CN1896644A - 热电联产系统 - Google Patents

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Abstract

一种热电联产系统构成为：将从发动机回收的废热通过废热供应热交换器提供至热泵型空调，由此使制热容量和效率最大化。废热供应热交换器连接管道形成为：引导从室内机流出的制冷剂通过废热供应热交换器进入室外机，从而使废热供应热交换器与热泵型空调之间的流路最小化，由此减小安装成本和流阻。

Description

热电联产系统
技术领域
本发明涉及一种热电联产系统，更具体地涉及一种通过废热供应热交换器将发动机等的废热提供至热泵型空调来提高制热容量和效率并且根据来自空调的运行信号使发动机和发电机运行的热电联产系统，由此使热泵型空调与废热供应热交换器之间的流路最小化，并且减小安装成本和流阻。
背景技术
通常，热电联产系统是一种能够从单一能源既产生电又产生热的系统。
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：发电机2，其产生电力；驱动源10，例如发动机(下文中，将驱动源10称为“发动机”)，其用于驱动发电机2并且产生热；废热回收器20，回收发动机10产生的废热；以及热消耗装置30，例如蓄热槽，其利用由废热回收器20回收的废热。
发电机2产生的电力被提供至包括热泵型空调4的各种家用电器和各种家用照明装置。
发电机2和发动机10安装在发动机室(E)中，该发动机室与热消耗装置30分离设置。
热泵型空调4包括压缩机5、四通阀6、室内热交换器7、膨胀装置8和室外热交换器9。
当热泵型空调4以制冷模式运行时，每个压缩机5压缩引入其中的制冷剂。压缩后的制冷剂依次通过四通阀6、室外热交换器9、膨胀装置8和室内热交换器7，并且通过四通阀6返回至压缩机5。在这种情况下，每个室外热交换器9均用作冷凝器，而每个室内热交换器7均用作蒸发器，以从室内空气吸收热量。
另一方面，当热泵型空调4以制热模式运行时，每个压缩机5中压缩的制冷剂依次通过四通阀6、室内热交换器7、膨胀装置8和室外热交换器9，并且通过四通阀6返回至压缩机5。在这种情况下，每个室外热交换器9均用作蒸发器，而每个室内热交换器7均用作冷凝器，以加热室内空气。
废热回收器20包括：废气热交换器22，其从发动机10排出的废气吸收热量；以及冷却水热交换器24，其从用于冷却发动机10的冷却水吸收热量。
废气热交换器22经由第一供热管线23而与热消耗装置30连接。因此，废气热交换器22能够将从发动机10的废气吸收的废热经由第一供热管线23传递至热消耗装置30。
冷却水热交换器24经由第二供热管线25而与热消耗装置30连接。因此，冷却水热交换器24能够将从发动机10的冷却水吸收的废热经由第二供热管线25传递至热消耗装置30。
但是，传统热电联产系统存在这样的问题：废气热交换器22和冷却水热交换器24回收的废热仅用于热消耗装置30中的热水供应、暖水等，从而不能使热电联产系统的效率最大化。
发明内容
本发明致力于解决上述现有技术的问题，并且提供一种热电联产系统，该系统能够通过废热供应热交换器将发动机等的废热用在热泵型空调中而使其效率最大化，并且能够使将制冷剂引导至废热供应热交换器的流路最小化。
为了实现这些以及其它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：发电机；驱动源，用于驱动该发电机并且产生热；废热回收单元，回收该驱动源的废热；热泵型空调，由该发电机提供电力，并且包括室内机和室外机；废热供应热交换器，将该废热回收单元回收的热提供至该热泵型空调；以及废热供应热交换器连接管道，适用于在该热泵型空调的制热运行期间，引导从该室内机流出的制冷剂通过该废热供应热交换器进入该室外机。
该废热供应热交换器连接管道包括：室内机连接管道，连接该废热供应热交换器与该室内机；以及室外机连接管道，连接该废热供应热交换器与该室外机。
在该废热供应热交换器连接管道上形成有第一旁通管道，用于在该热泵型空调的制冷运行期间，引导从该室外机流出的制冷剂绕过该废热供应热交换器。
