用于低温环境供热的太阳能热化学吸附储热系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于低温环境供热的太阳能热化学吸附储热系统及其方法，属于储热、热化学吸附技术领域。系统的热交换器的换热出口分别通过管路与太阳能光伏热/电模块的热能输入口、高温反应器内部换热管和低温反应器内部换热管相连；高温反应器内部换热管通过管路与第一循环水泵的出口和热交换器连通，低温反应器内部换热管通过管路与压缩机和第一循环水泵连通；高温反应器外部换热管氨气口通过设有压缩机的管路与低温反应器外部换热管氨气口相连；压缩机还与电力接口相连。本发明专利技术可以实现跨季节长周期储能，实现夏储冬用，系统引入压缩机自主控制高、低温反应器间解吸压力，可有效解决低温环境下建筑供热效率不足的问题。题。题。

Solar thermochemical adsorption heat storage system and its method for heating in low temperature environment

【技术实现步骤摘要】
用于低温环境供热的太阳能热化学吸附储热系统及其方法


[0001]本专利技术涉及储热、热化学吸附
，尤其涉及一种用于低温环境供热的太阳能热化学吸附储热系统及其方法。

技术介绍

[0002]我国寒冷区域面积广阔，年平均气温较低，昼夜温差大。以燃煤为主的供暖方式对环境造成了严重的污染。因此充分开发利用太阳能成为了清洁高效供热的重要手段。但太阳能资源具有间歇性、波动性等不足，需对应辅以储热技术才能实现稳定供给。此外，寒冷地区夏季具有充沛的太阳能资源。因此，利用长周期跨季节储热技术富集太阳能充沛季节能源并集中用于冬季供暖，是寒冷地区立足资源禀赋实现热能低碳高效供给的关键举措。
[0003]热量损失是目前太阳能长周期储热面临的共同难题，减少储存周期内的热量损失是实现太阳能高效储热的关键。若采用显热或潜热储能技术进行太阳能长周期储存，由于周期较长，即使采取保温措施，大量的热量损失仍不可避免，导致储存热量品位降低、释放热量总量减少，严重地影响太阳能长周期热储存性能。与传统的显热与潜热储热技术相比，热化学储热技术，利用反应工质对的可逆化学反应实现能量的转化储存，具有储热密度高，长周期储热热损失小等优点。
[0004]经查阅文献发现，潘权稳等人的专利文献申请号为CN202120372326.2，公告号为CN214619772U公开了一种太阳能相变储热供暖装置，其原理是通过控制组件对电加热器进行控制，充分利用太阳能和低谷电，将热量储存在相变储热件内，在需要时输出热量。但目前光电转换效率远远低于光热转换，且相变材料相变潜热有限、存放过程中热损失仍然无法避免，无法实现长时间有效供热。另一个专利文献申请号为CN201810172793.3，公告号为CN108548443B，公开了一种热化学吸附储热装置，其系统是由换热器、吸附器、储液器、泵液机构组成，将电能或太阳能转化为热化学能进行储存。然而受限于单吸附工质对的压力温度一一对应关系，该专利提出的吸附储热装置在环境温度较低时的输出温度较低，无法满足末端的温度需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种用于低温环境供热的太阳能热化学吸附储热系统及其方法。
[0006]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种用于低温环境供热的太阳能热化学吸附储热系统，包括太阳能光伏热/电模块、电力接口、热交换器、高温反应器、低温反应器、第一循环水泵、第二循环水泵、压缩机和风机；
[0008]所述太阳能光伏热/电模块用于输出热能或者电能，其电能输出口压缩机相连，其热能输出口通过设有第一循环水泵的管路与装有风机的热交换器相连；所述热交换器的换热出口分别通过管路与太阳能光伏热/电模块的热能输入口、高温反应器内部换热管的第
