CN112880213A - 一种太阳能化学蓄热除湿系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能化学蓄热除湿系统及工作方法，涉及除湿技术领域，包括太阳能集热器、化学蓄热单元和除湿单元，所述化学蓄热单元包括第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器、蒸发器、冷凝器和水箱；所述除湿单元包括翅片换热器、除湿器和设于翅片换热器的相关风道，其中，太阳能集热器与翅片换热器器、除湿器以及水箱通过管道相连以形成回路；太阳能集热器与第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器、冷凝器以及水箱通过管道相连以形成回路；第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器、翅片换热器、除湿器、蒸发器、冷凝器以及水箱通过管道相连以形成回路；第一化学蓄热反应器和第二化学蓄热反应器分别装有不同蓄热温度的化学蓄热材料。

Description

一种太阳能化学蓄热除湿系统及工作方法

技术领域

本发明涉及除湿技术领域，具体涉及一种太阳能化学蓄热除湿系统及工作方法。

背景技术

温湿度控制是人类生活中不必可少的空气调节，温湿度独立控制空调克服传统空调低温冷凝除湿带来的高能耗、无法满足热湿比变化范围大要求以及霉菌带来健康潜在威胁，在节能和空气品质方面具有较大优势，特别是对于湿度大环境，温度与湿度独立控制就显得尤为迫切。

除了传统空调采用的冷却除湿方式，除湿器一般选择液体除湿或者固体除湿，再生过程都需要大量的能量消耗。为了改善这一问题，将除湿技术耦合太阳能热利用技术，利用太阳能作为除湿器热源，实现室内湿度控制，从而节省电力消耗。

太阳能热不稳定、间歇性等问题严重影响太阳能除湿技术使用可靠性，一般采用蓄热或者辅助热源等技术保证再生热源连续性。

发明专利申请号201210497541.0一种太阳能除湿空调系统，主要包括太阳能集热器、储能器、除湿转轮以及热交换器，将太阳能应用与转轮除湿再生加热，提供再生热源；当机组不用或低负荷时，高温导热油可将储存在储能器中，用于太阳能不满足加热温度要求时使用，另外还设有常规能源补充接口，需要时切入电力作为再生驱动能量。为保证系统太阳能利用率高，储能器需要设置较大体积与容量，从而导致整个太阳能除湿系统经济性不高，阻碍应用。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种太阳能化学蓄热除湿系统及工作方法，利用不同化学蓄热材料蓄热范围不同，实现放热再蓄热过程，同时回收冷凝热，提升系统热利用效率，进而改善太阳能除湿系统热效率。

为实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案：

一种太阳能化学蓄热除湿系统，包括太阳能集热器、化学蓄热单元和除湿单元，所述化学蓄热单元包括第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器、蒸发器、冷凝器和水箱；所述除湿单元包括翅片换热器、除湿器和设于翅片换热器的相关风道，其中，

太阳能集热器与翅片换热器器、除湿器以及水箱通过管道相连以形成回路；

太阳能集热器与第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器、冷凝器以及水箱通过管道相连以形成回路；

第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器、翅片换热器、除湿器、蒸发器、冷凝器以及水箱通过管道相连以形成回路；

第一化学蓄热反应器和第二化学蓄热反应器分别装有不同蓄热温度的化学蓄热材料，装有低蓄热温度的化学蓄热反应器为低温化学蓄热反应器，装有高蓄热温度的第二化学蓄热反应器为高温化学蓄热反应器。。

如上所述的太阳能化学蓄热除湿系统，进一步地，所述不同蓄热温度的化学蓄热材料为氯化钙和氢氧化锂。

一种太阳能化学蓄热除湿工作方法，用于如上所述的太阳能化学蓄热除湿系统，其包括第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式，其中，

所述第一工作模式用于白天除湿与蓄热过程，其包括：

打开阀门1、阀门2，太阳能集热器工作时，太阳能集热器产生的一部分热水通过翅片换热器交换给风道再生空气，提供除湿过程的再生热源，随后热水回流至水箱，进行除湿过程；

同时在除湿过程中，打开阀门3、阀门4、阀门6、阀门8、阀门9，太阳能集热器产生的另一部分热水分别流经第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器并在其内部发生分解反应，分解反应产生的水蒸气进入冷凝器进行冷凝，流经化学蓄热反应器的热水回流至水箱，进行化学蓄热过程，化学蓄热反应器内的压力降低；

