一种适用于风能直驱热泵机组的系统及适配方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于风能直驱热泵机组的系统及适配方法；所述系统包括温度模块、风速模块、转速模块、控制单元、补气增焓管路电磁阀和蒸发器旁路电磁阀；适配方法的控制流程包括为温度控制、转速控制和风速控制；适配方法启动后并行进行温度、转速和风速控制，直到所有控制被用户取消。本发明专利技术能有效解决现有控制方案在低风速下运行困难的问题，还可有效提高风力热泵额定运行风速，能有效提高风力热泵额定制热量，对于未采用此方案的设备，本发明专利技术可将制热量提升约35%。本发明专利技术还可有效提升风能利用效率。利用效率。利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于风能直驱热泵机组的系统及适配方法


[0001]本专利技术涉及风能制热相关
，特别涉及一种适用于风能直驱热泵机组的系统及适配方法。

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。其中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，市面上暂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，但目前风能直驱热泵依然没有成熟的商品化样机。风力机与制热设备的匹配是制约风力制热发展的因素之一。目前风能直驱热泵的硬件匹配形式均是使用机械传动装置将风轮产生的机械能经过固定增速比增速后传递给热泵压缩机。软件上采用“风力机+热泵”的控制。风力机负责风力机相关设备控制，热泵机组采用传统空调的制冷控制方法。
[0004]在已经检索到的多个风能直驱制热控制方案中“一种温度自控风力制热装置”（申请号:201310692604.2）采用温控方案，通过监测出水温度来改变水平轴风力机的增速比以控制风力机的输入转速。其主要适用于风能直驱搅拌至热或涡流制热，并不适用于风能直驱热泵制热。且其未考虑风力机与设备所需扭矩的匹配，单纯改变增速比可导致设备无法启动。在一种液体搅拌式风力制热机组及适配方法（申请号：202110321076.4）中采用将搅拌制热与热泵压缩机耦合的方案，根据风速匹配不同搅拌制热消耗功率，通过控制搅拌制热消耗的功率的变化来提升垂直轴风力制热装置系统风能利用区间，其有效地向上拓展了风能利用范围，设备可以在更高的风速下运行，但依然无法有效降低其启动风速拓展其风能利用区间的下限，且由于增加了额外的搅拌制热单元，系统成本将增加。
[0005]
技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种适用于风能直驱热泵机组的系统及适配方法，尤其是一种基于补气增焓管路及蒸发器旁路控制的风能直驱热泵机组系统及适配方法；能有效解决现有控制方案在低风速下运行困难的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术一种适用于风能直驱热泵机组的系统；所述系统包括温度模块、风速模块、转速模块、控制单元、补气增焓管路电磁阀和蒸发器旁路电磁阀；所述风速模块、转速模块和温度模块为系统的监测单元，监测单元采集相应信号，再将相应风速、转速和温度信号传送给控制单元；所述控制单元通过控制补气增焓管路电磁阀和蒸发器旁路电磁阀的开闭来实现风能直驱热泵的控制。
[0008]优选的，所述转速模块安装在风能直驱热泵机组的压缩机前端，用于监测风能直驱热泵机组的当前压缩机输入转速；所述风速模块安装在风能直驱热泵机组的风力机上，用于监测当前环境下的实时风速；所述补气增焓管路电磁阀受控制单元控制，安装与补气增焓管路上，且补气增焓电磁阀位于补气增焓管路中的补气增焓管路膨胀阀前；所述蒸发器旁路电磁阀安装在蒸发器旁路上，蒸发器旁路的一端位于蒸发器出口后，蒸发器旁路的另一端安装于主膨胀阀之前。
[0009]适用于风能直驱热泵机组系统的适配方法包括如下步骤：所述适配方法的控制流程包括为温度控制、转速控制和风速控制；适配方法启动后并行进行温度、转速和风速控制，直到所有控制被用户取消；关闭补气增焓电磁阀与蒸发器旁路电磁阀，在风能直驱热泵设计环境温度T
设计
下记录风能直驱热泵以设计最小转速N
设计最小
运行时的风速V
设计最小
、最大转速N
设计最大
运行时的风速V
设计最大
、确定温度控制目标上限T
上
、温度控制目标下限T
下
；根据风能直驱热泵的设计最小运行转速N
设计最小
与设计最大运行转速N
设计最大，
确定转速控制目标上限N
上
和转速控制目标下限N
下
；转速控制目标上限N
上
小于设计最大运行转速N
