专利名称：交流电、燃气机并联双驱动热泵装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合动力领域的热泵装置，尤其涉及一种交流电、燃气机并联双驱动热泵装置。
背景技术：
虽然我国的家用空调器年生产能力已居世界第一，成本快速下降、其技术水平也有较大提高。但是我国是拥有大量的人口，且经济发展较快，而电力基础相对薄弱的发展中国家，单一发展电力空调带来一系列的后果其一，进一步提高夏季电力高峰负荷，使夏季电力供应紧张。由于我国住宅空调具有间断运行、运行时间短的特点，导致电力负荷特性进一步恶化。其二，家用空调器存在着一些难以克服的弊病效比低。其能效比一般为2. 7 3. 1，一次能源利用率仅为O. 8 I. O。由于受成本的限制，家用空调器的能效比很难有大的提高；目前发展最快的分体式空调没有新风装置，室内空气品质得不到保证，而窗式空调机的噪音较大，对居住环境有不同程度的影响。总之，当空调用电量的增长与电力供应、电网安全、电力企业经济效益的矛盾发展到一定的程度，必将导致十分严重后果，避免类似危机在中国的发生，住宅空调用能值得思考，发展其它形式空调已迫在眉睫。燃气热泵是主要以燃气为能源、以燃气发动机驱动的蒸汽压缩式热泵装置，并能充分利用发动机缸套废热、烟气废热以及低品位环境热量，实现冬季采暖、夏季供冷的高效空调供热装置。与其它的供热(制冷)装置相比，燃气热泵具有以下的优点其一，缓解城市电网的供电压力，平衡燃气季节峰谷。夏季是城市的用电高峰，而夏季空调的电力消耗则占其中很大一部分，每年夏天我国都会出现电力供应不足、拉闸限电等现象。同时由于夏季天气炎热，居民生活用燃气消耗量也大大下降，管网的负载率较低。这就为燃气空调发展创造了有利条件。其二，燃气热泵的发展有助于优化能源结构，有利于能源的综合利用。目前，我国一次能源消费中一直是煤炭占主导地位，能源消费结构的组成与世界平均能源消费结构煤炭占27%、石油占40%和天然气占24%差距较大。其三，运行效率较高，一次能源利用率高。燃气热泵在全负荷运行时一次能源利用率约为O. 9左右，带废热回收的系统一次能源利用率接近I. 45，这比吸收式的能源利用率高许多。同时运行成本和回收期主要与当地的气电价格比有关，对于电力负荷和价格较高而燃气价格相对稳定和较低的地区，其优点更为突出。然而在热泵运行的实际过程中，由于用户热泵负荷受室外环境、室内环境或其它因素的影响而不断的发生变化，且用户热泵负荷的波动幅度大。对于常规的燃气热泵系统而言，很难保持发动机工作在运行经济区内，发动机时常会在低转速或高转速范围内运行，导致常规燃气热泵系统的总体性能系数下降，排放增加，不利于节能环保。发明内容本发明要解决的技术问题是单一燃气发动机驱动热泵时的部分负荷运转和怠速现象，以及单一电驱动空调热泵系统的大量消耗电力问题。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是交流电、燃气机并联双驱动热泵装置，包括热泵单元、交流电机、燃气发动机、传动单元；交流电机的动力输入端为交流电，动力输出端通过交流电机离合器与传动单元连接；燃气发动机通过减压稳压装置与城市燃气管网连接，动力输出端通过燃气机离合器与传动单元的输入端连接；热泵单元的动力输入端通过压缩机离合器连接传动单元的输出端。本发明采用两种能源系统，将220V交流电驱动空调和燃气热泵空调的优势进行互补，在实现燃气机热泵的高效率运行的同时，使得热泵装置运行更加稳定，如出现电力故障或者电力短缺时，装置可以采用燃气发动机驱动；而燃气供应紧张或燃气管网出现问题时可采用220V交流电通过交流电机给整个系统功能。该装置的动力驱动部分可以实现三种运行工况220V交流电单独驱动整个系统、燃气发动机单独驱动和交流电与燃气机共同 驱动系统运转；可实现六种不同的工作运行状态1)交流电驱动制冷模式，2)燃气发动机驱动制冷模式，3)交流电和燃气发动机共同驱动制冷模式，4)交流电驱动供热模式，5)燃气发动机驱动供热模式，6)交流电和燃气发动机共同驱动供热模式。