CN210292424U - 燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵冷热水机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵冷热水机组，它包括热泵制冷剂循环系统和发动机冷却液循环系统，所述的热泵制冷剂循环系统中，在板式换热器液相管路上设有第一膨胀阀，在翅片式换热器制冷剂单元液相管上并联设有第二膨胀阀、第三膨胀阀。所述的发动机冷却液循环系统设有电动三通阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀等，实现了发动机余热回收、余热除霜和保证发动机安全运行的功能。冷却液补水管路上设有第一单向阀实现自动补液功能。本实用新型充分合理地利用了燃气发动机余热并利用三个热力膨胀阀优化了热泵系统制冷和制热性能，较现有技术而言节能效果更为显著，运行稳定性和安全性更高。

Description

燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵冷热水机组

技术领域

本实用新型涉及蒸气压缩式空气源热泵机组，尤其涉及燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵冷热水机组。

背景技术

电驱动型空气源热泵机组利用逆向循环运行原理，从大气环境中提取低品位热能，转化为高品位的热能，且利用四通换向阀切换制冷剂流向，可达到单独制冷和单独制热的目的。因此，与传统供热、供生活热水方式相比，电驱动型空气源热泵机组不仅具有较高的能效，而且运行功能更为齐全。近年来尤其是在“煤改电”的政策推动下，电驱动型空气源热泵机组得以迅猛发展。但现阶段电驱动型空气源热泵机组运行状况也存在一些不足。比如在夏季制冷运行时，电驱动型空气源热泵机组电能消耗巨大，这对我国夏季用电高峰期电力紧张这一现状来说无疑是雪上加霜。由于电驱动型空气源热泵无法同时进行制冷和制热，因此对于一些同时具有冷热需求的用能场所，电驱动型空气源热泵机组则难以胜任。冬季制热运行时涉及除霜问题。采用电加热除霜时，耗电量较大，经济性较差。采用四通换向阀除霜时，由于供热不连续，影响用户的热舒适性。因此，电驱动型空气源热泵机组在除霜技术上也略有缺陷。

燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵机组以燃气为能源输入，通过燃气发动机驱动压缩机做功，虽然在蒸气压缩式热泵循环原理上与电驱动型空气源热泵机组完全相同，但是针对现阶段电驱动型空气源热泵机组所存在的问题而言，燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵机组具有明显的技术优势。从能源消耗角度讲，燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵机组可采用天然气、石油气和沼气等多种燃气作为机组的能源输入，可有效缓解我国夏季电力紧张、燃气过剩的问题。从除霜角度讲，燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵机组可充分利用发动机余热进行除霜，可有效避免常规电驱动型空气源热泵机组所面临的问题。现有燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵机组主要通过一个发动机冷却液-制冷剂换热器与翅片式蒸发器串联或者并联的方式承担蒸发器负荷，以应对结霜问题。采用这种方式使得机组从大气环境中提取的低品位热能减少，尤其是由于发动机余热导致蒸发温度比大气环境温度高时，更不能从低温环境中取热，无法体现出热泵装置提取低品位热能，转化为高品位的热能的特性。

发明内容

为了弥补现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵冷热水机组。它包括热泵制冷剂循环系统和发动机冷却液循环系统：

所述的热泵制冷剂循环系统包括燃气发动机，所述的燃气发动机的输出轴与开启式压缩机转轴相连接，压缩机排气口与油分离器进口相连。油分离器的回油口通过回油管与压缩机回油口相连接。油分离器出口与四通换向阀的进口D管相连，四通换向阀的C管与板式换热器的制冷剂通道一端相连接，板式换热器的制冷剂通道的另一端与第二单向阀进口端以及第一膨胀阀出口端相连接，第二单向阀出口端、第一膨胀阀进口端、第三单向阀出口端以及第五单向阀进口端相连通，第五单向阀和第六单向阀的出口端与储液器进液管相连，储液器出液管依次与干燥过滤器、供液电磁阀以及视液镜相连接，视液镜另一端与第三单向阀进口端以及第四单向阀进口端相连接，第四单向阀出口端、第六单向阀进口端、第七单向阀出口端、第八单向阀出口端、第二膨胀阀进口端以及第三膨胀阀进口端相连通，第七单向阀进口端、第二膨胀阀出口端与翅片式换热器第一制冷剂单元液相管路相连接，第八单向阀进口端与第三膨胀阀出口端以及翅片式换热器第二制冷剂单元液相管路相连接，翅片式换热器第一制冷剂单元气相管路和第二制冷剂单元气相管路与四通换向阀的E管相连接，四通换向阀的出口S管与气液分离器的进口相连接，气液分离器的出口端与压缩机的吸气口相连接。

