CN1737467A - 热电联产系统 - Google Patents

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CN1737467A CNA2005100083429A CN200510008342A CN1737467A CN 1737467 A CN1737467 A CN 1737467A CN A2005100083429 A CNA2005100083429 A CN A2005100083429A CN 200510008342 A CN200510008342 A CN 200510008342A CN 1737467 A CN1737467 A CN 1737467A
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Abstract

一种热电联产系统，包括发动机(50)，驱动发电机(52)以进行发电；制冷/制热单元(60)，包括热泵型的制冷剂循环，以在热电联产系统的制冷操作中，依次通过至少一个压缩机(61)、四通阀(62)、第一室外热交换器(63)、第一膨胀装置(64)及室内热交换器(65)循环制冷剂；以及消耗废热制热单元(70)，包括制冷剂循环，以在热电联产系统的制热操作过程中，依次通过压缩机(61)、四通阀(62)、室内热交换器(65)、第二膨胀装置(71)及通过发动机(50)的废热进行加热的第二室外热交换器(73)循环制冷剂。根据该热电联产系统可以在制热操作过程中最大化地利用发动机的废热，并且可以实现制热性能的提高。

Description

热电联产系统
技术领域
本发明涉及一种热电联产系统，其中从发动机产生的电和废热均被利用，并且尤其涉及这样一种热电联产系统，其包括在制热操作过程中通过发动机的废热进行加热的一分离的室外热交换器，从而实现制热性能的提高。
背景技术
通常，热电联产系统适用于从单一能源中产生电和热量。
这种热电联产系统能够在发电操作过程中，回收由发动机或涡轮机产生的冷却水的废热或废气中的热量，以使该热电联产系统能够比其它系统增加70％～80％的能量效率。由于这样的优点，热电联产系统目前已突出地作为建筑物的电供应源和热供应源。特别地，热电联产系统显示出高效的能量利用，其中被回收的废热主要用于制热/制冷有限空间以及加热水。
图1是显示传统的热电联产系统的示意性结构图。
如图1中所示，该传统的热电联产系统包括一燃气发动机1，以及一发电机3，该发电机3通过该燃气发动机1输出的驱动力驱动，以进行发电。从发电机3产生的电都应用于包括制冷/制热单元20、照明设备和其它电气器材的各种设备中。
在该热电联产系统中，由燃气发动机1产生的废热，即当冷却水冷却燃气发动机1时产生的冷却水的热量及从燃气发动机1产生的废气的热量，在制冷/制热单元20的制热操作过程中被利用。
在此，该制冷/制热单元20为热泵型，以使该制冷/制热单元20不仅仅被用作一制冷单元，而且在制冷剂循环中的制冷剂流动方向相反的状态下，还可以被用作一制热单元。与通常的热泵型结构一样，该制冷/制热单元20包括一压缩机21、一四通阀23、一室外热交换器25、一室外风扇26、一膨胀装置27以及一室内热交换器29。
特别地，一空气预热热交换器30设置在室外热交换器25的侧面，以在该制冷/制热单元20的制热操作过程中，利用燃气发动机1的废热预热穿过室外热交换器25周围的空气。
为了将废热供给至该制冷/制热单元20，该热电联产系统还包括一冷却水热交换器5，用以回收用于冷却燃气发动机1的冷却水的热量；以及一废气热交换器9，其设置在一排气管道7处，用以回收废气的热量。
该冷却水热交换器5和废气热交换器9通过热传递介质流经的热传递管线11与制冷/制热单元20的空气预热热交换器30连接，以便在制冷/制热单元20的制热操作过程中，将废热供给至空气预热热交换器30。由此，该热电联产系统回收发动机的热量和废气的热量，利用回收到的热量通过空气预热热交换器30预热室外空气，并且使被预热的空气与室外热交换器25进行热交换，从而避免了当室外空气的温度较低时可能发生的制冷/制热单元20的制热性能降低的问题。
当制冷/制热单元20在制冷模式下运转时，由于无需提供废热，热传递介质的流动路径变为与和热传递管线11连接的散热管线13相通。在此情形下，废热通过一散热器17释放到大气，或者将废热供给至并且使用于热水器、热水供应系统或其它系统中，其中该散热器17包括一热交换器15和一散热器风扇16。
