專利名稱：燃氣熱泵式空調裝置和用于加熱廢氣的燃燒裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃氣熱泵式空調裝置，其中用于循環制冷劑的壓縮裝置由作為驅動源的燃氣發動機驅動，本發明更具體地涉及一種能在室外空氣溫度較低時強化供熱能力的燃氣熱泵式空調裝置。
背景技術：
利用熱泵進行空氣調節，如進行空氣冷卻和空氣加熱的空調裝置設有一個制冷劑回路，該回路例如包括一個室內熱交換器、一個壓縮裝置、一個室外熱交換器和一個節流裝置等部件。對室內進行供冷和供熱是在制冷劑循環過程中，利用室內熱交換器對室內空氣和室外空氣之間進行換熱來實現的。另外，在這種制冷劑回路中，在空氣加熱過程中吸收熱量不僅要依賴于室外熱交換器，而且也要依賴于用于直接加熱制冷劑的制冷劑加熱裝置。
最近，設置在上述制冷劑回路中的用作壓縮裝置的驅動源采用了已研制出的一種燃氣發動機，用以取代常用的電機。這種使用燃氣發動機的空調裝置一般稱作燃氣熱泵式空調裝置(下文稱為GHP)。由于使用城市燃氣或較廉價的類似燃氣作為燃料，又由于GHP不同于設有使用電機的壓縮裝置的電熱泵(下文稱為EHP)，所以利用這種GHP不會提高運行費用，從而也就降低了用戶的費用。
另外，在GHP中，如果所謂的廢熱，例如從燃氣發動機中排出的高溫排氣或發動機-冷卻劑-水(發動機冷卻水)的熱等，在空氣加熱過程中用作制冷劑的熱源，那么與EHP(電熱泵)相比，GHP能更有效地利用能量，因而可實現極佳的空氣加熱效果。此外，在這種情況下，GHP的能量利用效率的百分比是EHP的1.2至1.5倍。如果采用這種結構，則不必在制冷劑回路中安裝上述的設備，如制冷劑加熱裝置。
此外，對于GHP來說，在空氣加熱時必須利用燃氣發動機的廢熱進行室外熱交換器的除霜運行。一般說來，在EHP中的除霜運行是這樣進行的即停止供熱運行并臨時進行供冷運行，以對室外熱交換器除霜。在這種情況下，由于冷空氣流入室內，所以室內的舒適度降低了。相反，在GHP中，由于上述狀態，可繼續進行供熱運行，并且不會發生在EHP中出現的問題。
如上所述，在GHP中，在供熱運行過程中，將廢熱，如自燃氣發動機排出的高溫廢氣或發動機冷卻水的廢熱送到熱交換裝置，如廢氣熱交換裝置或廢熱熱交換裝置中；因此，可利用收集這種廢熱來作為制冷劑的熱源，從而可獲得比EHP更優良的空氣加熱能力。
對于傳統的GHP，在廢氣從燃氣發動機經廢氣熱交換裝置排出的流動過程中，利用廢氣對發動機冷卻水進行加熱；此外，在發動機冷卻水流入燃氣發動機的水套并冷卻該燃氣發動機的水套的同時，發動機冷卻水吸收熱量；從而使發動機冷卻水的溫度上升。
如果將這種收集了來自燃氣發動機的廢熱的高溫發動機冷卻水送到水熱交換裝置，則發動機冷卻水的熱量加熱制冷劑；因此，利用水熱交換裝置和室外熱交換裝置之間的相互配合足以使制冷劑蒸發，即使在室外空氣的溫度較低的供熱運行時也是如此。
然而，上述的通過收集廢熱來提高加熱能力是有限的，換句話說，可收集的廢熱的量是有限的；因此，當室外空氣溫度較低時，空氣加熱能力的提高是有限的。特別是在上述的GHP用在室外空氣溫度相當低的寒冷區域時，從室外熱交換器裝置中的室外空氣溫度中吸收的熱量會大大降低；這樣就很難獲得足以蒸發制冷劑所必需的熱量。
因此，為了即使在室外空氣溫度低于-15℃的寒冷區域的供熱運行中，也能使燃氣熱泵式空調裝置具有足夠的空氣加熱能力，以提供舒適的室內環境，就必須在室外空氣溫度較低時獲取足夠的蒸發制冷劑的熱量，并將空氣加熱能力提高到較高程度。
