專利名稱:熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中從發(fā)動機產(chǎn)生的電和廢熱均被利用,并且尤其涉及這樣一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其包括在制熱操作過程中通過發(fā)動機的廢熱進行加熱的一分離的室外熱交換器,從而實現(xiàn)制熱性能的提高。
背景技術:
通常,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)適用于從單一能源中產(chǎn)生電和熱量。
這種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠在發(fā)電操作過程中,回收由發(fā)動機或渦輪機產(chǎn)生的冷卻水的廢熱或廢氣中的熱量,以使該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠比其它系統(tǒng)增加70%~80%的能量效率。由于這樣的優(yōu)點,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)目前已突出地作為建筑物的電供應源和熱供應源。特別地,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)顯示出高效的能量利用,其中被回收的廢熱主要用于制熱/制冷有限空間以及加熱水。
圖1是顯示傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意性結構圖。
如圖1中所示,該傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括一燃氣發(fā)動機1,以及一發(fā)電機3,該發(fā)電機3通過該燃氣發(fā)動機1輸出的驅(qū)動力驅(qū)動,以進行發(fā)電。從發(fā)電機3產(chǎn)生的電都應用于包括制冷/制熱單元20、照明設備和其它電氣器材的各種設備中。
在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中,由燃氣發(fā)動機1產(chǎn)生的廢熱,即當冷卻水冷卻燃氣發(fā)動機1時產(chǎn)生的冷卻水的熱量及從燃氣發(fā)動機1產(chǎn)生的廢氣的熱量,在制冷/制熱單元20的制熱操作過程中被利用。
在此,該制冷/制熱單元20為熱泵型,以使該制冷/制熱單元20不僅僅被用作一制冷單元,而且在制冷劑循環(huán)中的制冷劑流動方向相反的狀態(tài)下,還可以被用作一制熱單元。與通常的熱泵型結構一樣,該制冷/制熱單元20包括一壓縮機21、一四通閥23、一室外熱交換器25、一室外風扇26、一膨脹裝置27以及一室內(nèi)熱交換器29。
特別地,一空氣預熱熱交換器30設置在室外熱交換器25的側面,以在該制冷/制熱單元20的制熱操作過程中,利用燃氣發(fā)動機1的廢熱預熱穿過室外熱交換器25周圍的空氣。
為了將廢熱供給至該制冷/制熱單元20,該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括一冷卻水熱交換器5,用以回收用于冷卻燃氣發(fā)動機1的冷卻水的熱量;以及一廢氣熱交換器9,其設置在一排氣管道7處,用以回收廢氣的熱量。
該冷卻水熱交換器5和廢氣熱交換器9通過熱傳遞介質(zhì)流經(jīng)的熱傳遞管線11與制冷/制熱單元20的空氣預熱熱交換器30連接,以便在制冷/制熱單元20的制熱操作過程中,將廢熱供給至空氣預熱熱交換器30。由此,該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)回收發(fā)動機的熱量和廢氣的熱量,利用回收到的熱量通過空氣預熱熱交換器30預熱室外空氣,并且使被預熱的空氣與室外熱交換器25進行熱交換,從而避免了當室外空氣的溫度較低時可能發(fā)生的制冷/制熱單元20的制熱性能降低的問題。
當制冷/制熱單元20在制冷模式下運轉時,由于無需提供廢熱,熱傳遞介質(zhì)的流動路徑變?yōu)榕c和熱傳遞管線11連接的散熱管線13相通。在此情形下,廢熱通過一散熱器17釋放到大氣,或者將廢熱供給至并且使用于熱水器、熱水供應系統(tǒng)或其它系統(tǒng)中,其中該散熱器17包括一熱交換器15和一散熱器風扇16。
在圖1中,附圖標記P代表泵,每一個泵用來強制熱傳遞介質(zhì)流經(jīng)熱傳遞管線11的相關部分,附圖標記V代表閥,每一個閥用來在熱傳遞管線11和散熱管線13之間轉換熱傳遞介質(zhì)的流動路徑。
