【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于用戶側除濕及供暖制冷，尤其涉及一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置。
技術介紹
1、伴隨著社會進步和經濟發展，人們對能源的需求日益強烈。石油、煤炭等傳統化石燃料的大規模使用對人類社會的發展起到了巨大的推動作用，但也產生了環境污染及存儲量日漸縮減的現實問題。近幾年，碳達峰與碳中和的“雙碳”概念激發了中國努力推進可再生能源的利用、減少碳排放的決心。因此，還需大力發展多種高效的清潔能源利用系統，努力實現2030年的“碳達峰”政策目標。
2、目前，民用、商業及工業建筑的空調主要采用蒸汽壓縮制冷系統(vcs)用于控制溫度和提供除濕功能。然而，這個過程是低效的，在我國南方地區的潮濕天氣中除濕效果也不明顯。為了解決這一問題，吸附式熱交換器技術被開發出來作為替代方法。在雙碳的背景下，質子交換膜燃料電池(pemfc)具有很好的發展前景，并且pemfc在運行時將會有近一半的能量以低品位熱能(70～100℃)形式耗散。因此，利用燃料電池進行發電，并通過其余熱對吸附式熱交換器進行脫附，實現建筑的冷熱電聯供具有較好的前景。
3、然而，目前的吸附式熱交換器循環系統的主要功能是用于夏季除濕，根據不同季節的多模式應對方案還不夠完善。因此，將熱泵系統與余熱利用的吸附式除濕系統相結合能夠實現不同季節下能量的梯級利用，具有重要意義。需要提出一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，使其能夠利用燃料電池余熱滿足民用、商業及工業建筑在不同季節下的制冷、采暖、除濕等多元負荷需求。
技術實
1、本專利技術提供一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，該綜合供能裝置能夠利用現有燃料電池在輸出電能的同時產生的熱量，通過該熱量為吸附式熱交換器進行脫附，相比于傳統的除濕機和蒸汽壓縮式制冷除濕，該綜合供能裝置可以有效減少除濕的耗電。同時，相比于簡單的吸附式熱交換器系統，該綜合供能裝置還可以切換模式，在冬季時幫助熱泵系統減少能耗，以達到環保目的。
2、為解決上述問題，本專利技術提供的技術方案如下：
3、本專利技術實施例提供一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，包括余熱利用的吸附式除濕系統和熱泵空調系統；
4、所述余熱利用的吸附式除濕系統包括冷卻液泵(1)、第一熱交換器(2)、第一三通閥(3)、第二三通閥(4)、第三三通閥(5)、第四三通閥(6)、第五三通閥(7)、第一吸附式熱交換器(8)、第二吸附式熱交換器(9)、第六三通閥(10)、第七三通閥(12)、和第八三通閥(13)和第三熱交換器(14)；
5、其中，在所述第一吸附式熱交換器(8)進行脫附循環的模式中，所述冷卻液泵(1)出口端通過冷卻液管道與第一熱交換器(2)進口端相連接，經余熱回收后所述第一熱交換器(2)出口端通過冷卻液管道與第一三通閥(3)進口端相連接，所述第一三通閥(3)出口端通過冷卻液管道與第三三通閥(5)進口端相連接，所述第三三通閥(5)出口端通過冷卻液管道與第一吸附式熱交換器(8)進口端相連接，經吸熱脫附后所述第一吸附式熱交換器(8)通過冷卻液管道與第五三通閥(7)進口端相連接；所述第五三通閥(7)出口端通過冷卻液管道與第二三通閥(4)進口端相連接，所述第二三通閥(4)出口端通過冷卻液管道與冷卻液泵(1)進口端相連接，從而完成第一吸附式熱交換器(8)的脫附循環；
6、在第二吸附式熱交換器(9)進行脫附循環的模式中，所述冷卻液泵(1)出口端通過冷卻液管道與第一熱交換器(2)進口端相連接，經余熱回收后所述第一熱交換器(2)出口端通過冷卻液管道與第一三通閥(3)進口端相連接，所述第一三通閥(3)出口端通過冷卻液管道與第六三通閥(10)進口端相連接，所述第六三通閥(10)出口端通過冷卻液管道與第二吸附式熱交換器(9)進口端相連接，經吸熱脫附后所述第二吸附式熱交換器(9)通過冷卻液管道與第四三通閥(6)進口端相連接，所述第四三通閥(6)出口端通過冷卻液管道與第二三通閥(4)進口端相連接，所述第二三通閥(4)出口端通過冷卻液管道與冷卻液泵(1)進口端相連接，從而完成第二吸附式熱交換器(9)的脫附循環；
7、在所述第三熱交換器(14)進行供暖的模式中，所述冷卻液泵(1)出口端通過冷卻液管道與第一熱交換器(2)進口端相連接，經余熱回收后所述第一熱交換器(2)出口端通過冷卻液管道與第一三通閥(3)進口端相連接，所述第一三通閥(3)出口端通過冷卻液管道與第六三通閥(10)進口端相連接，所述第六三通閥(10)出口端通過冷卻液管道與第七三通閥(12)進口端相連接，所述第七三通閥(12)出口端通過冷卻液管道與第三熱交換器(14)進口端相連接，經放熱之后所述第三熱交換器(14)出口端通過冷卻液管道與第八三通閥(13)進口端相連接，所述第八三通閥(13)出口端通過冷卻液管道與第五三通閥(7)進口端相連接，所述第五三通閥(7)出口端通過冷卻液管道與第二三通閥(4)進口端相連接，所述第二三通閥(4)出口端通過冷卻液管道與冷卻液泵(1)進口端相連接，從而完成第三熱交換器(14)的供暖循環；所述第三熱交換器(14)在供暖模式根據民用、商業及工業建筑內熱負荷的大小選擇是否與第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)同時進行供暖；所述第三換熱器(14)在燃料電池余熱過多時可以啟動用于散熱；
