一般来说，热电联产系统包括：发动机，使用从发动机输出的转动力来 发电的发电机，以及提供发动机的废热到热消耗器(如热水器或空调)的传 热装置。
发自发电机的电力用于运行各种电子设备，如电灯和空调。
传热装置回收用于冷却发动机的冷却水的废热以及从发动机排放的废 气的废热，然后提供所回收的废热给热水器或空调。
然而，这种传统的热电联产系统具有这样的弊端，即：不考虑环境温度 条件、以不加控制的方式将发动机的废热提供给热消耗器，从而不能在考虑 了负载随环境温度的变化而变化的基础上来灵活地提供热能。

鉴于上述弊端而提出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种热电联 产系统，其中，发动机的废热用于改善热泵型空调的制热性能或防止该热泵 型空调的室外热交换器结霜，以使该热电联产系统呈现出高的能量效率。
本发明的另一个目的是提供一种控制热电联产系统的方法，其中，在热 泵型空调的制热运行期间，当环境温度对应于结霜温度(frosting temperature) 时，废热集中地用于除霜的目的；并且废热以分布方式用于除霜的目的和制 热性能改善的目的，从而可使热电联产系统能够主动地(positively)应对环 境温度条件。
根据一个方案，本发明提供一种热电联产系统，包括：发动机；发电机， 连接至该发动机的输出轴以发电；热泵型空调，包括压缩机、方向阀、室外 热交换器、膨胀(expansion)装置以及室内热交换器；预热器，以预热吹向 该室外热交换器的室外空气；压缩机排放管线加热器，以加热流经该压缩机 的排放管线的制冷剂；以及废热控制器，以传递来自发动机的废热给该预热 器和该压缩机排放管线加热器中的至少一个，同时控制所传递的废热的量。
根据另一个方案，本发明提供一种热电联产系统，包括：发动机；发电 机，连接至该发动机的输出轴以发电；热泵型空调，包括压缩机、方向阀、 室外热交换器、膨胀装置以及室内热交换器；预热器，以预热吹向该室外热 交换器的室外空气；压缩机排放管线加热器，以加热流经该压缩机的排放管 线的制冷剂；以及废热控制器，以在该室外热交换器处于结霜条件下时，集 中地传递该发动机的废热给该预热器，并且在该室外热交换器未处于结霜条 件下时，以分布方式传递该发动机的废热给该预热器和该压缩机排放管线加 热器。
该废热控制器可包括：冷却水热交换器，以从用于冷却该发动机的冷却 水中吸收热；以及废气热交换器，以从由该发动机排放的废气中吸收热。
该废热控制器还可包括：第一热介质循环管道，以引导第一热介质通过 该冷却水热交换器和该预热器循环；第一循环泵，以抽吸该第一热介质，用 于该第一热介质的循环；第二热介质循环管道，以引导第二热介质通过该废 气热交换器和该压缩机排放管线加热器循环；以及第二循环泵，以抽吸该第 二热介质，用于该第二热介质的循环。
该废热控制器还可包括：热介质加热器，设置在该第一热介质循环管道 处，以加热从该冷却水热交换器排出的该第一热介质；以及废气路径切换装 置，以将从该发动机排放的废气选择性地提供到该热介质加热器或该废气热 交换器。
该废气路径切换装置可包括：排气管道，以将从该发动机排放的废气引 导到该废气热交换器；分支管道，以将从该发动机排放的废气引导到该热介 质加热器；以及控制阀，以交替开/关该排气管道和该分支管道。
该废气路径切换装置还可包括：温度传感器，以测量室外空气的温度或 该室外热交换器的温度；以及控制器，以基于该热泵型空调是运行在制热模 式还是制冷模式以及该温度传感器所测量到的温度，来控制该控制阀。
