CN204806735U

CN204806735U - 一种热机驱动vm循环热泵的分布式能源系统

Info

Publication number: CN204806735U
Application number: CN201420830965.9U
Authority: CN
Inventors: 谢英柏; 邓小冬; 周博滔; 赵金荷; 刘静雯
Original assignee: North China Electric Power University Baoding
Current assignee: North China Electric Power University Baoding
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2024-12-25

Abstract

本实用新型公开了一种热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统，属于分布式能源系统领域。该系统包括热机、发电机、VM循环热泵、排烟换热器、风机盘管等部件。热机消耗化石燃料驱动发电机发电，排出的烟气驱动VM循环热泵进行供暖或供冷。在冬季，风机盘管系统与VM循环热泵的室温腔连接进行供暖；在夏季，风机盘管系统则与VM循环热泵的冷腔连接进行供冷。同时本系统还设有热水供应系统。本分布式能源系统不仅可以供应电力、冷量或热量、生活热水，同时还具有节约能源、保护环境、运行和调节方式灵活等特点。特别适合于小容量用户的使用。

Description

一种热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统

技术领域

本实用新型属于分布式能源系统领域，尤其是一种耦合了VM循环热泵的分布式能源系统。

背景技术

分布式能源系统具有节约输变电成本、供电可靠性高、良好的环保性和实现能量的梯级利用等特点，有利于节约资源和保护环境。现有分布式能源系统多以中小型燃气轮机发电，然后组合余热锅炉和吸收式机组作为供冷和采暖设备，一般容量较大，适合作为小区或大型公共建筑。但是对于农村家庭用户或城市别墅型分散用户，由于所需要的电力、冷或热的需求相对较小，不适合采用中小型燃气轮机和吸收式机组。

对于这些小型用户，采用微型燃气轮机或内燃机和VM循环热泵十分合适。微型燃气轮机一般功率为几十到几百千瓦，内燃机功率范围也很广泛，相应的VM循环热泵容量也在几十到百千瓦量级。两者联合，足够供应面积在1000平米以下的单个用户。先进微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控和诊断等一系列技术特征。内燃机具有热能利用率高，功率范围广，适应性能好，结构紧凑，重量轻，体积小，燃料和水的消耗量也少，使用操作方便，起动快等特点。VM循环热泵也具有密封要求低、磨损小、振动小、噪音低、寿命长的优点，这些优点可以使系统的运行可靠。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种小容量的分布式能源系统，旨在节约资源、保护环境。探索分布式能源系统在实际应用中的各种可能途径。

本实用新型是这样实现的，由热机、VM循环热泵、发电机、风机盘管系统、空冷换热器、烟气换热器、水箱、烟气净化装置、四通阀、阀门、水泵组成整个分布式能源系统。所述VM循环热泵包括热腔(1)、室温腔(2)、冷腔(3)、热回热器(4)、冷回热器(5)、热腔换热器(6)、室温腔换热器(7)、冷腔换热器(8)、热推移活塞(9)、冷推移活塞(10)、曲柄连杆机构(11)。

进一步的，热机连接发电机，驱动发电机发电；热机排烟管路并联连接VM循环热泵的热腔入口和烟气换热器入口，VM循环热泵的热腔出口经管路也连接烟气换热器入口，烟气换热器出口经管路连接烟气净化装置入口，烟气净化装置出口通过管路与大气连通，这样形成排烟气通路；管路依次连接VM循环热泵的室温腔换热器、烟气换热器、水箱，形成加热水通路，实现供应生活热水；四通阀A四个接口分别连接VM循环热泵的室温腔换热器出口、VM循环热泵的冷腔换热器出口、空气换热器的入口、风机盘管系统入口，四通阀B四个接口分别连接VM循环热泵的室温腔换热器入口、VM循环热泵换热器的冷腔入口、空气换热器的出口、风机盘管系统出口，形成循环水回路，实现冬季供暖、夏季供冷。

进一步的，该系统设有两个四通阀调节循环水回路连接方式，包括与VM循环热泵室温腔换热的循环水回路、与VM循环热泵冷腔换热的循环水回路、与风机盘管系统换热的循环水回路、与空冷换热器换热的循环水回路；

所述的与VM循环热泵室温腔换热的循环水回路，包括经管路依次连接的四通阀B(19)的B2接口、VM循环热泵室温腔换热器(7)、阀门(25)、四通阀A(18)的A1接口；

所述的与VM循环热泵冷腔换热的循环水回路，包括经管路依次连接的四通阀B(19)的B3接口、VM循环热泵的冷腔换热器(8)、阀门(26)、四通阀A(18)的A2接口；

所述的与风机盘管系统换热的循环水回路，包括经管路依次连接的四通阀A(18)的A4接口、风机盘管系统(16)、水泵(20)、四通阀B(19)的B1接口；

所述的与空冷换热器换热的循环水回路，包括经管路依次连接的四通阀A(18)的A3接口、空冷换热器(17)、水泵(21)、四通阀B(19)的B4接口。

进一步的，该热机可以采用微型燃气轮机或内燃机；VM循环热泵冬季时采用供暖工况，夏季时采用供冷工况，是供冷或供暖部件。根据实际的的需求可以采用一台或多台VM循环热泵实现不同的供暖量或供冷量。

本实用新型提供的分布式能源系统主要优点如下：

1、节约资源，燃料进入热机中驱动发电机发电，排出的烟气进一步被VM循环热泵利用，然后再与水进行换热，实现能量的梯级利用。

2、环保性高，燃气轮机或内燃机具有低排放的特点，可以减少排气量，同时设有烟气净化装置，降低对于环境的污染。VM循环热泵工质为氦气、氮气等，不会对环境产生污染和破坏。选择自然工质水作为循环水回路的换热工质，不会影响周围环境。

