CN1253685C - 一种水源燃气热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水源燃气热泵供暖、供冷以及供给生活热水的综合系统。系统包括燃气发动机驱动的以水为冷热源的压缩制冷装置、余热回收装置、水路控制装置等，通过阀门、水泵以及电子膨胀阀等在管网上构成逻辑回路。当系统冷却水路或系统冷冻水路中的温度检测装置检测到的温度偏离设定值时，有三种系统容量调节方式：(I)单独调节压缩机输气量；(II)调节发动机进气量，从而调节压缩机的输入功率；(III)同时调节压缩机输气量和发动机进气量。在保证发动机稳定运行温度要求的基础上，满足夏季供冷，冬季供热的需求，通过简单的系统切换，又能满足用户对生活热水的需求，使能量得到合理的利用。

Description

一种水源燃气热泵系统
                              技术领域
本发明属于热调设备，更具体的说是以水源燃气热泵供暖、供冷以及供给生活热水的综合系统。
                              背景技术
燃气发动机驱动的热泵系统以其一次能源利用率高，供热温度高，易于实现容量调节等特点而得到迅速发展。但目前有关燃气热泵系统的专利申请中，均是空气源的。2002年初，大连三洋公司推出了国内第一台燃气热泵，是属于满足小型用户的空气源热泵系统。在日本三菱重工所申请的专利中(中国专利申请号：02130144、02130145、02130146、02128227)，没有考虑夏季和冬季不同的运行工况，将供暖、供冷和生活热水而进行合理匹配的优化设计。水源热泵一方面可以保证供热系统在室外温度很低时能够维持一个很高的制热系数；另一方面由于水源温度稳定，克服了风冷型热泵由于外界温度下降导致制热量下降与供热量需要增大的矛盾。因此，通过本方案的实施可以综合利用燃气发动机冷却水套和排烟余热，实现水源燃气热泵进行供冷、供暖和提供生活热水的系统匹配。
                              发明内容
根据水源燃气热泵系统的特点，本发明的目的是提供一种能够供暖、供冷以及供给生活热水的水源燃气热泵系统的综合设计，以使能源得到更为合理有效的利用。
本发明的系统逻辑关系图、系统流程图和水路控制系统图，如附图1、2、3、4所示。本发明由燃气发动机1驱动的以水为冷热源的压缩制冷装置A，余热回收装置B，水路控制装置C以及系统冷却水路D、系统冷冻水路E组成。以水为冷热源的压缩制冷循环装置A包括：压缩机2、冷凝器3、蒸发器4、电子膨胀阀5、油分离器6、油冷却器7、手阀8、干燥过滤器9、视液镜10、液位控制器11、联轴器12、供气阀13、文氏管14以及相应的冷热水管路等。燃气发动机1的输出轴通过联轴器12与压缩机输入轴联接。当系统冷却水路D或系统冷冻水路E中的温度检测装置33检测到的温度偏离设定值时，系统有三种容量调节方式：(I)单独调节压缩机输气量；(II)调节发动机进气量，从而调节压缩机的输入功率；(III)同时调节压缩机输气量和发动机进气量。所以本系统可以根据需要在较大容量范围内方便的进行调节。余热回收装置B包括：烟气余热回收换热器15、发动机冷却水换热器16、油冷却器7，其回收的热量用于加热供暖水或者生活热水。余热回收装置B中流动的都是软化水，可以避免水垢问题。这样，回收的热量进入闭式循环的软化水中，再通过第二中间换热器18加热生活热水，或者通过第一中间换热器17排放到冷凝器3水路中。水路控制装置C可以组成两个封闭循环系统，其中：由第一中间换热器17、油冷却器7、发动机冷却水换热器16、第一截止阀30、第二中间换热器18、第二截止阀29和变频水泵19构成冬季运行闭环回路，冬季回路中的软化水从发动机冷却水换热器16和油冷却器7中吸收热量；由烟气余热回收换热器15、第三截止阀26、第二中间换热器18、水泵20、第四截止阀27构成夏季运行闭环回路，夏季闭环回路中的软化水从烟气余热回收换热器15中吸收热量。当第六截止阀23、第三截止阀26、第四截止阀27、第九截止阀28关闭，第七截止阀24、第八截止阀25、第二截止阀29、第一截止阀30打开，实现冬季供暖运行工况。反之，当第七截止阀24、第八截止阀25、第二截止阀29、第一截止阀30关闭，第六截止阀23、第三截止阀26、第四截止阀27、第九截止阀28打开，实现夏季制冷运行工况。冬季用发动机冷却水换热器16和油冷却器7回收的热量制取生活热水。夏季用烟气余热回收换热器15回收的热量制取生活热水，水泵20、21同时开、停。两水泵的开停以热水箱22中的水温为信号，在水温下限时运行，到水温上限时停止。由第二中间换热器18加热热水箱22中的生活热水，第一中间换热器17通过角阀31的调节进行热量平衡，通过变频水泵19调节发动机冷却水换热器16中的冷却水流量来保证发动机在设定温度条件下运行。水路控制装置C中的第六截止阀23、第七截止阀24、第八截止阀25、第九截止阀28、第二截止阀29、第一截止阀30可以由四个三通阀32代替。
                             附图说明
附图1为本发明的逻辑关系图；附图2为水源燃气热泵系统图；附图3为水路控制系统流程图；图4为截止阀改为三通阀的水路控制系统流程图。
附图序号明细表
  1   燃气发动机   14   文氏管   27   第四截止阀
  2   压缩机   15   烟气余热回收换热器   28   第九截止阀
  3   冷凝器   16   发动机冷却水换热器   29   第二截止阀
  4   蒸发器   17   第一中间换热器   30   第一截止阀
  5   电子膨胀阀   18   第二中间换热器   31   角阀
  6   油分离器   19   变频水泵   32   三通阀
  7   油冷却器   20   水泵   33   测温装置
  8   手阀   21   水泵
  9   干燥过滤器   22   生活热水箱   A   压缩制冷装置
  10   视液镜   23   第六截止阀   B   余热回收装置
  11   液位控制器   24   第七截止阀   C   水路控制装置
  12   联轴器   25   第八截止阀   D   系统冷却水路
  13   供气阀   26   第三截止阀   E   系统冷冻水路
                               具体实施例
本发明以实现夏季供冷和冬季供暖，以及发动机冷却和提供生活热水供给来体现应用实施例：
本发明中发动机1采用普通燃气发动机，压缩机2选用普通开式压缩机，冷凝器3、蒸发器4采用管壳式换热器，电子膨胀阀5采用步进电机驱动的2500步的普通电子膨胀阀。截止阀采用灵敏度高的电磁阀，实现基本的压缩式制冷循环。烟气余热回收换热器15采用管壳式换热器，内部换热管采用碳钢管，管侧走烟气，壳侧走水。第一中间换热器17、第二中间换热器18、油冷却器7、发动机冷却水换热器16采用普通的板式换热器。循环水泵20、21采用普通水泵；变频水泵19由变频器控制。
水路控制系统，参照附图3、4可按照如下功能来实现调节。
夏季工况：
蒸发器中放热降温后的冷冻水经系统冷冻水路E进入空调间。冷却水进入冷凝器吸收热量后经第六截止阀23排掉。烟气余热回收换热器15、第三截止阀26、第二中间换热器18、水泵20、第四截止阀27构成一个封闭运行的闭环回路。水泵20、水泵21同时运行时，闭环回路中的软化水在第二中间换热器18中加热生活热水。第一中间换热器17、油冷却器7、发动机冷却水换热器16、第九截止阀28和变频水泵19构成一个封闭运行的闭环回路。闭环回路中的软化水在第一中间换热器17中将油冷却器7和发动机冷却水换热器16放出的热量排放到系统冷却水排水中。
冬季工况：
在蒸发器中放热降温后的冷冻水直接排掉。冷却水在冷凝器3中吸收热量后经系统冷却水路D，再通过第八截止阀25进入烟气余热回收换热器15中，然后吸收发动机排烟中的余热量后进入空调间供暖。第一中间换热器17、油冷却器7、发动机冷却水换热器16、第一截止阀30、第二中间换热器18、第二截止阀29和变频水泵19构成一个封闭运行的闭环回路。当水泵21运行时，闭环回路中的软化水在第二中间换热器18中加热生活热水。回路中多余的热量通过第一中间换热器17排入供暖水中。
本发明的优点及有益效果在于，使水源燃气热泵系统保证发动机稳定运行温度要求的基础上，满足夏季供冷，冬季供热的需求，通过简单的系统切换，又能满足用户对生活热水的需求，使能量得到合理的利用。因此本发明具有结构简单、调节方便的特点。对水源燃气热泵的推广应用与节能起到积极的促进作用。