在图1中，附图标记P代表泵，每一个泵用来强制热传递介质流经热传递管线11的相关部分，附图标记V代表阀，每一个阀用来在热传递管线11和散热管线13之间转换热传递介质的流动路径。
然而，由于从燃气发动机1产生的废热仅用于通过空气预热热交换器30来预热室外热交换器25，所以这种传统的热电联产系统在制热操作过程中限制了制热性能的提高。
发明内容
考虑到上述问题创作了本发明，本发明的一个目的是提供一种热电联产系统，其包括在制热操作过程中通过发动机的废热进行加热的一附加的室外热交换器，从而实现废热利用效率的提高和制热性能的提高。
根据一个方案，本发明提供一种热电联产系统，包括：一发动机，其驱动一发电机以进行发电；一制冷/制热单元，其包括一热泵型的制冷剂循环，用以在该热电联产系统的制冷操作过程中，依次通过至少一个压缩机、一四通阀、一第一室外热交换器、一第一膨胀装置及一室内热交换器来循环制冷剂；以及一消耗废热制热单元，其包括一制冷剂循环，用以在热电联产系统的制热操作过程中，依次通过该压缩机、该四通阀、该室内热交换器、一第二膨胀装置及通过该发动机的废热进行加热的一第二室外热交换器来循环制冷剂。
该消耗废热制热单元还可包括：一加热器，用以利用由该发动机产生的电来加热通过该消耗废热制热单元循环的制冷剂。
该消耗废热制热单元还可包括：旁路设备(bypass means)，以使从该室内热交换器排出的部分制冷剂不穿过该第二室外热交换器而流动。
该消耗废热制热单元还可包括：一制冷剂管线和一阀，用以在必要时引导从该第二室外热交换器排出的制冷剂穿过该第一室外热交换器。
该热电联产系统还可包括：一冷却水热交换器，用以回收该发动机的冷却水的热量；以及一废气热交换器，用以回收该发动机的废气的热量。该第二室外热交换器可以从该冷却水热交换器和该废气热交换器中的至少一个接收热量。
该发动机、该第二室外热交换器及该第二膨胀装置可设置在一发动机室中。
该压缩机、该四通阀、该第一室外热交换器及该第一膨胀装置可设置在一室外单元中。
该压缩机、该室内热交换器、该第一室外热交换器及该第二室外热交换器中的每一个都包括有多个，其与该压缩机、该室内热交换器、该第一室外热交换器及该第二室外热交换器中的其它装置结合。
由于本发明的该热电联产系统包括一分离的室外热交换器，以在制热操作过程中接收来自发动机的废热，所以可以在制热操作过程中最大化地利用发动机的废热，并且实现制热性能的提高。
附图说明
在参考附图阅读完以下的详细描述之后，本发明的上述目的、其它特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是显示传统的热电联产系统的示意性结构图；
图2是显示根据本发明的一典型实施例的热电联产系统的示意性结构图；
图3是显示包括在该热电联产系统中的发动机室的示意性结构图；以及
图4是显示根据本发明的另一典型实施例的热电联产系统的示意性结构图，在该实施例中使用了多个室内热交换器。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述根据本发明的热电联产系统的典型实施例。
图2是显示根据本发明的一典型实施例的热电联产系统的示意性结构图。图3是显示包括在该热电联产系统中的发动机室的示意性结构图。
如图2所示，该热电联产系统包括：一发动机50，用以驱动一发电机52，由此进行发电；以及一制冷/制热单元60。该制冷/制热单元60使用一热泵型的制冷剂循环，其中，在该热电联产系统的制冷操作过程中，依次通过至少一个压缩机61、一四通阀62、一第一室外热交换器63、一第一膨胀装置64及一室内热交换器65循环制冷剂。该热电联产系统还包括一消耗废热制热单元70。该消耗废热制热单元70使用一制冷剂循环，其中，在该热电联产系统的制热操作过程中，依次通过该压缩机61、该四通阀62、该室内热交换器65、一第二膨胀装置71及通过发动机50的废热进行加热的一第二室外热交换器73循环制冷剂。
该发动机50、第二室外热交换器73及第二膨胀装置71设置在发动机室E中。
使用矿物燃料，例如天然气或石油气驱动该发动机50。该发电机52将电供给至该制冷/制热单元60和其它系统。
