CN107560222A - 采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统,包括吸收式制冷子循环系统、吸收式储热子循环系统;所述吸收式制冷子循环系统包括第二蒸发冷凝器(6)、第二吸收发生器(5);所述吸收式储热子循环系统包括第一蒸发冷凝器(3)、连接阀门(2)以及第一吸收发生器(1)。本发明还提供一种采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法。本发明的有益效果在于:系统在充热过程中达到大浓度滑移和高储能密度;在能量存储中,能量以化学能形式稳定存储,避免热损失;在输出过程中,可以根据需求进行热量输出和冷量输出。本发明提供了一种为太阳热能和工业余热的存储提供了一种储能密度高、存储周期长并具有多种输出方式的吸收式储热系统。

Description

采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种吸收式储热系统,具体地,涉及一种采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统及其方法。
背景技术
当今世界可持续发展的关键问题是有效解决能源和环境问题,使用清洁和可再生能源是人类发展的必由之路。太阳能利用作为一种清洁可再生能源是近年来的热点研究方向,其中太阳能热利用的主要技术包括基于太阳能热源的太阳能热发电、太阳能热驱动制冷、太阳能热驱动除湿等。但太阳能热源受到天气、日夜和季节的影响,表现出随时间变化的较强不稳定性和季节差异性,为了解决太阳热能利用的间歇性、不稳定性以及供需不匹配问题,需要对太阳热能进行高效储存。例如,对于太阳热能在不同季节间所存在的供需不匹配问题,就需要长周期的能量储存。
目前太阳能储热的主要方式有以下两种:1、显热储热:这种储热方式利用材料的显热来进行热能存储,代表性的材料有水、油、土壤和卵石等。这类储热方式在热量存储过程中有温度滑移,系统相对简单且材料经济,适用于对热能品位存储要求不高且储存周期短的场景。相比其他的储热方式,显热储热的储能密度小,具有体积大的缺陷。2、相变材料储热:这种储热方式利用材料的相变过程来进行潜热储热,其储能密度比显热储热要高,且热量输出没有明显温度滑移。
这两种储热方式在能量存储过程中具有严重的热耗散,且时间越长,能量损失越严重,不适合长周期能量存储,也无法解决太阳能利用的长周期差异性问题。在太阳能储热技术中,吸收式储热适合跨季节储存,且具有较高的储能密度,是解决上述问题的有效途径。为了从循环角度进一步提高长周期吸收式储热系统的储能密度,本发明结合热驱动制冷和储热技术,提出了具有大浓度差的高储能密度吸收式储热循环,具有储能密度高于传统系统和跨季节储存基本无损失的优点。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统及其控制方法。
根据本发明提供的一种采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统,包括吸收式制冷子循环系统、吸收式储热子循环系统;
所述吸收式制冷子循环系统包括第二蒸发冷凝器、第二吸收发生器;
所述吸收式储热子循环系统包括第一蒸发冷凝器、连接阀门以及第一吸收发生器;
所述第二蒸发冷凝器通过连接管路与第二吸收发生器相连接;
所述第一蒸发冷凝器、连接阀门以及第一吸收发生器通过连接管路互相连接。
优选地,吸收式储热子循环系统还包括保温隔层;
所述保温隔层位于所述第一蒸发冷凝器的外部、第一吸收发生器的外部;
所述第一吸收发生器、第二吸收发生器均包括工质对;
所述工质对包括溶液工质对、固体工质对以及化学反应工质对这三者中的任一种或任多种。
优选地,所述采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的工作模式包括热量输出模式,在热量输出模式中,
第二蒸发冷凝器和第二吸收发生器均停止与热源和环境的换热;
开启连接阀门,使第一蒸发冷凝器与环境换热,使第一吸收发生器进行热量输出。
优选地,所述采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的工作模式包括冷量输出模式,在冷量输出模式中,
第二蒸发冷凝器和第二吸收发生器均停止与热源和环境的换热;
开启连接阀门,使第一吸收发生器与环境换热,使第一蒸发冷凝器进行热量输出。
本发明还提供了一种上述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法,包括充热步骤、储存步骤、输出步骤;
