了一种空气源热泵机组，具有燃气发动机、传动装置、压缩机、第一节流阀、第二节流阀、第一换热器、第二换热器和烟气换热器，第一切换阀设置在第二换热器和吸气口间，第二切换阀设置在第二换热器和排气口间，第三切换阀设置在第二换热器与烟气换热器间，第一切换阀开，第二切换阀和第三切换阀关，机组为制热模式；第一切换阀关，第二切换阀和第三切换阀开，机组为除霜模式，通过第一切换阀和第二切换阀控制模式切换，并且在供热的同时能进行除霜。本专利不能实现在制热工况下的非空气结霜区域，烟气余热用于加入制冷剂气体返回压缩机经济器入口实现机组高效运行和制热出力提高。

申请人在先申请的专利公开号为CN112361654A公开了一种燃气发动机驱动的热泵，包括燃气发动机、缸套水换热器、传动装置、压缩机、第一制冷剂换热器、第二制冷剂换热器、第一节流装置、第一烟气换热器、第二烟气换热器。第二烟气换热器设于燃气发动机的第一烟道上，第二烟气换热器的制冷剂侧与经济器的制冷剂侧串联或并联连接。发动机排出的高品位烟气余热直接通过第一烟气换热器散热给缸套水，再通过缸套水换热器散热至热水或空气直接余热利用。制冷剂在第二烟气换热器被低品位烟气余热加热气化后进入压缩机经济器入口，再压缩提升品位后通过第二制冷剂换热器散热使用。本专利在空气高湿区域，不能把把烟气和缸套水余热用于分担空气源换热器换热量方式实现无霜运行。

因此，需要一种结构设计合理、效率高、可无霜运行或能快速除霜安全稳定供热的新型发动机驱动的空气源热泵，以至少解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种发动机驱动空气源热泵。

本发明提供一种发动机驱动空气源热泵，用于产热水或热风，包括发动机、传动装置、压缩机、第一换热器、第二换热器、经济器，压缩机具有排气口、吸气口和补气口，第二换热器具有第一流通口和第二流通口，其特征在于，还包括：烟气制冷剂换热器、冷却水制冷剂换热器以及制冷剂三通阀，其中，烟气制冷剂换热器中的制冷剂从发动机的排烟管道内的烟气吸热蒸发，烟气制冷剂换热器与经济器的制冷剂串联或并联，制冷剂在烟气制冷剂换热器和经济器中吸热蒸发后通过补气口返回压缩机，冷却水制冷剂换热器中的制冷剂从冷却水中吸热蒸发，且与吸气口连通，第二流通口通过制冷剂三通阀分别与排气口、吸气口连接。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征：其中，发动机驱动空气源热泵的运行模式包括制热模式和除霜模式：制热模式时，来自排气口的制冷剂在第一换热器放热冷凝后分别进入第一分路和第二分路，制冷剂通过第一分路进入第二换热器吸热蒸发后流过制冷剂三通阀从吸气口回到压缩机中，通过第二分路流经经济器、烟气制冷剂换热器吸热蒸发后从补气口回到压缩机中；除霜模式时，来自排气口的制冷剂分别在第一换热器和第二换热器放热凝结后进行汇聚，然后分别进入第一分路和第二分路，通过第一分路进入冷却水制冷剂换热器吸热蒸发后从吸气口回到压缩机，通过第二分路流经经济器、烟气制冷剂换热器吸热蒸发后从补气口回到压缩机中。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征：其中，制热模式时，来自排气口的制冷剂在第一换热器放热冷凝后分为两路别进入第一分路和第二分路，通过第一分路进入第二换热器和冷却水制冷剂换热器吸热蒸发后从吸气口回到压缩机中，通过第二分路流经经济器、烟气制冷剂换热器吸热蒸发后从补气口回到压缩机中。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征：其中，第一分路安装有第二节流阀，第二分路安装有第一节流阀。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征，还包括：烟气冷却水换热器、冷却水泵、节温器、冷却水三通阀以及散热器，其中，发动机的烟气依次进入烟气冷却水换热器和烟气制冷剂换热器，从而分别向冷却水和制冷剂放热，第一换热器和散热器串联或并联连接，热水或热风依次或分别进入第一换热器和散热器加热，冷却水为防冻液冷却水或水。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征：其中，冷却水被冷却水泵加压后流经烟气冷却水换热器和发动机加热升温后，进入节温器，进入节温器的冷却水温度低时，冷却水直接流回冷却水泵；进入节温器的冷却水温度高时，冷却水再流过冷却水三通阀和散热器后流回冷却水泵。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征：其中，其中，除霜模式时，冷却水被冷却水泵加压后流经烟气冷却水换热器和发动机加热升温，进入节温器，再流过冷却水三通阀、冷却水制冷剂换热器后流回冷却水泵。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征：其中，制热模式或除霜模式时，冷却水被冷却水泵加压后流经烟气冷却水换热器和发动机加热升温，进入节温器，再流过冷却水三通阀、冷却水制冷剂换热器以及散热器后流回冷却水泵。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征：其中，烟气制冷剂换热器是翅片盘管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、套管式换热器中的任意一种，冷却水制冷剂换热器是翅片盘管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、套管式换热器中的任意一种。

