一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组及其应用制造技术

本发明专利技术属于燃气驱动空气源热泵供热领域，尤其涉及一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组及其应用。包括：内燃机、变速器联轴器、压缩机、冷凝器、蒸发器、烟气余热回收器、烟气与空气混合腔等；所述内燃机、变速器联轴器、压缩机、冷凝器依次连接，且蒸发器回连至压缩机；所述烟气余热回收器设置在内燃机的烟气管道上，烟气与空气混合腔与蒸发器连通；供暖水管道分为两路，第一路依次与冷凝器、烟气余热回收器之间进行热交换，第二路与内燃机之间换热后与第一路汇合后将高温水供给用户。本发明专利技术摒弃了燃气热泵研究追求多用途多工况综合能效比的限制，不再考虑夏季制冷性能系数和冷热转换，成功使现有GHP技术能够用于以暖气片为末端的供热系统。

A Full Heat Recovery Integrated Gas Heat Pump Heating Unit and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组及其应用
本专利技术属于燃气驱动空气源热泵供热领域，尤其涉及一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组及其应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。近年来的清洁能源改造实施过程中，大多采用气代煤、电代煤，气和电都属于高品位能源，其中气代煤大多直接用燃气壁挂炉或燃气锅炉，将燃气这种高品位的能源直接燃烧，用于低品位要求的供暖需求，造成能源强度损失及能源品位的浪费。而当前大量应用于区域集中供热的空气源热泵机组是以电为驱动能源，能效比大部分在2-2.5之间，供水温度一般在50℃左右，应用于集中供热时占地面积过大，基本在电网峰值时段运行，对电网冲击较大，而且用电量的增加意味着火电厂排放量的增加，加大了总污染。各研究机构的研发方向主要集中在如何提高电驱动热泵机组的COP值和IPLV的绝对值以及整个供暖系统的效率上，各制造厂商也推出了CO2复叠式热泵以提高供水温度，但以适用于集中供热系统的燃气驱动型空气源热泵的专题研究目前仅处于起步阶段。燃气引擎驱动热泵(GasenginedrivenHeatPump，缩写为GHP)主要指应用于多联式冷媒空调系统的多用途机组。主要生产商有两个日本品牌和一个韩国品牌，即松下制冷大连有限公司(原大连三洋制冷有限公司)和洋马株式会社及韩国LS集团空调事业部。其产品特点均是以冷媒(制冷剂)为室内机循环介质，冬季供热是以空调器送热风的方式完成的。2019年洋马与南京天加空调形成战略合作推出了可以用于区域供热的燃气空气源热泵小型机组，但其用于采暖时的原理是在冷媒多联机系统的基础上外挂热水换热器完成的。近几年北京等地区为解决供热调峰和区域平衡问题而新增了大量燃气热电厂规模，在电网峰值和供热峰值时段使用电驱动空气源热泵实质上是增加了一个能量转换环节。大连松下和南京天加(洋马)2019年4月在上海国际冷展上分别推出了可以用于区域供暖的以冷媒循环为主的燃气驱动空气源热泵机组，但他们的蒸发器(冷凝器)除霜采用的是烟气通过加热循环水或用缸套热水等传统方式来除霜，增加了电能消耗和装置的复杂化；其次到目前为止这类机组中的燃气引擎、轴承、压缩机、换热器、管道等表面散热都没有回收利用。目前空气源热泵机组已被住建部列为可再生能源设备，天然气又属于集中供热领域推广应用的清洁能源。但是天然气的使用仍然都存在烟气排放的问题，都需要满足一定高度的烟囱和一定浓度的氮氧化合物。现有燃气空气源热泵由于结构复杂还需要外置换热设备和排烟装置等附件，大型机组还需要现场组装。本专利技术人的在先申请201610203393.5公开了一种用于集中供热系统的燃气驱动空气源热泵供热机组；然而，在样机试制过程中，发现其效率不够理想，除霜控制问题也没有很好地解决。
