CN114576881B - 燃气热泵空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃气热泵空调系统，用于设置在空调系统的水循环中，对回水管道的回水进行升温或降温后作为供水由供水管道进行输出，具有这样的特征，包括：燃气热泵冷热水子系统，包括至少一台燃气热泵冷热水机组；电驱动热泵冷热水子系统，包括至少一台电驱动热泵冷热水机组，其中，燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组并联连接在回水管道和供水管道上，根据各台机组的运行费用的计算结果来控制各台机组的运行次序：优先开启运行费用计算结果较小的机组；并且当优先开启的机组制热或制冷需求不足时，增开另一台机组，从而联合运行燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组。
Description
技术领域
本发明涉及一种空调系统，具体涉及一种燃气热泵空调系统。
背景技术
我国大部分地区都施行峰谷电价，夜间电价远低于白天用电高峰电价。燃气价格全年比较稳定，夏季燃气价格稍低于冬季用气高峰气价。现有的空气源热泵空调多为电驱动蒸汽压缩循环的产品，少部分使用燃气发动机驱动蒸汽压缩循环的产品。然而，无论电驱动蒸汽压缩循环的产品构成空气源热泵空调系统，还是燃气发动机驱动蒸汽压缩循环的产品构成空调系统，它们均使用单一驱动方式，无法充分利用不同能源的价格差，空气源热泵空调系统运行成本高。
公开号为CN104776525A的中国专利公开了一种基于CVT的共轴并联式混合动力燃气热泵系统，该系统由CVT传动装置、发动机、电机、磷酸铁锂电池组、压缩机、蒸发器、冷凝器和余热回收系统等组成，其发动机和电机的动力经耦合后经CVT的液力变矩器、金属带式无极变速机构、主减速器传递给驱动轴，驱动热泵系统中的压缩机运行。上述空气源热泵空调结构复杂、控制难度大、燃气热泵和电多联机不能同时运行、传动装置控制不稳、运行成本高、占地面积大。
公开号为CN111536659A的中国专利公开了一种燃气热泵与电多联机组合系统及其控制方法，该系统中燃气多联机和电多联机由系统的控制器统一进行独立控制；燃气多联机采用燃气发动机驱动压缩机运转而进行制冷和制热循环；电多联机通过电力驱动压缩机运转而进行制冷和制热循环。燃气热泵和电多联机不能同时运行，该系统结构复杂、成本高，控制程序复杂。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种结构设计合理、系统能效高效、经济效益高、可安全稳定运行的燃气热泵空调系统。
本发明提供了一种燃气热泵空调系统，用于设置在空调系统的水循环中，对回水管道的回水进行升温或降温后作为供水由供水管道进行输出，具有这样的特征，包括：燃气热泵冷热水子系统，包括至少一台燃气热泵冷热水机组，每台燃气热泵冷热水机组均包括燃气发动机、第一压缩机、第一热交换器、第二热交换器以及发动机余热换热单元；电驱动热泵冷热水子系统，包括至少一台电驱动热泵冷热水机组，每台电驱动热泵冷热水机组均包括电动机、第二压缩机、第三热交换器以及第四热交换器，其中，燃气热泵冷热水子系统和电驱动热泵冷热水子系统并联连接在回水管道和供水管道上，根据燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用的计算结果来控制燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组的运行次序：优先开启单位产能量运行费用计算结果较小的机组；并且当优先开启的机组制热或制冷需求不足时，增开另一台机组，从而联合运行燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组。
在本发明提供的燃气热泵空调系统中，还可以具有这样的特征：其中，第二热交换器为水源热交换器或空气源热交换器，第四热交换器为水源热交换器或空气源热交换器，空气源热交换器包括风扇。
在本发明提供的燃气热泵空调系统中，还可以具有这样的特征：其中，燃气热泵冷热水机组的单位产能量运行费用计算公式为：
Aij表示不同季节不同电价时段下任意一台燃气热泵冷热水机组的单位产能量运行费用；f1表示该台燃气热泵冷热水机组的燃气耗量；ai表示不同季节燃气单价；W表示第二热交换器的功率，当第二热交换器为水源热交换器为水源热交换器时，W＝0，当第二热交换器为空气源热交换器时，W为风扇的功率；Q1表示该台燃气热泵冷热水机组的产能量；bij表示不同季节不同电价时段的电单价，单位为元/kWh，