在该第一旁通管道上设置有第一止回阀，用于在该热泵型空调的制热运行期间，防止从该室内机流出的制冷剂回流至该第一旁通管道。
在该废热供应热交换器连接管道上设置有膨胀阀，用于在该热泵型空调的制热运行期间，使引入该废热供应热交换器中的制冷剂膨胀。
在该废热供应热交换器连接管道上形成有第二旁通管道，用于根据室外温度绕过该膨胀阀；并且在该第二旁通管道上设置有第一制热阀，用于打开和关闭该第二旁通管道。
在该废热供应热交换器连接管道上设置有第二止回阀，用于在该热泵型空调的制热运行期间，防止从该室外热交换器流出的制冷剂回流至废热供应热交换器。
该室外机包括：室外热交换器连接管道，用于连接该室外机连接管道与室外热交换器；以及压缩机连接管道，用于连接该室外机连接管道与该室外机中压缩机的吸入侧。
在该压缩机连接管道上设置有第二制热阀，用于在该热泵型空调处于制热模式并且室外温度低于设定温度时，打开该压缩机连接管道。
该室外热交换器连接管道包括：制冷路径，适用于在该热泵型空调的制冷运行期间，引导经过该室外热交换器的制冷剂流过该制冷路径；以及制热路径，适用于在该热泵型空调处于制热模式并且室外温度高于设定温度时，引导经过该废热供应热交换器的制冷剂进入该室外热交换器。
在该制冷路径上设置有制冷阀，用于在该热泵型空调的制冷运行期间，打开该制冷路径。
在该制热路径上设置有室外膨胀阀，用于使经过该制热路径的制冷剂膨胀。
根据本发明由此构成的热电联产系统构成为：通过废热供应热交换器将从发动机回收的废热提供给热泵型空调，由此使制热容量和效率最大化。
此外，废热供应热交换器连接管道形成为：引导从室内机流出的制冷剂通过废热供应热交换器进入室外机，从而使废热供应热交换器与热泵型空调之间的流路最小化，由此减小安装成本和流阻。
此外，本发明的热电联产系统的优点在于：即使在安装额外的室内机和室外机时，也易于连接废热供应热交换器。
此外，本发明的热电联产系统的优点在于：因为在热泵型空调以制热模式运行并且室外温度低于设定温度时，由废热供应热交换器蒸发制冷剂，所以无论室外温度是多少，都能够提供恒定的制热容量，并且防止室外热交换器结霜。
此外，本发明的热电联产系统的优点在于：因为在热泵型空调以制热模式运行并且室外温度高于设定温度时，仅室外热交换器用作蒸发器，所以能够仅通过外部电源运行热泵型空调。
此外，本发明的热电联产系统的优点在于：废热供应热交换器和室外热交换器均能够用作蒸发器。
附图说明
图1是根据现有技术的热电联产系统的示意图；
图2是在热泵型空调以制冷模式运行时根据本发明的热电联产系统的示意图；
图3是在热泵型空调以制冷模式运行并且室外温度低于设定温度时根据本发明的热电联产系统的示意图；以及
图4是在热泵型空调以制热模式运行并且室外温度高于设定温度时根据本发明的热电联产系统的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图说明根据本发明的热电联产系统的典型实施例。
根据本发明的热电联产系统及其控制方法具有多个典型实施例，下面将说明最佳实施例。
图2是在热泵型空调以制冷模式运行时根据本发明的热电联产系统的示意图。图3是在热泵型空调以制冷模式运行并且室外温度低于设定温度时根据本发明的热电联产系统的示意图。图4是在热泵型空调以制热模式运行并且室外温度高于设定温度时根据本发明的热电联产系统的示意图。
如图2至图4所示，根据本发明实施例的热电联产系统包括：发电机50；驱动源，其用于驱动发电机50并且产生热；废热回收单元60，其回收驱动源的废热；热泵型空调100，其由发电机50供电，并且包括室内机101和室外机102；废热供应热交换器70，其将废热回收单元60回收的热提供至热泵型空调100；以及废热供应热交换器连接管道80，其适用于在热泵型空调100的制热运行期间，引导从室内机101流出的制冷剂通过废热供应热交换器70进入室外机102。
发电机50可以是交流发电机或者是直流发电机。发电机50包括与驱动源的输出轴连接的转子，从而使发电机50在输出轴旋转期间产生电力。
发电机50经由电力线51连接以提供产生的电力。
驱动源包括燃料电池或者发动机52，其使用诸如燃气(gas)或者石油的化石燃料而运行。下面将仅结合驱动源包括发动机52的情况进行说明。
