用于通信基站的水氢发电热泵空调系统及制热制冷方法技术方案

本发明专利技术公开了用于通信基站的水氢发电热泵空调系统，包括压缩机、四通换向阀、机房内换热器、节流阀、机房外换热器、甲醇水储存容器、输送泵、重整器、燃料电池、电力转换系统、通信设备及空气余气混合器；重整器产生高温余气，排向空气余气混合器或外界；空气余气混合器用于将外界空气与高温余气混合成中温混合气体，输向机房外换热器；燃料电池用于氢气与氧气发生电化学反应，产生电能输出；电力转换系统用于将燃料电池输出的电能转换为负载所需求的电，为压缩机、输送泵及通信基站通信设备供电。本发明专利技术在制热工况下，室外空气低于‑5℃时，仍能正常高效工作，蒸发器不会结霜，且本发明专利技术能满足通信设备供电，无需外网供电，不受地域限制。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及热泵空调
，特别涉及一种用于通信基站的水氢发电热泵空调系统及制热制冷方法。

技术介绍

通信基站电力系统是由变配电、发电机组、UPS、蓄电池和48V（24V）直流电源五部分构成，其中UPS起到网电断电自动切换成蓄电池组备用电源供电之用，备用电的持续时间由蓄电池组电储存容量所决定，一旦蓄电池组电力不足，就得启用汽柴油发电机进行发电，以保证对移动通信基站长效供电，目前的通信基站备用电源主要使用铅酸电池，其寿命一般只有3-5年，一个小型基站就需要1.5吨的铅酸电池，且极易造成铅污染。并且，如果通信基站位于无网电的山区，则需要发电机组长期供电，而传统发电机组通常为燃油发电机，不仅噪声大，而且耗能高，污染空气环境。通信基站的用电设备包括通信设备、空调、电灯等，其中空调通常为空气源热泵空调。
空气源热泵空调原理就是利用逆卡诺原理，在制热工况下，室内换热器为冷凝器，室外换热器为蒸发器，蒸发器从室外空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给用热的室内空间，冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。在制冷工况下，室外换热器为冷凝器，室内换热器为蒸发器，蒸发器从室内空间空气中的热能中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递至室外，冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。
然而，空气源热泵的缺点是室外空气温度越低时供热量越小，特别是当室外空气温度低于-5℃时，热泵就难以正常工作，需要用电或其他辅助热源对空气进行加热，热泵的效率大大降低。空气源热泵在制热工况下，蒸发器上会结霜，需要定期除霜，除霜模块技术可参照中国专利申请201210152219.4用于空气源热泵系统的除霜方法、201410108455.5一种热泵空调除霜控制方法及热泵空调系统，空气源热泵增加除霜模块之后，不但稳定性降低、维护成本增加，而且也损失相当大一部分能量。

