專利名稱：熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(cogeneration system)及控制該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法。更具體地，本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱被回收并被提供給熱泵型空調(diào)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，以及控制該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
一般來說，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)，使用從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)力來發(fā)電的發(fā)電機(jī)，以及提供發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱到熱消耗器(如熱水器或空調(diào))的傳熱裝置。
發(fā)自發(fā)電機(jī)的電力用于運(yùn)行各種電子設(shè)備，如電燈和空調(diào)。
傳熱裝置回收用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水的廢熱以及從發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣的廢熱，然后提供所回收的廢熱給熱水器或空調(diào)。
然而，這種傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有這樣的弊端，即不考慮環(huán)境溫度條件、以不加控制的方式將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱提供給熱消耗器，從而不能在考慮了負(fù)載隨環(huán)境溫度的變化而變化的基礎(chǔ)上來靈活地提供熱能。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述弊端而提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱用于改善熱泵型空調(diào)的制熱性能或防止該熱泵型空調(diào)的室外熱交換器結(jié)霜，以使該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)呈現(xiàn)出高的能量效率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種控制熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法，其中，在熱泵型空調(diào)的制熱運(yùn)行期間，當(dāng)環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)于結(jié)霜溫度(frosting temperature)時(shí)，廢熱集中地用于除霜的目的；并且廢熱以分布方式用于除霜的目的和制熱性能改善的目的，從而可使熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠主動(dòng)地(positively)應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度條件。
根據(jù)一個(gè)方案，本發(fā)明提供一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)電機(jī)，連接至該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸以發(fā)電；熱泵型空調(diào)，包括壓縮機(jī)、方向閥、室外熱交換器、膨脹(expansion)裝置以及室內(nèi)熱交換器；預(yù)熱器，以預(yù)熱吹向該室外熱交換器的室外空氣；壓縮機(jī)排放管線加熱器，以加熱流經(jīng)該壓縮機(jī)的排放管線的制冷劑；以及廢熱控制器，以傳遞來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給該預(yù)熱器和該壓縮機(jī)排放管線加熱器中的至少一個(gè)，同時(shí)控制所傳遞的廢熱的量。
根據(jù)另一個(gè)方案，本發(fā)明提供一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)電機(jī)，連接至該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸以發(fā)電；熱泵型空調(diào)，包括壓縮機(jī)、方向閥、室外熱交換器、膨脹裝置以及室內(nèi)熱交換器；預(yù)熱器，以預(yù)熱吹向該室外熱交換器的室外空氣；壓縮機(jī)排放管線加熱器，以加熱流經(jīng)該壓縮機(jī)的排放管線的制冷劑；以及廢熱控制器，以在該室外熱交換器處于結(jié)霜條件下時(shí)，集中地傳遞該發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給該預(yù)熱器，并且在該室外熱交換器未處于結(jié)霜條件下時(shí)，以分布方式傳遞該發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給該預(yù)熱器和該壓縮機(jī)排放管線加熱器。
該廢熱控制器可包括冷卻水熱交換器，以從用于冷卻該發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水中吸收熱；以及廢氣熱交換器，以從由該發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣中吸收熱。