在发动机52上安装有燃料注入口53和排气管54，燃料注入口53用于注入诸如燃气或者石油的燃料，从发动机52排出的废气经过排气管54。
废热回收单元60包括：冷却水热交换器61，其经由冷却水管线64而与发动机52连接，以回收发动机52的冷却水的热量；第一废气热交换器62，其设置在排气口54上，以回收从发动机52排出的废气的热量；以及第二废气热交换器63，其设置在排气口54上，以回收经过第一废气热交换器62的废气的余热。
冷却水循环泵65设置在冷却水管线64上以使冷却水循环。
冷却水热交换器61、第一废气热交换器62和第二废气热交换器63经由热传递单元而与废热供应热交换器70连接。
热传递单元包括热介质循环管道66，用于引导热介质通过冷却水热交换器61、第二废气热交换器63、第一废气热交换器62和废热供应热交换器70循环。
热介质循环泵67设置在热介质循环管道66上以抽送热介质。
膨胀槽68设置在热介质循环泵67的入口侧，膨胀槽68用于容纳热介质循环时所产生的气体。
同时，热电联产系统还包括散热热交换器90，其适用于在热泵型空调100的制冷运行期间辐射由废热回收单元60回收的热量。
散热热交换器90经由散热旁通管道91而与热介质循环管道66连接，从而使经过热介质循环管道66的热介质绕过废热供应热交换器70。
三通阀设置在散热旁通管道91与热介质循环管道66的接合处。
下面将仅结合散热热交换器的热量散发到空气中并且该热量也可用在热水供应槽或者蓄热槽中的情况，说明根据本发明实施例的热电联产系统。
散热风扇93设置在散热热交换器90上，以将室外空气吹送至散热热交换器90。
同时，热泵型空调100可构造为：室内机101和室外机102为单个，或者室内机101和室外机102至少其中之一为多个。这里将仅结合热泵型空调包括多个室内机101和多个室外机102的情况进行下面的说明。
多个室内机101中的每个室内机均包括室内膨胀阀103和室内热交换器104，并且多个室外机102中的每个室外机均包括压缩机105、四通阀106、室外热交换器107和室外膨胀阀108。
室内机101和室外机102通过制冷剂循环路径110互连。
同时，废热供应热交换器连接管道80包括：室内机连接管道81，其连接废热供应热交换器70和室内机101；以及室外机连接管道82，其连接废热供应热交换器70和室外机102。
也就是说，废热供应热交换器70通过每个单一流路分别与室内机101和室外机102连接。
第一旁通管道83形成在室内机连接管道81与室外机连接管道82之间，用于在热泵型空调100的制冷运行期间，引导从室外机102流出的制冷剂绕过废热供应热交换器70而直接进入室内机101。
第一止回阀84设置在第一旁通管道83上，用于在热泵型空调100的制热运行期间，防止从室内机101流出的制冷剂回流至第一旁通管道83。
膨胀阀85设置在室内机连接管道81上，用于在热泵型空调100的制热运行期间，使从室内机101引入废热供应热交换器70的制冷剂膨胀。
第二旁通管道86形成在室内机连接管道81上，用于根据室外温度绕过膨胀阀85，并且第一制热阀87设置在第二旁通管道86上，用于打开和关闭第二旁通管道86。
第二止回阀88设置在室外机连接管道82上，用于在热泵型空调100的制热运行期间，防止从室外热交换器107流出的制冷剂回流至废热供应热交换器70。
室外机102包括：室外热交换器连接管道120，用于连接室外机连接管道82与室外热交换器107；以及压缩机连接管道125，用于连接室外机连接管道82与压缩机105的吸入侧。
室外热交换器连接管道120包括：制冷路径121，其适用于在热泵型空调100的制冷运行期间，引导经过室外热交换器107的制冷剂流过制冷路径121；制热路径122，其适用于在热泵型空调100处于制热模式并且室外温度高于设定温度时，引导经过废热供应热交换器70的制冷剂进入室外热交换器107。
制冷阀123设置在制冷路径121上，用于在热泵型空调100的制冷运行期间打开制冷路径121。
室外膨胀阀108设置在制热路径122上，用于使经过制热路径122的制冷剂膨胀。
第二制热阀126设置在压缩机连接管道125上，用于在热泵型空调100处于制热模式并且室外温度低于设定温度时，打开压缩机连接管道125。
