CN116058214A - 一种空气源热泵大棚加热器及供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于大棚供热领域，尤其涉及一种空气源热泵大棚加热器及供热系统，它包括燃气发动机，其特征在于：燃气发动机的气缸内安装有两端分别与进水管和出水管连通的螺旋管，螺栓管上具有使其内循环水快速加热的结构。本发明中的燃气发动机具有加热空气和热水的能力，被燃气发动机加热的空气和热水可以参与热泵中压缩机对工质的热循环，从而使得热泵在燃气发动机和电机双驱动下仅需一套供热循环系统便可实现对大棚的高效供热，从而降低了大棚供热中因增设燃气发动机而产生的额外成本。

Description

一种空气源热泵大棚加热器及供热系统
技术领域
本发明属于大棚供热领域，尤其涉及一种空气源热泵大棚加热器及供热系统。
背景技术
利用空气源热泵作为热源，实现温室大棚冬季供热，为夏季降温提供稳定可靠的温度支持。秋冬季节，白天有效地利用高温高效的热交换，以降低运行成本。与此同时，可使大棚内温度场均匀分布，避免蔬菜等作物直接吹风，有利于营造环保节能，有利于农作物健康生长。
在北方的冬天，热泵的制热效率会因室外温度极低而降低，热泵制热量也会相应降低。这种情况下，一般通过增设燃气供热来辅助热泵来保证大棚内温度，这样的双供热系统增加了供热成本。
本发明利用现有电机和改进的燃气发动机对热泵的压缩机进行双驱动，在室外温度满足仅有热泵供热即可满足大棚内的供热需求时，只需电机对热泵进行驱动即可。在室外温度较低而热泵无法单独完成大棚内的供热时，则利用燃气发动机和电机对热泵进行双驱动，此时，因燃气发动机和电机共用一套热循环系统对大棚进行有效供热，从而使得供热系统在经济成本上具有较强的优势。
发明内容
为解决现有技术中的所述缺陷，本发明公开一种空气源热泵大棚加热器及供热系统，它是采用以下技术方案来实现的。
一种空气源热泵大棚加热器，它包括燃气发动机，其特征在于：燃气发动机的气缸内安装有两端分别与进水管和出水管连通的螺旋管，螺栓管上具有使其内循环水快速加热的结构；安装有火花塞的气缸内通过连杆驱动曲轴的活塞上具有通过其与螺旋管的配合来提高燃气发动机效率的结构；气缸进气道中运动有对其壁面上进气口开关的阀塞A，阀塞A所在的导杆A上嵌套有对其复位的弹簧A；气缸出气道中运动有对其壁面上出气口开关的阀塞B，阀塞B所在的导杆B上嵌套有对其复位的弹簧B。
作为本技术的进一步改进，所述导杆A滑动于气缸上与进气道连通的导套A内，导杆B滑动于气缸上与出气道连通的导套B内。
作为本技术的进一步改进，所述螺旋管侧壁上沿其螺旋方向均匀密布有便于气缸内燃气快速加热螺旋管内循环水的加热孔。
作为本技术的进一步改进，所述螺旋管通过若干沿其螺旋方向间隔分布的连接块安装于气缸内，保证气缸内燃气的流动最大限度地不受螺旋管的阻挡。
作为本技术的进一步改进，所述活塞末端安装有柱块，柱块上具有与螺旋管间隙配合的螺旋槽，保证活塞推动气缸内燃气排出时可以有效填充气缸内因螺旋管存在所增加的空间，进而保证燃气发动机的效率不受影响。
作为本技术的进一步改进，所述弹簧A为压缩弹簧；进气口处具有使阀塞A在气缸排气时关闭进气口且在气缸内吸气时打开进气口的结构。
作为本技术的进一步改进，所述弹簧B为拉伸弹簧；出气口处具有使阀塞B在气缸排气时打开出气口且在气缸吸气时关闭出气口的结构。
作为本技术的进一步改进，它包括燃气发动机、电机、差速器、压缩机、冷凝器、散热设施、膨胀阀、蒸发器A、蒸发器B、换热器B、换热器A，其中差速器的两个输入轴与燃气发动机的曲轴和电机的输出轴一一对应传动连接，差速器的输出轴与压缩机的输入轴传动连接；冷凝器、膨胀阀、蒸发器A、蒸发器B、换热器B、换热器A和压缩机对工质进行热循环；冷凝器与大棚内散热设施进行水的热循环。
