制冷、制热及供热水的燃气热泵系统.pdf

本发明公开了一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统，包括燃气发动机、燃气发动机冷却水热交换器、压缩机、换向阀、第一热交换器、节流元件和第二热交换器，还包括补热燃烧器和烟气换热器，本发明的一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统，结构紧凑，便于对整个系统采取管理和安全措施，在实现供冷、供热的同时，还可以常年提供热水，节约能源，在冬季制热时，热源为空气和发动机及补热燃烧烟气，避免严寒天气时空气在换热器表面结霜，并由于提高了空气源的温度提高制热的效率；设置了补热燃烧器，提高了整套系统的负荷利用率，能保证常年提供热水。

1.  一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统，包括燃气发动机(1)、燃气发动机冷却水热交换器(7)、压缩机(2)、换向阀(6)、第一热交换器(3)、节流元件(4)和第二热交换器(5)，燃气供应管(11)经三通分别与燃气发动机(1)的进气口和补热燃烧器(8)的进气口连接，燃气发动机(1)的排气口通过管道和补热燃烧器(8)的进气口连接，补热燃烧器(8)的排气口与烟气换热器(9)的换热烟管进气口连接，烟气换热器(9)的换热烟管排出口通过三通分别经排烟管(12)与大气相通，并通过管道与空气入口管道(13)经三通与第一热交换器(3)的空气入口连接，第一热交换器(3)上的空气出口与排气管(14)连接，燃气发动机冷却水热交换器(7)的进水口与自来水管(17)连接，燃气发动机冷却水热交换器(7)的出水口通过三通分别与热水管(18)和烟气换热器(9)的换热盘管入口连接，烟气换热器(9)的换热盘管出口与热水管(18)连接，冷热媒回流管(16)经三通与第二热交换器(5)和烟气换热器(9)壳层的热媒入口连接，烟气换热器(9)壳层的热媒出口和第二换热器的热媒出口经三通与冷热媒供应管(15)连接。

2.  根据权利要求1所述的一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统，其特征是所述换向阀(6)为五通换向阀或四通换向阀。

3.  根据权利要求2所述的一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统，其特征是所述五通换向阀(6)，包括阀体(28)，阀体(28)一侧的中上部设置有第一接口(21)，阀体(28)的中下部设置有第二接口(22)，阀体(28)的上部设置有第三接口(23)，阀体(28)的中部设置有第四接口(24)，阀体(28)的下部设置有第五接口(25)，阀体(28)内设置有第一阀芯(26)和第二阀芯(27)，阀体(28)中心设置有阀杆(29)，阀杆(29)与第一阀芯(26)和第二阀芯(27)连接，阀体(28)的顶部设置有阀杆(29)的填料密封函(30)。

