CN110822769A - 一种氢能驱动压缩式热泵***及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢能驱动压缩式热泵***及其工作方法，储氢罐中存储有氢气，且储氢罐与氢燃料电池氢气管路连接，氢燃料电池依次与逆变器和压缩机电连接；冷凝器内充有制冷剂，且冷凝器通过制冷剂循环管道依次连通膨胀阀、蒸发器和压缩机，且压缩机通过制冷剂循环管道与冷凝器连通，形成循环回路，冷凝器的换热接口连通有待加热热源，蒸发器的换热接口连通有待冷却热源。本发明公开了一种氢能驱动压缩式热泵***及其工作方法，利用深度清洁能源氢能作为***唯一能源供给，同时通过压缩式热泵将待冷却热源的能量转移给待加热热源，节能环保。

Description

一种氢能驱动压缩式热泵***及其工作方法
技术领域
本发明涉及利用清洁能源驱动压缩式热泵***的技术领域，更具体的说是涉及一种氢能驱动压缩式热泵***及其工作方法。
背景技术
现有技术中，压缩式热泵技术使用电驱动、蒸汽驱动、燃气驱动等方式驱动压缩机，这些能源驱动方式因分布广效率高从而推广度较高，但是这些能源的使用，会造成一定程度的污染，并且传统化石资源不可再生，存在枯竭的危机。
同时，专利CN201910575839.0公开了“一种蓄能型高效空气源太阳能复合热泵热水器”，该方法使用太阳能解决传统热泵热水器在低温环境下制热时存在压缩比过大的问题，但是效率提升低，且增加设备复杂性，以及在制热过程中会导致一定程度的污染。
而氢能作为一种可再生清洁能源，已被国内外定义为未来能源，利用氢燃料电池驱动压缩机热泵技术不仅清洁环保无污染，化学能直接转变为电能，不受卡诺循环效率限制，发电效率高，同时氢能作为一种可再生能源，能源密度大，属于未来的发展方向。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种氢能驱动压缩式热泵***及其工作方法，通过将氢燃料电池、逆变器、压缩式热泵***相结合，利用深度清洁能源氢能作为***唯一能源供给，同时通过压缩式热泵将待冷却热源的能量转移给待加热热源，节能环保。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种氢能驱动压缩式热泵***，包括：储氢罐、氢燃料电池、逆变器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器：
所述储氢罐中存储有氢气，且所述储氢罐与所述氢燃料电池氢气管路连接，所述氢燃料电池依次与所述逆变器和所述压缩机电连接；
所述冷凝器内充有制冷剂，且所述冷凝器通过制冷剂循环管道依次连通所述膨胀阀、所述蒸发器和所述压缩机，且所述压缩机通过制冷剂循环管道与所述冷凝器连通，形成循环回路，所述冷凝器的换热接口连通有待加热热源，所述蒸发器的换热接口连通有待冷却热源。
本发明利用深度清洁能源氢能作为***唯一能源供给，产生的废物仅为水，环保无污染；并且氢气属于可再生能源，发展氢能作为传统化石能源的替代品，实现节约能源的作用；
于此同时，本发明制冷剂从冷凝器中依次在膨胀阀、蒸发器、压缩机和冷凝器中循环流动，且制冷剂依次通过膨胀阀节流并降压、通过蒸发器与待冷却热源热交换并升温、通过压缩机加压以及通过冷凝器与待加热热源热交换并降温，从而本发明可以通过压缩式热泵将待冷却热源的能量转移给待加热热源，节能环保。
优选的，所述储氢罐中的氢气应严格遵照国家标准GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》中的要求，其中氢气纯度不得低于99.97％，非氢气体总量不得高于300μmol/mol。
优选的，所述储氢罐与所述氢燃料电池通过氢气循环泵连接，所述氢气循环泵将所述储氢罐中的氢气泵入至所述氢燃料电池中，所述氢燃料电池将氢气转换为直流电。
燃料电池发电属于化学能直接转变为电能，不受卡诺循环定论的限制，其发电效率一般在40～60％，发电效率较传统方式高；并且利用深度清洁能源氢能作为***唯一能源供给，产生的废物仅为水，环保无污染；而且氢气属于可再生能源，发展氢能作为传统化石能源的替代品，实现节约能源的作用。
