一种双动力空气源热泵装置及双动力空气源热泵装置控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双动力空气源热泵装置及双动力空气源热泵装置控制方法，其特征在于，包括发动机、电机单元和空气源热泵；所述的电机单元的两端均有向外伸出的传动轴；空气源热泵包括压缩机、水侧换热器和表冷器，水侧换热器输出冷水或热水；所述发动机、电机单元和压缩机依次串联连接。该双动力空气源热泵装置及方法能采用电力和燃料多种模式运行，实现电力和燃料的优势互补，尤其冬季采用燃气制热时的热效率要比锅炉直接燃烧高出数倍，能大幅节省燃气资源。

A double dynamic air source heat pump device and a dual power air source heat pump device control method

The invention discloses a double power air source heat pump device and double power control method of air source heat pump device, characterized in that, including the engine, motor unit and air source heat pump; the two ends of the transmission shaft of the motor unit and the protruding outward; the air source heat pump comprises a compressor, a water side heat exchanger and cooling is the water side heat exchanger output of cold water or hot water; the engine, motor and compressor unit is connected in series. The dual power air source heat pump device and method can operate in a variety of modes of power and fuel, and achieve complementary advantages of power and fuel. Especially in winter, the thermal efficiency of gas heating is much higher than that of direct combustion of boiler, and it can save gas resources significantly.

【技术实现步骤摘要】
一种双动力空气源热泵装置及双动力空气源热泵装置控制方法
本专利技术涉及燃气发电和空调领域，尤其涉及一种双动力空气源热泵装置及双动力空气源热泵装置控制方法。
技术介绍
随着天然气在城市的广泛使用，目前很多地区出现冷-热-电联产的能源站，可以提供制冷、供热（采暖和供热水）以及电力供应，其采用内燃发动机或燃气轮机驱动发电机单元发电，发电排出的高温尾气和热水供给吸收式空气源热泵来制冷。对于以夏季集中供冷为主的能源站，其冷负荷远大于供热负荷，必须用所发电再来驱动空气源热泵，承担大部分负荷，而吸收式空气源热泵仅提供辅助供冷。这种制冷运行模式，燃气热能先转化为机械能，再转化为电能，最后再由电能转化为压缩机的机械能，能源重复转换，效率低，而且系统复杂，占地面积大，只适合大型系统。冬季制热，基本都是采用直接燃烧天然气，效率不高的燃气锅炉；或用电空气源热泵，但存在频繁化霜，制热效果和效率都差的问题。此外：公开号为102563970A的中国专利（申请号为201210042712.0）公开了一种交流电、燃气机并联双驱动热泵装置，该方案中，电机单元、燃气机采用皮带轮并联方式，结构复杂，采用皮带轮机械传动效率低，而且也无发电功能；此外制冷时，燃气机排出的高品位烟气热能没有利用，不能转化成冷源，燃气制冷效率低。公开号为1776328的中国专利公开了一种混合动力燃气热泵空调及操作方法（申请号为200510122835.5），该方案中，也采用电动机和发动机混合驱动压缩机，并提到了混合动力装置采用串联方式和并联方式，该技术方案所谓的串联方式，是采用的一种电气和控制逻辑上的串联，即先用发动机发电，再用电机驱动压缩机，发动机和压缩机并无直接的机械连接；而其中并联方式指：发动机可独立带动压缩机，电动机也能独立带动压缩机，然后又可联合驱动压缩机。因此发动机与压缩机，电动机与压缩机之间，分别有独立的机械连接结构，然后再在一起并联，结构复杂，所以说明书里也提到：“并联式混合动力结构复杂，该专利技术不采用”。