一种高效除霜的燃料热泵系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术涉及空调领域，提供一种高效除霜的燃料热泵系统及其运行方法。该系统包括燃料热泵单元、余热供热单元、除霜单元；燃料热泵单元包括燃料发动机机及其驱动的热泵机组、至少两个风冷模块、用户；余热供热单元包括燃料发动机的缸套和第一烟气换热器；除霜单元包括第二烟气换热器和包括补热换热器的防冻液箱；烟气中的低品位余热在第二烟气换热器处得以回收用于风冷换热器除霜；该系统包括三种运行模式：正常供暖运行模式、除霜供暖运行模式、补热除霜供暖运行模式。本发明专利技术将回收的包含大量潜热的低品位烟气余热用于风冷换热器除霜，可有效提升热泵系统的制热量和系统能效比。

【技术实现步骤摘要】
一种高效除霜的燃料热泵系统及其运行方法
本专利技术涉及空调领域，尤其涉及一种高效除霜的燃料热泵系统及其运行方法。
技术介绍
燃料热泵系统利用燃料发动机驱动热泵机组的压缩机，一方面可以利用热泵机组从低温环境取热向用户供暖，另一方面可直接利用燃料燃烧后发动机的缸套水及高温烟气中存在的大量余热进行供暖。因此，该系统具有优良的供热性能。然而，燃料发动机驱动的空气源热泵机组在温度较低、湿度较大的环境中运行时，室外风冷换热器存在严重的结霜现象，导致系统能效降低，制热量减小，甚至无法正常运行。若采用制冷剂逆向循环等传统除霜方式，将从热泵制取的热量中提取除霜用热量，不仅会影响用户的供暖效果，而且还导致系统的制热能效比降低。因此，中国专利申请号为201510780817.X的“一种空气源柔性燃料热泵机组及其运行方法”的专利技术专利，提出了利用燃料发动机余热的除霜方法，解决了上述问题。但该专利技术专利仍存在以下不足：（1）用于除霜的热量全部来自用户供暖侧的高温热水，存在能量品位的浪费，且影响用户的供暖效果；（2）烟气余热未能充分回收，经回收高温显热后的排烟的温度和含湿量仍较高，仍具有大量的潜热未被回收利用。因此，进一步回收烟气潜热用于室外风冷换热器的除霜，不仅可保证系统的供热水温、实现稳定供热，而且还能提升热泵系统的能效。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述现有技术中存在的问题和不足，为此，提出一种高效除霜的燃料热泵系统及其运行方法，将发动机烟气的余热分成高温与低温的两部分分别回收。高温余热用于给用户供暖；低温余热虽然温度不满足用户供暖需求，但可用于室外侧的风冷换热器除霜，且通常情况下包含了大量烟气潜热热量的低温余热足够满足除霜需求，对用户侧供暖效果不造成影响的同时，系统能效进一步提升。本专利技术的技术方案如下：一种高效除霜的燃料热泵系统，包括燃料热泵单元、余热供热单元，所述的燃料热泵单元包括至少两组由风机和风冷换热器组成的风冷模块，所述的风冷换热器通过其两端的第一阀门并联在第一防冻液管路上；所述的余热供热单元包括第二热水管路及连接在第二热水管路上的用户、燃料发动机的缸套及第一烟气换热器，所述第二热水管路上串连有第三循环泵，其特征是还包括有除霜单元，所述的除霜单元包括第二烟气换热器、与所述第二烟气换热器通过第三防冻液管路连接的内部装有补热换热器的防冻液箱，所述第三防冻液管路上还设置有第四循环泵；设置有与所述第三防冻液管路并联的第二防冻液管路，所述风冷换热器还通过第二阀门并联在第二防冻液管路上并通过第二防冻液管路与所述第三防冻液管路并联，所述第二防冻液管路上设置有第五阀门，所述第三防冻液管路上设置有第六阀门，所述的第五阀门和第六阀门择一导通；所述的安装在风冷换热器两端的第一阀门与第二阀门择一导通。所述的一种高效除霜的燃料热泵系统，其特征是还设置有补热除霜单元，所述的补热除霜单元包括置于所述防冻液箱内的补热换热器及与所述补热换热器进出水管相连的第三热水管路，所述第三热水管路并联连接在所述第二热水管路上，所述第二热水管路上设置有第三阀门，所述第三热水管路上设置有第四阀门，所述的第三阀门与第四阀门择一导通。