一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置及控制方法，所述风能制热装置包括控制单元、风力机、发电机、发电机离合器、风速模块、热泵离合器、电加热管、电动阀、热泵单元和转速模块；所述风力机将动力传递至地面，并将动力分为两路，一路动力经过发电机离合器传递给发电机；另一路动力经过热泵离合器传递给热泵单元。所述发电机离合器的主动接入可实现电加热供热功能；所述热泵离合器的主动接入可实现热泵供热功能。采用电加热管与热泵耦合的方案，通过控制电加热管与热泵接入条件，达到低风速启动，并通过电加热管二次加热的方案提高装置供水温度。的方案提高装置供水温度。的方案提高装置供水温度。

【技术实现步骤摘要】
一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及风能制热相关
，特别涉及一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置及控制方法。

技术介绍

[0002]风能直驱制热为新兴的一种风能利用形式。其可将风力机产生的机械能直接用于制热。我国三北地区风资源丰富，寒冷季节风力资源水平较高，风力制热可以大幅度缓解当地冬季供暖燃煤带来的环境污染。
[0003]目前风力制热有三个方向，风能直驱电磁涡流制热，风能直驱搅拌制热以及风能直驱热泵制热。电磁涡流制热，风能直驱搅拌制热的能效比均在100％以下，但风能直驱热泵制热方案能效比可超过100％，其能效比可达300％以上，具有广阔的发展前景。目前风能直驱制热设备仅停留在实验室阶段，市面上没有任何商品化的风能直驱制热装置在售。风力机技术及热泵技术较为成熟，但风能直驱热泵依然没有成熟的商品化样机。
[0004]电加热管加热是一种较为成熟的加热方案，可以将循环水加热至95℃以上，但其能效比较低。现有技术中，风能直驱热泵机组的启动风速较高，通常在6m/s，启动后在没有变桨距或者变容积压缩机的配套下，在约8m/s风速下达到额定输出。在环境温度低于
‑
15℃后出水温度较难达到50℃。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置及控制方法，采用电加热管与热泵耦合的方案，通过控制电加热管与热泵接入条件，达到低风速启动，并通过电加热管二次加热的方案提高装置供水温度。r/>[0006]为实现上述目的，本专利技术一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置，所述风能制热装置包括控制单元、风力机、发电机、发电机离合器、风速模块、热泵离合器、电加热管、电动阀、热泵单元和转速模块；所述控制单元分别与风力机、发电机、发电机离合器、风速模块、热泵离合器、电动阀、热泵单元和转速模块配合连接；所述发电机离合器分别与风力机和发电机配合连接，所述热泵离合器分别与风力机和热泵单元配合连接，且热泵单元分别与进水管路和出水管路连接；所述电加热管与发电机配合连接，且电加热管与供水管路匹配连接；所述风速模块安装与风力机上，转速模块的安装位置在发电机离合器和热泵离合器动力上游用于直接测量风力机的输出转速。
[0007]所述电加热管为与热泵单元出水管路并联的电加热装置。
[0008]所述电动阀为安装在热泵单元出水管路上的电动阀门。
[0009]一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置控制方法：所述风力机将动力传递至地面，并将动力分为两路，一路动力经过发电机离合器传递给发电机；另一路动力经过热泵离合器传递给热泵单元。
[0010]所述控制单元为用于采集风速和转速，且控制发电机离合器、热泵离合器和电动
阀的单一集成模块或多个模块的集合；所述风速模块和转速模块将采集到的实时转速信号传递给控制单元，控制单元根据设定的控制逻辑控制发电机离合器、电动阀和热泵离合器的动作。
[0011]当风速低于所述发电机切入风速时，设备待机；当风速高于发电机切入风速时，使用电加热管供热；当风速继续提升达到热泵单元切入风速后，使用热泵单独供热；随着风速继续提升，当设备首次达到最高转速后，电加热再次接入，热泵与电加热同时供热；随着风速继续提升，当设备二次达到最高转速后，启动偏航程序。
[0012]所述发电机直接与电加热管连接；当发电机运行时，产生电能直接传递给电加热管，电加热管对热泵单元的出水进行加热。
[0013]所述发电机离合器的主动接入可实现电加热供热功能。
[0014]所述热泵离合器的主动接入可实现热泵供热功能。
[0015]有益效果：
