CN102705997B - 一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置及方法，属于太阳能热储存技术领域，夏季太阳能热能储存时太阳能集热器、加热循环泵、加热切换阀门、固-气化学反应器换热盘相连，冷却塔、冷却循环泵、冷却切换阀门、储液器换热盘管相连，通过太阳能热能向化学吸附势能的转化实现太阳能的高效热储存；冬季太阳能热能释放供热时实施内部反应热梯级回热技术，低温反应器换热盘管、回热循环泵、回热阀门、高温储液器换热盘管相连，高温反应器换热盘管、供热循环泵、供热阀门、热用户相连，通过化学吸附势能向热能的转化实现太阳能储存热量对外界的升温供热。与现有技术相比，本发明具有能量储存密度高和跨季节能量储存期间热量损失小、提升储能品位等显著优点。

Description

一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置及方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能热量储存技术领域的装置，具体是一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置及方法。
背景技术
太阳能是新能源和可再生能源的重要组成部分，开发利用太阳能具有很大的市场前景。然而，由于太阳能是一种随时间而变化的低密度能源，具有间歇性、分散性及不稳定性的特点，为了实现太阳能的广泛应用，在提高太阳能收集效率、降低太阳能产业成本的同时，实施太阳能的高效储能技术是解决太阳能间歇性、不稳定性及能量供需时间差矛盾的必要手段。
太阳能热量储存系统根据储存时间的不同可分为短期储能和跨季节长期储能，前者将白天多余的太阳能热量储存起来供夜间使用，以克服昼夜交替造成的间歇性限制；后者将夏季的太阳能热量进行长周期跨季节储存后供冬季采暖使用，以降低太阳能热利用受季节性影响的限制。近年来，太阳能长周期跨季节热储存技术因显著的节能效果得到了广泛重视，从国内外研究现状来看，热量损失是目前太阳能长周期跨季节热储存技术面临的共同难题，由于太阳能跨季节热量储存时间很长，尽管采取了保温措施但在储能期间仍存在大量的热量损失，且储存温度越高向周围环境的热量损失越大，造成储存热量温度品位下降、释放热量总量减少，严重影响了太阳能的长周期跨季节热储存性能。
经对现有技术的文献检索，申请号为CN200920308278.X的“太阳能跨季节土壤地埋管蓄热供暖装置”中国发明专利，利用地下深层土壤的显热实现太阳能的热量储存，储存夏季的太阳能用于冬季供暖，该方法利用土壤显热实现对太阳能的储存，属于显热储能方式，其缺点是储能密度较低、储存期间热量损失大、温度品位下降严重，冬季释放的热量温度远远低于夏季储存的热量温度，需另外附加一套热泵机组对其进行进一步升温后才可满足供热需求，系统复杂、成本高；申请号为201010131746.8的“冷热联供的太阳能热化学吸附复合储能装置”中国发明专利，该方法利用太阳能热能与化学吸附势能的相互转化实现太阳能热量的短期储存，属于热化学储能方式，与显热式和相变潜热式储能技术相比，具有储能密度高、储存期间热损失小、可实现太阳能的冷/热联供等显著优点，但其缺点是如果用于太阳能热量的长周期跨季节储存，尽管储存期间几乎无热量损失，但由于冬季环境温度低于夏季环境温度，根据化学吸附反应的单变量特性，会导致冬季释放的热量温度远低于夏季储存的热量温度，因而同样存在储存热量温度品位下降的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耦合热化学吸附储能技术、热化学吸附热泵技术及内部反应热梯级回热技术为一体的太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置，其特征在于，包括：低温储热单元I、高温储热单元II、冷却塔、热用户、冷却切换阀门、加热切换阀门、回热阀门、供热阀门、太阳能集热器；
