CN114440356A - 一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，其包括海水循环系统和热泵系统，其中：海水循环系统包括蓄水池、风力发电机、热电堆、中间换热器、海水泵；所述海水泵用于向所述蓄水池中抽水；所述热电堆连接在所述蓄水池与所述中间换热器之间，用于在所述风力发电机的驱动下对流经的海水进行加热或制冷；所述热泵系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀以及水泵。采用风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，具有节约能源，提高系统的能效，保证供热效果和系统的可靠运行等特点。整体采用间接式海水源热泵系统，克服了海水对热泵系统腐蚀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空调领域，尤其涉及一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统。
背景技术
现有的海水源热泵技术多为普通机组，多种能源耦合的海水源热泵机组相对较少；现有的海水源热泵机组多为直接式，间接式海水源热泵机组相对较少。
海水作为冷热源的海水源热泵系统，则存在诸多问题，如海水具有腐蚀性，海水取水问题，过滤问题，海洋生物附着问题；尤其是海水直接进入热泵机组的腐蚀问题和海水温度过低，建筑热负荷大时，机组实际运行能效低，供热效果差，难以发挥其节能优势等问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，利用风力发电机为热电堆进行供能，在夏季制冷时降低海水初温，提高换热温差；在冬季供暖时加热海水，提高初温，增大换热温差，从而更好地提高系统能效。
本发明提供了一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，其包括海水循环系统和热泵系统，其中：
海水循环系统包括蓄水池、风力发电机、热电堆、中间换热器、海水泵；所述海水泵用于向所述蓄水池中抽水；所述热电堆连接在所述蓄水池与所述中间换热器之间，用于在所述风力发电机的驱动下对流经的海水进行加热或制冷；
所述热泵系统包括蒸发器、压缩机、四通换向阀、冷凝器、节流阀以及水泵；
在制冷工况下，热电堆对流经的海水进行降温，降温后的海水在中间换热器中与载冷介质进行换热，换热后的载冷介质在水泵的作用下进入冷凝器中换热，使得所述热泵系统中的制冷剂凝结成饱和液体，随后制冷剂经节流阀节流降压后进入蒸发器吸热蒸发以带走制冷系统回水的热量；
在制热工况下，热电堆对流经的海水进行加热，加热后的海水在中间换热器中与载冷介质进行换热，换热后的载冷介质在水泵的作用下进入蒸发器中换热，使得所述热泵系统中的制冷剂吸热蒸发后在压缩机中进行定熵压缩，随后进入冷凝器中定压放热以加热供热系统回水。
本发明的进一步改进在于：所述中间换热器排除的冷水直接放至海水中。
本发明的进一步改进在于：在制冷工况下热电堆冷端温度为-10℃～-20℃，可降低流经的海水温度5-8℃
本发明的进一步改进在于：所述载冷介质为乙二醇溶液。
本发明提供的装置具有以下技术效果：采用风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，具有节约能源，提高系统的能效，保证供热效果和系统的可靠运行等特点。整体采用间接式海水源热泵系统，克服了海水对热泵系统腐蚀的问题。采用热电堆制热制冷，不需要任何制冷剂，无污染源也无旋转部件，不会产生回旋效应，无滑动部件，工作时无振动、噪音、使用寿命长、安装容易、结构简单、部件少、维修方便等优点，制热效率恒大于1，使用热电堆可代替分立的制冷和加热系统。采用风能给热电堆供电，合理利用了绿色清洁能源，既做到了节能减排，又提高了海水源热泵空调系统运行的稳定性。
附图说明
图1为风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统的原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明的实施例提供一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，本系统既可冬季供热也可夏季制冷，利用阀门进行调节。主要特征是在夏季制冷时，利用风力发电机直接为热电堆供电，降低海水温度，通过中间换热器，使得海水源热泵系统的冷源(载冷介质)温度降低，进而提高海水源热泵系统效率，节约电能等优点。本系统主要包括海水循环系统和热泵系统，其中：
海水循环系统包括蓄水池2、风力发电机12、热电堆3、中间换热器4、海水泵1。海水泵1用于向所述蓄水池中抽水。热电堆3连接在所述蓄水池2与中间换热器4之间，用于在风力发电机12的驱动下对流经的海水进行加热或制冷。
热泵系统包括蒸发器、压缩机8、四通换向阀9、冷凝器、节流阀7以及水泵5。热泵系统具有制冷工况与制热工况，两种工况可通过四通换向阀9进行切换控制。
在夏季的制冷工况下，海水泵1从大海中向蓄水池2抽取海水，蓄水池中的海水通过流经电源正接的热电堆3进行降温，热电堆3冷端温度可达-10℃～-20℃。可降低流经的海水温度5-8℃。
