CN112178961B - 基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统及方法 - Google Patents

Abstract

公开了基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统及方法，系统中，第一水合盐基储热材料吸热发生脱附反应生成水蒸气，或者第一水合盐基储热材料与来自第一气门的水分发生水合反应以释放反应热，第一发电单元包括经由过热蒸汽膨胀做功的第一汽轮机和同轴连接第一汽轮机的第一发电机，第二水合盐基储热材料吸热发生脱附反应生成水蒸气，或者第二水合盐基储热材料与来自第二气门的水分发生水合反应以释放反应热，第二水合盐基储热材料的脱附温度低于第一合盐基储热材料的脱附温度，第二发电单元包括经由高压过热蒸汽膨胀做功的第二汽轮机和同轴连接第二汽轮机的第二发电机，制冷单元经由三通阀连接第二循环回路以制冷。

Description

基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统及方法

技术领域

本发明涉及化学储热与产电、供热、制冷、空气取水技术领域，特别是一种基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统及方法。

背景技术

随着现代社会不断发展，人类对能源需求急剧提升，与此同时，传统能源枯竭与环境污染问题日益严重。为解决太阳能等可再生能源的间歇性和不稳定性，在其过剩情况下进行储存以便特定时间使用，即热能储存与转化技术，是当前常见的有效利用能源的方式。化学储热相比于显热和相变储热具有更大的蓄热密度，且能量转化形式是由热能转变为化学能进行储存，因此几乎无热损，故可以实现长期甚至是季节性储热目标。

但是，目前尚未有基于太阳能化学蓄热系统将发电、供热、制冷以及空气取水等多功效相结合的理论研究和工程应用。

背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

鉴于上述问题，本发明首次提出将上述目标集成于同一系统并就其方法进行披露。

本发明揭示了一种基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统包括，

太阳能集热器，其将太阳能转化为热能以加热其中的传热流体到预定温度，

第一储热反应器，其包括可开闭的第一气门、第一水合盐基储热材料和埋设第一水合盐基储热材料中的第一管道，所述第一管道导入传热流体以与所述第一水合盐基储热材料换热，所述第一水合盐基储热材料吸热发生脱附反应生成水蒸气，或者所述第一水合盐基储热材料与来自第一气门的水分发生水合反应以释放反应热，

第一集水箱，其连通所述第一储热反应器以收集所述水蒸气，

第一换热器，其包括连通所述第一管道以导入所述传热流体的第一入口、导出所述传热流体的第一出口、导入第一工质的第二入口和导出过热蒸汽的第二出口，所述第一工质与所述传热流体换热生成过热蒸汽，

第一发电单元，其包括经由所述过热蒸汽膨胀做功的第一汽轮机和同轴连接所述第一汽轮机的第一发电机，第一发电单元、第一冷凝器、第一循环泵与所述第一换热器构成第一循环回路，

供热单元，其经由三通阀连接所述第一循环回路以导入过热蒸汽换热，

第二储热反应器，其包括可开闭的第二气门、第二水合盐基储热材料和埋设第二水合盐基储热材料中的第二管道，所述第二管道连接所述第一出口导入传热流体以与所述第二水合盐基储热材料换热，所述第二水合盐基储热材料吸热发生脱附反应生成水蒸气，或者所述第二水合盐基储热材料与来自第二气门的水分发生水合反应以释放反应热，所述第二水合盐基储热材料的脱附温度低于所述第一合盐基储热材料的脱附温度，

第二集水箱，其连通所述第二储热反应器以收集水蒸气，

第二换热器，其包括连通所述第二管道以导入所述传热流体的第三入口、导出所述传热流体的第三出口、导入第二工质的第四入口和导出高压过热蒸汽的第四出口，所述第二工质与传热流体换热生成高压过热蒸汽，所述第二工质的沸点低于第一工质的沸点，

第二发电单元，其包括经由所述高压过热蒸汽膨胀做功的第二汽轮机和同轴连接所述第二汽轮机的第二发电机，第二发电单元、第二冷凝器、第二循环泵与所述第二换热器构成第二循环回路，

制冷单元，其经由三通阀连接所述第二循环回路以制冷。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统中，所述第二换热器、第一冷凝器、第三循环泵、太阳能集热器、第一储热反应器、第一换热器和第二储热反应器构成循环传热流体的第三循环回路。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统中，制冷单元包括，