該廢熱控制器還可包括第一熱介質(zhì)循環(huán)管道，以引導(dǎo)第一熱介質(zhì)通過該冷卻水熱交換器和該預(yù)熱器循環(huán)；第一循環(huán)泵，以抽吸該第一熱介質(zhì)，用于該第一熱介質(zhì)的循環(huán)；第二熱介質(zhì)循環(huán)管道，以引導(dǎo)第二熱介質(zhì)通過該廢氣熱交換器和該壓縮機(jī)排放管線加熱器循環(huán)；以及第二循環(huán)泵，以抽吸該第二熱介質(zhì)，用于該第二熱介質(zhì)的循環(huán)。
該廢熱控制器還可包括熱介質(zhì)加熱器，設(shè)置在該第一熱介質(zhì)循環(huán)管道處，以加熱從該冷卻水熱交換器排出的該第一熱介質(zhì)；以及廢氣路徑切換裝置，以將從該發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣選擇性地提供到該熱介質(zhì)加熱器或該廢氣熱交換器。
該廢氣路徑切換裝置可包括排氣管道，以將從該發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣引導(dǎo)到該廢氣熱交換器；分支管道，以將從該發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣引導(dǎo)到該熱介質(zhì)加熱器；以及控制閥，以交替開/關(guān)該排氣管道和該分支管道。
該廢氣路徑切換裝置還可包括溫度傳感器，以測(cè)量室外空氣的溫度或該室外熱交換器的溫度；以及控制器，以基于該熱泵型空調(diào)是運(yùn)行在制熱模式還是制冷模式以及該溫度傳感器所測(cè)量到的溫度，來控制該控制閥。
當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制熱模式、并且該溫度傳感器所測(cè)量到的溫度在第一預(yù)定溫度范圍內(nèi)時(shí)，該控制器可控制該控制閥工作在熱介質(zhì)加熱器模式下，以關(guān)閉該排氣管道并打開該分支管道。當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制熱模式、并且該溫度傳感器所測(cè)量到的溫度在第二預(yù)定溫度范圍內(nèi)時(shí)，或者當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制冷模式時(shí)，該控制器也可控制該控制閥工作在廢氣熱交換器模式下，以打開該排氣管道并關(guān)閉該分支管道。
該發(fā)動(dòng)機(jī)、該發(fā)電機(jī)、該壓縮機(jī)、該方向閥、該室外熱交換器、該膨脹裝置、以及該室內(nèi)熱交換器中的至少一類可以包括多個(gè)。
該熱泵型空調(diào)可以使用從該發(fā)電機(jī)發(fā)出的電。
根據(jù)另一個(gè)方案，本發(fā)明提供一種控制熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法，包括室外溫度測(cè)量步驟，測(cè)量室外溫度或包括在熱泵型空調(diào)中的室外熱交換器的溫度；以及廢熱控制步驟，包括以下步驟當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制熱模式、且在該室外溫度測(cè)量步驟中測(cè)量到的溫度對(duì)應(yīng)于該室外熱交換器會(huì)結(jié)霜的結(jié)霜溫度時(shí)，集中地提供發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給適用于預(yù)熱吹向室外熱交換器的空氣的預(yù)熱器，以及當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制熱模式、且在該溫度測(cè)量步驟中測(cè)量到的溫度不對(duì)應(yīng)于該結(jié)霜溫度時(shí)，以分布方式提供該發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給壓縮機(jī)排放管線加熱器和該預(yù)熱器，其中該壓縮機(jī)排放管線加熱器適用于加熱包括在該熱泵型空調(diào)中的壓縮機(jī)的排放管線。
根據(jù)本發(fā)明的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱用于為室外熱交換器除霜或增強(qiáng)室內(nèi)熱交換器的制熱性能，以使該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)呈現(xiàn)出高的能量效率。
在根據(jù)本發(fā)明的控制熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法中，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱主要用于防止室外熱交換器結(jié)霜，或者根據(jù)環(huán)境溫度條件，用于不僅防止室外熱交換器結(jié)霜而且增強(qiáng)室內(nèi)熱交換器的制熱性能，從而可使該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠主動(dòng)地應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度條件。