所述的低温储热单元I包括低温制冷剂储液器、低温储液器换热盘管、低温制冷剂调节阀、低温固-气化学反应器、低温反应器换热盘管、化学吸附储能材料，所述的低温储液器换热盘管设置在低温制冷剂储液器内，所述的低温反应器换热盘管设置在低温固-气化学反应器内，所述的低温固-气化学反应器内填充化学吸附储能材料，所述的低温固-气化学反应器与低温制冷剂储液器通过连接管道a相连，该连接管道a上设有低温制冷剂调节阀；
所述的高温储热单元II包括高温制冷剂储液器、高温储液器换热盘管、高温制冷剂调节阀、高温固-气化学反应器、高温反应器换热盘管，所述的高温储液器换热盘管设置在高温制冷剂储液器内，所述的高温反应器换热盘管设置在高温固-气化学反应器内，高温固-气化学反应器内填充有化学吸附储能材料，所述的高温制冷剂储液器与高温固-气化学反应器通过连接管道b相连，该连接管道b上设有高温制冷剂调节阀；
所述的冷却塔通过循环管道a和设置在循环管道a上的冷却切换阀门分别连接低温储液器换热盘管和高温储液器换热盘管，所述的低温反应器换热盘管通过循环管道b和设置在循环管道b上的回热阀门连接高温储液器换热盘管，所述的太阳能集热器通过循环管道c和设置在循环管道c上的加热切换阀门分别连接低温反应器换热盘管和高温反应器换热盘管，所述的高温反应器换热盘管通过循环管道d以及设置在循环管道d上的供热阀门连接热用户。
所述的循环管道a上设有冷却循环泵，所述的循环管道b上设有回热循环泵，所述的循环管道c上设有加热循环泵，所述的循环管道d上设有供热循环泵。
一种应用所述装置进行太阳能热化学吸附跨季节高效储能的方法，其特征在于，夏季太阳能热能储存阶段：冷却塔出口依次通过冷却循环泵和冷却切换阀门分别与高温储液器换热盘管和低温储液器换热盘管进口连接，高温储液器换热盘管和低温储液器换热盘管出口分别通过冷却切换阀门与冷却塔进口连接；太阳能集热器出口依次通过加热循环泵和加热切换阀门分别与高温反应器换热盘和低温反应器换热盘管进口连接，高温反应器换热盘和低温反应器换热盘管出口分别通过加热切换阀门与太阳能集热器进口连接；
太阳能集热器所获得的热量为高温固-气化学反应器和低温固-气化学反应器内填充的化学吸附储能材料提供解吸热，使其发生化学分解反应实现太阳能热能向化学吸附势能的转化储存，解吸出的制冷剂蒸汽分别进入高温制冷剂储液器和低温制冷剂储液器内凝结成液体储存起来，释放的凝结热由冷却塔带走，该阶段利用固-气化学分解反应阶段消耗的解吸热实现太阳能热能向化学吸附势能的转化储存；
冬季太阳能热能释放供热阶段：低温反应器换热盘管出口依次通过回热循环泵和回热阀门与高温储液器换热盘管进口连接，高温储液器换热盘管出口通过回热阀门与低温反应器换热盘管进口连接；高温反应器换热盘管出口通过供热阀门与热用户进口连接，热用户出口依次通过供热循环泵、供热阀门与高温反应器换热盘管进口连接；
冬季太阳能热能释放供热阶段，低温固-气化学反应器内化学吸附储能材料与低温制冷剂储液器内的制冷剂发生化学合成反应，回收利用低温固-气化学反应器释放的吸附热为高温制冷剂储液器内的制冷剂提供高温蒸发相变潜热，被蒸发的制冷剂蒸汽流入高温固-气化学反应器内化学吸附储能材料发生化学合成反应，利用高温固-气化学反应器内化学吸附储能材料与制冷剂在化学合成反应阶段释放的大量吸附热实现对热用户端的升温供热，通过化学吸附势能向热能的转化释放满足外界热用户对热量的需求。
所述的冬季太阳能热能释放供热阶段低温储热单元I与高温储热单元II之间实施内部反应热梯级回热技术，高温制冷剂储液器消耗的蒸发潜热通过回收低温固-气化学反应器释放的吸附热提供。
所述的夏季太阳能热能储存阶段，能量由太阳能集热器向低温固-气化学反应器和高温固-气化学反应器发生传递，通过太阳能热能转化为化学吸附势能实现太阳能的高效热储存；冬季太阳能热能释放阶段，能量由高温固-气化学反应器向热用户端发生传递，通过化学吸附势能转化为热能实现对外界的升温供热。