第一冷凝盘管，其浸于水中，所述冷凝盘管连接所述第四出口以将导入过热蒸汽冷凝形成低温高压的液态工质，

压力传感器，其一段连接所述冷凝盘管，另一端连接膨胀阀，当达到预定压力，开启膨胀阀使得过低温高压的液态工质绝热膨胀，

蒸发单元，其连接所述膨胀阀以定压汽化吸热，

第二冷凝盘管，其浸于水中，所述第二冷凝盘管连接蒸发单元以将液态工质导入第二循环回路。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统中，供热单元包括，

第三换热器，其连通所述第一循环回路以经由所述过热蒸汽换热，

供暖器，其内的供暖介质连通所述第三换热器，与所述过热蒸汽换热的供暖介质散发热量。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统中，所述太阳能集热器和第一储热反应器设有测量传热流体流量的第一液体流量计，所述供暖器和第三换热器之间设有测量供暖介质流量的第二液体流量计，所述第二循环回路内设有测量高压过热蒸汽流量的气体流量计。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统中，所述系统至少还包括第三储热反应器以进行至少三级的梯级换热。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统中，所述第一合盐基储热材料的脱附温度高于150℃，所述第二工质的沸点小于100℃。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统中，系统还包括控制单元，其连接所述第一循环回路、第二循环回路和第三循环回路以调节产电量、供热量、制冷量或集水量。

根据本发明另一方面，一种基于所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的工作方法包括以下步骤，

储热模式下，太阳能集热器将太阳能转化为热能以加热其中的传热流体到预定温度，

所述第一水合盐基储热材料通过传热流体吸热，发生脱附反应生成水蒸气，第一集水箱收集所述水蒸气，第一工质经由第一换热器与所述传热流体换热生成过热蒸汽，第一发电单元经由所述过热蒸汽膨胀做功发电，供热单元经由过热蒸汽换热，

所述第二水合盐基储热材料通过传热流体吸热，发生脱附反应生成水蒸气，第二集水箱收集水蒸气，所述第二工质经由第二换热器与传热流体换热生成高压过热蒸汽，第二发电单元经由所述高压过热蒸汽膨胀做功发电，制冷单元连接所述第二循环回路以制冷；

释热模式下，开启第一气门，所述第一水合盐基储热材料与来自第一气门的水分发生水合反应以释放反应热，第一工质经由第一换热器与所述传热流体换热生成过热蒸汽，第一发电单元经由所述过热蒸汽膨胀做功发电，供热单元经由过热蒸汽换热，

开启第二气门，所述第二水合盐基储热材料与来自第二气门的水分发生水合反应以释放反应热，所述第二工质经由第二换热器与传热流体换热生成高压过热蒸汽，第二发电单元经由所述高压过热蒸汽膨胀做功发电，制冷单元连接所述第二循环回路以制冷。

本发明不仅实现了太阳热能的高效转化，还对海水资源进行了充分利用。基于水合盐/水蒸气的化学储热工质对，实现了对海水的淡化作用。此外，在制冷循环子回路中，直接利用海水对工质进行冷凝，相比传统的冷凝装置更加简单可靠，降低了系统的运行成本、能耗、和复杂程度。传热流体经过多级换热后可用于产电循环中乏汽的冷凝，而传热流体本身则被预热，实现了能量的有效利用。本发明可以不间断运行。无论是储热阶段还是释热阶段，系统内的产电、供热、制冷以及空气取水等所有子回路中均有部分回路参与运行，实现了系统的不停歇工作，不仅提高了系统对能量的利用效率，也满足了用户的实时需求。本发明中的传热流体在经过高温储热反应器和低温储热反应器后分别将热量传递给产电、供热子回路和产电、制冷子回路，通过调节传递给各子回路的热量比，可以调控电、热、冷的输出量，更好地满足用户对不同功能目标的实时动态需求。

本发明尤其适用于近海岸或岛屿居民，充分利用沿海地区的高湿度特性进行空气中水蒸气的吸附产热和解吸取水，达到淡水生产的目的。另外，可直接利用海水对工质进行冷凝，效果更佳。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的储热模式下的产电、制冷与空气取水过程示意图；

图3是根据本发明一个实施例的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的释热模式下的供热、产电过程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图1至图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图3所示，一种基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统包括，