本發明考慮到上述情況，因此，本發明的一個目的是提供一種燃氣熱泵式空調裝置，其中在室外空氣溫度較低時也能較好地提高空氣加熱能力。本發明的另一個目的是提供一種燃氣熱泵式空調裝置，該裝置即使在室外空氣溫度較低時也具有足夠的空氣加熱能力。

發明內容
為了解決上述問題，本發明具有下述結構。
在按照本發明第一個方面的燃氣熱泵式空調裝置中，通過壓縮裝置循環制冷劑而形成制冷劑循環，該壓縮裝置的驅動源是燃氣發動機，從燃氣發動機排出的廢熱被廢氣熱交換裝置收集在發動機冷卻水中，制冷劑由發動機冷卻水加熱，以增強加熱能力，從燃氣發動機排出的廢氣被加熱，并且加熱裝置提高了可收集在廢氣熱交換裝置內的熱能能量。
按照這種燃氣熱泵式空調裝置，對從燃氣發動機排出的廢氣進行加熱，并設置一個加熱裝置，該裝置用于提高收集在廢氣熱交換裝置中的熱能能量。因此，在廢氣熱交換裝置中的發動機冷卻水吸收的熱量提高了，此外，高溫發動機冷卻水對制冷劑進行加熱，以加快蒸發，并且在室外空氣溫度較低時可增強空氣加熱能力。
在按照本發明第一個方面的燃氣熱泵式空調裝置中，加熱裝置最好是加熱廢氣的燃燒裝置，該燃燒裝置燃燒燃料后產生的燃燒氣體輸送到廢氣中；這樣就很容易和可靠地提高了廢氣的熱能能量。
在按照本發明第二個方面的燃氣熱泵式空調裝置中，用于加熱廢氣的燃燒裝置最好設置在廢氣熱交換裝置中，并且在廢氣熱交換裝置中的發動機冷卻水的吸收的熱量，可直接有效地得到提高。
在按照本發明第二個方面的燃氣熱泵式空調裝置中，最好在與燃氣發動機和廢氣熱交換裝置相連的廢氣系統中，設置一個容納廢氣凈化催化劑的催化劑容器，并在催化劑容器內設置廢氣加熱裝置的燃燒裝置。這樣可凈化廢氣并可提高廢氣的熱能能量。
在按照本發明第三個方面的燃氣熱泵式空調裝置中，最好在室外空氣溫度檢測裝置檢測到溫度低于預定值時運行加熱裝置。該加熱裝置僅在加熱能力不足的狀態下運行，從而提高了裝置的總工作效率。
在按照本發明第四個方面的燃氣熱泵式空調裝置中，在燃燒裝置內燃燒的燃料應與用于驅動燃氣發動機的燃料相同。這樣，使用與燃氣發動機類似的燃料供給系統，就可以用價格低廉的氣體燃料進行加熱運行。
在按照本發明第五個方面的燃氣熱泵式空調裝置中，用于加熱廢氣的燃燒裝置，設置在一個從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機引出 的廢氣通路中，以加熱廢氣，而且用于加熱廢氣的該燃燒裝置的特征在于它包括一個中空的燃燒裝置主體、一個設置在該燃燒裝置主體內的燃燒噴嘴、一個用于以預定比率向燃燒噴嘴提供燃料和空氣的燃料供給系統、一個提供通過利用燃燒噴嘴燃燒燃料而產生的燃燒氣體的燃燒氣體供給通路，它將燃燒氣體從燃燒裝置主體送入從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機排出的廢氣中。
這種用于加熱廢氣的燃燒裝置可很容易產生高溫燃燒氣體，并將這些燃燒氣體輸送到廢氣中，而且還可提高廢氣的溫度。
按照本發明第六個方面的用于加熱廢氣的燃燒裝置，設置在從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機引出的廢氣通路中，用于加熱廢氣，并且用于加熱廢氣的燃燒裝置包括，一個其外殼與廢氣熱交換裝置共用的中空燃燒裝置主體、一個設置在燃燒裝置主體內的燃燒噴嘴、一個用于以預定比率向燃燒噴嘴提供燃料和空氣的燃料供給系統，利用噴嘴燃燒燃料而在燃燒裝置主體內產生的燃燒氣體的熱量，等于從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機中排出并通過燃燒裝置主體的廢氣的熱量。