为了保证燃气发动机运行时缸套温度处于适宜的温度区间，同时进一步提高能源利用率，还设有废热回收装置，废热回收装置包括循环水泵、空气散热器、板式换热器、烟气换热器、离心水泵、保温水箱、储水箱、自来水控制阀，前述各个元件之间均通过管道连通；循环水泵、板式换热器和空气散热器顺次循环连接，且空气散热器与循环水泵之间的连接管道经过燃气发动机壳体内部；储水箱、离心水泵、烟气换热器、板式换热器、保温水箱顺次管道连接，且烟气换热器与燃气发动机连接，储水箱通过自来水控制阀与城市自来水管网连接。加设废热回收装置的优点有二，一是进行余热的回收后加热循环水以提供生活热水，二是保证发动机的运行温度。发动机缸套冷却水温影响发动机的冷却效率、高温零件的热负荷、发动机的热量分配和能量利用，若水温不适当，会造成发动机过冷或过热运转，混合气燃烧不正常，零部件磨损加剧，使得发动机功率下降。加设废热回收装置有利于延长整个装置的使用寿命。作为本发明的一种改进方案，所述传动单元包括皮带、主皮带轮以及从皮带轮，皮带绕接在主皮带轮、从皮带轮上，主皮带轮为输入端，从皮带轮为输出端。作为本发明的一种改进方案，前述热泵单元包括压缩机、四通转向阀、节流机构、以及两组蒸发冷凝器；压缩机运行所需动力通过传动单元由交流电机或燃气发动机提供，压缩机通过四通转向阀分别连接两组蒸发冷凝器；两组蒸发冷凝器之间通过节流机构连通。本发明的优点是将并联式混合动力技术应用到传统电驱动热泵和燃气热泵的组合中，采用城市交流电管网与燃气发动机技术结合，城市交流电管网驱动电机不仅可以起到平衡负荷变化的作用，同时由于电驱动部分直接接入城市交流电网，可实现在燃气短缺时长时间的驱动机组运行；可以实现六种不同的工作运行模式1)交流电驱动制冷模式，2)燃气机驱动制冷模式，3)交流电和燃气机共同驱动制冷模式，4)交流电驱动供热模式，5)燃气机驱动供热模式，6)交流电和燃气机共同驱动供热模式；同时，在需求负荷不断变化的情况下，燃气机存在两种工作状态，一是停机，二是运行在燃气发动机的经济区域内。从而可以提高一次能源的利用，相对减少碳排放。
图I是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。如图I所示，本发明包括动力分配系统、热泵单元和废热回收装置；前述动力分配系统包括交流电机I、燃气发动机2、皮带6以及主皮带轮5-1、从皮 带轮5-2 ;交流电机I的输入端通过开关20连接220V的城市交流电网，交流电机I的输出端通过交流电机离合器3与主皮带轮5-1连接；燃气发动机2的动力输入端通过控制阀21连接市燃气网，燃气发动机2的动力输出端通过燃气机离合器4与主皮带轮5-1连接。前述热泵单元包括压缩机8、四通转向阀9、节流机构11、以及两组蒸发冷凝器10 ；压缩机8的动力输入端通过压缩机离合器7与从皮带轮5-2连接。压缩机通过四通转向阀9分别连接两组蒸发冷凝器10 ;两组蒸发冷凝器10之间通过节流机构11连通。皮带6绕接在主皮带轮5-1、从皮带轮5-2上。前述废热回收装置包括循环水泵12、空气散热器13、板式换热器14、烟气换热器15、离心水泵16、保温水箱17、储水箱18、自来水控制阀19，前述各个元件之间均通过管道连通；其中，循环水泵12、空气散热器13和板式换热器14顺次循环连接，且循环水泵12与空气散热器13之间的连接管道穿过燃气发动机2壳体内，用于控制燃气发动机2的运行温度；烟气换热器15、板式换热器14、保温水箱17、储水箱18、离心水泵16顺次循环连接，且烟气换热器15与燃气发动机2连接，回收利用燃气发动机2工作时产生的高温烟气中的热量，自来水控制阀19与储水箱18连接，用于向储水箱18内注入自来水。当保温水箱17内的循环用水在热传导的作用下逐渐升温时，可为用户提供热水。本发明使用状态如下一、电驱动模式该模式下，开关20闭合，城市供电管网对交流电机I进行供电，从而使交流电机离合器3闭合,交流电机I的动力输出轴带动交流电机离合器3旋转,从而进一步带动主皮带轮5-1旋转，皮带6开始传动，并使从皮带轮5-2同步转动，从皮带轮5-2带动压缩机离合器7旋转，使压缩机开始工作，实现夏季制冷冬季制热。前述热泵单元的结构以及工作原理均为现有技术。