在本发明提供的发动机驱动空气源热泵中，还可以具有这样的特征：其中，烟气制冷剂换热器的材质是不锈钢。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的发动机驱动空气源热泵(以下简称机组)，因为该机组还包括烟气制冷剂换热器、冷却水制冷剂换热器以及制冷剂三通阀，其中，烟气制冷剂换热器与经济器的制冷剂串联或并联，制冷剂在烟气制冷剂换热器和经济器中吸热蒸发后通过补气口返回压缩机，冷却水制冷剂换热器中的制冷剂从冷却水中吸热蒸发，且与吸气口连通，第二流通口通过制冷剂三通阀分别与排气口、吸气口连接。所以，当该机组处于制热模式时，压缩机中排出的制冷剂气体到第一换热器放热冷凝后分成二路，其中一路制冷剂进入第二换热器吸热蒸发后通过吸气口回到压缩机中，另一路制冷剂先后或分别在经济器中吸收制冷剂液体热量蒸发、烟气制冷剂换热器中吸收烟气热量蒸发进入补气口返回压缩机，相比于普通空气源热泵仅有第二换热器作为蒸发器和经济器，烟气制冷剂换热器能够充分回收烟气中的低品位余热，提高了补气口的制冷剂流量，避免了机组低负荷时经济器不能工作的情形出现，从而提高机组供热效率和供热出力，降低能耗。

在空气湿度大，易于结霜的区域，冷却水制冷剂换热器作为蒸发器分担了第二换热器的负担，避免了机组结霜的问题，使得空气流过第二换热器不结霜，实现无霜运行。

当机组处于除霜模式时，压缩机中排出的制冷剂气体分为两路，一路流至第一换热器放热，另一路流到第二换热器放热，两路汇聚再分为第一分路和第二分路，第二分路制冷剂液体节流后进入经济器和烟气制冷剂换热器吸热蒸发后通过补气口回到压缩机中。第一分路制冷剂液体节流后进入冷却水制冷剂换热器吸入蒸发再流入吸气口回到压缩机中。冷却水制冷剂换热器作为蒸发器是烟气制冷剂换热器制冷量的2-3倍，大大加快了除霜过程。确保通过发动机增速，实现第一换热器在除霜模式下始终作为冷凝器，能够向环境温度足额供热，避免了除霜模式时机组供热不稳定或不能供热的问题。同时，机组在切换制热和除霜模式时系统不停机，仅通过发动机增速实现制热时同步除霜，进一步保证了机组供热的稳定性。

此外，机组通过制冷剂三通阀、第一切换阀、第二切换阀控制模式切换，控制和设备管路更加简单，制冷剂气体阻力减小，机组成本降低，机组工作效率提高。

综上，本发明的发动机驱动空气源热泵机组设备管路简单，工作效率高，供热稳定，且能在供热的同时对自身进行快速除霜或实现无霜制热运行，节约能耗，降低成本，延长设备使用寿命。

附图说明

图1是本发明的实施例一中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图；

图2是本发明的实施例一中发动机驱动空气源热泵的周边部分的连接及流程示意图；

图3是本发明的实施例二中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图；

图4是本发明的实施例三中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图；

图5是本发明的实施例四中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图；

图6是本发明的实施例五中发动机驱动空气源热泵的周边部分的连接及流程示意图；

图7是本发明的实施例六中发动机驱动空气源热泵的周边部分的连接及流程示意图；以及

图8是本发明的实施例七中发动机驱动空气源热泵的周边部分的连接及流程示意图。

附图编号说明：烟气冷却水换热器8、发动机10、传动装置11、压缩机12、吸气口13、排气口14、第一换热器15、第一节流阀16、烟气制冷剂换热器17、第一管路18、第一连接点19、第二连接点20、第二节流阀21、第二换热器22、第一流通口23、第二流通口24、第一切换阀25、第二切换阀26、第三切换阀27、排烟管道28、补气口29、油分离器30、润滑油回路31、干燥过滤器32、经济器33、第一分路34、第二分路35、制冷剂三通阀36、第四切换阀38、第三换热器39、第五切换阀40、第三分路41、第三连接点42、第四分路43、第三节流阀45、排烟口130、冷却水泵138、膨胀水箱139、节温器140、三元催化器141、排水阀142、冷却水三通阀143、凝水口144、中和箱145、中和球146、散热器147、冷却水制冷剂换热器149、冷却水进口a、冷却水出口b。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种发动机驱动空气源热泵作具体阐述。

