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专利号: 2021106342074
申请人: 西安建筑科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 供热;炉灶;通风
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,包括光伏制冷子系统、光热除湿子系统,所述光伏制冷子系统包括光伏发电回路和蒸气压缩制冷回路;所述光热除湿子系统包括太阳能集热回路和转轮除湿回路;

所述光伏发电回路包括设置在屋顶上依次相连的光伏阵列(1)、汇流箱(17)、控制器(18)、直流配电柜(20)、逆变器(22)和交流配电柜(23),所述控制器(18)又与蓄电池(19)相连,用于补充不足的电量,所述交流配电柜(23)分配进入或流出用户电网(26)和公共电网(25)的电量;

所述蒸汽压缩制冷回路由蒸发器(9)、压缩机(8)、冷凝器(11)和节流阀(10)依次相连构成,节流阀(10)又连接至蒸发器(9);

所述太阳能集热回路由导流风管(30‑1)、风机(4‑1)、空气集热器(2),辅助加热器(3)依次相连构成;

所述转轮除湿回路分为除湿部分和再生部分,除湿部分由初效过滤器(15)、除湿转轮(5),风机(4‑3)依次相连构成,再生部分由传动机构(6)驱动除湿转轮(5)转至再生区,再连接至风机(4‑2)送至室外。

2.根据权利要求1所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,所述控制器(18)、直流配电柜(20),逆变器(22)、交流配电柜(23)和用户电网(26)上连接监控系统(27)和环境检测仪(28),所述控制器(18)采用最大功率点跟踪型控制器,用于实时监测太阳能组件的电压和电流,不断追踪最大功率,并进行管理,所述气象数据则由环境检测仪(28)进行采集存储,包括倾斜面辐照、水平面辐照、环境温度;

所述逆变器(22)采用双向逆变器,太阳能电池阵列在满足建筑物用电需求之余,剩余的电量可上网发电,发电功率由监控系统(27)根据建筑用电需求的实际功率来调整,在光照能量不足或用电需求大时,由蓄电池(19)提供给建筑内用电,若蓄电池(19)转换电量仍不足,由公共电网(25)供电,直流负载(21)由逆变器(22)交流变直流反向供电。

3.根据权利要求1所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,所述光伏发电回路和蒸汽压缩制冷回路在压缩机(8)处耦合,由交流配电箱(23)分配电流进一步供给蒸汽压缩制冷回路电量;

所述蒸汽压缩制冷回路和太阳能集热回路在冷凝器(11)外导流风管(30)耦合,经由冷凝器(11)放出热量所加热的空气进入导流风管(30),经过风机(4)加压后送入空气集热器(2);所述经过太阳能集热回路加热后的空气经过导流风管(30)送入除湿转轮(5)再生空气入口处;

所述蒸汽压缩制冷回路与转轮除湿回路在汽水换热器(7)处耦合。

4.根据权利要求1所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,所述光伏阵列(1)以一定倾角安装屋顶上,所以光伏阵列(1)到汇流箱(17),汇流箱(17)到控制器(18)的各个组件依次之间的电力电缆应尽可能保持在最短距离。

5.根据权利要求1所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,所述蒸汽压缩制冷回路中的蒸发器(9)蒸发吸热,用于降低冷冻水管(31)道中的冷冻水水温度,冷冻水管(31)路共分为两个回路,一个环路连接风机盘管(12),供给建筑物冷量;另一个环路连接汽水换热器(7),来降低经过除湿系统中的除湿空气温度。

6.根据权利要求1所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,所述太阳能集热回路中的空气集热器(2)安装在屋顶上,空气集热器(2)进出口均装有温度传感器(13)和蝶阀(16),以便实时监测进出口空气温度,通过阀门,改变空气集热器(2)运行状态;

所述蒸汽压缩制冷回路中的冷凝器(11)与连接在空气集热器(2)之间的导流风管(30)安装有蝶阀(16),需要除湿时,蝶阀(16)开启,冷凝器(11)放出的热量所加热的空气进入导流风管(30)中,风管(30)上装有风机(4),用于保证热空气经过加压进入空气集热器(2)。

7.根据权利要求1所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,所述空气集热器(2)两侧装有旁通管,若由于天气原因使得太阳辐射能不足,空气集热器(2)无法满足除湿系统中再生空气温度要求时,空气集热器(2)关闭,经由旁通管进入再生加热器(3),由再生加热器(3)满足温度要求。

8.根据权利要求1所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,所述转轮除湿回路中的除湿转轮(5)采用氯化锂转轮除湿机,由交替防置的平的或压成波纹状的玻璃前卫铝制卷绕而成,在纸轮上形成许多蜂窝状通道,从而提供相当大的吸湿面积,载有吸湿剂的转轮,被密封条分隔成两个扇形区域:圆心角为270°的处理区和圆心角为90°的再生区;

所述转轮除湿回路中再生空气和室外新风入口处均装有过滤器(15)。

9.根据权利要求1所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统,其特征在于,所述交流配电柜(23)与公共电网(25)的回路装有双向电能表(24)。

