专利名称：热电联产系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热电联产系统。更具体地，本发明涉及一种包括废热供应热交换器的热电联产系统，该废热供应热交换器用于将从引擎回收的废热供应至压缩机的吸入单元，其中该压缩机是压缩比为1.5-2.5的低压缩变频式压缩机，从而能够更大程度地利用由废热供应热交换器供应的废热，由此能够使系统效率最大化。
背景技术：
通常，组合式热电厂也称为热电联产系统，其是一种利用一个能量源同时产生电能和热量的系统。
图1为示意性地示出现有技术中热电联产系统的构造的示意图。
如图1所示，现有技术的热电联产系统包括发电机2，其产生电能；驱动源(以下称为“引擎”)，例如引擎10，其驱动发电机2并产生热量；废热回收装置20，其回收由引擎10产生的废热；热需求位置30，例如蓄热罐，其利用废热回收装置20的废热；等等。
由发电机2产生的电能供应至多种照明装置、诸如热泵型空调4之类的电子设备。
发电机2和引擎10设置在与热需求位置30分离的引擎室中。
热泵型空调4包括压缩机5、四通阀6、室内热交换器7、膨胀阀8和室外热交换器9。
在热泵型空调4的空气冷却操作期间，压缩机5中压缩的制冷剂在四通阀6、室外热交换器9、膨胀阀8、室内热交换器7和四通阀6中顺序循环，然后到达压缩机5。因此，室外热交换器9用作冷凝器，室内热交换器7用作蒸发器，从而摄取室内空气的热量。
另一方面，在空气加热操作期间，压缩机5中压缩的制冷剂在四通阀6、室内热交换器7、膨胀阀8、室外热交换器9和四通阀6中顺序循环，然后到达压缩机5。因此，室外热交换器9用作蒸发器，室内热交换器7用作冷凝器，从而加热室内空气。
废热回收设备20包括废气热交换器22，其摄取由引擎10排出的废气的热量；以及冷却剂热交换器24，其摄取冷却引擎10之后的冷却剂的热量。
废气热交换器22通过第一供热管线23连接至热需求位置30。废气热交换器22通过第一供热管线23将从引擎10的废气摄取到的废热传输至热需求位置30。
冷却剂热交换器24通过第二供热管线25连接至热需求位置30。冷却剂热交换器24通过第二供热管线25将从冷却引擎10之后的冷却剂摄取的废热传输至热需求位置30。
但是，在现有技术的热电联产系统中，由废气热交换器22和冷却剂热交换器24回收的废热仅用于例如热需求位置中的热水等。因此，存在系统效率不能最大化的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种热电联产系统，其中将从驱动源回收的废热供应至空调的压缩机吸入单元侧，并使用具有最低压缩比的压缩机，从而提高系统效率。
根据本发明的实施例的热电联产系统包括发电机，其产生电能；驱动源，其驱动发电机并产生热量；废热回收装置，其回收驱动源产生的废热；空调，其包括压缩机、四通阀、室内热交换器、膨胀阀和室外热交换器；以及废热供应热交换器，其用于将由所述废热回收装置回收的热量供应至所述压缩机的吸入单元侧。压缩机的压缩比可为1.5-2.5。
所述压缩机可为具有可变压缩比的低压缩变频式压缩机。
所述空调还可包括压缩比为3、4或5的高压缩定速式压缩机。
所述空调还可包括压缩比为3-5的高压缩变频式压缩机。
所述热电联产系统还可包括旁通流路，在所述空调的制热操作期间通过所述膨胀阀的制冷剂沿所述旁通流路绕过室外热交换器。
在所述旁通流路的吸入单元侧设置室外膨胀阀，其用于使由室内机侧引入的制冷剂膨胀。在所述旁通流路的排出单元侧设置第三止回阀，其用于在空气冷却操作期间防止吸入所述室外热交换器的制冷剂回流至所述旁通流路。
所述废热回收装置可包括废气热交换器，其用于回收从所述驱动源排出的废气的热量；以及冷却剂热交换器，其用于回收冷却所述驱动源之后的冷却剂的热量。
所述热电联产系统还可包括散热装置，其用于在所述空调的空气冷却操作期间将由所述冷却剂热交换器以及所述废气热交换器回收的热量散发至外部。