太阳能集热器1，其将太阳能转化为热能以加热其中的传热流体到预定温度，

第一储热反应器3，其包括可开闭的第一气门4、第一水合盐基储热材料6和埋设第一水合盐基储热材料6中的第一管道36，所述第一管道36导入传热流体以与所述第一水合盐基储热材料6换热，所述第一水合盐基储热材料6吸热发生脱附反应生成水蒸气，或者所述第一水合盐基储热材料6与来自第一气门4的水分发生水合反应以释放反应热，

第一集水箱5，其连通所述第一储热反应器3以收集所述水蒸气，

第一换热器7，其包括连通所述第一管道36以导入所述传热流体的第一入口、导出所述传热流体的第一出口、导入第一工质的第二入口和导出过热蒸汽的第二出口，所述第一工质与所述传热流体换热生成过热蒸汽，

第一发电单元，其包括经由所述过热蒸汽膨胀做功的第一汽轮机9和同轴连接所述第一汽轮机9的第一发电机10，第一发电单元、第一冷凝器11、第一循环泵12与所述第一换热器7构成第一循环回路，

供热单元，其经由三通阀连接所述第一循环回路以导入过热蒸汽换热，

第二储热反应器17，其包括可开闭的第二气门18、第二水合盐基储热材料20和埋设第二水合盐基储热材料20中的第二管道37，所述第二管道37连接所述第一出口导入传热流体以与所述第二水合盐基储热材料20换热，所述第二水合盐基储热材料20吸热发生脱附反应生成水蒸气，或者所述第二水合盐基储热材料20与来自第二气门18水分发生水合反应以释放反应热，所述第二水合盐基储热材料20的脱附温度低于所述第一合盐基储热材料的脱附温度，

第二集水箱19，其连通所述第二储热反应器17以收集水蒸气，

第二换热器21，其包括连通所述第二管道37以导入所述传热流体的第三入口、导出所述传热流体的第三出口、导入第二工质的第四入口和导出高压过热蒸汽的第四出口，所述第二工质与传热流体换热生成高压过热蒸汽，所述第二工质的沸点低于第一工质的沸点，

第二发电单元，其包括经由所述高压过热蒸汽膨胀做功的第二汽轮机25和同轴连接所述第二汽轮机25的第二发电机26，第二发电单元、第二冷凝器27、第二循环泵29与所述第二换热器21构成第二循环回路，

制冷单元，其经由三通阀连接所述第二循环回路以制冷。

对于上述实施例，为了克服上述现有技术存在的缺陷，其提供一种基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统及方法，以化学储热为基础，耦合冷热电联产及空气取水技术的多功能系统，旨在充分利用太阳热能，实现能量的有效转化从而达到多功能用途。通过对能量的梯级利用以及对海水资源的利用，可最大程度地满足用户日常生活中的能耗需求而与多个单一功能系统的总能耗相比具有节能减排的优势。本发明在循环系统较为简单、涉及部件较少、易于维护的条件下实现基于化学储热系统的能量高效转化且稳定、可靠地达到供热-产电-制冷-空气取水多功能目标。

上述实施例与现有技术相比：现有技术中，除了只适用于如供热条件或空气取水的功能单一情况外，在现有的基于化学蓄热的热电联产系统中，加热反应床之后的热湿空气可用来加热低沸点的有机工质从而产电。在寒冷时节或夜间需要供热时，通入水蒸气使反应床发生水合反应，产生的反应热用以用户供热。虽然可以达到热电两用的目标，但设备种类繁多，例如需要气液分离装置、闪蒸室等。在释热过程中，水蒸气来自于闪蒸室，这需要提供额外的功耗，降低了系统的性能。利用闪蒸室蒸发产生吸附质用于释热反应则消耗了额外的机械功或电能。另外现有技术中，对于利用水或二氧化碳进行发电，对温度或压力要求高，会导致系统稳定性较差，安全可靠性以及热效率低，且热化学循环涉及部件较多，结构复杂，工质经历多重能量转化过程，热效率和性能系数将必然降低。对于现有技术中的冷热电联供系统，循环系统高度依赖外部设备，例如电动机由风力发电机带动，增大了系统的不稳定性；且制冷循环则由传统的溴化锂吸收式机组实现，而溴化锂溶液具有腐蚀性，会影响机组寿命和机组性能的正常运行，且机组排热负荷较大，对冷却水的水质要求也较高。可见，现有技术一般主要用于家庭供热、电力生产或制冷，功能较为单一，并且存在着各种缺陷，例如系统运行的安全性或可靠性、经济性、性能系数或效率有待进一步改善或提高。

