CN110207522A - 液固浸没式吸附储热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液固浸没式吸附储热系统，包括固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3、加热器4、送风机6、调节水箱7、蒸汽缓冲罐13，其特征在于：送风机6与加热器4通过管道连接、管道上设有送风调节阀5，加热器4通过三通阀A16分别与蒸汽缓冲罐13与分集气器19连接；固定床反应器由多个通过管道并联而成的顶部与分集气器19连接，底部与分集水器20连接；排气管33一端与分集水器20连接，管上设有与回水管30连接三通阀B17、与给水管29连接的三通阀C18，排气管33设有排气阀15。本发明储热密度高，热损失小，适用于长周期储热，传质速率和传热速率高，结构简单，易于实施，维护和控制。
Description
技术领域
本发明涉及储热领域，具体来说涉及一种液固浸没式吸附储热系统。
背景技术
如今，伴随着环境保护和可持续发展的需求，传统化石能源的环境污染和不可再生的问题越来越突出，开发替代性能源以及采取节能减排措施变得十分紧要。近年来，太阳能作为一种极具前景的替代性能源得到了大量的研究和利用，太阳能热利用技术不仅能够产生电力，还能直接为建筑供暖和为工业供热。但是，太阳能的间断性和不稳定性使得能量的持续稳定供给难以得到保证。储热技术作为一种能量供给的调节手段可以使太阳能得到更有效的利用；在诸如冶金和化学等工业中通常会产生大量的废热，储热技术能够将这些废热储存起来以备后用；储热技术还能够通过将电能转换成热能的方式储存电能，这在电网的移峰填谷中有着重要的作用。在各种储能技术中，储热技术是一种相对较经济、方便和实用的技术，在太阳能热利用、电网削峰填谷，绿色建筑和废热储存和利用中有广泛的实用性。
热能储存的方式包括显热、潜热、化学反应和吸附/吸收储热。显热储热利用物质的温升来实现，这种方式易实现，技术难度低，但是储热密度低，热损失大，不利于长周期储热；潜热储热是利用储热材料在发生相变时吸收或放出相变潜热来实现能量储存与释放的，这种方式储热密度相对较高，但存在两相分离、导热率低和过冷度大等缺点。化学反应和吸附/吸收储热利用可逆化学反应和吸附/吸收过程中的吸热和放热效应来储存能量，储能密度高，几乎无热损，特别适合长周期或跨季节储热。相较于化学反应储热，吸附/吸收储热的反应条件简单，温度要求低，循环特性良好，可以广泛利用中低品位热能，如太阳能、工业废热等。
吸附储热反应器中的传热传质速率是影响吸附储热系统运行效率和功率的重要因素，目前已公开的吸附储热领域的专利基本都采用以水蒸汽为吸附质的闭式系统和以湿空气为吸附质的开式系统；在闭式系统中，固定床反应器内部与外部工作流体之间通过换热器进行换热，由于吸附剂本身的导热系数很低，导致系统传热速率较低，而且这些系统通常还需要附带加湿器和蒸发器等设备，这增加了系统的复杂程度和成本；在开式系统中，湿空气中水蒸汽分压相较于纯水和水蒸汽来说较低，因此传质速率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种储热密度高，热损失小，适用于长周期储热，传质速率和传热速率高，结构简单，易于实施，维护和控制的液固浸没式吸附储热系统。
本发明的一种液固浸没式吸附储热系统，包括固定床反应器A、固定床反应器B、固定床反应器C、加热器、送风机、调节水箱、蒸汽缓冲罐，送风机与加热器通过管道连接、管道上设有送风调节阀，加热器通过三通阀A分别与蒸汽缓冲罐与分集气器连接，蒸汽缓冲罐的输出管道上设置有供汽调节阀；调节水箱上连接有给水管、回水管、循环水管及补给水管，补给水管上设有补给阀，回水管上设有回水阀，给水管上设有给水泵及给水调节阀、与给水泵并联的管道上设有再循环调节阀；固定床反应器A、固定床反应器B、固定床反应器C通过管道并联而成的顶部与分集气器连接，底部与分集水器连接；排气管一端与分集水器连接，管上设有与回水管连接三通阀B 、与给水管连接的三通阀C，排气管设有排气阀。
上述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：固定床反应器A的顶端和底端分别设有支路控制阀A、支路控制阀D，固定床反应器B的顶端和底端分别设有支路控制阀B、支路控制阀E，固定床反应器C的顶端和底端分别设有支路控制阀C, 支路控制阀F。