按照這種用于加熱廢氣的燃燒裝置，在廢氣熱交換裝置中產生的燃燒氣體的熱量正好等于廢氣的熱量，從而可有效地加熱廢氣熱交換裝置中的發動機冷卻水。
按照本發明第七個方面的用于加熱廢氣的燃燒裝置，設置在從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機引出的廢氣通路中，以便加熱廢氣，并且加熱廢氣的燃燒裝置包括，一個其外殼與容納廢氣凈化催化劑的催化劑容器共用的中空燃燒裝置主體、一個設置在燃燒裝置主體內的燃燒噴嘴、一個用于以預定比率向燃燒噴嘴提供燃料和空氣的燃料供給系統，利用噴嘴燃燒燃料而在燃燒裝置主體內產生的燃燒氣體的熱量，等于從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機中排出并通過燃燒裝置主體的廢氣的熱量。
這種用于加熱廢氣的燃燒裝置，可利用廢氣凈化催化劑凈化燃氣發動機的廢氣和燃料氣體，并且燃燒氣體內的熱量可等于廢氣的熱量，以提高廢氣的溫度。提高廢氣溫度的另一個優點是利用催化劑可加快凈化廢氣的操作。


圖1表示本發明的處于供熱運行的燃氣熱泵式空調裝置的第一實施例；
圖2表示本發明的處于供冷運行的燃氣熱泵式空調裝置的第一實施例；圖3表示本發明的燃氣熱泵式空調裝置的第二實施例的結構；圖4表示本發明的燃氣熱泵式空調裝置的第三實施例的結構；圖5表示本發明的燃氣熱泵式空調裝置的第四實施例的結構。
具體實施例方式
下面參照

本發明的燃氣熱泵式空調裝置(下文稱為GHP)的一個實施例。
圖1是表示本發明第一實施例的GHP的空氣加熱系統的總體結構系統圖。該圖總體上表示出一個室內機1和設有例如用于驅動該燃氣發動機的壓縮裝置的室外機10。此外，一個或多個室內機1和室外機10由制冷劑管路2以能使制冷劑循環的方式將它們連接起來。
室內機1設有一個室內熱交換裝置1a，它在供冷運行期間起蒸發器作用，用以蒸發低溫低壓液態制冷劑，從而排除室內空氣(室內大氣)中熱量；并在供熱運行期間起冷凝器作用，用以液化高溫高壓氣態制冷劑，從而加熱室內空氣。另外每個室內熱交換裝置1a都設有節流機構1b。
室外機10從內部分成兩個主部分。第一主部分主要由例如壓縮裝置和室外熱交換器裝置等設備與室內機1一起構成制冷劑回路，下文稱該第一主部分構成部分為“制冷劑回路部分”。
第二主部分設有例如用于驅動壓縮裝置的燃氣發動機等設備及輔助設備，下文稱該第二主部分為“燃氣發動機部分”。
在制冷劑回路部分設有如壓縮裝置11、室外熱交換裝置12、水熱交換裝置13、蓄液器14、接收器15、油分離器16、節流機構17、四通閥18、電磁閥19、止回閥20及控制閥21等設備。
壓縮裝置11由作為驅動源的燃氣發動機GE(后面將進行描述)運行，該壓縮裝置11壓縮來自任何一個室內熱交換裝置1a或室外熱交換裝置12的低溫低壓氣態制冷劑，并排出高溫高壓氣態制冷劑。借助于這種結構，在供冷運行期間，即使在室外空氣溫度較高，制冷劑也可通過向室外熱交換裝置12向室外空氣散熱。另外，在供熱運行期間，制冷劑可通過室外熱交換裝置12向室內空氣提供熱能。