作为本技术的进一步改进，所述气缸出水管排出的热水的温度为T7；蒸发器B排出的水和工质的温度均为T6；由换热器B输入蒸发器A的空气的温度为T5，换热器B排出的水的温度为T4；由换热器A输入换热器B的空气的温度为T3，进入换热器A的空气的温度为T2；蒸发器A排出的空气的温度为T1；由膨胀阀输入蒸发器A的工质的温度为T0；T0＜T1＜T2＜T3＜T4＜T5＜T6＜T7。
相对于传统的大棚供热设备和供热系统，本发明中的燃气发动机在室外温度较低时与现有技术的热泵共同对热泵的压缩机进行双驱动，从而保证热泵在室外温度较低时依然具有足够的动力。本发明中的燃气发动机具有加热空气和热水的能力，被燃气发动机加热的空气和热水可以参与热泵中压缩机对工质的热循环，从而使得热泵在燃气发动机和电机双驱动下仅需一套供热循环系统便可实现对大棚的高效供热，从而降低了大棚供热中因增设燃气发动机而产生的额外成本。本发明结构简单，具有较好的使用效果。
附图说明
图1是燃气发动机整体示意图。
图2是燃气发动机两个视角的剖面示意图。
图3是螺旋管及其剖面示意图。
图4是柱块结构示意图。
图5是气缸剖面示意图。
图6是供热系统示意图。
图中标号名称：1、气缸；4、进气道；5、进气口；6、导套A；7、出气道；8、出气口；9、导套B；10、活塞；11、连杆；12、曲轴；13、柱块；14、螺旋槽；15、连接块；16、螺旋管；17、加热孔；18、进水管；19、出水管；20、火花塞；21、阀塞A；22、导杆A；23、弹簧A；24、阀塞B；25、导杆B；26、弹簧B；27、燃气发动机；28、电机；29、差速器；30、冷凝器；31、散热设施；32、膨胀阀；33、蒸发器A；34、蒸发器B；35、换热器B；36、换热器A。
实施方式
附图均为本发明实施的示意图，以便于理解结构运行原理。具体产品结构及比例尺寸根据使用环境结合常规技术确定即可。
如图1、2所示，它包括燃气发动机27，其特征在于：燃气发动机27的气缸1内安装有两端分别与进水管18和出水管19连通的螺旋管16，螺栓管上具有使其内循环水快速加热的结构；安装有火花塞20的气缸1内通过连杆11驱动曲轴12的活塞10上具有通过其与螺旋管16的配合来提高燃气发动机27效率的结构；如图2、5所示，气缸1进气道4中运动有对其壁面上进气口5开关的阀塞A21，阀塞A21所在的导杆A22上嵌套有对其复位的弹簧A23；气缸1出气道7中运动有对其壁面上出气口8开关的阀塞B24，阀塞B24所在的导杆B25上嵌套有对其复位的弹簧B26。
如图2、5所示，所述导杆A22滑动于气缸1上与进气道4连通的导套A6内，导杆B25滑动于气缸1上与出气道7连通的导套B9内。
如图3所示，所述螺旋管16侧壁上沿其螺旋方向均匀密布有便于气缸1内燃气快速加热螺旋管16内循环水的加热孔17。
如图2所示，所述螺旋管16通过若干沿其螺旋方向间隔分布的连接块15安装于气缸1内，保证气缸1内燃气的流动最大限度地不受螺旋管16的阻挡。
如图2、4所示，所述活塞10末端安装有柱块13，柱块13上具有与螺旋管16间隙配合的螺旋槽14，保证活塞10推动气缸1内燃气排出时可以有效填充气缸1内因螺旋管16存在所增加的空间，进而保证燃气发动机27的效率不受影响。
如图2所示，所述弹簧A23为压缩弹簧；进气口5处具有使阀塞A21在气缸1排气时关闭进气口5且在气缸1内吸气时打开进气口5的结构。
如图2所示，所述弹簧B26为拉伸弹簧；出气口8处具有使阀塞B24在气缸1排气时打开出气口8且在气缸1吸气时关闭出气口8的结构。