在結(jié)合附圖閱讀下文的詳細(xì)說明后，本發(fā)明的上述目的、以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更為明顯，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖，其示出包括在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的熱泵型空調(diào)在制熱模式和除霜模式下運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖，其示出該熱泵型空調(diào)在制熱模式但不在除霜模式下運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖，其示出該熱泵型空調(diào)在制冷模式下運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示范性實(shí)例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖，其示出包括在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的熱泵型空調(diào)在制熱模式和除霜模式下運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖，其示出該熱泵型空調(diào)在制熱模式但不在除霜模式下運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖，其示出該熱泵型空調(diào)在制冷模式下運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。
如圖1至圖3所示，該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)2；發(fā)電機(jī)10，連接至發(fā)動(dòng)機(jī)2的輸出軸以發(fā)電；以及熱泵型空調(diào)20，包括壓縮機(jī)21、方向閥22、室內(nèi)熱交換器23、膨脹裝置24以及室外熱交換器25。該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括預(yù)熱器30，以預(yù)熱吹向室外熱交換器25的室外空氣；壓縮機(jī)排放管線加熱器40，以加熱流經(jīng)壓縮機(jī)21的排放管線21a的制冷劑；以及廢熱控制器50，以傳遞來自該發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給預(yù)熱器30和壓縮機(jī)排放管線加熱器40中的至少一個(gè)，同時(shí)根據(jù)環(huán)境空氣條件控制所傳遞的廢熱的量。
發(fā)動(dòng)機(jī)2包括限定在發(fā)動(dòng)機(jī)2內(nèi)部中的燃燒室。燃料管3和排氣管4連接至發(fā)動(dòng)機(jī)2。燃料管3適于將諸如液化氣或液化石油的燃料提供至燃燒室內(nèi)。排氣管4適于引導(dǎo)從燃燒室排放的廢氣。
冷卻水熱交換器52經(jīng)冷卻水循環(huán)管道7和8連接至發(fā)動(dòng)機(jī)2，以使在冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)2時(shí)被加熱的冷卻水，在流經(jīng)冷卻水熱交換器52時(shí)將熱傳遞給冷卻水熱交換器52，然后再循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)2。
冷卻水循環(huán)泵9連接至發(fā)動(dòng)機(jī)2、冷卻水熱交換器52以及冷卻水循環(huán)管道7和8的其中之一。
發(fā)電機(jī)10可以是交流(AC)發(fā)電機(jī)或直流(DC)發(fā)電機(jī)。
熱泵型空調(diào)20使用從發(fā)電機(jī)10發(fā)出的電。
在熱泵型空調(diào)20的制熱運(yùn)行中，已在壓縮機(jī)21中被壓縮的制冷劑依次流經(jīng)方向閥22、室內(nèi)熱交換器23、膨脹裝置24、室外熱交換器25以及方向閥22，然后進(jìn)入壓縮機(jī)21，如圖1和圖2所示。這樣，制冷劑實(shí)現(xiàn)循環(huán)。在該運(yùn)行中，室外熱交換器25用作蒸發(fā)器，而室內(nèi)熱交換器23用作冷凝器，從而將熱排放到室內(nèi)空氣I。
另一方面，在熱泵型空調(diào)20的制冷運(yùn)行中，已在壓縮機(jī)21中被壓縮的制冷劑依次流經(jīng)方向閥22、室外熱交換器25、膨脹裝置24、室內(nèi)熱交換器23以及方向閥22，然后進(jìn)入壓縮機(jī)21，如圖3所示。這樣，制冷劑實(shí)現(xiàn)循環(huán)。在該運(yùn)行中，室外熱交換器25用作冷凝器，而室內(nèi)熱交換器23用作蒸發(fā)器，由此從室內(nèi)空氣I吸收熱。
熱泵型空調(diào)20還包括室內(nèi)風(fēng)扇26，以將室內(nèi)空氣吹至室內(nèi)熱交換器23；以及室外風(fēng)扇27，以將室外空氣吹至室外熱交換器25。
室內(nèi)熱交換器23和室內(nèi)風(fēng)扇26構(gòu)成熱泵型空調(diào)20的室內(nèi)單元28。
壓縮機(jī)21、方向閥22、膨脹裝置24、室外熱交換器25以及室外風(fēng)扇27構(gòu)成熱泵型空調(diào)20的室外單元29。
相對(duì)于吹向室外熱交換器25的室外空氣O的流動(dòng)方向，預(yù)熱器30設(shè)置于室外熱交換器25的上游，以使被吹動(dòng)的室外空氣O在流經(jīng)預(yù)熱器30時(shí)被加熱，然后供應(yīng)至室外熱交換器25。
壓縮機(jī)排放管線加熱器40設(shè)置在壓縮機(jī)21的排放管線21a的一側(cè)或周圍，并與排放管線21a相接觸，以加熱流經(jīng)排放管線21a的制冷劑。
從用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)2的冷卻水吸收熱的冷卻水熱交換器52包括在廢熱控制器50中。廢熱控制器50還包括廢氣熱交換器54，以從發(fā)動(dòng)機(jī)2所排放的廢氣吸收熱；第一熱介質(zhì)循環(huán)管道56和57，以引導(dǎo)第一熱介質(zhì)通過冷卻水熱交換器52和預(yù)熱器30循環(huán)；第一循環(huán)泵60，以抽吸第一熱介質(zhì)，用于第一熱介質(zhì)的循環(huán)；第二熱介質(zhì)循環(huán)管道62和63，以引導(dǎo)第二熱介質(zhì)通過廢氣熱交換器54和壓縮機(jī)排放管線加熱器40循環(huán)；第二循環(huán)泵66，以抽吸第二熱介質(zhì)，用于第二熱介質(zhì)的循環(huán)；熱介質(zhì)加熱器70，設(shè)置在第一熱介質(zhì)循環(huán)管道57處，以加熱從冷卻水熱交換器52排出的第一熱介質(zhì)；以及廢氣路徑切換裝置80，以將從發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的廢氣選擇性地提供到熱介質(zhì)加熱器70或廢氣熱交換器54。
