燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103090590 A(43)申请公布日 2013.05.08CN103090590A*CN103090590A*(21)申请号 201210527521.3(22)申请日 2012.12.10F25B 29/00(2006.01)F25B 41/04(2006.01)F25B 31/00(2006.01)(71)申请人武汉凯龙技术开发有限责任公司地址 430050 湖北省武汉市汉阳区马沧湖路57号51(72)发明人余金龙 周国珍 余凯 常博(54) 发明名称燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组(57) 摘要一种燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组，其特征在于

2、：通过管路连接由燃气发动机驱动系统、制冷剂循环系统、油路循环系统、经济器节能系统、回油系统和燃气热回收热水系统构成。在制热循环时，燃气热回收热水流过翅片式换热器(15)，使管外的空气源被加热，制冷剂蒸发温度被提升，从而实现了空气源热泵的无霜运行，克服了结霜空气源热泵的顽疾。在制冷循环时，在生产冷水的同时燃气热回收生产热水。有益效果是节能显著，经济、社会效益明显。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书5页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图4页(10)申请公布号 CN 103090590 ACN 103090590 A1/2页2

3、1.一种燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组，至少由螺杆式制冷压缩机(1)，吸气止逆截止阀(2)，联轴器(3)，燃气发动机(4)，燃气进口截止阀(5)，燃气进口电磁阀(6)，燃气尾气板式换热器(7)，四通换向阀(8)，制冷/制热模式切换电磁阀(9)，水路电磁阀A(10)，水路电磁阀B(11)，水路电磁阀C(12)，翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀(13)，风机(14)，翅片式换热器(15)，油冷却器(16)，油冷却器油侧出口截止阀(17)，单向阀组(21)，储液器(22)，过滤器进口截止阀(23)，过滤器(24)，供液节流膨胀阀(25)，供液电磁阀(26)，过滤器出口截止阀(27)，经济器

4、电磁阀(28)，经济器节流膨胀阀(29)，经济器板式换热器(30)，经济器单向阀(31)，壳管式换热器(32)或干式换热器(61)，排气止逆截止阀(33)，油分离器(34)，油过滤器(35)，油过滤器出口截止阀(36)，燃气发动机夹套冷却水进口调节阀(37)，引射电磁阀(38)，回油电磁阀(39)，引射泵(40)等通过管路连接组成。其特征是：联轴器(3)，燃气发动机(4)，燃气进口截止阀(5)，燃气进口电磁阀(6)和燃气尾气板式换热器(7)管路连接构成燃气发动机驱动系统；其特征是：螺杆式制冷压缩机(1)，吸气止逆截止阀(2)，四通换向阀(8)，制冷/制热模式切换电磁阀(9)，翅片式换热器(15

5、)，单向阀阀组(21)，储液器(22)，过滤器进口截止阀(23)，过滤器(24)，供液节流膨胀阀(25)，供液电磁阀(26)，过滤器出口截止阀(27)，壳管式换热器(32)或干式换热器(61)，排气止逆截止阀(33)和油分离器(34)管路连接构成制冷剂循环系统；其特征是：螺杆式制冷压缩机(1)，油分离器(34)，油冷却器(16)，油冷却器油侧出口截止阀(17)，油过滤器(35)和油过滤器出口截止阀(36)管路连接构成油路循环系统；其特征是：经济器电磁阀(28)，经济器节流膨胀阀(29)，经济器板式换热器(30)，经济器单向阀(31)和螺杆式制冷压缩机(1)管路连接构成经济器节能系统；其特征是：

6、壳管式换热器(32)，引射电磁阀(38)，回油电磁阀(39)，引射泵(40)和螺杆式制冷压缩机(1)管路连接构成回油系统；其特征是：燃气发动机(4)，燃气尾气板式换热器(7)，水路电磁阀A(10)，水路电磁阀B(11)，水路电磁阀C(12)，翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀(13)，翅片式换热器(15)和燃气发动机夹套冷却水进口调节阀(37)管路连接构成燃气热回收热水系统。2.根据权利要求1所述的燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组，其特征是：四通换向阀(8)的D端与排气止逆截止阀(33)的出口相连；S端与吸气止逆截止阀(2)进口相连；C端与翅片式换热器(15)的A端相连；E端与壳管式换热

