[发明专利]具有热回收的热泵

说明书

技术领域

本发明大体涉及热泵和水加热器，更具体地，涉及热泵和水加热器的燃料电池的用途。

背景技术

燃料电池开始获得作为用于加热、通风、空调和制冷设备(HVAC&R)的电源的立足点。因此，燃料电池可用作主电源，诸如在不能可靠地建立电力设施的隔离区域中，使得HVAC&R系统的所有电能仅由燃料电池提供。燃料电池也可在紧急情况下用作补充电源，诸如在由于天气条件造成电力中断或电力故障的情况下等以及电网过度负载或现有常规电源受限的情况下。

目前，燃料电池具有大约40％至50％的效率，使得在其操作期间由燃料电池生成大量热。这热的大部分可作为废热丢失。燃料电池的一些组件在高温下操作且在一定操作条件下，甚至可能需要特殊冷却系统。

安装于商业建筑物、住宅、饭店、医院等中的加热系统具有各种类型，其包括热泵、液体循环加热或热水系统、蒸汽系统和热水加热器。在液体循环加热/热水热、蒸汽热和热水加热器的情况下，热源通常为天然气、燃油等，在近年来，这些热源变得相对昂贵。在热泵的情况下，通常利用电能来向诸如压缩机、风扇、液体泵和控制装置这样的热泵组件供电。但是，在这样的系统中，发生被称作“冷吹”的现象，通常与低温周围条件相关。在这个时期，必需操作电阻加热器或带式加热器来补充主热泵加热系统且加热空气到所需的温度，这些空气原本会进入被加热的空间且由被加热的空间的居住者感觉到为不舒适的“冷空气”。

所需要的是用于减少“冷吹”现象和用于有效地回收原本可能作为废热丢失的热的方法/设备。

发明内容

本发明提供一种燃料电池作为HVAC&R系统的主电源或补充电源，且在需要热的时期，来自燃料电池的废热被导向补充由热泵和/或液体循环加热系统提供的热。

本发明提供一种使用燃料电池来向HVAC&R设备供电且使用来自燃料电池的废热来提供额外热以在需要额外热的时期补充由热泵和/或液体循环加热系统提供的热的方法。

在下文描述的附图中，描绘了优选实施例，但是在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明做出各种其它修改和替代构造。

附图说明

图1是结合到HVAC&R系统中的本发明的示意说明。

图2是本发明的特定实施例。

图3是本发明的修改实施例的示意说明。

图4是本发明的特定说明。

具体实施方式

在图1中示意性地示出典型HVAC系统11，可安装这种典型HVAC系统11以在诸如商业机构，住宅、医院、学校等建筑物中提供舒适的环境。这种系统可包括(但不限于)例如空调和/或热泵，冷冻水或盐水系统，以及火炉和/或液体循环加热系统。另外也可提供热水加热器。通常，空调系统将在夏季操作，火炉将在冬季运行，且热泵在两个季节都操作。冷却季节和加热季节的长度将取决于地理位置和特定应用。

提供燃料电池12用于通过电线13向HVAC系统递送电能的目的。这种布置可使得燃料电池12向HVAC系统提供所有需要的电能，且在此情况下，为主电源。另一方面，可仅在来自电力设施的电力不可用时期接合燃料电池12，诸如在电力中断或电力故障期间，或者仅在较高比率提供燃料电池12，诸如在电网重负荷或不具有足够容量的情况下。在后一种情况下，燃料电池12为提供给HVAC系统11的补充或紧急电源。

应认识到燃料电池12在其操作中相对低效(40-50％)且因此生成大量废热，使用在燃料电池12操作期间生成的热来用于HVAC系统处于加热操作模式时期(诸如当热泵或火炉被致动时)补充加热的目的。因此，由燃料电池12排出且转移到气候受控空间10的补充热由箭头和标注Q₂示出，作为由HVAC系统11提供的热Q1的补充。