上述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：固定床反应器A、固定床反应器B、固定床反应器C内部填充有吸附剂。
上述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：所述吸附剂采用堆积形式填充。
上述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：吸附剂周围采用钢丝网筒与固定反应器内壁隔离。
上述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：吸附剂为一种吸水性多孔物质。
上述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：吸附剂为颗粒状。本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知，本发明的空气输入单元包括加热器、送风调节阀、送风机，加热器置于空气输入单元内，其作用是利用外界需要储存的能量加热单元内的干空气，将其转换为干空气的热能，所述干空气携带着这些热能进入固定床反应器，在固定床反应器储存这些热能。加热器可以利用低谷低价电加热干空气，也可以利用太阳能热利用方式中的热流体与干空气进行换热，还可以利用工业废热或余热对干空气进行加热。总之，凡是能加热干空气使其温度达到80~200℃的能量源都能够成为加热器的能量来源。水输入单元包括调节水箱、给水泵、给水调节阀、再循环调节阀、回水阀和补给阀，再循环调节阀，回水阀，补给阀的作用是控制与之相连的管路的打开和关闭；给水调节阀的作用是控制给水流量的大小。调节水箱在整个水循环系统中起着缓冲的作用，一方面，调节水箱可以通过连接的循环水管路接收来自热用户的循环水，另一方面，多余的循环水在调节水箱中暂存，缺少循环水时可以通过调节水箱上的补给水管路增加水量。回水管路的作用是让反应器中的水能够返回调节水箱。给水泵设置在给水管路上，给水管路将调节水箱中的水输送进固定床反应器中。为保证给水泵的最小流量，设置有再循环管路。水蒸汽输出单元包括蒸汽缓冲罐、三通阀A及供汽调节阀，水蒸汽输出单元的作用是将释热过程中固定床反应器里产生的水蒸汽输送给热用户，供汽调节阀用来调节供汽量的大小，蒸汽缓冲罐3用来均衡、调节用户对蒸汽参数的要求。空气输出单元包括排气阀、三通阀B、三通阀C，分集水器，空气输出单元的作用是在储热过程中将固定床反应器A、固定床反应器B、固定床反应器C内携带有水蒸汽的空气输出到外界环境。排气阀用以控制排气管的打开或关闭。
本发明较于显热和潜热储热方式，储热密度更高；吸附储热装置在常温下即可实现储热，热损失小；因此，本发明装置特别适用于长周期储热。本发明采用液固浸没式吸附和开式循环系统，比采用湿空气作为吸附质的系统拥有更高的传质速率，比闭式循环系统拥有更高的传热速率。不需要附带蒸发器和冷凝器，系统结构简单，易于实施，维护和控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标记：
1、固定床反应器A，2, 固定床反应器B，3、固定床反应器C，4、加热器，5、送风调节阀，6、送风机，7、调节水箱，8、给水泵，9、回水阀，10、给水调节阀，11、再循环调节阀，12、补给阀，13、蒸汽缓冲罐，14、供汽调节阀，15、排气阀，16、三通阀AA，17、三通阀BB，18、三通阀CC，19、分集气器，20、分集水器，21、支路控制阀A，22、支路控制阀B，23、支路控制阀C，24、支路控制阀D，25、支路控制阀E，26、支路控制阀F，27、吸附剂颗粒，28、钢丝网筒，29、给水管，30、回水管，31、循环水管，32、补给水管，33、排气管，34、再循环管。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的液固浸没式吸附储热系统的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1所示，本发明的一种液固浸没式吸附储热系统，包括固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3、加热器4、送风机6、调节水箱7、蒸汽缓冲罐13，送风机6与加热器4通过管道连接、管道上设有送风调节阀5，加热器4通过三通阀A16分别与蒸汽缓冲罐13与分集气器19连接，蒸汽缓冲罐13的输出管道上设置有供汽调节阀14；调节水箱7上连接有给水管29、回水管30、循环水管31及补给水管32，补给水管32上设有补给阀12，回水管30上设有回水阀9，给水管29上设有给水泵8及给水调节阀10、与给水泵8并联的管道上设有再循环调节阀11；固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3通过管道并联而成的顶部与分集气器19连接，底部与分集水器20连接，固定床反应器A1的顶端和底端分别设有支路控制阀A21、支路控制阀D24，固定床反应器B2的顶端和底端分别设有支路控制阀B22、支路控制阀E25，固定床反应器C3的顶端和底端分别设有支路控制阀C23, 