技术实现思路
针对上述的问题，本专利技术人研究发现：现有GHP技术虽然可以通过空调方式用于室内采暖，但并不适合用于以暖气片为末端的供热系统，主要技术原因是受压缩比和冷凝(蒸发)压力的限制，最佳冷凝温度设计值是50℃左右，如果再通过板式换热器制取热水的话，实际供水温度在45℃左右，只能用于地暖或风机盘管。为此，本专利技术提供一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组及其应用。本专利技术在不改变冷凝(蒸发)压力的情况下，通过设置在烟气尾部的冷凝换热器进一步提高循环水温度，实际供水温度最高达85℃，完全满足暖气片形式的供暖需求。本专利技术第一目的，是提供一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组。本专利技术第二目的，是提供所述全热回收型一体式燃气热泵供热机组的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组，包括：内燃机、变速器联轴器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、烟气余热回收器、排烟控制阀、烟气与空气混合腔、进风窗和外壳。所述内燃机、变速器联轴器、压缩机、冷凝器依次连接；所述膨胀阀设置在冷凝器和蒸发器之间的连通管路上，且蒸发器回连至压缩机，构成空气源热泵冷媒系统；所述烟气余热回收器设置在内燃机的烟气管道上，所述烟气与空气混合腔与蒸发器的进气口连通，所述排烟控制阀设置在内燃机与烟气余热回收器之间的烟气管道上以及内燃机与空气混合腔之间的烟气管道上；供暖水管道分为两路，第一路依次与冷凝器、烟气余热回收器之间进行热交换后将高温水供给用户，第二路与内燃机之间换热后与第一路汇合，然后将高温水供给用户；上述部件设置在所述外壳内，所述进风窗设置在所述外壳上，所述进风窗的设置位置以空气进入后至少能够流经内燃机、变速器联轴器、压缩机为准；所述蒸发器的排气口位于外壳外部。作为进一步的技术方案，所述烟气余热回收器的出口与烟气与空气混合腔连通，烟气在烟气余热回收器中与供暖水换热后再次进入空气混合腔中再次进行利用。作为进一步的技术方案，所述压缩机为螺杆式或涡旋式压缩机，压缩机及的主要作用是将低温的冷媒(或者制冷剂)压缩后变成高温高压的冷媒气体，其在流经冷凝器时放热，与冷凝器内的供暖水进行热交换后变成液态，液态冷媒经过节流阀节流和降压后流向蒸发器，吸收大量的空气热能和烟气的热能后回流至压缩机中。作为进一步的技术方案，所述进风窗中设置有导流板，导流板的主要作用是保证进风先经过内燃机、联轴器、压缩机、各换热器、管路等散热部件，以便于能够充分吸取余热。作为进一步的技术方案，所述内燃机的外表设置有缸套，以便于对供暖水进行加热。作为进一步的技术方案，所述蒸发器和烟气与空气混合腔的表面经过防腐、防垢处理。作为进一步的技术方案，所述全热回收型一体式燃气热泵供热机组还包括机组支座，所述机组支座设置在外壳的底部，用于支撑整个供热机组并保证有良好的进风通道。其次，本专利技术公开第一种使用所述全热回收型一体式燃气热泵供热机组加热供暖水的方法：燃气在内燃机中燃烧推动变速器联轴器对压缩机中的冷媒进行压缩，低温的冷媒被压缩后变成高温高压的冷媒气体，其在流经冷凝器时与冷凝器内的供暖水进行换热，供暖水被经热后进入烟气余热回收器；燃气燃烧后的排烟分为两路，一路进入烟气余热回收器对进入其中的供暖热水温度进一步加热；另一路烟气进入蒸发器的烟气与空气混合腔与已吸收机组部件表面散热的空气混合，进一步提高蒸发器的进风温度、降低进风相对湿度，这一路主要在深冬气温过低空气湿度偏大时段使用，其余运行时段这路烟气控制阀可关闭；高温高压的冷媒气体经过换热后变成液态冷媒，然后经过节流阀节流和降压后进入蒸发器，吸收大量的空气热能和烟气的热能后回流至压缩机中进行循环使用；另一路供暖水直接通过内燃机缸套与内燃机之间进行热交换，两路加热后的供暖水汇合后供给用户。