技术实现思路

本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种用于通信基站的水氢发电热泵空调系统，该热泵空调系统在制热工况下，室外空气低于-5℃时，仍能正常高效工作，蒸发器上也不会结霜，无需定期除霜，并且该热泵空调系统在满足自身供电的同时，还能为通信基站的通信设备供电，噪声小、耗能低、不污染空气环境。为此，本专利技术还要提供一种所述用于通信基站的水氢发电热泵空调系统的制热制冷方法。
为解决上述第一个技术问题，本专利技术的技术方案是：用于通信基站的水氢发电热泵空调系统，包括压缩机、四通换向阀、机房内换热器、节流阀、机房外换热器、甲醇水储存容器、输送泵、重整器、燃料电池、电力转换系统、通信设备及空气余气混合器；所述压缩机、四通换向阀、机房内换热器、节流阀与机房外换热器之间形成热泵空调系统的工质输送回路；所述甲醇水储存容器储存有液态的甲醇水原料；所述输送泵用于将甲醇水储存容器中的甲醇水原料通过输送管道泵送至重整器的重整室；重整器设有重整室、氢气纯化装置、燃烧腔及排气囱口，所述重整室用于甲醇与水蒸汽发生重整制氢反应制得氢气和二氧化碳的混合气体，所述氢气纯化装置用于分离出制得的氢气，该氢气输向燃料电池，所述燃烧腔用于部分制得的氢气与外界空气中的氧气燃烧，为重整器的运行提供热量；所述氢气纯化装置分离之后的二氧化碳、燃烧腔内氢气氧气燃烧产生的水汽以及外界空气中的未燃烧气体混合成高温余气，从排气囱口排向空气余气混合器或外界；所述空气余气混合器用于将外界空气与高温余气混合成中温混合气体，输向机房外换热器；所述燃料电池用于氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生电能输出；所述电力转换系统用于将燃料电池输出的电能转换为负载所需求的电，为压缩机、输送泵及通信基站的通信设备供电。
优选地，所述工质输送回路设有用于输送制冷工况状态下的工质的止回阀，所述节流阀包括主毛细管和副毛细管，其中副毛细管与止回阀相并联；所述工质输送回路上还设有过滤器及消声器。
优选地，所述排气囱口与空气余气混合器之间设有换向阀，在制热工况状态下，从排气囱口排出的高温余气经换向阀后排向空气余气混合器，在制冷工况状态下，从排气囱口排出的高温余气经换向阀后排向外界。
优选地，所述空气余气混合器设有风扇及温度感应器，风扇用于将外界空气扇入空气余气混合器，温度感应器用于检测空气余气混合器内的混合气体温度，该混合气体温度范围为15～60℃。
优选地，所述输送泵与重整器之间的输送管道上设有换热器，低温的甲醇和水原料在换热器中，与重整器输出的高温氢气进行换热，甲醇和水原料温度升高，氢气温度降低。
优选地，所述氢气纯化装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%-78%，银占22%-25%。
为解决上述第二个技术问题，本专利技术的技术方案是：所述用于通信基站的水氢发电热泵空调系统的制热制冷方法，包括以下步骤：
a.重整器在运行过程中，发生甲醇水重整制氢反应，制得的氢气输向燃料电池，在燃料电池内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生电能输出，与此同时，从重整器的排气囱口排出高温余气；
b.在制热工况下，机房内换热器成为冷凝器，机房外换热器成为蒸发器，高温余气排向空气余气混合器，并与外界空气混合成中温混合气体输向机房外换热器，在机房外换热器中，中温混合气体与工质换热，转化成低温混合气体后排出；燃料电池输出的电能经电力转换系统转换后，为压缩机、输送泵及通信基站的通信设备供电；
c.在制冷工况下，机房内换热器成为蒸发器，机房外换热器成为冷凝器，高温余气排向外界；燃料电池输出的电能经电力转换系统转换后，为压缩机、输送泵及通信基站的通信设备供电。
优选地，在制热工况下，温度传感器实时检测空气余气混合器中的混合气体温度，并将温度信息反馈给控制装置，控制装置通过风扇调整外界空气的送入量，以控制混合气体的温度范围在15～60℃内。
本专利技术的有益效果是：其一、本专利技术在满足热泵空调供电的同时，还能满足通信基站的通信设备供电，能够替代原有发电机组、UPS、蓄电池组和48V直流电源四部分，并且在保证醇水燃料的供应下，可以长效供电，无需外网供电，不受地域限制；其二、本专利技术采用甲醇和水作为原料进行重整制氢，再利用燃料电池发电，无废渣和有害废气污染,清洁，不影响人体健康，甲醇来源广泛，是可再生能源，且重整器及燃料电池噪声小、耗能低；其三、在制热工况下，由于高温余气排向空气余气混合器，并与外界空气混合成中温混合气体输向机房外换热器，此时，机房外换热器为蒸发器，在机房外换热器中，中温混合气体与工质换热，转化成低温混合气体后排出，因此，在任何低温空气环境（例如-5℃以下的空气环境），热泵空调均能正常高效工作；其四、在制热工况下，由于机房外换热器（即蒸发器）输入的是中温混合气体，因此也不会结霜，无需定期除霜；其五、本专利技术使重整器的高温余气热量得到利用，从而提高了甲醇水原料的利用效率，与此同时，高温余气与外界空气混合后，热泵空调能同时利用高温余气及外界空气的热量，使得热泵空调更节能省本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于通信基站的水氢发电热泵空调系统，其特征在于：包括压缩机、四通换向阀、机房内换热器、节流阀、机房外换热器、甲醇水储存容器、输送泵、重整器、燃料电池、电力转换系统、通信设备及空气余气混合器；所述压缩机、四通换向阀、机房内换热器、节流阀与机房外换热器之间形成热泵空调系统的工质输送回路；所述甲醇水储存容器储存有液态的甲醇水原料；所述输送泵用于将甲醇水储存容器中的甲醇水原料通过输送管道泵送至重整器的重整室；重整器设有重整室、氢气纯化装置、燃烧腔及排气囱口，所述重整室用于甲醇与水蒸汽发生重整制氢反应制得氢气和二氧化碳的混合气体，所述氢气纯化装置用于分离出制得的氢气，该氢气输向燃料电池，所述燃烧腔用于部分制得的氢气与外界空气中的氧气燃烧，为重整器的运行提供热量；所述氢气纯化装置分离之后的二氧化碳、燃烧腔内氢气氧气燃烧产生的水汽以及外界空气中的未燃烧气体混合成高温余气，从排气囱口排向空气余气混合器或外界；所述空气余气混合器用于将外界空气与高温余气混合成中温混合气体，输向机房外换热器；所述燃料电池用于氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生电能输出；所述电力转换系统用于将燃料电池输出的电能转换为负载所需求的电，为压缩机、输送泵及通信基站的通信设备供电。...