优选的，所述氢燃料电池将所述直流电传输至所述逆变器，所述逆变器将所述直流电转换为交流电，所述交流电驱动所述压缩机工作。
本发明通过逆变器转变电的类型，从而使氢燃料电池产生的电能可以为压缩机工作提供工作的条件。
优选的，所述冷凝器中具有冷凝风扇，从而本发明通过所述冷凝风扇加速对制冷剂降温的效率。
优选的，所述制冷剂为R22、R-134a、R410A或R290。
优选的，所述待加热热源为饱和蒸汽，所述待冷却热源为高炉冲渣水，由于饱和蒸汽和高炉冲渣水均容易获得，成本较低。
5、一种氢能驱动压缩式热泵***的工作方法，包括如下步骤：
S1，向储氢罐中装入经过提纯之后的氢气，冷凝器内充有制冷剂；
S2，所述储氢罐内的氢气经氢气循环泵打入氢燃料电池中，所述氢燃料电池生成直流电；
S3，所述氢燃料电池生成的直流电经逆变器转换为220V交流电；
S4，所述逆变器转换的220V交流电驱动所述压缩机工作，所述压缩机推动所述制冷剂从所述冷凝器依次经膨胀阀节流降压、进入蒸发器与待冷却热源进行热交换后升温、经所述压缩机加压，直至所述制冷剂再次进入至所述冷凝器中与待加热热源进行热交换后以及被所述冷凝器中的冷凝风扇带走热量后降温，并依次循环。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种氢能驱动压缩式热泵***及其工作方法，可以实现如下技术效果：
1、本发明利用深度清洁能源氢能作为***唯一能源供给，产生的废物仅为水，环保无污染；并且氢气属于可再生能源，发展氢能作为传统化石能源的替代品，实现节约能源的作用；
于此同时，本发明制冷剂从冷凝器中依次在膨胀阀、蒸发器、压缩机和冷凝器中循环流动，且制冷剂依次通过膨胀阀节流并降压、通过蒸发器与待冷却热源热交换并升温、通过压缩机加压以及通过冷凝器与待加热热源热交换并降温，从而本发明可以通过压缩式热泵将待冷却热源的能量转移给待加热热源，节能环保。
2、本发明利用深度清洁能源氢能作为***唯一能源供给，氢气能源密度大，且由于燃料电池发电属于化学能直接转变为电能，不受卡诺循环定论的限制，其发电效率一般在40～60％，发电效率较传统方式高；氢能驱动压缩式热泵可脱离电网布置，应用场景更广，适应性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明一种氢能驱动压缩式热泵***的结构原理示意图。
其中后，1为储氢罐；2为氢燃料电池；3为逆变器；4为压缩机；5为冷凝器；6为膨胀阀；7为蒸发器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种氢能驱动压缩式热泵***，包括：储氢罐1、氢燃料电池2、逆变器3、压缩机4、冷凝器5、膨胀阀6、蒸发器7：
储氢罐1中存储有氢气，且储氢罐1依次与氢燃料电池2、逆变器3和压缩机4连接；
压缩机4中充有制冷剂，且压缩机4分别连接冷凝器5和蒸发器7，同时冷凝器5和蒸发器7均与膨胀阀6连接，并且冷凝器5接通有待加热热源，蒸发器7接通有待冷却热源；
冷凝器5内充有制冷剂，且冷凝器5通过制冷剂循环管道依次连通膨胀阀6、蒸发器7和压缩机4，且压缩机4通过制冷剂循环管道与冷凝器5连通，形成循环回路，冷凝器5的换热接口连通有待加热热源，蒸发器7的换热接口连通有待冷却热源。
为了进一步优化上述技术方案，储氢罐1中存储的氢气纯度为99.9％以上。
为了进一步优化上述技术方案，储氢罐1与氢燃料电池2通过氢气循环泵连接，氢气循环泵将储氢罐1中的氢气泵入至氢燃料电池2中，氢燃料电池2将氢气转换为直流电。
为了进一步优化上述技术方案，氢燃料电池2将直流电传输至逆变器3，逆变器3将直流电转换为交流电，交流电驱动压缩机4工作。
为了进一步优化上述技术方案，冷凝器5中具有冷凝风扇。
为了进一步优化上述技术方案，制冷剂为R22、R-134a、R410A或R290。
为了进一步优化上述技术方案，待加热热源为饱和蒸汽，待冷却热源为高炉冲渣水。
一种氢能驱动压缩式热泵***的工作方法，包括如下步骤：
S1，向储氢罐1中装入经过提纯之后的氢气，冷凝器5内充有制冷剂；
S2，储氢罐1内的氢气经氢气循环泵打入氢燃料电池2中，氢燃料电池2生成直流电；