如图6所示，它包括燃气发动机27、电机28、差速器29、压缩机、冷凝器30、散热设施31、膨胀阀32、蒸发器A33、蒸发器B34、换热器B35、换热器A36，其中差速器29的两个输入轴与燃气发动机27的曲轴12和电机28的输出轴一一对应传动连接，差速器29的输出轴与压缩机的输入轴传动连接；冷凝器30、膨胀阀32、蒸发器A33、蒸发器B34、换热器B35、换热器A36和压缩机对工质进行热循环；冷凝器30与大棚内散热设施31进行水的热循环。
如图6所示，所述气缸1出水管19排出的热水的温度为T7；蒸发器B34排出的水和工质的温度均为T6；由换热器B35输入蒸发器A33的空气的温度为T5，换热器B35排出的水的温度为T4；由换热器A36输入换热器B35的空气的温度为T3，进入换热器A36的空气的温度为T2；蒸发器A33排出的空气的温度为T1；由膨胀阀32输入蒸发器A33的工质的温度为T0；T0＜T1＜T2＜T3＜T4＜T5＜T6＜T7。
本发明中的电机28、差速器29、压缩机、冷凝器30、散热设施31、膨胀阀32、蒸发器A33、蒸发器B34、换热器B35和换热器A36均采用现有技术。
燃气发动机27的工作流程如下：
当活塞10向曲轴12方向运动时，气缸1内的燃气室的内腔体积增大，混合燃气从进气道4克服弹簧A23驱动阀塞A21打开进气口5并进入气缸1的燃气室内，弹簧A23被进一步压缩，同时，阀塞B24在弹簧B26作用下对出气口8关闭。
进入燃气室的混合燃气被火花塞20点燃并快速产生大量热量，燃气室内产生的热量推动活塞10向曲轴12方向运动。
在活塞10向曲轴12方向运动的过程中，活塞10上柱块13的螺旋槽14脱离螺旋管16，从进水管18向出水管19运动并流经螺旋管16的冷水被燃气室内混合燃气燃烧所产生的大量热量快速加热，螺旋管16侧壁上螺旋均匀分布的加热孔17增加了螺栓管管壁的受热面积，进而提高螺旋管16中冷水的加热效率。
当活塞10回滑时，燃气室内的废气克服弹簧B26驱动阀塞B24打开出气口8并经出气道7排出，阀塞A21在燃气室内废气的推动下及弹簧A23的作用下对进气口5关闭。
当活塞10回滑至极限时，螺旋管16进入活塞10上柱块13上的螺旋槽14内，使得柱块13对燃气室内因增加螺旋管16而增加的空间得到有效补充，使得燃气室内被活塞10极限压缩的空间体积尽量达到最小，从而提高燃气发动机27的效率。
供热系统的工作流程如下：
差速器29在燃气发动机27和电机28的共同驱动下带动热泵中的压缩机运行，热泵中的压缩机对将进入其内的地位低压气体工质转变为高温高压气体工质并将高温高压气体工质输入冷凝器30，流经冷凝器30的冷水被高温高压气体工质快速加热热水，热水进入大棚内的散热设施31内并向大棚进行供热，经过散热设施31冷却形成的冷水循环向冷凝器30内运动并继续被进入冷凝器30内的高温高压气体工质快速循环加热。
冷凝器30内的高温高压气体工质在其加热水后形成中温高压液体工质，中温高压液体工质经过膨胀阀32的处理形成低温低压湿蒸汽工质，低温低压湿蒸汽工质进入蒸发器A33。
同时，常温空气进入换热器A36，从燃气发动机27排出的热废气进入换热器A36对进入的常温空气进行加热并形成冷废气排出，进入换热器A36的常温空气被热废气快速加热后进入换热器B35，进一步被换热器B35处理的空气进入蒸发器A33对低温低压湿蒸汽工质进行持续快速加热并最终形成冷空气排出，被蒸发器A33升温处理的低温低压湿蒸汽工质进入蒸发器B34，与此同时，从燃气发动机27中螺旋管16流出的热水进入蒸发器B34内对地位低压湿蒸汽工质继续快速加热并最终形成低温水向换热器B35内运动，低温水对进入换热器B35内的空气进行快速升温并最终形成冷水排出。