所述的发动机冷却液循环系统包括燃气发动机，所述燃气发动机缸套出口与电动三通阀的A端口相连接，电动三通阀的B端口与第二电磁阀、第三电磁阀以及第四电磁阀的进口端相连接，电动三通阀的C端口与第一电磁阀的进口端相连接。第二电磁阀的出口端与热回收换热器一端相连接。第三电磁阀出口端与翅片式换热器的第一除霜单元进口管以及第二除霜单元进口管相连接。第四电磁阀出口端与翅片式换热器的第一散热单元进口管以及第二散热单元进口管相连接。翅片式换热器的第一除霜单元出口管、第二除霜单元出口管、翅片式换热器的第一散热单元出口管、第二散热单元出口管、热回收换热器的另一端、第一电磁阀的出口端、以及冷却液补水管路上第一单向阀的出口端和发动机冷却液泵相连通。发动机冷却液水箱补水口通过冷却液补水管与第一单向阀进口端相连接。发动机冷却液泵出口与烟气换热器冷却液通道一端相连，烟气换热器冷却液通道另一端与发动机的冷却液进口相连。发动机的排烟出口与烟气换热器烟气通道一端相连。

本实用新型充分合理地利用了燃气发动机余热，较现有技术而言节能效果更为显著，运行稳定性和安全性更高。

附图说明

图1为本实用新型的燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵机组。

图中，1-燃气发动机，2-压缩机，3-油分离器，4-四通换向阀，5-翅片式换热器，6-储液器，7-干燥过滤器，8-供液电磁阀，9-视液镜，10-第一膨胀阀，11-板式换热器，12-气液分离器，13-发动机冷却液泵，14-烟气换热器，15-电动三通阀，16-第一电磁阀，17-第二电磁阀，18-第三电磁阀，19-第四电磁阀，20-热回收换热器，21-发动机冷却液水箱，22-第一单向阀，23-第二单向阀，24-第三单向阀，25-第四单向阀，26-第五单向阀，27-第六单向阀，28-第七单向阀，29-第八单向阀，30-第二膨胀阀，31-第三膨胀阀

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型做进一步详细描述。

图1为本实用新型的燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵机组，它包括热泵制冷剂循环系统和发动机冷却液循环系统。

所述的热泵制冷剂循环系统包括燃气发动机1，所述的燃气发动机1的输出轴与开启式压缩机2转轴相连接，压缩机2排气口与油分离器3进口相连。油分离器3的回油口通过回油管与压缩机2回油口相连接。油分离器3出口与四通换向阀4的进口D管相连，四通换向阀4的C管与板式换热器11的制冷剂通道一端相连接，板式换热器11的制冷剂通道的另一端与第二单向阀23进口端以及第一膨胀阀10出口端相连接，第二单向阀23出口端、第一膨胀阀10进口端、第三单向阀24出口端以及第五单向阀26进口端相连通，第五单向阀26和第六单向阀27的出口端与储液器6进液管相连，储液器6出液管依次与干燥过滤器7、供液电磁阀8以及视液镜9相连接，视液镜9另一端与第三单向阀24进口端以及第四单向阀25进口端相连接，第四单向阀25出口端、第六单向阀27进口端、第七单向阀28出口端、第八单向阀29出口端、第二膨胀阀30进口端以及第三膨胀阀31进口端相连通，第七单向阀28进口端、第二膨胀阀30出口端与翅片式换热器5的第一制冷剂单元5（b1）液相管路相连接，第八单向阀29进口端与第三膨胀阀31出口端以及翅片式换热器5的第二制冷剂单元5（b2）液相管路相连接，翅片式换热器5的第一制冷剂单元5（b1）气相管路和第二制冷剂单元5（b2）气相管路与四通换向阀4的E管相连接，四通换向阀4的出口S管与气液分离器12的进口相连接，气液分离器12的出口端与压缩机2的吸气口相连接。

所述的发动机冷却液循环系统包括燃气发动机1，所述燃气发动机1缸套出口与电动三通阀15的A端口相连接，电动三通阀15的B端口与第二电磁阀17、第三电磁阀18以及第四电磁阀19的进口端相连接，电动三通阀15的C端口与第一电磁阀16的进口端相连接。第二电磁阀17的出口端与热回收换热器20一端相连接。第三电磁阀18出口端与翅片式换热器5的第一除霜单元5（a1）进口管以及第二除霜单元5（a2）进口管相连接。第四电磁阀19出口端与翅片式换热器5的第一散热单元5（c1）进口管以及第二散热单元5（c2）进口管相连接。翅片式换热器5的第一除霜单元5（a1）出口管、第二除霜单元5（a2）出口管、翅片式换热器5的第一散热单元5（c1）出口管、第二散热单元5（c2）出口管、热回收换热器20的另一端、第一电磁阀16的出口端、以及冷却液补水管路上第一单向阀22的出口端和发动机冷却液泵13相连通。发动机冷却液水箱21补水口通过冷却液补水管与第一单向阀22进口端相连接。发动机冷却液泵13出口与烟气换热器14冷却液通道一端相连，烟气换热器14冷却液通道另一端与发动机1的冷却液进口相连。发动机1的排烟出口与烟气换热器14烟气通道一端相连。