再次，本专利技术公开第二种使用所述全热回收型一体式燃气热泵供热机组加热供暖水的方法：燃气燃烧后的排烟分为两路，一路进入烟气余热回收器对进入其中的供暖热水温度进一步加热，然后该烟气再次进入蒸发器的烟气与空气混合腔中与已吸收机组部件表面散热的空气混合；另一路烟气直接进入蒸发器的烟气与空气混合腔中，进入烟气与空气混合腔的烟气与已吸收机组部件表面散热的空气混合，进一步提高蒸发器的进风温度、降低进风相对湿度，其他同第一种方法。最后，本专利技术公开所述全热回收型一体式燃气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组，其特征在于，包括：内燃机、变速器联轴器、压缩机、冷凝器、蒸发器、烟气余热回收器、排烟控制阀、烟气与空气混合腔、进风窗和外壳；所述内燃机、变速器联轴器、压缩机、冷凝器依次连接，且蒸发器回连至压缩机，构成空气源热泵冷媒系统；所述烟气余热回收器设置在内燃机的烟气管道上，所述烟气与空气混合腔与蒸发器的进气口连通；所述排烟控制阀设置在内燃机与烟气余热回收器之间的烟气管道上以及内燃机与空气混合腔之间的烟气管道上；供暖水管道分为两路，第一路依次与冷凝器、烟气余热回收器之间进行热交换后将高温水供给用户，第二路与内燃机之间换热后与第一路汇合，然后将高温水供给用户；上述部件设置在所述外壳内，所述进风窗设置在所述外壳上，所述进风窗的设置位置以空气进入后至少能够流经内燃机、变速器联轴器、压缩机为准；所述蒸发器的排气口位于外壳外部。

【技术特征摘要】
1.一种全热回收型一体式燃气热泵供热机组，其特征在于，包括：内燃机、变速器联轴器、压缩机、冷凝器、蒸发器、烟气余热回收器、排烟控制阀、烟气与空气混合腔、进风窗和外壳；所述内燃机、变速器联轴器、压缩机、冷凝器依次连接，且蒸发器回连至压缩机，构成空气源热泵冷媒系统；所述烟气余热回收器设置在内燃机的烟气管道上，所述烟气与空气混合腔与蒸发器的进气口连通；所述排烟控制阀设置在内燃机与烟气余热回收器之间的烟气管道上以及内燃机与空气混合腔之间的烟气管道上；供暖水管道分为两路，第一路依次与冷凝器、烟气余热回收器之间进行热交换后将高温水供给用户，第二路与内燃机之间换热后与第一路汇合，然后将高温水供给用户；上述部件设置在所述外壳内，所述进风窗设置在所述外壳上，所述进风窗的设置位置以空气进入后至少能够流经内燃机、变速器联轴器、压缩机为准；所述蒸发器的排气口位于外壳外部。2.如权利要求1所述的全热回收型一体式燃气热泵供热机组，其特征在于，所述烟气余热回收器的出口与烟气与空气混合腔连通。3.如权利要求1或2所述的全热回收型一体式燃气热泵供热机组，其特征在于，还包括膨胀阀，所述膨胀阀设置在冷凝器和蒸发器之间的连通管路上。4.如权利要求1或2所述的全热回收型一体式燃气热泵供热机组，其特征在于，所述压缩机为螺杆式或涡旋式压缩机。5.如权利要求1或2所述的全热回收型一体式燃气热泵供热机组，其特征在于，所述进风窗中设置有导流板。6.如权利要求1或2所述的全热回收型一体式燃气热泵供热机组，其特征在于，所述内燃机的外表设置有缸套。7.如权利要求1或2所述的全热回收型一体式燃气热泵供热机组，其特征在于，所述蒸发器和烟气与空气混合腔的表面经过防腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩广钧，
申请(专利权)人：山东省食品发酵工业研究设计院，
类型：发明
国别省市：山东,37