所述废热供应热交换器可设置为在制冷剂循环流路上平行于所述室外热交换器，沿所述制冷剂循环流路导引在所述空调中循环的制冷剂。
可在所述废热供应热交换器的入口侧和出口侧的流路之间设置空气冷却流路，其用于在空气冷却操作期间使从第一和第二压缩机排出的制冷剂绕过所述废热供应热交换器。
根据本发明的热电联产系统包括将从引擎回收的废热供应至压缩机的吸入单元侧的废热供应热交换器。因而，本发明具有能够最大化废热的利用率的优点。
此外，所述热电联产系统包括压缩比为1.5-2.5的低压缩变频式压缩机，其压缩比低于现有技术。因此，本发明能够更大程度地利用由废热供应热交换器供应的废热，从而其具有能够最大化热电联产系统的效率的优点。由于压缩机的吸入单元与排出单元之间的压差变小，因此本发明还具有能够防止损坏压缩机以及能够节约能耗的优点。
通过参考以下结合附图的详细说明，能够更好地且更容易地全面理解本发明及其带来的有益效果。附图中以类似的标号指示相同或相似的构件，其中图1为示意性地示出现有技术中的热电联产系统的构造示意图；图2为示意性地示出根据本发明的热电联产系统的空调在制热操作时的构造示意图；图3示出根据本发明的空调的P-h线图；以及图4为示意性地示出根据本发明的热电联产系统的空调在空气冷却操作时的构造示意图。
具体实施例方式
在以下的详细说明中，仅以示例的方式示出并说明本发明的某些实施例。本领域的技术人员应该理解所述实施例可以各种不同方式修改，而均不脱离本发明的精神或范围。因而，附图及说明应视为本质上是示例性的，而非限制性的。附图及说明中类似的标号指示类似的构件。
图2为示意性地示出根据本发明的热电联产系统的空调在制热操作时的构造图。图3示出根据本发明的空调的P-h线图。图4为示意性地示出根据本发明的热电联产系统的空调在空气冷却操作时的构造图。
如图2-4所示，根据本发明的热电联产系统包括发电机51，其产生电能；驱动源，其驱动发电机51并产生热量；废热回收装置60，其回收驱动源产生的废热；空调；以及废热供应热交换器80。
所述空调包括压缩机70、四通阀73、室内热交换器74、膨胀阀77和室外热交换器75。废热供应热交换器80设置为与室外热交换器75平行。废热供应热交换器80在空调的制热操作期间将由废热回收装置60回收的热量供应至压缩机70的吸入单元侧。
发电机51可以是交流(AC)发电机或直流(DC)发电机。发电机51具有与驱动源的输出轴连接的转子。因而，当驱动源的输出轴转动时，发电机51产生电能。
驱动源可以为引擎52、燃料电池等。在本文中，假定驱动源为引擎52。
引擎52中具有燃烧室。引擎52连接至燃料管53和排气管54，其中燃料管53将燃料(例如，液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG))输入到燃烧室，沿排气管54导引从燃烧室排出的废气。
废热回收装置60包括废气热交换器，其回收从引擎52排出的废气的热量；以及冷却剂热交换器63，其回收冷却引擎52之后的冷却剂的热量。
在这种情况下，所述废气热交换器可以具有两个热交换器，即第一废气热交换器61和第二废气热交换器62。第一和第二废气热交换器61、62连接至引擎52的排气管54。
在第一和第二废气热交换器61、62、冷却剂热交换器63与废热供应热交换器80之间设置热介质循环流路64，沿热介质循环流路64将来自第一和第二废气热交换器61、62和冷却剂热交换器63中任何一个热交换器的热量传输至废热供应热交换器80。
换言之，在热介质顺序循环通过冷却剂热交换器63、第一废气热交换器61和第二废气热交换器62时被加热，而热介质循环流路64使热介质导入废热供应热交换器80，然后传输至冷却剂热交换器63。
热介质循环流路64包括热介质循环泵65，其循环且泵送在热介质循环流路64中循环的热介质。
冷却剂热交换器63通过冷却剂循环流路66连接至引擎52，在冷却该引擎52时被加热的冷却剂沿冷却剂循环流路66循环。在冷却剂循环流路66上设置泵送冷却剂的冷却剂泵67。
