一种混合热动力热泵装置及混合热动力热泵控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种混合热动力热泵装置及混合热动力热泵控制方法，包括混合热动力发电机组和热泵机组，混合热动力发电机组包括发动机和发电机，其中二者传动轴相连；热泵机组包括电动机、压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水或制热水；所述发动机、发电机、压缩机和电动机依次串联连接，其中压缩机的传动轴与电动机的传动轴连接；发电机和压缩机的两端均具有向外伸出的传动轴，发电机的传动轴和压缩机的传动轴通过连轴装置相连。该混合热动力热泵装置及控制方法能实现电力和天然气的优势互补，而且有多种运行模式，特别冬季采暖天然气效率要远高于现有的锅炉直接燃烧，具备显著的经济效益和社会效益。

A hybrid thermal power heat pump and hybrid heat pump control method

The invention discloses a hybrid thermo dynamic heat pump device and a hybrid thermo driven heat pump control method, including a hybrid thermal power generating set and a heat pump unit. The hybrid thermal power generating set consists of an engine and a generator, in which the two drive shaft is connected; the heat pump unit includes a motor, a compressor, and a compressor suction tube. An evaporator and a condenser connected with the exhaust pipe of the compressor for making cold water or hot water; the engine, generator, compressor and motor are connected in series in series, in which the transmission shaft of the compressor is connected with the drive shaft of the motor; both ends of the generator and compressor have the outstretched transmission shaft and power generation. The transmission shaft of the machine and the transmission shaft of the compressor are connected through a connecting shaft device. The hybrid thermo dynamic heat pump device and control method can realize the complementary advantages of power and natural gas, and have various operating modes. In particular, the natural gas efficiency of heating in winter is far higher than that of the existing boiler directly. It has significant economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种混合热动力热泵装置及混合热动力热泵控制方法
本专利技术涉及燃气发电和空调领域，尤其涉及一种混合热动力热泵装置及混合热动力热泵控制方法。
技术介绍
随着天然气在城市的广泛使用，目前很多地区出现冷-热-电联产的能源站，可以提供制冷、供热（采暖和供热水）以及电力供应，其采用内燃发动机或燃气轮机驱动发电动机发电，发电排出的高温尾气和热水供给吸收式热泵机组来制冷。对于以夏季集中供冷为主的能源站，其冷负荷远大于供热负荷，必须用所发电再来驱动热泵机组，承担大部分制冷负荷，而吸收式热泵机组仅提供辅助供冷。这种制冷运行模式，燃气热能先转化为机械能，再转化为电能，最后再由电能转化为压缩机的机械能，能源重复转换，效率低，而且系统复杂，占地面积大，只适合大型系统。此外：公开号为103090590A的中国专利公开了一种混合热动力机驱动螺杆式空气源热泵冷热水单元（申请号为201210527521.3），该方案只是采用单一的混合热动力机驱动螺杆式压缩机，压缩机无电机，不能用电力驱动，功能单一，制冷时，燃气机排出的高品位烟气热能没有利用，不能转化成冷源，燃气制冷效率低。公开号为106969529A的中国专利中（申请号为201710356192.3），天然气高效制冷装置采用单一的燃气轮机直接驱动压缩机，制冷时，燃气机排出的高品位烟气热能通过吸收式制冷模块回收制冷，燃气制冷效率较高，但是压缩机没有电机单元驱动，只能采用燃气制冷，功能单一，适用范围有限。