本机组的运行方法包括以下步骤：

燃气发动机1驱动压缩机2做功，将由压缩机2吸气口吸入的低温低压气态制冷剂压缩为高温高压的气态后，经压缩机2排气口排至油分离器3。在油分离器3中将制冷剂与冷冻油分离，冷冻油通过回油管进入压缩机2回油口，制冷剂从油分离器3出口排出。在制热运行时，从油分离器3出口排出的气态制冷剂通过四通换向阀4后进入板式换热器11（冷凝器），在板式换热器11（冷凝器）中将热量传递给冷却水，制冷剂被冷凝为中温高压的液态。液态制冷剂依次流经第二单向阀23和第五单向阀26、储液器6、干燥过滤器7、供液电磁阀8、视液镜9和第四单向阀25后，依靠第二膨胀阀30和第三膨胀阀31膨胀为低温低压的液态，然后同时进入翅片式换热器5（蒸发器）的第一制冷剂单元5（b1）和第二制冷剂单元5（b2）中提取空气的热量进而气化为低温低压的气态。由翅片式换热器5（蒸发器）的第一制冷剂单元5（b1）和第二制冷剂单元5（b2）排出的低温低压气态制冷剂，再依次流经四通换向阀4和气液分离器12后，被压缩机2吸入，进入下一个制热循环。在制冷运行时，从油分离器3出口排出的气态制冷剂通过四通换向阀4后，同时进入翅片式换热器5（冷凝器）的第一制冷剂单元5（b1）和第二制冷剂单元5（b2），在翅片式换热器5（冷凝器）的第一制冷剂单元5（b1）和第二制冷剂单元5（b2）中将热量传递给空气，制冷剂被冷凝为中温高压的液态。液态制冷剂在通过第七单向阀28和第八单向阀29后，依次流经第六单向阀27、储液器6、干燥过滤器7、供液电磁阀8、视液镜9和第三单向阀24，依靠第一膨胀阀10膨胀为低温低压的液态，然后进入板式式换热器11（蒸发器）中吸收冷冻水中的热量，进而气化为低温低压的气态。低温低压气态制冷剂再依次流经四通换向阀4和气液分离器12后被压缩机2吸入，进入下一个制冷循环。

发动机余热包括发动机烟气余热和缸套余热。发动机冷却液由发动机冷却液泵13送入烟气换热器14中，在吸收发动机排烟余热后，进入发动机1缸套带走发动机缸套余热。根据机组运行场合的环境特征、用能特征以及机组的运行状况，通过控制程序控制电动三通阀15开度以及电磁阀16~19的启停，来调节由发动机缸套出来的发动机冷却液的流向和流量分配状态，以满足机组应用场合的用能需求并保证机组安全高效地运行。例如，当机组预热运行时，通过控制电动三通阀15和电磁阀16~19来调节发动机冷却液循环状态，使发动机冷却液温度快速升高，以便达到发动机1安全高效运行所需维持的冷却液温度；当机组制冷运行但用能场所仅有冷需求时，为保证发动机1安全高效运行所需维持的冷却液温度，通过控制电动三通阀15和电磁阀16~19来调节发动机冷却液循环状态，使得冷却液流经翅片式换热器5的第一散热单元5（c1）以及第二散热单元5（c2），将发动机过量的余热释放至大气环境中；当机组制冷运行且用能场所具有用热需求时，通过控制电动三通阀15和电磁阀16~19来调节发动机冷却液循环状态，使冷却液流经热回收换热器20，将发动机余热传送给用户；当机组制冷运行且用能场所有热需求，但热需求较小时，在满足用能场所少量用热需求后，为保证发动机1安全高效运行所需维持的冷却液温度，通过控制电动三通阀15和电磁阀16~19来调节发动机冷却液循环状态，使冷却液由热回收换热器20流向切换至翅片式换热器5的第一散热单元5（c1）以及第二散热单元5（c2）流向，将发动机过量的余热传送至大气环境中，对于用能场所仅有少量热需求而且用热不连续的情况，通过控制电磁阀16~19来切换冷却液在热回收换热器20和翅片式换热器5第一散热单元5（c1）以及第二散热单元5（c2）之间的流向以达到目的；当机组正常制热运行时，发动机冷却液循环方式与机组制冷运行且用能场所具有用热需求时的循环方式基本一致，唯一的区别仅在于运行环境不同，导致电动三通阀15开度不同；当机组在低温环境制热运行且预判到翅片式换热器5的第一制冷剂单元5（b1）和第二制冷剂单元5（b2）有结霜可能时，通过控制电动三通阀15和电磁阀16~19来调节发动机冷却液循环状态，使冷却液定时流经翅片式换热器5的第一除霜单元5（a1）和第二除霜单元5（a2），用于预热流过翅片式换热器5的空气以及加热翅片式换热器5的第一制冷剂单元5（b1）和第二制冷剂单元5（b2）的翅片，达到延缓结霜的效果；当机组在低温环境制热运行且翅片式换热器5的第一制冷剂单元5（b1）和第二制冷剂单元5（b2）结霜时，优先使用发动机冷却液除霜（也可采用逆向除霜），通过控制电动三通阀15和电磁阀16~19来调节发动机冷却液循环状态，使冷却液流经翅片式换热器5的第一除霜单元5（a1）和第二除霜单元5（a2），对翅片式换热器5的第一制冷剂单元5（b1）和第二制冷剂单元5（b2）进行融霜处理。