<实施例一>

本实施例提供了一种发动机驱动空气源热泵。图1是本发明的实施例一中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图；图2是本发明的实施例一中发动机驱动空气源热泵的周边部分的连接及流程示意图。

如图1和图2所示，发动机驱动空气源热泵包括主体部分和周边部分。其中，主体部分包括发动机10、传动装置11、压缩机12、第一换热器15、第一节流阀16、烟气制冷剂换热器17、第一管路18、第二节流阀21、第二换热器22、第一切换阀25、第二切换阀26、经济器33、制冷剂三通阀36、冷却水制冷剂换热器149。周边部分包括烟气冷却水换热器8、冷却水泵138、节温器140、三元催化器141、冷却水三通阀143和散热器147。

如图1所示，发动机10的输出端通过传动装置11与压缩机12连接在一起，驱动压缩机12对其内部的制冷剂气体进行压缩。发动机10的转速连续可调，通过调整发动机10的转速从而根据不同运行工况下的需要调整压缩机12的转速。发动机10还具有排烟管道28，能够排出发动机10在工作过程中产生的烟气。

发动机10是自然吸气或涡轮增压的形式的一种，传动装置11是联轴器、电磁离合器、变速齿轮箱或带皮带轮的皮带中的任意一种。

压缩机12具有吸气口13、排气口14和补气口29。制冷剂气体从吸气口13和补气口29进入，经压缩后由排气口14排出。压缩机12为开启式螺杆压缩机、开启式磁悬浮螺杆压缩机、开启式磁悬浮离心压缩机或开启式涡旋压缩机中的任意一种，压缩机12中的制冷剂为丙烷、NH₃、R718、HFC32、HFC134a、HFC407C、HFC410a、HFC245fa、HFC507A、HFO1234ze、HFO1234yf或HFO1234zf中的任意一种。

第一换热器15用于供热，具有第一制冷剂入口和第一制冷剂出口，第一制冷剂入口与排气口14连通。第一换热器15的供热方式为热水供热或热风供热。

烟气制冷剂换热器17设置在排烟管道28内，制冷剂从发动机10的排烟管道28内的烟气吸热蒸发。经济器33与烟气制冷剂换热器17的制冷剂侧串联或并联。在本实施例中，经济器33与烟气制冷剂换热器17的制冷剂侧串联。烟气制冷剂换热器17具有第二制冷剂入口和第二制冷剂出口，第二制冷剂入口通过经济器33、第一节流阀16与第一制冷剂出口连接，第二制冷剂出口与补气口29连接。第一节流阀16是电子膨胀阀。

第一制冷剂出口与第二制冷剂入口通过第一管路18连接。第一管路18上具有第一连接点19和第二连接点20，第二连接点20比第一连接点19更靠近烟气制冷剂换热器17。

冷却水制冷剂换热器149中的制冷剂从冷却水中吸热蒸发，冷却水为水或防冻液。冷却水制冷剂换热器149通过第二切换阀26与第二节流阀21连接，冷却水制冷剂换热器149具有冷却水进口a和冷却水出口b。

第二换热器22具有第一流通口23和第二流通口24。第一流通口23通过、第一切换阀25、第二节流阀21与第二连接点20连接，还通过第三切换阀27与第一连接点19连接。第二流通口24通过制冷剂三通阀36的E1口连接，制冷剂三通阀36的S1口与吸气口13连接，制冷剂三通阀36的D1口与排气口14连接。第二节流阀21是电子膨胀阀。

制冷剂三通阀36是电磁阀、电动蝶阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种，制冷剂三通阀36既可以使用单阀，也可以使用阀组。制冷剂三通阀36也可以通过2个二通阀构成相同的功能。第一切换阀25、第三切换阀27是单向阀、电磁阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种。第二切换阀26是电磁阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种。

如图2所示，发动机10排出烟气通过三元催化器141在排烟管道28中依次进入烟气冷却水换热器8和烟气制冷剂换热器17分别向防冻液和制冷剂放热，放热后的烟气通过排烟口130排出，从烟气中凝结的水再通过凝水口144进入中和箱145。中和箱145中装有中和球146，中和球146为沸石类物质，对凝水中含氮酸性物质进行中和，中和后的凝水通过中和箱145的溢流口排出，也可在维护保养时通过排水阀142放空。

第一换热器15和散热器147串联或并联连接。本实施例中第一换热器15和散热器147串联，热水或热风依次进入第一换热器15和散热器147加热。

冷却水三通阀143具有M口、N口以及P口。M口与节温器140相连接，N口与冷却水进口a相连接，P口与烟气制冷剂换热器17的冷却水进入口相连接。冷却水出口b连接在P口至散热器147的冷却水进入口之间。