7、器(32)或干式换热器(61)的X端相连。3.根据权利要求1所述的燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组，其特征是：翅片式换热器(15)由AB制冷剂侧和MN水侧分组共同构成，A端与四通换向阀(8)的C端口相连；B端与单向阀组(21)的a端相连；M端与水路电磁阀A(10)的出口和翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀(13)的出口相连；N端与油冷却器(16)的进水口相连。4.根据权利要求1所述的燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组，其特征是：单向阀组(21)由四个单向阀按一定流向管路连接组成，其a节点为二相邻单向阀的逆时针串联节点，b节点为二相邻单向阀的相向节点，c节点为二相邻单向阀的顺时针串联

8、节点，d节点为二相邻单向阀的相背节点。单向阀组(21)的a节点与翅片式换热器(15)的B端相连；b节点与储液器(22)进口权 利 要 求 书CN 103090590 A2/2页3相连；c节点与壳管式换热器(32)或干式换热器(61)的Y端相连；d节点与供液节流膨胀阀(25)的出口相连。5.根据权利要求1所述的燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组，其特征是：燃气发动机夹套冷却水进口调节阀(37)的进口和水路电磁阀C(12)的进口与机组外接循环水水泵管路(20)相连；燃气发动机夹套冷却水进口调节阀(37)的出口与燃气发动机(4)夹套冷却水进口相连，燃气发动机(4)夹套冷却水出口与燃气尾气板式换

9、热器(7)冷却水进口相连，燃气尾气板式换热器(7)冷却水出口与水路电磁阀A(10)和水路电磁阀B(11)的进口相连，水路电磁阀A(10)的出口与翅片式换热器(15)的M端相连，水路电磁阀B(11)的出口为热水出口；水路电磁阀C(12)的出口与翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀(13)的进口相连，翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀(13)的出口与翅片式换热器(15)的M端相连。6.根据权利要求1所述的燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组，其特征是：引射泵(40)的回油进口端与回油电磁阀(39)的出口端相连，回油电磁阀(39)的进口端与壳管式换热器(32)的特定部位相连；引射泵(40)的引射端进口

10、与引射电磁阀(38)的出口端相连，引射电磁阀(38)的进口端与排气管路相连；引射泵(40)的喷射端出口与与吸气管路相连。权 利 要 求 书CN 103090590 A1/5页4燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组所属技术领域0001 本发明涉及一种向室外环境空气放出热量或从室外环境空气中吸收热量生产空调用冷水或热水的空气源热泵冷热水机组，特别是燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组。背景技术0002 空气源热泵冷热水机组由螺杆式制冷压缩机1，四通换向阀8.制冷/制热模式切换电磁阀9，风机14，翅片式换热器15，供液节流膨胀阀25，壳管式换热器32等通过管路连接组成。热泵方式运行时，制冷剂

11、在翅片式换热器15从室外低温环境空气中吸收热量，由螺杆式制冷压缩机1将温度、压力提升在壳管式换热器32生产热水，热水再经在空调箱将空气升温送往需采暖的场所；制冷方式运行时，制冷剂在壳管式换热器32吸收热量生产冷水，由螺杆式制冷压缩机1将温度、压力提升至翅片式换热器15向室外低温环境空气放出热量，冷水再经在空调箱将空气降温送往需空调的场所。空气源热泵冷热水机组在空调领域得到广泛应用。0003 现有电动机驱动的空气源热泵在北方寒冷地区和冬季低温潮湿的环境中使用时，一直存在着室外翅片式换热器容易结霜、结霜后效率低下并会影响热泵的安全运行、需要频繁除霜，且除霜时间长、除霜期间无法提供热量反而提供冷量等

12、缺陷，使得空气源热泵的应用受到一定限制。0004 现有电动机驱动的空气源热泵为了克服这些缺陷，采用再配备其他如电加热器等辅助热源以克服除霜期间无法提供热量的缺陷；或者在空气源热泵上采用回气过热以提高热泵供热温度；或者在空气源热泵上采用局部过冷以防止冬季除霜后化霜水在集水盘中冰冻的积累。这些技术均不能解决空气源热泵结霜的缺陷。发明内容0005 为解决现有空气源热泵效率不高、存在空气源热泵结霜等缺陷，本发明技术采用一种新的燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组，该燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组不仅运行效率高，而且在低温潮湿的环境下不结霜，能够连续不断地提供热水，制冷运行时能提供冷、热水

