一种海上船用海水源热泵供暖空调系统

技术领域

本发明属于船用设备技术领域，涉及一种热泵供暖空调系统，特别是涉及一种利用太阳能光伏发电并带有蓄电装置的船用海水源热泵供暖空调系统。

背景技术

海水源热泵技术是利用地球表面浅层海水的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。

但是，现有的海水源热泵技术都是直接利用柴油机组发电来驱动海水源热泵进行供暖供冷。由此，存在费用过高的问题。

同时，由于一定深度的海水温度受海上气温影响小，一般温度都十分稳定，而太阳能在日间也是取之不尽的清洁能源，并且蓄电装置可储存太阳能发出的多余电量，可解决夜间用电需求，因此用太阳能发电驱动海水源热泵机组将海水作为热/冷源，蓄电装置储能，为海上船冬季供暖夏季供冷，不仅节能、环保、高效，而且能大幅度降低热泵用电费用，对海上船用供暖空调系统发展以及推广具有非常重要的意义。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的海上船用海水源热泵供暖空调系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种海上船用海水源热泵供暖空调系统，其带有太阳能光伏发电和蓄电装置，可以解决现有技术中直接利用柴油机组发电驱动海水源热泵供暖供冷存在的费用过高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种海上船用海水源热泵供暖空调系统，其包括供暖空调模块、发电模块和控制模块，所述供暖空调模块和发电模块通过所述控制模块连接，其特征在于，所述发电模块包括光伏组件和柴油发电机组，所述控制模块包括控制器、配电箱、蓄电装置和逆变器，所述光伏组件和柴油发电机组分别与所述控制器的第一输入接口和第二输入接口相连，所述配电箱、蓄电装置和逆变器分别与所述控制器的第一输出接口、第二输出接口和第三输出接口相连且所述蓄电装置和逆变器也都与所述配电箱相连，所述配电箱与所述供暖空调模块相连，所述控制器用于控制所述光伏组件发的电和所述蓄电装置蓄的电为所述供暖空调模块提供电能，并且在所述光伏组件发的发电和所述蓄电装置蓄的电的电量不足时，控制所述柴油发电机组发的电为所述供暖空调模块提供电能。

优选地，所述供暖空调模块包括海水源热泵机组、海水进口装置、海水出口装置、淡水箱、海水-淡水换热装置、海水进口电动三通阀门和船舱风机盘管末端装置，所述海水源热泵机组包括冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机和换向四通阀，所述淡水箱用于储存冷却所述柴油发电机组的冷却水，所述海水-淡水换热装置位于所述淡水箱内并用于对来自所述海水进口装置的海水进行预热处理，所述海水进口电动三通阀门的第一口与所述海水进口装置相连、第二口与所述海水-淡水换热装置相连、第三口与所述换向四通阀的第一口相连，所述换向四通阀的第二口和第三口分别连接到所述蒸发器的海水换热入口和海水换热出口处、第四口连接到所述冷凝器的海水换热入口处，所述冷凝器的海水换热出口与所述海水出口装置相连，所述冷凝器和蒸发器用于与所述船舱风机盘管末端装置进行热交换。

优选地，所述供暖空调模块包括位于所述海水进口电动三通阀门与所述换向四通阀之间的热源侧循环水泵。

优选地，所述船舱风机盘管末端装置处设有用户侧循环水泵。

优选地，所述控制模块还包括与所述控制器的第四输出接口相连的防雷装置，所述防雷装置用于保证所述光伏组件和蓄电装置安全不受雷击。

优选地，所述海上船用海水源热泵供暖空调系统进一步包括与所述配电箱相连的船上用电设备。

优选地，所述控制模块还包括与所述控制器的第五输出接口相连的数据监控器，所述数据监控器用于显示所述光伏组件的总发电量、所述柴油发电机组的发电量、所述蓄电装置的蓄电量、所述海水源热泵机组的用电量和所述船上用电设备的用电量。

优选地，所述发电模块还包括与光伏组件相连的弃电装置，所述弃电装置用于对所述控制器未处理的所述光伏组件发的电进行释放处理。

与现有技术相比，本发明的海上船用海水源热泵供暖空调系统具有如下有益技术效果中的一者或多者：

1、本发明可以通过以太阳能光伏发电和蓄电装置蓄电为主，柴油发电机组发电为辅助，采用控制器对发电量进行使用管理和储存，优先使用太阳能光伏发电和蓄电装置供电，其次开启柴油发电机组供电，从而降低柴油发电机组使用时间以及供电量，降低了用电成本，保证了系统供暖供冷以及其他设备用电的稳定性。