在供冷運行期間，室外熱交換裝置12用作一個冷凝器，它使高溫高壓氣態制冷劑液化并向室外空氣散熱，相反，在供熱運行期間，室外熱交換裝置12用作一個蒸發器，它蒸發低溫低壓液態制冷劑，并吸收室外空氣中的熱量。也就是說，在供冷運行和供熱運行中，室外熱交換裝置12與室內熱交換裝置1a進行相反的運行。
另外，室外熱交換裝置12與燃氣發動機GE(下文中將進行描述)的散熱器33并列設置。散熱器33是一個熱交換裝置，它利用與室外空氣之間的熱交換來冷卻燃氣發動機GE的冷卻水。
設置水熱交換裝置13是為了使制冷劑能集中燃氣發動機GE(下文中將進行描述)的發動機冷卻水中的熱。也就是說，在供熱運行中，制冷劑不只在室內熱交換裝置12中換熱，而且可從燃氣發動機GE的發動機冷卻水中集中廢熱；這樣就增強了供熱運行的效果。
設置蓄熱器14是為了存貯流入壓縮裝置11的氣態制冷劑中包含的液體。
設置接收器15是為了利用用作冷凝器的熱交換裝置將液態制冷劑分離成氣體和液體，并貯存制冷回路中剩余的液態制冷劑。
設置油分離器16是為了分離制冷劑中所包含的油成分并使制冷劑返回到壓縮裝置11。
設置節流機構17是為了減小冷凝后的高溫高壓液態制冷劑的壓力并膨脹液態制冷劑，使之變成低溫低壓的液態制冷劑。在附圖的一個實例中，用作此目的的節流機構17可從常壓膨脹閥、恒溫膨脹閥及毛細管中選擇。
四通閥18設置在制冷劑管2中，它用于有選擇地改變制冷劑通道和流動方向。在這種四通閥18上設有四個口，如D，C，S和E。口D通過制冷劑管2與壓縮裝置11的排氣側相連。口C通過制冷劑管2與室外熱交換裝置12相連。口S通過制冷劑管2與壓縮裝置11的吸氣側相連。口E通過制冷劑管2與室內熱交換裝置1a相連。
另一方面，在燃氣發動機部分中，設有在附圖中未示出的冷卻水系統30、燃料吸收系統60、排氣系統50和發動機油系統，發動機油系統在附圖中未示出。燃氣發動機GE設置在該燃氣發動機部分的中心。
燃氣發動機GE連接在壓縮裝置11上，該壓縮裝置通過軸、皮帶和類似部件設置在制冷劑回路中；這樣，驅動力從燃氣發動機GE傳導到壓縮裝置11。
冷卻水系統30設有一個水泵31、一個貯存箱32、一個散熱器33及類似部件。該冷卻水系統30利用發動機冷卻水冷卻燃氣發動機GE，冷卻水在由圖中虛線所示的用管路連接這些部件的回路中循環。水泵31用于循環回路中的燃氣發動機GE的冷卻水。貯存箱32用于臨時貯存在該回路中流動的剩余的冷卻水，并且用于在冷卻水短缺的情況下將這些剩余的水提供給回路。散熱器33與室外熱交換裝置12整體構成。散熱器33用于將發動機冷卻水從燃氣發動機GE吸收的熱輻射到室外空氣中。
在冷卻水系統30中，除了上述部件外，還設有廢氣熱交換裝置34。這種廢氣熱交換裝置34將從燃氣發動機GE排出的廢氣中的熱量收集到發動機冷卻水中。另外，在冷卻水系統30中，水熱交換裝置13(上文中已提到)以冷卻水系統30橫跨兩個系統，如制冷回路部分和冷卻水系統30的方式設置。因此，冷卻水系統30的總體結構是這樣的即在供熱運行中，發動機冷卻水不僅從燃氣發動機GE中吸收熱量，而且還從廢氣中收集熱量；這樣，收集的熱從發動機冷卻水經水熱交換裝置13傳給制冷劑。
因此，在冷卻水系統30中的發動機冷卻水的流動控制，是由設置在兩個位置上的流動控制閥35A和35B執行的。
廢氣系統50是一種用于向大氣釋放燃氣發動機GE的廢氣的系統，該廢氣系統50設有一個消聲器51和一個廢煙道頂部52。此外，從燃氣發動機GE排出的廢氣流經上述廢氣熱交換裝置34并加熱發動機冷卻水；然后將廢氣從廢煙道頂部52釋放到大氣中。