被蒸发器B34进一步升温的低温低压湿蒸汽工质形成低温低压气体工质循环流入热泵的压缩机内并在压缩机作用下继续形成高温高压气体工质。
综上所述，本发明的有益效果为：本发明中的燃气发动机27在室外温度较低时与现有技术的热泵共同对热泵的压缩机进行双驱动，从而保证热泵在室外温度较低时依然具有足够的动力。
本发明中的燃气发动机27具有加热空气和热水的能力，被燃气发动机27加热的空气和热水可以参与热泵中压缩机对工质的热循环，从而使得热泵在燃气发动机27和电机28双驱动下仅需一套供热循环系统便可实现对大棚的高效供热，从而降低了大棚供热中因增设燃气发动机27而产生的额外成本。

Claims (10)

1.一种空气源热泵大棚加热器，它包括燃气发动机，其特征在于：燃气发动机的气缸内安装有两端分别与进水管和出水管连通的螺旋管，螺栓管上具有使其内循环水快速加热的结构；安装有火花塞的气缸内通过连杆驱动曲轴的活塞上具有通过其与螺旋管的配合来提高燃气发动机效率的结构；气缸进气道中运动有对其壁面上进气口开关的阀塞A，阀塞A所在的导杆A上嵌套有对其复位的弹簧A；气缸出气道中运动有对其壁面上出气口开关的阀塞B，阀塞B所在的导杆B上嵌套有对其复位的弹簧B。
2.根据权利要求1所述的一种空气源热泵大棚加热器，其特征在于：所述导杆A滑动于气缸上与进气道连通的导套A内，导杆B滑动于气缸上与出气道连通的导套B内。
3.根据权利要求1所述的一种空气源热泵大棚加热器，其特征在于：所述螺旋管侧壁上沿其螺旋方向均匀密布有便于气缸内燃气快速加热螺旋管内循环水的加热孔。
4.根据权利要求1所述的一种空气源热泵大棚加热器，其特征在于：所述螺旋管通过若干沿其螺旋方向间隔分布的连接块安装于气缸内。
5.根据权利要求1所述的一种空气源热泵大棚加热器，其特征在于：所述活塞末端安装有柱块，柱块上具有与螺旋管间隙配合的螺旋槽。
6.根据权利要求1所述的一种空气源热泵大棚加热器，其特征在于：所述弹簧A为压缩弹簧；弹簧B为拉伸弹簧。
7.根据权利要求1所述的一种空气源热泵大棚加热器，其特征在于：所述出气口处具有使阀塞B在气缸排气时打开出气口且在气缸吸气时关闭出气口的结构。
8.根据权利要求1所述的一种空气源热泵大棚加热器，其特征在于：所述进气口处具有使阀塞A在气缸排气时关闭进气口且在气缸内吸气时打开进气口的结构。
9.一种包括权利要求1所述的空气源热泵大棚加热器的供热系统，其特征在于：它包括燃气发动机、电机、差速器、压缩机、冷凝器、散热设施、膨胀阀、蒸发器A、蒸发器B、换热器B、换热器A，其中差速器的两个输入轴与燃气发动机的曲轴和电机的输出轴一一对应传动连接，差速器的输出轴与压缩机的输入轴传动连接；冷凝器、膨胀阀、蒸发器A、蒸发器B、换热器B、换热器A和压缩机对工质进行热循环；冷凝器与大棚内散热设施进行水的热循环。
10.根据权利要求9所述的一种供热系统，其特征在于：所述气缸出水管排出的热水的温度为T7；蒸发器B排出的水和工质的温度均为T6；由换热器B输入蒸发器A的空气的温度为T5，换热器B排出的水的温度为T4；由换热器A输入换热器B的空气的温度为T3，进入换热器A的空气的温度为T2；蒸发器A排出的空气的温度为T1；由膨胀阀输入蒸发器A的工质的温度为T0；T0＜T1＜T2＜T3＜T4＜T5＜T6＜T7。
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Pledgor: Zhejiang Jinguang new energy equipment Technology Co.,Ltd.

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