廢氣路徑切換裝置80包括排氣管道82，以將從發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的廢氣引導(dǎo)至廢氣熱交換器54；分支管道84，以將從發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的廢氣引導(dǎo)至熱介質(zhì)加熱器70；以及控制閥86，以交替開/關(guān)排氣管道82和分支管道84。
盡管在所示出的情況中，只有一個(gè)控制閥86用于交替開/關(guān)排氣管道82和分支管道84，使得當(dāng)排氣管道82和分支管道84中的一個(gè)打開時(shí)另一個(gè)關(guān)閉，但是還可以在各管道82和84處設(shè)置兩個(gè)控制閥，以獨(dú)立地開/關(guān)各管道82和84。以下給出的描述將僅結(jié)合當(dāng)管道82和84中的一個(gè)打開時(shí)另一個(gè)關(guān)閉的情況。
也就是說，控制閥86連接至發(fā)動(dòng)機(jī)2的排氣管4，而排氣管道82連接至控制閥86，同時(shí)設(shè)置在控制閥86和廢氣熱交換器54之間。分支管道84連接至控制閥86，同時(shí)設(shè)置在控制閥86和熱介質(zhì)加熱器70之間。
廢氣路徑切換裝置80還包括溫度傳感器88，以測(cè)量室外空氣的溫度或室外熱交換器25的溫度；以及控制器90，以基于熱泵型空調(diào)20是運(yùn)行在制熱模式還是制冷模式、以及溫度傳感器88所測(cè)量到的溫度，來控制控制閥86。
當(dāng)熱泵型空調(diào)20運(yùn)行在制熱模式、并且溫度傳感器88測(cè)量到的溫度在第一預(yù)定溫度范圍內(nèi)時(shí)，控制器90控制該控制閥86運(yùn)行在熱介質(zhì)加熱器模式，以關(guān)閉排氣管道82并打開分支管道84。
另一方面，當(dāng)熱泵型空調(diào)20運(yùn)行在制熱模式、并且溫度傳感器88測(cè)量到的溫度在第二預(yù)定溫度范圍內(nèi)時(shí)，或者當(dāng)熱泵型空調(diào)20運(yùn)行在制冷模式時(shí)，控制器90控制該控制閥86運(yùn)行在廢氣熱交換器模式，以打開排氣管道82并關(guān)閉分支管道84。
該第二預(yù)定溫度范圍是一室外溫度范圍，在該溫度范圍內(nèi)，少量的霜或沒有霜形成在室外熱交換器25上。優(yōu)選地，該第二預(yù)定溫度范圍是從-20℃至-5℃。
在下文中，將描述具有上述設(shè)置的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行。
當(dāng)燃料經(jīng)燃料管3提供至發(fā)動(dòng)機(jī)2內(nèi)、并且發(fā)動(dòng)機(jī)2隨后被驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)2的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得發(fā)電機(jī)10發(fā)電。
當(dāng)冷卻水循環(huán)泵9在發(fā)動(dòng)機(jī)2運(yùn)行期間工作時(shí)，在冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)2時(shí)被加熱的冷卻水經(jīng)冷卻水循環(huán)管道7而提供給冷卻水熱交換器52，然后在將其熱量釋放到冷卻水熱交換器52中之后，經(jīng)冷卻水循環(huán)管道8循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)2。
同時(shí)，溫度傳感器88測(cè)量室外溫度，并將指示所測(cè)量到的室外溫度的信號(hào)輸出至控制器90。
當(dāng)熱泵型空調(diào)20運(yùn)行在制熱模式、并且所測(cè)量到的溫度在該第一預(yù)定溫度范圍(例如，-5℃至5℃的溫度范圍)內(nèi)時(shí)，控制器90控制該控制閥86運(yùn)行在熱介質(zhì)加熱器模式，以使發(fā)動(dòng)機(jī)2的廢熱能夠被用于防止室外熱交換器25結(jié)霜。控制器90還控制第一熱介質(zhì)循環(huán)泵60以驅(qū)動(dòng)，控制方向閥22以切換至制熱模式，并控制壓縮機(jī)21以驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)控制閥86切換至熱介質(zhì)加熱器模式時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的廢氣E被引導(dǎo)至分支管道84，然后，在加熱熱介質(zhì)加熱器70之后被排放到大氣中，如圖1所示。
當(dāng)?shù)谝粺峤橘|(zhì)循環(huán)泵60運(yùn)行時(shí)，在第一熱介質(zhì)循環(huán)管道56內(nèi)的第一熱介質(zhì)被抽吸至冷卻水熱交換器52，以使第一熱介質(zhì)被冷卻水熱交換器52加熱。加熱后的第一熱介質(zhì)被提供至熱介質(zhì)加熱器70，該熱介質(zhì)加熱器70依次再加熱第一熱介質(zhì)。第一熱介質(zhì)被提供至預(yù)熱器30，然后，在加熱預(yù)熱器30之后循環(huán)進(jìn)入冷卻水熱交換器52。
當(dāng)方向閥22切換至制熱模式、并且壓縮機(jī)21運(yùn)行時(shí)，該壓縮機(jī)21壓縮低溫低壓的制冷劑氣體，從而將該制冷劑氣體改變?yōu)楦邷馗邏籂顟B(tài)。該高溫高壓的制冷劑氣體經(jīng)方向閥22提供到室內(nèi)熱交換器23中，并在流經(jīng)室內(nèi)熱交換器23時(shí)將其熱量排放到室內(nèi)空氣I中，以使該制冷劑氣體冷凝。