所述的低温制冷剂调节阀和高温制冷剂调节阀均为双向阀，使低温制冷剂储液器中的低温制冷剂双向流动，高温制冷剂储液器中的高温制冷剂双向流动，夏季太阳能热能储存阶段，低温制冷剂从低温固-气化学反应器流向低温制冷剂储液器，高温制冷剂从高温固-气化学反应器流向高温制冷剂储液器；冬季太阳能热能释放阶段，低温制冷剂从低温制冷剂储液器流向低温固-气化学反应器，高温制冷剂从高温制冷剂储液器流向高温固-气化学反应器。
所述的高温固-气化学反应器内的化学吸附储能材料和低温固-气化学反应器内的化学吸附储能材料可以相同，也可以不同。
本发明耦合热化学吸附储能技术、热化学吸附热泵技术及内部反应热梯级回热技术为一体，使其解决传统太阳能跨季节热量储存技术存在的弊端；储热阶段利用热化学吸附储能技术通过太阳能热能向化学吸附势能的转化储存减少太阳能跨季节热储存期间的热量损失，供热阶段利用热化学吸附热泵技术和内部反应热梯级回热技术进行储存热量能量品位的提升来克服太阳能跨季节热储存系统在供能阶段输出温度品位降低的问题，从而实现太阳能的长周期跨季节高效热储存。
夏季太阳能热能储存阶段，利用太阳能集热器收集太阳能辐射热量，利用获得的太阳能热能为低温固-气化学反应器和高温固-气化学反应器内填充的化学吸附储能材料提供解吸热，化学吸附储能材料在太阳能热能的加热作用下与制冷剂发生化学分解反应，此时系统工作压力为夏季环境温度下的冷凝压力，解吸出的制冷剂蒸汽流经制冷剂调节阀分别进入高温制冷剂储液器和低温制冷剂储液器内发生凝结，释放的冷凝热通过储液器换热盘管内的传热流体经循环泵输送到冷却塔排入环境介质(水、空气)，实现太阳能热能向化学吸附势能的转化储存。
冬季太阳能热能释放供热阶段，在低温固-气化学反应器和高温制冷剂储液器之间实施内部反应热梯级回热技术，首先，低温制冷剂储液器内的制冷剂在低温固-气化学反应器内化学吸附储能材料的吸附作用下发生蒸发相变吸收热量，消耗的低温蒸发潜热通过冷却塔由外界环境介质(水、空气)提供，被蒸发的制冷剂蒸汽流经低温制冷剂调节阀进入低温固-气化学反应器内与化学吸附储能材料发生化学合成反应释放出大量的吸附热，此时低温固-气化学反应器和低温制冷剂储液器的工作压力为冬季环境温度下的低温蒸发压力；其次，回收利用低温固-气化学反应器释放的吸附热为高温制冷剂储液器内的制冷剂提供高温蒸发相变潜热，高温制冷剂储液器内的制冷剂在低温固-气化学反应器吸附热的加热作用下温度升高发生蒸发相变，被蒸发的制冷剂蒸汽流经高温制冷剂调节阀进入高温固-气化学反应器内与化学吸附储能材料发生化学合成反应释放出大量的吸附热，利用该吸附热实现对外界热用户的供热；特别地，此时高温固-气化学反应器和高温制冷剂储液器的工作压力不再是冬季环境温度下的低温蒸发压力，而是低温固-气化学反应器释放的吸附热温度品位下对应的高温蒸发压力，由于供能阶段的高温蒸发压力高于储能阶段的冷凝压力，根据化学吸附反应的单变量特性，冬季高温固-气化学反应器释放的吸附热温度品位将高于夏季储热阶段输入的太阳能热能温度品位，因此不但不会降低太阳能的热储存温度品位，反而可实现能量品位的有效提升。
与现有技术相比，本发明具有显著的优点和积极的效果：
第一，能量储存密度高，相对于传统显热式和相变潜热式太阳能跨季节储能装置，本发明利用太阳能热能向化学吸附势能的转化实现太阳能的热储存，其能量储存密度高，从而可减少设备体积，降低储能成本；
第二，储存期间热量损失小，传统显热式和相变潜热式太阳能跨季节储能装置与外界环境有较大温差，因而在长周期能量储存过程中存在大量的热量损失，而本发明采用热化学吸附储能技术，只要制冷剂与化学吸附储能材料相隔离不发生化学反应，能量就会被长期高效储存，因而可实现太阳能跨季节高效热储存；
第三，相对现有的显热式太阳能跨季节储能技术，本发明利用固-气化学吸附反应的单变量特性，在太阳能热量释放阶段，输出温度波动小，近似为等温过程，易于系统运行匹配；