制冷、制热及供热水的燃气热泵系统
技术领域
本发明涉及一种燃气热泵系统。
背景技术
目前，供热水和冬季供暖多采用热水锅炉或蒸汽锅炉。燃气锅炉供热和供热水比较清洁，污染较小，但其有用能的利用率较低，成本高，且不利于燃气的季节调峰。采用电动热泵也可以制热制冷，但用电负荷大，易造成用电紧张。若分别建设制冷、制热和供热水的装置，总的投资和运行费用较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统。
本发明的技术方案概述如下：
一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统，包括燃气发动机1、燃气发动机冷却水热交换器7、压缩机2、换向阀6、第一热交换器3、节流元件4和第二热交换器5，燃气供应管11经三通分别与燃气发动机1的进气口和补热燃烧器8的进气口连接，燃气发动机1的排气口通过管道和补热燃烧器8的进气口连接，补热燃烧器8的排气口与烟气换热器9的换热烟管进气口连接，烟气换热器9的换热烟管排出口通过三通分别经排烟管12与大气相通，并通过管道与空气入口管道13经三通与第一热交换器3的空气入口连接，第一热交换器3上的空气出口与排气管14连接，燃气发动机冷却水热交换器7的进水口与自来水管17连接，燃气发动机冷却水热交换器7的出水口通过三通分别与热水管18和烟气换热器9的换热盘管入口连接，烟气换热器9的换热盘管出口与热水管18连接，冷热媒回流管16经三通与第二热交换器5和烟气换热器9壳层的热媒入口连接，烟气换热器9壳层的热媒出口和第二换热器5的热媒出口经三通与冷热媒供应管15连接。
换向阀6可以选五通换向阀或四通换向阀，四通换向阀是市场上出售的。
五通换向阀6，包括阀体28，阀体28一侧的中上部设置有第一接口21，阀体28的中下部设置有第二接口22，阀体28的上部设置有第三接口23，阀体28的中部设置有第四接口24，阀体28的下部设置有第五接口25，阀体28内设置有第一阀芯26和第二阀芯27，阀体28中心设置有阀杆29，阀杆29与第一阀芯26和第二阀芯27连接，阀体28的顶部设置有阀杆29的填料密封函30。
本发明的一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统，结构紧凑，便于对整个系统采取管理和安全措施，在实现供冷、供热的同时，还可以常年提供热水，节约能源，在冬季制热时，热源为空气和发动机及补热燃烧烟气，避免严寒天气时空气在换热器表面结霜，并由于提高了空气源的温度提高制热的效率；设置了补热燃烧器，提高了整套系统的负荷利用率，能保证常年提供热水。
本发明还可以采用五通换向阀，由于燃气热泵系统内的工质的切换频率非常低，因此采用五通换向阀来实现，该换向阀结构简单，加工容易，维修方便，易于操作，采用气动、液动均可，如同开关一个普通阀门一样，还可以采用手轮进行手动操作。
本发明主要用于中小型工业、商业及民用的集中供冷、供热及供热水。
附图说明
图1为本发明各部件连接示意图；
图2为热泵用五通换向阀结构示意图；
图3为本发明制冷、制热及供热水的燃气热泵系统制冷工况示意图；
图4为本发明制冷、制热及供热水的燃气热泵系统制热工况示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步的说明：
一种制冷、制热及供热水的燃气热泵系统，(见图1)包括燃气发动机1、燃气发动机冷却水热交换器7、压缩机2、换向阀6、第一热交换器3、节流元件4和第二热交换器5，燃气供应管11经三通分别与燃气发动机1的进气口和补热燃烧器8的进气口连接，燃气发动机1的排气口通过管道和补热燃烧器8的进气口连接，补热燃烧器8的排气口与烟气换热器9的换热烟管进气口连接，烟气换热器9的换热烟管排出口通过三通分别经排烟管12与大气相通，并通过管道与空气入口管道13经三通与第一热交换器3的空气入口连接，第一热交换器3上的空气出口与排气管14连接，燃气发动机冷却水热交换器7的进水口与自来水管17连接，燃气发动机冷却水热交换器7的出水口通过三通分别与热水管18和烟气换热器9的换热盘管入口连接，烟气换热器9的换热盘管出口与热水管18连接，冷热媒回流管16经三通与第二热交换器5和烟气换热器9壳层的热媒入口连接，烟气换热器9壳层的热媒出口和第二换热器5的热媒出口经三通与冷热媒供应管15连接。
换向阀6为五通换向阀或四通换向阀。四通换向阀是市场上出售的。
五通换向阀(6)，(见图2)包括阀体28，阀体28一侧的中上部设置有第一接口21，阀体28的中下部设置有第二接口22，阀体28的上部设置有第三接口23，阀体28的中部设置有第四接口24，阀体28的下部设置有第五接口25，阀体28内设置有第一阀芯26和第二阀芯27，阀体28中心设置有阀杆29，阀杆29与第一阀芯26和第二阀芯27连接，阀体28的顶部设置有阀杆29的填料密封函30。
阀体的顶部和阀体的侧壁可以是活动连接。
阀体28地顶部法兰31与阀体的侧壁法兰32采用螺栓连接，阀杆29的密封填料函30焊接在顶部法兰31上。
夏天制冷工况(见图3、图2)：燃气进入燃气发动机1产生机械能，经靠背轮带动压缩机2工作。将五通换向阀的第一阀芯26和第二阀芯27置于下位状态，工质经压缩机2提高压力后经五通换向阀6上的第一接口21进入五通换向阀6内，再经第三接口23进入第一热交换器3，靠空气将工质冷凝放出的热量带走，冷凝后的工质经节流元件4减压，再进入第二热交换器5，靠吸收冷媒的热量进行蒸发，同时使冷媒降低温度，送至空调系统。蒸发后的气态工质又通过五通换向阀6的第四接口24进入五通换向阀6内，并通过第二接口22进入压缩机2再次被压缩，循环进行。
冬天制热工况(见图4、图2)：将五通换向阀6的第一阀芯26和第二阀芯27置于上位状态，工质经压缩机2提高压力后经五通换向阀6上的第一接口21进入五通换向阀6内，工质再经第四接口24进入第二热交换器5，与热媒进行换热而冷凝，热媒获得工质冷凝放出的热量而升高温度后，进入供热系统。冷凝后的工质经节流元件4减压，再进入第一热交换器3，靠吸收空气的热量进行蒸发，蒸发后的气态工质又通过第五接口25进入五通换向阀6，并通过第二接口22进入压缩机2再次被压缩，循环进行。燃气发动机1排出的烟气进入补热燃烧器8，再进入烟气换热器9的换热烟管，将热量传给壳程的热媒后进入排烟管12，热媒与第二热交换器5出口管道出来的热媒一道进入供热系统。烟气换热器的壳程容积较大，以储备热媒。
热水制备过程：
自来水管17流经燃气发动机冷却水换热器7后，产生的热水为外供热水。当热水温度不够时，从燃气发动机冷却水换热器7流出的水经管道进入烟气换热器9的换热管程，与壳程的热媒进行换热而提高水的温度，继而供作热水。冬季，当供热负荷不足时，开启补热燃烧器8，燃气与燃气发动机1烟气中的剩余氧气及空气混合进行燃烧，产生的烟气通入烟气换热器。