当该热泵型空调运行在制热模式、并且该温度传感器所测量到的温度在 第一预定温度范围内时，该控制器可控制该控制阀工作在热介质加热器模式 下，以关闭该排气管道并打开该分支管道。当该热泵型空调运行在制热模式、 并且该温度传感器所测量到的温度在第二预定温度范围内时，或者当该热泵 型空调运行在制冷模式时，该控制器也可控制该控制阀工作在废气热交换器 模式下，以打开该排气管道并关闭该分支管道。
该发动机、该发电机、该压缩机、该方向阀、该室外热交换器、该膨胀 装置、以及该室内热交换器中的至少一类可以包括多个。
该热泵型空调可以使用从该发电机发出的电。
根据另一个方案，本发明提供一种控制热电联产系统的方法，包括：室 外温度测量步骤，测量室外温度或包括在热泵型空调中的室外热交换器的温 度；以及废热控制步骤，包括以下步骤：当该热泵型空调运行在制热模式、 且在该室外温度测量步骤中测量到的温度对应于该室外热交换器会结霜的 结霜温度时，集中地提供发动机的废热给适用于预热吹向室外热交换器的空 气的预热器，以及当该热泵型空调运行在制热模式、且在该温度测量步骤中 测量到的温度不对应于该结霜温度时，以分布方式提供该发动机的废热给压 缩机排放管线加热器和该预热器，其中该压缩机排放管线加热器适用于加热 包括在该热泵型空调中的压缩机的排放管线。
根据本发明的热电联产系统的优点在于：发动机的废热用于为室外热交 换器除霜或增强室内热交换器的制热性能，以使该热电联产系统呈现出高的 能量效率。
在根据本发明的控制热电联产系统的方法中，发动机的废热主要用于防 止室外热交换器结霜，或者根据环境温度条件，用于不仅防止室外热交换器 结霜而且增强室内热交换器的制热性能，从而可使该热电联产系统能够主动 地应对环境温度条件。
附图说明
在结合附图阅读下文的详细说明后，本发明的上述目的、以及其他特征 和优点将会更为明显，其中：
图1是根据本发明第一实施例的热电联产系统的示意图，其示出包括在 该热电联产系统中的热泵型空调在制热模式和除霜模式下运行时的状态；
图2是根据本发明第一实施例的热电联产系统的示意图，其示出该热泵 型空调在制热模式但不在除霜模式下运行时的状态；
图3是根据本发明第一实施例的热电联产系统的示意图，其示出该热泵 型空调在制冷模式下运行时的状态；
图4是根据本发明第二实施例的热电联产系统的示意图；
图5是根据本发明第三实施例的热电联产系统的示意图；以及
图6是根据本发明第四实施例的热电联产系统的示意图。

在下文中，将参考附图描述根据本发明的热电联产系统的示范性实例。
图1是根据本发明第一实施例的热电联产系统的示意图，其示出包括在 该热电联产系统中的热泵型空调在制热模式和除霜模式下运行时的状态。图 2是根据本发明第一实施例的热电联产系统的示意图，其示出该热泵型空调 在制热模式但不在除霜模式下运行时的状态。图3是根据本发明第一实施例 的热电联产系统的示意图，其示出该热泵型空调在制冷模式下运行时的状 态。
如图1至图3所示，该热电联产系统包括：发动机2；发电机10，连接 至发动机2的输出轴以发电；以及热泵型空调20，包括压缩机21、方向阀 22、室内热交换器23、膨胀装置24以及室外热交换器25。该热电联产系统 还包括：预热器30，以预热吹向室外热交换器25的室外空气；压缩机排放 管线加热器40，以加热流经压缩机21的排放管线21a的制冷剂；以及废热 控制器50，以传递来自该发动机的废热给预热器30和压缩机排放管线加热 器40中的至少一个，同时根据环境空气条件控制所传递的废热的量。
发动机2包括限定在发动机2内部中的燃烧室。燃料管3和排气管4连 接至发动机2。燃料管3适于将诸如液化气或液化石油的燃料提供至燃烧室 内。排气管4适于引导从燃烧室排放的废气。