然而,由于從燃氣發(fā)動機1產(chǎn)生的廢熱僅用于通過空氣預熱熱交換器30來預熱室外熱交換器25,所以這種傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在制熱操作過程中限制了制熱性能的提高。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題創(chuàng)作了本發(fā)明,本發(fā)明的一個目的是提供一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其包括在制熱操作過程中通過發(fā)動機的廢熱進行加熱的一附加的室外熱交換器,從而實現(xiàn)廢熱利用效率的提高和制熱性能的提高。
根據(jù)一個方案,本發(fā)明提供一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),包括一發(fā)動機,其驅(qū)動一發(fā)電機以進行發(fā)電;一制冷/制熱單元,其包括一熱泵型的制冷劑循環(huán),用以在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制冷操作過程中,依次通過至少一個壓縮機、一四通閥、一第一室外熱交換器、一第一膨脹裝置及一室內(nèi)熱交換器來循環(huán)制冷劑;以及一消耗廢熱制熱單元,其包括一制冷劑循環(huán),用以在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱操作過程中,依次通過該壓縮機、該四通閥、該室內(nèi)熱交換器、一第二膨脹裝置及通過該發(fā)動機的廢熱進行加熱的一第二室外熱交換器來循環(huán)制冷劑。
該消耗廢熱制熱單元還可包括一加熱器,用以利用由該發(fā)動機產(chǎn)生的電來加熱通過該消耗廢熱制熱單元循環(huán)的制冷劑。
該消耗廢熱制熱單元還可包括旁路設備(bypass means),以使從該室內(nèi)熱交換器排出的部分制冷劑不穿過該第二室外熱交換器而流動。
該消耗廢熱制熱單元還可包括一制冷劑管線和一閥,用以在必要時引導從該第二室外熱交換器排出的制冷劑穿過該第一室外熱交換器。
該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還可包括一冷卻水熱交換器,用以回收該發(fā)動機的冷卻水的熱量;以及一廢氣熱交換器,用以回收該發(fā)動機的廢氣的熱量。該第二室外熱交換器可以從該冷卻水熱交換器和該廢氣熱交換器中的至少一個接收熱量。
該發(fā)動機、該第二室外熱交換器及該第二膨脹裝置可設置在一發(fā)動機室中。
該壓縮機、該四通閥、該第一室外熱交換器及該第一膨脹裝置可設置在一室外單元中。
該壓縮機、該室內(nèi)熱交換器、該第一室外熱交換器及該第二室外熱交換器中的每一個都包括有多個,其與該壓縮機、該室內(nèi)熱交換器、該第一室外熱交換器及該第二室外熱交換器中的其它裝置結合。
由于本發(fā)明的該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括一分離的室外熱交換器,以在制熱操作過程中接收來自發(fā)動機的廢熱,所以可以在制熱操作過程中最大化地利用發(fā)動機的廢熱,并且實現(xiàn)制熱性能的提高。
在參考附圖閱讀完以下的詳細描述之后,本發(fā)明的上述目的、其它特征和優(yōu)點將變得更加清楚,其中
圖1是顯示傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意性結構圖;圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的一典型實施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意性結構圖;圖3是顯示包括在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的發(fā)動機室的示意性結構圖;以及圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一典型實施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意性結構圖,在該實施例中使用了多個室內(nèi)熱交換器。
具體實施例方式
以下,將參考附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的典型實施例。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的一典型實施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意性結構圖。圖3是顯示包括在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的發(fā)動機室的示意性結構圖。