冷却水被冷却水泵138加压后流经烟气冷却水换热器8，吸收烟气中的热量后，流过发动机10缸套加热升温后，进入节温器140。进入节温器140的冷却水温度低时，冷却水直接流回冷却水泵138；进入节温器140的冷却水温度高时，冷却水再全部或部分流过冷却水三通阀143。离开冷却水三通阀143的冷却水在制热模式或制冷制热模式流过散热器147后流回冷却水泵138；制热模式时若为了实现无霜运行需要，P口和N口同时流通，通过冷却水制冷剂换热器149换热确保第二换热器22的无霜运行，冷却水流过散热器147后流回冷却水泵138。在除霜模式时流过冷却水制冷剂换热器149以及散热器147后流回冷却水泵。冷却水泵138入口管路装有膨胀水箱139，膨胀水箱139用于添加冷却水和给冷却水泵138入口定压。

烟气制冷剂换热器17是翅片盘管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、套管式换热器中的任意一种，烟气冷却水换热器8是翅片盘管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、套管式换热器中的任意一种。烟气制冷剂换热器17的材质是不锈钢。

本实施例提供的发动机驱动空气源热泵具有制热模式与除霜模式，其具体工作过程如下：

如图1所示，制热模式时，若流过第二换热器22的空气在非结霜区：制冷剂三通阀36的E1口和S1口连通，第一切换阀25开启，第二切换阀26关闭，第三切换阀27关闭，第一节流阀16和第二节流阀21正常调节。发动机10通过传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后排至第一制冷剂入口，进入第一换热器15，制冷剂气体在第一换热器15内放热冷凝，成为制冷剂液体。从第一换热器15的第一制冷剂出口排出的制冷剂液体经过第一管路18、第一连接点19，在第二连接点20分为两路，进入第一分路34、第二分路35。第一分路34安装有第二节流阀21，第二分路35安装有第一节流阀16。第二分路35中的制冷剂通过第一节流阀16转化为气液两相制冷剂后，再进入经济器33和烟气制冷剂换热器17吸热蒸发，然后通过补气口29返回压缩机12。第一分路34中制冷剂液体先通过经济器33进一步过冷，再通过第二节流阀21转化为气液两相制冷剂后，通过第三连接点42、第三分路41中流经第一切换阀25，再通过第一流通口23进入第二换热器22吸热蒸发转化为制冷剂气体，然后通过制冷剂三通阀36的E1口、S1口，通过吸气口13回到压缩机12中。

制热模式时，若流过第二换热器22的空气在结霜区：制冷剂三通阀36的E1口和S1口连通，第一切换阀25开启，第二切换阀26开启，第三切换阀27关闭，第一节流阀16和第二节流阀21正常调节。发动机10通过传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后排至第一制冷剂入口，进入第一换热器15，制冷剂气体在第一换热器15内放热冷凝，成为制冷剂液体。从第一换热器15的第一制冷剂出口排出的制冷剂液体经过第一管路18、第一连接点19，在第二连接点20分为两路，进入第一分路34、第二分路35。第二分路35中的制冷剂通过第一节流阀16转化为气液两相制冷剂后，再进入经济器33、烟气制冷剂换热器17吸热蒸发，吸热蒸发后的制冷剂流经补气口29回到压缩机12。第一分路34中制冷剂液体先通过经济器33进一步过冷，再通过第二节流阀21转化为气液两相制冷剂后，在第三连接点42分为第三分路41、第四分路43，第三分路41通过第一切换阀25、第一流通口23进入第二换热器22吸热蒸发转化为制冷剂气体，然后通过制冷剂三通阀36的E1口、S1口；第四分路43通过第二切换阀26在冷却水制冷剂换热器149中吸热蒸发；二路制冷剂气体汇聚后从吸气口13回到压缩机12中。

除霜模式时：制冷剂三通阀36的E1口和D1口连通，第一切换阀25关闭，第二切换阀26开启，第三切换阀27开启，第一节流阀16和第二节流阀21正常调节。发动机10通过传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后分为两路，一路通过第一制冷剂入口进入第一换热器15，制冷剂气体在第一换热器15内放热，冷凝为制冷剂液体，制冷剂液体从第一制冷剂出口排出；另一路制冷剂气体通过制冷剂三通阀36的D1、E1口、第二流通口24流入第二换热器22后，制冷剂气体冷凝为制冷剂液体，从而放热至第二换热器22表面霜层进行除霜，然后制冷剂液体从第一流通口23流出，通过第三切换阀27后，在第一连接点19两路制冷剂液体汇聚。并在第二连接点20分为两路，进入第一分路34、第二分路35。第二分路35中的制冷剂通过第一节流阀16转化为气液两相制冷剂后，再进入经济器33、烟气制冷剂换热器17吸热蒸发，吸热蒸发后的制冷剂流经补气口29回到压缩机12。第一分路34中制冷剂液体先通过经济器33，再通过第二节流阀21转化为气液两相制冷剂后，在第四分路43通过第二切换阀26在冷却水制冷剂换热器149中吸入蒸发，制冷剂气体从吸气口13回到压缩机12中。