此外，在该种模式下，控制阀21关闭，城市燃气管网不对燃气发动机2提供燃料供应，燃气机离合器4处于分离状态，废热回收装置不工作。这种工作模式下，整个系统的负荷全部由交流电提供，燃气机处于停机状态，主要运用在电力供应充足且制冷负荷较小，或者热负荷较小或者城市燃气管网的燃气供应紧张的情况。二、燃气发动机驱动模式[0031]该模式下，控制阀21打开，城市燃气管网对燃气发动机2提供燃料供应，燃气发动机2的输出轴带动燃气机离合器4旋转，从而进一步带动主皮带轮5-1旋转，皮带6开始传动，并使从皮带轮5-2同步转动，从皮带轮5-2带动压缩机离合器7旋转，使压缩机开始工作，实现制冷制热。此时，废热回收装置运行进行废热回收，废热回收装置可以保证燃气机的运行温度，同时还可以提供生活热水。此外，在该种模式下，开关20断开，城市供电管网不对交流电机I进行供电，此时，交流电机离合器3也处于分离状态，交流电机处于停机状态，整个系统全部由燃气机驱动。这种工作模式适用于夏季电力紧张，而燃气相对过剩的制冷工况，或者需要供暖的冬季。三、共同驱动模式城市供电管网和燃气管网同时对系统提供能源供应，交流电机和燃气机共同工作对压缩机输出功率，同时废热回收系统保证燃气机运行温度。共同驱动制冷模式可以用于酷夏期间制冷负荷需要非常大的情况下。当系统所需冷负荷不在燃气机的最佳运行经济区域时也可采用此种工作模式，利用交流电机平衡部分所需负荷，实现燃气机的高效运行。共同驱动模式通过由交流电机和燃气机通过并联的方式共同驱动压缩机运转，在所需热负荷较大或者燃气机不在最佳运行经济区域时可以采用这种工作模式。
权利要求1.交流电、燃气机并联双驱动热泵装置，其特征是包括热泵单元、交流电机、燃气发动机、传动单元；交流电机的动カ输入端为交流电，动カ输出端通过交流电机离合器与传动单元连接；燃气发动机通过减压稳压装置与城市燃气管网连接，动カ输出端通过燃气机离合器与传动单元的输入端连接；热泵单元的动カ输入端通过压缩机离合器连接传动单元的输出端。
2.根据权利要求I所述的交流电、燃气机并联双驱动热泵装置，其特征是还设有废热回收装置，废热回收装置包括循环水泵、空气散热器、板式换热器、烟气换热器、离心水泵、保温水箱、储水箱、自来水控制阀，前述各个元件之间均通过管道连通；循环水泵、板式换热器和空气散热器顺次循环连接，且空气散热器与循环水泵之间的连接管道经过燃气发动机壳体内部；储水箱、离心水泵、烟气换热器、板式换热器、保温水箱顺次管道连接，且烟气换热器与燃气发动机连接，储水箱通过自来水控制阀与城市自来水管网连接。
3.根据权利要求I或2所述的交流电、燃气机并联双驱动热泵装置，其特征是所述传动单元包括皮带、主皮带轮以及从皮带轮，皮带绕接在主皮带轮、从皮带轮上，主皮带轮为输入端，从皮带轮为输出端。
4.根据权利要求I或2所述的交流电、燃气机并联双驱动热泵装置，其特征是前述热泵单元包括压缩机、四通转向阀、节流机构、以及两组蒸发冷凝器；压缩机运行所需动カ通过传动単元由交流电机或燃气发动机提供，压缩机通过四通转向阀分别连接两组蒸发冷凝器；两组蒸发冷凝器之间通过节流机构连通。
专利摘要本实用新型公开了一种交流电、燃气机并联双驱动热泵装置,包括热泵单元、交流电机、燃气发动机、传动单元；交流电机的输出端通过交流电机离合器、燃气发动机的输出端通过燃气机离合器均与传动单元的输入端连接；热泵单元的输入端通过热泵离合器连接传动单元的输出端。本实用新型采用城市交流电管网与燃气发动机技术结合，城市交流电管网驱动电机不仅可以起到平衡负荷变化的作用，同时由于电驱动部分直接接入城市交流电网，可实现在燃气短缺时长时间的驱动机组运行；可以实现六种不同的工作运行模式，在需求负荷不断变化的情况下，燃气机存在两种工作状态，一是停机，二是运行在经济区域内。从而可以提高一次能源的利用，相对减少碳排放。
文档编号F02B63/06GK202613843SQ201220061290
公开日2012年12月19日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者蔡亮, 王彦伟, 金高龙, 张小松 申请人:东南大学