所述的一种高效除霜的燃料热泵系统，其特征是所述的风冷换热器进出水管路上的第一阀门与第二阀门合并，由风冷换热器三通阀取代；所述第二热水管路中的第三阀门与第三热水管路中的第四阀门合并，由热水管路三通阀取代；所述第二防冻液管路中的第五阀门与第三防冻液管路中的第六阀门合并，由防冻液管路三通阀取代。一种高效除霜的燃料热泵系统的运行方法，其特征在于包括如下三种运行模式：A、正常供暖运行模式：冬季系统运行时当所有所述风冷模块的所述风冷换热器均不存在结霜或结霜轻微不至影响供暖时，关闭所述第二阀门和第五阀门，此时，第二防冻液管路关断即风冷换热器的除霜回路停止运行；关闭第四阀门即关断第三热水管路，此时补热除霜单元停止运行；打开所述第一阀门和第三阀门，同时开启所述风机及第一循环泵与第二循环泵，并联在第一防冻液管路上的风冷换热器将取自空气中的热量通过管路中循环防冻液转移至蒸发器中，循环防冻液将蒸发器内制冷剂管路中的制冷剂加热气化后自身温度降低并回流至风冷换热器内完成防冻液循环；制冷剂管路中被气化的制冷剂进入压缩机内压缩增压后进入冷凝器中液化，并将第一热水管路中的水介质加热，然后经节流装置降压膨胀后进入蒸发器完成制冷剂循环；所述第一热水管路中的热水在第二循环泵的作用下离开用户，经所述冷凝器取热后再返回用户放热，完成第一热水管路中的热水循环；由燃料发动机排出的高温烟气进入第一烟气换热器中，开启第三循环泵，由用户中流出的热水通过第二热水管路依次进入燃料发动机的缸套和第一烟气换热器内，取热后经由阀门流回用户放热，完成第二热水管路中的热水循环；第二烟气换热器、防冻液箱及第四循环泵通过第三防冻液管路连接构成防冻液蓄热单元，高温烟气流经第一烟气换热器后温度大幅降低，然后进入第二烟气换热器，开启第四循环泵和第六阀门，防冻液箱内的防冻液通过第三防冻液管路从第二烟气换热器中取热后返回防冻液箱内，低温烟气余热被防冻液吸收并储存起来；B、除霜供暖运行模式：在所述正常供暖运行模式的基础上，若出现一个或几个风冷模块的风冷换热器结霜程度严重时，系统进入除霜供暖运行模式，此时，需保证至少一个风冷模块正常取热运行，关闭需要除霜的风冷模块的风机及对应的风冷换热器两端第一阀门，同时开启对应的第二阀门；开启第五阀门，同时关闭第六阀门，所述第二防冻液管路导通，第三防冻液管路的蓄热单元回路关断并同时与第二防冻液管路连通；所述第三防冻液管路内的防冻液在所述第四循环泵的作用下离开所述防冻液箱通过所述第二防冻液管路进入需要除霜的风冷换热器，放热后返回所述第三防冻液管路，经所述第二烟气换热器取热后返回防冻液箱，完成防冻液除霜循环；C、补热除霜供暖运行模式：在所述除霜供暖运行模式的基础上，当一个或几个所述风冷换热器除霜频繁，导致所述除霜防冻液箱内的防冻液温度较低时，系统进入补热除霜供暖运行模式，开启所述第四阀门，同时关闭所述第三阀门，所述第三热水管路导通，与所述第三热水管路并联的所述第二热水管路的供热回路关断；所述第二热水管路中经所述发动机的缸套和第一烟气换热器取热后的高温热水进入所述第三热水管路经补热换热器向所述防冻液箱中的防冻液放热后返回所述第二热水管路，完成补热除霜热水循环。本专利技术与现有空气源高效除霜的燃料热泵系统相比具有如下突出的节能优势和显著的技术效果：第一回收了包含大量潜热热量的低品位烟气余热用于风冷换热器除霜，系统能效进一步提升；第二通常情况下的低品位烟气余热足够满足风冷换热器除霜需求，无需消耗高品位的热量，故系统除霜时的用户侧供暖效果进一步提升。