隨后，冷凝后的制冷劑在依次流經(jīng)膨脹裝置24、室外熱交換器25以及方向閥22之后，循環(huán)進(jìn)入壓縮機(jī)21。
同時(shí)，吹向室外熱交換器25的室外空氣O被預(yù)熱器30加熱，然后環(huán)繞經(jīng)過室外熱交換器25，從而防止室外熱交換器25結(jié)霜。
另一方面，當(dāng)熱泵型空調(diào)20運(yùn)行在制熱模式、并且所測(cè)量到的室外溫度在該第二預(yù)定溫度范圍(例如，-20℃至-5℃的溫度范圍)內(nèi)時(shí)，控制器90控制該控制閥86工作在廢氣熱交換器模式，以使發(fā)動(dòng)機(jī)2的廢熱不僅能用于為室外熱交換器25除霜，而且能用于增強(qiáng)室內(nèi)熱交換器23的制熱性能?？刂破?0還控制第一熱介質(zhì)循環(huán)泵60和第二熱介質(zhì)循環(huán)泵66以驅(qū)動(dòng)，控制方向閥22以切換至制熱模式，并控制壓縮機(jī)21以驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)控制閥86切換至廢氣熱交換器模式時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的廢氣E被引導(dǎo)至排氣管道82，然后，在將其熱量釋放到廢氣熱交換器54中之后被排放到大氣中，如圖2所示。
當(dāng)?shù)诙峤橘|(zhì)循環(huán)泵66工作時(shí)，在第二熱介質(zhì)循環(huán)管道63內(nèi)的第二熱介質(zhì)被抽吸至廢氣熱交換器54，以使第二熱介質(zhì)被廢氣熱交換器54加熱。加熱后的第二熱介質(zhì)被提供至壓縮機(jī)排放管線加熱器40，然后，在加熱壓縮機(jī)排放管線加熱器40之后，循環(huán)進(jìn)入廢氣熱交換器54。
另一方面，當(dāng)?shù)谝粺峤橘|(zhì)循環(huán)泵60工作時(shí)，在第一熱介質(zhì)循環(huán)管道56內(nèi)的第一熱介質(zhì)被抽吸至冷卻水熱交換器52，以使第一熱介質(zhì)被冷卻水熱交換器52加熱。加熱后的熱介質(zhì)被提供至熱介質(zhì)加熱器70，隨后不進(jìn)行任何熱交換而流經(jīng)熱介質(zhì)加熱器70。該熱介質(zhì)被提供至預(yù)熱器30，然后，在加熱預(yù)熱器30之后，循環(huán)進(jìn)入冷卻水熱交換器52。
當(dāng)方向閥22切換至制熱模式、并且壓縮機(jī)21運(yùn)行時(shí)，該壓縮機(jī)21壓縮低溫低壓的制冷劑氣體，從而將該制冷劑氣體改變?yōu)楦邷馗邏籂顟B(tài)。該高溫高壓的制冷劑氣體在流經(jīng)排放管線21a時(shí)被壓縮機(jī)排放管線加熱器40加熱。
加熱后的制冷劑經(jīng)方向閥22而流經(jīng)室內(nèi)熱交換器23，從而將室內(nèi)溫度增加至高于該制冷劑未被壓縮機(jī)排放管線加熱器40加熱的情形。
流經(jīng)室內(nèi)熱交換器23的該制冷劑，隨著與室內(nèi)空氣I的熱交換而被冷凝。冷凝后的制冷劑依次流經(jīng)膨脹裝置24、室外熱交換器25以及方向閥22，然后進(jìn)入壓縮機(jī)21。這樣，該制冷劑實(shí)現(xiàn)循環(huán)。
同時(shí)，吹向室外熱交換器25的室外空氣O被預(yù)熱器30加熱，然后環(huán)繞流過室外熱交換器25，從而防止室外熱交換器25結(jié)霜。
另一方面，當(dāng)熱泵型空調(diào)20將要運(yùn)行在制冷模式時(shí)，控制器90控制該控制閥86切換至廢氣熱交換器模式。控制器90還停止第一熱介質(zhì)循環(huán)泵60和第二熱介質(zhì)循環(huán)泵66，切換方向閥22至制冷模式，并運(yùn)行壓縮機(jī)21。
當(dāng)控制閥86切換至廢氣熱交換器模式時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的廢氣E被引導(dǎo)至排氣管道82，然后，在將其熱量釋放到廢氣熱交換器54中之后被排放到大氣中。
當(dāng)方向閥22切換至制冷模式、并且壓縮機(jī)21運(yùn)行時(shí)，該壓縮機(jī)21壓縮低溫低壓的制冷劑氣體，從而將該制冷劑氣體改變?yōu)楦邷馗邏籂顟B(tài)。該高溫高壓的制冷劑氣體依次流經(jīng)方向閥22、室外熱交換器25以及膨脹裝置24，然后進(jìn)入室內(nèi)熱交換器23。該制冷劑氣體在流經(jīng)室內(nèi)熱交換器23時(shí)從室內(nèi)空氣I吸收熱，以使該制冷劑氣體被蒸發(fā)。隨后，所蒸發(fā)的制冷劑氣體經(jīng)方向閥22循環(huán)進(jìn)入壓縮機(jī)21。
同時(shí)，冷卻水熱交換器52將從冷卻水吸收的熱釋放到大氣中，而廢氣熱交換器54將從廢氣吸收的熱釋放到大氣中。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。
如圖4所示，該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)2、2’…。該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括連接至發(fā)動(dòng)機(jī)2、2’…的相應(yīng)軸的多個(gè)發(fā)電機(jī)10、10’…。除了發(fā)動(dòng)機(jī)2、2’…和發(fā)電機(jī)10、10’…，該第二實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有與第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)和功能。因而，用相同的附圖標(biāo)記表示分別對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例的構(gòu)成組件的第二實(shí)施例的構(gòu)成組件，并不再作出詳細(xì)描述。
