CN113324347B - 双吸收工质储热型开式吸收换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双吸收工质储热型开式吸收换热系统，包括高压发生器、低压发生器、开式吸收器、闭式吸收器、冷凝器和蒸发器；高压发生器的溶液管路与开式吸收器连通，低压发生器的溶液管路与闭式吸收器连通；高压发生器的蒸汽出口与低压发生器内加热管入口连通，低压发生器的蒸汽出口与冷凝器的制冷剂入口连通，冷凝器的制冷剂出口通过水泵与蒸发器的制冷剂入口连通；蒸发器的蒸汽出口通过第四节流阀连接至闭式吸收器，闭式吸收器内设有待加热水管和溶液喷淋装置，待加热水管的出口连接至供热末端。本发明可提高吸收式储热系统的储热密度、热输出温度和高湿空气潜热回收率，且相互独立的溶液回路可有效解决开式吸收系统的腐蚀问题。

Description

双吸收工质储热型开式吸收换热系统

技术领域

本发明涉及吸收储热系统，尤其涉及一种双吸收工质储热型开式吸收换热系统。

背景技术

我国太阳能资源非常丰富，约占全国总面积三分之二以上的地区具有利用太阳能的良好条件，但太阳能间歇性、分散性及不稳定性的能量供需时空差矛盾严重制约了太阳能利用技术的推广。与此同时我国每年有大量的工业余热由于缺乏能量调配与转换利用的先进技术得不到有效回收利用而以废热的形式被直接排放到环境中，造成极大地能源浪费，因此太阳能热利用和节能减排领域急需高效储热技术的支撑。根据国家统计局的数据，中国工业能耗占据了全国总能耗的 60％以上，而工业能耗的50％以上是以热能形式消耗的，储热技术相对储电技术，在工业领域具有更为广泛的应用场合，且成本相对低廉。目前储热的主要利用方式有显热储热和潜热储热。显热储热，利用材料的显热进行热能存储，系统简单成本低，然而存在储热密度小，体积大的缺点。适用于对热能品位存储要求不高且储存周期短的场合。潜热储热，利用材料的相变过程进行潜热储热，其储热密度高于显热储热，然而不同的工作温度需要不同的相变储热材料。且显热储热和潜热储热在能量储存过程中热耗散显著，需要良好的绝热存储装置，不适合长周期能量存储。

相比显热储热和潜热储热，吸收储热利用吸湿剂对工质的吸收过程改变吸湿剂中工质对浓度把热能以溶液化学势的形式储存，吸收过程不仅包含了工质的相变过程，还包含了吸收过程中工质对之间的结合过程，因此吸收储热过程产生的热量高于工质的相变储热，且储存的溶液化学势不随散热而减小，相反，其化学势因散热温度降低而升高。因此，相比显热储能、相变储能，吸收储能热损小、储能密度高、有利于工业余热的长期存储。当需要时可通过吸收循环转变为热能或冷能。

发明人于专利2021102332957中，提供了一种高储热密度开式吸收热升温系统，利用吸收储热子系统与释热子系统构成具有高储热密度、高温水蒸气输出及高效全热回收特点的开式吸收储热热升温系统。该系统利用储热子系统将太阳能或低品位工业余热以溶液化学势的形式储存。而释热过程中，利用开式吸收过程，一方面回收高湿空气潜热，另一方面利用开式吸收过程产生的低温热量提供蒸发热，从而提高二级吸收器的吸收温度，实现输出温度的升高。为了满足该系统高温热输出、高效潜热回收及防腐蚀的需求，系统需选择腐蚀性弱、水蒸气分压力低、吸收温度高的二元以上工质对。常见的材料有溴化锂-水、氢氧化钠-水、氯化锂-水、氯化钙-水等。其中溴化锂吸湿剂水蒸气分压力低、储热密度高，然而腐蚀性强，成本高；氯化钙吸湿剂腐蚀性弱，成本低，然而水蒸气分压力高、储热密度低。醋酸钾水蒸气分压力低、腐蚀性弱，水蒸气分压力低，然而释热温度低。