所述充热步骤包括双子系统充热步骤、储热子系统充热步骤以及制冷子系统充热步骤。
优选地,在双子系统充热步骤中,
热源的热量分别输入至第一吸收发生器、第二吸收发生器,对在所述第一吸收发生器、第二吸收发生器这两者内的工质对进行加热,并形成被吸收剂蒸气;
所述被吸收剂蒸气分别进入第一蒸发冷凝器、第二蒸发冷凝器这两者中,所述被吸收剂蒸气被冷凝为被吸收剂液体。
优选地,在储热子系统充热步骤中,
第二吸收发生器内的工质对受到环境冷却形成对被吸收剂的吸收效应;
第二蒸发冷凝器中形成的被吸收剂液体受到吸收效应影响而蒸发,并向第一蒸发冷凝器输出冷量。
第一吸收发生器内的工质对受到热源加热形成被吸收剂蒸气;
所述被吸收剂蒸气进入第一蒸发冷凝器,被所述来自第二蒸发冷凝器的冷量所冷却,并被冷凝为被吸收剂液体。
优选地,在制冷子系统充热步骤中,
吸收式储热子循环系统停止与外界进行热交换;
热源的热量输入至所述第二吸收发生器中的工质对,形成被吸收剂蒸气;
所述被吸收剂蒸气进入第二蒸发冷凝器,并冷凝成被吸收剂液体。
优选地,在储存步骤中,
停止吸收式制冷子循环、吸收式储热子循环系统与外界进行热交换,
关闭所述连接阀门;
所述工质对和被吸收剂液体分别存储在所述第一蒸发冷凝器、第一吸收发生器中。
优选地,输出步骤包括热量输出步骤或者冷量输出步骤;
在热量输出步骤中,
吸收式制冷子循环系统停止与外界进行热交换;
所述第一吸收发生器中的工质对被环境冷却,并形成对被吸收剂的吸收效应;
在所述第一蒸发冷凝器中的被吸收剂液体受到吸收效应而蒸发,并对外输出冷量;
在冷量输出步骤中,
吸收式制冷子循环系统停止与外界进行热交换;
在所述第一蒸发冷凝器中的被吸收剂液体吸收外界的热量而蒸发,并形成被吸收剂蒸气;
所述被吸收剂蒸气与所述第一吸收发生器中的工质混合,并对外输出冷量。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明提供的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统,在充热过程中达到大浓度滑移和高储能密度。
2、在能量存储中,能量以化学能形式稳定存储,避免热损失。
3、在输出过程中,可以根据需求进行热量输出和冷量输出。
4、本发明提供了一种为太阳热能和工业余热的存储提供了一种储能密度高、存储周期长并具有多种输出方式的吸收式储热系统及其控制方法。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明充热过程第一步的流程图。
图2为本发明充热过程第二步的流程图。
图3为本发明充热过程第三步的流程图。
图4为本发明吸收式储热子循环在充热过程的温度压力图。
图5为本发明输出过程的流程图。
图中所示:
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中,上述提到的优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合,即得本发明各较佳实施例。
一种采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统,包括吸收式制冷子循环系统、吸收式储热子循环系统;所述吸收式制冷子循环系统系统包括第二蒸发冷凝器6、第二吸收发生器5;所述吸收式储热子循环系统包括第一蒸发冷凝器3、连接阀门2以及第一吸收发生器1;所述第二蒸发冷凝器6通过连接管路与第二吸收发生器5相连接;所述第一蒸发冷凝器3、连接阀门2以及第一吸收发生器1通过连接管路互相连接。
所述吸收式储热子循环系统还包括保温隔层4;所述保温隔层4位于所述第一蒸发冷凝器3的外部、第一吸收发生器1的外部;所述第一吸收发生器1、第二吸收发生器5均包括工质对;所述工质对包括溶液工质对、固体工质对以及化学反应工质对这三者中的任一种或任多种。
所述采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的工作模式包括热量输出模式,在热量输出模式中,第二蒸发冷凝器6和第二吸收发生器5均停止与热源和环境的换热;开启连接阀门2,使第一蒸发冷凝器3与环境换热,使第一吸收发生器1进行热量输出。
所述采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的工作模式包括冷量输出模式,在冷量输出模式中,第二蒸发冷凝器6和第二吸收发生器5均停止与热源和环境的换热;开启连接阀门2,使第一吸收发生器1与环境换热,使第一蒸发冷凝器3进行热量输出。