一端部和低温反应器内部换热管的第一端部相连；所述高温反应器内部换热管的第二端部通过管路与第一循环水泵的出口和热交换器的换热进口连通，低温反应器内部换热管的第二端部通过管路与压缩机的出口和第一循环水泵的出口连通；高温反应器外部换热管的第一氨气口通过设有所述压缩机的管路与低温反应器外部换热管的第二氨气口相连；压缩机还与电力接口相连。
[0009]作为优选，所述高温反应器和低温反应器均为套管式换热器，包括内部换热管和外部换热管；内部换热管用于传热工质水的流通，外部换热管内填充有能通过吸附和解吸氨气以放热和吸热的复合吸附材料。
[0010]进一步的，所述高温反应器内填充的复合吸附材料，如MnCl2，MgCl2等，低温反应器内填充的复合吸附材料，如BaCl2，LiCl等。
[0011]作为优选，所述太阳能光伏热/电模块为太阳能集热器。
[0012]作为优选，所述低温反应器内部设有外接环境冷源的换热管路。
[0013]作为优选，还包括设于管路上的第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第五三通阀、第六三通阀、第七三通阀、第八三通阀、第九三通阀和第十三通阀；
[0014]所述第一三通阀能分别通过管路与第一循环水泵的出口、第二三通阀和第五三通阀连通；所述第二三通阀能分别通过管路与第一三通阀、热交换器的换热进口和第二循环水泵的出口连通；所述第三三通阀能分别通过管路与第四三通阀、太阳能光伏热/电模块的热能输入口和低温反应器内部换热管的第一端部连通；所述第四三通阀能分别通过管路与第三三通阀、热交换器的换热出口和高温反应器内部换热管的第一端部连通；所述第五三通阀能分别通过管路与第一三通阀、第六三通阀和低温反应器内部换热管的第二端部连通；所述第六三通阀能分别通过管路与第五三通阀、第二循环水泵的进口和高温反应器内部换热管的第二端部连通；所述第七三通阀能分别通过管路与第八三通阀、第九三通阀和高温反应器外部换热管的第一氨气口连通；所述第八三通阀能分别通过管路与第七三通阀、第十三通阀和压缩机的进口连通；所述第九三通阀能分别通过管路与第七三通阀、第十三通阀和压缩机的出口连通；所述第十三通阀能分别通过管路与第八三通阀、第九三通阀和低温反应器外部换热管的第二氨气口连通。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种基于第一方面任一所述太阳能热化学吸附储热系统的储热和供热方法，具体如下：
[0016]S1：当辐照强度高于设定值且系统末端用户侧无需供热时，在太阳能光伏热/电模块内加热后温度升高的水流从热能输出口流出，经第一循环水泵后进入高温反应器的内部换热管并进行热交换，热交换后的水流经管路流回太阳能光伏热/电模块；高温反应器在内部换热管的加热作用下，其管程中的复合吸附材料处于吸热解吸状态，复合吸附材料中的液氨受热解吸为气态；高温反应器中解吸后的氨气经压缩机压缩后进入低温反应器，此时低温反应器中的复合吸附材料对氨气进行吸附储存，吸附热由环境冷源带出；压缩机的电力由太阳能光伏热/电模块提供；此时太阳能热化学吸附储热系统处于储热模式；
[0017]S2：当辐照强度高于设定值且系统末端用户侧需供热时，在太阳能光伏热/电模块内加热后温度升高的水流从热能输出口流出，经第一循环水泵后直接进入热交换器进行热交换，并通过风机为用户侧供热，热交换后的水流经管路流回太阳能光伏热/电模块；此时高温反应器和低温反应器处于饱和状态，太阳能热化学吸附储热系统处于能量直供模式；