支路控制阀F26；排气管33一端与分集水器20连接，管上设有与回水管30连接三通阀B 17、与给水管29连接的三通阀C18，排气管33设有排气阀15。固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3内部填充有吸附剂27，所述吸附剂27为一种吸水性多孔物质，如沸石，吸附剂27为颗粒状，填充形式的主要考虑因素为流体的流动阻力和传热传质速率，采用堆积形式填充在固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3内，周围采用钢丝网筒28隔离，以免吸附剂27颗粒进入固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3端连接的管道中造成堵塞。固定床反应器可由多个相同或不同的固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3并联而成，顶端与分集气器19连接，底端与分集水器20连接；固定床反应器A1的顶端和底端分别设有支路控制阀A21、支路控制阀D24，固定床反应器B2的顶端和底端分别设有支路控制阀B22、支路控制阀E25，固定床反应器C3的顶端和底端分别设有支路控制阀C23, 支路控制阀F26，控制对应的固定床反应器的打开和关闭。
工作原理如下：
在储热模式下，关闭给水调节阀10、再循环调节阀11、补给阀12、回水阀9和供汽调节阀14，打开排气阀15、送风调节阀5和固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3对应的支路控制阀A21、支路控制阀D24、支路控制阀E25、支路控制阀C23, 支路控制阀F26，并设置三通阀A16、三通阀B17和三通阀C18的位置，使空气输入单元、分集气器19、分集水器20、固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3和空气输出单元流体连通；启动送风机6和加热器4；外界空气由送风机送入系统，经过加热器4以后变成热风（80~200℃），然后进入固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3加热吸附剂颗粒27，使其发生解吸反应，解吸出来的水蒸汽由热风带走，最后由底部的排气管路33排出；当排气的温度和湿度都不在变化时，说明储热过程结束，关闭送风机6和加热器4，关闭排气阀15和送风调节阀5，关闭固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3对应的支路控制阀A21、支路控制阀D24、支路控制阀E25、支路控制阀C23, 支路控制阀F26。吸附剂颗粒27已经在释热模式中吸附了大量的水分；来自送风机6的干空气在加热器4里吸收来自外界的需要储存的能量，加热器4加热干空气使其达到吸附剂颗粒27的解吸温度（80~200℃）；干空气流经固定床反应器加热吸附剂颗粒27使其发生解吸反应，解吸出来的水蒸汽随干空气由空气输出单元排出；由于解吸反应是吸热反应，这样，外界的能量以吸附势能的形式被储存在吸附剂颗粒27中。