燃料吸收系統60設有一個燃氣調節器61、一個燃氣電磁閥62、一個燃氣連接口63及類似裝置。這種燃料吸收系統60用于提供城市燃氣，如作為提供給燃氣發動機GE的氣體燃料的液化天然氣(LNG)。燃氣調節器61用于調節從外部通過燃氣電磁閥62和燃氣連接口63輸送的氣體燃料的輸送壓力。在氣體燃料與來自吸收口(圖中未示出)的空氣混合后，提供給燃氣發動機GE的燃燒室，利用燃氣調節器61調節氣體燃料的壓力。
在本發明中，對于上述GHP，用于加熱從燃氣發動機排出的廢氣、并用于提高收集在廢氣熱交換裝置34中的熱能能量的廢氣加熱裝置55，設置在廢氣系統50中，該廢氣系統與燃氣發動機GE和廢氣熱交換裝置34相連。
這種廢氣加熱裝置55通過利用另一個加熱源進一步加熱從燃氣發動機GE中排出的高溫高壓廢氣，或通過補充(混合)包含有大量熱能的高溫燃燒氣體來提高保存熱能能量。
在與GHP有關的下一部分段落中，通過描述制冷劑和發動機冷卻水的流動來解釋用于室內環境的空氣冷卻和空氣加熱的操作方法。
首先參照圖1解釋供熱運行的運行方法。在描述閥時，如果圖中的閥畫成黑色底色時，則閥是開啟的。用箭頭表示制冷劑和發動機冷卻水的流動方向。
在這種情況下，在制冷劑回路的四通閥18中，將口I和口E之間及口C和口S之間連通。壓縮裝置11的排氣側連接在室內熱交換裝置1a上。在這種狀態下，從壓縮裝置11中排出的高溫高壓氣態制冷劑，經四通閥18和操作閥21被送到室內熱交換裝置1a。
高溫高壓氣態制冷劑與室內熱交換裝置1a中的室內空氣交換熱量，從而被液化。在該過程中，氣態制冷劑向室內空氣散熱，此后，氣態制冷劑變成高溫高壓液態制冷劑。該液態制冷劑流過一個節流機構1b、一個操作閥21和一個接收器15，最后該液態制冷劑被分離成氣體和液體成分。
從接收器15中排出的液態制冷劑被送到制冷劑管2中，并將兩部分液態制冷劑中的一部分通過常壓膨脹閥的節流機構17a送到熱交換裝置13中。將其它的液態制冷劑經開啟的電磁閥18和熱膨脹閥的節流機構17b送到室外熱交換裝置12。
在通過節流機構17a時使送到水熱交換裝置13的液態制冷劑的壓力降低；因此，液態制冷劑變成低溫低壓制冷劑。在水熱交換裝置13中，低溫低壓液態制冷劑通過從發動機冷卻水中吸收的熱量而被蒸發，從而使變成低溫低壓氣態制冷劑。
此外，對于用于蒸發液態制冷劑的水熱交換裝置13和室外熱交換裝置12，最好按照運行狀態如室外空氣溫度選擇其中的一個。另外，也可按照該裝置的結構將二者結合使用。
將這種變成低溫低壓氣體的制冷劑，從四通閥18的口C經過口S送到蓄液器14中，并將制冷劑中的氣體成分與液體成分分離，然后將它們送入壓縮裝置11。送入壓縮裝置11中的氣態制冷劑，通過壓縮裝置11的運行將其壓縮成高溫高壓氣態制冷劑，然后再送到室內熱交換裝置1a，從而形成制冷劑重復改變狀態的制冷循環。
在供熱運行期間，當由于室外空氣溫度過低而不能從室外空氣中吸收足夠的熱能時，運行廢氣加熱裝置55，以提高從燃氣發動機GE中排出的廢氣的熱能能量；因此，就增加了廢氣熱交換裝置34中加熱發動機冷卻水的熱能能量；這樣就提高了發動機冷卻水的溫度；換句話說，可將含有大量熱能的發動機冷卻水提供給水熱交換裝置13。
利用這種方式的運行，通過從水熱交換裝置13中的發動機冷卻水接收更多的熱能，使低溫低壓液態制冷劑蒸發。所以即使在室外空氣溫度低于-15℃的較冷地區也可獲得足夠的熱量，而不依賴于從室外空氣中吸收的熱量。也就是說，即使不能從室外空氣中吸收熱，也可獲得用于加熱運行的足夠的熱，從而使制冷循環正常運行并可具有滿意的加熱能力。
