一种带机械储能的直驱式风能热泵系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种带机械储能的直驱式风能热泵系统，包括风力机、机械储能装置、喷气增焓压缩机、四通换向阀、制冷剂-水换热器Ⅰ、制冷剂-空气换热器、制冷剂-水换热器Ⅱ、一级膨胀阀和二级膨胀阀，所述机械储能装置与所述风力机连接，所述喷气增焓压缩机由所述机械储能装置驱动，调整四通换向阀可以使热泵系统处于制热和制冷两种状态。本实用新型专利技术的带机械储能的直驱式风能热泵系统采用风力机直接驱动热泵，可以有效地减少中间转换过程的能量转换损失，提高了风能利用效率，而机械储能装置则解决了风力输出多变的问题，达到提高系统效率和运行可靠性的目的。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种风能热栗系统，特别涉及一种带机械储能的直驱式风能热栗系统。
技术介绍
我国风能资源丰富，具有大规模开发利用的前景。风电在我国能源供应中发挥着重要作用，但由于风电以自然风为原动力，风电系统因此呈现间歇性、波动性及非周期性的特点。风电并网也因此影响到电网的稳定性与电能质量，造成系统供能不平衡、电压出现波动及闪变、系统频率出现偏移等一系列问题。中国严寒地区和寒冷地区属冬季采暖地区，主要包括黑龙江、吉林、辽宁、新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古、河北、山西、北京、天津和陕西北部、山东北部、河南北部等，这些地区城市建筑面积总量近90多亿平方米。西藏也属于高原寒冷地区，但没有普及城市集中供热设施。中国北方地区的区域采暖传统上是一个高能耗的产业，随着城市化进程和城市人口增长速度的加快，城市供暖需求在快速增长，我国集中供热存在着较大缺口。而我国冬季采暖地区大多属于风能丰富地区或风能较丰富地区，采用带机械储能的直驱式风能热栗系统则避免了风电并网引起的影响电网的稳定性问题，另外，采用风力直接驱动热栗进行供热，可以有效地减少中间转换过程的能量转换损失，提高了风能利用效率，填补了我国供热缺口。目前，利用风能驱动热栗进行供热的代表专利有风力致热的供热系统(中国公开专利公开号CN101619871A)、一种风能热栗机组(申请公布号CN102261767A)、储能式风能发电制冷制热系统(申请公布号CN102287963A)。现有中国技术专利号为(CN101619871A)风力致热的供热系统，利用风能系统将风能转换为机械能，通过致热器将机械能转换为热能，送入储热系统，当热能不足时启动辅助加热系统满足热量供应。但该专利中的致热器是通过搅拌叶片与容器中的水摩擦产生热，将机械能转换为热能，转换效率低，不符合“温度对口、梯级利用”的科学用能原则。现有申请公布号为(CN102261767A) —种风能热栗机组，利用风能直接驱动热栗机组的压缩机，省去了发电中间环节，但该专利中室外机蒸发器通过冷却塔与室外空气间接换热，当环境温度较低时，热栗机组制热效率偏低。现有申请公布号为(CN102287963A)储能式风能发电制冷制热系统，利用风能转换成机械能带动空气压缩系统，将高压气体储存于气瓶中，再经由气体驱动马达带动发电机发电，利用空气压缩系统形成的加压供热作用，供应热水器、电炉或室内暖气系统所需热能。但该专利中制热制冷是利用气体压缩和气体膨胀制冷，系统能量效率低。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺点和不足，本技术旨在提供一种带机械储能装置的直驱式风能热栗供热系统，采用风力机直接驱动热栗，可以有效地减少中间转换过程的能量转换损失，提高了风能利用效率，而机械储能装置则解决了风力输出多变的问题，达到提高系统效率和运行可靠性的目的。本技术所述问题是由以下方案解决的:—种带机械储能的直驱式风能热栗系统，包括风力机、机械储能装置、喷气增焓压缩机、四通换向阀、制冷剂-水换热器1、制冷剂-空气换热器、制冷剂-水换热器I1、一级膨胀阀和二级膨胀阀，其特征在于，所述机械储能装置与所述风力机连接，所述喷气增焓压缩机由所述机械储能装置驱动，所述喷气增焓压缩机包括底部吸气口 1、中部吸气口 II和排气口，所述制冷剂-水换热器1、II均包括制冷剂侧部分和水侧部分，所述四通换向阀包括四个接口，分别为接口 1、接口 I1、接口 III和接口 IV，其中，接口 I经制冷剂管路与所述制冷剂-水换热器II的制冷剂侧部分的一端连通，接口 II经制冷剂管路与所述制冷剂-水换热器I的制冷剂侧部分的一端连通，接口II1、接口IV分别与所述喷气增焓压缩机的排气口、中部吸气口 II连通；所述制冷剂-水换热器I的制冷剂侧部分的一端与所述四通换向阀的接口 II连通，另一端与所述一级膨胀阀的一端连通，所述一级膨胀阀的另一端连通两个并联的制冷剂流路，其中一个制冷剂流路经所述二级膨胀阀、所述制冷剂-空气换热器的制冷剂侧部分后与所述喷气增焓压缩机的底部吸气口 I连通，另一个制冷剂流路经所述制冷剂-水换热器II的制冷剂侧部分与所述四通换向阀的接口 IV连通。