2、本发明在供暖模式下，对海水源热泵进口海水进行预加热，提高了进口海水温度，同时，提高了海水源热泵机组的能效。

3、本发明完全可以通过控制器动态调整电量使用以及储存，实现系统电量自给自足，满足海水源热泵系统的用电需求。

附图说明

图1是本发明的海上船用海水源热泵供暖空调系统的构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

针对现有技术中海上船用海水源热泵供暖空调系统存在的问题，本发明提供一种带有太阳能光伏发电和蓄电装置的船用海水源热泵供暖空调系统，其可实现太阳能、蓄电装置、柴油发电机组先后给船用海水源热泵供暖空调系统供应电量，以解决现有技术中直接利用柴油机组发电驱动海水源热泵供暖供冷存在的费用过高的问题。

图1示出了本发明的海上船用海水源热泵供暖空调系统的构成示意图。如图1所示，本发明的海上船用海水源热泵供暖空调系统包括供暖空调模块、发电模块和控制模块。所述供暖空调模块和发电模块通过所述控制模块连接。

其中，所述发电模块包括光伏组件1和柴油发电机组2。在太阳光辐射强度达到一定条件时，所述光伏组件1将太阳能转化为电能，进行供电。所述柴油发电机组2是以柴油机为原动机，拖动同步发电机发电的一种电源设备。

优选地，所述发电模块还包括与光伏组件1相连的弃电装置31。所述弃电装置31用于对后述的控制器3未处理的所述光伏组件1发的电进行释放处理。

所述控制模块包括控制器3、配电箱11、蓄电装置12和逆变器13。所述光伏组件1和柴油发电机组2分别与所述控制器3的第一输入接口4和第二输入接口5相连。所述配电箱11、蓄电装置12和逆变器13分别与所述控制器3的第一输出接口6、第二输出接口7和第三输出接口8相连且所述蓄电装置12和逆变器13也都与所述配电箱11相连。

其中，所述控制器3用于对所述发电模块供应的电量进行分配以及处理。

所述配电箱11与所述供暖空调模块和船内其他用电设备，例如，船上用电设备30相连。由此，所述配电箱11可以为所述供暖空调模块和船内其他用电设备分配电能。

所述蓄电装置12用于在所述光伏组件1发的电量高于设备用电量时，进行蓄电。

所述逆变器13将所述光伏组件1发的直流电逆变为交流电输出，以便于用电设备使用。

由此，在所述控制器3的控制下，可以用所述光伏组件1发的电和所述蓄电装置12蓄的电为所述供暖空调模块和船内其他用电设备提供电能。并且，在所述光伏组件1发的发电和所述蓄电装置12蓄的电的电量不足时，可以用所述柴油发电机组2发的电为所述供暖空调模块和船内其他用电设备提供电能。

因此，本发明可实现太阳能、蓄电装置、柴油发电机组先后给船用海水源热泵供暖空调系统供应电量，以解决现有技术中直接利用柴油机组发电驱动海水源热泵供暖供冷存在的费用过高的问题。

在本发明中，优选地，所述控制模块还包括与所述控制器3的第四输出接口9相连的防雷装置14。所述防雷装置14用于保证所述光伏组件1和蓄电装置12安全不受雷击。

更优选地，所述控制模块还包括与所述控制器3的第五输出接口10相连的数据监控器15。所述数据监控器15用于显示所述光伏组件1的总发电量、所述柴油发电机组2的发电量、所述蓄电装置12的蓄电量、所述海水源热泵机组16的用电量和所述船上用电设备30的用电量等。由此，便于进行发电量、用电量等的监控，从而有助于进行管理。

在本发明中，所述供暖空调模块包括海水源热泵机组16、海水进口装置17、海水出口装置18、淡水箱19、海水-淡水换热装置20、海水进口电动三通阀门21和船舱风机盘管末端装置27。

其中，所述海水源热泵机组16与一般工程中广泛应用的机组相似，主要包括蒸发器25、冷凝器23、压缩机29和膨胀阀24，其安装在船舱内，由所述发电模块供电，由所述控制模块分配用电以及蓄电，实现冬季供暖夏季供冷。