冷却水热交换器52经冷却水循环管道7和8连接至发动机2，以使在冷 却发动机2时被加热的冷却水，在流经冷却水热交换器52时将热传递给冷 却水热交换器52，然后再循环进入发动机2。
冷却水循环泵9连接至发动机2、冷却水热交换器52以及冷却水循环管 道7和8的其中之一。
发电机10可以是交流(AC)发电机或直流(DC)发电机。
热泵型空调20使用从发电机10发出的电。
在热泵型空调20的制热运行中，已在压缩机21中被压缩的制冷剂依次 流经方向阀22、室内热交换器23、膨胀装置24、室外热交换器25以及方向 阀22，然后进入压缩机21，如图1和图2所示。这样，制冷剂实现循环。 在该运行中，室外热交换器25用作蒸发器，而室内热交换器23用作冷凝器， 从而将热排放到室内空气I。
另一方面，在热泵型空调20的制冷运行中，已在压缩机21中被压缩的 制冷剂依次流经方向阀22、室外热交换器25、膨胀装置24、室内热交换器 23以及方向阀22，然后进入压缩机21，如图3所示。这样，制冷剂实现循 环。在该运行中，室外热交换器25用作冷凝器，而室内热交换器23用作蒸 发器，由此从室内空气I吸收热。
热泵型空调20还包括：室内风扇26，以将室内空气吹至室内热交换器 23；以及室外风扇27，以将室外空气吹至室外热交换器25。
室内热交换器23和室内风扇26构成热泵型空调20的室内单元28。
压缩机21、方向阀22、膨胀装置24、室外热交换器25以及室外风扇 27构成热泵型空调20的室外单元29。
相对于吹向室外热交换器25的室外空气O的流动方向，预热器30设置 于室外热交换器25的上游，以使被吹动的室外空气O在流经预热器30时被 加热，然后供应至室外热交换器25。
压缩机排放管线加热器40设置在压缩机21的排放管线21a的一侧或周 围，并与排放管线21a相接触，以加热流经排放管线21a的制冷剂。
从用于冷却发动机2的冷却水吸收热的冷却水热交换器52包括在废热 控制器50中。废热控制器50还包括：废气热交换器54，以从发动机2所排 放的废气吸收热；第一热介质循环管道56和57，以引导第一热介质通过冷 却水热交换器52和预热器30循环；第一循环泵60，以抽吸第一热介质，用 于第一热介质的循环；第二热介质循环管道62和63，以引导第二热介质通 过废气热交换器54和压缩机排放管线加热器40循环；第二循环泵66，以抽 吸第二热介质，用于第二热介质的循环；热介质加热器70，设置在第一热介 质循环管道57处，以加热从冷却水热交换器52排出的第一热介质；以及废 气路径切换装置80，以将从发动机2排放的废气选择性地提供到热介质加热 器70或废气热交换器54。
废气路径切换装置80包括：排气管道82，以将从发动机2排放的废气 引导至废气热交换器54；分支管道84，以将从发动机2排放的废气引导至 热介质加热器70；以及控制阀86，以交替开/关排气管道82和分支管道84。
尽管在所示出的情况中，只有一个控制阀86用于交替开/关排气管道82 和分支管道84，使得当排气管道82和分支管道84中的一个打开时另一个关 闭，但是还可以在各管道82和84处设置两个控制阀，以独立地开/关各管道 82和84。以下给出的描述将仅结合当管道82和84中的一个打开时另一个 关闭的情况。
也就是说，控制阀86连接至发动机2的排气管4，而排气管道82连接 至控制阀86，同时设置在控制阀86和废气热交换器54之间。分支管道84 连接至控制阀86，同时设置在控制阀86和热介质加热器70之间。