一种上述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法,包括充热步骤、储存步骤、输出步骤;所述充热步骤包括双子系统充热步骤、储热子系统充热步骤以及制冷子系统充热步骤。
在双子系统充热步骤中,热源的热量分别输入至第一吸收发生器1、第二吸收发生器5,对在所述第一吸收发生器1、第二吸收发生器5这两者内的工质对进行加热,并形成被吸收剂蒸气;所述被吸收剂蒸气分别进入第一蒸发冷凝器3、第二蒸发冷凝器6这两者中,所述被吸收剂蒸气被冷凝为被吸收剂液体。
在储热子系统充热步骤中,第二吸收发生器5内的工质对受到环境冷却形成对被吸收剂的吸收效应;第二蒸发冷凝器6中形成的被吸收剂液体受到吸收效应影响而蒸发,并向第一蒸发冷凝器3输出冷量;第一吸收发生器1内的工质对受到热源加热而产生被吸收剂蒸气;所述被吸收剂蒸气进入第一蒸发冷凝器3,被所述来自第二蒸发冷凝器6的冷量冷却,并冷凝为被吸收剂液体。
在制冷子系统充热步骤中,吸收式储热子循环系统停止与外界进行热交换;热源的热量输入至所述第二吸收发生器5中的工质对,形成被吸收剂蒸气;所述被吸收剂蒸气进入第二蒸发冷凝器6,并冷凝成被吸收剂特体。
在储存步骤中,停止吸收式制冷子循环系统、吸收式储热子循环系统与外界进行热交换,关闭所述连接阀门2,从而保证吸收式储热子循环中吸收发生器,即,第一吸收发生器1和蒸发冷凝器,即,第一蒸发冷凝器3没有质量传递;所述工质对和被吸收剂液体分别存储在所述第一蒸发冷凝器3、第一吸收发生器1中。此过程能量以化学能形式稳定存储在吸收式储热子循环中,在长周期存储过程中基本没有能量损失。
输出步骤包括热量输出步骤或者冷量输出步骤;在热量输出步骤中,吸收式制冷子循环系统停止与外界进行热交换;所述第一吸收发生器1中的工质对被环境冷却,并形成对被吸收剂的吸收效应;在所述第一蒸发冷凝器3中的被吸收剂液体受到吸收效应而蒸发,并对外输出冷量;在冷量输出步骤中,吸收式制冷子循环系统停止与外界进行热交换;在所述第一蒸发冷凝器3中的被吸收剂液体吸收外界的热量而蒸发,并形成被吸收剂蒸气;所述被吸收剂蒸气与所述第一吸收发生器1中的工质混合,并对外输出冷量。
这里需要说明的是,吸收式制冷子循环中的工质对质量应当远小于吸收式储热子循环中的工质对质量,以降低系统总体体积并提高系统的总体储能密度。
具体地说,本发明提供的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统具有充热过程,即,充热步骤、能量储存过程,即,储存步骤以及输出过程,即,输出步骤三种工作状态。
在充热过程中,热源输入的能量在吸收式储热子循环系统中转化为工质对(工作介质对)的化学能;在能量储存过程中,本发明提供的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统不与外界进行换热,能量以化学能形式稳定存储在吸收式储热子循环系统的工质对中;在输出过程中,吸收式储热子循环系统所存储的化学能以热能方式释放,达到冷量或热量输出。
当本发明提供的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统(以下简称为系统)在充热过程中工作时,吸收式制冷子循环系统(以下简称为吸收式制冷子循环)和吸收式储热子循环系统(以下简称为吸收式储热子循环),具体地,具有以下工作步骤:
第一步,热源的热量分别输入至吸收式制冷子循环和吸收式储热子循环的吸收发生器,即,第一吸收发生器1、第二吸收发生器5.对工质对加热并产生被吸收剂蒸气,所述被吸收剂蒸气分别进入吸收式制冷子循环和吸收式储热子循环的蒸发冷凝器,即,第一蒸发冷凝器3、第二蒸发冷凝器6,受到环境冷却并冷凝为被吸收剂液体。
第二步,吸收式制冷子循环的吸收发生器,即,第二吸收发生器5,所存储的工质对受到环境冷却产生对被吸收剂的吸收效应,存储在吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器中的被吸收剂液体受到吸收效应影响而蒸发,并向吸收式储热子循环的蒸发冷凝器,即,第一蒸发冷凝器3,输出冷量;同时热源的热量输入至吸收式储热子循环的吸收发生器,即,第一吸收发生器1,加热工质对并产生被吸收剂蒸气,被吸收剂蒸气在吸收式储热子循环的蒸发冷凝器中受到冷却并冷凝成被吸收剂液体。
第三步,吸收式储热子循环停止与外界进行热交换,热源的热量输入至吸收式制冷子循环的吸收发生器加热工质对并产生被吸收剂蒸气,被吸收剂蒸气进入吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器,即,第二蒸发冷凝器6,受到环境冷却并冷凝为被吸收剂液体。