所述淡水箱19用于储存冷却所述柴油发电机组2的冷却水，通过对所述柴油发电机组2的冷却，使得所述淡水箱19内的冷却水变热。

所述海水-淡水换热装置20位于所述淡水箱19内并用于对来自所述海水进口装置17的海水进行预热处理。也就是说，来自所述海水进口装置17的海水进入到所述海水-淡水换热装置20中，与所述淡水箱19中冷却所述柴油发电机组2后的热水进行热交换，从而使得来自所述海水进口装置17的海水得到预热。

与一般工程中广泛应用的机组不同的是，在本发明中，所述海水源热泵机组16还包括换向四通阀28。并且，所述蒸发器25和冷凝器23周围都设有换热结构，例如换热鳍片、换热管网等，使得来自所述换向四通阀28的海水可以通过所述换热结构与所述蒸发器25和冷凝器23中的制冷剂进行换热。

所述海水进口电动三通阀门21的第一口与所述海水进口装置17相连、第二口与所述海水-淡水换热装置20相连、第三口与所述换向四通阀28的第一口相连。由此，根据需要，使得通过所述海水进口电动三通阀门21供给到所述换向四通阀28的即可以是来自所述海水进口装置17的海水，也就是，冷海水，也可以是来自所述海水-淡水换热装置20的预热后的海水，也就是，热海水。

所述换向四通阀28的第二口和第三口分别连接到所述蒸发器25的海水换热入口和海水换热出口处，也就是，所述蒸发器25的周围设置的换热结构的海水入口和海水出口处。同时，所述换向四通阀28第四口连接到所述冷凝器23的海水换热入口处，也就是，所述冷凝器23的周围设置的换热结构的海水入口处。所述冷凝器23的海水换热出口，也就是，所述冷凝器23的周围设置的换热结构的海水出口与所述海水出口装置18相连。由此，根据需要，可以将来自所述海水进口电动三通阀门21的热海水供给到所述蒸发器25周围以与所述蒸发器25内的制冷剂进行热交换，并将来自所述海水进口电动三通阀门21的冷海水供给到所述冷凝器23周围以与所述冷凝器23内的制冷剂进行热交换。

为了便于所述热海水和冷海水的供给，优选地，所述供暖空调模块包括位于所述海水进口电动三通阀门21与所述换向四通阀28之间的热源侧循环水泵22。

与现有技术中相似，所述冷凝器23和蒸发器25用于与所述船舱风机盘管末端装置27进行热交换。也就是，与所述冷凝器23或蒸发器25进行热交换的介质通过所述船舱风机盘管末端装置27对船舱进行供暖供冷等。

优选地，所述船舱风机盘管末端装置27处设有用户侧循环水泵26。由此，便于所述船舱风机盘管末端装置27循环回路内的介质的流动。

在本发明中，所述供暖空调模块根据季节不同可分为供暖模式和空调模式。

其中，所述供暖模式工作原理为，冬季经过所述海水进口装置17进入的海水流经所述海水-淡水换热装置20进行一次加热后，经由所述海水进口电动三通阀门21进入到所述海水源热泵机组16中，并经由所述换向四通阀28引导到所述蒸发器25周围的换热结构中。所述蒸发器25内装有制冷剂，在所述蒸发器25内的制冷剂与所述热海水进行叫人，从而使得所述制冷剂受热蒸发吸收所述换热结构内的热海水的热量。携带热量的制冷剂通过管道进入所述压缩机29，由所述压缩机29做功将制冷剂压缩二次提升温度，将高温高压的制冷剂送入所述冷凝器23冷凝放热，并在所述冷凝器23处与所述船舱风机盘管末端设备27进行热交换，将制冷剂热量释放到所述船舱风机盘管末端设备27中。完成热交换后的制冷剂通过另一端的管道流回所述冷凝器23。所述冷凝器23连接节流阀24，由所述节流阀24做功释放压力，制冷剂降低到原来的温度，由所述节流阀24的另一端管道流回到所述蒸发器25，以便于再次换热。而与所述蒸发器25换热后的热海水在降温后重新流回到所述海水-淡水换热装置20中进行再加热，然后再流回到所述蒸发器25周围的换热结构中进行再换热。由此，通过不断循环，使得所述海水源热泵机组16将热量传递给所述船舱风机盘管末端设备27。