实施例一的作用与效果

根据本实施例所涉及的发动机驱动空气源热泵(以下简称机组)，因为具有发动机、压缩机、第一换热器、第二换热器、经济器、烟气制冷剂换热器、冷却水制冷剂换热器，制冷剂三通阀使得制热模式时第二换热器和压缩机的吸气口连通，除霜模式时第二换热器和压缩机的排气口连通。制热模式时，压缩机中排出的制冷剂气体在第一换热器放热冷凝后分为二路，其中一路制冷剂进入第二换热器吸热蒸发后通过吸气口返回压缩机。另外一路通过经济器、烟气制冷剂换热器与补气口，确保机组能高效工作。若制热模式下需要无霜工作，第二切换阀开启，使得冷却水制冷剂换热器能够分担部分第二换热器作为蒸发器的制冷量，使得空气流过第二换热器不结霜。除霜模式时，压缩机中排出的制冷剂气体分为两路，一路流至第一换热器放热冷凝，另一路流到第二换热器放热冷凝，两路汇聚分为二路，其中一路进入烟气制冷剂换热器吸热后由补气口回到压缩机；另一路通过冷却水制冷剂换热器吸热蒸发后通过吸气口回到压缩机中。第一换热器在制热和除霜模式下始终作为冷凝器，能够向环境供热，避免了除霜模式时机组供热不稳定或不能供热的问题。同时，机组在切换制热和除霜模式时系统不停机，仅通过发动机增速实现制热时同步除霜，进一步保证了机组供热的稳定性。

制冷剂三通阀设置在第二换热器和压缩机的吸气口之间、第二换热器和压缩机的排气口之间。机组通过制冷剂三通阀、第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀切换工作模式，设备管路更加简单，制冷剂气体阻力小，降低机组成本，提高机组的工作效率。

制热模式时，烟气制冷剂换热器能够充分回收烟气中的低品位余热进行补气，使得机组高效、高出力运行，冷却水制冷剂换热器在必要时作为蒸发器，分担了第二换热器的负担，缓和、甚至避免了机组结霜的问题。

综上，本发明的发动机驱动空气源热泵设备管路简单，工作效率高，供热稳定，且能在供热的同时实现无霜运行或对自身进行除霜，节约能耗，降低成本，延长设备使用寿命。

<实施例二>

图3是本发明的实施例二中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图。

如图3所示，实施例二提供了一种发动机驱动发动机驱动空气源热泵，该发动机驱动空气源热泵与实施例一的区别在于，本实施例中的发动机驱动空气源热泵的主体部分还包括油分离器30、润滑油回路31、干燥过滤器32。本实施例的第一换热器15不包含油分离器30。

本实施例中的其他结构与实施例一相同，对于相同的结构给予相同的编号。

图3中，油分离器30具有油分制冷剂入口、油分制冷剂出口以及润滑油排出口，油分制冷剂入口与排气口14连通，油分制冷剂出口与第一制冷剂入口连通，润滑油回路31连通润滑油排出口与压缩机12。

含有润滑油的制冷剂气体通过油分制冷剂入口进入油分离器30，分离润滑油后的制冷剂气体从油分制冷剂出口排出，分离出的润滑油通过润滑油回路31回到压缩机12。

干燥过滤器32设置在第一连接点19与第二连接点20之间，对于流经其的制冷剂干燥过滤。

实施例二的工作过程与实施例一基本相同，不同之处在于：

如图3所示，无论是制热模式还是除霜模式，压缩机12的排气口14排出的制冷剂气体均需通过油分制冷剂入口进入油分离器30，油分离器30将制冷剂气体中的润滑油分离后，分离出的润滑油通过润滑油回路31回到压缩机12中。

无论是制热模式还是除霜模式，制冷剂液体一定经过干燥过滤器32干燥后。制热模式再通过第一节流阀16进入烟气制冷剂换热器17和冷却水制冷剂换热器149、通过第二节流阀21进入第二换热器22；除霜模式再通过第一节流阀16进入烟气制冷剂换热器17和冷却水制冷剂换热器149。

实施例二的作用与效果

本实施例提供的发动机驱动空气源热泵(以下简称机组)与实施例一提供的机组的相同结构也具有同样的作用与效果，在此不再赘述。

本实施例提供的机组具有油分离器和润滑油回路，能够分离制冷剂气体中的润滑油，并将润滑油回输至压缩机，供压缩机循环使用，降低成本，且延长压缩机使用寿命；本实施例提供的机组还具有干燥过滤器，能够除去制冷剂中多余的水分及杂质，提高机组整体工作效率和可靠性。