Claims (3)

1.一种水源燃气热泵系统，其特征在于它包括以下几部分：燃气发动机(1)驱动的以水为冷热源的压缩制冷装置(A)、余热回收装置(B)、水路控制装置(C)、系统冷却水路(D)和系统冷冻水路(E)，其中余热回收装置(B)由烟气余热回收换热器(15)、发动机冷却水换热器(16)、油冷却器(7)组成，水路控制装置(C)可以组成两个封闭循环系统，其中由第一中间换热器(17)、油冷却器(7)、发动机冷却水换热器(16)、第一截止阀(30)、第二中间换热器(18)、第二截止阀(29)和变频水泵(19)构成冬季运行闭环回路，冬季回路中的软化水从发动机冷却水换热器(16)和油冷却器(7)中吸收热量，由烟气余热回收换热器(15)、第三截止阀(26)、第二中间换热器(18)、水泵(20)、第四截止阀(27)构成夏季运行闭环回路，夏季闭环回路中的软化水从烟气余热回收换热器(15)中吸收热量，所述系统冷却水路(D)或系统冷冻水路(E)中的温度检测装置(33)检测到的温度偏离设定值时，系统有三种容量调节方式：(I)单独调节压缩机输气量；(II)调节发动机进气量，从而调节压缩机的输入功率；(III)同时调节压缩机输气量和发动机进气量。
2.按照权利要求1所述的水源燃气热泵系统，其特征在于所述水路控制装置(C)冬夏两季闭环回路中的软化水均通过所述第二中间换热器(18)加热生活热水。
3.按照权利要求1所述的水源燃气热泵系统，其特征在于所述水路控制装置(C)由所述第一中间换热器(17)通过角阀(31)的调节进行热量平衡，由变频水泵(19)调节流经发动机冷却水换热器(16)的软化水流量来保证发动机在设定温度条件下运行。
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