同时，空调包括室外机(O)，其包括压缩机70、四通阀73和室外热交换器75；以及室内机(I)，其包括室内热交换器74。膨胀阀包括室内膨胀阀76，其设置于室内机(I)中；以及室外膨胀阀77，其设置于室外机(O)中且仅在制热操作期间使用。
在这种情况下，室外机(O)和室内机(I)可以设置为1对1或其它数量的对应关系。在以下的说明中，假定室外机(O)和室内机(I)的数目均为1。
设置于室外机(O)中的压缩机70可以是一个压缩比为1.5-2.5的低压缩变频式压缩机或是多个低压缩变频式压缩机。上述多个低压缩变频式压缩机中的至少一个压缩机的压缩比为1.5-2.5。
在以下说明中，假定各压缩机70由第一和第二压缩机71、72两个压缩机构成。
第一压缩机71可以是压缩比为1.5-2.5的低压缩变频式压缩机。第二压缩机72可以是压缩比为3、4或5的高压缩定速式压缩机。
第一压缩机71和第二压缩机72的吸入单元通过共用收集器78进行连接。
同时，在制冷剂循环流路79上将废热供应热交换器80设置为平行于室外热交换器75，沿制冷剂循环流路79导引在空调中循环的制冷剂。
在制冷剂循环流路79上的废热供应热交换器80的入口侧放置第一开关阀(opening and shutting valve)81，其用于防止空气冷却操作期间制冷剂流入废热供应热交换器80。此外，在制冷剂循环流路79上的废热供应热交换器80的出口侧放置第一止回阀91，其用于防止空气冷却操作期间制冷剂回流至废热供应热交换器80。
此外，在废热供应热交换器80的入口侧和出口侧的流路之间设置空气冷却流路84，其用于在空气冷却操作期间使第一和第二压缩机71、72排出的制冷剂绕过废热供应热交换器80。
制冷剂仅在空气冷却操作期间流动。在空气冷却流路84上设置第二开关阀82，其用于在制热操作期间切断制冷剂的流动。
所述热电联产系统还包括旁通流路90，在空调的制热操作期间，通过室内膨胀阀76的制冷剂沿旁通流路90绕过室外热交换器75。
旁通流路90具有连接至室外热交换器吸入流路85的一端，在空气冷却操作期间已通过第一和第二压缩机71、72的制冷剂沿室外热交换器吸入流路85流入室外热交换器75，还具有连接至室外热交换器排出流路86的另一端，制冷剂沿室外热交换器排出流路86从室外热交换器75排出。
在室外热交换器吸入流路85上设置第三开关阀83，其用于在制热操作期间切断室外热交换器吸入流路85。此外，在室外热交换器排出流路86上设置第二止回阀92，其用于防止由室内机(I)引入的制冷剂流入室外热交换器75。
此外，在旁通流路90的吸入单元侧设置室外膨胀阀77，其用于使由室内机(I)侧引入的制冷剂膨胀。在旁通流路90的排出单元侧设置第三止回阀93，其用于防止在空气冷却操作期间引入室外热交换器75的制冷剂回流至旁通流路90。
所述热电联产系统还包括散热装置，其用于在空调的空气冷却操作期间将由冷却剂热交换器63以及第一和第二废气热交换器61、62回收的热量散发至外部。
所述散热装置包括冷却剂热交换器63；散热热交换器68，其用于将由第一和第二废气热交换器61、62回收的热量散发至空气中；以及散热流路69，其连接至热介质循环流路64，并用于将热介质导引至散热热交换器68中。
在散热热交换器68侧设置散热风扇，其用于使室外空气流通至散热热交换器68。
在热介质循环流路64与散热流路69相连接的部分处设置三通阀94，其用于根据空调的空气冷却或加热操作来切换热介质的流动。
但是，本发明并不限于上述实施例。例如，压缩机70可包括压缩比为1.5-2.5的低压缩变频式压缩机和压缩比为3-5的高压缩变频式压缩机。
以下将说明根据本发明的具有上述构造的热电联产系统的操作。
如果驱动引擎52，则发电机51产生电能，并且所产生的电能供应至空调等。
此时，当驱动引擎52时，引擎52的废气废热和冷却剂废热由第一废气热交换器61、第二废气热交换器62和冷却剂热交换器63回收。