<实施例三>

图4是本发明的实施例三中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图。

如图4所示，实施例三提供了一种发动机驱动发动机驱动空气源热泵，该发动机驱动空气源热泵与实施例一的区别在于，本实施例中的发动机驱动空气源热泵的主体部分还包括第四切换阀38、第三换热器39、第五切换阀40。

本实施例中的其他结构与实施例一相同，对于相同的结构给予相同的编号。

图4中，第一流通口23通过第四切换阀38以及第二节流阀21与第二连接点20连接，第四切换阀38比第二节流阀21更靠近第一流通口23。第一流通口23还通过串连在一起的第四切换阀38和第三切换阀27与第一连接点19连接。

第三换热器39具有第三制冷剂入口和第三制冷剂出口。第三制冷剂入口与第五切换阀40连接后，再与连接在一起的第二换热器22和第四切换阀38并联，并联的一端分别与第三切换阀27和第二节流阀21连接，并联的另一端分别与制冷剂三通阀36的E1口连接。第四切换阀38和第五切换阀40均为电磁阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种。

实施例三的工作过程与实施例一基本相同，不同之处在于：

实施例三的工作过程还包括制冷制热模式。制热模式和除霜模式时，第四切换阀38开启，第五切换阀40闭合，第三换热器39不工作。

制冷制热模式时，第一换热器15的供热量为Qc、压缩机的输入功为W、第三换热器的制冷量为Qe。制冷制热模式中具体有以下情况：

若Qc-Qe-W>0，则开启第一节流阀16，第四切换阀38关闭，将Qc-Qe-W的热量排至烟气制冷剂换热器17。此时，制冷剂三通阀36的E1口和S1口连通，第一切换阀25开启、第二切换阀26关闭，第五切换阀40开启，第三切换阀27关闭，第一节流阀16和第二节流阀21均正常调节。燃气发动机10通过传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后进入第一换热器15，第一换热器15使其内置的制冷剂气体冷凝为制冷剂液体从而进行放热，制冷剂液体从第一制冷剂出口排出，后分为两个分路，第二分路35中的制冷剂通过第一节流阀16后转化为气液两相制冷剂，进入经济器33、烟气制冷剂换热器17吸热转化为制冷剂气体进入补气口29，第一分路34中的制冷剂通过第二节流阀21转化为气液两相制冷剂后，通过第五切换阀40进入第三换热器39吸热制冷后转化为制冷剂气体，通过制冷剂三通阀36后从吸气口13输送回压缩机12。烟气制冷剂换热器17在此工作状态的最大换热能力为Qy。

若Qc-Qe-W-Qy>0，则开启第四切换阀38，并调节第四切换阀38开度，确保多余的热量通过第二换热器22排至大气中。

实施例三的作用与效果

本实施例提供的发动机驱动空气源热泵(以下简称机组)与实施例一提供的机组的相同结构也具有同样的作用与效果，在此不再赘述。

本实施例提供的机组在切换制热、除霜模式或制冷制热模式时不停机，通过发动机增速制热时同步制冷，进一步保证了机组供热的稳定性，适用于同时具有冷热需求的场合，使机组的功能更为拓广。

<实施例四>

图5是本发明的实施例四中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图。

如图5所示，实施例四提供了一种发动机驱动发动机驱动空气源热泵，该发动机驱动空气源热泵与实施例三的区别在于，本实施例中的发动机驱动空气源热泵的主体部分还包括油分离器30、润滑油回路31、干燥过滤器32。本实施例的第一换热器15不包含油分离器30。

本实施例中的其他结构与实施例三相同，对于相同的结构给予相同的编号。

图5中，油分离器30具有油分制冷剂入口、油分制冷剂出口以及润滑油排出口，油分制冷剂入口与排气口14连通，油分制冷剂出口与第一制冷剂入口连通，润滑油回路31连通润滑油排出口与压缩机12。

含有润滑油的制冷剂气体通过油分制冷剂入口进入油分离器30，分离润滑油后的制冷剂气体从油分制冷剂出口排出，分离出的润滑油通过润滑油回路31回到压缩机12。

干燥过滤器32设置在第一连接点19与第二连接点20之间，对于流经其的制冷剂干燥过滤。

实施例四的工作过程与实施例三基本相同，不同之处在于：

如图5所示，无论是制热模式还是除霜模式，压缩机12的排气口14排出的制冷剂气体均需通过油分制冷剂入口进入油分离器30，油分离器30将制冷剂气体中的润滑油分离后，分离出的润滑油通过润滑油回路31回到压缩机12中。