8、所述熱泵空調系統包括第二熱交換器(11)、壓縮機(15)、第四熱交換器(16)和膨脹閥(17)；在制冷模式中，所述第二熱交換器(11)出口端通過制冷劑管道與壓縮機(15)入口端相連接，所述壓縮機(15)出口端通過制冷劑管道與第四熱交換器(16)入口端相連接，所述第四熱交換器(16)出口端通過制冷劑管道與膨脹閥(17)入口端相連接，所述膨脹閥(17)出口端通過制冷劑管道與第二熱交換器(11)入口端相連接，從而完成熱泵空調系統制冷模式的連接；在供暖模式中，所述第二熱交換器(11)出口端通過制冷劑管道與膨脹閥(17)入口端相連接，所述膨脹閥(17)出口端通過制冷劑管道與第四熱交換器(16)入口端相連接，所述第四熱交換器(16)出口端通過制冷劑管道與壓縮機(15)入口端相連接，所述壓縮機(15)出口端通過制冷劑管道與第二熱交換器(11)入口端相連接，從而完成熱泵空調系統供暖模式的連接。
9、根據本專利技術一可選實施例，所述綜合供能裝置還包括風道系統，所述風道系統包括第一風機(18)、第二風機(19)、第一風門(20)、第一風門左開口(20a)、第一風門右開口(20b)、第二風門(21)、第二風門左開口(21a)、第二風門右開口(21b)、第三風門(22)、第三風門左開口(22a)、第三風門右開口(22b)、第四風門(23)、第四風門左開口(23a)和第四風門右開口(23b)；其中，所述第一風機(18)在室外新風管口處控制室外新風的流量；所述第二風機(19)在室內回風管口處控制室內回風的流量；所述第一風門(20)在流經第四熱交換器(16)、第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)風管本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，包括余熱利用的吸附式除濕系統和熱泵空調系統；
2.根據權利要求1所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，所述綜合供能裝置還包括風道系統，所述風道系統包括第一風機(18)、第二風機(19)、第一風門(20)、第一風門左開口(20a)、第一風門右開口(20b)、第二風門(21)、第二風門左開口(21a)、第二風門右開口(21b)、第三風門(22)、第三風門左開口(22a)、第三風門右開口(22b)、第四風門(23)、第四風門左開口(23a)和第四風門右開口(23b)；其中，所述第一風機(18)在室外新風管口處控制室外新風的流量；所述第二風機(19)在室內回風管口處控制室內回風的流量；所述第一風門(20)在流經第四熱交換器(16)、第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)風管通道的分叉口處，根據第一風門左開口(20a)、第一風門右開口(20b)的距離及換熱量來控制室外新風流經第四熱交換器(16)、第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)的比例；所述第二風門(21
3.根據權利要求1所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，冷卻液管道內的冷卻液為50％的丙二醇水溶液，第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)為涂覆式平行流換熱器。
4.根據權利要求2所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，在第一吸附式熱交換器(8)進行脫附循環的夏季工況下，冷卻液泵(1)將冷卻液加壓輸送至第一熱交換器(2)進行換熱，冷卻液經第一熱交換器(2)余熱回收后流經第一三通閥(3)，再流經第三三通閥(5)，第一吸附式熱交換器(8)通過吸收冷卻液的熱量進行脫附，冷卻液經放熱后流經第五三通閥(7)，再流經第二三通閥(4)，最后回到冷卻液泵(1)，從而完成第一吸附式熱交換器(8)的脫附循環；壓縮機(15)將制冷劑加壓輸送至第四熱交換器(16)中進行散熱，制冷劑通過第四熱交換器(16)散熱至過冷狀態后再經膨脹閥(17)節流降溫，降溫后的制冷劑通過第二熱交換器(11)進行吸熱成為過熱狀態，最后回到壓縮機(15)中重新加壓完成循環；在該工況下，空氣經過第二吸附式熱交換器(9)進行除濕后再經過第二熱交換器(11)進行降溫從而實現夏季的除濕和制冷。
5.根據權利要求2所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，在第二吸附式熱交換器(9)進行脫附循環的夏季工況下，冷卻液泵(1)將冷卻液加壓輸送至第一熱交換器(2)進行換熱，冷卻液經第一熱交換器(2)余熱回收后流經第一三通閥(3)，再流經第六三通閥(10)，第二吸附式熱交換器(9)通過吸收冷卻液的熱量進行脫附，冷卻液經放熱后流經第四三通閥(6)，再流經第二三通閥(4)，最后回到冷卻液泵(1)，從而完成第二吸附式熱交換器(9)的脫附循環；壓縮機(15)將制冷劑加壓輸送至第四熱交換器(16)中進行散熱，制冷劑通過第四熱交換器(16)散熱至過冷狀態后再經膨脹閥(17)節流降溫，降溫后的制冷劑通過第二熱交換器(11)進行吸熱成為過熱狀態，最后回到壓縮機(15)中重新加壓完成循環；在該工況下，空氣經過第一吸附式熱交換器(8)進行除濕后再經過第二熱交換器(11)進行降溫從而實現夏季的除濕和制冷。
