CN1896643A - 热电联产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种热电联产系统，包括：具有室内机和室外机的空调；主机，其包括用于产生热的驱动源以及用于回收该驱动源的废热的废热回收装置；以及安装在该空调和该主机之间的分机，其包括用于向该空调提供该废热回收装置回收的热的废热供应热交换器。该热电联产系统的优点是热电联产部被分为主机和分机，主机包括发动机和发电机，使主机和分机能够被安装在不同的位置，从而使主机能够被安装在建筑的第一层或地下室，因而将由负荷产生的建筑振动或噪音最小化；分机能够被安装在空调附近，以将制冷剂通道的长度最小化，从而减小安装成本和流道阻力。

Description

热电联产系统
技术领域
本发明涉及一种热电联产系统，更具体地涉及这样一种热电联产系统，其中的热电联产部包括主机和分机，以使分机能够被安装在空调附近，从而缩短连接分机和空调的制冷剂通道的长度，由此减小安装成本和流道阻力。
背景技术
一般地，热电联产系统是一种能够从单一能源中产生电和热的系统。
图1是示意性示出根据现有技术的热电联产系统的框图。
如图1所示，根据现有技术的热电联产系统包括：热电联产部20，其包括用于产生电的发电机2、用于驱动发电机2的发动机4、用于回收由发动机4产生的废热的废热回收装置10、及诸如蓄热槽等使用废热回收装置10的废热的热需求点6；以及热泵型空调30，其由发电机2产生的电所驱动。
发电机2和热泵型空调30与用于供电的电力线8连接。
废热回收装置10包括：用于从发动机4排出的废气中除热的废气热交换器12，以及用于从已冷却了发动机4的冷却水中除热的冷却水热交换器14。
热泵型空调30包括：压缩机31、四通阀32、室内热交换器33、膨胀阀34以及室外热交换器35。
在由此构成的热电联产系统中，当发动机4运行时，发电机2借助发电机4的驱动力产生电。
发电机2产生的电经由电力线8提供至空调30，由此使空调30运行。
发动机4产生的废热被废热回收装置10回收，并被用于热需求点6中。
当发动机4停止时，发电机2也停止，从而停止从发电机2向空调30供电。
然而，根据现有技术的热电联产系统的问题是只有发电机2产生的电被提供到空调30，且发动机4回收的废热仅被用于在热需求点中提供热水、暖水等，从而不能使系统的效率最大化。除此以外的问题是热电联产部20的重量太大，从而造成了对于安装位置的限制。
发明内容
本发明致力于解决上述现有技术的问题，提供一种热电联产系统，其构成为使得热电联产部的电和废热均能被用于热泵型空调中，且能够克服对于热电联产部的安装位置的限制，从而提高系统效率。
为了实现这些和其它的优点并且根据本发明的意图，如在此具体实施及广泛描述的，本发明提供一种热电联产系统，包括：具有室内机和室外机的空调；包括用于产生热的驱动源以及用于回收驱动源的废热的废热回收装置的主机(main unit)；以及安装在空调和主机之间的分机(subunit)，该分机包括向空调提供废热回收装置回收的热的废热供应热交换器。
主机与分机通过热介质通道连接，将热从废热回收装置传递到废热供应热交换器的热介质能够通过该热介质通道循环。
热介质通道包括：安装为经过主机内的废热回收装置的主机热介质通道；安装为经过分机内的废热供应热交换器的分机热介质通道；以及连接主机热介质通道和分机热介质通道的机体连接通道。
分机与空调通过制冷剂通道连接，将热从废热供应热交换器传递到室外机的制冷剂能够通过该制冷剂通道循环。
制冷剂通道包括：安装为经过分机内的废热供应热交换器的分机制冷剂通道；安装为使得制冷剂能够通过空调进行循环的空调制冷剂通道；以及连接分机制冷剂通道和空调制冷剂通道的空调连接通道。
分机制冷剂通道设有旁路通道，用于在空调制冷运行期间使制冷剂绕过废热供热交换器，且该旁路通道设有第一止回阀，用于防止制冷剂回流。
分机制冷剂通道设有第二止回阀，用于防止已经经过废热供应热交换器的制冷剂回流。
分机制冷剂通道设有开关阀，用于在空调制冷运行期间防止制冷剂被引入废热供应热交换器。
分机设有散热器，用于散发废热回收装置回收的热。
主机进一步包括用于控制发动机的主机控制器；且分机进一步包括用于控制循环于分机内的热介质和制冷剂的通道的分机控制器。
根据本发明的热电联产系统的优点是：热电联产部被分为主机和分机，并在主机内包括发动机和发电机，因而使主机和分机能够被安装在不同的位置，从而使主机能够被安装在建筑的第一层或地下室中，将由负荷产生的建筑振动或噪音最小化；并且，分机能够被安装在空调附近，使制冷剂通道的长度最小化，因而减小安装成本和流道阻力。
另外，分机能够被安装在屋顶上，以便增强安装在分机上的散热器的散热效果。