下面将说明具有上述结构的热电联产系统的运行。
当驱动发动机52时，发电机50通过发动机52的驱动力而产生电。由发电机50产生的电被提供至热泵型空调100。
来自发动机52的废气废热和冷却水废热分别由冷却水热交换器61和第一、第二废气热交换器62、63回收。
由热介质循环泵67抽送热介质循环管道66上的热介质，从而使热介质在经过冷却水热交换器61、第二废气热交换器63和第一废气热交换器62的同时回收废热。
同时，如图2所示，在热泵型空调100的制冷运行期间，三通阀92打开散热管道91，从而将回收的热量经由散热热交换器90散发到空气中。
在室外机102中，驱动压缩机105，并且四通阀106切换至制热模式。
由此，在压缩机105中压缩的制冷剂按顺序通过四通阀106和室外热交换器107。
打开冷却阀123，由此打开冷却路径121，从而使经过室外热交换器107的制冷剂通过冷却路径121从室外机102排出。
此时，关闭室外膨胀阀108和第二制热阀126，由此隔断压缩机连接管道125和制热路径122。
从室外机102流出的制冷剂被引入室外机连接管道82，然后经由第一旁通管道83流至室内机连接管道81，然后被引入室内机101。
此时，分别关闭第一制热阀87和膨胀阀85以防止将制冷剂引入废热供应热交换器70。
引入室内机101的制冷剂经过室内膨胀阀103和室内热交换器104，然后经由制冷剂循环路径110重新循环至室外机102中。
另一方面，如图3所示，当热泵型空调100以制热模式运行并且室外温度低于设定温度时，不使用室外热交换器107，而仅将废热供应热交换器70用作蒸发器。
首先，三通阀92打开热介质循环管道66以将热介质引导至废热供应热交换器70。
由热介质循环泵67抽送热介质循环管道66上的热介质，从而使热介质在经过冷却水热交换器61、第二废气热交换器63和第一废气热交换器62的同时回收废热，随后回收的废热被传递至废热供应热交换器70。
在室外机102中，驱动压缩机105，并且四通阀106切换至制热模式。
在压缩机105中压缩的制冷剂经过四通阀104和室内膨胀阀103，然后经由室内机连接管道81被引入废热供应热交换器。
此时，打开膨胀阀85，并且关闭第一制热阀87，由此隔断第二旁通管道86。
由此，从室内机101流出的制冷剂不经过第二旁通管道86，而经过膨胀阀85。
在膨胀阀85中膨胀的制冷剂在经过废热供应热交换器70的同时，被提供热量，随后经由室外机连接管道82被引入室外机102。
在室外机102中，打开第二制热阀126，由此打开压缩机连接管道125，并且关闭制冷阀123和室外膨胀阀108，由此分别隔断制冷路径121和制热流经122。
由此，引入室外机102的制冷剂未被引入室外热交换器107，而是经由压缩机连接管道125循环至压缩机105中。
也就是说，当室外温度低于设定温度时，不使用室外热交换器107，而仅使用废热供应热交换器70。
因此，无论室外温度是多少，都能够提供恒定的制热容量，并且防止室外热交换器107结霜。
同时，如图4所示，当热泵型空调100处于制热模式并且室外温度高于设定温度时，仅室外热交换器107用作蒸发器。
也就是说，不驱动发动机52，从而仅从外部电源为热泵型空调100提供市电。
由此，在压缩机105中压缩的制冷剂经由四通阀106从室外机102排出，然后被引入室内机101。
引入室内机101的制冷剂经过室内热交换器104和室内膨胀阀103，然后经由室内机连接管道81而经过废热供应热交换器70。
此时，打开第一制热阀87，由此打开第二旁通管道86，并且关闭膨胀阀85。
由此，制冷剂不经过膨胀阀85，而经由第二旁通管道86以经过废热供应热交换器70。
这里，因为未驱动发动机52，所以不能为废热供应热交换器70提供发动机52的废热，从而废热供应热交换器70不用作蒸发器。
经过废热供应热交换器70的制冷剂被引入室外机102。
此时，打开室外膨胀阀，由此打开制热路径122，并且关闭第二制热阀126和制冷阀123，由此分别隔断压缩机连接管道125和制冷路径121。
由此，引入室外机102中的制冷剂被引入制热路径122，并且在室外膨胀阀108中膨胀，随后在室外热交换器107中蒸发。