所述第二工作模式用于夜晚或太阳能光照弱于设定程度时放热除湿过程，其包括：

打开阀门2、阀门3、阀门5，打开蒸发器与低温化学蓄热反应器之间的阀门5，蒸发器内开始蒸发，因化学蓄热反应器内压力低于蒸发器内的压力，所以蒸发器内水蒸气进入低温化学蓄热反应器，与化学蓄热材料发生水合放热反应，产生的热水经过翅片换热器加热风道再生空气，提供除湿过程再生热源，翅片换热器出口热水回流至水箱；

所述第三工作模式用于温度梯级蓄热除湿过程，其包括：

首先低温化学蓄热反应器的化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源；当化学蓄热反应器热水出口温度不能满足除湿要求时，高温化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源，同时流经翅片换热器热水进入低温化学蓄热反应器内，再进行蓄热过程；当高温化学蓄热反应器热水出口温度不能满足除湿要求时，低温化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源；

当低温化学蓄热反应器出口热水不能满足除湿热源需求时，打开阀门2、阀门4、阀门7、阀门8、阀门9，关闭阀门5，打开蒸发器与高温化学蓄热反应器之间的阀门9，打开冷凝器与低温化学蓄热反应器之间的阀门8，关闭蒸发器与低温化学蓄热反应器之间的阀门5，由于蒸发器内压力大于高温化学蓄热反应器内的压力，水蒸气从蒸发器进入高温化学蓄热反应器内，发生水合放热反应，产生的热水经过翅片换热器加热风道再生空气，提供除湿过程再生热源，翅片换热器出口热水回流至水箱，再由水箱进入低温化学蓄热反应器，因低温化学蓄热反应器热水入口温度高于氢氧化锂结晶水合物分解温度，低温化学蓄热反应器发生分解反应，产生的水蒸气进入冷凝器进行冷凝，低温化学蓄热反应器再次进行蓄热过程；

当高温化学蓄热反应器出口热水不能满足除湿热源需求时，打开阀门5，关闭阀门8、阀门9，打开蒸发器与低温化学蓄热反应器间的阀门5，关闭蒸发器与高温化学蓄热反应器间的阀门9、冷凝器与低温化学蓄热反应器间的阀门8，因蒸发器与低温化学蓄热反应器间的压力差，水蒸气从蒸发器进入低温化学蓄热反应器内发生水合放热反应，产生的热水通过翅片换热器加热风道再生空气，提供除湿器再生热源；

所述第四工作模式用于冷凝热回收过程，其包括：

当冷凝器开始工作时，打开冷凝器与翅片换热器间第十阀门，冷凝过程产生的冷凝热预热风道再生空气，回收冷凝热。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、所述的太阳能蓄热除湿系统包括化学蓄热部分，可有效解决太阳能热不稳定、不连续等问题，实现稳定热源输出，提升太阳能除湿系统可靠性；

2、所述的太阳能蓄热除湿系统包含不同蓄热温度的化学蓄热材料反应器，能够实现温度梯度蓄热放热，以及回收利用冷凝热，有效提高系统的热利用效率，有利于降低系统体积，拓展太阳能除湿系统的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1为本发明实例施的太阳能化学蓄热除湿系统的结构示意图。

附图中：1、太阳能集热器；2、翅片换热器；3、第一化学蓄热反应器；4、第二化学蓄热反应器；5、蒸发器；6、冷凝器；7除湿器、8、水箱；9、风道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例：

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，图1为本发明实例施的太阳能化学蓄热除湿系统的结构示意图。

一种太阳能化学蓄热除湿系统，包括太阳能集热器1、化学蓄热单元和除湿单元，所述化学蓄热单元包括第一化学蓄热反应器3、第二化学蓄热反应器4、蒸发器5、冷凝器6和水箱8；所述除湿单元包括翅片换热器2、除湿器7和设于翅片换热器2的相关风道9，其中，太阳能集热器1与翅片换热器2器、除湿器7以及水箱8通过管道相连以形成回路；太阳能集热器1与第一化学蓄热反应器3、第二化学蓄热反应器4、冷凝器6以及水箱8通过管道相连以形成回路；第一化学蓄热反应器3、第二化学蓄热反应器4、翅片换热器2、除湿器7、蒸发器5、冷凝器6以及水箱8通过管道相连以形成回路；第一化学蓄热反应器3和第二化学蓄热反应器4分别装有不同蓄热温度的化学蓄热材料，第一化学蓄热反应器为低温化学蓄热反应器，第二化学蓄热反应器为高温化学蓄热反应器。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述不同蓄热温度的化学蓄热材料为氯化钙和氢氧化锂。