如圖2所示,該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括一發(fā)動機50,用以驅(qū)動一發(fā)電機52,由此進行發(fā)電;以及一制冷/制熱單元60。該制冷/制熱單元60使用一熱泵型的制冷劑循環(huán),其中,在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制冷操作過程中,依次通過至少一個壓縮機61、一四通閥62、一第一室外熱交換器63、一第一膨脹裝置64及一室內(nèi)熱交換器65循環(huán)制冷劑。該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括一消耗廢熱制熱單元70。該消耗廢熱制熱單元70使用一制冷劑循環(huán),其中,在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱操作過程中,依次通過該壓縮機61、該四通閥62、該室內(nèi)熱交換器65、一第二膨脹裝置71及通過發(fā)動機50的廢熱進行加熱的一第二室外熱交換器73循環(huán)制冷劑。
該發(fā)動機50、第二室外熱交換器73及第二膨脹裝置71設置在發(fā)動機室E中。
使用礦物燃料,例如天然氣或石油氣驅(qū)動該發(fā)動機50。該發(fā)電機52將電供給至該制冷/制熱單元60和其它系統(tǒng)。
特別地,如圖3所示,作為安裝在發(fā)動機室E中用以將發(fā)動機50的廢熱供給至消耗廢熱制熱單元70的第二室外熱交換器73的附加裝置,這里還設置一冷卻水熱交換器56,其經(jīng)由一冷卻水管線55連接至發(fā)動機50,用以回收發(fā)動機50的冷卻水的熱量;一廢氣熱交換器58,其設置在排氣管道54處,用以回收從發(fā)動機50排出的廢氣的熱量;以及一熱傳遞管線57,其穿過冷卻水熱交換器56和廢氣熱交換器58延伸,并且將從冷卻水熱交換器56和廢氣熱交換器58吸收的熱量傳遞至第二室外熱交換器73。
該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括一散熱熱交換器59,用以將發(fā)動機50的廢熱供給至需要廢熱的其它系統(tǒng),或者當不需向該第二室外熱交換器73傳遞廢熱時向大氣散發(fā)廢熱。為此,從熱傳遞管線57分出來的旁路管線59a,穿過散熱熱交換器59。閥V同樣設置在熱傳遞管線57處,以在熱傳遞管線57和旁路管線59a之間改變熱傳遞介質(zhì)的路徑。
在制冷劑的管線處可以設置一加熱器H,以利用通過發(fā)動機50的驅(qū)動力由發(fā)電機52產(chǎn)生的電,加熱通過制冷/制熱單元60和消耗廢熱制熱單元70循環(huán)的制冷劑,由此實現(xiàn)制熱性能的提高。
該加熱器H可以設置在制冷劑管線上的任意合適的位置處。優(yōu)選地,在其它耗電部件,例如壓縮機61中使用發(fā)電機52產(chǎn)生的電之后,使用剩余的電啟動該加熱器H。
在圖3中,附圖標記P代表泵,每一個泵都強制熱交換介質(zhì)流經(jīng)相關的管線,并且附圖標記59b代表一散熱器風扇。
同時,該第二膨脹裝置71和第二室外熱交換器73依次連接至制冷劑管線75,該制冷劑管線75是從連接至該第二室外熱交換器73的出口的制冷劑管線76分出來的。該制冷劑管線76連接至四通閥62。
當根據(jù)制熱操作使制冷劑通過第二膨脹裝置71和第二室外熱交換器73進行循環(huán)時,為了消除在第二膨脹裝置71和第二室外熱交換器73處產(chǎn)生的制熱超負荷,該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括一旁路設備,以使從室內(nèi)熱交換器65排出的部分制冷劑流經(jīng)在第二室外熱交換器73出口側的制冷劑管線76而不穿過第二室外熱交換器73。該旁路設備包括一旁路管線77,其在制冷劑管線75的入口端和第二室外熱交換器73的出口側之間連接;以及一閥77V,用以在制冷劑管線76和旁路管線77之間改變制冷劑路徑。
為了引導從第二室外熱交換器73排出的制冷劑穿過第一室外熱交換器63,必要時,當?shù)诙彝鉄峤粨Q器73周圍的環(huán)境溫度高于第二室外熱交換器73的制冷劑蒸發(fā)溫度時,該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括一制冷劑管線78,其連接于制冷劑管線76和第一室外熱交換器63之間;以及一閥78V,用以在制冷劑管線76和制冷劑管線78之間改變制冷劑路徑。在此情形下,消耗廢熱制熱單元70可具有判斷第二室外熱交換器73周圍的環(huán)境溫度是否高于第二室外熱交換器73的制冷劑蒸發(fā)溫度的功能。
同時,與通常的空調(diào)一樣,壓縮機61、四通閥62、第一室外熱交換器63及第一膨脹裝置64組成一室外單元O。室內(nèi)熱交換器65安裝在需要制冷/制熱的有限空間中。
