[发明专利]一种分布式热泵装置及方法

权利要求书

1.一种分布式热泵装置，其特征在于，包括供能模块(I)、制热模块(II)和供暖加湿用水模块(III)；

所述供能模块(I)包括燃料电池电堆(1)，在燃料电池电堆(1)外侧缠绕有电堆冷却回路(4)，气液分离器(5)与燃料电池电堆(1)阴极产物出口相连，气液分离器(5)液相出口通向供暖加湿用水模块(III)，气液分离器(5)气相出口通向制冷制热模块(II)的室外换热器(10)；

所述制热模块(II)包括依次相连的压缩机(11)、室内换热器(6)、储液罐(7)、过滤器(8)、膨胀阀(9)及室外换热器(10)，室外换热器(10)的工质出口与供能模块(I)的电堆冷却回路(4)的入口相连，电堆冷却回路(4)的出口与压缩机(11)的入口相连；

所述供暖加湿用水模块(III)包括主循环回路和地暖盘管系统，所述的主循环回路包括与室内换热器(6)并联的风机盘管系统(17)及保温水箱(14)，在风机盘管系统(17)的风道上安装有湿膜材料(18)，所述的室内换热器(6)与风机盘管系统(17)之间的管路上依次与气液分离器(5)液相出口、地暖盘管系统(12)入口相连，地暖盘管系统(12)的出口与与主循环回路相连，保温水箱(14)上还连接有生活用水设置(13)。

2.根据权利要求1所述的分布式热泵装置，其特征在于，所述燃料电池电堆(1)的阴极、阳极室分别与氧化剂储存罐(2)和燃料储存罐(3)相连，阳极产物出口与燃料储存罐(3)相连通，所述的氧化剂储存罐(2)和燃料储存罐(3)均采用压力容器。

3.根据权利要求1所述的分布式热泵装置，其特征在于，所述燃料电池电堆(1)的阴极室与空气循环泵或制氧设备相连；所述燃料电池电堆(1)的阳极室与外接燃料供给管路相连。

4.根据权利要求1所述的分布式热泵装置，其特征在于，所述的地暖盘管系统(12)通过第一三通阀(19)和四通阀(20)与供暖加湿用水模块(III)主循环回路相连，湿膜材料(18)与风机盘管系统(17)通过第二三通阀(21)相连，风机盘管系统(17)通过四通阀(20)和第三三通阀(22)与供暖加湿用水模块主循环回路相连。

5.根据权利要求1所述的分布式热泵装置，其特征在于，所述的压缩机(11)为容积式制冷压缩机或离心式制冷压缩机。

6.根据权利要求1所述的分布式热泵装置，其特征在于，所述的室内换热器(6)为表面式换热器、蓄热式换热器、直接接触式换热器或复式换热器。

7.根据权利要求1所述的分布式热泵装置，其特征在于，所述和室外换热器(10)为表面式换热器、蓄热式换热器、直接接触式换热器或复式换热器。

8.根据权利要求1所述的分布式热泵装置，其特征在于，所述保温水箱(14)为压力容器，包括不锈钢保温水箱、承压保温水箱或玻璃钢保温水箱。

9.根据权利要求1所述的分布式热泵装置，其特征在于，所述湿膜材料(18)对应位置还安装有用于蒸发湿膜材料水分的加热器或超声波发生器。

10.一种如权利要求1所述装置的分布式热泵方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S100：电堆放电和压缩工质：将氧化剂储存罐(2)中的氧化剂、燃料储存罐(3)中的燃料分别通入燃料电池电堆(1)的阴极室、阳极室使燃料电池电堆(1)放电，阴极产物流入气液分离器(5)进行气液分离，阳极产物回流至燃料储存罐(3)；同时燃料电池电堆(1)放电压缩机(9)做功使制热模块(II)中的循环工质流动换热；

步骤S200：电堆供电和冷却燃料电池电堆：燃料电池电堆(1)工作产生的电能提供给装置中各用电设备，制热模块(II)的循环工质经室外换热器(10)进入电堆冷却回路(4)对燃料电池电堆进行冷却后流入压缩机(11)，燃料电池电堆(1)阴极产物经气液分离器(5)分离出的具有一定热量的水通过第一三通阀(19)和四通阀(20)流入供暖加湿用水模块(III)的保温水箱(14)，气液分离器(5)流出的具有一定热量的气体通向室外换热器(13)以备除霜使用；

步骤S300：工质预热、电堆冷却和补充热水：循环工质通过电堆冷却回路(4)冷却燃料电池电堆(1)并预热工质后流入压缩机(11)进行压缩做功；循环工质流入室内换热器(6)与供暖加湿用水模块(III)主循环回路进行流动换热，并流入储液罐(7)再依次通过过滤器(8)和膨胀阀(9)流入室外换热器(10)与室外环境进行膨胀吸热；循环工质由室外换热器(10)流出并流入电堆冷却回路冷却燃料电池电堆并预热工质；

步骤S400：根据被动供热、主动供热、加湿、除霜或用水目标运行：

若目标为被动供热，气液分离器(5)液相出口流出的具有一定热量的水通过三通阀(19)和四通阀(20)流入供暖加湿用水模块(III)的保温水箱(14)，通过循环泵(15)进入室内换热器(6)与制热系统(II)循环工质进行流动换热；循环水通过第一三通阀(19)流入地暖盘管系统(12)对建筑整体进行被动式换热后经四通阀(20)流入保温水箱(14)继续循环；

若目标为主动供热，气液分离器(5)液相出口流出的具有一定热量的水通过第一三通阀(19)和四通阀(20)流入供暖加湿用水模块(III)的保温水箱(14)，通过循环泵(15)进入室内换热器(6)与制热系统(II)循环工质进行流动换热；获得热量的循环水通过第一三通阀(19)和四通阀(20)进入保温水箱；循环水依次通过循环泵(15)、第二三通阀(21)和第三三通阀(22)流入风机盘管系统(17)与周围空气进行流动换热，并通过风机盘管系统(17)内风机吹出具有热量的气体通过湿膜材料(18)进入环境对建筑整体进行被动式换热；循环水通过四通阀(20)流入保温水箱(14)继续循环；

若目标为除霜，开通气液分离器(5)气相出口，使具有一定热量的气体通向室外换热器(10)，对室外换热器进行除霜；

若目标为加湿，保温水箱中的循环水依次通过循环泵(15)、第二三通阀(21)和第三三通阀(22)流入湿膜材料(18)对风机盘管系统(17)中风机吹出的空气进行加湿，进而对建筑环境进行加湿；

若目标为用水，保温水箱(14)中的水进入生活用水设备(13)回路对生活用水设备(13)进行供水。