也就是说，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于化学储热，利用太阳能驱动热化学反应的发生并对能量进行梯级利用，提高了热能的利用率，进而提升了系统整体的热效率；以水合盐基材料进行热化学储热，该类材料具有储热密度大、安全可靠、转化率高、循环稳定性好、操作要求较低等特点，相比其他化学蓄热材料更具优势和应用前景，这也提高了系统的可靠性；本发明具有热电冷联产以及空气取水的功能，相比于现有技术的仅用于产热、产电或热电联产的技术，本发明可实现的功能更多，首次将产电、供热、制冷及空气取水耦合于同一集成系统，可更大程度地满足用户需求，可进一步充分高效利用能源，降低总能耗以及污染排放。

在另一个实施例中，本发明的化学储热材料为水合盐基储热材料，可通过市场购买获得。例如，可以选择市面上销售的：七水硫酸镁MgSO₄·7H₂O(CAS：10034-99-8)(供应商:国药集团化学试剂有限公司，简称国药试剂)、六水氯化锶SrCl₂·6H₂O(CAS：10025-70-4)(国药试剂)、氯化锂一水合物LiCl·H₂O(CAS：16712-20-2)(艾览化工科技有限公司)、氢氧化锂一水合物LiOH·H₂O(CAS：1310-66-3)(国药试剂)、二水氯化钙CaCl·2H₂O(CAS：10035-04-8)(上海吉至生化科技有限公司)半水碳酸钾K₂CO₃·1.5H₂O(CAS：6381-79-9)(上海麦克林生化科技有限公司)。更优的，相比其他化学储热材料，第一水合盐基储热材料6和第二水合盐基储热材料20优先选择市面上符合如下一个要求或多个要求的现有材料：具有储热密度大、安全性高、充热温度低(例如不超过300℃)、转化率高等优势。这样，可以进一步提高本系统的实用性。

更优选的，水合盐基储热材料选择无机水合盐。由于无机水合盐与水蒸气分别作为化学吸附剂和吸附质工质对，因此本发明中利用水合盐基材料进行化学储热同时进行空气取水，即淡水生产。

无机水合盐受热时脱附水分形成无水或少水的无机盐；将纯水蒸气或含水蒸气的湿空气通入脱附后的盐床，则会发生水合反应并释放反应热，该热量可被提取用以产电、供热或制冷。而储热材料吸附的水分在蓄热阶段会被解吸并冷凝，作为淡水资源使用。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的优选实施例中，所述第二换热器21、第一冷凝器11、第三循环泵22、太阳能集热器1、第一储热反应器3、第一换热器7和第二储热反应器17构成循环传热流体的第三循环回路。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的优选实施例中，制冷单元包括，

第一冷凝盘管31，其浸于水中，所述冷凝盘管连接所述第四出口以将导入过热蒸汽冷凝形成低温高压的液态工质，

压力传感器32，骑一段连接所述第一冷凝盘管31，另一端连接膨胀阀33，当达到预定压力，开启膨胀阀33使得过低温高压的液态工质绝热膨胀，

蒸发单元34，其连接所述膨胀阀33以定压汽化吸热，

第二冷凝盘管35，其浸于水中，所述第二冷凝盘管35连接蒸发单元34以将液态工质导入第二循环回路。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的优选实施例中，供热单元包括，

第三换热器14，其连通所述第一循环回路以经由所述过热蒸汽换热，

供暖器15，其内的供暖介质连通所述第三换热器14，与所述过热蒸汽换热的供暖介质散发热量。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的优选实施例中，所述太阳能集热器1和第一储热反应器3设有测量传热流体流量的第一液体流量计2，所述供暖器15和第三换热器14之间设有测量供暖介质流量的第二液体流量计16，所述第二循环回路内设有测量高压过热蒸汽流量的气体流量计23。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的优选实施例中，所述系统至少还包括第三储热反应器以进行至少三级的梯级换热。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的优选实施例中，所述第一合盐基储热材料的脱附温度高于150℃，所述第二工质的沸点小于100℃。

所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的优选实施例中，系统还包括控制单元，其连接所述第一循环回路、第二循环回路和第三循环回路以调节产电量、供热量、制冷量或集水量。