13、。0006 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：至少由螺杆式制冷压缩机1，吸气止逆截止阀2，联轴器3，燃气发动机4，燃气进口截止阀5，燃气进口电磁阀6，燃气尾气板式换热器7，四通换向阀8，制冷/制热模式切换电磁阀9，水路电磁阀A10，水路电磁阀B11，水路电磁阀C12，翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀13，风机14，翅片式换热器15，油冷却器16，油冷却器油侧出口截止阀17，单向阀组21，储液器22，过滤器进口截止阀23，过滤器24，供液节流膨胀阀25，供液电磁阀26，过滤器出口截止阀27，经济器电磁阀28，经济器节流膨胀阀29，经济器板式换热器30，经济器单向阀31，壳管式换热器32或干

14、式换热器61，排气止逆截止阀33，油分离器34，油过滤器35，油过滤器出口截止阀36，燃气发动机夹套冷说 明 书CN 103090590 A2/5页5却水进口调节阀37，引射电磁阀38，回油电磁阀39和引射泵40等通过管路连接组成。0007 其特征是：联轴器3，燃气发动机4，燃气进口截止阀5，燃气进口电磁阀6和燃气尾气板式换热器7管路连接构成燃气发动机驱动系统；0008 其特征是：螺杆式制冷压缩机1，吸气止逆截止阀2，四通换向阀8，制冷/制热模式切换电磁阀9，翅片式换热器15，单向阀组21，储液器22，过滤器进口截止阀23，过滤器24，供液节流膨胀阀25，供液电磁阀26，过滤器出口截止阀27，

15、壳管式换热器32或干式换热器61，排气止逆截止阀33和油分离器34管路连接构成制冷剂循环系统；0009 其特征是：螺杆式制冷压缩机1，油分离器34，油冷却器16，油冷却器油侧出口截止阀17，油过滤器35和油过滤器出口截止阀36管路连接构成油路循环系统；0010 其特征是：经济器电磁阀28，经济器节流膨胀阀29，经济器板式换热器30，经济器单向阀31和螺杆式制冷压缩机1管路连接构成经济器节能系统；0011 其特征是：壳管式换热器32，引射电磁阀38，回油电磁阀39，引射泵40和螺杆式制冷压缩机1管路连接构成回油系统；0012 其特征是：燃气发动机4，燃气尾气板式换热器7，水路电磁阀A10，水路电

16、磁阀B11，水路电磁阀C12，翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀13，翅片式换热器15和燃气发动机夹套冷却水进口调节阀37管路连接构成燃气热回收热水系统。0013 本发明的有益效果是，燃气发动机驱动的空气源热泵的电力消耗是电动机驱动的空气源热泵的1/10，可有效缓解电网峰谷差和平衡燃气季节消耗量；燃气发动机驱动的空气源热泵在热泵制热循环时，燃气热回收系统的热水流过翅片式换热器15的MN水侧，使管外的空气源被加热，该被加热的空气源流向翅片式换热器15的AB制冷剂侧，翅片式换热器15的AB制冷剂侧管内的制冷剂蒸发温度将被提升，从而实现了空气源热泵的无霜运行，克服了结霜空气源热泵的顽疾；燃气发动机驱动

17、空气源热泵的供热效率是电动机驱动的空气源热泵的1.3倍，是燃气锅炉的2.6倍；燃气发动机驱动的空气源热泵在制冷循环生产空调冷冻水的同时，燃气热回收系统的热水成生活热水。0014 总之，有益效果是节能显著，经济、社会效益明显。附图说明0015 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。0016 图1是本发明的一个燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组的实施例。0017 图2是本发明的另一个燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组的实施例。0018 图3是本发明的又一个燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组的实施例。0019 图4是本发明的一个燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵热水机组的实施例。00

18、20 图中1.螺杆式制冷压缩机，2.吸气止逆截止阀，3.联轴器，4.燃气发动机，5.燃气进口截止阀，6.燃气进口电磁阀，7.燃气尾气板式换热器，8.四通换向阀，9.制冷/制热模式切换电磁阀，10.水路电磁阀A，11.水路电磁阀B，12.水路电磁阀C，13.翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀，14.风机，15.翅片式换热器，16.油冷却器，17油冷却器油侧出口截止阀，18.热水箱，19.冷水箱，20.机组外接循环水水泵管路，21.单向阀组，22.储液器，23.过滤器进口截止阀，24.过滤器，25.供液膨胀阀，26.供液电磁阀，27.过滤器出口截止阀，28.经济器电磁阀，29.经济器节流膨胀阀，30