发明内容

针对上述现有技术存在的技术问题，本发明提供一种双吸收工质储热型开式吸收换热系统，结合吸收热泵和储热技术，从循环的角度进一步提高吸收式储热系统的储热密度、热输出温度和高湿空气潜热，解决系统腐蚀问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的一些实施方案包括：

双吸收工质储热型开式吸收换热系统，包括高压发生器、低压发生器、开式吸收器、闭式吸收器、冷凝器和蒸发器；高压发生器的溶液出口通过第一溶液泵与开式吸收器的溶液入口连通，开式吸收器的溶液出口经溶液换热器、第一节流阀连通至高压发生器的溶液入口；低压发生器的溶液出口通过第二溶液泵与闭式吸收器的溶液入口连通，闭式吸收器的溶液出口经第二节流阀连通至低压发生器的溶液入口；低压发生器的蒸汽出口与冷凝器的制冷剂入口连通，冷凝器的制冷剂出口通过水泵与蒸发器的制冷剂入口连通；溶液换热器通过换热水管与蒸发器连通；蒸发器的蒸汽出口连接至闭式吸收器，闭式吸收器内设有待加热水管和溶液喷淋装置，溶液喷淋装置设于待加热水管的上方，待加热水管的出口连接至供热端。

作为本发明的优选方案之一，高压发生器的蒸汽出口分为两路，一路经第一电磁阀连接至低压发生器的内部加热管，另一路经第二电磁阀连接至冷凝器。

作为本发明的优选方案之一，低压发生器的蒸汽出口通过第三电磁阀连接至冷凝器。

作为本发明的优选方案之一，溶液换热器的出水口分别通过第四电磁阀连接至蒸发器内待冷却水管、通过第五电磁阀连接至供热端。

作为本发明的优选方案之一，所述高压发生器、开式吸收器内采用第一吸收工质对，第一吸收工质对为甲酸钾-水、乙酸钾—水中的任一种。

作为本发明的优选方案之一，所述低压发生器、闭式吸收器内采用第二吸收工质对，第二吸收工质对为溴化锂-水、氯化锂-水、氢氧化钾-水中的任一种。

作为本发明的优选方案之一，高压发生器和低压发生器的底部均设有溶液槽，冷凝器的底部设有储水槽。

作为本发明的优选方案之一，还包括控制器，用于通过控制第一/第二溶液泵、水泵、第一/第二节流阀、第一至第五电磁阀的开关，实现充热模式、能量储存模式和热输出模式的转换。

作为本发明的优选方案之一，充热模式包括单压充热模式和双压充热模式，单压充热模式下，高压发生器的蒸汽进入冷凝器；双压充热模式下，高压发生器的蒸汽经过低压发生器内加热管道后和低压发生器的蒸汽一同进入冷凝器。

作为本发明的优选方案之一，热输出模式包括低温输出模式和高温输出模式，低温输出模式下，溶液换热器出水口的输出阀开启，输出低温热量；高温输出模式下，闭式吸收器中待加热水管的出水口开启，输出高温热量。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明将高压发生器与开式吸收器组成发生-开式吸收循环，低压发生器与闭式吸收器组成发生-闭式吸收循环，发生-开式吸收循环中采用腐蚀性弱、水蒸气分压力低的吸收剂，可提高含湿气体除湿率与热回收率，同时解决开式吸收器中吸收剂对器件的腐蚀作用；发生-闭式吸收循环中采用水蒸气分压力低、释热温度高的吸收剂，可提高热量输出温度，，发生-闭式吸收循环对吸收剂的腐蚀性要求不强。

本发明可将热能以化学能形式长期稳定地储存在工质中，同时可有效解决开式吸收热转换器系统中腐蚀问题，同时达到余热热量大温升与高余热回收率的目的，并具有多种不同的充热和热输出过程，以满足不同工况的需求。低温输出工况，可获得100℃以下的以常压水为载体的低温热量；高温输出工况，可获得100-150℃的以蒸汽为载体的高温热量。