i＝1,2,3i＝1表示冬季，i＝2表示夏季，i＝3表示秋季或春季，
j＝1,2,3j＝1表示电价高峰时段，j＝2表示电价低谷时段，j＝3表示电价平常时段；
电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用计算公式为：
Bij表示不同季节不同电价时段下任意一台电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用；f2表示该台电驱动热泵冷热水机组的耗电量，单位为kWh，Q2表示该台电驱动热泵冷热水机组的产能量。
在本发明提供的燃气热泵空调系统中，还可以具有这样的特征：其中，发动机余热换热单元包括：烟气换热器、蒸汽发生器、缸套水管路、中冷器、缸套水泵以及发动机余热换热器，缸套水管路依次连接烟气换热器、燃气发动机的缸套、发动机余热换热器、中冷器以及烟气换热器，从而形成闭合回路，燃气发动机的烟道依次与蒸汽发生器以及烟气换热器相连通，燃气发动机中的燃气与空气混合燃烧后的高温烟气通过烟道后，先流经蒸汽发生器从而将蒸汽发生器内的水加热产生蒸汽，然后流经烟气换热器，缸套水在缸套水管路中先流经烟气换热器升温，再流经燃气发动机的缸套继续升温，通过缸套水泵升压后流过发动机余热换热器，从而与流经发动机余热换热器的回水进行热交换后，再流经中冷器升温后流至烟气换热器完成一个循环。
在本发明提供的燃气热泵空调系统中，还可以具有这样的特征：其中，的电驱动热泵冷热水机组为电驱动空气源热泵或电驱动水冷冷水机组。
在本发明提供的燃气热泵空调系统中，还可以具有这样的特征：其中，燃气热泵冷热水机组还包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第二阀门以及第三阀门，第一热交换器通过第一管路接入回水，发动机余热换热单元的入水侧通过第二管路与第一热交换器连接，其出水侧通过第三管路输出供水，第二阀门设置在第二管路上，第四管路的一端连接在第二管路上并且连接在第二阀门和第一热交换器的出水端之间，另一端连接在第三管路上，第三阀门设置在第四管路上，当燃气热泵冷热水机组供热时，第二阀门打开，第三阀门关闭，当燃气热泵冷热水机组制冷时。
在本发明提供的燃气热泵空调系统中，还可以具有这样的特征：其中，燃气热泵冷热水子系统包括多台燃气热泵冷热水机组，多个第二热交换器以及多个发动机余热换热单元串联或并联连接，电驱动热泵冷热水子系统包括多台电驱动热泵冷热水机组，将所有的燃气热泵冷热水机组以及电驱动热泵冷热水机组按各台的单位产能量运行费用进行排序，并根据需冷量或需热量的要求，依次开启燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组中运行费用较小的机组。
在本发明提供的燃气热泵空调系统中，还可以具有这样的特征：其中，蓄热子系统，该蓄热子系统包括蓄热装置和太阳能集热器，蓄热装置与燃气热泵冷热水子系统并联连接，回水的第三路流经蓄热装置后汇入供水，太阳能集热器连接在蓄热装置上。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的燃气热泵空调系统，因为包括燃气热泵冷热水子系统、电驱动热泵冷热水子系统以及控制部，燃气热泵冷热水子系统和电驱动热泵冷热水子系统并联，燃气热泵冷热水子系统包括至少一台燃气热泵冷热水机组，电驱动热泵冷热水子系统包括至少一台电驱动热泵冷热水机组，根据燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用的计算结果，优先开启单位产能量运行费用计算结果较小的机组，并且当优先开启的机组制热或制冷需求不足时，增开另一台机组，从而控制燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组的运行。所以，本发明的燃气热泵空调系统可以充分利用不同能源的价格差，降低运行成本，且结构简单，便于自动控制运行。
此外，本发明的燃气热泵空调系统相比采用混合动力的热泵空调系统，节约了初投资，避免了采用电动机和燃气发动机共同驱动蒸汽压缩循环的热泵空调系统的复杂压缩机动力传动结构，具有控制简便、压缩机输入动力传动平稳、占地面积小等优势。
附图说明
图1是本发明的实施例一中燃气热泵空调系统的流程图；
图2是本发明的实施例中一中发动机余热换热单元和第一热交换器连接关系示意图；
