一种风能直接驱动地源热泵空调系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种风能直接驱动地源热泵空调系统，其中的风力机直接驱动压缩机，四通换向阀的接口Ⅰ与制冷剂‑水换热器Ⅱ的制冷剂侧的一端连通，接口Ⅱ与制冷剂‑水换热器Ⅰ的制冷剂侧的一端连通，接口Ⅲ与压缩机的排气口连通，接口Ⅳ与压缩机的吸气口连通；制冷剂‑水换热器Ⅱ的制冷剂侧的另一端与膨胀阀的一端连通，膨胀阀的另一端与制冷剂‑水换热器Ⅰ制冷剂侧的另一端连通；制冷剂‑水换热器Ⅰ的水侧通过管路与蓄热/蓄冷水箱连通；制冷剂‑水换热器Ⅱ的水侧通过管路与地埋管换热器连通。本实用新型专利技术采用风力机直接驱动地源热泵，减少了中间转换过程的能量损失，提高了风能利用效率，而蓄热/蓄冷水箱则解决了风力输出波动的问题。

Ground source heat pump air conditioning system driven by wind energy

The utility model relates to a direct drive wind power ground source heat pump air-conditioning system of direct drive wind turbine compressor which is communicated with one end of four way reversing valve interface of heat exchanger of water refrigerant refrigerant side of the heat exchanger is communicated with one end of the interface II 1 and water refrigerant refrigerant side, connected to the exhaust interface 3 with the opening of the compressor, the communicating interface IV and the air inlet of the compressor; the other end of the refrigerant refrigerant water heat exchanger is communicated with one end of the expansion valve, the expansion valve and the other end of the refrigerant water heat exchanger and the other end of the refrigerant side; the water side heat exchanger of refrigerant water through the pipeline and heat / cold storage water tank is communicated with the water side; refrigerant water heat exchanger of heat exchanger connected by a pipeline and buried pipe. The utility model adopts the wind turbine to directly drive the ground source heat pump, reduces the energy loss of the intermediate conversion process and improves the utilization efficiency of the wind energy.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种热泵空调系统，特别涉及一种风能直接驱动地源热泵空调系统。
技术介绍
