CN113007769A - 一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，包括：垂直轴风机，垂直轴风机与发电机连接，发电机通过电磁离合与永磁涡流制热器连接，永磁涡流制热器具有进出口端，永磁涡流制热器的出口端通过管道与蓄热水箱的换热管进口端连接，蓄热水箱的换热管出口端通过管道与永磁涡流制热器的进口端相连，蓄热水箱的出口端通过管道与使用场所取热部位的取热管道的进口端连接，使用场所取热部位的取热管道的出口端通过管道与蓄热水箱的进口端相连接，蓄热水箱的换热管进口端设置有第一水泵，蓄热水箱的出口端管道上设置有第二水泵，供暖系统的各部件动作通过PLC控制系统进行控制，解决现有技术中无法有效利用不稳定的风能以及能量密度低的海洋能的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于机械工程和新能源领域，尤其涉及一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统。
背景技术
人们在日常生产和生活中所需能源的主要形式为热能，而冬季供暖这种低温热能的使用要占到一半以上。特别是在高纬度地区，为了缓解供暖所造成的能源消耗压力，风能转化为热能的研究对于缓解能源紧缺的问题具有十分重要的意义。
以舟山群岛为例，年平均风速7.7m/s，全市1390个岛屿具有长达2444km的海岸线，其中深水岸线总长280km，占全国的18.4％。因此，舟山地区在海洋能、风能综合应用方面具有得天独厚的地理优势。
海岛风力能量密度较大但存在间歇性，而海洋能具有储量巨大但能量密度低的特点。因此将风能和海洋能互补供能对海岛建筑实现恒温供暖提供了合理方案。
目前，如何高效利用海洋能及风能，促进我国东海地区经济发展，解决我国海岛建筑对热能的急切需求成为了必须面临的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，解决上述现有技术中无法有效利用不稳定的风能以及能量密度低的海洋能的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，包括：垂直轴风机，所述垂直轴风机与发电机连接，所述发电机通过电磁离合与永磁涡流制热器连接，所述永磁涡流制热器具有进出口端，所述永磁涡流制热器的出口端通过管道与蓄热水箱的换热管进口端连接，所述蓄热水箱的换热管出口端通过管道与永磁涡流制热器的进口端相连，所述蓄热水箱的出口端通过管道与使用场所取热部位的取热管道的进口端连接，所述使用场所取热部位的取热管道的出口端通过管道与蓄热水箱的进口端相连接，所述蓄热水箱的换热管进口端设置有第一水泵，所述蓄热水箱的出口端管道上设置有第二水泵，所述供暖系统的各部件动作通过PLC控制系统进行控制。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述与蓄热水箱的进口端管道上串联有海水换热器，所述海水换热器上设置有用于抽吸海水的第三水泵。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述使用场所取热部位的取热管道的进出口端上并联有海水源热泵，所述海水源热泵的出口端设置有第五水泵。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述蓄热水箱的进出管道上并联有换热器，所述换热器的出口端设置有第四水泵。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述蓄热水箱的进出口端通过三通阀分别连接出口并联管和进口并联管，所述进口并联管的末端通过三通阀与用场所取热部位的取热管道的进口端连接，所述出口并联管的末端通过三通阀与用场所取热部位的取热管道的出口端连接。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述换热器的进出口端分别设置有三通阀并通过管道分别与出口并联管和进口并联管连接。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述海水源热泵的管路上连接电热丝加热器。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述永磁涡流制热器的进口端管道上连接有储液罐，所述使用场所取热部位取热管道的出口端设置有使用端储液罐。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述发电机通过接触器与梯次电池连接。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述使用场所取热部位为地面，所述地面自下至上包括：结构层、绝热保温层、铝板和地板，所述铝板和地板之间具有供取热管道通过的管孔。