[0018]S3：当辐射强度低于设定值且系统末端用户侧需供热时，在太阳能光伏热/电模块内加热后温度升高的水流从热能输出口流出，经第一循环水泵后低温反应器的内部换热管并进行热交换，热交换后的水流经管路流回太阳能光伏热/电模块；低温反应器在内部换热管的加热作用下，其壳程中的复合吸附材料处于吸热解吸状态，复合吸附材料中的液氨受热解吸为气态；低温反应器中解吸后的氨气经压缩机压缩后进入高温反应器的外部换热管并进行热交换，压缩机的电力由电力接口直供；高温反应器处于放热吸附状态，氨气被复合吸附材料吸附放热，内部换热管中的水流吸热升温；经高温反应器加热后的水流通过管路进入热交换器，并通过风机为用户侧供热；热交换器内经热交换后的水流通过管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低温环境供热的太阳能热化学吸附储热系统，其特征在于，包括太阳能光伏热/电模块(1)、电力接口(2)、热交换器(3)、高温反应器(4)、低温反应器(5)、第一循环水泵(61)、第二循环水泵(62)、压缩机(8)和风机(9)；所述太阳能光伏热/电模块(1)用于输出热能或者电能，其电能输出口与压缩机(8)相连，其热能输出口通过设有第一循环水泵(61)的管路与装有风机(9)的热交换器(3)相连；所述热交换器(3)的换热出口分别通过管路与太阳能光伏热/电模块(1)的热能输入口、高温反应器(4)内部换热管的第一端部和低温反应器(5)内部换热管的第一端部相连；所述高温反应器(4)内部换热管的第二端部通过管路与第一循环水泵(61)的出口和热交换器(3)的换热进口连通，高温反应器(4)和热交换器(3)之间的管路上设有第二循环水泵(62)；低温反应器(5)内部换热管的第二端部通过管路与压缩机(8)的出口和第一循环水泵(61)的出口连通；高温反应器(4)外部换热管的第一氨气口通过设有所述压缩机(8)的管路与低温反应器(5)外部换热管的第二氨气口相连；压缩机(8)还与电力接口(2)相连。2.根据权利要求1所述的太阳能热化学吸附储热系统，其特征在于，所述高温反应器(4)和低温反应器(5)均为套管式换热器，包括内部换热管和外部壳体；管程用于传热工质水的流通，壳程填充有能通过吸附和解吸氨气以放热和吸热的复合吸附材料。3.根据权利要求2所述的太阳能热化学吸附储热系统，其特征在于，所述高温反应器(4)内填充的复合吸附材料为MnCl2或MgCl2，低温反应器(5)内填充的复合吸附材料为BaCl2或LiCl。4.根据权利要求1所述的太阳能热化学吸附储热系统，其特征在于，所述太阳能光伏热/电模块(1)为太阳能集热器。5.根据权利要求1所述的太阳能热化学吸附储热系统，其特征在于，所述低温反应器(5)内部设有外接环境冷源的换热管路。6.根据权利要求1所述的太阳能热化学吸附储热系统，其特征在于，还包括设于管路上的第一三通阀(701)、第二三通阀(702)、第三三通阀(703)、第四三通阀(704)、第五三通阀(705)、第六三通阀(706)、第七三通阀(707)、第八三通阀(708)、第九三通阀(709)和第十三通阀(710)；所述第一三通阀(701)能分别通过管路与第一循环水泵(61)的出口、第二三通阀(702)和第五三通阀(705)连通；所述第二三通阀(702)能分别通过管路与第一三通阀(701)、热交换器(3)的换热进口和第二循环水泵(62)的出口连通；所述第三三通阀(703)能分别通过管路与第四三通阀(704)、太阳能光伏热/电模块(1)的热能输入口和低温反应器(5)内部换热管的第一端部连通；所述第四三通阀(704)能分别通过管路与第三三通阀(703)、热交换器(3)的换热出口和高温反应器(4)内部换热管的第一端部连通；所述第五三通阀(705)能分别通过管路与第一三通阀(701)、第六三通阀(706)和低温反应器(5)内部换热管的第二端部连通；所述第六三通阀(706)能分别通过管路与第五三通阀(705)、第二循环水泵(62)的进口和高温反应器(4)内部换热管的第二端部连通；所述第七三通阀(707)能分别通过管路与第八三通阀(708)、第九三通阀(709)和高温反应器(4)外部换热管的第一氨气口连通；所述第八三通...

【专利技术属性】
技术研发人员：江龙，仵凡，张学军，范誉斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：