如图2所示，在空调的制热操作期间，驱动热介质循环泵65并且三通阀94切换流路，以使热介质能够被引入到废热供应热交换器80。
热介质循环泵65泵送热介质循环流路64上的热介质，该热介质顺序通过冷却剂热交换器63、第一废气热交换器61和第二废气热交换器62，然后导入废热供应热交换器80，由此加热废热供应热交换器80。
此外，空调的四通阀73切换至制热模式。
第一和第二压缩机71、72中压缩的制冷剂通过四通阀73。制冷剂在通过室内热交换器74时，其热量被室内空气摄取，然后在室内膨胀阀76中膨胀。
在室内膨胀阀76中膨胀的制冷剂被导入旁通流路90。
此时，设置于室外热交换器排出流路86的部分上的第二止回阀92能够防止制冷剂流入室外热交换器75。
此外，在空调的制热操作期间，第二开关阀82和第三开关阀83关闭，而仅第一开关阀81打开。
因此，导入旁通流路90的制冷剂通过室外膨胀阀77、第三止回阀93和第一开关阀81导入废热供应热交换器80。
废热供应热交换器80的热量使导入废热供应热交换器80的制冷剂蒸发。
换言之，不使用室外热交换器75，而将废热供应热交换器80用作蒸发器。
在废热供应热交换器80中蒸发的制冷剂通过第一止回阀91和四通阀73，然后通过共用收集器78被第一压缩机71和第二压缩机72吸收。
因此，由冷却剂热交换器63、第一和第二废气热交换器61、62回收的热传输至废热供应热交换器80的第一和第二压缩机71、72的吸入单元侧。
在执行上述循环时，由第一和第二压缩机71、72吸收的制冷剂加热居室。在这种情况下，制冷剂在废热供应热交换器80中蒸发，而不是在室外热交换器75中蒸发。因而，无论室外温度如何变化，空调均能够提供恒定的制热能力。
此外，由于引擎52的废热供应至第一压缩机71和第二压缩机72的吸入单元侧，因此能够增加凝结压力，从而提高制热能力。此外，由于第一压缩机71和第二压缩机72的吸入单元侧的压力增加，因此能够防止损坏第一压缩机71和第二压缩机72。
同时，当空调的运行容量较小或者室内或室外温度较高时，仅驱动具有低压缩比的低压缩变频式压缩机的第一压缩机71。
如果仅驱动低压缩比的第一压缩机71，则由第一压缩机71抽吸的吸入压(P1)，即从用作蒸发器的废热供应热交换器80供应至第一压缩机71的制冷剂的蒸发压力(P′eva＝P1)高于使用高压缩比的压缩机的现有技术中的蒸发压力(Peva)。因而，如图3所示，由废热供应热交换器80供应的回收热(Q′)的量大于现有技术中能够供应的回收热(Q)。
换言之，如果驱动低压缩比的第一压缩机71，则与现有技术相比能够更大程度地使用由废热供应热交换器80供应的回收热(Q′)。
因此，即使空调的运行容量较小或者室内或室外温度较高时，也无需散发一些热量，从而能够最大程度地利用废热供应热交换器80的热量。因而，能够提高废热使用率。
此外，由于第一压缩机71的吸入单元和排出单元之间的压差较小，所以能够防止损坏第一压缩机71，还能够提高效率。
如果后来增加空调的运行容量，则还可以驱动第二压缩机72(即，高压缩定速式压缩机)。
同时，如图4所示，在空调的空气冷却操作期间，热介质循环流路64的热介质由热介质循环泵65泵送，然后在顺序通过冷却剂热交换器63、第一和第二废气热交换器61、62时回收所述热介质的废热。
此时，切换三通阀94以使热介质移动至散热热交换器68。因此，回收的废热通过散热流路69传输至散热热交换器68，然后排放至空气中。
因此，在空气冷却操作期间，引擎52的废热并不用于加热废热供应热交换器80，而是排放至空气中。
然后切换四通阀73至空气冷却模式，打开第二和第三开关阀82、83，而关闭第一开关阀81。
此外，关闭室外膨胀阀77，以切断旁通流路90。
因此，第一和第二压缩机71、72中压缩的制冷剂顺序通过四通阀73、室外热交换器75、室内膨胀阀76和室内热交换器74，然后通过4四通阀73导入第一和第二压缩机71、72。