而且在实际使用工程中，燃气轮机的输出功率较大，往往会采用能产生较大制冷量的离心压缩机，叶轮转速高达一万多转，且内部结构配合精密，因而对压缩机输入传动轴的平稳性，即轴向震动和径向震动要求较高。而燃气轮机运行中可能会出现喘震的现象，直接用燃气动力驱动压缩机将影响压缩机安全运行，反之离心压缩机在低负荷下也会经常出现喘震，反过来也会影响燃气轮机的安全运行。公开号为1776328的中国专利公开了一种混合动力燃气热泵空调及操作方法（申请号为200510122835.5），该方案中，也采用电动机和混合热动力机混合驱动压缩机，并提到了混合动力装置采用串联方式和并联方式，该技术方案所谓的串联方式，是采用的一种电气和控制逻辑上的串联，即先用发动机发电，再用电机驱动压缩机，发动机和压缩机并无直接的机械连接；而其中并联方式指：发动机可独立带动压缩机，电动机也能独立带动压缩机，然后又可联合驱动压缩机。因此发动机与压缩机，电动机与压缩机之间，分别有独立的机械连接结构，然后再在一起并联，结构复杂，所以说明书里也提到：“并联式混合动力结构复杂，该专利技术不采用”。公开号为1862947的中国专利公开了一种基于恒转速的燃气热泵独立供能系统（申请号为200610014290.0），该系统中，混合热动力机可以同时驱动压缩机和发电机，根据附图，其结构也为直连方式，但是混合热动力机设置在压缩机与发电机之间，压缩机只能采用混合热动力机驱动，不能采用电机驱动，功能单一。因此，有必要设计一种混合热动力热泵装置及混合热动力热泵控制方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种混合热动力热泵装置及混合热动力热泵控制方法，该混合热动力热泵装置及混合热动力热泵控制方法灵活性好，占地面积小，易于实施，可让燃气和电力完美地实现优势互补，同时双能源体系更具战略安全性。专利技术的技术解决方案如下：一种混合热动力热泵装置，包括混合热动力发电机组和热泵机组；所述混合热动力发电机组包括发动机和发电机；所述发动机采用燃料内燃机、燃气轮机或蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃料可采用天然气或汽柴油等。所述热泵机组包括电动机、压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水或制热水，具体包括制冷剂、压缩机，冷凝器、蒸发器和节流装置。压缩机采用外部传动轴驱动，一般为开启式离心压缩机或开启式螺杆压缩机，冷凝器与蒸发器之间设有节流装置，制冷剂受到压缩机的压缩驱动，使在蒸发器、冷凝器和压缩机之间循环流动，并产生相变和温度变化。蒸发器内低温制冷剂与冷冻水换热，使出水温度降低；冷凝器内高温制冷剂与冷却水换热，使出水温度升高。夏季制冷时，冷凝器内的冷却水通过冷却水管路及冷却泵连接室外冷却塔、江水源或地下水进行散热，冷冻水通过冷冻水管路及冷冻泵送入室内末端风机盘管，为室内提供冷气；冬季制热时，通过水路阀门切换，将室外江水或地下水接入热泵机组的蒸发器；而将冷凝器的冷却水与室内末端的风机盘管的管路接通，为室内提供过暖气。所述发电机和电动机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组由多个绕组组成，每个绕组由导线反复缠绕在同一定子铁芯部位而形成。所述发动机、发电机、压缩机和电动机依次串联连接，所述发电机和压缩机的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发电机传动轴一端与发动机传动轴连接，发电机传动轴另一端通过连轴装置与压缩机的传动轴相连，而压缩机的传动轴另一端与电动机连接；所述连轴装置为连轴器或离合器。连轴装置安装在发电机与压缩机传动轴之间，传递传动轴之间的力矩，；连轴器是指用法兰盘和螺栓将两根传动轴连接起来，采用连轴器连接是一种固定的连接方式，采用离合器连接是一种灵活的连接方式。连轴装置采用电控离合器或机械可控离合器，如手动控制的机械离合器。离合器包括主动盘和从动盘，分别嵌套固定在所对应的传动轴上，当传动控制模块控制离合器吸合时，主动盘和从动盘同步转动，使得两个传动轴同步转动；离合器分离时，两个传动轴之间不传递转矩。另一种连轴装置为法兰盘连轴器，包括主动盘、中间连接段和从动盘，其中中间连接段的两侧还可设有柔性连接片，主动盘和从动盘分别嵌套固定在所对应的传动轴上；当主动盘、柔性连接片、中间连接段和从动盘之间用螺栓螺帽连接固定后，主动盘和从动盘同步转动，并带动两个传动轴同步转动，反之拆除螺栓螺帽，两个传动轴分离；主动盘和从动盘结构完全一样可以互换。让发动机、发电机、电动机和压缩机的四轴串联直驱，效率更高，结构更简单，更于维护。如内燃机在驱动发电动机输出50Hz三相交流电时，有的转速为3000r/min，而现有开启式压缩机所采用的两极驱动电动机在50Hz三相交流电源驱动时转速为2960r/min，二者转速基本一样，从而使上述直驱连接成为可能。进一步，当所述发电机或电动机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述发电机或电动机转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；或发电机和电动机转子上方同时包含一个或多个反重力绕组；所述反重力励磁绕组通过在发电机或电动机定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线可与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路，也可接入到定子绕组回路中。