S3，氢燃料电池2生成的直流电经逆变器转换为220V交流电；
S4，逆变器3转换的220V交流电驱动压缩机4工作，压缩机4推动制冷剂从冷凝器5依次经膨胀阀6节流降压、进入蒸发器7与待冷却热源进行热交换后升温、经压缩机4加压，直至制冷剂再次进入至冷凝器5中与待加热热源进行热交换后以及被冷凝器5中的冷凝风扇带走热量后降温，并依次循环。
实施例：
本实施例以某钢铁集团中的炼焦厂拟用氢能驱动压缩式热泵为例，炼焦厂在炼焦过程中会生成大量焦炉煤气，其中50％以上为氢气，通过变压吸附制氢技术PSA可从烟气中提取出纯度为99.9％以上的氢气；
以该炼焦厂为例每年产生大约2×105万立方米的焦炉煤气,按氢气占56％计算每年可生产1.2×105万立方米的氢气，即1.08×105吨，这部分氢气可用来驱动热泵，将炼钢后产生的高炉冲渣水作为待冷却热源，将低温水作为待加热热源。
将提纯后的氢气装入储氢罐1，储氢罐1内的氢气经氢气循环泵打入氢燃料电池2中，生成的直流电经逆变器转换为220V交流电，驱动压缩机4工作，冷凝器5内充有制冷剂，压缩机4推动制冷剂从冷凝器5依次经膨胀阀6节流降压、进入蒸发器7与待冷却热源进行热交换后升温、经压缩机4加压，直至制冷剂再次进入至冷凝器5中与待加热热源进行热交换后以及被冷凝器5中的冷凝风扇带走热量后降温，并依次循环，，从而本发明冷凝器5中的制冷剂依次通过膨胀阀6节流并降压、通过蒸发器7与待冷却热源热交换并升温、通过压缩机4加压以及通过冷凝器5与待加热热源热交换并降温(同时冷凝器5中冷凝风扇运转带走制冷剂中的部分热量)，从而本发明可以通过压缩式热泵将待冷却热源的能量转移给待加热热源，节能环保。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种氢能驱动压缩式热泵***，其特征在于，包括：储氢罐(1)、氢燃料电池(2)、逆变器(3)、压缩机(4)、冷凝器(5)、膨胀阀(6)、蒸发器(7)：
所述储氢罐(1)中存储有氢气，且所述储氢罐(1)与所述氢燃料电池(2)氢气管路连接，所述氢燃料电池依次与所述逆变器(3)和所述压缩机(4)电连接；
所述冷凝器(5)内充有制冷剂，且所述冷凝器(5)通过制冷剂循环管道依次连通所述膨胀阀(6)、所述蒸发器(7)和所述压缩机(4)，且所述压缩机(4)通过制冷剂循环管道与所述冷凝器(5)连通，形成循环回路，所述冷凝器(5)的换热接口连通有待加热热源，所述蒸发器(7)的换热接口连通有待冷却热源。
2.根据权利要求1所述的一种氢能驱动压缩式热泵***，其特征在于，所述储氢罐(1)与所述氢燃料电池(2)通过氢气循环泵连接。
3.根据权利要求1所述的一种氢能驱动压缩式热泵***，其特征在于，所述冷凝器(5)中具有冷凝风扇。
4.一种氢能驱动压缩式热泵***的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，向储氢罐(1)中装入经过提纯之后的氢气，冷凝器(5)内充有制冷剂；
S2，所述储氢罐(1)内的氢气经氢气循环泵打入氢燃料电池(2)中，所述氢燃料电池(2)生成直流电；
S3，所述氢燃料电池(2)生成的直流电经逆变器转换为220V交流电；
S4，所述逆变器(3)转换的220V交流电驱动所述压缩机(4)工作，所述压缩机(4)推动所述制冷剂从所述冷凝器(5)依次经膨胀阀(6)节流降压、进入蒸发器(7)与待冷却热源进行热交换后升温、经所述压缩机(4)加压，直至所述制冷剂再次进入至所述冷凝器(5)中与待加热热源进行热交换后以及被所述冷凝器(5)中的冷凝风扇带走热量后降温，并依次循环。
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CN111442441A (zh) * 2020-04-02 2020-07-24 银川艾尼工业科技开发股份有限公司 一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成***及方法

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