一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)2、2’…根據(jù)待冷卻或待加熱的負(fù)載而運(yùn)行。
燃料管3、3’…連接至相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)2、2’…。廢氣管4、4’…也連接至相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)2、2’…。并且，成對(duì)的冷卻水循環(huán)管道7和8、7’和8’…連接至相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)2、2’…。
廢氣管4、4’…平行地連接。
冷卻水循環(huán)管道7和8、7’和8’…平行地連接。
冷卻水循環(huán)泵9，9’…分別直接連接至冷卻水循環(huán)管道7或8、冷卻水循環(huán)管道7’或8’…。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。
如圖5所示，該熱泵型空調(diào)，即包括在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的熱泵型空調(diào)20是多類型(multi-type)的。即，熱泵型空調(diào)20包括多個(gè)室內(nèi)單元28、28’…和單個(gè)室外單元29。室內(nèi)單元28、28’…包括分別平行地連接的室內(nèi)熱交換器23、23’…。室外單元29包括壓縮機(jī)21、方向閥22、膨脹裝置24、室外熱交換器25、室外風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)27、預(yù)熱器30以及壓縮機(jī)排放管線加熱器40。
除了熱泵型空調(diào)20包括多個(gè)室內(nèi)單元28、28’…，以及因此而包括的多個(gè)室內(nèi)熱交換器23、23’…，本實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有與第一或第二實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)和功能。因而，用相同的附圖標(biāo)記表示分別對(duì)應(yīng)于第一或第二實(shí)施例中任一實(shí)施例的構(gòu)成組件的該第三實(shí)施例的構(gòu)成組件，并不再作出詳細(xì)描述。
室內(nèi)單元28、28’…還分別包括室內(nèi)風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)26、26’…。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。
如圖6所示，該熱泵型空調(diào)，即包括在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的熱泵型空調(diào)20，包括多個(gè)室內(nèi)單元28、28’…和多個(gè)室外單元29、29’…。
在熱泵型空調(diào)20中，分別包括在室內(nèi)單元28、28’…中的制冷劑管道可以平行地連接。分別包括在室外單元29、29’…中的制冷劑管道也可以平行地連接。以下給出的描述將僅結(jié)合于每個(gè)室外單元29、29’…連接至室內(nèi)單元28、28’…中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)以構(gòu)成一空調(diào)裝置、并且每個(gè)空調(diào)裝置獨(dú)立于其他空調(diào)裝置運(yùn)行的情況。
室內(nèi)單元28、28’…包括相應(yīng)的室內(nèi)熱交換器23、23’…和相應(yīng)的室內(nèi)風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)26、26’…。
室外單元29、29’…包括相應(yīng)的壓縮機(jī)21、21’…，方向閥22、22’…，相應(yīng)的膨脹裝置24、24’…，相應(yīng)的室外熱交換器25、25’…，相應(yīng)的室外風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)27、27’…，預(yù)熱器30、30’…，以及相應(yīng)的壓縮機(jī)排放管線加熱器40、40’…。
每個(gè)預(yù)熱器30、30’…設(shè)置在相關(guān)聯(lián)的一個(gè)室外熱交換器25、25’…的上游。
平行地連接的成對(duì)的第一熱介質(zhì)循環(huán)管道56和57、56’和57’…連接至相應(yīng)的預(yù)熱器30、30’…，以引導(dǎo)第一熱介質(zhì)通過預(yù)熱器30、30’…循環(huán)。
第一熱介質(zhì)循環(huán)泵60、60’…直接連接至相應(yīng)的第一熱介質(zhì)循環(huán)管道56和57、56’和57’…。
每個(gè)壓縮機(jī)排放管線加熱器40、40’…設(shè)置在壓縮機(jī)21、21’…的相關(guān)聯(lián)的排放管線21a、21a’…處。
平行地連接的成對(duì)的第二熱介質(zhì)循環(huán)管道62和63、62’和63’…連接至相應(yīng)的第二熱介質(zhì)循環(huán)泵66、66’…，以引導(dǎo)第二熱介質(zhì)通過壓縮機(jī)排放管線加熱器40、40’…循環(huán)。
第二熱介質(zhì)循環(huán)泵66、66’…直接連接至相應(yīng)的第二熱介質(zhì)循環(huán)管道62和63、62’和63’…。