特别地，如图3所示，作为安装在发动机室E中用以将发动机50的废热供给至消耗废热制热单元70的第二室外热交换器73的附加装置，这里还设置一冷却水热交换器56，其经由一冷却水管线55连接至发动机50，用以回收发动机50的冷却水的热量；一废气热交换器58，其设置在排气管道54处，用以回收从发动机50排出的废气的热量；以及一热传递管线57，其穿过冷却水热交换器56和废气热交换器58延伸，并且将从冷却水热交换器56和废气热交换器58吸收的热量传递至第二室外热交换器73。
该热电联产系统还包括一散热热交换器59，用以将发动机50的废热供给至需要废热的其它系统，或者当不需向该第二室外热交换器73传递废热时向大气散发废热。为此，从热传递管线57分出来的旁路管线59a，穿过散热热交换器59。阀V同样设置在热传递管线57处，以在热传递管线57和旁路管线59a之间改变热传递介质的路径。
在制冷剂的管线处可以设置一加热器H，以利用通过发动机50的驱动力由发电机52产生的电，加热通过制冷/制热单元60和消耗废热制热单元70循环的制冷剂，由此实现制热性能的提高。
该加热器H可以设置在制冷剂管线上的任意合适的位置处。优选地，在其它耗电部件，例如压缩机61中使用发电机52产生的电之后，使用剩余的电启动该加热器H。
在图3中，附图标记P代表泵，每一个泵都强制热交换介质流经相关的管线，并且附图标记59b代表一散热器风扇。
同时，该第二膨胀装置71和第二室外热交换器73依次连接至制冷剂管线75，该制冷剂管线75是从连接至该第二室外热交换器73的出口的制冷剂管线76分出来的。该制冷剂管线76连接至四通阀62。
当根据制热操作使制冷剂通过第二膨胀装置71和第二室外热交换器73进行循环时，为了消除在第二膨胀装置71和第二室外热交换器73处产生的制热超负荷，该热电联产系统还包括一旁路设备，以使从室内热交换器65排出的部分制冷剂流经在第二室外热交换器73出口侧的制冷剂管线76而不穿过第二室外热交换器73。该旁路设备包括：一旁路管线77，其在制冷剂管线75的入口端和第二室外热交换器73的出口侧之间连接；以及一阀77V，用以在制冷剂管线76和旁路管线77之间改变制冷剂路径。
为了引导从第二室外热交换器73排出的制冷剂穿过第一室外热交换器63，必要时，当第二室外热交换器73周围的环境温度高于第二室外热交换器73的制冷剂蒸发温度时，该热电联产系统还包括：一制冷剂管线78，其连接于制冷剂管线76和第一室外热交换器63之间；以及一阀78V，用以在制冷剂管线76和制冷剂管线78之间改变制冷剂路径。在此情形下，消耗废热制热单元70可具有判断第二室外热交换器73周围的环境温度是否高于第二室外热交换器73的制冷剂蒸发温度的功能。
同时，与通常的空调一样，压缩机61、四通阀62、第一室外热交换器63及第一膨胀装置64组成一室外单元O。室内热交换器65安装在需要制冷/制热的有限空间中。
尽管结合其中仅使用一个室内热交换器65的情形描述了本发明，但也可以使用多个串联或并联至制冷剂管线的室内热交换器。而且，在必要时可以根据给定的设计条件使用多个包括有一个压缩机61和一个室外热交换器63的室外单元O。
在图2中，附图标记C代表一种止回阀型的分配器，用以沿预定的方向分配制冷剂。
同时，根据给定的设计条件或给定的需求，上述热交换器可以具有多种热传递结构，例如，通过一热导体进行热传递的热传递结构，或者通过在热交换器中的流体进行热传递的热传递结构。
图4是显示根据本发明的另一典型实施例的热电联产系统的示意性结构图，在该热电联产系统中，使用了多个室内热交换器。在此情形下，多个室内热交换器65A，65B和65C串联或并联地设置在一个单独的制冷/制热单元60中，以分别制冷/制热多个有限空间。
在此情形下，根据上述设置，可以使用多个制热/制冷单元60或多个发动机室E。
与图2对应的图4的结构中的组成部件分别以同样的附图标记代表，并且不再给出其描述。
根据给定的设计条件或给定的需求，上述热交换器可以具有多种热传递结构，例如，通过一热导体进行热传递的热传递结构，或者通过在热交换器中的流体进行热传递的热传递结构。
以下将描述根据本发明的热电联产系统的运转。
由发动机50的驱动力产生的电可以用来运行耗电部件，例如制冷/制热单元60的压缩机61及不同的控制器。在热电联产系统的制热操作过程中，多余的电还可以供给至加热器H以加热相关的制冷剂管线。