在一个实施例中，所述预定温度为150-300℃。

在一个实施例中，所述第一气门4和第一集水箱5同时仅有一个开启。

在一个实施例中，所述第二气门18和第二集水箱19同时仅有一个开启。

在一个实施例中，所述第一管道36为多重S形结构以增加第一管道36与第一水合盐基储热材料6接触面积。

在一个实施例中，所述第二管道37为多重回形结构以增加第二管道37与第二水合盐基储热材料20接触面积。

在一个实施例中，所述三通阀为电控阀，其根据指令控制开启或关闭供热单元或第一发电单元。所述三通阀为电控阀，其根据指令控制开启或关闭供热单元或第一发电单元。

在一个实施例中，所述控制单元连接所述太阳能集热器1、第一气门4、第一管道36、第二气门18、第二管道37、三通阀以控制供热单元、第一发电单元、第二发电单元和制冷单元的开启或闭合，以及第一管道36和第二管道37的流量或流速。

所述第一和第二冷凝盘管35浸没于海水30中。

在一个实施例中，所述供热单元经由第一三通阀8连接在第一汽轮机9和第一换热器7之间，经由第二三通阀13连接在第三换热器14和第一循环泵12之间。

在一个实施例中，所述制冷单元经由第三三通阀28连接在第二冷凝器27和第二循环泵29之间，经由第四三通阀24连接在气体流量计23和第二汽轮机25之间。

一种基于所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的工作方法包括以下步骤，

储热模式下，太阳能集热器1将太阳能转化为热能以加热其中的传热流体到预定温度，

所述第一水合盐基储热材料6通过传热流体吸热，发生脱附反应生成水蒸气，第一集水箱5收集所述水蒸气，第一工质经由第一换热器7与所述传热流体换热生成过热蒸汽，第一发电单元经由所述过热蒸汽膨胀做功发电，供热单元经由过热蒸汽换热，

所述第二水合盐基储热材料20通过传热流体吸热，发生脱附反应生成水蒸气，第二集水箱19收集水蒸气，所述第二工质经由第二换热器21与传热流体换热生成高压过热蒸汽，第二发电单元经由所述高压过热蒸汽膨胀做功发电，制冷单元连接所述第二循环回路以制冷；

释热模式下，开启第一气门4，所述第一水合盐基储热材料6与来自第一气门4的水分发生水合反应以释放反应热，第一工质经由第一换热器7与所述传热流体换热生成过热蒸汽，第一发电单元经由所述过热蒸汽膨胀做功发电，供热单元经由过热蒸汽换热，

开启第二气门18，所述第二水合盐基储热材料20与来自第二气门18的水分发生水合反应以释放反应热，所述第二工质经由第二换热器21与传热流体换热生成高压过热蒸汽，第二发电单元经由所述高压过热蒸汽膨胀做功发电，制冷单元连接所述第二循环回路以制冷。

本发明首次提出将产电、供热、制冷及空气取水耦合于同一集成系统，可更大程度地满足用户需求。通过对能量进行梯级利用，提高了热能的利用率，进而提升了系统整体的热效率。通过对太阳热能与海水等资源的有效利用，从而使整个系统不间断地实现电、热、冷联供并达到空气取水，即海水淡化的目的。此外，系统可以调控电、热、冷的输出量，更好地满足用户对不同功能目标的实时动态需求。该系统尤其适用于临海或靠近湖泊的地区，可有效解决近海岸或岛屿上的用户对电热冷以及海水淡化需求等问题，相当具有发展和应用潜力。

