一种热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统

摘要

本发明公开了一种热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统，属于分布式能源系统领域。该系统包括热机、发电机、VM循环热泵、排烟换热器、风机盘管等部件。热机消耗化石燃料驱动发电机发电，排出的烟气驱动VM循环热泵进行供暖或供冷。在冬季，风机盘管系统与VM循环热泵的室温腔连接进行供暖；在夏季，风机盘管系统则与VM循环热泵的冷腔连接进行供冷。同时本系统还设有热水供应系统。本分布式能源系统不仅可以供应电力、冷量或热量、生活热水，同时还具有节约能源、保护环境、运行和调节方式灵活等特点。特别适合于小容量用户的使用。

说明书

技术领域

本发明属于分布式能源系统领域，尤其是一种耦合了VM循环热泵的分布式能源系统。

背景技术

分布式能源系统具有节约输变电成本、供电可靠性高、良好的环保性和实现能量的梯级利用等特点，有利于节约资源和保护环境。现有分布式能源系统多以中小型燃气轮机发电，然后组合余热锅炉和吸收式机组作为供冷和采暖设备，一般容量较大，适合作为小区或大型公共建筑。但是对于农村家庭用户或城市别墅型分散用户，由于所需要的电力、冷或热的需求相对较小，不适合采用中小型燃气轮机和吸收式机组。

对于这些小型用户，采用微型燃气轮机或内燃机和VM循环热泵十分合适。微型燃气轮机一般功率为几十到几百千瓦，内燃机功率范围也很广泛，相应的VM循环热泵容量也在几十到百千瓦量级。两者联合，足够供应面积在1000平米以下的单个用户。先进微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控和诊断等一系列技术特征。内燃机具有热能利用率高，功率范围广，适应性能好，结构紧凑，重量轻，体积小，燃料和水的消耗量也少，使用操作方便，起动快等特点。VM循环热泵也具有密封要求低、磨损小、振动小、噪音低、寿命长的优点，这些优点可以使系统的运行可靠。

发明内容

本发明目的在于提供一种小容量的分布式能源系统，旨在节约资源、保护环境。探索分布式能源系统在实际应用中的各种可能途径。

本发明是这样实现的，动力部件为热机(微型燃气轮机或内燃机)。制冷或制热部件为VM循环热泵，利用燃气轮机排出的烟气驱动。VM循环热泵包括热腔(1)、室温腔(2)、冷腔(3)、热回热器(4)、冷回热器(5)、热腔换热器(6)、室温腔换热器(7)、冷腔换热器(8)、热推移活塞(9)、冷推移活塞(10)、曲柄连杆机构(11)。还有风机盘管系统(16)、空冷换热器(17)、烟气换热器(13)和水箱(14)、烟气净化装置(15)、水泵、阀门。

进一步的，微型燃气轮机或内燃机驱动发电机进行发电，排放的烟气分两路：一路先与VM循环热泵的热腔进行换热，然后与烟气换热器(13)进行换热，并且通过阀门(23)控制烟气流量；另一路直接进入烟气换热器(13)进行换热，并且设置阀门(24)控制烟气流量，最后经过烟气净化装置(15)排放到大气中。

进一步的，该系统设有两个四通阀调节循环水回路连接方式，包括与VM循环热泵室温腔换热的循环水回路、与VM循环热泵冷腔换热的循环水回路、与风机盘管系统换热的循环水回路、与空冷换热器换热的循环水回路；

所述的与VM循环热泵室温腔换热的循环水回路，包括经管路依次连接的四通阀B(19)的B2接口、VM循环热泵室温腔换热器(7)、阀门(25)、四通阀A(18)的A1接口；

所述的与VM循环热泵冷腔换热的循环水回路，包括经管路依次连接的四通阀B(19)的B3接口、VM循环热泵的冷腔换热器(8)、阀门(26)、四通阀A(18)的A2接口；

所述的与风机盘管系统换热的循环水回路，包括经管路依次连接的四通阀A(18)的A4接口、风机盘管系统(16)、水泵(20)、四通阀B(19)的B1接口；

所述的与空冷换热器换热的循环水回路，包括经管路依次连接的四通阀A(18)的A3接口、空冷换热器(17)、水泵(21)、四通阀B(19)的B4接口。

进一步的，供热水通路先经过VM循环热泵的室温腔换热器(7)进行加热，再经过烟气换热器(13)进行进一步加热，然后进入到水箱中(14)，同时设有阀门(27)、水泵(22)。