因此，本发明在供暖模式下，通过对海水源热泵机组进口海水进行预加热，提高了进口海水温度，同时，提高了海水源热泵机组的能效。

所述空调模式工作原理为，夏季经过所述海水进口装置17进入的海水不流经所述海水-淡水换热装置20，而是直接流向所述海水进口电动三通阀门21，并通过所述海水进口电动三通阀门21将海水直接送入到所述海水源热泵机组16中。然后，海水通过所述换向四通阀28流到所述冷凝器23周围的换热结构中。所述冷凝器23内装有制冷剂，所述冷凝器23内的制冷剂与所述海水进行热交换，从而使得制冷剂被冷，凝释放制冷剂的热量到所述海水中。释放热量后的制冷剂通过所述节流阀24降压，进入到所述蒸发器25中，并在所述蒸发器25处与所述船舱风机盘管末端装置27进行热交换，吸收船舱内的空气热量而使得制冷剂进行降温降压。低温低压制冷剂通过所述压缩机29压缩加压加温后，进入所述冷凝器23，完成一个空调制冷循环。同时，海水与所述冷凝器23中的制冷剂完成热交换之后，直接通过所述海水出口装置18排入大海中。

由此，在本发明中，可以通过所述海水进口电动三通阀门21和换向四通阀28进行供暖模式和空调模式的转换。

在供暖模式下，调节所述海水进口电动三通阀门21，对流经所述淡水箱19内的淡水-海水换热装置20的进口海水进行热交换，经过淡水换热的海水，经所述海水源热泵机组16的蒸发器25(供暖)后，又重新返回所述淡水-海水换热装置20中，进行下一次的换热，形成了一个完整的循环。

而在空调模式下，调节所述海水进口电动三通阀门21，使海水直接进入所述海水源热泵机组16的冷凝器23周围，经与所述冷凝器23内的制冷剂换热后排入到大海中。

在本发明中，所述发电模块的具体实施过程具体包括：

在白天海上太阳辐射强度高时，优先使用所述光伏组件1发出的电能驱动所述海水源热泵机组16冬季供暖、夏季供冷。并且，在满足所述海水源热泵机组16运行还有剩余电量的情况下，通过所述蓄电装置12将这部分电能储存起来。所述蓄电装置12满后，通过所述弃电装置31对多余发电量进行释放。而当太阳辐射强度低，所述光伏组件1发电量不足以承受整个系统用电时，通过所述蓄电装置12进行供电，所述蓄电装置12的电量使用完毕后再开启所述柴油发电机组2进行供电。

同时，所述控制模块的实施过程具体包括：通过所述控制器3可实现对配电箱11、蓄电装置12、逆变器13、防雷装置14、数据显示装置15的智能控制。具体过程如下：

在供暖空调模式下，白天太阳能光照强度高时，所述控制器3直接将所述光伏组件1发的电通过所述逆变器13，将直流电能转化为交流电能，经所述配电箱11供电给所述海水源热泵机组16、循环水泵22和26以及其他用电设备30使用，多余部分经所述蓄电装置12进行电量储存。所述蓄电装置储12存满后，通过所述弃电装置31进行弃电，从而协调所述光伏组件1的发电量与用电量的相匹配。

在供暖空调模式下，白天太阳能光照强度低时/夜间时，所述控制器3直接将所述蓄电装置12的蓄电量通过所述配电箱11供电给所述海水源热泵机组16、循环水泵22和26以及其他用电设备30使用。电量释放完毕后，所述控制器3调控所述柴油发电机组2供电。

进一步，在非供暖空调模式下，白天太阳能光照强度高时，所述控制器3直接将所述光伏组件1的发电量通过所述逆变器12，将直流电能转化为交流电能，经所述配电箱11供电给其他用电设备30使用，多余部分经所述蓄电装置12进行电量储存。所述蓄电装置12储存满后，通过所述弃电装置31弃电，从而协调所述光伏组件1的发电量与用电量的相匹配。

在非供暖空调模式下，白天太阳能光照强度低时/夜间时段，所述控制器3直接将所述蓄电装置12的蓄电量通过所述配电箱11供电给其他用电设备30使用。电量释放完毕后，所述控制器3调控所述柴油发电机组2供电。

并且，在使用时段，可通过所述控制器3调控所述数据监控器15显示所述光伏组件1的当前发电量、所述蓄电装置12的蓄电量、所述海水源热泵机组16、循环水泵22和26以及其他用电设备30的瞬时用电量数值。而且，可通过所述控制器3调控防雷装置14，保障系统安全性能。

进一步，在非使用时段，可通过所述控制器智能控制弃电装置31，将光伏发电量释放掉。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。