CN102261767A - 一种风能热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风能热泵机组，有压缩机、蒸发器、节流单元和冷凝器，由风能动力单元、热泵机组、冷却塔和脱水器组成，室外机与冷却塔通过联通或者其他方式耦合在一起，间接与室外环境换热，冷凝塔的工质采用一定浓度范围的低冰点的某种物质的水溶液，配合一个脱水器以保持其工质浓度，这样能有效利用起风能直接应用到热泵机组，省去一些因先利用风能发电，再用电能驱动热泵机组制热或制冷的中间冗杂环节，提高能量转化率，实现绿色供热。

Description

一种风能热泵机组

技术领域

本发明涉及一种热泵机组，尤其是利用环境能的热泵机组。

背景技术

热泵是通过消耗一定机械功，能从自然环境中吸取热量的设备，由于它能把不能直接利用的低温热源（如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等）转换为可利用的高品位热能，从而达到利用少量的高位能，节约大量高位能〔如煤、燃气、油、电等〕的目的。由于热泵具有节能作用同时能降低温室效应和减少对大气的污染，所以热泵技术成为当今世界节能环保最有发展前景的技术之一。

但是，传统的热泵机组的运行需要一部分电能来驱动压缩机的工作，以实现工质的汽液转化，这一环节消耗了大量的高品位能，而在一些风能源丰富的地区，风能用来发电，电能再驱动热泵，这中间存在着冗杂和弊端，风能没有直接的应用到热泵机组。

发明内容

为了克服现有的现有的热泵机组用电能驱动的弊端，本发明的目的在于提供一种无需电能驱动压缩机的热泵机组。

一种风能热泵机组，有压缩机、蒸发器、节流单元和冷凝器，其特征在于风能热泵机组由风能动力单元、热泵机组、冷却塔和脱水器组成，其中风能动力单元包括风叶和行星齿轮变速器，热泵机组包括压缩机、蒸发器、节流单元和冷凝器，风吹动风叶带动行星齿轮变速器，变速器连带螺杆式压缩机运行，压缩机提高工质能量实现气相变化，制热时工质进入冷凝器（室内机）散热，达到制热效果，然后经节流阀进入蒸发器（室外机）吸热，制冷时工质在蒸发器（室内机）吸热，达到制冷效果，然后经节流阀进入冷凝器（室外机）散热，完成一个制热或制冷循环，室外机与冷却塔通过联通或者其他方式耦合在一起，间接与室外环境换热，冷凝塔的工质采用一定浓度范围的低冰点的某种物质的水溶液，配合一个脱水器以保持其工质浓度。

本发明的有益效果是，有效利用起风能直接应用到热泵机组，省去一些因先利用风能发电，再用电能驱动热泵机组制热或制冷的中间冗杂环节，除脱水器需要少量电能驱动以外全部能量来自环境风能，因为室外机蒸发器与室外空气间接换热，蒸发器与冷却塔耦合避免了热泵机组冬季制热与环境直接接触而产生霜冻，所以冬季热泵机组制热的时候不会结霜，在确保正常制热运行的同时又提高了制热效率，乙二醇水溶液作为载冷剂冰点较低，冬季室外温度不足以使其凝固，以保证蒸发器与环境持续换热，脱水器确保乙二醇溶液的浓度保持在一定的范围内，从而稳定其凝点。

附图说明

附图是本发明的工作原理图。

其中：1，风叶；2，行星齿轮变速器；3，压缩机；4，冷凝器；5，节流单元；6，蒸发器；7，四通阀；8，导热单元；9，冷却塔；10，脱水器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

在附图中，环境风吹动风叶（1），风叶转动带动行星齿轮变速器（2），行星齿轮将风叶的转动扩大化，高速率的机械能带动压缩机（3）的运转，压缩机将工质压缩实现工质的气相变化，制热时，汽态工质进入冷凝器（4）（室内机）液化放热，达到制热效果，而后经节流阀（5）进入蒸发器（6）内，在节流阀节流的作用下工质变为高压液态，在蒸发器内蒸发汽化吸热，与导热单元（8）强制换热，吸收环境能，再进入压缩机内压缩，完成一个制热循环；制冷时，四通阀（7）换向，压缩机内流出的高温高压工质进入蒸发器内放热，把热量传导给导热单元，变为高压液态，经节流阀进入冷凝器内汽化吸热，达到制冷效果，而后再进入压缩机压缩，完成一个制冷循环；导热单元与冷却塔（9）耦合，蒸发器通过导热单元与冷却塔强制换热；冬季制热时，冷凝塔的工质采用一定浓度范围的低冰点的某种物质的水溶液，冷却塔配合设置脱水器（10），在冷却塔内溶液浓度低于20%时，脱水器工作过滤除水分，使溶液浓度提高，被滤除的水分被排出。

其中，风能动力单元由风叶和行星齿轮变速器组成，风叶负责采集风能，把风能变为驱动压缩机工作的机械能，通过行星齿轮变速器传导给热泵机组的压缩机。

热泵机组的压缩机采用螺杆式压缩机，可以有效的利用行星齿轮变速器传导给的机械能，而转化为压缩工质的内能。

蒸发器与冷却塔利用导热单元通过联通或者其他方式耦合在一起，联通方式时，导热单元采用套管式换热器，利用换热器与冷凝塔换热，采用耦合式时，蒸发器设置在冷却塔内，在传递的过程中不会外泄热量，没有热量损失。

冬季制热时，冷却塔内的工质采用20～50%浓度的乙二醇溶液，其冰点随着乙二醇在水溶液中的浓度变化而变化，浓度在59％以下时，水溶液中乙二醇浓度升高冰点降低，但浓度超过59％后，随着乙二醇浓度的升高，其冰点呈上升趋势。

冬季制热时，冷却塔配合设置脱水器，脱水器有两种：蒸发式和渗透式，蒸发式脱水器利用环境能蒸发水分，使乙二醇水溶液中的水分受热蒸发或利用水分子的自由运动蒸发水分以提高水溶液浓度；渗透式脱水器利用渗透膜施以渗透压力，从而滤除乙二醇溶液当中的水分，使溶液保持在一定的浓度范围内，稳定乙二醇水溶液的冰点。

优化方案中，增设备用电能做动力供无风天气使用。

Claims (3)

1.一种风能热泵机组，有压缩机、蒸发器、节流单元和冷凝器，其特征在于风能热泵机组由风能动力单元、热泵机组、冷却塔和脱水器组成，其中风能动力单元包括风叶和行星齿轮变速器，热泵机组包括压缩机、蒸发器、节流单元和冷凝器，风吹动风叶带动行星齿轮变速器，变速器连带螺杆式压缩机运行，压缩机提高工质能量实现气相变化，制热时工质进入冷凝器（室内机）散热，达到制热效果，然后经节流阀进入蒸发器（室外机）吸热，制冷时工质在蒸发器（室内机）吸热，达到制冷效果，然后经节流阀进入冷凝器（室外机）散热，完成一个制热或制冷循环，室外机与冷却塔通过联通或者其他方式耦合在一起，间接与室外环境换热，冷凝塔的工质采用一定浓度范围的低冰点的某种物质的水溶液，配合一个脱水器以保持其工质浓度。

2.根据权利要求1所述的风能热泵机组，其特征是热泵机组的压缩机采用螺杆式压缩机。

3.根据权利要求1所述的试电笔，其特征是蒸发器与冷却塔利用导热单元通过联通或者其他方式耦合在一起，联通方式时，导热单元采用套管式换热器，利用换热器与冷凝塔换热，采用耦合式时，蒸发器设置在冷却塔内。