另外，从发动机回收的废热通过废热供应热交换器被提供到空调，使制热性能和效率能够最大化。
另外，在空调制热运行和室外温度低于设定温度的情况下，制冷剂被废热供应热交换器蒸发，从而无论室外温度怎样，都能够得到恒定的制热性能，并且能够防止室外热交换器上结霜。
附图说明
图1是示意性示出根据现有技术的热电联产系统的框图；
图2A是显示根据本发明的热电联产系统在制冷运行时的热电联产部的示意图；
图2B是显示根据本发明的热电联产系统在制冷运行时的空调的示意图；
图3是显示根据本发明的热电联产系统在制热运行且室外温度低于设定温度时的示意图；以及
图4是显示根据本发明的热电联产系统在制热运行且室外温度高于设定温度时的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图说明根据本发明的热电联产系统的示范性实施例。
根据本发明的热电联产系统可以有多个示范性实施例，但以下将说明最佳实施例。
图2A是显示根据本发明的热电联产系统在制冷运行时的热电联产部的示意图。图2B是显示根据本发明的热电联产系统在制冷运行时的空调的示意图。图3是显示根据本发明的热电联产系统在制热运行且室外温度低于设定温度时的示意图。图4是显示根据本发明的热电联产系统在制热运行且室外温度高于设定温度时的示意图。
根据本发明的示范性实施例的热电联产系统包括：用于产生电的热电联产部50；以及通过热电联产部50产生的电和提供的热运行的空调100。
热电联产部50包括：安装在建筑的地下室或第一层的主机60；以及与主机60分开的、安装在空调100附近的分机80。
空调100包括室内机110和室外机120。关于室外机120和分机80的说明限于安装在建筑屋顶上的情况。
主机60包括：用于产生电的发电机61；用于驱动发电机61并产生热的驱动源；以及用于回收驱动源的废热的废热回收装置63。
分机80包括：用于向空调100提供废热回收装置63回收的热的废热供应热交换器81；以及用于散发废热回收装置63回收的热的散热器。
分机80安装在空调100和主机60之间。
发电机61是交流发电机或直流发电机，其转子与驱动源的输出轴连接，从而在输出轴旋转时产生电。
驱动源可以包括燃料电池，或包括使用如燃气或汽油等矿物燃料运行的发动机62，而此处的说明限于对发动机62的解释。
发动机62具有：使诸如燃气或汽油等燃料通过的燃料注入口67，以及使发动机62排出的废气通过的排放口68。
废热回收装置63包括：通过冷却水通道69与发动机62连接的冷却水热交换器64，用于回收发动机62的冷却水的热；安装在排放口68上的第一废气热交换器65，以便回收发动机62排出的废气的热；以及第二废气热交换器66，用于回收在第一废气热交换器65中已被去除过废热的废气中剩余的废热。
冷却水通道69设有用于循环冷却水的冷却水循环泵70。
主机60设有：用于向主机60吹入室外空气的通风扇71，以及用于驱动通风扇71的马达72。
主机60和分机80通过热介质通道51连接，将热从废热回收装置63传递到废热供应热交换器81的热介质能够同通过该热介质通道51循环。
热介质通道51包括：安装为经过主机60内的废热回收装置63的主机热介质通道52；安装为经过分机80内的废热供应热交换器81的分机热介质通道53；以及连接主机热介质通道52和分机热介质通道53的机体连接通道54。
主机热介质通道52连接制冷热交换器64、第二废气热交换器66、以及第一废气热交换器65。
在分机热介质通道53上，散热器通过散热通道83连接于废热供应热交换器81的入口侧。
在分机热介质通道53和散热通道83的连接部安装有三通阀84。
散热器是散热热交换器82，其将废热回收装置63回收的热向外散发，且散热热交换器82具有用于向散热热交换器吹入室外空气的散热扇85。
分机80上安装有：用于循环分机热介质通道53内的热介质的热介质循环泵54，以及用于收纳分机热介质通道53产生的气体的膨胀箱(expansion tank)86。
膨胀箱86安装在热介质循环泵54的入口侧。
分机80和空调100通过制冷剂通道101连接，将热从废热供应热交换器81传递到室外机120的制冷剂能够通过该制冷剂通道101循环。
制冷剂通道101包括：安装为经过分机80内的废热供应热交换器81的分机制冷剂通道102；安装为使得制冷剂能够通过空调100进行循环的空调制冷剂通道103；以及连接分机制冷剂通道102和空调制冷剂通道103的空调连接通道104。
分机制冷剂通道102设有用于使制冷剂在空调100制冷运行期间绕过废热供应热交换器81的旁路通道87。
旁路通道87设有用于防止制冷剂回流的第一止回阀88。