19、.经济器板式换热器，31.经济器单向阀，说 明 书CN 103090590 A3/5页632.壳管式换热器，33.排气止逆截止阀，34.油分离器，35.油过滤器，36.油过滤器出口截止阀，37.燃气发动机夹套冷却水进口调节阀，38.引射电磁阀，39.回油电磁阀，40.引射泵，50.机组外接水系统，61.干式换热器。具体实施方式0021 在图1所示的一个燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组的实施例中，联轴器3，燃气发动机4，燃气进口截止阀5，燃气进口电磁阀6和燃气尾气板式换热器7管路连接构成燃气发动机驱动系统。0022 四通换向阀8的D端与排气止逆截止阀33的出口相连；S端与吸气止逆截止阀2

20、进口相连；C端与翅片式换热器15的A端相连；E端与壳管式换热器32或干式换热器61的X端相连。0023 翅片式换热器15由AB制冷剂侧和MN水侧分组共同构成，A端与四通换向阀8的C端口相连；B端与单向阀组21的a端相连；M端与水路电磁阀A10的出口和翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀13的出口相连；N端与油冷却器16的进水口相连。0024 单向阀组21由四个单向阀按一定流向管路连接组成，其a节点为二相邻单向阀的逆时针串联节点，b节点为二相邻单向阀的相向节点，c节点为二相邻单向阀的顺时针串联节点，d节点为二相邻单向阀的相背节点。0025 单向阀组21的a节点与翅片式换热器15的B端相连；b节点与储

21、液器22进口相连；c节点与壳管式换热器32或干式换热器61的Y端相连；d节点与供液节流膨胀阀25的出口相连。0026 燃气热回收热水系统通过如下管路连接构成：.燃气发动机夹套冷却水进口调节阀37的进口和水路电磁阀C12的进口与机组外接循环水水泵管路20相连；燃气发动机夹套冷却水进口调节阀37的出口与燃气发动机4夹套冷却水进口相连，燃气发动机4夹套冷却水出口与燃气尾气板式换热器7冷却水进口相连，燃气尾气板式换热器7冷却水出口与水路电磁阀A10和水路电磁阀B11的进口相连，水路电磁阀A10的出口与翅片式换热器15的M端相连，水路电磁阀B11的出口为热水出口；水路电磁阀C12的出口与翅片式换热器水侧

22、冷却水进口调节阀13的进口相连，翅片式换热器水侧冷却水进口调节阀13的出口与翅片式换热器15的M端相连。0027 壳管式换热器32的XY通道是壳程，在制冷运行时，壳管式换热器32成为蒸发器，润滑油会在其内存积，因此设有引射电磁阀38，回油电磁阀39，引射泵40构成的回油系统。引射泵40的回油进口端与回油电磁阀39的出口端相连，回油电磁阀39的进口端与壳管式换热器32的特定部位相连；引射泵40的引射端进口与引射电磁阀38的出口端相连，引射电磁阀38的进口端与排气管路相连；引射泵40的喷射端出口与吸气管路相连。0028 在热泵制热循环时，制冷/制热模式切换电磁阀9切换至制热模式，四通换向阀8的DE

23、、SC连通。燃气热回收热水系统的水路电磁阀A10开启，水路电磁阀B11和水路电磁阀C12关闭。螺杆式制冷压缩机1经吸气止逆截止阀2和四通换向阀8的SC通道从翅片式换热器15的A端吸入低温低压的制冷剂蒸汽，低温低压的制冷剂蒸汽经螺杆式制冷压缩机1提升压力、温度后进入油分离器34进行油气分离，分成二路，其中一路，润滑油在吸排气压力差推动下经油分离器34、油冷却器16、油冷却器油侧出口截止阀17、油过滤器35说 明 书CN 103090590 A4/5页7和油过滤器出口截止阀36返回至螺杆式制冷压缩机1，实现润滑油的循环，另一路，分离出油后的高温高压制冷剂蒸汽经四通换向阀8的DE通道进入壳管式换热器

24、32的X端，在壳管式换热器32内与水程进行热交换放出热量生产热水，高温高压制冷剂蒸汽冷凝成液体，制冷剂液体经单向阀组21的cb流向储液器22，过滤器进口截止阀23，过滤器24，过滤器出口截止阀27，分成二路，其中一路，制冷剂液体流经经济器电磁阀28，经济器节流膨胀阀29，经济器板式换热器30，吸收另一路制冷剂液体的热量成制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽进入螺杆式制冷压缩机1实现经济器节能运行，另一路，制冷剂液体流经经济器板式换热器30被过冷，被过冷的制冷剂液体流经供液电磁阀26，供液节流膨胀阀25，单向阀组21的da流向翅片式换热器15的B端，低温低压的制冷剂液体在翅片式换热器15吸收被燃气热回收热水提