之后可以重复第二步和第三步的操作,直至吸收式制冷子循环产生的冷量不能继续冷却吸收式储热子循环的蒸发冷凝器。
详细地说,采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的系统部件连接如图1所示,吸收式储热子循环的蒸发冷凝器连接吸收式储热子循环的连接阀门,即,连接阀门2,吸收式储热子循环的连接阀门连接吸收式储热子循环的吸收发生器,吸收式储热子循环的蒸发冷凝器和吸收式储热子循环的吸收发生器外部包裹有保温隔层4,吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器连接吸收式制冷子循环的吸收发生器。
采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统在充热过程中工作的第一步如图1所示:吸收式储热子循环的连接阀门,打开,热源的热量分别输入至吸收式储热子循环的吸收发生器和吸收式制冷子循环的吸收发生器,然后加热工质对进行发生过程并产生被吸收剂蒸气;被吸收剂蒸气分别进入吸收式储热子循环的蒸发冷凝器和吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器,然后受到环境冷却冷凝为被吸收剂液体。
采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统在充热过程中工作的第二步如图2所示:存储在吸收式制冷子循环的吸收发生器所存储的工质对受到环境冷却产生对于被吸收剂的吸收效应,存储在吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器中的被吸收剂液体受到所述吸收效应影响而蒸发,并对吸收式储热子循环的蒸发冷凝器输出冷量;热源的热量输入至吸收式储热子循环的吸收发生器进行发生过程并产生被吸收剂蒸气,被吸收剂蒸气在吸收式储热子循环的蒸发冷凝器中受到冷量冷却而冷凝成被吸收剂液体。
采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统在充热过程中的工作的第三步如图3所示:吸收式储热子循环的蒸发冷凝器和吸收式储热子循环的吸收发生器停止与热源进行热交换,同时依靠保温隔层减少与环境的换热,热源的热量输入至吸收式制冷子循环的吸收发生器加热工质对并产生被吸收剂蒸气,被吸收剂蒸气进入吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器,受到环境冷却并冷凝为被吸收剂液体。之后可以重复第二步和第三步的操作,直至所述吸收式制冷子循环产生冷量不能继续冷却所述吸收式储热子循环的所述蒸发冷凝器。如图4所示为吸收式储热子循环在温度压力图上的状态变化,随着吸收式储热子循环的蒸发冷凝器的温度不断降低,吸收式储热子循环的吸收发生器中吸收剂的浓度不断升高,从而增加了浓度滑移,也增加了所存储的化学能。
采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统在能量储存过程中,吸收式储热子循环的连接阀门关闭,停止吸收式储热子循环的蒸发冷凝器、吸收式储热子循环的吸收发生器,吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器和吸收式制冷子循环的吸收发生器与外部的换热。
采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统在输出过程中,具有热量输出和冷量输出两种模式。如图5所示,当系统以热量输出模式工作时,停止吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器和吸收式制冷子循环的吸收发生器与热源和环境的换热,打开吸收式储热子循环的连接阀门,吸收式储热子循环的蒸发冷凝器与环境进行换热,吸收式储热子循环的吸收发生器进行热量输出。如图5所示,当系统以冷量输出模式工作时,停止吸收式制冷子循环的蒸发冷凝器和吸收式制冷子循环的吸收发生器与热源和环境的换热,打开吸收式储热子循环的连接阀门,吸收式储热子循环的吸收发生器与环境进行换热,吸收式储热子循环的蒸发冷凝器进行冷量输出。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统,其特征在于,包括吸收式制冷子循环系统、吸收式储热子循环系统;
所述吸收式制冷子循环系统包括第二蒸发冷凝器(6)、第二吸收发生器(5);
所述吸收式储热子循环系统包括第一蒸发冷凝器(3)、连接阀门(2)以及第一吸收发生器(1);
所述第二蒸发冷凝器(6)通过连接管路与第二吸收发生器(5)相连接;