分机制冷剂通道102设有用于防止已经经过废热供应热交换器81的制冷剂回流的第二止回阀89。
第二止回阀89安装在废热供应热交换器81的出口侧。
分机制冷剂通道102设有用于防止制冷剂在空调100制冷运行期间被引入废热供应热交换器81的开关阀90。
开关阀90安装在废热供应热交换器81的入口侧。
主机60进一步包括用于控制发动机62的主机控制器73。分机80进一步包括用于控制循环于分机80内的热介质和制冷剂的通道的分机控制器91。
优选的是，主机控制器73和分机控制器91连接，使两者间能够进行通信。
主机60进一步包括主机温度传感器74，其感测通过废热回收装置63循环的热介质的温度，并且传输感测信号到主机控制器73。分机80进一步包括分机温度传感器，其感测通过废热回收装置63循环的制冷剂的温度，并且传输感测信号到分机控制器91。
空调100是热泵型空调。室外机120包括压缩机121、四通阀122、室外热交换器123、以及室外膨胀装置124；室内机110包括室内热交换器111和室内膨胀装置112。
室外机120和室内机110可以是单个或多个，在此的说明将是关于多个的情况。
在室外机120内，安装有室外热交换器旁路通道125，用于在空调100制热运行期间使已经经过室内机110的制冷剂能够绕过室外热交换器123。
在室外热交换器旁路通道125上安装有：在空调100制热运行期间开启的第一制热开关阀126，以及室外膨胀装置124。
在空调连接通道104上安装有在空调100制冷运行时开启以便向室外热交换器123提供制冷剂的制冷开关阀127。
在室外热交换器123的出口侧和空调制冷剂通道103之间安装有第三止回阀128，以便防止在空调100制冷运行时通过了室外热交换器123的制冷剂回流。
室外热交换器123与室外热交换器旁路通道125通过连接通道129连接，以便在空调制热运行及室外温度低于设定温度时将已经经过室外膨胀装置124的制冷剂引入到室外热交换器123。
用于开启和关闭连接通道129的第二制热开关阀130安装在连接通道129上。
在此，制冷开关阀127和第一制热开关阀126能够被安装在室外机120的内部或外部，但是下文的说明将是关于它们被安装在室外机120外部的情况。
以下将说明根据本发明示范性实施例而构成的热电联产系统的运行。
首先，当发动机62被驱动时，发电机61产生电，并且如图2A至图4所示，产生的电被提供到分机80和空调100等。
发动机62的废气的废热和冷却水的废热被冷却水热交换器64、第一废气热交换器65、以及第二废气热交换器66回收。
如图2A和图2B所示，在空调100的制冷运行中，主机热介质通道52上的热介质在依次循环通过冷却水热交换器64、第二废气热交换器66、以及第一废气热交换器65的同时，回收发动机62的废热。
回收了废热的热介质通过机体连接通道54被引入分机80。
此时，由于空调100在制冷运行中，三通阀84开启散热通道83，从而使引入到分机80的热介质通过散热热交换器82被散发到空气中。
并且，在空调100内，四通阀122切换到制冷模式。
由此，压缩机121中压缩的制冷剂通过四通阀122溢出室外机120，并被通过空调连接通道104和分机制冷剂通道102引入到分机80中。
分机80内的开关阀90关闭，引入到分机制冷剂通道102的制冷剂经过旁路通道87后进入室外机120。
也就是说，废热供应热交换器81被绕过了。
在室外机120内，制冷阀127开启，并且第一和第二制热开关阀126和129关闭，因而引入到室外机120的制冷剂经过室外热交换器123，然后通过空调制冷剂通道103被引入到室内机110。
也就是说，在空调100的制冷运行中，制冷剂绕过废热供应热交换器81，并被引入到室外热交换器123，从而使室外热交换器123被用作冷凝器。
已经经过室外热交换器123的制冷剂经过空调制冷剂通道103、室内膨胀装置122、以及室内热交换器111。
因此，室内热交换器111被用作蒸发器，室内温度变低。
另一方面，如图3所示，如果空调100在制热运行中且室外温度低于设定温度，则通过主机60并通过机体连接通道54引入到分机80内的制冷剂经过废热供应热交换器81。
在空调100内，四通阀122切换到制热模式，从而压缩机121内压缩的制冷剂被通过四通阀122、空调连接通道103、室内热交换器111、室内膨胀装置112、以及空调连接通道103再次引入到室外机120。
此时，第一制热开关阀126开启，第二制热开关阀130和制冷开关阀127关闭，从而使再次被引入到室外机120的制冷剂由于通过室外热交换器旁路通道125而绕过室外热交换器123。
绕过了室外热交换器123的制冷剂通过空调连接通道104被引入到分机80。