3、系统调节和运行方式灵活，系统通过四通阀的调节可以实现冬季供热，夏季供冷。用户可以根据自己的需要通过调节燃料量控制整个系统的供热、供冷、供热水量。同时也可以控制阀门(27)单独控制供热水量和温度，控制阀门(23)、(24)单独控制供热量或供冷量。

附图说明

图1.热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统结构图

图2.微型燃气轮机驱动VM循环热泵的分布式能源系统的具体实施图

图3.内燃机驱动VM循环热泵的分布式能源系统的具体实施图

图中各标号含义如下：1-VM循环热泵热腔；2-VM循环热泵室温腔；3-VM循环热泵冷腔；4-热回热器；5-冷回热器；6-热腔换热器；7-室温腔换热器；8-冷腔换热器；9-热推移活塞；10-冷推移活塞；11-曲柄连杆机构；12-发电机；13-烟气换热器；14-水箱；15-烟气净化装置；16-风机盘管系统；17-空冷换热器；18-四通阀A；19-四通阀B；20、21、22-水泵；23、24、25、26、27-阀门；28-压气透平；29-燃烧室；30-透平；31-内燃机进气口；32-内燃机曲柄连杆机构；33-内燃机气缸；34-内燃机排气口；

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

VM循环热泵的工作原理参考中国专利CN101865566A。

如图1所示，本系统可以提供生活热水，冬季供暖，夏季供冷。主要工作过程为：燃料和空气被热机(微型燃气轮机或内燃机)利用，驱动发电机发电供给用户，热机排出的烟气驱动VM循环热泵进行工作，多余的烟气与VM循环热泵热腔换热器出来的烟气混合，进入烟气换热器，最后烟气经过烟气净化装置排放到大气中。微型燃气轮机排出的烟气驱动VM循环热泵进行工作时，通过四通阀的调节，实现冬季时，VM循环热泵的室温腔换热器与风机盘管系统连接，冷腔换热器与空气换热器连接，实现供暖；夏季时，VM循环热泵的室温腔换热器与空气换热器连接，冷腔换热器与风机盘管系统连接，实现供冷。生活热水这样得到：自来水首先经过VM循环室温腔换热器进行第一次加热，然后经过烟气换热器进行第二次加热，最后进入水箱中。

下面结合图2，介绍本系统的运行和调节工况的具体情况。

图2为微型燃气轮机作为动力部件的分布式能源系统的具体实施图，冬季工作时，首先四通阀A的A1和A4接通、A2和A3接通，四通阀B的B1和B2接通、B3和B4接通。

根据用户热负荷和电负荷的需求，本系统可以进行调节。首先保证微型燃气轮机排出的烟气可以提供足够热量驱动VM循环热泵满足热负荷的需求，在此基础上，如果发电量不足，可以向电网购电；如果发电量多余用户需求，可以输送给电网。

当微型燃气轮机排出的烟气的热量多于VM循环热泵供冷所需的驱动热量时，可以调节阀门(23)、(24)控制进入VM循环热泵热腔换热器(6)中的烟气量，从而保证供热量匹配热负荷。

当阀门(23)、(24)调节的烟气量不同时，调节阀门(27)控制与烟气换热的自来水流量，保证供应的热水量和温度。

夏季工作时，只需改变四通阀的连接方式，四通阀A的A1和A3接通、A2和A4接通，四通阀B的B1和B3接通、B2和B4接通。调节方式与冬季基本相同。

图3为内燃机作为动力部件的分布式能源系统的具体实施图，其具体实施方式与图2相同。

Claims

1.一种热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统，其特征在于：由热机、VM循环热泵、发电机、风机盘管系统、空冷换热器、烟气换热器、水箱、烟气净化装置、四通阀、阀门、水泵组成；所述的VM循环热泵主要包括热腔(1)、室温腔(2)、冷腔(3)、热回热器(4)、冷回热器(5)、热腔换热器(6)、室温腔换热器(7)、冷腔换热器(8)、热推移活塞(9)、冷推移活塞(10)、曲柄连杆机构(11)；

热机连接发电机，驱动发电机发电；热机排烟管路并联连接VM循环热泵的热腔入口和烟气换热器入口，VM循环热泵的热腔出口经管路也连接烟气换热器入口，烟气换热器出口经管路连接烟气净化装置入口，烟气净化装置出口通过管路与大气连通，这样形成排烟气通路；管路依次连接VM循环热泵的室温腔换热器、烟气换热器、水箱，形成加热水通路，实现供应生活热水；四通阀A四个接口分别连接VM循环热泵的室温腔换热器出口、VM循环热泵的冷腔换热器出口、空气换热器的入口、风机盘管系统入口，四通阀B四个接口分别连接VM循环热泵的室温腔换热器入口、VM循环热泵换热器的冷腔入口、空气换热器的出口、风机盘管系统出口，形成循环水回路，实现冬季供暖、夏季供冷。

2.根据权利要求1所述的一种热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统，其特征在于：循环水回路包括与VM循环热泵室温腔换热的循环水回路、与VM循环热泵冷腔换热的循环水回路、与风机盘管系统换热的循环水回路、与空冷换热器换热的循环水回路；

3.根据权利要求1所述的一种热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统，其特征在于：该热机为微型燃气轮机或内燃机。

4.根据权利要求1所述的一种热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统，其特征在于：该系统采用VM循环热泵作为供冷或供热部件，可以采用一台或多台VM循环热泵。