一种太阳能化学蓄热除湿工作方法，用于如上所述的太阳能化学蓄热除湿系统，其包括第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式。

所述第一工作模式用于白天除湿与蓄热过程，其包括：打开阀门1、阀门2，太阳能集热器1工作时，太阳能集热器1产生的一部分热水通过翅片换热器2交换给风道9再生空气，提供除湿过程的再生热源，随后热水回流至水箱8，进行除湿过程。同时在除湿过程中，打开阀门3、阀门4、阀门6、阀门8、阀门9，太阳能集热器1产生的另一部分热水分别流经第一化学蓄热反应器3、第二化学蓄热反应器4并在其内部发生分解反应，分解反应产生的水蒸气进入冷凝器6进行冷凝，化学蓄热反应器内的压力较低，流经化学蓄热反应器的热水回流至水箱8，进行化学蓄热过程。

所述第二工作模式用于夜晚或太阳能光照弱于设定程度时放热除湿过程，其包括：打开阀门2、阀门3、阀门5，打开蒸发器5与低温化学蓄热反应器之间的阀门5，蒸发器5内开始蒸发，因化学蓄热反应器内压力低于蒸发器5内的压力，所以蒸发器5内水蒸气进入低温化学蓄热反应器，与化学蓄热材料发生水合放热反应，产生的热水经过翅片换热器2加热风道9再生空气，提供除湿过程再生热源，翅片换热器2出口热水回流至水箱8。

所述第三工作模式用于温度梯级蓄热除湿过程，其包括：首先低温化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源；当化学蓄热反应器热水出口温度不能满足除湿要求时，装有高分解温度化学蓄热材料的化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源，同时流经翅片换热器2热水进入低温化学蓄热反应器内，再进行蓄热过程；当高温化学蓄热反应器热水出口温度不能满足除湿要求时，低温化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源。

当低温化学蓄热反应器出口热水不能满足除湿热源需求时，打开阀门2、阀门4、阀门7、阀门8、阀门9，关闭阀门5，打开蒸发器5与高温化学蓄热反应器之间的阀门9，打开冷凝器6与低温化学蓄热反应器之间的阀门8，关闭蒸发器5与低温化学蓄热反应器之间的阀门5，由于蒸发器5内压力大于高温化学蓄热反应器内的压力，水蒸气从蒸发器5进入高温化学蓄热反应器内，发生水合放热反应，产生的热水经过翅片换热器2加热风道9再生空气，提供除湿过程再生热源，翅片换热器2出口热水回流至水箱，再由水箱进入低温化学蓄热反应器，因低温化学蓄热反应器热水入口温度高于氢氧化锂结晶水合物分解温度，低温化学蓄热反应器发生分解反应，产生的水蒸气进入冷凝器6进行冷凝，低温化学蓄热反应器再次进行蓄热过程。当高温化学蓄热反应器出口热水不能满足除湿热源需求时，打开阀门5、关闭阀门8、阀门9，打开蒸发器5与低温化学蓄热反应器间的阀门3，关闭蒸发器5与高温化学蓄热反应器间的阀门9、冷凝器6与低温化学蓄热反应器间的阀门8，因蒸发器5与低温化学蓄热反应器间的压力差，水蒸气从蒸发器5进入低温化学蓄热反应器内发生水合放热反应，产生的热水通过翅片换热器2加热风道9再生空气，提供除湿器7再生热源。

所述第四工作模式用于冷凝热回收过程，其包括：当冷凝器6开始工作时，打开冷凝器6与翅片换热器2间阀门10，冷凝过程产生的冷凝热预热风道9再生空气，回收冷凝热。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种太阳能化学蓄热除湿系统，包括太阳能集热器、化学蓄热单元和除湿单元，其特征在于，所述化学蓄热单元包括第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器、蒸发器、冷凝器和水箱；所述除湿单元包括翅片换热器、除湿器和设于翅片换热器的相关风道，其中，