图3是本发明的实施例中一中发动机余热换热单元的流程图；
图4是本发明的变形例二中燃气热泵空调系统的流程图；
图5是本发明的实施例二中第一热交换器和发动机余热换热单元的连接流程示意图；
图6是本发明的实施例三中第一热交换器和发动机余热换热单元的连接流程示意图；
图7是本发明的实施例四中第一热交换器和发动机余热换热单元的连接流程示意图；
图8是本发明的实施例五中第一热交换器和发动机余热换热单元的连接流程示意图。
附图标记说明：1、燃气发动机，2、第一压缩机，3、发动机余热换热单元，3a、发动机余热换热单元一，3b、发动机余热换热单元二，4、第一热交换器，4a、第一热交换器一，4b、第一热交换器二，5、第二热交换器，6、燃气热泵冷热水机组，8、电动机，9、第二压缩机，10、第三热交换器，11、第四热交换器，12、电驱动热泵冷热水机组，13、蓄能装置，14、第一阀门，15、太阳能集热器，16、烟气换热器，17、蒸汽发生器，18、缸套水管路，19、中冷器，20、缸套水泵，21、发动机余热换热器，22、第一控制器，23、第二控制器，24、第二阀门，25、第三阀门，26、余热热交换器，27、压缩机排热换热器，28、集热泵，29、循环水泵，30、第一管路，31、第二管路，32、第三管路，33、第四管路，100、燃气热泵冷热水子系统，200、电驱动热泵冷热水子系统，300、蓄热子系统。
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燃气热泵空调系统作具体阐述。
<实施例一>
图1是本发明的实施例一中燃气热泵空调系统的流程图。
如图1所示，本实施例提供了一种燃气热泵空调系统1000，用于设置在空调系统的水循环中，对回水管道的回水进行升温或降温后作为供水由供水管道进行输出，包括燃气热泵冷热水子系统100、电驱动热泵冷热水子系统200、蓄热子系统300。燃气热泵冷热水子系统100和电驱动热泵冷热水子系统200在制冷模式或制热模式下单一运行或联合运行。
燃气热泵冷热水子系统100、电驱动热泵冷热水子系统200以及蓄热子系统300并联连接在回水管道和供水管道上。回水管道中的回水分为两路，即第一路回水和第二路回水，第一路回水流经燃气热泵冷热水子系统100，第二路回水流经电驱动热泵冷热水子系统200，两路水汇聚形成供水。
燃气热泵冷热水子系统100包括至少一台燃气热泵冷热水机组6，电驱动热泵冷热水子系统200包括至少一台电驱动热泵冷热水机组12。在本实施例中，燃气热泵冷热水子系统100包括一台燃气热泵冷热水机组6，电驱动热泵冷热水子系统200包括一台电驱动热泵冷热水机组12。
燃气热泵机组6包括燃气发动机1、第一压缩机2、发动机余热换热单元3、第一热交换器4、第二热交换器5、第一控制器22、第二阀门24、第三阀门25、第一管路30、第二管路31、第三管路32、第四管路33以及第一控制器22。第一压缩机2可以是开启式螺杆压缩机、开启式磁悬浮离心压缩机、开启式涡旋压缩机中的一种。第一热交换器4、第二热交换器5为壳管式换热器、板壳式换热器、板式换热器、板翅式换热器、翅片管式换热器中的一种。
图2是本发明的实施例一中发动机余热换热单元和第一热交换器连接关系示意图。
如图2所示，第一热交换器4通过第一管路30与回水管道连接，从而接入回水。发动机余热换热单元3的入水侧通过第二管路31与第一热交换器4连接，其出水侧通过第三管路32与供水管道连接，从而输出供水。第二阀门24设置在第二管路31上。第四管路33的一端连接在第二管路31上并且连接在第二阀门24和第一热交换器4的出水端之间，另一端连接在第三管路32上，第三阀门25设置在第四管路33上。当燃气热泵冷热水机组6供热时，第二阀门24打开，第三阀门25关闭；当燃气热泵冷热水机组6制冷时，第二阀门24关闭，第三阀门25打开。
图3是本发明的实施例一中发动机余热换热单元的流程图。
如图3所示，发动机余热换热单元3用于利用燃气发动机1的余热进行换热，从而加热回水，包括烟气换热器16、蒸汽发生器17、缸套水管路18、中冷器19、缸套水泵20以及发动机余热换热器21。
缸套水管路18依次连接烟气换热器16、燃气发动机1的缸套、发动机余热换热器21、中冷器19以及烟气换热器16，从而形成闭合回路。
燃气发动机1的烟道依次与蒸汽发生器17以及烟气换热器16相连通。燃气发动机1中的燃气和空气混合燃烧后产生的高温烟气先通过烟道流经蒸汽发生器17从而将蒸汽发生器内的水加热产生蒸汽，该蒸汽可以用于消毒、烘干和工艺加热等用途，然后剩余烟气流经烟气换热器16，将一部分烟气余热散发到缸套水中。