6.根據權利要求2所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，在冬季余熱匹配工況下，冷卻液泵(1)將冷卻液加壓輸送至第一熱交換器(2)進行換熱，冷卻液經第一熱交換器(2)余熱回收后流經第一三通閥(3)進行分流，第一部分冷卻液經第三三通閥(5)流經第一吸附式熱交換器(8)進行放熱，這部分冷卻液經放熱后流經第五三通閥(7)再流經第二三通閥(4)；第二部分冷卻液經第六三通閥(10)流經第二吸附式熱交換器(9)進行放熱，這部分冷卻液經放熱后流經第四三通閥(6)再流經第二三通閥(4)與第一部分冷卻液匯合...
【技術特征摘要】
1.一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，包括余熱利用的吸附式除濕系統和熱泵空調系統；
2.根據權利要求1所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，所述綜合供能裝置還包括風道系統，所述風道系統包括第一風機(18)、第二風機(19)、第一風門(20)、第一風門左開口(20a)、第一風門右開口(20b)、第二風門(21)、第二風門左開口(21a)、第二風門右開口(21b)、第三風門(22)、第三風門左開口(22a)、第三風門右開口(22b)、第四風門(23)、第四風門左開口(23a)和第四風門右開口(23b)；其中，所述第一風機(18)在室外新風管口處控制室外新風的流量；所述第二風機(19)在室內回風管口處控制室內回風的流量；所述第一風門(20)在流經第四熱交換器(16)、第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)風管通道的分叉口處，根據第一風門左開口(20a)、第一風門右開口(20b)的距離及換熱量來控制室外新風流經第四熱交換器(16)、第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)的比例；所述第二風門(21)在流經第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)風管通道的分叉口處，根據第二風門左開口(21a)、第二風門右開口(21b)的距離及換熱量來控制空氣流經第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)的比例；所述第三風門(22)在流經室外和第二熱交換器(11)風管通道的分叉口處，根據第三風門左開口(22a)、第三風門右開口(22b)和第一吸附式熱交換器(8)的工作模式來控制空氣流經的方向；所述第四風門(23)在流經室外和第二熱交換器(11)風管通道的分叉口處，根據第四風門左開口(23a)、第四風門右開口(23b)和第二吸附式熱交換器(9)的工作模式來控制空氣流經的方向。
3.根據權利要求1所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，冷卻液管道內的冷卻液為50％的丙二醇水溶液，第一吸附式熱交換器(8)和第二吸附式熱交換器(9)為涂覆式平行流換熱器。
4.根據權利要求2所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，在第一吸附式熱交換器(8)進行脫附循環的夏季工況下，冷卻液泵(1)將冷卻液加壓輸送至第一熱交換器(2)進行換熱，冷卻液經第一熱交換器(2)余熱回收后流經第一三通閥(3)，再流經第三三通閥(5)，第一吸附式熱交換器(8)通過吸收冷卻液的熱量進行脫附，冷卻液經放熱后流經第五三通閥(7)，再流經第二三通閥(4)，最后回到冷卻液泵(1)，從而完成第一吸附式熱交換器(8)的脫附循環；壓縮機(15)將制冷劑加壓輸送至第四熱交換器(16)中進行散熱，制冷劑通過第四熱交換器(16)散熱至過冷狀態后再經膨脹閥(17)節流降溫，降溫后的制冷劑通過第二熱交換器(11)進行吸熱成為過熱狀態，最后回到壓縮機(15)中重新加壓完成循環；在該工況下，空氣經過第二吸附式熱交換器(9)進行除濕后再經過第二熱交換器(11)進行降溫從而實現夏季的除濕和制冷。
5.根據權利要求2所述的一種結合燃料電池余熱除濕及熱泵增效的綜合供能裝置，其特征在于，在第二吸附式熱交換器(9)進行脫附循環的夏季工況下，冷卻液泵(1)將冷卻液加壓輸送至第一熱交換器(2)進行換熱，冷卻液經第一熱交換器(2)余熱回收后流經第一三通閥(3)，再流經第...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡姍姍，吳錦濤，涂正凱，華志鵬，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：
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