设计最大
；转速控制目标下限N
下
大于等于最小运行转速N
设计最小
；根据风能直驱热泵的设计最小运行风速V
设计最小
与设计最大运行风速V
设计最大
确定风速控制目标上限V
上
和转速控制目标下限V
下
；风速控制目标上限V
上
=V
设计最大
；风速控制目标下限V
下
=V
设计最小
。
[0010]优选的，所述温度控制的流程如下：所述控制单元根据温度模块读取的环境温度T
t
、以及设定的温度控制目标上限T
上
，温度控制目标下限T
下
，控制蒸发器旁路电磁阀与补气增焓管路电磁阀的开闭。
[0011]优选的，当环境温度T
t
高于温度控制目标值T
上
，蒸发器旁路电磁阀开启；当环境温度T
t
低于温度控制目标值T
上
，蒸发器旁路电磁阀关闭；当环境温度T
t
高于温度控制目标值T
下
，补气增焓管路电磁阀关闭；当环境温度T
t
低于温度控制目标值T
下
，补气增焓管路电磁阀开启。
[0012]优选的，所述转速控制的流程如下：所述控制单元根据转速模块读取的当前压缩机输入转速N
t
、以及设定的转速控制目标上限N
上
和转速目标下限N
下
，控制蒸发器旁路电磁阀与补气增焓管路电磁阀的开闭；转速控制开始后，进行当前转速N
t
读取；当N
t
＞N
上
时运行补气增焓管路电磁阀转速控制流程，当N
t
小于N
下
时运行蒸发器旁路电磁阀转速控制流程；完成任意流程后重新进行当前转速N
t
的读取，并进行新一轮的判定；循环重复进行直到用户取消转速控制。
[0013]优选的，所述补气增焓管路电磁阀转速控制的流程启动后，补气增焓电磁阀开启，之后当N
t
＜N
下
时，关闭补气增焓管路电磁阀，并结束补气增焓管路电磁阀转速控制流程。
[0014]优选的，所述风速控制的流程如下：风速控制开始后，进行当前平均风速V
t
读取；当前平均风速V
t
为当前时刻之前X秒内采集的风速平均值；当V
t
＞V
上
时运行补气增焓管路电磁阀风速控制流程，当V
t
小于V
下
时运行蒸发器旁路电磁阀风速控制流程；完成任意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于风能直驱热泵机组的系统；其特征在于：所述系统包括温度模块、风速模块、转速模块、控制单元、补气增焓管路电磁阀和蒸发器旁路电磁阀；所述风速模块、转速模块和温度模块为系统的监测单元，监测单元采集相应信号，再将相应风速、转速和温度信号传送给控制单元；所述控制单元通过控制补气增焓管路电磁阀和蒸发器旁路电磁阀的开闭来实现风能直驱热泵的控制。2.根据权利要求1所述的适用于风能直驱热泵机组系统；其特征在于：所述转速模块安装在风能直驱热泵机组的压缩机前端，用于监测风能直驱热泵机组的当前压缩机输入转速；所述风速模块安装在风能直驱热泵机组的风力机上，用于监测当前环境下的实时风速；所述补气增焓管路电磁阀受控制单元控制，安装与补气增焓管路上，且补气增焓电磁阀位于补气增焓管路中的补气增焓管路膨胀阀前；所述蒸发器旁路电磁阀安装在蒸发器旁路上，蒸发器旁路的一端位于蒸发器出口后，蒸发器旁路的另一端安装于主膨胀阀之前。3.根据权利要求1或2任一所述的适用于风能直驱热泵机组系统的适配方法，其特征在于：包括如下步骤：适配方法的控制流程包括为温度控制、转速控制和风速控制；适配方法启动后并行进行温度、转速和风速控制，直到所有控制被用户取消；关闭补气增焓电磁阀与蒸发器旁路电磁阀，在风能直驱热泵设计环境温度T
设计
下记录风能直驱热泵以设计最小转速N
设计最小
运行时的风速V
设计最小
、最大转速N
设计最大
运行时的风速V
设计最大
、确定温度控制目标上限T
上
、温度控制目标下限T
下
；根据风能直驱热泵的设计最小运行转速N
设计最小
与设计最大运行转速N
设计最大，
确定转速控制目标上限N
上
和转速控制目标下限N
下
；转速控制目标上限N
上
小于设计最大运行转速N
设计最大
；转速控制目标下限N
下
大于等于最小运行转速N
设计最小
；根据风能直驱热泵的设计最小运行风速V
设计最小
与设计最大运行风速V
设计最大
确定风速控制目标上限V
上
和转速控制目标下限V
下
；风速控制目标上限V
上
=V
设计最大
；风速控制目标下限V
下
=V
设计最小
。4.根据权利要求3所述的适配方法，其特征在于：所述温度控制的流程如下：所述控制单元根据温度模块读取的环境温度T
t
、以及设定的温度控制目标上限T
上
，温度控制目标下限T
下
，控制蒸发器旁路电磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑翔南，刘俊，李强，宋星，张婷，
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：