在一个实施方式中，如图2所示，在热季或光照充足的晴天，传热流体被太阳能集热装置加热到指定的温度后送入高温储热反应器，此时反应器顶端第一气门4处于关闭状态，通过换热作用将热量传递给水合盐储热材料，水合盐反应床吸热发生脱附反应直到反应结束，此阶段是热能转化为化学势能的过程。解吸出的水蒸气被与反应器上部连接的集水箱冷凝回收。换热后的热流体仍具有较高的温度，在流经换热器后与有机工质换热使其成为过热蒸汽。由于热季或辐照较强的白天一般无需供热或采暖，此时可关闭给用户供热的子回路，仅使发电循环运行。参见图2，第一换热器7之后的供热子循环关闭，将三通阀8和13之间的供热部分断开。过热蒸汽经过汽轮机膨胀做功，从而带动与汽轮机同轴相连的发电机产电，做功后的乏汽冷凝后经工质泵加压再次送入换热器进行下一次有机朗肯循环。换热流体再流过低温储热反应器加热所需脱附温度较低的水合盐，同高温储热反应器一样，解吸出的水蒸气被冷凝回收。流出反应器的热流体再进一步加热低沸点，饱和温度小于100℃的有机工质，经过多级传热之后，传热流体温度降到最低，最终经循环泵送入太阳能集热装置再次吸收热量。而低沸点工质被传热流体加热后成为高压过热蒸汽。若此时对制冷需求较大，可关闭发电循环子回路，参见图2，第二换热器21之后的产电子循环关闭，三通阀24和28之间的产电部分断开，使过热蒸汽流过浸入水下的冷凝管，直接利用外部海水冷凝，使过热蒸汽成为低温高压的液态工质，压力传感器32达到某一特定压力下后开启膨胀阀，高压液态工质经过膨胀阀后发生绝热膨胀过程，同时温度降低，降温后的工质再进入用户内的蒸发室定压汽化吸热，受热后的气体工质流过水下的冷凝管内冷凝成为液态，在循环泵的作用下再次送入换热器内吸收热量进行下一循环。至此，该系统在储热阶段实现了产电、制冷与空气取水。

在一个实施方式中，如图3所示，释热阶段的供热、产电过程中，在寒冷时节或光照不足的阴雨天，以脱附后的干无机水合盐与水蒸气的吸附反应热为热源进行热能的转化和传递过程。打开高温的第一储热反应器3和低温的第二储热反应器17上端的第一气门4和第二气门18，相对湿度较高的湿空气中的水蒸气和脱附后的水合盐发生水合反应同时放出热量。温度较低的传热流体经过高温的第一储热反应器3吸收反应床释放的吸附热，升温后的传热流体经过第一换热器7将热量传递给有机工质，若此阶段用户对于热需求较高而电需求较低，可关闭发电循环子回路，工质将热量通过换热作用供用户使用。参见图3中，三通阀8和13之间的产电子循环断开，传热流体继续流过低温的第二储热反应器17吸收反应释放的热量从而再次升温，之后传热流体经过第二热交换器将热量传递给有机工质使之成为过热蒸汽。由于寒冷时节一般无需给用户供冷，此时关闭制冷子回路，参见图3中，三通阀24和28之间的供冷子循环断开。过热蒸汽被送入汽轮机进行电能生产，做功后的乏汽冷凝后被泵送回第二换热器21继续吸收热量。至此，该系统在释热阶段实现了热电联供。如此，该多功能集成系统可在储热阶段和释热阶段持续工作，实现多目标联产，对节能减排工作具有重要意义。

需要强调的是，本发明所述的系统并非局限于在储热阶段实现冷电联供和空气取水功能以及在释热阶段实现热电联供功能。事实上，无论在储热阶段还是释热阶段，与第一换热器7相连的产电和供热循环子回路以及与第二换热器21相连的产电和制冷循环子回路均可同时开启运行，如附图1的系统整体结构示意图，同时实现产电、供热和制冷功能。具体的运行方式可根据实际条件下用户对电热冷的需求程度进行调整。

工业实用性

本发明所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统及方法可以在储热领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (9)

1.一种基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统，其包括，

太阳能集热器，其将太阳能转化为热能以加热其中的传热流体到预定温度，

第一储热反应器，其包括可开闭的第一气门、第一水合盐基储热材料和埋设第一水合盐基储热材料中的第一管道，所述第一管道导入传热流体以与所述第一水合盐基储热材料换热，所述第一水合盐基储热材料吸热发生脱附反应生成水蒸气，或者所述第一水合盐基储热材料与来自第一气门的水分发生水合反应以释放反应热，

第一集水箱，其连通所述第一储热反应器以收集所述水蒸气，

第一换热器，其包括连通所述第一管道以导入所述传热流体的第一入口、导出所述传热流体的第一出口、导入第一工质的第二入口和导出过热蒸汽的第二出口，所述第一工质与所述传热流体换热生成过热蒸汽，

第一发电单元，其包括经由所述过热蒸汽膨胀做功的第一汽轮机和同轴连接所述第一汽轮机的第一发电机，第一发电单元、第一冷凝器、第一循环泵与所述第一换热器构成第一循环回路，