此时，第一和第二压缩机71、72中压缩的制冷剂在通过室外热交换器75时通过与室外空气进行热交换而被冷凝，通过室内膨胀阀76而膨胀，并且通过室内热交换器74与室内空气交换热量，从而冷却居室。
根据本发明的具有上述构造的热电联产系统具有如下优点。
根据本发明的热电联产系统包括废热供应热交换器，该热交换器将从引擎回收的废热供应至压缩机的吸入单元侧。因而，本发明具有能够最大化废热的利用率的优点。
此外，所述热电联产系统包括压缩比为1.5-2.5的低压缩变频式压缩机，其压缩比低于现有技术。因此，由于本发明能够更大程度地利用由废热供应热交换器供应的废热，从而其具有能够最大化热电联产系统的效率的优点。由于压缩机的吸入单元与排出单元之间的压差变小，因此本发明还具有能够防止损坏压缩机以及能够节约能耗的优点。
尽管已经结合目前被视为可实施的具体实施例描述了本发明，应该理解本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明应视为覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改及等效设置。
权利要求
1.一种热电联产系统，包括发电机，其产生电能；驱动源，其驱动所述发电机并产生热量；废热回收装置，其回收所述驱动源产生的废热；空调，其包括压缩机、四通阀、室内热交换器、膨胀阀和室外热交换器；以及废热供应热交换器，其用于将由所述废热回收装置回收的热量供应至所述压缩机的吸入单元侧，其中所述压缩机的压缩比为1.5-2.5。
2.根据权利要求1所述的热电联产系统，其中所述压缩机为具有可变压缩比的低压缩变频式压缩机。
3.根据权利要求1所述的热电联产系统，其中所述空调还包括压缩比为3、4或5的高压缩定速式压缩机。
4.根据权利要求1所述的热电联产系统，其中所述空调还包括压缩比为3-5的高压缩变频式压缩机。
5.根据权利要求1所述的热电联产系统，其中所述热电联产系统还包括旁通流路，在所述空调的制热操作期间已通过所述膨胀阀的制冷剂沿所述旁通流路绕过所述室外热交换器。
6.根据权利要求5所述的热电联产系统，其中在所述旁通流路的吸入单元侧设置室外膨胀阀，其用于使由室内机侧引入的制冷剂膨胀，以及在所述旁通流路的排出单元侧设置第三止回阀，其用于在空气冷却操作期间防止吸入所述室外热交换器的制冷剂回流至所述旁通流路。
7.根据权利要求1所述的热电联产系统，其中所述废热回收装置包括废气热交换器，其用于回收从所述驱动源排出的废气的热量；以及冷却剂热交换器，其用于回收冷却所述驱动源之后的冷却剂的热量。
8.根据权利要求7所述的热电联产系统，其中所述热电联产系统还包括散热装置，其用于在所述空调的空气冷却操作期间将由所述冷却剂热交换器以及所述废气热交换器回收的热量散发至外部。
9.根据权利要求1所述的热电联产系统，其中所述废热供应热交换器设置为在制冷剂循环流路上平行于所述室外热交换器，沿所述制冷剂循环流路导引在所述空调中循环的制冷剂。
10.根据权利要求9所述的热电联产系统，其中在所述废热供应热交换器的入口侧和出口侧的流路之间设置空气冷却流路，其用于在空气冷却操作期间使从所述第一和第二压缩机排出的制冷剂绕过所述废热供应热交换器。
全文摘要
根据本发明的热电联产系统包括将由引擎回收的废热供应至压缩机的吸入单元侧的废热供应热交换器。因而，本发明具有能够最大化废热的利用率的优点。此外，所述热电联产系统使用压缩比为1.5－2.5的低压缩变频式压缩机，其压缩比低于现有技术。因此，本发明能够更大程度地利用由废热供应热交换器供应的废热，从而其具有能够最大化热电联产系统的效率的优点。由于压缩机的吸入单元与排出单元之间的压差变小，因此本发明还具有能够防止损坏压缩机以及能够节约能耗的优点。
文档编号F01P3/20GK1854643SQ200610077240
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者赵殷晙, 河深复, 郑百永, 金哲民, 张世东 申请人:Lg电子株式会社