25、升了温度的环境空气的热量变成低温低压的制冷剂蒸汽，从而完成在制热循环。0029 所述燃气热回收热水是由如下过程产生：此时水路电磁阀B11关闭，水路电磁阀C12关闭，水路电磁阀A10开启，来自机组外接循环水水泵管路20的冷水流过燃气发动机夹套冷却水进口调节阀37，冷水流入燃气发动机4的夹套被加热，被加热的水再流入燃气尾气板式换热器7被高温燃气尾气再次加热，再次加热的高温热水流过水路电磁阀A10，翅片式换热器15的MN水侧，此时，再次加热的高温热水与由风机14抽吸的低温空气和AB侧的低温制冷剂进行热交换，高温热水被冷却，其后流入油冷却器16，吸收热量后流入机组外接水系统50的热水箱18。0030

26、在制冷循环时，制冷/制热模式切换电磁阀9切换至制冷模式，四通换向阀8的DC、SE连通。燃气热回收热水系统的水路电磁阀A10关闭，水路电磁阀B11和水路电磁阀C12开启。螺杆式制冷压缩机1经吸气止逆截止阀2和四通换向阀8的SE通道从壳管式换热器32的X端吸入低温低压的制冷剂蒸汽，低温低压的制冷剂蒸汽经螺杆式制冷压缩机1提升压力、温度后进入油分离器34进行油气分离，分成二路，其中一路，润滑油在吸排气压力差推动下经油分离器34、油冷却器16、油冷却器油侧出口截止阀17、油过滤器35和油过滤器出口截止阀36返回至螺杆式制冷压缩机1，实现润滑油的循环，另一路，分离出油后的高温高压制冷剂蒸汽经四通换向阀8

27、的DC通道进入翅片式换热器15的A端，在翅片式换热器15内与风机14抽吸的环境空气进行热交换放出热量，高温高压制冷剂蒸汽冷凝成液体，制冷剂液体从翅片式换热器15的B端经单向阀组21的ab流向储液器22，过滤器进口截止阀23，过滤器24，过滤器出口截止阀27，分成二路，其中一路，制冷剂液体流经经济器电磁阀28，经济器节流膨胀阀29，经济器板式换热器30，吸收另一路制冷剂液体的热量成制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽进入螺杆式制冷压缩机1实现经济器节能运行，另一路，制冷剂液体流经经济器板式换热器30被过冷，被过冷的制冷剂液体流经供液电磁阀26，供液节流膨胀阀25，单向阀组21的dc流向壳管式换热器32的Y端，

28、低温低压的制冷剂液体在壳管式换热器32吸收来自机组外接循环水水泵管路20的较高温度水的热量变成低温低压的制冷剂蒸汽，从而完成在制冷循环，而较高温度水放热后变成冷水。此时水路电磁阀B11开启，水路电磁阀C12开启，水路电磁阀A10关闭，燃气热回收热水流入机组外接水系统50的热水箱18。在生产冷水的同时燃气热回收生产热水。0031 在图2所示的另一个燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组的实施例中，与图1的区别仅仅在于：壳管式换热器32被更换为干式换热器61，干式换热器61的类型为干式壳管式换热器，其XY通道是管程，润滑油不会在干式换热器61中积存，因此，无需引说 明 书CN 103090590

29、 A5/5页8射电磁阀38，回油电磁阀39和引射泵40构成的回油系统。0032 在图3所示的又一个燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵冷热水机组的实施例中，与图2的区别仅仅在于：干式换热器61的类型为板式换热器。0033 在图4所示的一个燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵热水机组的实施例中，与图1的区别仅仅在于：类似于图1的热泵制热循环，只生产热水，是燃气发动机驱动螺杆式空气源热泵热水机组，无需四通换向阀8，制冷/制热模式切换电磁阀9，单向阀组21和储液器22。在通常环境温度下运行时，水路电磁阀B11开启，水路电磁阀C12开启，水路电磁阀A10关闭，燃气热回收热水流入机组外接水系统50的热水箱18。在环境潮湿低温下运行时，水路电磁阀B11关闭，水路电磁阀C12关闭，水路电磁阀A10开启，燃气热回收热水流入翅片式换热器15的MN水侧，与由风机14抽吸的低温空气和AB侧的低温制冷剂进行热交换，其后流入油冷却器16，最后流入机组外接水系统50的机组外接循环水水泵管路20的入口。说 明 书CN 103090590 A1/4页9图1说 明 书 附 图CN 103090590 A2/4页10图2说 明 书 附 图CN 103090590 A10