第四，相对现有的太阳能热化学吸附跨季节储能技术，本发明供能阶段实施内部回热型热化学变温吸附技术可有效克服因冬季环境温度较低导致储存能量温度品位下降的问题，该新技术不仅不会降低太阳能热储存能量的温度品位，还可实现储存能量温度品位的有效提升。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明热力循环图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：低温储热单元I、高温储热单元II、冷却塔1、冷却循环泵2、冷却切换阀门3、冷却切换阀门4、冷却切换阀门5、冷却切换阀门6、回热阀门14、回热阀门15、回热循环泵16、供热阀门22、供热阀门23、供热循环泵24、加热切换阀门25、加热切换阀门26、加热切换阀门27、加热切换阀门28、加热循环泵29、太阳能集热器30、热用户31；其中：低温储热单元I包括低温制冷剂储液器7、低温储液器换热盘管9、低温制冷剂调节阀10、低温固-气化学反应器11、低温反应器换热盘管12，所述的低温储液器换热盘管9设置在低温制冷剂储液器7内，所述的低温反应器换热盘管12设置在低温固-气化学反应器11内，所述的低温固-气化学反应器11内填充化学吸附储能材料，所述的低温固-气化学反应器11与低温制冷剂储液器7通过连接管道a相连，该连接管道a上设有低温制冷剂调节阀10；
高温储热单元II包括高温制冷剂储液器17、高温储液器换热盘管18、高温制冷剂调节阀19、高温固-气化学反应器20、高温反应器换热盘管21；所述的高温储液器换热盘管18设置在高温制冷剂储液器17内，所述的高温反应器换热盘管21设置在高温固-气化学反应器20内，高温固-气化学反应器20内填充有化学吸附储能材料，所述的高温制冷剂储液器17与高温固-气化学反应器20通过连接管道b相连，该连接管道b上设有高温制冷剂调节阀19；
低温固-气化学反应器11和高温固-气化学反应器20内填充化学吸附储能材料13，低温制冷剂储液器7和高温制冷剂储液器17内充注制冷剂8，为区别，分别成为低温制冷剂和高温制冷剂。低温制冷剂调节阀10和高温制冷剂调节阀19均为双向阀，使低温制冷剂储液器7和高温制冷剂储液器17内的制冷剂双向流动，夏季太阳能热能储存阶段，低温制冷剂从低温固-气化学反应器11流向低温制冷剂储液器7，高温制冷剂从高温固-气化学反应器20流向高温制冷剂储液器17；冬季太阳能热能释放阶段，低温制冷剂从低温制冷剂储液器7流向低温固-气化学反应器11，高温制冷剂从高温制冷剂储液器17流向高温固-气化学反应器20。
所述的冷却塔1通过循环管道a和设置在循环管道a上的冷却切换阀门分别连接低温储液器换热盘管9和高温储液器换热盘管18，所述的低温反应器换热盘管9通过循环管道b和设置在循环管道b上的回热阀门连接高温储液器换热盘管18，所述的太阳能集热器30通过循环管道c和设置在循环管道c上的加热切换阀门分别连接低温反应器换热盘管12和高温反应器换热盘管21，所述的高温反应器换热盘管21通过循环管道d以及设置在循环管道d上的供热阀门连接热用户31。
所述的循环管道a上设有冷却循环泵2，所述的循环管道b上设有回热循环泵16，所述的循环管道c上设有加热循环泵29，所述的循环管道d上设有供热循环泵24。
夏季太阳能热能储存阶段，传热流体管路和制冷剂管路连接方式如下：
低温储热单元I的传热流体管路连接方式为：冷却塔1出口与冷却循环泵2进口连接，冷却循环泵2出口与冷却切换阀门6进口相连，冷却切换阀门6出口与低温储液器换热盘管9进口连接，低温储液器换热盘管9出口与冷却切换阀门4进口相连，冷却切换阀门4出口与冷却塔1进口连接，从而形成冷却塔1与低温制冷剂储液器7之间的传热流体循环环路；太阳能集热器30出口与加热循环泵29进口相连，加热循环泵29出口与加热切换阀门27进口相连，加热切换阀门27出口与低温反应器换热盘管12进口连接，低温反应器换热盘管12出口与加热切换阀门28进口相连，加热切换阀门28出口与太阳能集热器30进口连接，从而形成太阳能集热器30与低温固-气化学反应器11之间的传热流体循环环路；制冷剂管路连接方式为：制冷剂8从低温固-气化学反应器11流向低温制冷剂储液器7，低温固-气化学反应器11出口与低温制冷剂调节阀10进口连接，低温制冷剂调节阀10出口与低温制冷剂储液器7进口连接。