本實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有與第一到第三實(shí)施例中任一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)與功能，除了熱泵型空調(diào)20包括多個(gè)室內(nèi)單元28、28’…，多個(gè)預(yù)熱器40、40’…，多個(gè)壓縮機(jī)排放管線加熱器30、30’…，多個(gè)第一熱介質(zhì)循環(huán)管道56和57、56’和57’…，以及多個(gè)第二熱介質(zhì)循環(huán)管道62和63、62’和63’…。因而，用相同的附圖標(biāo)記表示分別對(duì)應(yīng)于第一到第三實(shí)施例中任一實(shí)施例的構(gòu)成組件的該第四實(shí)施例的構(gòu)成組件，并且不再作出詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明上述任一實(shí)施例的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有多種效果。
也就是說，根據(jù)本發(fā)明的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱用于為室外熱交換器除霜或用于增強(qiáng)室內(nèi)熱交換器的制熱性能，以使該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)呈現(xiàn)出高的能量效率。
在根據(jù)本發(fā)明的控制熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法中，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱主要用于防止室外熱交換器結(jié)霜，或者根據(jù)環(huán)境溫度條件，不僅用于防止室外熱交換器結(jié)霜而且用于增強(qiáng)室內(nèi)熱交換器的制熱性能，從而使該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠主動(dòng)地應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度條件。
盡管為說明目的已揭示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解只要不脫離所附的權(quán)利要求書所揭示的本發(fā)明的范圍和精神，可以做出各種修改、添加和替換。
權(quán)利要求
1.一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括一發(fā)動(dòng)機(jī)；一發(fā)電機(jī)，連接至該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸以發(fā)電；一熱泵型空調(diào)，包括壓縮機(jī)、方向閥、室外熱交換器、膨脹裝置以及室內(nèi)熱交換器；一預(yù)熱器，以預(yù)熱吹向該室外熱交換器的室外空氣；一壓縮機(jī)排放管線加熱器，以加熱流經(jīng)該壓縮機(jī)的排放管線的制冷劑；以及一廢熱控制器，以將來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱傳遞給該預(yù)熱器和該壓縮機(jī)排放管線加熱器中的至少一個(gè)，同時(shí)控制所傳遞的廢熱的量。
2.一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括一發(fā)動(dòng)機(jī)；一發(fā)電機(jī)，連接至該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸以發(fā)電；一熱泵型空調(diào)，包括壓縮機(jī)、方向閥、室外熱交換器、膨脹裝置以及室內(nèi)熱交換器；一預(yù)熱器，以預(yù)熱吹向該室外熱交換器的室外空氣；一壓縮機(jī)排放管線加熱器，以加熱流經(jīng)該壓縮機(jī)的排放管線的制冷劑；以及一廢熱控制器，以在該室外熱交換器處于結(jié)霜條件下時(shí)，集中地傳遞該發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給該預(yù)熱器，并且在該室外熱交換器未處于結(jié)霜條件下時(shí)，以分布方式傳遞該發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給該預(yù)熱器和該壓縮機(jī)排放管線加熱器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，該廢熱控制器包括一冷卻水熱交換器，以從用于冷卻該發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水中吸收熱；以及一廢氣熱交換器，以從由該發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣中吸收熱。
4.如權(quán)利要求3所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，該廢熱控制器還包括一第一熱介質(zhì)循環(huán)管道，以引導(dǎo)一第一熱介質(zhì)通過該冷卻水熱交換器和該預(yù)熱器循環(huán)；一第一循環(huán)泵，以抽吸該第一熱介質(zhì)，用于該第一熱介質(zhì)的循環(huán)；一第二熱介質(zhì)循環(huán)管道，以引導(dǎo)一第二熱介質(zhì)通過該廢氣熱交換器和該壓縮機(jī)排放管線加熱器循環(huán)；以及一第二循環(huán)泵，以抽吸該第二熱介質(zhì)，用于該第二熱介質(zhì)的循環(huán)。
5.如權(quán)利要求4所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，該廢熱控制器還包括一熱介質(zhì)加熱器，設(shè)置在該第一熱介質(zhì)循環(huán)管道處，以加熱從該冷卻水熱交換器排出的該第一熱介質(zhì)；以及廢氣路徑切換裝置，以將從該發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣選擇性地提供到該熱介質(zhì)加熱器或該廢氣熱交換器。