缸套水在缸套水管路18中先流经烟气换热器16升温，再流经燃气发动机1的缸套继续升温，然后通过缸套水泵20升压后流过发动机余热换热器21，在发动机余热换热器21处进行换热，使得回水被加热，缸套水再流经中冷器19升温后流回至烟气换热器16完成一个循环。其中，中冷器19连接在燃气发动机1的缸套上，利用燃气发动机1的余热对缸套水进行升温。烟气换热器16为板壳式换热器、板式换热器、板翅式换热器、翅片管式换热器中的一种。
制热模式下，燃气热泵冷热水机组6运行时，第二阀门24开启，第三阀门25关闭。第一路回水先流入第一热交换器4加热，然后通过第二阀门24进入发动机余热换热单元3加热。燃气发动机1驱动第一压缩机2运转，第一热交换器4作为冷凝器，第二热交换器5作为蒸发器进行蒸气压缩循环。第二热交换器5是水源热交换器或空气源热交换器中的一种。
制冷模式下，燃气热泵冷热水机组6运行时，第二阀门24关闭，第三阀门25开启。第一路回水先流入第一热交换器4放热。燃气发动机1驱动第一压缩机2运转，第一热交换器4用作蒸发器，第二热交换器5用作冷凝器进行蒸气压缩循环。第一热交换器4是水源热交换器或空气源热交换器中的一种。此时，余热换热单元3还须向另外的水源或空气排热，此属于常规技术不再赘述。
第一控制器22控制燃气发动机1、第一压缩机2、发动机余热换热单元3、第一热交换器4以及第二热交换器5的运行并控制第二阀门24和第三阀门25的打开或关闭。即，第一控制器22控制燃气热泵冷热水机组6的运行。
电驱动热泵冷热水机组12与燃气热泵机组6并联，包括电动机8、第二压缩机9、第三热交换器10、第四热交换器11以及第二控制器23。第二压缩机9可以是开启式压缩机或封闭式压缩机。第三热交换器10、第四热交换器11为板壳式换热器、板式换热器、板翅式换热器、翅片管式换热器中的一种。第三热交换器10的入水端与回水管道连接，出水端与供水管道连接。
制热模式下，电驱动热泵冷热水机组12运行时，第二路回水流入第三热交换器10加热。电动机8驱动第二压缩机9运转，第三热交换器10用作冷凝器，第四热交换器11用作蒸发器进行蒸气压缩制热循环。其中第四热交换器11是水源热交换器或空气源热交换器中的一种。
制冷模式下，电驱动热泵冷热水机组12运行时，第二回水流入第三热交换器10放热。电动机8驱动第二压缩机9运转，第三热交换器10用作蒸发器，第四热交换器11用作冷凝器进行蒸气压缩循环。其中第四热交换器11是水源热交换器或空气源热交换器中的一种。
本实施例中的空气源热交换器包括风扇。
第二控制器23控制电动机8、第二压缩机9、第三热交换器10、第四热交换器11的运行。即，第二控制器23控制电驱动热泵冷热水机组12的运行。
根据燃气热泵冷热水机组6和电驱动热泵冷热水机组12的单位产能量运行费用的计算结果来控制它们的运行次序：优先开启单位产能量运行费用计算结果较小的机组，当优先开启的机组制热或制冷需求不足时，增开另一台机组，从而联合运行燃气热泵冷热水机组6和电驱动热泵冷热水机组12。
其中，单台燃气热泵冷热水机组6的单位产能量运行费用计算公式为：
Aij表示不同季节不同电价时段下任意一台燃气热泵冷热水机组的单位产能量运行费用；f1表示该台燃气热泵冷热水机组燃气耗量，燃气耗气量与干球温度，湿度，热水出水温度，负荷率等因素有关，单位为Nm3；ai表示不同季节燃气单价；W表示第二热交换器的功率，当第二热交换器为水源热交换器时，W＝0，当第二热交换器为空气源热交换器时，W为风扇的功率；Q1表示该台燃气热泵冷热水机组的产能量，bij表示不同季不同电价时段的电单价，单位为元/kWh，
i＝1,2,3i＝1表示冬季，i＝2表示夏季，i＝3表示秋季或春季，
j＝1,2,3j＝1表示电价高峰时段t1，j＝2表示电价低谷时段t2，j＝3表示电价平常时段t3。
单台电驱动热泵冷热水机组12的单位产能量运行费用计算公式为：
Bij示不同季节不同电价时段下任意一台电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用；f2表示该台电驱动热泵冷热水机组的耗电量，单位为kWh，Q2表示该台电驱动热泵冷热水机组的产能量。
在制热模式下，单位产能量是单位产热量，燃气热泵冷热水机组6、电驱动热泵冷热水机组12按各台机组的单位产热量运行费用进行排序，根据需热量的要求，依次开启燃气热泵冷热水机组6和电驱动热泵冷热水机组12中运行费用较小的机组。