所述太阳能集热器与所述翅片换热器器、所述除湿器以及所述水箱通过管道相连以形成回路；

所述太阳能集热器与所述第一化学蓄热反应器、所述第二化学蓄热反应器、所述冷凝器以及所述水箱通过管道相连以形成回路；

所述第一化学蓄热反应器、所述第二化学蓄热反应器、所述翅片换热器、所述除湿器、所述蒸发器、所述冷凝器以及所述水箱通过管道相连以形成回路；

所述第一化学蓄热反应器和所述第二化学蓄热反应器分别装有不同蓄热温度的化学蓄热材料。

2.根据权利要求2所述的太阳能化学蓄热除湿系统，其特征在于，所述不同蓄热温度的化学蓄热材料为氯化钙和氢氧化锂。

3.一种太阳能化学蓄热除湿工作方法，用于如权利要求1至2任一所述的太阳能化学蓄热除湿系统，其特征在于，包括第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式，其中，

所述第一工作模式用于白天除湿与蓄热过程，其包括：

打开第一阀门、第二阀门，太阳能集热器工作时，太阳能集热器产生的一部分热水通过翅片换热器交换给风道再生空气，提供除湿过程的再生热源，随后热水回流至水箱，进行除湿过程；

同时在除湿过程中，打开第三阀门、第四阀门、第六阀门、第八阀门、第九阀门，太阳能集热器产生的另一部分热水分别流经第一化学蓄热反应器、第二化学蓄热反应器并在其内部发生分解反应，分解反应产生的水蒸气进入冷凝器进行冷凝，，流经化学蓄热反应器的热水回流至水箱，进行化学蓄热过程，化学蓄热反应器内的压力降低；

所述第二工作模式用于夜晚或太阳能光照弱于设定程度时放热除湿过程，其包括：

打开第二阀门、第三阀门、第五阀门，打开蒸发器与低温化学蓄热反应器之间的第五阀门，蒸发器内开始蒸发，因化学蓄热反应器内压力低于蒸发器内的压力，所以蒸发器内水蒸气进入低温化学蓄热反应器，与化学蓄热材料发生水合放热反应，产生的热水经过翅片换热器加热风道再生空气，提供除湿过程再生热源，翅片换热器出口热水回流至水箱；

所述第三工作模式用于温度梯级蓄热除湿过程，其包括：

首先低温化学蓄热反应器的化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源；当化学蓄热反应器热水出口温度不能满足除湿要求时，高温化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源，同时流经翅片换热器热水进入低温化学蓄热反应器内，再进行蓄热过程；当高温化学蓄热反应器热水出口温度不能满足除湿要求时，低温化学蓄热反应器发生水合放热反应，提供除湿过程再生热源；

当低温化学蓄热反应器出口热水不能满足除湿热源需求时，打开第二阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门，关闭第五阀门，打开蒸发器与高温化学蓄热反应器之间的第九阀门，冷凝器与低温化学蓄热反应器之间的第八阀门，关闭蒸发器与低温化学蓄热反应器之间的第五阀门，由于蒸发器内压力大于高温化学蓄热反应器内的压力，水蒸气从蒸发器进入高温化学蓄热反应器内，发生水合放热反应，产生的热水经过翅片换热器加热风道再生空气，提供除湿过程再生热源，翅片换热器出口热水回流至水箱，再由水箱进入低温化学蓄热反应器，因低温化学蓄热反应器热水入口温度高于氢氧化锂结晶水合物分解温度，低温化学蓄热反应器发生分解反应，产生的水蒸气进入冷凝器进行冷凝，低温化学蓄热反应器再次进行蓄热过程；

当高温化学蓄热反应器出口热水不能满足除湿热源需求时，打开第五阀门、关闭第八阀门、第九阀门，打开蒸发器与低温化学蓄热反应器间的第五阀门，关闭蒸发器与高温化学蓄热反应器间的第九阀门、冷凝器与低温化学蓄热反应器间的第八阀门，因蒸发器与低温化学蓄热反应器间的压力差，水蒸气从蒸发器进入低温化学蓄热反应器内发生水合放热反应，产生的热水通过翅片换热器加热风道再生空气，提供除湿器再生热源；

所述第四工作模式用于冷凝热回收过程，其包括：

当冷凝器开始工作时，打开冷凝器与翅片换热器间第十阀门，冷凝过程产生的冷凝热预热风道再生空气，回收冷凝热。

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