【技术特征摘要】
1.用于通信基站的水氢发电热泵空调系统，其特征在于：包括压缩机、四通换向阀、机房内换热器、节流阀、机房外换热器、甲醇水储存容器、输送泵、重整器、燃料电池、电力转换系统、通信设备及空气余气混合器；所述压缩机、四通换向阀、机房内换热器、节流阀与机房外换热器之间形成热泵空调系统的工质输送回路；所述甲醇水储存容器储存有液态的甲醇水原料；所述输送泵用于将甲醇水储存容器中的甲醇水原料通过输送管道泵送至重整器的重整室；重整器设有重整室、氢气纯化装置、燃烧腔及排气囱口，所述重整室用于甲醇与水蒸汽发生重整制氢反应制得氢气和二氧化碳的混合气体，所述氢气纯化装置用于分离出制得的氢气，该氢气输向燃料电池，所述燃烧腔用于部分制得的氢气与外界空气中的氧气燃烧，为重整器的运行提供热量；所述氢气纯化装置分离之后的二氧化碳、燃烧腔内氢气氧气燃烧产生的水汽以及外界空气中的未燃烧气体混合成高温余气，从排气囱口排向空气余气混合器或外界；所述空气余气混合器用于将外界空气与高温余气混合成中温混合气体，输向机房外换热器；所述燃料电池用于氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生电能输出；所述电力转换系统用于将燃料电池输出的电能转换为负载所需求的电，为压缩机、输送泵及通信基站的通信设备供电。
2.根据权利要求1所述的用于通信基站的水氢发电热泵空调系统，其特征在于：所述工质输送回路设有用于输送制冷工况状态下的工质的止回阀，所述节流阀包括主毛细管和副毛细管，其中副毛细管与止回阀相并联；所述工质输送回路上还设有过滤器及消声器。
3.根据权利要求1所述的用于通信基站的水氢发电热泵空调系统，其特征在于：所述排气囱口与空气余气混合器之间设有换向阀，在制热工况状态下，从排气囱口排出的高温余气经换向阀后排向空气余气混合器，在制冷工况状态下，从排气囱口排出的高温余气经换向阀后排向外界。
4.根据权利要求1所述的用于通信基站的水氢发电热泵空调系统，其特征在于：所述空气余气...

【专利技术属性】
技术研发人员：向华，
申请(专利权)人：广东能态科技投资有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44