本发明的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，所述蓄热水箱的换热管出口端设置有第一电磁阀，所述蓄热水箱的进口端设置有第二电磁阀。
本发明产生的有益效果是：提出一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，不仅利用了海洋能，而且也充分利用了风能,不仅热力性能优良,而且循环系统简单、设备紧凑，降低了海岛建筑供暖用电，实现了海洋能风能联合互补供暖。并且，可实现全天候，低能耗稳定供热，同时，系统采用海洋能和风能，能源资源储存量大，清洁无污染，对环境影响小，可将不稳定的自然能源转化为能够连续供应的热能，大幅降低海岛建筑供暖用电，而且，其制热能效比高,前期投资少，具有显著的经济效益和应用前景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的整体示意图；
图2是本发明实施例采用风能直接单独供暖原理示意图；
图3是本发明实施例风能与海洋能串联供暖原理示意图；
图4是本发明实施例风能间接供暖并与海洋能串联供暖原理示意图；
图5是本发明实施例海洋能单独供暖示意图；
图6是本发明实施例使用场所取热部位结构示意图；
图7是本发明实施例控制原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-7所示，一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，包括：垂直轴风机1，所述垂直轴风机1与发电机2连接，所述发电机2通过电磁离合3与永磁涡流制热器4连接，所述永磁涡流制热器4具有进出口端，所述永磁涡流制热器4的出口端通过管道与蓄热水箱5的换热管进口端连接，所述蓄热水箱5的换热管出口端通过管道与永磁涡流制热器4的进口端相连，所述蓄热水箱5的出口端通过管道与使用场所取热部位14的取热管道的进口端连接，所述使用场所取热部位14的取热管道的出口端通过管道与蓄热水箱5的进口端相连接，所述蓄热水箱5的换热管进口端设置有第一水泵6，所述蓄热水箱5的出口端管道上设置有第二水泵10，所述供暖系统的各部件动作通过PLC控制系统进行控制。
本发明的优选实施例中，所述与蓄热水箱5的进口端管道上串联有海水换热器12，所述海水换热器12上设置有用于抽吸海水的第三水泵13。
本发明的优选实施例中，所述使用场所取热部位14的取热管道的进出口端上并联有海水源热泵19，所述海水源热泵19的出口端设置有第五水泵20。
本发明的优选实施例中，所述蓄热水箱5的进出管道上并联有换热器16，所述换热器16的出口端设置有第四水泵17。
本发明的优选实施例中，所述蓄热水箱5的进出口端通过三通阀分别连接出口并联管22和进口并联管21，所述进口并联管21的末端通过三通阀与用场所取热部位14的取热管道的进口端连接，所述出口并联管22的末端通过三通阀与用场所取热部位14的取热管道的出口端连接。
本发明的优选实施例中，所述换热器16的进出口端分别设置有三通阀并通过管道分别与出口并联管22和进口并联管21连接。
本发明的优选实施例中，所述海水源热泵19的管路上连接电热丝加热器18。
本发明的优选实施例中，所述永磁涡流制热器4的进口端管道上连接有储液罐7，所述使用场所取热部位14取热管道的出口端设置有使用端储液罐15。
本发明的优选实施例中，所述发电机2通过接触器24与梯次电池23连接。
本发明的优选实施例中，所述使用场所取热部位14为地面，所述地面自下至上包括：结构层1401、绝热保温层1402、铝板1403和地板1404，所述铝板1403和地板1404之间具有供取热管道通过的管孔1405。
本发明的优选实施例中,所述蓄热水箱5的换热管出口端设置有第一电磁阀9，所述蓄热水箱5的进口端设置有第二电磁阀11。
通过PLC控制系统的控制，本申请的供暖系统，具有四种工作模式：
如图2所示第一种是风能独立供暖模式，系统直接利用风力磁涡流集热供暖。该模式对应情况为风能资源丰富，永磁涡轮制热器4制热量满足100平米海岛建筑供暖需求，当室内温度达到供暖标准且需热水高于40℃时，通过PLC控制系统将电磁离合3脱开使转轴分离，把多余风能通过发电机2转化为电能，存储于梯次电池23中，所述永磁涡流制热器4是通过垂直轴风机1驱动转子旋转产生交变磁场，据法拉第电磁感应定律，金属定子内壁受到交变磁场作用产生电涡流，电流热效应使金属定子内壁产热，继而加热定子水槽内的循环水。
如图3所示是第二种风能串联海洋能供暖模式，该模式下系统利用风力磁涡流集热和海洋热泵协同供暖。该模式是在第三种模式运行一段时间后，当蓄热水箱5中热水温度等于海水源热泵19的最佳热源温度时，采取将蓄热水箱5中的水直接通入海水源热泵19，实现海水源热泵19高效率供暖。
如图4是第三种风能间接加热供暖模式，该模式下，系统利用风力磁涡流集热和海水源热泵共同供暖。该模式对应情况为当永磁涡轮制热器4不能独自满足制暖需求且蓄热水箱5中温度远高于海水源热泵19的最佳热源温度，采取先用海水换热器12进行预热，再用蓄热水箱5中热水预热的方式达到海水源热泵19最佳热源温度，实现海水源热泵19以最高效率进行供暖。