废气路径切换装置80还包括：温度传感器88，以测量室外空气的温度 或室外热交换器25的温度；以及控制器90，以基于热泵型空调20是运行在 制热模式还是制冷模式、以及温度传感器88所测量到的温度，来控制控制 阀86。
当热泵型空调20运行在制热模式、并且温度传感器88测量到的温度在 第一预定温度范围内时，控制器90控制该控制阀86运行在热介质加热器模 式，以关闭排气管道82并打开分支管道84。
另一方面，当热泵型空调20运行在制热模式、并且温度传感器88测量 到的温度在第二预定温度范围内时，或者当热泵型空调20运行在制冷模式 时，控制器90控制该控制阀86运行在废气热交换器模式，以打开排气管道 82并关闭分支管道84。
该第二预定温度范围是一室外温度范围，在该温度范围内，少量的霜或 没有霜形成在室外热交换器25上。优选地，该第二预定温度范围是从-20℃ 至-5℃。
在下文中，将描述具有上述设置的热电联产系统的运行。
当燃料经燃料管3提供至发动机2内、并且发动机2随后被驱动时，发 动机2的输出轴转动，从而使得发电机10发电。
当冷却水循环泵9在发动机2运行期间工作时，在冷却发动机2时被加 热的冷却水经冷却水循环管道7而提供给冷却水热交换器52，然后在将其热 量释放到冷却水热交换器52中之后，经冷却水循环管道8循环进入发动机2。
同时，温度传感器88测量室外温度，并将指示所测量到的室外温度的 信号输出至控制器90。
当热泵型空调20运行在制热模式、并且所测量到的温度在该第一预定 温度范围(例如，-5℃至5℃的温度范围)内时，控制器90控制该控制阀86 运行在热介质加热器模式，以使发动机2的废热能够被用于防止室外热交换 器25结霜。控制器90还控制第一热介质循环泵60以驱动，控制方向阀22 以切换至制热模式，并控制压缩机21以驱动。
当控制阀86切换至热介质加热器模式时，从发动机2排放的废气E被 引导至分支管道84，然后，在加热热介质加热器70之后被排放到大气中， 如图1所示。
当第一热介质循环泵60运行时，在第一热介质循环管道56内的第一热 介质被抽吸至冷却水热交换器52，以使第一热介质被冷却水热交换器52加 热。加热后的第一热介质被提供至热介质加热器70，该热介质加热器70依 次再加热第一热介质。第一热介质被提供至预热器30，然后，在加热预热器 30之后循环进入冷却水热交换器52。
当方向阀22切换至制热模式、并且压缩机21运行时，该压缩机21压 缩低温低压的制冷剂气体，从而将该制冷剂气体改变为高温高压状态。该高 温高压的制冷剂气体经方向阀22提供到室内热交换器23中，并在流经室内 热交换器23时将其热量排放到室内空气I中，以使该制冷剂气体冷凝。
随后，冷凝后的制冷剂在依次流经膨胀装置24、室外热交换器25以及 方向阀22之后，循环进入压缩机21。
同时，吹向室外热交换器25的室外空气O被预热器30加热，然后环绕 经过室外热交换器25，从而防止室外热交换器25结霜。
另一方面，当热泵型空调20运行在制热模式、并且所测量到的室外温 度在该第二预定温度范围(例如，-20℃至-5℃的温度范围)内时，控制器 90控制该控制阀86工作在废气热交换器模式，以使发动机2的废热不仅能 用于为室外热交换器25除霜，而且能用于增强室内热交换器23的制热性能。 控制器90还控制第一热介质循环泵60和第二热介质循环泵66以驱动，控 制方向阀22以切换至制热模式，并控制压缩机21以驱动。
当控制阀86切换至废气热交换器模式时，从发动机2排放的废气E被 引导至排气管道82，然后，在将其热量释放到废气热交换器54中之后被排 放到大气中，如图2所示。