供热单元，其经由三通阀连接所述第一循环回路以导入过热蒸汽换热，

第二储热反应器，其包括可开闭的第二气门、第二水合盐基储热材料和埋设第二水合盐基储热材料中的第二管道，所述第二管道连接所述第一出口导入传热流体以与所述第二水合盐基储热材料换热，所述第二水合盐基储热材料吸热发生脱附反应生成水蒸气，或者所述第二水合盐基储热材料与来自第二气门的水分发生水合反应以释放反应热，所述第二水合盐基储热材料的脱附温度低于所述第一水合盐基储热材料的脱附温度，

第二集水箱，其连通所述第二储热反应器以收集水蒸气，

第二换热器，其包括连通所述第二管道以导入所述传热流体的第三入口、导出所述传热流体的第三出口、导入第二工质的第四入口和导出高压过热蒸汽的第四出口，所述第二工质与传热流体换热生成高压过热蒸汽，所述第二工质的沸点低于第一工质的沸点，

第二发电单元，其包括经由所述高压过热蒸汽膨胀做功的第二汽轮机和同轴连接所述第二汽轮机的第二发电机，第二发电单元、第二冷凝器、第二循环泵与所述第二换热器构成第二循环回路，

制冷单元，其经由三通阀连接所述第二循环回路以制冷。

2.如权利要求1所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统，其中，所述第二换热器、第一冷凝器、第三循环泵、太阳能集热器、第一储热反应器、第一换热器和第二储热反应器构成循环传热流体的第三循环回路。

3.如权利要求1所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统，其中，制冷单元包括，

第一冷凝盘管，其浸于水中，所述冷凝盘管连接所述第四出口以将导入过热蒸汽冷凝形成低温高压的液态工质，

压力传感器，其一段连接所述冷凝盘管，另一端连接膨胀阀，当达到预定压力，开启膨胀阀使得过低温高压的液态工质绝热膨胀，

蒸发单元，其连接所述膨胀阀以定压汽化吸热，

第二冷凝盘管，其浸于水中，所述第二冷凝盘管连接蒸发单元以将液态工质导入第二循环回路。

4.如权利要求1所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统，其中，供热单元包括，

第三换热器，其连通所述第一循环回路以经由所述过热蒸汽换热，

供暖器，其内的供暖介质连通所述第三换热器，与所述过热蒸汽换热的供暖介质散发热量。

5.如权利要求4所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统，其中，所述太阳能集热器和第一储热反应器设有测量传热流体流量的第一液体流量计，所述供暖器和第三换热器之间设有测量供暖介质流量的第二液体流量计，所述第二循环回路内设有测量高压过热蒸汽流量的气体流量计。

6.如权利要求1所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统，其中，所述系统至少还包括第三储热反应器以进行至少三级的梯级换热。

7.如权利要求1所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统，其中，所述第一水合盐基储热材料的脱附温度高于150℃，所述第二工质的沸点小于100℃。

8.如权利要求1所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统，其中，系统还包括控制单元，其连接所述第一循环回路、第二循环回路和第三循环回路以调节产电量、供热量、制冷量或集水量。

9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的基于化学储热的产电供热制冷取水结合的系统的工作方法，其包括以下步骤，

储热模式下，太阳能集热器将太阳能转化为热能以加热其中的传热流体到预定温度，

所述第一水合盐基储热材料通过传热流体吸热，发生脱附反应生成水蒸气，第一集水箱收集所述水蒸气，第一工质经由第一换热器与所述传热流体换热生成过热蒸汽，第一发电单元经由所述过热蒸汽膨胀做功发电，供热单元经由过热蒸汽换热，

所述第二水合盐基储热材料通过传热流体吸热，发生脱附反应生成水蒸气，第二集水箱收集水蒸气，所述第二工质经由第二换热器与传热流体换热生成高压过热蒸汽，第二发电单元经由所述高压过热蒸汽膨胀做功发电，制冷单元连接所述第二循环回路以制冷；

释热模式下，开启第一气门，所述第一水合盐基储热材料与来自第一气门的水分发生水合反应以释放反应热，第一工质经由第一换热器与所述传热流体换热生成过热蒸汽，第一发电单元经由所述过热蒸汽膨胀做功发电，供热单元经由过热蒸汽换热，

开启第二气门，所述第二水合盐基储热材料与来自第二气门的水分发生水合反应以释放反应热，所述第二工质经由第二换热器与传热流体换热生成高压过热蒸汽，第二发电单元经由所述高压过热蒸汽膨胀做功发电，制冷单元连接所述第二循环回路以制冷。

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