高温储热单元II的传热流体管路连接方式为：冷却塔1出口与冷却循环泵2进口连接，冷却循环泵2出口与冷却切换阀门5进口相连，冷却切换阀门5出口与高温储液器换热盘管18进口连接，高温储液器换热盘管18出口与冷却切换阀门3进口相连，冷却切换阀门3出口与冷却塔1进口连接，从而形成冷却塔1与高温制冷剂储液器17之间的传热流体循环环路；太阳能集热器30出口与加热循环泵29进口相连，加热循环泵29出口与加热切换阀门26进口相连，加热切换阀门26出口与高温反应器换热盘管21进口连接，高温反应器换热盘管21出口与加热切换阀门25进口相连，加热切换阀门25出口与太阳能集热器30进口连接，从而形成太阳能集热器30与高温固-气化学反应器20之间的传热流体循环环路；制冷剂管路连接方式为：制冷剂8从高温固-气化学反应器20流向高温制冷剂储液器17，高温固-气化学反应器20出口与高温制冷剂调节阀19进口连接，高温制冷剂调节阀19出口与高温制冷剂储液器17进口连接。
冬季太阳能热能释放供热阶段，传热流体管路和制冷剂管路连接方式如下：
低温储热单元I和高温储热单元II的传热流体管路连接方式为：冷却塔1出口与冷却循环泵2进口连接，冷却循环泵2出口与冷却切换阀门6进口相连，冷却切换阀门6出口与低温储液器换热盘管9进口连接，低温储液器换热盘管9出口与冷却切换阀门4进口相连，冷却切换阀门4出口与冷却塔1进口连接，从而形成冷却塔1与低温制冷剂储液器7之间的传热流体循环环路；低温反应器换热盘管12出口与回热循环泵16进口相连，回热循环泵16出口与回热阀门15进口相连，回热阀门15出口与高温储液器换热盘管18进口连接，高温储液器换热盘管18出口与回热阀门14进口相连，回热阀门14出口与低温反应器换热盘管12进口连接，从而形成低温固-气化学反应器11与高温制冷剂储液器17之间的传热流体回热循环环路；高温反应器换热盘管21出口与供热阀门22进口相连，供热阀门22出口与热用户31进口连接，热用户31出口与供热循环泵24进口相连，供热循环泵24出口与供热阀门23进口相连，供热阀门23出口与高温反应器换热盘管21进口连接，从而形成高温固-气化学反应器20与热用户31之间的传热流体循环环路。
低温储热单元I和高温储热单元II的制冷剂管路连接方式为：低温储热单元I的制冷剂8从低温制冷剂储液器7流向低温固-气化学反应器11，低温制冷剂储液器7出口与低温制冷剂调节阀10进口连接，低温制冷剂调节阀10出口与低温固-气化学反应器11进口相连；高温储热单元II的制冷剂8从高温制冷剂储液器17流向高温固-气化学反应器20，高温制冷剂储液器20出口与高温制冷剂调节阀19进口连接，高温制冷剂调节阀19出口与高温固-气化学反应器20进口相连。
所述装置在夏季太阳能热能储存阶段，能量由太阳能集热器30向低温固-气化学反应器11和高温固-气化学反应器20发生传递，通过太阳能热能转化为化学吸附势能实现太阳能的高效热储存。
所述装置在冬季太阳能热能释放供热阶段，低温固-气化学反应器11和高温制冷剂储液器17之间实施内部反应热梯级回热技术，回收低温固-气化学反应器11释放的吸附热为高温制冷剂储液器17提供高温蒸发潜热，能量由高温固-气化学反应器20向热用户端31发生传递，通过化学吸附势能转化为热能实现对外界的升温供热。
所述装置中，制冷剂8的流动方向是双向的，夏季太阳能热能储存阶段，制冷剂8从低温固-气化学反应器11和高温固-气化学反应器20分别流经低温制冷剂调节阀10和高温制冷剂调节阀19进入低温制冷剂储液器7和高温制冷剂储液器17；冬季太阳能热能释放阶段，制冷剂8从低温制冷剂储液器7和高温制冷剂储液器17分别流经低温制冷剂调节阀10和高温制冷剂调节阀19进入低温固-气化学反应器11和高温固-气化学反应器20。