本发明提供的分布式能源系统主要优点如下：

1、节约资源，燃料进入热机中驱动发电机发电，排出的烟气进一步被VM循环热泵利用，然后再与水进行换热，实现能量的梯级利用。

2、环保性高，燃气轮机或内燃机具有低排放的特点，可以减少排气量，同时设有烟气净化装置，降低对于环境的污染。VM循环热泵工质为氦气、氮气等，不会对环境产生污染和破坏。选择自然工质水作为循环水回路的换热工质，不会影响周围环境。

3、系统调节和运行方式灵活，系统通过四通阀的调节可以实现冬季供热，夏季供冷。用户可以根据自己的需要通过调节燃料量控制整个系统的供热、供冷、供热水量。同时也可以控制阀门(27)单独控制供热水量和温度，控制阀门(23)、(24)单独控制供热量或供冷量。

附图说明

图1.热机驱动VM循环热泵的分布式能源系统结构图

图2.微型燃气轮机驱动VM循环热泵的分布式能源系统的具体实施图

图3.内燃机驱动VM循环热泵的分布式能源系统的具体实施图

图中各标号含义如下：1-VM循环热泵热腔；2-VM循环热泵室温腔；3-VM循环热泵冷腔；4-热回热器；5-冷回热器；6-热腔换热器；7-室温腔换热器；8-冷腔换热器；9-热推移活塞；10-冷推移活塞；11-曲柄连杆机构；12-发电机；13-烟气换热器；14-水箱；15-烟气净化装置；16-风机盘管系统；17-空冷换热器；18-四通阀A；19-四通阀B；20、21、22-水泵；23、24、25、26、27-阀门；28-压气透平；29-燃烧室；30-透平；31-内燃机进气口；32-内燃机曲柄连杆机构；33-内燃机气缸；34-内燃机排气口；

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

VM循环热泵的工作原理参考中国专利CN101865566A。

如图1所示，本系统可以提供生活热水，冬季供暖，夏季供冷。主要工作过程为：燃料和空气被热机(微型燃气轮机或内燃机)利用，驱动发电机发电供给用户，热机排出的烟气驱动VM循环热泵进行工作，多余的烟气与VM循环热泵热腔换热器出来的烟气混合，进入烟气换热器，最后烟气经过烟气净化装置排放到大气中。微型燃气轮机排出的烟气驱动VM循环热泵进行工作时，通过四通阀的调节，实现冬季时，VM循环热泵的室温腔换热器与风机盘管系统连接，冷腔换热器与空气换热器连接，实现供暖；夏季时，VM循环热泵的室温腔换热器与空气换热器连接，冷腔换热器与风机盘管系统连接，实现供冷。生活热水这样得到：自来水首先经过VM循环室温腔换热器进行第一次加热，然后经过烟气换热器进行第二次加热，最后进入水箱中。

下面结合图2，介绍本系统的运行和调节工况的具体情况。

图2为微型燃气轮机作为动力部件的分布式能源系统的具体实施图，冬季工作时，首先四通阀A的A1和A4接通、A2和A3接通，四通阀B的B1和B2接通、B3和B4接通。

根据用户热负荷和电负荷的需求，本系统可以进行调节。首先保证微型燃气轮机排出的烟气可以提供足够热量驱动VM循环热泵满足热负荷的需求，在此基础上，如果发电量不足，可以向电网购电；如果发电量多余用户需求，可以输送给电网。

当微型燃气轮机排出的烟气的热量多于VM循环热泵供冷所需的驱动热量时，可以调节阀门(23)、(24)控制进入VM循环热泵热腔换热器(6)中的烟气量，从而保证供热量匹配热负荷。

当阀门(23)、(24)调节的烟气量不同时，调节阀门(27)控制与烟气换热的自来水流量，保证供应的热水量和温度。

夏季工作时，只需改变四通阀的连接方式，四通阀A的A1和A3接通、A2和A4接通，四通阀B的B1和B3接通、B2和B4接通。调节方式与冬季基本相同。

图3为内燃机作为动力部件的分布式能源系统的具体实施图，其具体实施方式与图2相同。