基于甲醇水重整制氫發(fā)電系統(tǒng)的熱泵空調(diào)及制熱制冷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱栗空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于甲醇水重整制氫發(fā)電系統(tǒng)的熱栗空調(diào)及制熱制冷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著不可再生能源如煤、石油、天然氣等越來越少，耗電量非常小的空氣能熱栗空調(diào)應(yīng)運(yùn)而生?？諝庠礋崂踉砭褪抢媚婵ㄖZ原理，在制熱工況下，室內(nèi)換熱器為冷凝器，室外換熱器為蒸發(fā)器，蒸發(fā)器從室外空氣中的環(huán)境熱能中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質(zhì)，工質(zhì)蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給用熱的室內(nèi)空間，冷凝后的傳熱工質(zhì)通過膨脹閥返回到蒸發(fā)器，然后再被蒸發(fā)，如此循環(huán)往復(fù)。在制冷工況下，室外換熱器為冷凝器，室內(nèi)換熱器為蒸發(fā)器，蒸發(fā)器從室內(nèi)空間空氣中的熱能中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質(zhì)，工質(zhì)蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞至室外，冷凝后的傳熱工質(zhì)通過膨脹閥返回到蒸發(fā)器，然后再被蒸發(fā)，如此循環(huán)往復(fù)。
[0003]然而，空氣源熱栗的缺點(diǎn)是室外空氣溫度越低時供熱量越小，特別是當(dāng)室外空氣溫度低于-5°C時，熱栗就難以正常工作，需要用電或其他輔助熱源對空氣進(jìn)行加熱，熱栗的效率大大降低。空氣源熱栗在制熱工況下，蒸發(fā)器上會結(jié)霜，需要定期除霜，除霜模塊技術(shù)可參照中國專利申請201210152219.4用于空氣源熱栗系統(tǒng)的除霜方法、201410108455.5—種熱栗空調(diào)除霜控制方法及熱栗空調(diào)系統(tǒng)，空氣源熱栗增加除霜模塊之后，不但穩(wěn)定性降低、維護(hù)成本增加，而且也損失相當(dāng)大一部分能量。此外，現(xiàn)有熱栗空調(diào)的供電來源通常為市電，因此現(xiàn)有熱栗空調(diào)的使用受到較大的地域限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于甲醇水重整制氫發(fā)電系統(tǒng)的熱栗空調(diào)，該熱栗空調(diào)在制熱工況下，室外空氣低于-5°C時，仍能正常高效工作，蒸發(fā)器上也不會結(jié)霜，無需定期除霜，并且該熱栗空調(diào)的使用不受地域限制。為此，本發(fā)明還要提供一種該熱栗空調(diào)的制熱制冷方法。
[0005]為解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于甲醇水重整制氫發(fā)電系統(tǒng)的熱栗空調(diào)，包括壓縮機(jī)、四通換向閥、室內(nèi)換熱器、節(jié)流閥、室外換熱器、甲醇水儲存容器、輸送栗、重整器、燃料電池、電力轉(zhuǎn)換裝置及空氣余氣混合器;所述壓縮機(jī)、四通換向閥、室內(nèi)換熱器、節(jié)流閥與室外換熱器之間形成熱栗空調(diào)的工質(zhì)輸送回路;所述甲醇水儲存容器儲存有液態(tài)的甲醇水原料;所述輸送栗用于將甲醇水儲存容器中的甲醇水原料通過輸送管道栗送至重整器的重整室；重整器設(shè)有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣囪口，所述重整室用于甲醇與水蒸汽發(fā)生重整制氫反應(yīng)制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器的運(yùn)行提供熱量;所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內(nèi)氫氣氧氣燃燒產(chǎn)生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器或外界;所述空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向室外換熱器;所述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能輸出；所述電力轉(zhuǎn)換裝置用于將燃料電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需求的電，為壓縮機(jī)及輸送栗供電。
[0006]優(yōu)選地，所述工質(zhì)輸送回路設(shè)有用于輸送制冷工況狀態(tài)下的工質(zhì)的止回閥，所述節(jié)流閥包括主毛細(xì)管和副毛細(xì)管，其中副毛細(xì)管與止回閥相并聯(lián);所述工質(zhì)輸送回路上還設(shè)有過濾器及消聲器。
[0007]優(yōu)選地，所述排氣囪口與空氣余氣混合器之間設(shè)有換向閥，在制熱工況狀態(tài)下，從排氣囪口排出的高溫余氣經(jīng)換向閥后排向空氣余氣混合器，在制冷工況狀態(tài)下，從排氣囪口排出的高溫余氣經(jīng)換向閥后排向外界。
[0008]優(yōu)選地，所述空氣余氣混合器設(shè)有風(fēng)扇及溫度感應(yīng)器，風(fēng)扇用于將外界空氣扇入空氣余氣混合器，溫度感應(yīng)器用于檢測空氣余氣混合器內(nèi)的混合氣體溫度，該混合氣體溫度范圍為25?70°C。