多数情况下，制热模式下电力低谷时段t2之外，燃气热泵冷热水机组6的单位产能量运行费用小于电驱动热泵冷热水机组12的单位产能量运行费用，燃气热泵冷热水机组6优先开启运行。
在制冷模式下，单位产能量是单位产冷量，燃气热泵冷热水机组6、电驱动热泵冷热水机组12按各台的单位产冷量运行费用进行排序。根据需冷量的要求，依次开启燃气热泵冷热水机组6和电驱动热泵冷热水机组12中运行费用较小的机组。
多数情况下，制冷模式下电力高峰时段t1之外，燃气热泵冷热水机组6的单位产能量运行费用大于或等于电驱动热泵冷热水机组12的单位产能量运行费用，电驱动热泵冷热水机组12优先开启运行。
上述单位产能量运行费用的计算和比较可以由人工或云平台计算执行，通过人工或者远程通讯将结果录入第一控制器22和第二控制器23。或者，也可以分别将电价格和燃气价格录入第一控制器22和第二控制器23，由第一控制器22和第二控制器23自动计算并比较燃气热泵冷热水机组6和电驱动热泵冷热水机组12单位产能量运行费用。根据比较结果确定燃气热泵冷热水机组6和电驱动热泵冷热水机组12加载运行次序。
如图1所示，蓄热子系统300包括蓄热装置13、第一阀门14、太阳能集热器15、集热泵28、循环水泵29。蓄热装置13通过两个并联的管路与回水管路连接，第一阀门14设置在其中的一个管路上，循环水泵29设置在其中的另一个管路上。太阳能集热器15通过集热泵28连接在蓄热装置13上。
制热低谷期时，蓄热装置13运行蓄能模式，此时循环水泵29开启，第一阀门14关闭。若蓄热装置13的蓄热来源为燃气热泵冷热水子系统100，则其蓄热过程为：第一路回水进入燃气热泵冷热水子系统100，在第一热交换器4和发动机余热换热单元3中吸收热量升温，最后流进蓄热装置13。若蓄热装置13的蓄热来源为电驱动热泵冷热水子系统200则其蓄热过程为：第二路回水进入电驱动热泵冷热水子系统200，在第三热交换器10中吸收热量升温，最后流进蓄热装置13。此外，晴天工况下，集热泵28打开，回水在太阳能集热器15中吸收热量升温，最后流进蓄热装置13。上述三种蓄热可单一运行，也可两两联合或三者联合运行，实际运行时的蓄热来源取决于燃气热泵冷热水子系统100和电驱动热泵冷热水子系统200的实际运行情况以及实际天气情况。
制热高峰期时，蓄热装置13运行供热模式，此时循环水泵29关闭，第一阀门14开启，蓄热装置13的热水输出供热，完成蓄热装置13供热过程。
制冷低谷期时，蓄热装置13运行蓄能模式，此时循环水泵29开启，第一阀门14关闭，集热泵28关闭，太阳能集热器15不运行。若蓄热装置13的蓄冷来源为燃气热泵冷热水子系统100，则其蓄冷过程为：第一回水进入燃气热泵冷热水子系统100，在第一热交换器4中放热后流进蓄热装置13蓄冷。若蓄热装置13的蓄冷来源为电驱动热泵冷热水子系统200，则其蓄冷过程为：第二路回水进入电驱动热泵冷热水子系统200，在第三热交换器10中放热降温，最后流进蓄热装置13蓄冷。上述两种蓄冷可单一运行，也可联合运行，实际运行时的蓄热来源取决于燃气热泵冷热水子系统100和电驱动热泵冷热水子系统200的实际运行情况。
制冷高峰期时，蓄热装置13运行供冷模式，此时循环水泵29，第一阀门14开启，蓄热装置13的冷水输出供冷，完成蓄热装置13供冷过程。
在本实施例中，燃气热泵空调系统1000包括蓄热子系统300，并且蓄热子系统300包括太阳能集热器和集热泵，在本实施例的变形例(变形例一)中，蓄热子系统还可以不包括太阳能集热器和集热泵，在本实施例的变形例(变形例二)中，燃气热泵空调系统还可以不包括蓄热子系统(如图4所示)。
在本实施例中，电驱动热泵冷热水子系统200包括一台电驱动热泵冷热水机组12，在本实施例的变形例(变形例三)中，燃气热泵空调系统还可以包括多台电驱动热泵冷热水机组12，多台电驱动热泵冷热水机组12串联连接。并且在运行时，两个子系统的加载运行次序仍由单台燃气热泵冷热水机组6和单台电驱动热泵冷热水机组12的单位产能量运行费用的计算结果来决定：将所有的燃气热泵冷热水机组以及电驱动热泵冷热水机组按各台的单位产能量运行费用进行排序，并根据需冷量或需热量的要求，依次开启燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组中运行费用较小的机组。