在室外热交换器107中蒸发的制冷剂循环至压缩机105中。
因此，当热泵型空调100处于制热模式并且室外温度高于设定温度时，仅室外热交换器107用作蒸发器，由此在发动机52或者发电机50出现故障时，能够通过外部电源运行热泵型空调100。
下面将说明根据本发明由此构成的热电联产系统的效果。
根据本发明由此构成的热电联产系统构成为：通过废热供应热交换器将从发动机回收的废热提供给热泵型空调，由此使制热容量和效率最大化。
此外，废热供应热交换器通过每个单一流路分别与室内机和室外机连接，从而使废热供应热交换器与热泵型空调之间的流路最小化，由此减小安装成本和流阻。
此外，本发明的热电联产系统的优点在于：即使在安装额外的室内机和室外机时，也易于连接废热供应热交换器。
此外，本发明的热电联产系统的优点在于：因为在热泵型空调以制热模式运行并且室外温度低于设定温度时，由废热供应热交换器蒸发制冷剂，所以无论室外温度是多少，都能够提供恒定的制热容量，并且防止室外热交换器结霜。
此外，本发明的热电联产系统的优点在于：因为在热泵型空调以制热模式运行并且室外温度高于设定温度时，仅室外热交换器用作蒸发器，所以能够仅通过外部电源运行热泵型空调。
此外，本发明的热电联产系统的优点在于：废热供应热交换器和室外热交换器均能够用作蒸发器。

Claims (12)

1、一种热电联产系统，包括：
发电机；
驱动源，用于驱动该发电机并且产生热；
废热回收单元，回收该驱动源的废热；
热泵型空调，由该发电机提供电力，并且包括室内机和室外机；
废热供应热交换器，将该废热回收单元回收的热提供至该热泵型空调；以及
废热供应热交换器连接管道，适用于在该热泵型空调的制热运行期间，引导从该室内机流出的制冷剂通过该废热供应热交换器进入该室外机。
2、如权利要求1所述的热电联产系统，其中，该废热供应热交换器连接管道包括：室内机连接管道，连接该废热供应热交换器与该室内机；以及室外机连接管道，连接该废热供应热交换器与该室外机。
3、如权利要求1所述的热电联产系统，其中，在该废热供应热交换器连接管道上形成有第一旁通管道，用于在该热泵型空调的制冷运行期间，引导从该室外机流出的制冷剂绕过该废热供应热交换器。
4、如权利要求3所述的热电联产系统，其中，在该第一旁通管道上设置有第一止回阀，用于在该热泵型空调的制热运行期间，防止从该室内机流出的制冷剂回流至该第一旁通管道。
5、如权利要求1所述的热电联产系统，其中，在该废热供应热交换器连接管道上设置有膨胀阀，用于在该热泵型空调的制热运行期间，使引入该废热供应热交换器中的制冷剂膨胀。
6、如权利要求5所述的热电联产系统，其中，在该废热供应热交换器连接管道上形成有第二旁通管道，用于根据室外温度绕过该膨胀阀；并且
在该第二旁通管道上设置有第一制热阀，用于打开和关闭该第二旁通管道。
7、如权利要求1所述的热电联产系统，其中，在该废热供应热交换器连接管道上设置有第二止回阀，用于在该热泵型空调的制热运行期间，防止从室外热交换器流出的制冷剂回流至该废热供应热交换器。
8、如权利要求2所述的热电联产系统，其中，该室外机包括：室外热交换器连接管道，用于连接该室外机连接管道与室外热交换器；以及压缩机连接管道，用于连接该室外机连接管道与该室外机中压缩机的吸入侧。
9、如权利要求8所述的热电联产系统，其中，在该压缩机连接管道上设置有第二制热阀，用于在该热泵型空调处于制热模式并且室外温度低于设定温度时，打开该压缩机连接管道。
10、如权利要求8所述的热电联产系统，其中，该室外热交换器连接管道包括：制冷路径，适用于在该热泵型空调的制冷运行期间，引导经过该室外热交换器的制冷剂流过该制冷路径；以及制热路径，适用于在该热泵型空调处于制热模式并且室外温度高于设定温度时，引导经过该废热供应热交换器的制冷剂进入该室外热交换器。
11、如权利要求8所述的热电联产系统，其中，在该制冷路径上设置有制冷阀，用于在该热泵型空调的制冷运行期间，打开该制冷路径。
12、如权利要求8所述的热电联产系统，其中，在该制热路径上设置有室外膨胀阀，用于使经过该制热路径的制冷剂膨胀。
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