[0009]優(yōu)選地，所述輸送栗與重整器之間的輸送管道上設(shè)有換熱器，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整室輸出的高溫氫氣進(jìn)行換熱，甲醇和水原料溫度升高，氫氣溫度降低。
[0010]優(yōu)選地，所述氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%-78%，銀占22%-25%。
[0011]為解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:所述基于甲醇水重整制氫發(fā)電系統(tǒng)的熱栗空調(diào)的制熱制冷方法，包括以下步驟:
a.重整器在運(yùn)行過程中，發(fā)生甲醇水重整制氫反應(yīng)，制得的氫氣輸向燃料電池，在燃料電池內(nèi)，氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能輸出，與此同時，從重整器的排氣囪口排出高溫余氣；
b.在制熱工況下，室內(nèi)換熱器成為冷凝器，室外換熱器成為蒸發(fā)器，高溫余氣排向空氣余氣混合器，并與外界空氣混合成中溫混合氣體輸向室外換熱器，在室外換熱器中，中溫混合氣體與工質(zhì)換熱，轉(zhuǎn)化成低溫混合氣體后排出；燃料電池輸出的電能經(jīng)電力轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后，為壓縮機(jī)及輸送栗供電，余電輸出；
c.在制冷工況下，室內(nèi)換熱器成為蒸發(fā)器，室外換熱器成為冷凝器，高溫余氣排向外界;燃料電池輸出的電能經(jīng)電力轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后，為壓縮機(jī)及輸送栗供電，余電輸出；
優(yōu)選地，在制熱工況下，溫度傳感器實(shí)時檢測空氣余氣混合器中的混合氣體溫度，并將溫度信息反饋給控制裝置，控制裝置通過風(fēng)扇調(diào)整外界空氣的送入量，以控制混合氣體的溫度范圍在25?70 °C內(nèi)。為解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
本發(fā)明的有益效果是:其一、本發(fā)明采用甲醇和水作為原料進(jìn)行重整制氫，再利用燃料電池發(fā)電，無廢渣和有害廢氣污染，清潔，不影響人體健康，甲醇來源廣泛，是可再生能源，并且熱栗空調(diào)無需市電供電，不受地域限制，可在無電網(wǎng)區(qū)域使用，例如通訊基站;其二、在制熱工況下，由于高溫余氣排向空氣余氣混合器，并與外界空氣混合成中溫混合氣體輸向室外換熱器，此時，室外換熱器為蒸發(fā)器，在室外換熱器中，中溫混合氣體與工質(zhì)換熱，轉(zhuǎn)化成低溫混合氣體后排出，因此，在任何低溫空氣環(huán)境(例如-5°C以下的空氣環(huán)境)，熱栗空調(diào)均能正常高效工作;其三、在制熱工況下，由于室外換熱器(即蒸發(fā)器)輸入的是中溫混合氣體，因此也不會結(jié)霜，無需定期除霜;其四、本發(fā)明使重整器的高溫余氣熱量得到利用，從而提高了甲醇水原料的利用效率，與此同時，高溫余氣與外界空氣混合后，熱栗空調(diào)能同時利用高溫余氣及外界空氣的熱量，使得熱栗空調(diào)更節(jié)能省電。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)方框示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014]如圖1所示，一種基于甲醇水重整制氫發(fā)電系統(tǒng)的熱栗空調(diào)，包括壓縮機(jī)1、四通換向閥2、室內(nèi)換熱器3、節(jié)流閥4、室外換熱器5、甲醇水儲存容器6、輸送栗7、重整器8、燃料電池9、電力轉(zhuǎn)換裝置10及空氣余氣混合器11;所述壓縮機(jī)1、四通換向閥2、室內(nèi)換熱器3、節(jié)流閥4與室外換熱器5之間形成熱栗空調(diào)的工質(zhì)輸送回路，在圖1的工質(zhì)輸送回路中，虛線箭頭表示制熱工況，實(shí)線箭頭表示制準(zhǔn)予工況;所述甲醇水儲存容器6儲存有液態(tài)的甲醇水原料;所述輸送栗7用于將甲醇水儲存容器6中的甲醇水原料通過輸送管道栗7送至重整器8的重整室;重整器8設(shè)有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣囪口，重整器的結(jié)構(gòu)可參照本申請人在此之前申請的中國專利申請201410311217.4、201410621689.X及201510476342.5，所述重整室用于甲醇與水蒸汽發(fā)生重整制氫反應(yīng)制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，重整室內(nèi)的溫度為300-570°C溫度，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，在重整室內(nèi)，甲醇與水蒸氣在1-5M Pa的壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳，這是一個多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)方程為:(I)CH3OH—⑶+2?、( 2)H20+C0^C02+H2、( 3) CH30H+H20^C02+3H2，重整反應(yīng)生成的H2和CO2，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池9，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器8的運(yùn)行提供熱量;所