在本实施例中，为了既能制热又能制冷，燃气热泵机组6设置为：第二阀门24设置在第二管路31上；第四管路33的一端连接在第二管路31上，另一端连接在第三管路32上，第三阀门25设置在第四管路33上。在实际应用时，如果燃气热泵机组仅需实现制热功能，那么燃气热泵机组可以不设置本实施例中的第二阀门、第四管路以及第三阀门。即，只需发动机余热换热单元的入水侧通过第二管路与第一热交换器连接，其出水侧通过第三管路与供水管道连接，从而输出供水即可。
<实施例二>
本实施例提供了一种燃气热泵空调系统，该燃气热泵空调系统与实施例一中的燃气热泵空调系统1000的区别在于，其燃气热泵冷热水子系统包括多台燃气热泵冷热水机组。
图5是本发明的实施例二中第一热交换器和发动机余热换热单元的连接流程示意图。
本实施例中的燃气热泵冷热水子系统包括两台燃气热泵冷热水机组，相应地如图5所示，包括第一热交换器一4a、第一热交换器二4b、发动机余热换热单元一3a、发动机余热换热单元二3b。
制热模式下，第一路回水(T1)依次流过第一热交换器一4a、发动机余热换热单元一3a、第一热交换器二4b以及发动机余热换热单元二3b进行加热后输出热水(T2)。
制冷模式下，第一路回水(T1)依次流过第一热交换器一4a和第一热交换器二4b进行降温后输出冷水。
本实施例中的其它结构与实施例一相同。
在本实施例中，燃气热泵冷热水子系统包括两台燃气热泵冷热水机组，在本实施例的变形例(变形例四)中，燃气热泵子系统还可以包括两台以上的多台燃气热泵冷热水机组，其多个第一热交换器与多个发动机余热换热单元之间的连接方式与本实施例相同，即，制热模式下，第一路回水(T1)依次流过第一台燃气热泵冷热水机组的第一热交换器和发动机余热换热单元，第二台燃气热泵冷热水机组的第一热交换器和发动机余热换热单元，……，最后一台燃气热泵冷热水机组的第一热交换器和发动机余热换热单元进行加热后输出热水(T2)；制冷模式下，第一路回水(T1)依次流过多台燃气热泵冷热水机组的第一热交换器降温后输出冷水。
<实施例三>
本实施例提供了一种燃气热泵空调系统，该燃气热泵空调系统与实施例二中的燃气热泵空调系统的区别仅在于：两个第一热交换器和两个发动机余热换热单元的串联方式不同。其它结构与实施例二相同。
图6是本发明的实施例三中第一热交换器和发动机余热换热单元的连接流程示意图。
本实施例中的燃气热泵冷热水子系统包括两台燃气热泵冷热水机组，相应地如图6所示，包括第一热交换器一4a、第一热交换器二4b、发动机余热换热单元一3a、发动机余热换热单元二3b。
制热模式下，第一路回水(T1)依次流过第一热交换器一4a、第一热交换器二4b、发动机余热换热单元一3a以及发动机余热换热单元二3b进行加热后输出热水(T2)。
制冷模式下，第一路回水(T1)依次流过第一热交换器一4a和第一热交换器二4b进行降温后输出冷水。
在本实施例中，燃气热泵冷热水子系统包括两台燃气热泵冷热水机组，本实施例的变形例(变形例五)中，燃气热泵子系统还可以包括两台以上的多台燃气热泵冷热水机组，其多个第一热交换器与多个发动机余热换热单元之间的连接方式与本实施例相同，即，制热模式下，第一路回水(T1)依次流过各个第一热交换器后，再依次流过各个发动机余热换热单元进行加热后输出热水(T2)；制冷模式下，第一路回水(T1)依次流过各个第一热交换器降温后输出冷水。
<实施例四>
本实施例提供了一种燃气热泵空调系统，该燃气热泵空调系统与实施例二中的燃气热泵空调系统的区别仅在于：两个第一热交换器和两个发动机余热换热单元之间的连接方式不同。其它结构与实施例二相同。
图7是本发明的实施例四中第一热交换器和发动机余热换热单元的连接流程示意图。
本实施例中的燃气热泵冷热水子系统包括两台燃气热泵冷热水机组，相应地如图7所示，包括第一热交换器一4a、第一热交换器二4b、发动机余热换热单元一3a、发动机余热换热单元二3b。
制热模式下，第一路回水(T1)分为两路，一路依次流过第一热交换器一4a和发动机余热换热单元一3a进行加热，另一路依次流过第一热交换器二4b和发动机余热换热单元二3b进行加热，两路汇聚后输出输出热水(T2)。
制冷模式下，第一路回水(T1)分为两路，一路流过第一热交换器一4a进行降温，另一路流过第一热交换器二4b进行降温，两路汇聚后输出冷水。
在本实施例中，燃气热泵冷热水子系统包括两台燃气热泵冷热水机组，在本实施例的变形例(变形例六)中，燃气热泵子系统还可以包括两台以上的多台燃气热泵冷热水机组，其多个第一热交换器与多个发动机余热换热单元之间的连接方式与本实施例相同，即，制热模式下，第一路回水(T1)分为多路，每一路依次流过一台燃气热泵冷热水机组的第一热交换器和发动机余热换热单元进行加热，各路汇聚后输出温度为T2的水；制冷模式下，第一路回水(T1)分为多路，每一路流过一台燃气热泵冷热水机组的第一热交换器进行降温，各路汇聚后输出冷水。