所述装置中，高温固-气化学反应器20内的化学吸附储能材料和低温固-气化学反应器11内的化学吸附储能材料可以相同，也可以不同。
本实施例工作时，具体实施过程为：
夏季太阳能热能储存时：关闭回热阀门14、回热阀门15、供热阀门22和供热阀门23；低温储热单元I中开启太阳能集热器30与低温固-气化学反应器11之间的加热循环泵29、加热切换阀门27和加热切换阀门28，开启冷却塔1与低温制冷剂储液器7之间的冷却循环泵2、冷却切换阀门4和冷却切换阀门6；高温储热单元II中开启太阳能集热器30与高温固-气化学反应器20之间的加热切换阀门26和加热切换阀门25，开启冷却塔1与高温制冷剂储液器17之间的冷却切换阀门3和冷却切换阀门5。该阶段太阳能集热器30内的传热流体吸收太阳能辐射热量后升温变为高温传热流体，在加热循环泵29的驱动下分别通过低温反应器换热盘管12和高温反应器换热盘管21向低温储热单元I和高温储热单元II输送热量，低温固-气化学反应器11和高温固-气化学反应器20内的化学吸附储能材料13在太阳能热能的加热作用下发生化学分解反应解吸出制冷剂，分别经低温制冷剂调节阀10和高温制冷剂调节阀19流入低温制冷剂储液器7和高温制冷剂储液器17发生凝结，释放的凝结热通过低温储液器换热盘管9和高温储液器换热盘管21由来自冷却塔1的传热流体排入外界环境介质(空气、水)，凝结成液态的制冷剂8分别储存在低温制冷剂储液器7和高温制冷剂储液器17内；持续进行上述太阳能的加热解吸过程直到低温储热单元I和高温储热单元II中的化学吸附储能材料完成化学分解反应，然后关闭传热流体环路中各环路的切换阀门和制冷剂管路中的低温制冷剂调节阀10和高温制冷剂调节阀19，在太阳能长周期跨季节热量储存期间始终保持低温制冷剂调节阀10和高温制冷剂调节阀19的关闭，通过上述固-气热化学分解反应过程中太阳能热能向化学吸附势能的转化实现太阳能的高效热储存。
冬季太阳能热能释放供热时：关闭冷却切换阀门3、冷却切换阀门5、加热切换阀门25、加热切换阀门26、加热切换阀门27、加热切换阀门28和加热循环泵29；低温储热单元I中开启低温固-气化学反应器11与高温制冷剂储液器17之间的回热循环泵16、回热阀门14和回热阀门15，开启冷却塔1与低温制冷剂储液器7之间的冷却循环泵2、冷却切换阀门4和冷却切换阀门6；高温储热单元1I中开启热用户31与高温固-气化学反应器20之间的供热阀门22、供热阀门23和供热循环泵24。该阶段在低温储热单元I和高温储热单元II之间实施内部回热技术，首先，低温制冷剂储液器7内的制冷剂8在低温固-气化学反应器11内化学吸附储能材料13的吸附作用下发生蒸发相变，在蒸发相变过程中消耗的低温蒸发潜热通过低温储液器换热盘管9由来自冷却塔1的环境介质(水、空气)提供，蒸发的制冷剂蒸汽经低温制冷剂调节阀10流入低温固-气化学反应器11并与化学吸附储能材料13发生化学合成反应释放出大量的吸附热；其次，通过低温反应器换热盘管12回收低温固-气化学反应器11释放的吸附热，在回热循环泵16的驱动下向高温制冷剂储液器17提供高温蒸发潜热，高温制冷剂储液器17内的制冷剂8在高温储液器换热盘管18的加热作用下温度升高发生蒸发相变，然后经高温制冷剂调节阀19流入高温固-气化学反应器20内与化学吸附储能材料13发生化学合成反应释放出大量的吸附热，高温反应器换热盘管21内传热流体在该吸附热的加热作用下升温变为高温流体，在供热循环泵24的驱动下流入热用户端31满足供热需求，持续进行上述低温储热单元I和高温储热单元II之间的内部回热过程直到化学吸附储能材料完成化学合成反应，然后关闭传热流体环路中的各切换阀门和制冷剂管路中的低温制冷剂调节阀10和高温制冷剂调节阀19，通过上述固-气热化学合成反应过程中化学吸附势能向热能转化实现太阳能储存热量的释放供热。