发电机和电动机转子内主要材料为铁芯，当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对发电机或电动机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让发电机或电动机传动轴的水平支撑轴承，或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承，所受的竖直向下压力减小或为零，此时工况为发动机驱动压缩机，发电机或电动机不发电或不驱动。由于发动机、发电机、电动机和压缩机均为水平安装，而且在四者中的运动部件，发电机和电动机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合热动力热泵装置，其特征在于，包括混合热动力发电机组和热泵机组；所述混合热动力发电机组包括发动机和发电机；所述热泵机组包括电动机、压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水或制热水；所述发电机和电动机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述发动机、发电机、压缩机和电动机依次串联连接；所述发电机和压缩机的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发电机传动轴一端与发动机传动轴连接，发电机传动轴另一端通过连轴装置与发压缩机的传动轴相连，而压缩机的传动轴另一端与电动机连接；所述连轴装置为连轴器或离合器。

【技术特征摘要】
1.一种混合热动力热泵装置，其特征在于，包括混合热动力发电机组和热泵机组；所述混合热动力发电机组包括发动机和发电机；所述热泵机组包括电动机、压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水或制热水；所述发电机和电动机均包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述发动机、发电机、压缩机和电动机依次串联连接；所述发电机和压缩机的两端均具有向外伸出的传动轴；其中发电机传动轴一端与发动机传动轴连接，发电机传动轴另一端通过连轴装置与发压缩机的传动轴相连，而压缩机的传动轴另一端与电动机连接；所述连轴装置为连轴器或离合器。2.根据权利要求1所述的混合热动力热泵装置，其特征在于，当所述发电机或电动机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述发电机或电动机转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；或发电机和电动机转子上方同时包含一个或多个反重力绕组；当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对发电机或电动机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让发电机或电动机传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的竖直向下压力减小或为零。3.根据权利要求3所述的混合热动力热泵装置，其特征在于，所述连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置。4.根据权利要求1所述的混合热动力热泵装置，其特征在于，还包括电控系统，电控系统包括发动机控制模块、发电机控制模块、电动机控制模块和压缩机控制模块；（1）发动机控制模块用于控制发动机的运行；（2）发电机控制模块包括发电机模块和发电机反重力控制模块中的至少一种；所述发电机模块用于控制发电机向外部供电；所述发电机反重力控制模块输出端与发电机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为发电机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时发电机工作在反重力轴承模式；当发电机控制模块需要发电机工作时，通过发电机反重力控制模块中的切换单元，切除反重力励磁绕组，或将反重力励磁绕组恢复到发电机的定子绕组中；（3）电动机控制模块包括电动机模块和电动机反重力控制模块中的至少一种；所述电动机模块用于控制外部电源为电动机供电；所述电动机反重力控制模块输出端与电动机反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电动机定子的反重力励磁绕组提供电源，此时电动机工作在反重力轴承模式；当电动机控制模块需要电动机工作时，通过电动机反重力控制模块中的切换单元，切除反重力励磁绕组，或将反重力励磁绕组恢复到电动机的定子绕组中；（4）压缩机控制模块用于控制压缩机的运行；（5）当连轴装置采用电控离合器时，电控系统还包括用于控制离合器连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢梦，徐红艳，童乙伦，童献文，
申请(专利权)人：湖南同能机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43