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效除霜的燃料热泵系统，包括燃料热泵单元、余热供热单元，所述的燃料热泵单元包括至少两组由风机（6）和风冷换热器（7）组成的风冷模块（5），所述的风冷换热器（7）通过其两端的第一阀门（8）并联在第一防冻液管路（b）上；所述的余热供热单元包括第二热水管路（d）及连接在第二热水管路上的用户（12）、燃料发动机（13）的缸套及第一烟气换热器（14），所述第二热水管路（d）上串连有第三循环泵（15），其特征是还包括有除霜单元，所述的除霜单元包括第二烟气换热器（18）、与所述第二烟气换热器（18）通过第三防冻液管路（f）连接的内部装有补热换热器（23）的防冻液箱（22），所述第三防冻液管路（f）上还设置有第四循环泵（21）；设置有与所述第三防冻液管路（f）并联的第二防冻液管路（e），所述风冷换热器（7）还通过第二阀门（9）并联在第二防冻液管路（e）上并通过第二防冻液管路与所述第三防冻液管路（f）并联，所述第二防冻液管路（e）上设置有第五阀门（19），所述第三防冻液管路（f）上设置有第六阀门（20），所述的第五阀门（19）和第六阀门（20）择一导通；所述的安装在风冷换热器（7）两端的第一阀门（8）与第二阀门（9）择一导通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高效除霜的燃料热泵系统，包括燃料热泵单元、余热供热单元，所述的燃料热泵单元包括至少两组由风机（6）和风冷换热器（7）组成的风冷模块（5），所述的风冷换热器（7）通过其两端的第一阀门（8）并联在第一防冻液管路（b）上；所述的余热供热单元包括第二热水管路（d）及连接在第二热水管路上的用户（12）、燃料发动机（13）的缸套及第一烟气换热器（14），所述第二热水管路（d）上串连有第三循环泵（15），其特征是还包括有除霜单元，所述的除霜单元包括第二烟气换热器（18）、与所述第二烟气换热器（18）通过第三防冻液管路（f）连接的内部装有补热换热器（23）的防冻液箱（22），所述第三防冻液管路（f）上还设置有第四循环泵（21）；设置有与所述第三防冻液管路（f）并联的第二防冻液管路（e），所述风冷换热器（7）还通过第二阀门（9）并联在第二防冻液管路（e）上并通过第二防冻液管路与所述第三防冻液管路（f）并联，所述第二防冻液管路（e）上设置有第五阀门（19），所述第三防冻液管路（f）上设置有第六阀门（20），所述的第五阀门（19）和第六阀门（20）择一导通；所述的安装在风冷换热器（7）两端的第一阀门（8）与第二阀门（9）择一导通。


2.根据权利要求1所述的一种高效除霜的燃料热泵系统，其特征是还设置有补热除霜单元，所述的补热除霜单元包括置于所述防冻液箱（22）内的补热换热器（23）及与所述补热换热器（23）进出水管相连的第三热水管路（g），所述第三热水管路（g）并联连接在所述第二热水管路（d）上，所述第二热水管路（d）上设置有第三阀门（16），所述第三热水管路（g）上设置有第四阀门（17），所述的第三阀门与第四阀门择一导通。


3.根据权利要求1或2所述的一种高效除霜的燃料热泵系统，其特征是所述的风冷换热器（7）进出水管路上的第一阀门（8）与第二阀门（9）合并，由风冷换热器三通阀（C1）取代；所述第二热水管路（d）中的第三阀门（16）与第三热水管路（g）中的第四阀门（17）合并，由热水管路三通阀（C2）取代；所述第二防冻液管路（e）中的第五阀门（19）与第三防冻液管路（f）中的第六阀门（20）合并，由防冻液管路三通阀（C3）取代。


4.一种高效除霜的燃料热泵系统的运行方法，其特征在于包括如下三种运行模式：
A、正常供暖运行模式：
冬季系统运行时当所有所述风冷模块（5）的所述风冷换热器（7）均不存在结霜或结霜轻微不至影响供暖时，关闭所述第二阀门（9）和第五阀门（19），此时，第二防冻液管路（e）关断即风冷换热器（7）的除霜回路停止运行；
关闭第四阀门（17）即关断第三热水管路（g），此时补热除霜单元停止运行；
打开所述第一阀门（8）和第三阀门（16），同时开启所述风机（6）及第一循环泵（10）与第二循环泵（11），并联在第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李先庭，朱志强，梁辰吉昱，闫帅，石文星，王宝龙，
申请(专利权)人：山西佳新信达甲醇销售有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：山西;14