无论是制热模式、制冷制热模式还是除霜模式，制冷剂液体一定经过干燥过滤器32干燥后。

实施例四的作用与效果

本实施例提供的发动机驱动空气源热泵(以下简称机组)与实施例三提供的机组的相同结构也具有同样的作用与效果，在此不再赘述。

本实施例提供的机组具有油分离器和润滑油回路，能够分离制冷剂气体中的润滑油，并将润滑油回输至压缩机，供压缩机循环使用，降低成本，且延长压缩机使用寿命；本实施例提供的机组还具有干燥过滤器，能够除去制冷剂中多余的水分及杂质，提高机组整体工作效率和可靠性。

<实施例五>

图6是本发明的实施例五中发动机驱动空气源热泵的主体部分的连接及流程示意图。

如图6所示，实施例五提供了一种发动机驱动发动机驱动空气源热泵，该发动机驱动空气源热泵与实施例二的区别在于第一分路34中，取消了第一切换阀25、第二切换阀26，第二节流阀21移到原来第一切换阀25的位置、第三节流阀45替换了原来的第二切换阀26。本实施例中的第三节流阀45是电子膨胀阀。

本实施例中的其他结构与实施例二相同，对于相同的结构给予相同的编号。

实施例五的工作过程与实施例二基本相同，不同之处在于：

图6中，第二节流阀21还替代了实施例二中第一切换阀25的功能，在除霜模式第二节流阀完全关闭。第三节流阀45替代了实施例二中第二节流阀21和第二切换阀26的组合功能；在除霜模式和制热模式无霜运行时，第三节流阀45正常调节；常规制热模式，第三节流阀45关闭。

实施例五的作用与效果

本实施例提供的发动机驱动空气源热泵(以下简称机组)与实施例二提供的机组的相同结构也具有同样的作用与效果，在此不再赘述。

本实施例提供的机组使得第二换热器、冷却水制冷剂换热器均通过各自节流阀调节，确保压缩机的吸气过热度稳定不波动。

<实施例六>

图7是本发明的实施例六中发动机驱动空气源热泵的周边部分的连接及流程示意图。

如图7所示，实施例六提供了一种发动机驱动发动机驱动空气源热泵，该发动机驱动空气源热泵与实施例一的区别仅在于在于：周边部分的结构中，第一换热器15和散热器147并联连接。其它结构与实施例一完全相同，在此不再赘述。

如图7所示，本实施例中热水或热风分别进入第一换热器15和散热器147加热，再汇聚流出。除霜模式时，流出冷却水制冷剂换热器149的冷却水再流过散热器147，以保持流回烟气冷却水换热器8的冷却水温度稳定，从而不致于发生流至节温器140的冷却水温度低的情况。

<实施例七>

图8是本发明的实施例七中发动机驱动空气源热泵的周边部分的连接及流程示意图。

如图8所示，实施例七提供了一种发动机驱动空气源热泵，该发动机驱动空气源热泵与实施例一的区别仅在于在于：冷却水制冷剂换热器149的冷却水侧连接方式不同，其余结构与实施例一完全相同。

本实施例中，冷却水制冷剂换热器149的冷却水侧的冷却水进口a同样与冷却水三通阀143的N口与相连接，但是，其冷却水出口b连接在散热器147的冷却水出口与冷却水泵138之间。

其运行过程与实施例一的不同之处在于：离开冷却水三通阀143的冷却水在除霜模式时流过冷却水制冷剂换热器149后直接流回冷却水泵。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种发动机驱动空气源热泵，用于产热水或热风，包括发动机、传动装置、压缩机、第一换热器、第二换热器、经济器，所述压缩机具有排气口、吸气口和补气口，所述第二换热器具有第一流通口和第二流通口，其特征在于，还包括：

烟气制冷剂换热器、冷却水制冷剂换热器以及制冷剂三通阀，

其中，所述烟气制冷剂换热器中的所述制冷剂从所述发动机的排烟管道内的烟气吸热蒸发，所述烟气制冷剂换热器与所述经济器的制冷剂串联或并联，所述制冷剂在所述烟气制冷剂换热器和所述经济器中吸热蒸发后通过所述补气口返回所述压缩机，

所述冷却水制冷剂换热器中的所述制冷剂从所述冷却水中吸热蒸发，且与所述吸气口连通，

所述第二流通口通过所述制冷剂三通阀分别与所述排气口、所述吸气口连接，

其中，所述第一换热器用于供热，具有第一制冷剂入口和第一制冷剂出口，所述第一制冷剂入口与排气口连通；所述烟气制冷剂换热器具有第二制冷剂入口和第二制冷剂出口；所述第一制冷剂出口与所述第二制冷剂入口通过第一管路连接，所述第一管路上具有第一连接点和第二连接点，所述第二连接点比所述第一连接点更靠近所述烟气制冷剂换热器；所述冷却水制冷剂换热器通过第二切换阀与第二节流阀连接，所述第一流通口通过第一切换阀、所述第二节流阀与所述第二连接点连接，还通过第三切换阀与所述第一连接点连接，所述第二流通口与制冷剂三通阀的El口连接，所述制冷剂三通阀的Sl口与所述吸气口连接，所述制冷剂三通阀的Dl口与所述排气口连接，