6.如權(quán)利要求5所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，該廢氣路徑切換裝置包括一排氣管道，以將從該發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣引導(dǎo)到該廢氣熱交換器；一分支管道，以將從該發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣引導(dǎo)到該熱介質(zhì)加熱器；以及一控制閥，以交替開/關(guān)該排氣管道和該分支管道。
7.如權(quán)利要求6所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，該廢氣路徑切換裝置還包括一溫度傳感器，以測(cè)量室外空氣的溫度或該室外熱交換器的溫度；以及一控制器，以基于該熱泵型空調(diào)是運(yùn)行在制熱模式還是制冷模式以及該溫度傳感器所測(cè)量到的溫度，來控制該控制閥。
8.如權(quán)利要求7所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制熱模式、并且該溫度傳感器所測(cè)量到的溫度在第一預(yù)定溫度范圍內(nèi)時(shí)，該控制器控制該控制閥運(yùn)行在熱介質(zhì)加熱器模式，以關(guān)閉該排氣管道并打開該分支管道；以及當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制熱模式、并且該溫度傳感器所測(cè)量到的溫度在第二預(yù)定溫度范圍內(nèi)時(shí)，或者當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制冷模式時(shí)，該控制器控制該控制閥運(yùn)行在廢氣熱交換器模式，以打開該排氣管道并關(guān)閉該分支管道。
9.如權(quán)利要求1至8任一所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，該發(fā)動(dòng)機(jī)、該發(fā)電機(jī)、該壓縮機(jī)、該方向閥、該室外熱交換器、該膨脹裝置以及該室內(nèi)熱交換器中的至少一類為多個(gè)。
10.如權(quán)利要求1至8任一所述的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中，該熱泵型空調(diào)使用從該發(fā)電機(jī)發(fā)出的電。
11.一種控制熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法，包括一室外溫度測(cè)量步驟，測(cè)量室外溫度或包括在熱泵型空調(diào)中的室外熱交換器的溫度；以及一廢熱控制步驟，包括以下步驟當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制熱模式、并且在該室外溫度測(cè)量步驟中測(cè)量到的溫度對(duì)應(yīng)于該室外熱交換器會(huì)結(jié)霜的結(jié)霜溫度時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱集中地提供給一預(yù)熱器，該預(yù)熱器適用于預(yù)熱吹向室外該熱交換器的空氣；及當(dāng)該熱泵型空調(diào)運(yùn)行在制熱模式、并且在該室外溫度測(cè)量步驟中測(cè)量到的溫度不對(duì)應(yīng)于該結(jié)霜溫度時(shí)，以分布方式將該發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱提供給一壓縮機(jī)排放管線加熱器和該預(yù)熱器，其中該壓縮機(jī)排放管線加熱器適用于加熱包括在該熱泵型空調(diào)中的壓縮機(jī)的排放管線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及控制該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)電機(jī)，連接至該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸以發(fā)電；熱泵型空調(diào)，包括壓縮機(jī)、方向閥、室外熱交換器、膨脹裝置以及室內(nèi)熱交換器；預(yù)熱器，以預(yù)熱吹向該室外熱交換器的室外空氣；壓縮機(jī)排放管線加熱器，以加熱流經(jīng)該壓縮機(jī)的排放管線的制冷劑；以及廢熱控制器，以傳遞來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱給該預(yù)熱器和該壓縮機(jī)排放管線加熱器，同時(shí)控制所傳遞的廢熱的量。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱主要用于防止室外熱交換器結(jié)霜，或者根據(jù)環(huán)境溫度條件，不僅用于防止室外熱交換器結(jié)霜而且用于增強(qiáng)室內(nèi)熱交換器的制熱性能，以使該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠主動(dòng)地應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度條件，并且能夠呈現(xiàn)出高的能量效率。
文檔編號(hào)F25B30/02GK1737459SQ200510008090
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月17日
發(fā)明者姜?jiǎng)贂? 崔昶民, 崔源宰, 林亨洙, 黃尹提 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社