盡管結合其中僅使用一個室內(nèi)熱交換器65的情形描述了本發(fā)明,但也可以使用多個串聯(lián)或并聯(lián)至制冷劑管線的室內(nèi)熱交換器。而且,在必要時可以根據(jù)給定的設計條件使用多個包括有一個壓縮機61和一個室外熱交換器63的室外單元O。
在圖2中,附圖標記C代表一種止回閥型的分配器,用以沿預定的方向分配制冷劑。
同時,根據(jù)給定的設計條件或給定的需求,上述熱交換器可以具有多種熱傳遞結構,例如,通過一熱導體進行熱傳遞的熱傳遞結構,或者通過在熱交換器中的流體進行熱傳遞的熱傳遞結構。
圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一典型實施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意性結構圖,在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中,使用了多個室內(nèi)熱交換器。在此情形下,多個室內(nèi)熱交換器65A,65B和65C串聯(lián)或并聯(lián)地設置在一個單獨的制冷/制熱單元60中,以分別制冷/制熱多個有限空間。
在此情形下,根據(jù)上述設置,可以使用多個制熱/制冷單元60或多個發(fā)動機室E。
與圖2對應的圖4的結構中的組成部件分別以同樣的附圖標記代表,并且不再給出其描述。
根據(jù)給定的設計條件或給定的需求,上述熱交換器可以具有多種熱傳遞結構,例如,通過一熱導體進行熱傳遞的熱傳遞結構,或者通過在熱交換器中的流體進行熱傳遞的熱傳遞結構。
以下將描述根據(jù)本發(fā)明的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運轉。
由發(fā)動機50的驅(qū)動力產(chǎn)生的電可以用來運行耗電部件,例如制冷/制熱單元60的壓縮機61及不同的控制器。在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱操作過程中,多余的電還可以供給至加熱器H以加熱相關的制冷劑管線。
在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱操作過程中,與通常的熱泵型的制冷劑循環(huán)一樣,制冷劑依次流經(jīng)壓縮機61、四通閥62、用作冷凝器的第一室外熱交換器63、第一膨脹裝置64及用作蒸發(fā)器的室內(nèi)熱交換器65,然后在再次穿過四通閥62之后,順序地流經(jīng)收集器(accumulator)68和壓縮機61。
另一方面,在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制冷操作過程中,與通常的熱泵型的制冷劑循環(huán)一樣,四通閥62改變制冷劑路徑,從而制冷劑依次流經(jīng)壓縮機61、四通閥62、在向有限空間供給冷空氣的同時用作冷凝器的室內(nèi)熱交換器65、第二膨脹裝置71、通過發(fā)動機50的廢熱加熱的第二室外熱交換器73,然后在再次穿過四通閥62之后,順序地流經(jīng)收集器68和壓縮機61。
當在制熱操作過程中產(chǎn)生制熱超負荷時,從室內(nèi)熱交換器65排出的一部分制冷劑根據(jù)閥77V的操作流經(jīng)旁路管線77,從而通過在第二室外熱交換器73的出口側的制冷劑管線76循環(huán)制冷劑,而不穿過第二室外熱交換器73。
當確定第二室外熱交換器73周圍的環(huán)境溫度高于第二室外熱交換器73的制冷劑蒸發(fā)溫度時,從第二室外熱交換器73排出的制冷劑根據(jù)閥78V的操作經(jīng)由制冷劑管線78穿過第一室外熱交換器63,然后順序地流經(jīng)四通閥62和壓縮機61。
從上述描述中可以清楚,本發(fā)明的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括一分離的室外熱交換器,用以在制熱操作過程中接收發(fā)動機的廢熱,從而可以在制熱操作過程中最大化地利用發(fā)動機的廢熱,并且可以實現(xiàn)制熱性能的提高。
盡管為了說明的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例,但本領域的技術人員應當理解,只要不脫離所附的權利要求所揭示的本發(fā)明的范圍和精神,可以進行各種修改、補充和替換。
權利要求
1.一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),包括一發(fā)動機(50),其驅(qū)動一發(fā)電機(52)以進行發(fā)電;一制冷/制熱單元(60),其包括一熱泵型的制冷劑循環(huán),用以在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制冷操作過程中,依次通過至少一個壓縮機(61)、一四通閥(62)、一第一室外熱交換器(63)、一第一膨脹裝置(64)及一室內(nèi)熱交換器(65)循環(huán)制冷劑;以及一消耗廢熱制熱單元(70),其包括一制冷劑循環(huán),用以在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱操作過程中,依次通過該壓縮機(61)、該四通閥(62)、該室內(nèi)熱交換器(65)、一第二膨脹裝置(71)及通過該發(fā)動機(50)的廢熱進行加熱的一第二室外熱交換器(73)循環(huán)制冷劑。