下面將參照圖2簡要地解釋在供冷運行中的制冷劑和發動機冷卻水的流動過程。
在這種情況下，在四通閥18內，使口D和口C之間及口E和口S之間連通。壓縮裝置11的排氣側連接到室外熱交換裝置12上。在這種狀態下，從壓縮裝置11中排出的高溫高壓氣態制冷劑通過四通閥18被送到起冷凝器作用的室內熱交換裝置12。
高溫高壓氣態制冷劑在室外熱交換裝置12中蒸發，以將熱釋放到室外空氣中；這樣制冷劑就變成高溫高壓液態制冷劑。將這種液態制冷劑經止回閥20送到接收器15中。將在接收器15中分離成氣體和液體成分的液態制冷劑，經操作閥21送到節流機構1b中；然后在通過該節流機構1b時使之降壓，從而變成低溫低壓液態制冷劑，再將液態制冷劑送到起蒸發器作用的室內熱交換裝置1a中。
送到室內熱交換裝置1a的低溫低壓液態制冷劑從室內空氣中吸收熱量并蒸發。在該過程中，制冷劑冷卻室內空氣并變成低溫低壓氣態制冷劑，然后通過操作閥21和制冷劑管路2送到四通閥18。
送到四通閥18的低溫低壓氣態制冷劑從口E通過口S流入蓄液器14。分離出液態成分后的氣態制冷劑被吸入到壓縮裝置11中。通過壓縮裝置的運行，將壓縮裝置11吸入的氣態制冷劑壓縮，并變成高溫高壓氣態制冷劑，然后送到室外熱交換裝置12；這樣就形成了使制冷劑重復改變狀態的制冷循環。
另外，在供冷運行時，將上述廢氣加熱裝置55關閉。
下面參照

上述廢氣熱交換裝置的第一實施例。這些附圖用于解釋圖1的放大部分的結構特征。
在圖3所示的第二實施例中，用于加熱廢氣的燃燒裝置70設置為包括燃氣發動機(GE)的廢氣加熱裝置，它用于提高收集在廢氣熱交換裝置34中的熱能能量。
這種加熱廢氣的燃燒裝置70包括一個中空燃燒裝置主體71、一個設置在該燃燒裝置主體內的燃燒噴嘴72、一個用于以預定比率向燃燒噴嘴提供燃料和空氣的燃料供給系統73、一個提供通過利用燃燒噴嘴72燃燒燃料而產生的燃燒氣體的燃燒氣體供給通路94，該通路將來自燃燒裝置71的燃燒氣體輸送到從燃氣發動機GE排出的廢氣中。
也就是說，在加熱廢氣的燃燒裝置70中，在燃燒器71中燃燒燃料產生的燃燒氣體，通過燃燒氣體供給管路94與從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機GE排出的廢氣混合，然后提供給廢氣系統50。
在附圖所示的實施例中，雖然燃燒氣體供給管路94與燃氣發動機GE和廢氣熱交換裝置34之間的廢氣系統50的管路相連，但也可將燃燒氣體直接輸送到廢氣熱交換裝置34內部。
在燃料供給系統73中設置一個控制閥73a，按一定比率混合的燃料和空氣的混合物通過控制閥73a提供給燃燒噴嘴72。當加熱廢氣的燃燒裝置70運行時，換句話說，在供熱運行期間，當室外空氣溫度檢測裝置45檢測到的溫度低于預定值時，控制閥73a開啟，并且接收從控制部分75輸出的控制信號。用作室外空氣溫度檢測裝置45的溫度傳感器可設置在靠近室外機的適當位置處。另外，也可采用其它形式的室外空氣溫度檢測裝置。室外空氣狀態的確定，取決于由設置在循環制冷劑的通路內的各種傳感器檢測到的制冷劑的溫度和壓力等狀態。
當指示出室外溫度較低的檢測信號被輸入到控制部分75時，該控制部分75開啟控制閥73a，以向燃燒噴嘴72提供燃料和空氣，并在燃燒噴嘴72內點燃空氣-燃料的混合物。
