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基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵系统
申请号	CN201510288101.8	申请日	2015-05-29	公开(公告)号	CN104848592A	公开(公告)日	2015-08-19
申请人	天津城建大学; 刘凤国;			发明人	董付江; 刘凤国; 张蕊;
摘要	本发明公开了基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵系统，它包括发动机和压缩机，压缩机的工质采用二氧化碳，压缩机的气体出口通过管线依次连接油分离器以及四通换向阀以及连接板式换热器的第一气体接口，板式换热器的第二气体接口通过第三管线连接翅片换热器的第一气体接口，翅片换热器的第二气体接口通过第四管线依次连接第一阀门、膨胀阀、视液镜、电磁阀、过滤器、二氧化碳液体储液罐、第二阀门、壳管式换热器、四通换向阀、气液分离器以及压缩机的液体进口；生活用水循环管路进水端与生活用水水箱相连通并且另一端依次连接循环水泵、第三阀门、热回收换热器、烟气换热器以及第四阀门。采用本装置具有较高的制冷、制热能效系数。
权利要求	1.基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵系统，它包括发动机和与所述的发动机相连的压缩机，其特征在于：所述的压缩机的循环工质采用二氧化碳，所述的压缩机的气体出口通过第一管线依次连接油分离器以及四通换向阀的第一阀口，所述的四通换向阀的第二阀口通过第二管线连接板式换热器的第一气体接口，所述的板式换热器的第二气体接口通过第三管线连接翅片换热器的第一气体接口，所述的翅片换热器的第二气体接口通过第四管线依次连接第一阀门、膨胀阀、视液镜、电磁阀、过滤器、二氧化碳液体储液罐、第二阀门、壳管式换热器的第一接口、壳管式换热器的第二接口、四通换向阀的第三阀口、四通换向阀的第四阀口、气液分离器以及压缩机的液体进口，所述的壳管式换热器的第三接口以及第四接口分别通过换热管线与换热介质连通；生活用水循环管路进水端与生活用水水箱相连通并且另一端依次连接循环水泵、第三阀门、热回收换热器、烟气换热器以及第四阀门，然后返回生活用水水箱，所述的板式换热器的液体进口通过装有第五阀门的第一进液管路与位于循环水泵和第三阀门之间的生活用水循环管路相连通，所述的板式换热器的液体出口通过第一出液管路与第三阀门和热回收换热器之间的生活用水循环管路相连通,热回收换热器与发动机循环水管路相连通以使生活用水与发动机循环水换热，烟气换热器与发动机排烟管路相连通以使生活用水与发动机循环水换热。 2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵系统，其特征在于：所述的翅片换热器的进液口通过装有第六阀门的第二进液管路与烟气换热器以及第四阀门之间的生活用水循环管路相连通，所述的翅片换热器的液体出口通过装有第七阀门的第二出液管路与第四阀门出口端的生活用水循环管路相连通。
说明书全文	基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵系统技术领域 [0001] 本发明涉及供热、空调、供生活热水技术领域，尤其涉及以燃料(天然气、柴油、汽油等气、液体燃料)为能源，燃料发动机为驱动装置，二氧化碳为工质的风冷压缩式热泵系统。背景技术 [0002] 近年来，随着我国环境污染的恶化，供热和供热水系统中的燃煤热源装置产生的污染，引起了政府和行业专家的高度重视。为了治理中小型燃煤锅炉产生的污染问题，政府积极推进燃煤锅炉改燃气锅炉。但是，天然气是优质的一次能源，采用直燃方式的燃气锅炉，燃烧效率仅为90％。因此，如何高效利用天然气进行供热和供生活热水，是急需解决的关键科学问题。 [0003] 在现有的技术中，有多种以燃气发动机带动压缩机进行制热的系统，效率可达140％(申请公布号：CN101865501A、CN101000182A和CN1584449A)。但是系统采用的工质多为R410A、R134a等合成工质，且在制取温度超过60℃的热水时，制热效率较低。此外，工质引起的臭氧层破坏和温室效应，也是热泵热水系统考虑的关键问题。发明内容 [0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用了天然气、柴油、汽油等气、液体燃料，基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵系统。该系统采用了自然工质减少了氟利昂等对大气与环境造成的损害，同时能够高效运行并产生高温生活热水。 [0005] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是： [0006] 基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵系统，它包括发动机和与所述的发动机相连的压缩机，所述的压缩机的循环工质采用二氧化碳，所述的压缩机的气体出口通过第一管线依次连接油分离器以及四通换向阀的第一阀口，所述的四通换向阀的第二阀口通过第二管线连接板式换热器的第一气体接口，所述的板式换热器的第二气体接口通过第三管线连接翅片换热器的第一气体接口，所述的翅片换热器的第二气体接口通过第四管线依次连接第一阀门、膨胀阀、视液镜、电磁阀、过滤器、二氧化碳液体储液罐、第二阀门、壳管式换热器的第一接口、壳管式换热器的第二接口、四通换向阀的第三阀口、四通换向阀的第四阀口、气液分离器以及压缩机的液体进口，所述的壳管式换热器的第三接口以及第四接口分别通过换热管线与换热介质连通；生活用水循环管路进水端与生活用水水箱相连通并且另一端依次连接循环水泵、第三阀门、热回收换热器、烟气换热器以及第四阀门，然后返回生活用水水箱，所述的板式换热器的液体进口通过装有第五阀门的第一进液管路与位于循环水泵和第三阀门之间的生活用水循环管路相连通，所述的板式换热器的液体出口通过第一出液管路与第三阀门和热回收换热器之间的生活用水循环管路相连通,热回收换热器与发动机循环水管路相连通以使生活用水与发动机循环水换热，烟气换热器与发动机排烟管路相连通以使生活用水与发动机循环水换热。 [0007] 采用本发明的有益效果是： [0008] 本发明的燃料驱动型风冷压缩式热泵，是以燃料燃烧带动发动机从而驱动压缩机实现热泵循环，具有较高的制冷、制热能效系数。此外，此热泵还具有其他突出特点：1.燃料可变，可采用汽油、天然气、生物制气和液化石油气等多种燃料，应用方便，可适应多种地区的多种以不同燃料为主的复杂环境；2.采用自然工质二氧化碳代替合成工质作为循环工质，单位容积制冷量大，有利于减少装置体积，此外，在超临界条件下流动传热性能好，且无需回收；3.低温工况下具有较好的制热性能。制热时可通过回收发动机余热和燃烧废气废热制取生活热水，从而提高了系统的一次能源利用效率，尽大可能的减少能源浪费，经济实用，节能环保。附图说明 [0009] 图1为本发明基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵机组的夏季制冷原理示意图； [0010] 图2为本发明基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵机组的冬季制热原理示意图。具体实施方式 [0011] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。 [0012] 本发明的基于二氧化碳工质的燃料驱动型风冷压缩式热泵系统，它包括发动机13和与所述的发动机13相连的压缩机1，所述的压缩机1的循环工质采用二氧化碳，所述的压缩机1的气体出口通过第一管线依次连接油分离器2以及四通换向阀3的第一阀口，所述的四通换向阀3的第二阀口通过第二管线连接板式换热器11的第一气体接口，所述的板式换热器11的第二气体接口通过第三管线连接翅片换热器10的第一气体接口，所述的翅片换热器10的第二气体接口通过第四管线依次连接第一阀门、膨胀阀9、视液镜8、电磁阀7、过滤器6、二氧化碳液体储液罐5、第二阀门、壳管式换热器4的第一接口、壳管式换热器4的第二接口、四通换向阀3的第三阀口、四通换向阀3的第四阀口、气液分离器12以及压缩机1的液体进口，所述的壳管式换热器4的第三接口以及第四接口分别通过换热管线与换热介质(可以为冷冻水或者热水)连通；生活用水循环管路进水端与生活用水水箱相连通并且另一端依次连接循环水泵、第三阀门、热回收换热器15、烟气换热器14以及第四阀门，然后返回生活用水水箱，所述的板式换热器的液体进口通过装有第五阀门的第一进液管路与位于循环水泵和第三阀门之间的生活用水循环管路相连通，所述的板式换热器的液体出口通过第一出液管路与第三阀门和热回收换热器15之间的生活用水循环管路相连通。热回收换热器15与发动机循环水管路相连通以使生活用水与发动机循环水换热，烟气换热器14与发动机排烟管路相连通以使生活用水与发动机循环水换热。 [0013] 优选的为实现翅片换热器10的除霜，所述的翅片换热器10的进液口通过装有第六阀门的第二进液管路与烟气换热器14以及第四阀门之间的生活用水循环管路相连通，所述的翅片换热器10的液体出口通过装有第七阀门的第二出液管路与第四阀门出口端的生活用水循环管路相连通。 [0014] 采用本结构的工作过程为： [0015] 参看图1，从压缩机1出口排出的高温高压二氧化碳气体进入油分离器2，分离出的油回到压缩机，接着二氧化碳工质经过四通换向阀3进入板式换热器11，将热量传递给生活热水系统，然后进入翅片换热器(作为冷凝器)10对外放热，高压气体温度降低，再通过膨胀阀9，进行气等焓节流后，相变为二氧化碳的气液混合物，接着进入储液罐5，储液罐出口流出的二氧化碳液体进入壳管式换热器(作为蒸发器)4进行冷热交换，将冷量传递给空调冷冻水系统，二氧化碳工质温度回升汽化变为气体，再通过四通换向阀3进入气液分离器12，分离出来自蒸发器出口的低压气体中的液滴，然后进入压缩机1进行压缩过程，从而构成夏季制冷循环，周而复始。 [0016] 参看图2，从压缩机1出口排出的高温高压二氧化碳气体进入油分离器2，分离出的油回到压缩机，接着二氧化碳工质经过四通换向阀3进入壳管式换热器(作为冷凝器)4内，将热量传给空调热水系统，高压气体温度降低，进入储液罐5，再通过膨胀阀9，进行气等焓节流后，相变为二氧化碳的气液混合物，再进入翅片换热器(作为蒸发器)10进行冷热交换，从空气中取热，二氧化碳工质温度回升汽化变为气体，然后经过板式换热器11，再通过四通换向阀3进入气液分离器12，分离出来自蒸发器出口的低压气体中的液滴，然后进入压缩机1进行压缩过程，从而构成冬季制热循环，周而复始。 [0017] 参看图1，本发明生活热水系统即余热回收系统包括发动机13、烟气换热器14、热回收换热器15、板式换热器11和阀门。夏季制冷模式时，开启第五阀门，关闭第三阀门，生活用水通过循环水泵流经板式换热器11，与压缩机出口的高温高压的二氧化碳气体进行热量交换，吸收热量水温升高，然后进入热回收换热器15，回收发动机循环水的热量后水温再次升高，接着流入烟气换热器，回收发动机排烟出口的高温废气的热量，然后回到生活热水水箱供用户使用。冬季制热模式时，关闭第五阀门，开启第三阀门，板式换热器11停用，生活热水系统仅流经烟气换热器14、热回收换热器15。 [0018] 参看图2，本发明翅片换热器10结霜后，打开第六阀门、第七阀门，关闭第四阀门，使生活热水流经翅片换热器进行融霜，之后生活热水返回生活用水水箱；融霜结束后，关闭第六阀门、第七阀门，打开第四阀门，生活热水不再流经翅片换热器10。

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