在所述第二连接点分为两路，记作第一分路和第二分路，所述第一分路安装有所述第二节流阀，所述第二分路安装有第一节流阀，所述第二分路中的制冷剂通过所述第一节流阀转化为气液两相制冷剂后，再进入所述经济器和所述烟气制冷剂换热器吸热蒸发，然后通过所述补气口返回压缩机；所述第一分路中的制冷剂液体先通过所述经济器进一步过冷，再通过所述第二节流阀转化为气液两相制冷剂后流通到第三连接点，在所述第三连接点分为第三分路和第四分路，所述第三分路设置有所述第一切换阀且连接至所述第一流通口与所述第三切换阀之间的管路上，所述第四分路上制冷剂先后经过所述第二切换阀以及所述冷却水制冷剂换热器连接至所述制冷剂三通阀的Sl口与所述吸气口之间的管路上。

2.根据权利要求1所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于：

其中，所述发动机驱动空气源热泵的运行模式包括制热模式和除霜模式：

制热模式时，来自所述排气口的制冷剂在所述第一换热器放热冷凝后分别进入第一分路和第二分路，所述制冷剂通过所述第一分路进入所述第二换热器吸热蒸发后流过所述制冷剂三通阀从所述吸气口回到所述压缩机中，通过所述第二分路流经所述经济器、所述烟气制冷剂换热器吸热蒸发后从所述补气口回到所述压缩机中；

除霜模式时，来自所述排气口的所述制冷剂分别在所述第一换热器和所述第二换热器放热凝结后进行汇聚，然后分别进入所述第一分路和所述第二分路，通过所述第一分路进入所述冷却水制冷剂换热器吸热蒸发后从所述吸气口回到所述压缩机，通过所述第二分路流经所述经济器、所述烟气制冷剂换热器吸热蒸发后从所述补气口回到所述压缩机中。

3.根据权利要求1或2所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于：

制热模式时，来自所述排气口的制冷剂在所述第一换热器放热冷凝后分为两路别进入第一分路和第二分路，通过所述第一分路进入所述第二换热器和冷却水制冷剂换热器吸热蒸发后从所述吸气口回到所述压缩机中，通过所述第二分路流经所述经济器、所述烟气制冷剂换热器吸热蒸发后从所述补气口回到所述压缩机中。

4.根据权利要求3所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于：

所述第一分路安装有第二节流阀，所述第二分路安装有第一节流阀。

5.根据权利要求1所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于，还包括：

烟气冷却水换热器、冷却水泵、节温器、冷却水三通阀以及散热器，

其中，所述发动机的烟气依次进入所述烟气冷却水换热器和所述烟气制冷剂换热器，从而分别向所述冷却水和所述制冷剂放热，

所述第一换热器和所述散热器串联或并联连接，所述热水或所述热风依次或分别进入所述第一换热器和所述散热器加热，

所述冷却水为防冻液或水。

6.根据权利要求5所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于：

其中，所述冷却水被所述冷却水泵加压后流经所述烟气冷却水换热器和所述发动机加热升温后，进入所述节温器，

进入所述节温器的所述冷却水温度低时，所述冷却水直接流回所述冷却水泵；

进入所述节温器的所述冷却水温度高时，所述冷却水再流过所述冷却水三通阀和所述散热器后流回所述冷却水泵。

7.根据权利要求5或6所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于：

其中，除霜模式时，所述冷却水被所述冷却水泵加压后流经所述烟气冷却水换热器和所述发动机加热升温，进入所述节温器，再流过所述冷却水三通阀、所述冷却水制冷剂换热器后流回冷却水泵。

8.根据权利要求5或6所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于：

其中，制热模式或除霜模式时，所述冷却水被所述冷却水泵加压后流经所述烟气冷却水换热器和所述发动机加热升温，进入所述节温器，再流过所述冷却水三通阀、所述冷却水制冷剂换热器以及所述散热器后流回所述冷却水泵。

9.根据权利要求1所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于：

其中，所述烟气制冷剂换热器是翅片盘管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、套管式换热器中的任意一种，

所述冷却水制冷剂换热器是翅片盘管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、套管式换热器中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的发动机驱动空气源热泵，其特征在于：

其中，所述烟气制冷剂换热器的材质是不锈钢。

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