10.基于权利要求1‑9任一项所述的一种光伏‑光热耦合制冷除湿空调系统的运行方法,其特征在于,分别包括光伏发电系统运行方式、制冷系统运行方式、光热系统运行方式和除湿系统运行方式;

所述光伏发电系统运行方式流程如下:

安装在屋顶上光伏阵列(1),当受到太阳光照射时,将接受到的太阳辐射能量转换成直流电,进入汇流箱(17),保证光伏组件(1)有序连接和汇流,生成的一部分直流电由控制器(18)交由直流配电柜(20)配以供给建筑内直流负载(21),当负载不需要供电时,多余的直流电由控制器(18)控制在蓄电池(19)中转换成化学能储存下来;

另一部分电能在逆变器(22)中经过逆变输出交流电进入交流配电柜(23),经由交流配电柜(23)分配供给建筑内用户电网(22),多余的电能则可通过交流配电(23),接入公共电网(25),由双向电能表(24)计量进入和流出公共电网的电量;

当光伏发电系统因天气原因或夜晚光伏组件(1)不能产生电量或产生的电量不能满足负载需求时,蓄电池(19)将化学能转换为电能,再次由控制器(18)控制供给负载,当蓄电池(19)转换的电能仍不能满足用电需求时,由公共电网(25)供电,进入交流配电柜(23)分配给用户电网(22),逆变器(22)采用双向逆变器,亦可经过交流电转换成直流电供给直流负载(21);

所述制冷系统运行方式流程如下:

当温度传感器(13‑1)检测到室内温度为未满足要求时,冷水机组中的蒸发器(9)内低温低压的制冷剂蒸发吸热,以供给冷量,共分为两个回路,分别是水管(31‑1)和水管(31‑

2),其中水管(31‑1)连接至风机盘管(12),供给建筑物冷量,压缩机(8)不断的抽吸蒸发器中产生的蒸汽,并将它压缩变成高温高压的制冷剂蒸汽流道室外的冷凝器(11),在冷凝器(11)中液化放出热量,而制冷剂逐渐被冷凝成高压液体,经过节流阀(10)节流降压,部分制冷剂液体液化放出热量变成低温低压的气液混合物,再次进入蒸发器(9)中由此形成一个循环;

当建筑内湿度无法满足人体热舒适,用户需要除湿时,风机(4‑1)工作,由冷凝器(11)中的制冷剂液化放出的热量所加热后的空气由导流风管(27‑1)连接引流,进入空气集热器(2)进行2次加热,以满足转轮除湿机对于再生空气所要求的工作温度范围,温度范围在90~150℃;

所述光热系统运行方式流程如下:

冷凝器余热加热的导流风管(30‑1)内的空气,经过风机(4‑1)加压后,进入空气集热器(2),空气集热器(2)吸收太阳辐射能后加热空气,当温度传感器(13‑2)和(13‑3)监测到的温度差值较小,此时由于太阳辐射能较弱的原因,蝶阀(16‑1)关闭,蝶阀(16‑3)开启,空气经过旁通风管(30‑2)进入再生加热器加热;

若再生加热器入口处的温度传感器(13‑4)检测到温度未达到90℃~150℃范围内,控制再生加热器(3)工作,使温度传感器(13‑5)检测到的温度达到此范围内,满足要求的热空气通过风管(30‑5)送入除湿转轮(5)的再生区;

所述除湿系统运行方式流程如下:

当湿度传感器(14‑1)检测到湿度未达到室内所要求的湿度时,蝶阀(16‑5)开启,室外新风进入过滤器(15‑1),过滤掉空气中的杂质,经过过滤的空气进入转轮除湿区;

进入转轮的新风由于转轮上布满蜂窝状的流道,需要除湿的空气流过这些流道时,与流道壁进行热湿交换,流道壁本身含有固体吸湿剂,被空气所冷却时,其对应的水蒸气分压力小于处理空气的水蒸气分压力,其中水蒸气就被吸附到吸湿剂中,从而将部分新风通过风机(4‑3)加压,当温度传感器(13‑7)监测到的空气温度较高时,经过汽水换热器降温冷却,经过风管(30‑4)送入室内,汽水换热器水侧回路是由蒸发器(9)分出的水管道(31‑2)来供给除湿系统所需冷量,经过换热由水管(31‑3)重新返回蒸发器;

由驱动电动机(27)驱动,随着转轮的旋转,除湿区流道的吸湿量逐渐饱和,当这些吸湿后的流道旋转到再生区时,经由过滤器(15‑2)的热空气流过这些蜂窝流道,含有固体吸湿剂的流道壁受热,其对应的水蒸气分压力高于再生空气中的水蒸气分压力,将吸湿剂中的水分驱离出来,而再生空气由风机(4‑2)排出室外,随着转轮的旋转和吸附的进行,蜂窝状的吸湿剂流道恢复了吸湿能力,又被旋转到除湿区,这样周而复始,除湿过程得以连续进行。