當燃燒空氣-燃料混合物時，產生的高溫燃燒氣體被輸送到廢氣系統50；從而將在燃燒氣體中所含的熱能加到廢氣中。因此，在廢氣熱交換裝置中的發動機冷卻水所吸收的熱量增加了，發動機冷卻水被進一步加熱并提供給水熱交換裝置13。因此，用于加熱在水熱交換裝置13中的制冷劑的熱量增加了，所以即使在室外空氣溫度較低時也能蒸發低溫低壓制冷劑，并將制冷劑提供給制冷劑回路。
用于上述加熱廢氣的燃燒裝置70中的燃料最好是氣體燃料，例如與用在燃氣發動機GE中的相同的城市燃氣。這是因為燃氣發動機GE和燃料系統是可以兼容使用的，另外這種燃料的價格較低。
在圖4所示的第三實施例中，用于加熱廢氣70A的燃燒裝置的燃燒噴嘴72設置在中空燃燒裝置主體71A內，該主體71A與廢氣熱交換裝置34A共用一個殼體。其它部件與圖3所示的第二實施例相同，并采用相同的附圖標記，同時省略了詳細的描述。
在以這種方式構成的用于加熱廢氣70A的燃燒裝置中，通過在燃燒噴嘴72中燃燒空氣-燃料混合物，將在燃燒裝置主體71A內產生的燃燒氣體的熱量，通過燃氣熱交換裝置71A直接加到廢氣中。以這種方式，可對流經管道34a的管組的發動機冷卻水進行高效加熱并且沒有熱損失，另外，可預料到，利用火焰的輻射熱可對廢氣和發動機冷卻水加熱。
在圖5所示的第四實施例中，用于加熱廢氣70B的燃燒裝置的燃燒噴嘴72，設置在中空燃燒裝置主體71B內，該主體71B與容納廢氣凈化催化劑80的催化劑容器共用。其它部件與圖3中所示的第三實施例相同，并采用相同的附圖標記，同時省略詳細的描述。
裝有廢氣凈化催化劑80的用于加熱廢氣70B的燃燒裝置，設置在廢氣系統50中，處于燃氣發動機和廢氣熱交換裝置34之間的位置。最好采用例如銠催化劑轉化器作為廢氣凈化催化劑80。利用這種方式構成的裝置可提高加熱發動機冷卻水的熱量，同時可凈化燃氣發動機GE的廢氣和其它廢氣。
另外，現已知道，在廢氣處于高溫狀態下時，利用廢氣凈化催化劑80凈化廢氣更為有效；因此，通過加入燃燒氣體提高廢氣的溫度也可促進催化劑對燃燒氣體的凈化。
如上所述，在供熱運行中能按需要設置加熱廢氣的廢氣加熱裝置55；因此可將更多的熱量加入到發動機的廢熱中，從而可向廢氣熱交換裝置34提供更多的熱能，并可將發動機冷卻水加熱到比常規更高的溫度。
因此，即使在室外空氣溫度相當低的寒冷區域，也能在水熱交換裝置13中，通過與保存有大量熱能的高溫發動機冷卻水進行熱交換來蒸發制冷劑。這樣，即使在不能從室外空氣中獲取所需的足夠熱量來蒸發制冷劑的室外空氣溫度較低的時期，利用由發動機和廢氣加熱裝置55提供的廢熱也能維持制冷循環；因此就獲得了足夠的供熱運行能力，并且即使在室外空氣溫度較低時期也能增強空氣加熱能力。
本發明的結構不限于上述實施例，例如，在本發明的保護范圍內也可優選地改變與制冷循環相關的裝置的數量和類型。
權利要求
1.一種燃氣熱泵式空調裝置，包括一個壓縮裝置(11)，它具有一個作為驅動源的燃氣發動機，并通過循環制冷劑形成一個制冷循環；一個廢氣熱交換裝置(34)，它收集燃氣發動機排出的廢熱并將該廢熱送回到發動機冷卻水中；及加熱裝置(70)，它加熱從燃氣發動機排出的廢氣，從而提高收集在廢氣熱交換裝置(34)中的熱能能量；其中，制冷劑由發動機冷卻水加熱，以增強空氣加熱能力。
2.按照權利要求1的燃氣熱泵式空調裝置，其中加熱裝置(70)是用于加熱廢氣的燃燒裝置(70)，它通過在燃燒器(71)內燃燒燃料來向廢氣提供燃燒氣體。