<实施例五>
本实施例提供了一种燃气热泵空调系统，该燃气热泵空调系统与实施例二中的燃气热泵空调系统的区别仅在于：两个第一热交换器和两个发动机余热换热单元之间的连接方式不同。其它结构与实施例二相同。
图8是本发明的实施例五中第一热交换器和发动机余热换热单元的连接流程示意图。
本实施例中的燃气热泵冷热水子系统包括两台燃气热泵冷热水机组，相应地如图8所示，包括第一热交换器一4a、第一热交换器二4b、发动机余热换热单元一3a、发动机余热换热单元二3b。
制热模式下，第一路回水(T1)分为四路，各路水分别流过第一热交换器一4a、第一热交换器二4b、发动机余热换热单元一3a、发动机余热换热单元二3b进行加热，四路汇聚后输出输出热水(T2)。
制冷模式下，第一路回水(T1)分为两路，一路流过第一热交换器一4a进行降温，另一路流过第一热交换器二4b进行降温，两路汇聚后输出冷水。
在本实施例中，燃气热泵冷热水子系统包括两台燃气热泵冷热水机组，在本实施例的变形例(变形例七)中，燃气热泵子系统还可以包括两台以上的多台燃气热泵冷热水机组，其多个第一热交换器与多个发动机余热换热单元之间的连接方式与本实施例相同，即，制热模式下，第一路回水(T1)分为多路，每一路依次流过一个第一热交换器或一个发动机余热换热单元进行加热，各路汇聚后输出温度为T2的水；制冷模式下，第一路回水(T1)分为多路，每一路流过一个第一热交换器进行降温，各路汇聚后输出冷水。
实施例的作用与效果
根据本发明所涉及的燃气热泵空调系统，因为包括燃气热泵冷热水子系统、电驱动热泵冷热水子系统以及控制部，燃气热泵冷热水子系统和电驱动热泵冷热水子系统并联，燃气热泵冷热水子系统包括至少一台燃气热泵冷热水机组，电驱动热泵冷热水子系统包括至少一台电驱动热泵冷热水机组，根据燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用的计算结果，优先开启单位产能量运行费用计算结果较小的机组，并且当优先开启的机组制热或制冷需求不足时，增开另一台机组，从而控制燃气热泵冷热水机组和电驱动热泵冷热水机组的运行。所以，本发明的燃气热泵空调系统可以充分利用不同能源的价格差，降低运行成本，且结构简单，便于自动控制运行。
此外，本发明的燃气热泵空调系统相比采用混合动力的热泵空调系统，节约了初投资，避免了采用电动机和燃气发动机共同驱动蒸汽压缩循环热泵空调的复杂压缩机动力传动结构，具有控制简便、压缩机输入动力传动平稳、占地面积小等优势。
进一步地，上述实施例中的燃气热泵空调系统相对于单一能源的热泵空调系统，能够按照燃气价和峰谷电价灵活地启用燃气热泵冷热水子系统或电驱动热泵冷热水子系统，因此，整个热泵空调系统单位产能量运行费用比使用单一能源的热泵空调系统节约15％左右，大幅消减夏季电力高峰，夏季燃气用量低季节多使用燃气。
进一步地，因为发动机余热换热单元包括：烟气换热器、蒸汽发生器、缸套水管路、中冷器、缸套水泵以及发动机余热换热器，燃气发动机内燃烧后的高温烟气通过烟道后，先流经蒸汽发生器从而将蒸汽发生器内的水加热产生蒸汽，然后流经烟气换热器，缸套水在缸套水管路中先流经烟气换热器升温，再流经燃气发动机的缸套继续升温，通过缸套水泵升压后流过发动机余热换热器，进行换热从而对回水进行加热，所以该发动机余热换热单元能够充分利用燃气发动机的余热提供热量。
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。
Claims (8)
1.一种燃气热泵空调系统，用于设置在空调系统的水循环中，对回水管道的回水进行升温或降温后作为供水由供水管道进行输出，其特征在于，包括：
燃气热泵冷热水子系统，包括至少一台燃气热泵冷热水机组，每台所述燃气热泵冷热水机组均包括燃气发动机、第一压缩机、第一热交换器、第二热交换器以及发动机余热换热单元；
电驱动热泵冷热水子系统，包括至少一台电驱动热泵冷热水机组，每台所述电驱动热泵冷热水机组均包括电动机、第二压缩机、第三热交换器以及第四热交换器，
其中，所述燃气热泵冷热水子系统和所述电驱动热泵冷热水子系统并联连接在所述回水管道和所述供水管道上，