当第二热介质循环泵66工作时，在第二热介质循环管道63内的第二热 介质被抽吸至废气热交换器54，以使第二热介质被废气热交换器54加热。 加热后的第二热介质被提供至压缩机排放管线加热器40，然后，在加热压缩 机排放管线加热器40之后，循环进入废气热交换器54。
另一方面，当第一热介质循环泵60工作时，在第一热介质循环管道56 内的第一热介质被抽吸至冷却水热交换器52，以使第一热介质被冷却水热交 换器52加热。加热后的热介质被提供至热介质加热器70，随后不进行任何 热交换而流经热介质加热器70。该热介质被提供至预热器30，然后，在加 热预热器30之后，循环进入冷却水热交换器52。
当方向阀22切换至制热模式、并且压缩机21运行时，该压缩机21压 缩低温低压的制冷剂气体，从而将该制冷剂气体改变为高温高压状态。该高 温高压的制冷剂气体在流经排放管线21a时被压缩机排放管线加热器40加 热。
加热后的制冷剂经方向阀22而流经室内热交换器23，从而将室内温度 增加至高于该制冷剂未被压缩机排放管线加热器40加热的情形。
流经室内热交换器23的该制冷剂，随着与室内空气I的热交换而被冷凝。 冷凝后的制冷剂依次流经膨胀装置24、室外热交换器25以及方向阀22，然 后进入压缩机21。这样，该制冷剂实现循环。
同时，吹向室外热交换器25的室外空气O被预热器30加热，然后环绕 流过室外热交换器25，从而防止室外热交换器25结霜。
另一方面，当热泵型空调20将要运行在制冷模式时，控制器90控制该 控制阀86切换至废气热交换器模式。控制器90还停止第一热介质循环泵60 和第二热介质循环泵66，切换方向阀22至制冷模式，并运行压缩机21。
当控制阀86切换至废气热交换器模式时，从发动机2排放的废气E被 引导至排气管道82，然后，在将其热量释放到废气热交换器54中之后被排 放到大气中。
当方向阀22切换至制冷模式、并且压缩机21运行时，该压缩机21压 缩低温低压的制冷剂气体，从而将该制冷剂气体改变为高温高压状态。该高 温高压的制冷剂气体依次流经方向阀22、室外热交换器25以及膨胀装置24， 然后进入室内热交换器23。该制冷剂气体在流经室内热交换器23时从室内 空气I吸收热，以使该制冷剂气体被蒸发。随后，所蒸发的制冷剂气体经方 向阀22循环进入压缩机21。
同时，冷却水热交换器52将从冷却水吸收的热释放到大气中，而废气 热交换器54将从废气吸收的热释放到大气中。
图4是根据本发明第二实施例的热电联产系统的示意图。
如图4所示，该热电联产系统包括多个发动机2、2’…。该热电联产系 统还包括连接至发动机2、2’…的相应轴的多个发电机10、10’…。除了发 动机2、2’…和发电机10、10’…，该第二实施例的热电联产系统具有与第一 实施例相同的结构和功能。因而，用相同的附图标记表示分别对应于第一实 施例的构成组件的第二实施例的构成组件，并不再作出详细描述。
一个或多个发动机2、2’…根据待冷却或待加热的负载而运行。
燃料管3、3’…连接至相应的发动机2、2’…。废气管4、4’…也连接至 相应的发动机2、2’…。并且，成对的冷却水循环管道7和8、7’和8’…连接 至相应的发动机2、2’…。
废气管4、4’…平行地连接。
冷却水循环管道7和8、7’和8’…平行地连接。
冷却水循环泵9，9’…分别直接连接至冷却水循环管道7或8、冷却水循 环管道7’或8’…。
图5是根据本发明第三实施例的热电联产系统的示意图。
如图5所示，该热泵型空调，即包括在该热电联产系统中的热泵型空调 20是多类型(multi-type)的。即，热泵型空调20包括多个室内单元28、28’… 和单个室外单元29。室内单元28、28’…包括分别平行地连接的室内热交换 器23、23’…。室外单元29包括压缩机21、方向阀22、膨胀装置24、室外 热交换器25、室外风扇或鼓风机27、预热器30以及压缩机排放管线加热器 40。