在热电联产系统的制热操作过程中，与通常的热泵型的制冷剂循环一样，制冷剂依次流经压缩机61、四通阀62、用作冷凝器的第一室外热交换器63、第一膨胀装置64及用作蒸发器的室内热交换器65，然后在再次穿过四通阀62之后，顺序地流经收集器(accumulator)68和压缩机61。
另一方面，在热电联产系统的制冷操作过程中，与通常的热泵型的制冷剂循环一样，四通阀62改变制冷剂路径，从而制冷剂依次流经压缩机61、四通阀62、在向有限空间供给冷空气的同时用作冷凝器的室内热交换器65、第二膨胀装置71、通过发动机50的废热加热的第二室外热交换器73，然后在再次穿过四通阀62之后，顺序地流经收集器68和压缩机61。
当在制热操作过程中产生制热超负荷时，从室内热交换器65排出的一部分制冷剂根据阀77V的操作流经旁路管线77，从而通过在第二室外热交换器73的出口侧的制冷剂管线76循环制冷剂，而不穿过第二室外热交换器73。
当确定第二室外热交换器73周围的环境温度高于第二室外热交换器73的制冷剂蒸发温度时，从第二室外热交换器73排出的制冷剂根据阀78V的操作经由制冷剂管线78穿过第一室外热交换器63，然后顺序地流经四通阀62和压缩机61。
从上述描述中可以清楚，本发明的热电联产系统包括一分离的室外热交换器，用以在制热操作过程中接收发动机的废热，从而可以在制热操作过程中最大化地利用发动机的废热，并且可以实现制热性能的提高。
尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员应当理解，只要不脱离所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神，可以进行各种修改、补充和替换。

Claims (10)

1.一种热电联产系统，包括：
一发动机(50)，其驱动一发电机(52)以进行发电；
一制冷/制热单元(60)，其包括一热泵型的制冷剂循环，用以在该热电联产系统的制冷操作过程中，依次通过至少一个压缩机(61)、一四通阀(62)、一第一室外热交换器(63)、一第一膨胀装置(64)及一室内热交换器(65)循环制冷剂；以及
一消耗废热制热单元(70)，其包括一制冷剂循环，用以在该热电联产系统的制热操作过程中，依次通过该压缩机(61)、该四通阀(62)、该室内热交换器(65)、一第二膨胀装置(71)及通过该发动机(50)的废热进行加热的一第二室外热交换器(73)循环制冷剂。
2.如权利要求1所述的热电联产系统，其中该消耗废热制热单元(70)还包括：
一加热器(H)，用以利用从该发动机(50)产生的电加热通过该消耗废热制热单元(70)循环的制冷剂。
3.如权利要求1所述的热电联产系统，其中该消耗废热制热单元(70)还包括：
旁路设备(77，77V)，以使从该室内热交换器(65)排出的部分制冷剂不穿过该第二室外热交换器(73)而流动。
4.如权利要求1所述的热电联产系统，其中该消耗废热制热单元(70)还包括：
一制冷剂管线(78)和一阀(78V)，用以在必要时引导从该第二室外热交换器(73)排出的制冷剂穿过该第一室外热交换器(63)。
5.如权利要求1所述的热电联产系统，其中该第二室外热交换器(73)接收用于冷却该发动机(50)的冷却水的热量。
6.如权利要求1所述的热电联产系统，其中该第二室外热交换器(73)接收从该发动机(50)排出的废气的热量。
7.如权利要求1所述的热电联产系统，其中还包括：
一冷却水热交换器(56)，用以回收该发动机(50)的冷却水的热量；以及
一废气热交换器(58)，用以回收该发动机(50)的废气的热量，
其中该第二室外热交换器(73)从该冷却水热交换器(56)和该废气热交换器(58)中的至少一个接收热量。
8.如权利要求1所述的热电联产系统，其中该发动机(50)、该第二室外热交换器(73)及该第二膨胀装置(71)设置在一发动机室(E)中。
9.如权利要求1所述的热电联产系统，其中该压缩机(61)、该四通阀(62)、该第一室外热交换器(63)及该第一膨胀装置(64)设置在一室外单元(O)中。
10.如权利要求1所述的热电联产系统，其中该压缩机(61)、该室内热交换器(65)、该第一室外热交换器(63)及该第二室外热交换器(73)中的每一个都包括有多个，其与该压缩机(61)、该室内热交换器(65)、该第一室外热交换器(63)及该第二室外热交换器(73)中的其它装置结合。
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