本发明热力循环过程如图2所示：Pc是夏季环境温度下太阳能热能储存阶段的工作压力，Ple是冬季环境温度下太阳能热能释放阶段低温储热单元I的工作压力，Phe是冬季环境温度下太阳能热能释放阶段高温储热单元II的工作压力；TLe是冬季太阳能热能释放阶段低温储热单元I的低温蒸发温度，即冬季环境温度，Tc是夏季太阳能热能储存阶段的冷凝温度，即夏季环境温度，The是冬季太阳能热能释放阶段高温储热单元II的高温蒸发温度，即低温固-气化学反应器11与高温制冷剂储液器17之间的回热温度，Ta是冬季太阳能热能释放阶段低温储热单元I释放的吸附热温度，Tsolar是夏季太阳能热能储存阶段的输入温度，Tout是冬季太阳能热能释放阶段向热用户端的供热温度；夏季太阳能热能储存阶段的热力循环过程为A-B，该过程利用太阳能集热器所获得的热量为低温储热单元I和高温储热单元II的化学吸附储能材料13提供解吸热，实现太阳能热能向化学吸附势能的转化储存；冬季太阳能热能释放阶段，低温储热单元I的热力循环过程为E-F，高温储热单元II的热力循环过程为C-D，在低温储热单元I和高温储热单元II之间实施内部回热过程F-C，通过化学吸附势能向热能的转化实现向外界的供热。
对于传统太阳能热化学吸附跨季节储能方法，夏季太阳能热能储存阶段的工作压力为夏季环境温度Tc下的Pc，输入温度为Tsoalr；冬季太阳能热能释放阶段的工作压力为冬季环境温度TLe下的Ple，输出温度为Ta，其不足之处是冬季释能温度Ta远远低于夏季储能温度Tsoalr，造成太阳能热储存能量的温度品位下降；
对于本发明，夏季太阳能热能储存阶段的工作压力Pc和输入温度Tsoalr与传统储能方法一样，但在冬季太阳能热能释放阶段，尽管冬季环境温度较低TLe，由于在低温储热单元I和高温储热单元II之间实施热化学吸附热泵技术和内部回热技术，高温储热单元II的工作压力提升到回热温度Phe下的Phe，输出温度提升到Tout，本发明的优势在于冬季释能温度Tout远高于传统太阳能热化学吸附跨季节储能方法的释放温度Ta，且也高于夏季储能阶段的太阳能输入温度Tsoalr，因而不仅不会造成太阳能热储存能量的温度品位下降，相反还可以实现太阳能热储存能量温度品位的有效提升，从而实现太阳能跨季节热储存能量向外界热用户的升温供热。

Claims (7)

1.一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置，其特征在于，包括：低温储热单元Ⅰ、高温储热单元Ⅱ、冷却塔、热用户、冷却切换阀门、加热切换阀门、回热阀门、供热阀门、太阳能集热器；
所述的低温储热单元Ⅰ包括低温制冷剂储液器、低温储液器换热盘管、低温制冷剂调节阀、低温固-气化学反应器、低温反应器换热盘管、化学吸附储能材料，所述的低温储液器换热盘管设置在低温制冷剂储液器内，所述的低温反应器换热盘管设置在低温固-气化学反应器内，所述的低温固-气化学反应器内填充化学吸附储能材料，所述的低温固-气化学反应器与低温制冷剂储液器通过连接管道a相连，该连接管道a上设有低温制冷剂调节阀；
所述的高温储热单元Ⅱ包括高温制冷剂储液器、高温储液器换热盘管、高温制冷剂调节阀、高温固-气化学反应器、高温反应器换热盘管，所述的高温储液器换热盘管设置在高温制冷剂储液器内，所述的高温反应器换热盘管设置在高温固-气化学反应器内，高温固-气化学反应器内填充有化学吸附储能材料，所述的高温制冷剂储液器与高温固-气化学反应器通过连接管道b相连，该连接管道b上设有高温制冷剂调节阀；
所述的冷却塔通过循环管道a和设置在循环管道a上的冷却切换阀门分别连接低温储液器换热盘管和高温储液器换热盘管，所述的低温反应器换热盘管通过循环管道b和设置在循环管道b上的回热阀门连接高温储液器换热盘管，所述的太阳能集热器通过循环管道c和设置在循环管道c上的加热切换阀门分别连接低温反应器换热盘管和高温反应器换热盘管，所述的高温反应器换热盘管通过循环管道d以及设置在循环管道d上的供热阀门连接热用户。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置，其特征在于，所述的循环管道a上设有冷却循环泵，所述的循环管道b上设有回热循环泵，所述的循环管道c上设有加热循环泵，所述的循环管道d上设有供热循环泵。