降温后的海水在中间换热器4中与载冷介质进行换热，换热降温后的载冷介质在水泵5的作用下进入冷凝器6中换热，使得热泵系统中的制冷剂凝结成饱和液体，随后制冷剂经节流阀7节流降压后进入蒸发器10吸热蒸发以带走制冷系统回水的热量，冷却后的回水由循环泵送到用户制冷。
在冬季的制热工况下，热电堆3电源反接，对流经的海水进行加热以提高初温，加热后的海水在中间换热器4中与载冷介质进行换热，换热后的载冷介质在水泵5的作用下进入蒸发器6中换热，使得热泵系统中的制冷剂吸热蒸发后在压缩机8中进行定熵压缩，随后进入冷凝器10中定压放热以加热供热系统回水，加热后的回水由循环泵送到用户处采暖或者热水供应。
在制冷工况和制热工况下，蒸发器与冷凝器是相反的。如图1所示，在制冷工况下，通管道与中间换热器直接连接的为冷凝器6，而在制热工况下，该冷凝器作为蒸发器。
本实施例中，热电堆3与中间换热器中可增加一个具有保温功能的暂存水箱，以便暂时保存加热或冷却后的海水。本实施例中，热电堆3采用风力发电机产生的直流电进行供电，与暂存水箱配合，可起到暂时储能的效果。
对于现有技术中的直接式海水源热泵，海水直接进入机组，易造成管道腐蚀，导致热泵机组已损坏。而耐腐蚀材料过于昂贵，采用耐腐蚀材料的直接式海水源热泵系统通常造价高，本技术方案则采用了加装中间换热器的间接式海水源热泵系统，利用没有腐蚀性的乙二醇溶液作为载冷介质，与热泵冷凝器/蒸发器换热，不会腐蚀热泵机组。克服了现有的直接式海水源热泵系统易被腐蚀的问题。
冬季海水温度低，以海水直接作为热源的海水源热泵系统则易发生海水温度过低，热泵系统供暖效果差，运行不稳定等问题。采用了热电堆辅助海水降温及加热，利用风能这一清洁能源给热电堆供电，热电堆工作，在海水进入中间换热器之前加热海水，提高了海水初温，增大了与载冷工质乙二醇溶液的换热温差。克服了冬季海水温度过低而造成的热泵系统运行不稳定的问题。
本发明采用风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，具有节约能源，提高系统的能效，保证供热效果和系统的可靠运行等特点。整体采用间接式海水源热泵系统，克服了海水对热泵系统腐蚀的问题。采用热电堆制热制冷，不需要任何制冷剂，无污染源也无旋转部件，不会产生回旋效应，无滑动部件，工作时无振动、噪音、使用寿命长、安装容易、结构简单、部件少、维修方便等优点，制热效率恒大于1，使用热电堆可代替分立的制冷和加热系统。采用风能给热电堆供电，合理利用了绿色清洁能源，既做到了节能减排，又提高了海水源热泵空调系统运行的稳定性。
本发明中，直流风力发电机给热电堆供电，省去了经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电的步骤，合理利用了风力机发出的直流电来给需要使用直流电工作的热电堆供电。
本发明中，采用了热电堆作为加热制冷设备。热电堆工作时不需要制冷剂，结构简单，并且可以替代分立的制冷和加热设备，由直流风力发电机为热电堆供电，利用了风能，全程无污染，能源清洁。降低了系统运行能耗。
本发明所涉及的零部件均可以购买标准件或采用机械加工机床进行加工，工作状态稳定，可批量生产；本发明能够降低所需海水的温度，保证机组运行稳定性，减少能耗。能源清洁，无污染，处理过的海水适用于大部分沿海城市用于解决沿海建筑的供暖和夏季空调，对于以缓解日趋紧张的能源压力有重要的意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，其特征在于包括海水循环系统和热泵系统，其中：
海水循环系统包括蓄水池、风力发电机、热电堆、中间换热器、海水泵；所述海水泵用于向所述蓄水池中抽水；所述热电堆连接在所述蓄水池与所述中间换热器之间，用于在所述风力发电机的驱动下对流经的海水进行加热或制冷；
所述热泵系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀以及水泵；
在制冷工况下，热电堆对流经的海水进行降温，降温后的海水在中间换热器中与载冷介质进行换热，换热后的载冷介质在水泵的作用下进入冷凝器中换热，使得所述热泵系统中的制冷剂凝结成饱和液体，随后制冷剂经节流阀节流降压后进入蒸发器吸热蒸发以带走制冷系统回水的热量；
在制热工况下，热电堆对流经的海水进行加热，加热后的海水在中间换热器中与载冷介质进行换热，换热后的载冷介质在水泵的作用下进入蒸发器中换热，使得所述热泵系统中的制冷剂吸热蒸发后在压缩机中进行定熵压缩，随后进入冷凝器中定压放热以加热供热系统回水。
2.根据权利要求1所述的一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，其特征在于：所述中间换热器排除的冷水直接放至海水中。
3.根据权利要求1所述的一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，其特征在于：在制冷工况下热电堆冷端温度为-10℃～-20℃，可降低流经的海水温度5-8℃。
4.根据权利要求1所述的一种风能辅助制冷及加热的间接式海水源热泵空调系统，其特征在于：所述载冷介质为乙二醇溶液。
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