在释热模式下， 打开固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3对应的支路控制阀A21、支路控制阀D24、支路控制阀E25、支路控制阀C23, 支路控制阀F26，打开给水调节阀10和供汽调节阀14，关闭补给阀12、回水阀9、排气阀15和送风调节阀5，设置三通阀A16，三通阀B17和三通阀C18的位置，使水输入单元、分集水器20、分集气器19、固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3和水蒸汽输出单元流体连通。启动给水泵8，当给水泵8流量低于必须的最小流量时，开启再循环调节阀11，否则，关闭再循环调节阀11；如果调节水箱7的水量低于要求的水量，则打开补给阀12补充水量，否则，关闭补给阀12。调节水箱7中的水由给水泵8输送进固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3，吸附剂颗粒27和水在固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3内发生吸附反应，吸附热被水吸收；水吸热沸腾产生水蒸汽，水蒸汽继续与吸附剂颗粒发生吸附反应致使水蒸汽温度进一步升高（120~200℃），直至到达固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3出口，最后通过供汽管道输送给热用户；当水达到固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3出口时，说明释热过程结束；此时，关闭给水泵8、供汽调节阀14和给水调节阀10；打开回水阀9，设置三通阀B17，使固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3、分集水器20和回水管路30流体连通，以便固定床反应器A1、固定床反应器B2、固定床反应器C3中残余水返回到调节水箱7；回水完成后关闭回水阀9。给水泵8将调节水箱7中的水输送进固定床反应器，吸附剂颗粒27和水发生吸附反应，水吸收吸附反应热后沸腾；产生的水蒸汽继续和吸附剂发生吸附反应，温度进一步升高，直至达到动态吸附平衡；该过程中，水蒸汽（120~200℃）由顶端的供汽调节阀14出口供给相应的热用户，直至水充满整个固定床反应器，此时，吸附剂颗粒27全部达到吸附平衡；残余的水通过回水管路30回流至调节水箱7，为储热模式做准备。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种液固浸没式吸附储热系统，包括固定床反应器A（1）、固定床反应器B（2）、固定床反应器C（3）、加热器（4）、送风机（6）、调节水箱（7）、蒸汽缓冲罐（13），其特征在于：送风机（6）与加热器（4）通过管道连接、管道上设有送风调节阀（5），加热器（4）通过三通阀A（16）分别与蒸汽缓冲罐（13）与分集气器（19）连接，蒸汽缓冲罐（13）的输出管道上设置有供汽调节阀（14）；调节水箱（7）上连接有给水管（29）、回水管（30）、循环水管（31）及补给水管（32），补给水管（32）上设有补给阀（12），回水管（30）上设有回水阀（9），给水管（29）上设有给水泵（8）及给水调节阀（10）、与给水泵（8）并联的管道上设有再循环调节阀（11）；固定床反应器A（1）、固定床反应器B（2）、固定床反应器C（3）通过管道并联而成的顶部与分集气器（19）连接，底部与分集水器（20）连接，固定床反应器A（1）、固定床反应器B（2）、固定床反应器C（3）内部填充有吸附剂（27）；排气管（33）一端与分集水器（20）连接，管上设有与回水管（30）连接三通阀B（17）、与给水管（29）连接的三通阀C（18），排气管（33）设有排气阀（15）。
2.如权利要求1所述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：固定床反应器A（1）的顶端和底端分别设有支路控制阀A（21）、支路控制阀D（24），固定床反应器B（2）的顶端和底端分别设有支路控制阀B（22）、支路控制阀E（25），固定床反应器C（3）的顶端和底端分别设有支路控制阀C（23）, 支路控制阀F（26）。
3.如权利要求1或2所述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：吸附剂周围采用钢丝网筒（28）与固定反应器内壁隔离。
4.如权利要求3所述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：所述吸附剂（27）采用堆积形式填充。
5.如权利要求4所述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：吸附剂（27）为一种吸水性多孔物质。
6.如权利要求5所述的一种液固浸没式吸附储热系统，其特征在于：吸附剂（27）为颗粒状。
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