根据所述燃气热泵冷热水机组和所述电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用的计算结果来控制所述燃气热泵冷热水机组和所述电驱动热泵冷热水机组的运行次序：优先开启单位产能量运行费用计算结果较小的机组；并且当优先开启的机组制热或制冷需求不足时，增开另一台机组，从而联合运行所述燃气热泵冷热水机组和所述电驱动热泵冷热水机组,
燃气热泵冷热水机组还包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第二阀门以及第三阀门，
所述第一热交换器通过所述第一管路接入回水，
所述发动机余热换热单元的入水侧通过所述第二管路与所述第一热交换器连接，其出水侧通过所述第三管路输出供水，
所述第二阀门设置在所述第二管路上，
所述第四管路的一端连接在所述第二管路上并且连接在所述第二阀门和所述第一热交换器的出水端之间，另一端连接在所述第三管路上，
所述第三阀门设置在所述第四管路上，
当所述燃气热泵冷热水机组供热时，所述第二阀门打开，所述第三阀门关闭，当所述燃气热泵冷热水机组制冷时，所述第二阀门关闭，所述第三阀门打开。
2.根据权利要求1所述的燃气热泵空调系统，其特征在于：
其中，所述第二热交换器为水源热交换器或空气源热交换器，
所述第四热交换器为水源热交换器或空气源热交换器，
所述空气源热交换器包括风扇。
3.根据权利要求2所述的燃气热泵空调系统，其特征在于：
其中，所述燃气热泵冷热水机组的单位产能量运行费用计算公式为：
Aij表示不同季节不同电价时段下任意一台燃气热泵冷热水机组的单位产能量运行费用；f1表示该台燃气热泵冷热水机组的燃气耗量；ai表示不同季节燃气单价；W表示第二热交换器的功率，当第二热交换器为水源热交换器时，W＝0，当第二热交换器为空气源热交换器时，W为风扇的功率；Q1表示该台燃气热泵冷热水机组的产能量；bij表示不同季节不同电价时段的电单价，单位为元/kWh，
i＝1,2,3i＝1表示冬季，i＝2表示夏季，i＝3表示秋季或春季，
j＝1,2,3j＝1表示电价高峰时段，j＝2表示电价低谷时段，j＝3表示电价平常时段；
所述电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用计算公式为：
Bij表示不同季节不同电价时段下任意一台电驱动热泵冷热水机组的单位产能量运行费用，f2表示该台电驱动热泵冷热水机组的耗电量，单位为kWh，Q2表示该台电驱动热泵冷热水机组的产能量。
4.根据权利要求1所述的燃气热泵空调系统，其特征在于：
其中，所述发动机余热换热单元包括：烟气换热器、蒸汽发生器、缸套水管路、中冷器、缸套水泵以及发动机余热换热器，
所述缸套水管路依次连接所述烟气换热器、所述燃气发动机的缸套、所述发动机余热换热器、所述中冷器以及所述烟气换热器，从而形成闭合回路，
所述燃气发动机的烟道依次与所述蒸汽发生器以及所述烟气换热器相连通，所述燃气发动机中的燃气与空气混合燃烧后的高温烟气通过所述烟道后，先流经所述蒸汽发生器从而将所述蒸汽发生器内的水加热产生蒸汽，然后流经所述烟气换热器，
缸套水在所述缸套水管路中先流经所述烟气换热器升温，再流经所述燃气发动机的缸套继续升温，通过所述缸套水泵升压后流过所述发动机余热换热器，从而与流经所述发动机余热换热器的回水进行热交换后，再流经所述中冷器升温后流至所述烟气换热器完成一个循环。
5.根据权利要求1所述的燃气热泵空调系统，其特征在于：
其中，所述的电驱动热泵冷热水机组为电驱动空气源热泵或电驱动水冷冷水机组。
6.根据权利要求1所述的燃气热泵空调系统，其特征在于：
其中，所述燃气热泵冷热水子系统包括多台所述燃气热泵冷热水机组，多个所述第二热交换器以及多个所述发动机余热换热单元串联或并联连接。
7.根据权利要求6所述的燃气热泵空调系统，其特征在于：
其中，所述电驱动热泵冷热水子系统包括多台所述电驱动热泵冷热水机组，
将所有的所述燃气热泵冷热水机组以及所述电驱动热泵冷热水机组按各台的单位产能量运行费用进行排序，并根据需冷量或需热量的要求，依次开启所述燃气热泵冷热水机组和所述电驱动热泵冷热水机组中运行费用较小的机组。
8.根据权利要求1所述的燃气热泵空调系统，其特征在于，还包括：蓄热子系统，该蓄热子系统包括蓄热装置和太阳能集热器，
所述蓄热装置与所述燃气热泵冷热水子系统并联连接，回水的第三路流经所述所述蓄热装置后汇入所述供水，
所述太阳能集热器连接在所述蓄热装置上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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