2.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中該消耗廢熱制熱單元(70)還包括一加熱器(H),用以利用從該發(fā)動機(50)產(chǎn)生的電加熱通過該消耗廢熱制熱單元(70)循環(huán)的制冷劑。
3.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中該消耗廢熱制熱單元(70)還包括旁路設備(77,77V),以使從該室內(nèi)熱交換器(65)排出的部分制冷劑不穿過該第二室外熱交換器(73)而流動。
4.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中該消耗廢熱制熱單元(70)還包括一制冷劑管線(78)和一閥(78V),用以在必要時引導從該第二室外熱交換器(73)排出的制冷劑穿過該第一室外熱交換器(63)。
5.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中該第二室外熱交換器(73)接收用于冷卻該發(fā)動機(50)的冷卻水的熱量。
6.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中該第二室外熱交換器(73)接收從該發(fā)動機(50)排出的廢氣的熱量。
7.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中還包括一冷卻水熱交換器(56),用以回收該發(fā)動機(50)的冷卻水的熱量;以及一廢氣熱交換器(58),用以回收該發(fā)動機(50)的廢氣的熱量,其中該第二室外熱交換器(73)從該冷卻水熱交換器(56)和該廢氣熱交換器(58)中的至少一個接收熱量。
8.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中該發(fā)動機(50)、該第二室外熱交換器(73)及該第二膨脹裝置(71)設置在一發(fā)動機室(E)中。
9.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中該壓縮機(61)、該四通閥(62)、該第一室外熱交換器(63)及該第一膨脹裝置(64)設置在一室外單元(O)中。
10.如權利要求1所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其中該壓縮機(61)、該室內(nèi)熱交換器(65)、該第一室外熱交換器(63)及該第二室外熱交換器(73)中的每一個都包括有多個,其與該壓縮機(61)、該室內(nèi)熱交換器(65)、該第一室外熱交換器(63)及該第二室外熱交換器(73)中的其它裝置結合。
全文摘要
一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),包括發(fā)動機(50),驅(qū)動發(fā)電機(52)以進行發(fā)電;制冷/制熱單元(60),包括熱泵型的制冷劑循環(huán),以在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制冷操作中,依次通過至少一個壓縮機(61)、四通閥(62)、第一室外熱交換器(63)、第一膨脹裝置(64)及室內(nèi)熱交換器(65)循環(huán)制冷劑;以及消耗廢熱制熱單元(70),包括制冷劑循環(huán),以在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱操作過程中,依次通過壓縮機(61)、四通閥(62)、室內(nèi)熱交換器(65)、第二膨脹裝置(71)及通過發(fā)動機(50)的廢熱進行加熱的第二室外熱交換器(73)循環(huán)制冷劑。根據(jù)該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以在制熱操作過程中最大化地利用發(fā)動機的廢熱,并且可以實現(xiàn)制熱性能的提高。
文檔編號F25B30/02GK1737467SQ20051000834
公開日2006年2月22日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權日2004年8月17日
發(fā)明者姜勝晫, 崔昶民, 崔源宰, 林亨洙, 黃尹提 申請人:Lg電子株式會社