随着城市化率的提高、区域小锅炉的拆除和旧城区的管网改造，我国城镇集中供热存在巨大缺口，近几年我国城镇住宅供热面积一直保持较高速度增长，但我国集中供热覆盖率仍处于较低水平，目前仅在北方各省的主要城镇建有集中供热系统，且平均覆盖率不到50％，南方城镇和我国广大的农村地区则基本没有集中供暖设施，仅能依靠天然气炉、空调、电炉和蜂窝煤等独立供热方式取暖，而芬兰和丹麦等发达国家的城市集中供热覆盖率达90％，其全国平均水平也在60％以上。我国城市供热行业仍以燃煤为主要燃料，其年耗煤量超过1.5亿吨，行业内高污染、低效率的落后产能超过50％。2013年是全国取缔燃煤锅炉供暖方式第一年，随着北方采暖季节来临，能源紧张形势再次袭来。由于煤炭供暖已经处于淘汰之中，因而太阳能、风能以及其他清洁能源将逐渐成为冬季供暖新生力量。我国风能资源丰富，具有大规模开发利用的前景。风能供热一方面可以解决燃煤供暖所带来的污染问题，另一方面还可以缓解风电弃风限电问题。而采用风能直接驱动热泵进行供热，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，利用风能驱动热泵进行供热的代表专利有风力致热的供热系统(CN101619871A)、储能式风能发电制冷制热系统(CN102287963A)、一种风能热泵机组(CN102261767A)。现有公开号为CN101619871A的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。现有公开号为CN102287963A的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。现有公开号为CN102261767A的一种风能热泵机组，利用风能直接驱动热泵机组的压缩机，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，热泵机组制热效率偏低。且该系统没有解决偏航系统作用下风力机的机械能输出问题，风能利用效率低。
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风能直接驱动地源热泵空调系统。本技术采用风力机直接驱动地源热泵，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，在压缩机的进出口采用金属软管，解决了偏航系统作用下风力机的机械能输出问题，而蓄热/蓄冷水箱则解决了风力输出波动的问题，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：一种风能直接驱动地源热泵空调系统，包括风力机、压缩机、四通换向阀、制冷剂-水换热器Ⅰ、膨胀阀、制冷剂-水换热器Ⅱ、地埋管换热器、蓄热/蓄冷水箱，所述风力机直接驱动压缩机，其特征在于，--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，所述接口Ⅰ与所述制冷剂-水换热器Ⅱ的制冷剂侧的一端连通，所述接口Ⅱ与所述制冷剂-水换热器Ⅰ的制冷剂侧的一端连通，所述接口Ⅲ与所述压缩机的排气口连通，所述接口Ⅳ与所述压缩机的吸气口连通；所述制冷剂-水换热器Ⅱ的制冷剂侧的另一端与所述膨胀阀的一端连通，所述膨胀阀的另一端与所述制冷剂-水换热器Ⅰ制冷剂侧的另一端连通；--所述制冷剂-水换热器Ⅰ的水侧通过管路与所述蓄热/蓄冷水箱连通；--所述制冷剂-水换热器Ⅱ的水侧通过管路与所述地埋管换热器连通。优选地，所述风力机包括风轮和齿轮箱，所述风轮的输出轴与齿轮箱连接，所述齿轮箱的输出轴通过联轴器与所述压缩机连接。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。优选地，所述齿轮箱为增速齿轮箱。主要起到动力传输和增速作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到压缩机的额定转速，以保证压缩机的高效运行。优选地，所述压缩机为开启式压缩机，该压缩机的功率输入端伸出压缩机机体以外，通过联轴器与增速齿轮箱输出轴相连接，在伸出部分采用轴封装置以防止制冷剂的泄露。因采用风力机产生的机械能直接驱动，省去了电动机环节，故而不存在电动机的冷却问题，且压缩机排气过热度减小，制冷效率增加。优选地，所述四通换向阀通过金属软管与所述压缩机连通。所述金属软管是一种柔性耐压管件，其材料主要采用奥氏体不锈钢，两端留有铜管，安装于压缩机和四通换向阀之间，可以采用螺纹或钎焊方式进行连接。金属软管用以补偿风力机机头偏航时压缩机与四通换向阀之间的相互位移，可以实现热泵系统在风力机偏航运行时的正常运行。优选地，所述制冷剂-水换热器Ⅱ和地埋管换热器之间的连通管路上设置有并联的控制阀和水泵。优选地，所述制冷剂-水换热器Ⅰ和蓄热/蓄冷水箱之间的连通管路上设置有控制阀和水泵。