3.按照權利要求2的燃氣熱泵式空調裝置，其中用于加熱廢氣的燃燒裝置(70)的燃燒器(71)，設置在廢氣熱交換裝置(34)中。
4.按照權利要求2的燃氣熱泵式空調裝置，其中容納廢氣凈化催化劑(80)的催化劑容器，設置在一個與燃氣發動機和廢氣熱交換裝置(34)相連的廢氣系統(50)中，用于加熱廢氣的燃燒裝置(70)的燃燒器(71)設置在催化劑容器內。
5.按照權利要求1的燃氣熱泵式空調裝置，其中當室外空氣溫度檢測裝置(74)檢測到的溫度低于預定值時，運行加熱裝置(71A)。
6.按照權利要求2的燃氣熱泵式空調裝置，其中在然燒器(71)中燃燒的燃料與用于驅動燃氣發動機的燃料相同。
7.一種用于加熱廢氣的燃燒裝置(70)，它設置在從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機排出的廢氣的通路中，用以加熱廢氣，它包括一個中空燃燒器(71)；一個燃燒噴嘴(72)，它設置在燃燒器(71)內；一個燃料系統(73)，它按預定的比率向燃燒噴嘴(72)提供燃料和空氣；一條燃燒氣體供給通路(94)，它將由燃燒噴嘴(72)燃燒燃料產生的燃燒氣體，從燃燒器(71)輸送到從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機排出的廢氣中。
8.一種用于加熱廢氣的燃燒裝置(70)，它設置在從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機排出的廢氣的通路中，用以加熱廢氣，它包括一個燃燒器(71)，它的中空殼體與廢氣熱交換裝置(34)共用；一個燃燒噴嘴(72)，它設置在燃燒器(71)內；一個燃料供給系統(73)，它按預定的比率向燃燒噴嘴(72)提供燃料和空氣，其中將由燃燒噴嘴(72)燃燒燃料而在燃燒器(71)中產生的燃燒氣體的熱量，加到從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機(GE)排出的、并流經燃燒器(71)的廢氣的熱量中。
9.一種用于加熱廢氣的燃燒裝置(70)，它設置在從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機排出的廢氣的通路中，用以加熱廢氣，它包括一個燃燒器(71)，它是與容納廢氣凈化催化劑(80)的催化劑容器共用的部件；一個燃燒噴嘴(72)，它設置在燃燒器(71)內；一個燃燒供給系統(73)，它按預定比率向燃燒噴嘴(72)提供燃料和空氣，其中，將由燃燒噴嘴(72)燃燒燃料而在燃燒器(71)中產生的燃燒氣體的熱量，加到從燃氣熱泵式空調裝置的燃氣發動機排出的、并流經燃燒器(71)的廢氣的熱量中。
全文摘要
為了在室外空氣溫度較低期間獲得更強的空氣加熱能力，由驅動源為燃氣發動機的壓縮裝置循環制冷劑的燃氣熱泵式空調裝置，構成一個制冷回路，它利用一個廢氣熱交換裝置，收集從燃氣發動機排出的廢氣中的廢熱，并將該熱量加入到發動機冷卻水中，由發動機冷卻水加熱制冷劑，以增強加熱能力。加熱從燃氣發動機排出的廢氣，設置一個加熱裝置用于提高可收集在廢氣熱交換裝置中的熱能能量。
文檔編號F25B27/00GK1403767SQ0213014
公開日2003年3月19日 申請日期2002年8月23日 優先權日2001年8月31日
發明者笠木司, 國田拓, 森島立二, 山岸一夫 申請人:三菱重工業株式會社