优选地，所述风力机采用水平轴式风力机。主要包括风轮、变桨系统、齿轮箱、制动系统、偏航系统、控制系统、塔架等，与现有风力机相比，本技术中的风力机省去了发电环节，减少了中间过程能量转换损失，也使机身重量和造价大大减少，提高了风力机的效率和经济性。风力机只是作为本系统的驱动动力使用，因此，本技术对风力机进行了简化。优选地，所述喷气增焓压缩机采用旋转式或涡旋式。该压缩机通过喷气增焓技术增加压缩机的寿命和机组的制热性能，在一级膨胀阀的出口将制冷剂流体分成两路，一路进入制冷剂-水换热器蒸发后进入压缩机涡旋盘的中部吸气口 II，补充压缩机吸气不足；另一路经二级膨胀阀二级节流后进入制冷剂-空气换热器蒸发，之后进入压缩机涡旋盘的底部吸气口I。优选地，所述机械储能装置采用发条储能装置。发条储能主要包括输入轴、变速齿轮、发条、输出轴等。风力机转动时，通过皮带将风力机动能传递至机械储能装置的输入轴，输入轴通过减速齿轮将动能储存在发条中，而发条中的能量又作为动力从输出轴输出。优选地，所述制冷剂-水换热器I的水侧部分的两端与用户循环水管路连通。优选地，所述制冷剂-水换热器II的水侧部分的两端与热源水循环管路连通。优选地，所述制冷剂-水换热器II可根据当地具体情况，选择地热源或太阳能作为热源。优选地，所述制冷剂-空气换热器的制冷剂侧部分的两端均设置有控制阀。优选地，本技术的带机械储能的直驱式风能热栗系统，当选择太阳能作为制冷剂-水换热器II的热源时，则系统只有制热一种；当选择土壤作为制冷剂-水换热器II的热源时，则系统包括制热和制冷两种模式。进一步地，当所述直驱式风能热栗系统处于制热模式时，所有制冷剂管路上的控制阀均处于开启状态，所述四通换向阀的接口 II与接口III连通，所述四通换向阀的接口 I与接口 IV连通，所述喷气增焓压缩机排出的高压制冷剂气体经所述四通换向阀通入所述制冷剂-水换热器I和用户循环水进行热交换后进入一级膨胀阀，之后分成两路，一路经二级膨胀阀进一步膨胀后进入所述制冷剂-空气换热器，另一路进入制冷剂-制冷剂-水换热器II，所述制冷剂-空气换热器出口制冷剂气体进入喷气增焓压缩机的吸气口 I，所述制冷剂-水换热器II出口制冷剂气体经四通换向阀后进入喷气增焓压缩机吸气口 II。进一步地，当所述直驱式风能热栗系统处于制冷模式时，所述四通换向阀的接口II与接口IV连通，所述四通换向阀的接口 I与接口III连通，所述制冷剂-空气换热器的制冷剂侧部分两端的控制阀处于关闭状态，所述喷气增焓压缩机出口制冷剂气体经四通换向阀后进入所述制冷剂-水换热器II和土壤进行热交换，所述制冷剂-水换热器II出口的制冷剂经所述一级膨胀阀膨胀后进入所述制冷剂-水换热器I，和用户循环水进行热交换后经四通换向阀进入喷气增焓压缩机吸气口 II。本技术的直驱式风能热栗系统采用喷气增焓技术，构建复合热源喷气增焓热栗系统，制冷剂-空气蒸发器的制冷剂气体在较低温度下蒸发吸热，制冷剂-水蒸发器的制冷剂气体在较高温度下蒸发吸热，喷气增焓压缩机吸入来自制冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带机械储能的直驱式风能热泵系统，包括风力机、机械储能装置、喷气增焓压缩机、四通换向阀、制冷剂‑水换热器Ⅰ、制冷剂‑空气换热器、制冷剂‑水换热器Ⅱ、一级膨胀阀和二级膨胀阀，其特征在于，所述机械储能装置与所述风力机连接，所述喷气增焓压缩机由所述机械储能装置驱动，所述喷气增焓压缩机包括底部吸气口Ⅰ、中部吸气口Ⅱ和排气口，所述制冷剂‑水换热器Ⅰ、Ⅱ均包括制冷剂侧部分和水侧部分，所述四通换向阀包括四个接口，分别为接口Ⅰ、接口Ⅱ、接口Ⅲ和接口Ⅳ，其中，接口Ⅰ经制冷剂管路与所述制冷剂‑水换热器Ⅱ的制冷剂侧部分的一端连通，接口Ⅱ经制冷剂管路与所述制冷剂‑水换热器Ⅰ的制冷剂侧部分的一端连通，接口Ⅲ、接口Ⅳ分别与所述喷气增焓压缩机的排气口、中部吸气口Ⅱ连通；所述制冷剂‑水换热器Ⅰ的制冷剂侧部分的一端与所述四通换向阀的接口Ⅱ连通，另一端与所述一级膨胀阀的一端连通，所述一级膨胀阀的另一端连通两个并联的制冷剂流路，其中一个制冷剂流路经所述二级膨胀阀、所述制冷剂‑空气换热器的制冷剂侧部分后与所述喷气增焓压缩机的底部吸气口Ⅰ连通，另一个制冷剂流路经所述制冷剂‑水换热器Ⅱ的制冷剂侧部分与所述四通换向阀的接口Ⅳ连通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟晓晖，徐建中，杨科，张远，杨坤，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11