3.一种应用权利要求1所述装置进行太阳能热化学吸附跨季节高效储能的方法，其特征在于，夏季太阳能热能储存阶段：冷却塔出口依次通过冷却循环泵和冷却切换阀门分别与高温储液器换热盘管和低温储液器换热盘管进口连接，高温储液器换热盘管和低温储液器换热盘管出口分别通过冷却切换阀门与冷却塔进口连接；太阳能集热器出口依次通过加热循环泵和加热切换阀门分别与高温反应器换热盘管和低温反应器换热盘管进口连接，高温反应器换热盘管和低温反应器换热盘管出口分别通过加热切换阀门与太阳能集热器进口连接；
夏季太阳能热能储存阶段：太阳能集热器所获得的热量为高温固-气化学反应器和低温固-气化学反应器内填充的化学吸附储能材料提供解吸热，使其发生化学分解反应实现太阳能热能向化学吸附势能的转化储存，解吸出的制冷剂蒸汽分别进入高温制冷剂储液器和低温制冷剂储液器内凝结成液体储存起来，释放的凝结热由冷却塔带走，该阶段利用固-气化学分解反应阶段消耗的解吸热实现太阳能热能向化学吸附势能的转化储存；
冬季太阳能热能释放供热阶段：冷却塔连接低温制冷剂储液器，低温反应器换热盘管出口依次通过回热循环泵和回热阀门与高温储液器换热盘管进口连接，高温储液器换热盘管出口通过回热阀门与低温反应器换热盘管进口连接；高温反应器换热盘管出口通过供热阀门与热用户进口连接，热用户出口依次通过供热循环泵、供热阀门与高温反应器换热盘管进口连接；
冬季太阳能热能释放供热阶段，低温固-气化学反应器内化学吸附储能材料与低温制冷剂储液器内的制冷剂发生化学合成反应，回收利用低温固-气化学反应器释放的吸附热为高温制冷剂储液器内的制冷剂提供高温蒸发相变潜热，被蒸发的制冷剂蒸汽流入高温固-气化学反应器内与化学吸附储能材料发生化学合成反应，利用高温固-气化学反应器内化学吸附储能材料与制冷剂在化学合成反应阶段释放的大量吸附热实现对热用户端的升温供热，通过化学吸附势能向热能的转化释放满足外界热用户对热量的需求。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能方法，其特征在于，所述的冬季太阳能热能释放供热阶段低温储热单元Ⅰ与高温储热单元Ⅱ之间实施内部反应热梯级回热技术，高温制冷剂储液器消耗的蒸发潜热通过回收低温固-气化学反应器释放的吸附热提供。
5.根据权利要求3所述的一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能方法，其特征在于，所述的夏季太阳能热能储存阶段，能量由太阳能集热器向低温固-气化学反应器和高温固-气化学反应器发生传递，通过太阳能热能转化为化学吸附势能实现太阳能的高效热储存；冬季太阳能热能释放阶段，能量由高温固-气化学反应器向热用户端发生传递，通过化学吸附势能转化为热能实现对外界的升温供热。
6.根据权利要求3所述的一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能方法，其特征在于，所述的低温制冷剂调节阀和高温制冷剂调节阀均为双向阀，使低温制冷剂储液器中的低温制冷剂双向流动，高温制冷剂储液器中的高温制冷剂双向流动，夏季太阳能热能储存阶段，低温制冷剂从低温固-气化学反应器流向低温制冷剂储液器，高温制冷剂从高温固-气化学反应器流向高温制冷剂储液器；冬季太阳能热能释放阶段，低温制冷剂从低温制冷剂储液器流向低温固-气化学反应器，高温制冷剂从高温制冷剂储液器流向高温固-气化学反应器。
7.根据权利要求3所述的一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能方法，其特征在于，所述的高温固-气化学反应器内的化学吸附储能材料和低温固-气化学反应器内的化学吸附储能材料可以相同，也可以不同。
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