[发明专利]一种分布式热泵装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，具体涉及一种分布式热泵装置及方法。

背景技术

伴随着人们对于生活舒适度越来越高的要求，生活环境中合适的的温度和湿度成为人们生活的基本需求，尤其是在寒冷的冬季，人们对于采暖的需求越来越大。这些需求也使得冬季人们对于供热设备的大量使用。而现有供热方式大都带来巨大的能源与资源的消耗，依赖于固定的城市网络，这在造成一定程度浪费的同时，也为人们的正常采暖带来很多不便。

现有的供热方式主要有区域热网集中供暖、家庭锅炉供暖、热泵家庭供暖三种形式。其中区域热网集中供暖和家庭锅炉供暖往往使用煤炭、石油等不可再生能源，这在造成资源浪费的同时也造成了环境污染；区域热网集中供暖的供热方式以及热泵家庭供暖的用电方式往往依赖大型的城市网络，这也使得用户的采暖局限于固定的区域，针对一些热网电网未能达到的区域诸如边疆、荒岛等，这两种采暖方式都得不到有效的应用。

燃料电池技术被认为是解决能源危机的终极方案，该技术可以将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能，具有高效、无污染、无噪声、可靠性高、模块化、对负载变化可以快速响应等显著优点，因此，燃料电池技术在热泵技术中得到了越来越多的应用。

但是，在燃料电池运行过程中，其生成产物未能得到有效处理，其长时间工作会产生大量热量，这些问题一直影响基于燃料电池的分布式能源装置的高效稳定运行。因此，一种更加节能环保高效稳定的热泵装置亟待出现。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种在保证系统稳定高效运行的前提下，能够持续向建筑环境输出热量和水分的分布式热泵装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的装置包括供能模块、制热模块和供暖加湿用水模块；

所述供能模块包括燃料电池电堆在燃料电池电堆外侧缠绕有电堆冷却回路，气液分离器与燃料电池电堆阴极产物出口相连，气液分离器液相出口通向供暖加湿用水模块，气液分离器气相出口通向制冷制热模块的室外换热器；

所述制热模块包括依次相连的压缩机、室内换热器、储液罐、过滤器、膨胀阀及室外换热器，室外换热器的工质出口与供能模块的电堆冷却回路的入口相连，电堆冷却回路出口与压缩机的入口相连；

所述供暖加湿用水模块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并联的风机盘管系统及保温水箱，在风机盘管系统的风道上安装有湿膜材料，所述的室内换热器与风机盘管系统之间的管路上依次与气液分离器液相出口、地暖盘管系统入口相连，地暖盘管系统的出口与与主循环回路相连，保温水箱上还连接有生活用水设置。

所述燃料电池电堆的阴极、阳极室分别与氧化剂储存罐和燃料储存罐相连，阳极产物出口与燃料储存罐相连通，所述的氧化剂储存罐和燃料储存罐均采用压力容器。

所述燃料电池电堆的阴极室与空气循环泵或制氧设备相连；所述燃料电池电堆的阳极室与外接燃料供给管路相连。

所述的地暖盘管系统通过第一三通阀和四通阀与供暖加湿用水模块主循环回路相连，湿膜材料与风机盘管系统通过第二三通阀相连，风机盘管系统通过四通阀和第三三通阀与供暖加湿用水模块主循环回路相连。

所述的压缩机为容积式制冷压缩机或离心式制冷压缩机。

所述的室内换热器为表面式换热器、蓄热式换热器、直接接触式换热器或复式换热器。

所述和室外换热器为表面式换热器、蓄热式换热器、直接接触式换热器或复式换热器。

所述保温水箱为压力容器，包括不锈钢保温水箱、承压保温水箱或玻璃钢保温水箱。

所述湿膜材料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。

本发明的分布式热泵方法包括以下步骤：

步骤S100：电堆放电和压缩工质：将氧化剂储存罐中的氧化剂、燃料储存罐中的燃料分别通入燃料电池电堆的阴极室、阳极室使燃料电池电堆放电，阴极产物流入气液分离器进行气液分离，阳极产物回流至燃料储存罐；同时燃料电池电堆放电压缩机做功使制热模块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：燃料电池电堆工作产生的电能提供给装置中各用电设备，制热模块的循环工质经室外换热器进入电堆冷却回路对燃料电池电堆进行冷却后流入压缩机，燃料电池电堆阴极产物经气液分离器分离出的具有一定热量的水通过第一三通阀和四通阀流入供暖加湿用水模块的保温水箱，气液分离器流出的具有一定热量的气体通向室外换热器以备除霜使用；