除了热泵型空调20包括多个室内单元28、28’…，以及因此而包括的多 个室内热交换器23、23’…，本实施例的热电联产系统具有与第一或第二实 施例相同的结构和功能。因而，用相同的附图标记表示分别对应于第一或 第二实施例中任一实施例的构成组件的该第三实施例的构成组件，并不再作 出详细描述。
室内单元28、28’…还分别包括室内风扇或鼓风机26、26’…。
图6是根据本发明第四实施例的热电联产系统的示意图。
如图6所示，该热泵型空调，即包括在该热电联产系统中的热泵型空调 20，包括多个室内单元28、28’…和多个室外单元29、29’…。
在热泵型空调20中，分别包括在室内单元28、28’…中的制冷剂管道可 以平行地连接。分别包括在室外单元29、29’…中的制冷剂管道也可以平行 地连接。以下给出的描述将仅结合于每个室外单元29、29’…连接至室内单 元28、28’…中相关联的一个以构成一空调装置、并且每个空调装置独立于 其他空调装置运行的情况。
室内单元28、28’…包括相应的室内热交换器23、23’…和相应的室内风 扇或鼓风机26、26’…。
室外单元29、29’…包括：相应的压缩机21、21’…，方向阀22、22’…， 相应的膨胀装置24、24’…，相应的室外热交换器25、25’…，相应的室外风 扇或鼓风机27、27’…，预热器30、30’…，以及相应的压缩机排放管线加热 器40、40’…。
每个预热器30、30’…设置在相关联的一个室外热交换器25、25’…的上 游。
平行地连接的成对的第一热介质循环管道56和57、56’和57’…连接至 相应的预热器30、30’…，以引导第一热介质通过预热器30、30’…循环。
第一热介质循环泵60、60’…直接连接至相应的第一热介质循环管道56 和57、56’和57’…。
每个压缩机排放管线加热器40、40’…设置在压缩机21、21’…的相关联 的排放管线21a、21a’…处。
平行地连接的成对的第二热介质循环管道62和63、62’和63’…连接至 相应的第二热介质循环泵66、66’…，以引导第二热介质通过压缩机排放管 线加热器40、40’…循环。
第二热介质循环泵66、66’…直接连接至相应的第二热介质循环管道62 和63、62’和63’…。
本实施例的热电联产系统具有与第一到第三实施例中任一实施例相同 的结构与功能，除了热泵型空调20包括：多个室内单元28、28’…，多个 预热器40、40’…，多个压缩机排放管线加热器30、30’…，多个第一热介质 循环管道56和57、56’和57’…，以及多个第二热介质循环管道62和63、 62’和63’…。因而，用相同的附图标记表示分别对应于第一到第三实施例中 任一实施例的构成组件的该第四实施例的构成组件，并且不再作出详细描 述。
根据本发明上述任一实施例的热电联产系统具有多种效果。
也就是说，根据本发明的热电联产系统的优点在于：发动机的废热用于 为室外热交换器除霜或用于增强室内热交换器的制热性能，以使该热电联产 系统呈现出高的能量效率。
在根据本发明的控制热电联产系统的方法中，发动机的废热主要用于防 止室外热交换器结霜，或者根据环境温度条件，不仅用于防止室外热交换器 结霜而且用于增强室内热交换器的制热性能，从而使该热电联产系统能够主 动地应对环境温度条件。
尽管为说明目的已揭示本发明的优选实施例，本领域的技术人员将会理 解：只要不脱离所附的权利要求书所揭示的本发明的范围和精神，可以做出 各种修改、添加和替换。