如图5是第四种海水源热泵19单独供暖模式，系统直接利用海水源热泵19产热供暖，若海水温度低于海水源热泵19温度下限，采取电阻丝加热器18进行加热。设计该模式是应对系统开机时蓄热水箱5中无热量的制暖空挡或极端无风情况，确保系统对海岛建筑实施稳定供暖
所述PLC控制系统通过检测环境变化及供暖需求对模式进行切换，其采集的信号包括：温度信号和流量信号并通过计算，进而控制电磁阀、三通阀以及水泵和电热丝加热器的动作，通过控制系统的工作维持使用场所取热部位(14)的地暖盘管入口温度恒定，同时所述发电系统与供暖系统采用能量联合互补供暖，系统可实现全天候稳定供暖，所述PLC控制系统以ABB AC500系列PLC为核心，检测供暖系统中各主要元件的电压信号和电流信号，在控制柜中通过传感器测得的蓄热水箱温度及室内温度对各模式实施切换保证供暖需求，例如：设计系统为100平米的海岛建筑进行冬季供暖，永磁涡流制热器4功率为12kw，海水源热泵19功率为8kw。地板辐射采暖的设计供水温度在35℃-45℃之间，供回水温差宜为5℃-10℃。设定供回水平均温度为35℃，供回水温差为6℃。针对本项目的设计，选取干式地板采暖管路直径d＝20mm，热水总体积流量v＝0.834m3/h。分四路对100m2空间供暖，每路热水体积流量v＝0.2085m3/h，管道间距350mm。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，包括：垂直轴风机(1)，所述垂直轴风机(1)与发电机(2)连接，所述发电机(2)通过电磁离合(3)与永磁涡流制热器(4)连接，所述永磁涡流制热器(4)具有进出口端，所述永磁涡流制热器(4)的出口端通过管道与蓄热水箱(5)的换热管进口端连接，所述蓄热水箱(5)的换热管出口端通过管道与永磁涡流制热器(4)的进口端相连，所述蓄热水箱(5)的出口端通过管道与使用场所取热部位(14)的取热管道的进口端连接，所述使用场所取热部位(14)的取热管道的出口端通过管道与蓄热水箱(5)的进口端相连接，所述蓄热水箱(5)的换热管进口端设置有第一水泵(6)，所述蓄热水箱(5)的出口端管道上设置有第二水泵(10)，所述供暖系统的各部件动作通过PLC控制系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述与蓄热水箱(5)的进口端管道上串联有海水换热器(12)，所述海水换热器(12)上设置有用于抽吸海水的第三水泵(13)。
3.根据权利要求2所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述使用场所取热部位(14)的取热管道的进出口端上并联有海水源热泵(19)，所述海水源热泵(19)的出口端设置有第五水泵(20)。
4.根据权利要求3所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述蓄热水箱(5)的进出管道上并联有换热器(16)，所述换热器(16)的出口端设置有第四水泵(17)。
5.根据权利要求4所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述蓄热水箱(5)的进出口端通过三通阀分别连接出口并联管(22)和进口并联管(21)，所述进口并联管(21)的末端通过三通阀与用场所取热部位(14)的取热管道的进口端连接，所述出口并联管(22)的末端通过三通阀与用场所取热部位(14)的取热管道的出口端连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述换热器(16)的进出口端分别设置有三通阀并通过管道分别与出口并联管(22)和进口并联管(21)连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述海水源热泵(19)的管路上连接电热丝加热器(18)。
8.根据权利要求1所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述永磁涡流制热器(4)的进口端管道上连接有储液罐(7)，所述使用场所取热部位(14)取热管道的出口端设置有使用端储液罐(15)。
9.根据权利要求1所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述发电机(2)通过接触器(24)与梯次电池(23)连接。
10.根据权利要求1所述的一种基于风力磁涡流的海水源热泵供暖系统，其特征在于，所述使用场所取热部位(14)为地面，所述地面自下至上包括：结构层(1401)、绝热保温层(1402)、铝板(1403)和地板(1404)，所述铝板(1403)和地板(1404)之间具有供取热管道通过的管孔(1405)。
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