当发动机冷却液系统的冷却液不足时，发动机冷却液水箱21通过第一单向阀22向发动机冷却液系统自动补充冷却液。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的几种实施方式，实际的结构并不局限于此。因此，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离发明创造宗旨的情况下，元件造型、连接方式不经创造性的设计，与该技术方案相似的结构方式及实施方式，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵冷热水机组，其特征在于它由热泵制冷剂循环系统和发动机冷却液循环系统组成，其中：所述的热泵制冷剂循环系统包括燃气发动机(1)，所述的燃气发动机(1)的输出轴与开启式压缩机(2)转轴相连接，压缩机(2)排气口与油分离器(3)进口相连，油分离器(3)的回油口通过回油管与压缩机(2)回油口相连接，油分离器(3)出口与四通换向阀(4)的进口D管相连，四通换向阀(4)的C管与板式换热器(11)的制冷剂通道一端相连接，板式换热器(11)的制冷剂通道的另一端与第二单向阀(23)进口端以及第一膨胀阀(10)出口端相连接，第二单向阀(23)出口端、第一膨胀阀(10)进口端、第三单向阀(24)出口端以及第五单向阀(26)进口端相连通，第五单向阀(26)和第六单向阀(27)的出口端与储液器(6)进液管相连，储液器(6)出液管依次与干燥过滤器(7)、供液电磁阀(8)以及视液镜(9)相连接，视液镜(9)另一端与第三单向阀(24)进口端以及第四单向阀(25)进口端相连接，第四单向阀(25)出口端、第六单向阀(27)进口端、第七单向阀(28)出口端、第八单向阀(29)出口端、第二膨胀阀(30)进口端以及第三膨胀阀(31)进口端相连通，第七单向阀(28)进口端、第二膨胀阀(30)出口端与翅片式换热器(5)第一制冷剂单元(5(b1))液相管路相连接，第八单向阀(29)进口端与第三膨胀阀(31)出口端以及翅片式换热器(5)第二制冷剂单元(5(b2))液相管路相连接，翅片式换热器(5)第一制冷剂单元(5(b1))和第二制冷剂单元(5(b2))气相管路与四通换向阀(4)的E管相连接，四通换向阀(4)的出口S管与气液分离器(12)的进口相连接，气液分离器(12)的出口端与压缩机(2)的吸气口相连接；所述的发动机冷却液循环系统包括燃气发动机(1)，所述燃气发动机(1)缸套出口与电动三通阀(15)的A端口相连接，电动三通阀(15)的B端口与第二电磁阀(17)、第三电磁阀(18)以及第四电磁阀(19)的进口端相连接，电动三通阀(15)的C端口与第一电磁阀(16)的进口端相连接，第二电磁阀(17)的出口端与热回收换热器(20)一端相连接，第三电磁阀(18)出口端与翅片式换热器(5)的第一除霜单元(5(a1))和第二除霜单元(5(a2))进口管相连接，第四电磁阀(19)出口端与翅片式换热器(5)的第一散热单元(5(c1))和第二散热单元(5(c2))进口管相连接，翅片式换热器(5)的第一除霜单元(5(a1))和第二除霜单元(5(a2))出口管、翅片式换热器(5)的第一散热单元(5(c1))和第二散热单元(5(c2))出口管、热回收换热器(20)的另一端、第一电磁阀(16)的出口端、以及冷却液补水管路上第一单向阀(22)的出口端和发动机冷却液泵(13)相连通，发动机冷却液水箱(21)补水口通过冷却液补水管与第一单向阀(22)进口端相连接，发动机冷却液泵(13)出口与烟气换热器(14)冷却液通道一端相连，烟气换热器(14)冷却液通道另一端与发动机(1)的冷却液进口相连，发动机(1)的排烟出口与烟气换热器(14)烟气通道一端相连。

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