公开号为1862947的中国专利公开了一种基于恒转速的燃气热泵独立供能系统（申请号为200610014290.0），该系统中，发动机可以同时驱动压缩机和发电机，根据附图，其结构也为直连方式，但是发动机设置在压缩机与发电机之间，压缩机只能采用发动机驱动，不能采用电机驱动，功能单一。因此，有必要设计一种双动力空气源热泵装置及双动力空气源热泵装置控制方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双动力空气源热泵装置及双动力空气源热泵装置控制方法，该双动力空气源热泵装置及双动力空气源热泵装置控制方法灵活性好，占地面积小，易于实施，可让燃气和电力完美地实现优势互补，同时双能源体系更具战略安全性。本专利技术的技术解决方案如下：一种双动力空气源热泵装置，包括发动机、电机单元和空气源热泵；所述的电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组由多个绕组组成，每个绕组由导线反复缠绕在同一定子铁芯部位而形成。所述空气源热泵包括压缩机、水侧换热器、表冷器和四通阀，水侧换热器输出冷水或热水。压缩机可采用外部传动轴驱动，一般为开启式离心压缩机、开启式螺杆压缩机或开启式活塞机，表冷器与水侧换热器之间设有节流装置，制冷剂受到压缩机的压缩驱动，使在水侧换热器、表冷器和压缩机之间循环流动，并产生相变和温度变化，由四通阀实现制冷与制热模式的制冷剂的流向切换。夏季制冷时水侧换热器内低温制冷剂与循环水换热，输出冷水，通过水管路及水泵送入室内末端风机盘管，为室内提供冷气，表冷器内高温制冷剂通过冷凝风机散热；冬季制热时，通过四通阀切换，水侧换热器内高温制冷剂与循环水换热，输出热水，通过水管路及水泵送入室内末端风机盘管，为室内提供暖气，表冷器内低温制冷剂通过冷凝风机从空气中吸热。所述发动机可采用燃料内燃机、燃气轮机或蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃料可采用天然气或汽柴油等。所述发动机、电机单元和压缩机的传动轴依次串联连接。所述发动机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连。其中前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器。连轴装置安装在传动轴之间，传递传动轴之间的力矩，包括发动机与电机单元之间的前级连轴装置，电机单元与压缩机之间的后级连轴装置；连轴器是指用法兰盘和螺栓将两根传动轴连接起来，采用连轴器连接是一种固定的连接方式，采用离合器连接是一种灵活的连接方式。连轴装置采用电控离合器或机械可控离合器，如手动控制的机械离合器。离合器包括主动盘和从动盘，分别嵌套固定在所对应的传动轴上，当传动控制模块控制离合器吸合时，主动盘和从动盘同步转动，使得两个传动轴同步转动；离合器分离时，两个传动轴之间不传递转矩。另一种连轴装置为法兰盘连轴器，包括主动盘、中间连接段和从动盘，其中中间连接段的两侧还可设有柔性连接片，主动盘和从动盘分别嵌套固定在所对应的传动轴上；当主动盘、柔性连接片、中间连接段和从动盘之间用螺栓螺帽连接固定后，主动盘和从动盘同步转动，并带动两个传动轴同步转动，反之拆除螺栓螺帽，两个传动轴分离；主动盘和从动盘结构完全一样可以互换；所述的连轴装置的前级和后连轴装置也可分别采用电控离合器和法兰盘连轴器。发动机、电机单元和热泵压缩机的三轴串联直驱，效率更高，结构更简单，更于维护。如内燃机在驱动发电机输出50Hz三相交流电时，有的转速为3000r/min，而现有开启式热泵压缩机所采用的两极驱动电机在50Hz三相交流电源驱动时转速为2950r/min，二者转速基本一样，从而使上述直驱连接成为可能。进一步，还包括余热回收器，余热回收器与发动机的排烟管或冷却水管相连，利用发动机排出的烟气或冷却水加热余热回收器，输出热水。夏季该热水可作为卫生热水；冬季该热水正好可以汇入空调热水系统。进一步，所述表冷器与发动机的排烟风道之间设有风阀，其中风阀进风口与排烟风道连接，风阀出风口于表冷器连接。当冬季运行制热模式时，从发动机排气口排出的高温烟气通过排烟风道和风阀进入到空气源热泵低温的表冷器，提高制热效果，并降低排烟温度。而夏季制冷时，通过关闭风阀，切断排烟风道，阻止高温烟气进入表冷器。所述风阀进风口还可与余热回收器的排烟风道连接。这样在冬季制热时可以让高温烟气先通过余热回收器获得温度较高的热水，然后从余热回收器排出较低温度的烟气再进入10℃以下的低温表冷器，提高热泵机组制热运行时的蒸发温度，融化表冷器的结霜，提高热泵制热效率，甚至可以让空气源热泵冬季无霜运行，而发动机的排烟温度可降至低于气温，实现热源几乎百分百高效利用，同时也利于环保。夏季制冷时，该风阀则关闭。