此时，在分机80内，开关阀90开启，使引入到分机80内的制冷剂通过废热供应热交换器81后进入室外机120。
也就是说，如果空调100在制热运行中且室外温度低于设定温度，则室内热交换器111被用作冷凝器，并且废热供应热交换器81被用作蒸发器。
由此，制冷剂在废热供应热交换器81内被蒸发，因而无论室外温度怎样变化都能够提供恒定的制热性能。
另一方面，如图4所示，如果空调100在制冷运行中且室外温度高于设定温度，则从主机60通过机体连接通道54被引入到分机80的热介质通过废热供应热交换器81。
在空调100内，四通阀122切换到制热模式，使压缩机121内压缩的制冷剂通过四通阀122、空调连接通道103、室内热交换器111、室内膨胀装置112、以及空调连接通道103被再次引入到室外机120。
此时，第一制热开关阀126关闭，且第二制热开关阀130和制冷开关阀127开启，使再次被引入到室外机120的制冷剂经过室外热交换器123。
已经经过室外热交换器123的制冷剂通过空调连接通道104被引入到分机80。
此时，在分机80内，开关阀90开启，使引入到分机80内的制冷剂通过废热供应热交换器81后进入室外机120。
也就是说，如果空调100在制热运行中且室外温度高于设定温度，则室内热交换器111被用作冷凝器，且室外热交换器123和废热供应热交换器81被用作蒸发器。
在分机温度传感器92感测分机制冷剂通道102和散热通道83的温度的同时，主机温度传感器74感测主机热介质通道52的温度。
主机温度传感器74传输感测信号到主机控制器73，主机控制器73控制发动机62的运行等。
分机温度传感器92传输感测信号到分机控制器91，分机控制器91通过控制三通阀84、开关阀90等来控制热介质和制冷剂的通道。
根据本发明的热电联产系统的优点是热电联产部被分为主机和分机，主机包括发动机和发电机，使主机和分机能够被安装在不同的位置，从而使主机能够被安装在建筑的第一层或地下室，以使负荷产生的建筑振动或噪音最小化，而分机能够被安装在空调附近，使制冷剂通道的长度最小化，从而减小安装成本和流道阻力。
另外，分机能够被安装在屋顶上，使安装在分机上的散热器的散热效果能够被增强。
另外，从发动机回收的废热通过废热供应热交换器被提供到空调，使制热性能和效率能够被最大化。
另外，在空调制热运行且室外温度低于设定温度的情况下，制冷剂被废热供应热交换器蒸发，因而无论室外温度怎样都能够得到恒定的制热性能，并且能够防止室外热交换器上结霜。

Claims (10)

1、一种热电联产系统，包括：
空调，具有室内机和室外机；
主机，包括用于产生热的驱动源以及用于回收该驱动源的废热的废热回收装置；以及
分机，安装在该空调和该主机之间，包括用于向该空调提供该废热回收装置回收的热的废热供应热交换器。
2、如权利要求1所述的热电联产系统，其中该主机和该分机通过热介质通道连接，从该废热回收装置向该废热供应热交换器传递热的热介质能够通过该热介质通道循环。
3、如权利要求2所述的热电联产系统，其中该热介质通道包括：主机热介质通道，安装为经过该主机内的该废热回收装置；分机热介质通道，安装为经过该分机内的该废热供应热交换器；以及机体连接通道，连接该主机热介质通道和该分机热介质通道。
4、如权利要求1或2所述的热电联产系统，其中该分机和该空调通过制冷剂通道连接，从该废热供应热交换器向该室外机传递热的制冷剂能够通过该制冷剂通道循环。
5、如权利要求4所述的热电联产系统，其中该制冷剂通道包括：分机制冷剂通道，安装为经过该分机内的该废热供应热交换器；空调制冷剂通道，安装为使制冷剂能够通过该空调进行循环；以及空调连接通道，连接该分机制冷剂通道和该空调制冷剂通道。
6、如权利要求5所述的热电联产系统，其中该分机制冷剂通道设有旁路通道，用于在该空调制冷运行期间使制冷剂绕过该废热供应热交换器；以及
该旁路通道设有第一止回阀，用于防止制冷剂回流。
7、如权利要求5所述的热电联产系统，其中该分机制冷剂通道设有第二止回阀，用于防止已经经过该废热供应热交换器的制冷剂回流。
8、如权利要求5所述的热电联产系统，其中该分机制冷剂通道设有开关阀，用于在该空调制冷运行期间防止制冷剂被引入到该废热供应热交换器。
9、如权利要求1所述的热电联产系统，其中该分机设有散热器，用于散发该废热回收装置回收的热。
10、如权利要求1所述的热电联产系统，其中该主机进一步包括主机控制器，用于控制该发动机；以及
该分机进一步包括分机控制器，用于控制在该分机内循环的热介质和制冷剂的通道。
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