[0016]本专利技术电加热管与热泵耦合的方案，通过控制电加热管与热泵接入条件，达到低风速启动，并通过电加热管二次加热的方案提高装置供水温度。本专利技术能够有效降低风能制热装置的启动风速；相比于未采用此方案的设备，本专利技术可将启动风速由原有的6m/s进一步降低至3m/s。本专利技术能够有效提高风能制热装置的额定运行风速，相比于未采用此方案的设备，本专利技术可将额定运行风速由原有8m/s提升至约10m/s。本专利技术能够有效提升额定制热量，相比于未采用此方案的设备，本专利技术可将额定制热量提升约30％。本专利技术能够有效提升风能利用效率，相比于未采用此方案的设备，本专利技术可将风能利用效率在原有基础上提升约25％。本专利技术能够有效提升风能制热装置的供水温度。相比于未采用此方案的设备，在环境温度低于
‑
15℃下，本专利技术可将供水温度由原有的50℃提升至85℃以上。本专利技术所用硬件模块均为市面上常见模块无需定制开发，降低硬件开发成本。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的原理示意图；
[0018]图2为本专利技术的原理框图；
[0019]图3为本专利技术发电机与电加热管连接示意图；
[0020]图4为本专利技术所述不同风速下发电机与热泵运行状态示意图；
[0021]图5为本专利技术所述设备启动流程图；
[0022]图中：1
‑
控制单元，2
‑
风力机，3
‑
发电机，4
‑
发电机离合器，5
‑
风速模块，6
‑
热泵离合器，7
‑
电加热管，8
‑
电动阀，9
‑
热泵单元，10
‑
转速模块。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：
[0024]如图所示，
[0025]所述发电机离合器(4)为可以将风力机动力传递至发电机(3)的离合装置。
[0026]所述发电机(3)为永磁交流发电机。所述热泵离合器(6)为可以将风力机动力传递至热泵单元的离合装置。所述热泵单元(9)为用于将低品位热源的热能传递到高位热源的装置。所述风速模块(5)为安装在风力机上用于监测当前环境下的实时风速的传感器。所述
转速模块(10)为可以测量风轮下部输出轴转速的测速传感器。所述电加热管(7)为与热泵单元出水管路并联的电加热装置。所述电动阀(8)为安装在热泵单元出水管路的电动阀门。
[0027]风力机(2)将动力传递至地面，并将动力分为两路，一路动力经过发电机离合器(4)传递给发电机(3)另一路动力经过热泵离合器(6)传递给热泵单元(9)。风速模块(5)安装与风力机(2)上，转速模块(6)的安装位置在离合器动力上游可直接测量风力机(2)的输出转速。
[0028]图2是所述装置的原理框图。控制单元(1)为可以采集风速，转速，并控制发电机离合器(4)，热泵离合器(6)以及电动阀(8)的单一集成模块或多个模块的集合。所用硬件模块均为现有技术，其在市面上常见模块无需定制开发，降低硬件开发成本。
[0029]风速模块(5)，转速模块(10)将采集到的风速，以及实时转速信号传递给控制单元(1)，控制单元(1)根据设定的控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置，其特征在于：所述风能制热装置包括控制单元、风力机、发电机、发电机离合器、风速模块、热泵离合器、电加热管、电动阀、热泵单元和转速模块；所述控制单元分别与风力机、发电机、发电机离合器、风速模块、热泵离合器、电动阀、热泵单元和转速模块配合连接；所述发电机离合器分别与风力机和发电机配合连接，所述热泵离合器分别与风力机和热泵单元配合连接，且热泵单元分别与进水管路和出水管路连接；所述电加热管与发电机配合连接，且电加热管与供水管路匹配连接；所述风速模块安装与风力机上，转速模块的安装位置在发电机离合器和热泵离合器动力上游用于直接测量风力机的输出转速。2.根据权利要求1所述的风能制热装置，其特征在于：所述电加热管为与热泵单元出水管路并联的电加热装置。3.根据权利要求1所述的风能制热装置，其特征在于：所述电动阀为安装在热泵单元出水管路上的电动阀门。4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的风能制热装置的控制方法，其特征在于：所述风力机将动力传递至地面，并将动力分为两路，一路动力经过发电机离合器传递给发电机；另一路动力经过热泵离合器传递...

【专利技术属性】
技术研发人员：张育超，郑翔南，刘丽莉，李强，郑强，
申请(专利权)人：中船重工海为郑州高科技有限公司乌鲁木齐达坂城海为支油风电有限公司中船重工海为郑州高科技有限公司新疆分公司，
类型：发明
国别省市：