优选地，当所述系统处于制热模式时，所述四通换向阀的接口Ⅱ与接口Ⅲ连通，接口Ⅰ与接口Ⅳ连通，所述压缩机排出的高压制冷剂气体进入所述制冷剂-水换热器Ⅰ和蓄热/蓄冷水箱的用户循环水进行热交换后进入膨胀阀，之后进入制冷剂-水换热器Ⅱ和地埋管换热器循环水进行热交换后返回压缩机吸气口。优选地，当所述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，接口Ⅰ与接口Ⅲ连通，所述压缩机排出的高压制冷剂气体进入所述制冷剂-水换热器Ⅱ和地埋管换热器循环水进行热交换后进入膨胀阀，之后进入制冷剂-水换热器Ⅰ和蓄热/蓄冷水箱的用户循环水进行热交换后返回压缩机吸气口。同现有技术相比，本技术的风能直接驱动地源热泵系统，采用风力机直接驱动地源热泵，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，在压缩机的进出口采用金属软管，解决了偏航系统作用下风力机的机械能输出问题，而蓄热/蓄冷水箱则解决了风力输出波动的问题，达到提高系统效率和运行可靠性的目的。附图说明图1本技术的风能直接驱动地源热泵系统的制热工况原理图；图2本技术的风能直接驱动地源热泵系统的制冷工况原理图。具体实施方式下面将描述本技术的一个或者多个特定实施例。所描述的这些实施例仅是本技术的举例说明。此外，为了简明描述这些实施例，实际实现的所有特征可能未在本说明中全部描述。应该明白，在任何这种实际实现的开发中，与在任何工程或者设计项目中相同，为了实现开发者的特定目标，必须进行许多特定实现判定，诸如服从相关系统限制和相关商业限制，许多特定实现判定从一种实现到另一种实现可以变更。此外，应当明白，这种开发工作可能是复杂并且是耗时的，然而，尽管如此，开发工作对于受益于本公开的普通技术人员仍是从事设计、装配和制造的例行工作。参看图1，本技术的风能直接驱动地源热泵系统，包括风力机1、齿轮箱2、联轴器3、压缩机4、金属软管5、四通换向阀6、制冷剂-水换热器Ⅰ7、膨胀阀8、制冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风能直接驱动地源热泵空调系统，包括风力机、压缩机、四通换向阀、制冷剂‑水换热器Ⅰ、膨胀阀、制冷剂‑水换热器Ⅱ、地埋管换热器、蓄热/蓄冷水箱，所述风力机直接驱动压缩机，其特征在于，‑‑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，所述接口Ⅰ与所述制冷剂‑水换热器Ⅱ的制冷剂侧的一端连通，所述接口Ⅱ与所述制冷剂‑水换热器Ⅰ的制冷剂侧的一端连通，所述接口Ⅲ与所述压缩机的排气口连通，所述接口Ⅳ与所述压缩机的吸气口连通；所述制冷剂‑水换热器Ⅱ的制冷剂侧的另一端与所述膨胀阀的一端连通，所述膨胀阀的另一端与所述制冷剂‑水换热器Ⅰ制冷剂侧的另一端连通；‑‑所述制冷剂‑水换热器Ⅰ的水侧通过管路与所述蓄热/蓄冷水箱连通；‑‑所述制冷剂‑水换热器Ⅱ的水侧通过管路与所述地埋管换热器连通。

【技术特征摘要】
1.一种风能直接驱动地源热泵空调系统，包括风力机、压缩机、四通换向阀、制冷剂-水换热器Ⅰ、膨胀阀、制冷剂-水换热器Ⅱ、地埋管换热器、蓄热/蓄冷水箱，所述风力机直接驱动压缩机，其特征在于，--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，所述接口Ⅰ与所述制冷剂-水换热器Ⅱ的制冷剂侧的一端连通，所述接口Ⅱ与所述制冷剂-水换热器Ⅰ的制冷剂侧的一端连通，所述接口Ⅲ与所述压缩机的排气口连通，所述接口Ⅳ与所述压缩机的吸气口连通；所述制冷剂-水换热器Ⅱ的制冷剂侧的另一端与所述膨胀阀的一端连通，所述膨胀阀的另一端与所述制冷剂-水换热器Ⅰ制冷剂侧的另一端连通；--所述制冷剂-水换热器Ⅰ的水侧通过管路与所述蓄热/蓄冷水箱连通；--所述制冷剂-水换热器Ⅱ的水侧通过管路与所述地埋管换热器连通。2.根据权利要求1所述的风能直接驱动地源热泵空调系统，其特征在于，所述风力机包括风轮和齿轮箱，所述风轮的输出轴与齿轮箱连接，所述齿轮箱的输出轴通过联轴器与所述压缩机连接。3.根据权利要求2所述的风能直接驱动地源热泵空调系统，其特征在于，所述齿轮箱为增速齿轮箱。4.根据权利要求2所述的风能直接驱动地源热泵空调系统，其特征在于，所述压缩机为开启式压缩机，该压缩机的功率输入端伸出压缩机机体以外，通过联轴器与增速齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟晓晖，徐建中，杨科，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