所述第一蒸发冷凝器(3)、连接阀门(2)以及第一吸收发生器(1)通过连接管路互相连接。
2.根据权利要求1所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统,其特征在于,吸收式储热子循环系统还包括保温隔层(4);
所述保温隔层(4)位于所述第一蒸发冷凝器(3)的外部、第一吸收发生器(1)的外部;
所述第一吸收发生器(1)、第二吸收发生器(5)均包括工质对;
所述工质对包括溶液工质对、固体工质对以及化学反应工质对这三者中的任一种或任多种。
3.根据权利要求1所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统,其特征在于,所述采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的工作模式包括热量输出模式,在热量输出模式中,
第二蒸发冷凝器(6)和第二吸收发生器(5)均停止与热源和环境的换热;
开启连接阀门(2),使第一蒸发冷凝器(3)与环境换热,使第一吸收发生器(1)进行热量输出。
4.根据权利要求1所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统,其特征在于,所述采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的工作模式包括冷量输出模式,在冷量输出模式中,
第二蒸发冷凝器(6)和第二吸收发生器(5)均停止与热源和环境的换热;
开启连接阀门(2),使第一吸收发生器(1)与环境换热,使第一蒸发冷凝器(3)进行热量输出。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法,其特征在于,包括充热步骤、储存步骤、输出步骤;
所述充热步骤包括双子系统充热步骤、储热子系统充热步骤以及制冷子系统充热步骤。
6.根据权利要求5所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法,其特征在于,在双子系统充热步骤中,
热源的热量分别输入至第一吸收发生器(1)、第二吸收发生器(5),对在所述第一吸收发生器(1)、第二吸收发生器(5)这两者内的工质对进行加热,并形成被吸收剂蒸气;
所述被吸收剂蒸气分别进入第一蒸发冷凝器(3)、第二蒸发冷凝器(6)这两者中,所述被吸收剂蒸气被冷凝为被吸收剂液体。
7.根据权利要求5所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法,其特征在于,在储热子系统充热步骤中,
第二吸收发生器(5)内的工质对受到环境冷却形成对被吸收剂的吸收效应;
第二蒸发冷凝器(6)中形成的被吸收剂液体受到吸收效应影响而蒸发,并向第一蒸发冷凝器(3)输出冷量。
第一吸收发生器(1)内的工质对受到热源加热形成被吸收剂蒸气;
所述被吸收剂蒸气进入第一蒸发冷凝器(3),被所述来自第二蒸发冷凝器(6)的冷量冷却,并被冷凝为被吸收剂液体。
8.根据权利要求5所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法,其特征在于,在制冷子系统充热步骤中,
吸收式储热子循环系统停止与外界进行热交换;
热源的热量输入至所述第二吸收发生器(5)中的工质对,形成被吸收剂蒸气;
所述被吸收剂蒸气进入第二蒸发冷凝器(6),并冷凝成被吸收剂特体。
9.根据权利要求5所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法,其特征在于,在储存步骤中,
停止吸收式制冷子循环系统、吸收式储热子循环系统与外界进行热交换,
关闭所述连接阀门(2);
所述工质对和被吸收剂液体分别存储在所述第一蒸发冷凝器(3)、第一吸收发生器(1)中。
10.根据权利要求5所述的采用吸收式制冷冷却的吸收式储热系统的控制方法,其特征在于,输出步骤包括热量输出步骤或者冷量输出步骤;
在热量输出步骤中,
吸收式制冷子循环系统停止与外界进行热交换;
所述第一吸收发生器(1)中的工质对被环境冷却,并形成对被吸收剂的吸收效应;
在所述第一蒸发冷凝器(3)中的被吸收剂液体受到吸收效应而蒸发,并对外输出冷量;
在冷量输出步骤中,
吸收式制冷子循环系统停止与外界进行热交换;
在所述第一蒸发冷凝器(3)中的被吸收剂液体吸收外界的热量而蒸发,并形成被吸收剂蒸气;
所述被吸收剂蒸气与所述第一吸收发生器(1)中的工质混合,并对外输出冷量。
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