进一步，当所述电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述电机转子上方的电机定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；所述反重力励磁绕组通过在电机定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线可与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路，也可接入到定子绕组回路中。电机转子内主要材料为铁芯，当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双动力空气源热泵装置，其特征在于，包括发动机、电机单元和空气源热泵；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述空气源热泵包括压缩机、水侧换热器、表冷器、冷凝风机、节流阀和四通阀，水侧换热器输出冷水或热水；所述发动机、电机单元和压缩机的传动轴依次串联连接;所述发动机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连；其中前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器。

【技术特征摘要】
1.一种双动力空气源热泵装置，其特征在于，包括发动机、电机单元和空气源热泵；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述空气源热泵包括压缩机、水侧换热器、表冷器、冷凝风机、节流阀和四通阀，水侧换热器输出冷水或热水；所述发动机、电机单元和压缩机的传动轴依次串联连接;所述发动机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连；其中前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器。2.根据权利要求1所述的双动力空气源热泵装置，其特征在于，还包括余热回收器，余热回收器与发动机的排烟管或冷却水管相连，利用发动机排出的高温烟气或冷却水加热余热回收器，输出热水。3.根据权利要求1所述的双动力空气源热泵装置，其特征在于，所述表冷器与发动机的排烟风道之间设有风阀，其中风阀进风口与排烟风道连接，或与余热回收器的排烟风道连接；风阀出风口与表冷器的进风侧连接。4.根据权利要求1所述的双动力空气源热泵装置，其特征在于，当所述电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述电机转子上方的电机定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让电机单元传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的竖直向下压力减小或为零。5.根据权利要求1所述的双动力空气源热泵装置，其特征在于，所述的电机单元为发电机、电动机、复合型电机或电机组；复合型电机是指该电机单元既能作为发电机使用又能作为电动机使用；电机组为包括串联的至少两个子电机。6.根据权利要求1所述的双动力空气源热泵装置，其特征在于，所述前级或后级连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置。7.根据权利要求1所述的双动力空气源热泵装置，其特征在于，还包括电控系统；发动机、电机单元和空气源热泵均受控于电控系统；电控系统包括热动力控制模块、电机控制模块和空气源热泵控制模块；（1）热动力控制模块用于控制发动机的运行；（2）电机控制模块包括电动机模块、发电模块和反重力控制模块中的至少一种；所述电动机模块用于控制外部电源为电机单元供电，此时电机单元工作在电动机模式；所述发电模块用于控制电机单元向外部负载供电，此时电机单元工作在发电机模式；所述反重力控制模块输出端与反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电机定子的反重力励磁绕组提供电源；当切换单元断开时，电机单元工作在反重力轴承模式，励磁单元与反重力励磁绕组接通，即使电机转子被其他设备带动旋转，也能对转子产生持续的反重力方向的电磁吸力；当切换单元闭合时，将反重力励磁绕组恢复到电动机或发电机的定子绕组中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢梦，徐红艳，童乙伦，童献文，
申请(专利权)人：湖南同能机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43