[发明专利]一种船载热泵空调系统及制热制冷方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶空调技术领域，特别涉及一种船载热泵空调系统及制热制冷方法。

背景技术

目前，民用渔船、游艇等中小型船舶主要以内燃机为动力，内燃机主要问题是燃料燃烧会产生污染环境的废气，燃油泄漏会污染水域，这些污染对于水产品养殖、生长水域或是优美环境的水上景区的影响要远远大于一般地区。而且内燃机工作时会发出很大噪音，给船上作业、休闲和休息带来干扰。为应对此问题，以燃料电池为船舶动力的技术逐渐开发出来。由于传统船舶空调在制热时能利用燃油发动机热量制热，而燃料电池船舶的空调系统则难以利用发动机热量制热，不能提供作为船舶空调冬天采暖的热源，因此，现有技术中燃料电池船舶，需要采用热泵型空调系统进行制热及制冷，而热泵型空调系统空调的制热耗能较高。

船舶热泵型空调系统原理就是利用逆卡诺原理，在制热工况下，船舱内换热器为冷凝器，船舱外换热器为蒸发器，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船舱内空间，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，船舱外换热器为冷凝器，船舱内换热器为蒸发器，蒸发器从船舱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，船舶热泵型空调系统的缺点是船舱外空气温度越低时供热量越小，特别是当船舱外空气温度低于-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。船舶热泵型空调系统在制热工况下，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。

中国专利申请201410259775.0公开了一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，其燃料电池由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制系统构成；该燃料电池为船舶动力及热源的装置包括小功率的电池单体串联组成的大功率燃料电池组，甲醇燃料储罐或氢气燃料储罐通过管道与燃料电池的重整器相通连，重整器与燃料电池相连，燃料罐与流体送泵进行连接，并装设有控制流量的流量计；船上用电设备为两类，包括直流电设备和交流电设备；燃料电池动力装置由燃料电池、电动机、变速箱和推进装置组成，燃料电池输出电源与逆变器相连，后与电动机连接，电动机通过连接连轴器连接变速箱，变速箱与推进装置的主轴相连；燃料电池组自带一套冷却系统，设有冷却剂的循环管道和辐射器，在原辐射器外再增加并联一套辐射器，两套辐射器均设有两套辐射器切换截断阀，燃料电池纯净水出口与反应气体出口处的换热器相连接，其燃料电池排水口与集水器相连，集水器上设有溢流装置与下水道相连。燃料电池发电时产生的热量有一部分需要排出，以维持电池组正常工作的温度范围，燃料电池自带一套冷却系统，通过冷却剂的循环和辐射器的辐射向外释放热量。供暖系统设计是通过在原辐射器之外再并联一套辐射器，两套辐射器都有截断阀，可以通过阀门进行切换，平时由原冷却系统运行散热，热量排向大气；若温度低船舱内需要供暖，则切换到向舱内散热的冷却系统，以调节舱内温度，可以降低使用专用的调温设备（如空调）的能量消耗。然而，上述以燃料电池为船舶动力及热源的装置至少还具有如下缺失：其一、仅仅利用燃料电池发电时散发的热量，未利用重整器排出的高温余气热量，热量利用率低；其二、燃料电池发电时散发的热量，是通过冷却系统直接向舱内散热的，其与船舶热泵型空调系统是相互独立的，因此，当船舱外空气温度低时，船舶热泵型空调系统仍然难以正常工作，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，并且船舶热泵型空调系统的蒸发器上仍然会存在结霜问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种船载热泵空调系统，该热泵空调系统能利用重整器排出的高温余气热量，在制热工况下，船舶外空气低于-5℃时，仍能正常高效工作，蒸发器上也不会结霜。为此，本发明还要提供一种该船载热泵空调系统的制热制冷方法。