附图说明

出于解释的目的，在以下附图中阐述了本发明技术的若干实施方案。以下附图被并入本文本并且构成具体实施方案的一部分。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本发明主题技术的概念模糊。

图1为实施例所述双吸收工质储热型开式吸收换热系统原理图。

附图说明：1-高压发生器，2-低压发生器，3-开式吸收器，4-闭式吸收器， 5-冷凝器，6-蒸发器，7-溶液换热器，8-第一溶液泵，9-第二溶液泵，10-第一节流阀，11-第二节流阀，12-水泵，13-第一电磁阀，14-第二电磁阀，15-第三电磁阀，16-第四电磁阀，17-第五电磁阀。

具体实施方式

下面示出的具体实施方案旨在作为本发明主题技术的各种配置的描述，并且，不旨在表示本发明主题技术可被实践的唯一配置。具体实施方案包括具体的细节旨在提供对本发明主题技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将清楚和显而易见的是，本发明主题技术不限于本文示出的具体细节，并且，可在没有这些具体细节的情况下被实践。

如图1所示，本实施例所述双吸收工质储热型开式吸收换热系统，包括高压发生器1、低压发生器2、开式吸收器3、闭式吸收器4、冷凝器5和蒸发器6；高压发生器1的溶液出口通过第一溶液泵8与开式吸收器3的溶液入口连通，开式吸收器3的溶液出口经溶液换热器7、第一节流阀10连通至高压发生器1的溶液入口；低压发生器4的溶液出口通过第二溶液泵9与闭式吸收器4的溶液入口连通，闭式吸收器4的溶液出口经第二节流阀11连通至低压发生器4的溶液入口；低压发生器4的蒸汽出口与冷凝器5的制冷剂入口连通，冷凝器5的制冷剂出口通过水泵12与蒸发器6的制冷剂入口连通；溶液换热器7通过换热水管与蒸发器6连通；蒸发器6的蒸汽出口连接至闭式吸收器4，闭式吸收器4内设有待加热水管和溶液喷淋装置，溶液喷淋装置设于待加热水管的上方，待加热水管的出口连接至供热末端。

高压发生器1的蒸汽出口分为两路，一路经第一电磁阀13连接至低压发生器2的内部加热管，另一路经第二电磁阀14连接至冷凝器5，低压发生器2的蒸汽出口通过第三电磁阀15连接至冷凝器5。蒸发器6与溶液换热器7之间的换热管路设有第四电磁阀16，溶液换热器7的出水口还通过第五电磁阀17连接至供热端。控制器(图中未示出)，用于通过控制第一/第二溶液泵、第一至第五电磁阀和第一至水泵的开关，实现充热模式、能量储存模式和热输出模式的转换。

高压发生器1与开式吸收器3组成的发生-开式吸收循环中采用腐蚀性弱、水蒸气分压力低的吸收剂，以提高含湿气体除湿率与热回收率，同时解决开式吸收器中吸收剂对器件的腐蚀作用。低压发生器2与闭式吸收器4组成的发生-闭式吸收循环中采用水蒸气分压力低、释热温度高的吸收剂，以提高热量输出温度。高压发生器和低压发生器中采用的吸收工质对可相同或不同，包括但不限于溴化锂-水吸收工质对、氯化锂-水吸收工质对、甲酸钾-水吸收工质对、氢氧化钾- 水吸收工质对、氯化钙-水吸收工质对等组合的双吸收工质对。

高压发生器和低压发生器的底部均设有溶液槽，吸收器中的溶液均由发生器中的溶液槽供给。冷凝器5的底部设有储水槽，蒸发器中的制冷剂由储水槽供给。

本实施例所述双吸收工质储热型开式吸收换热系统的运行模式包括充热模式、能量储存模式和热输出模式，系统包括控制器，控制器通过控制第一/第二溶液泵、第一至第五电磁阀、输出阀和第一至第四节流阀的开关，实现充热模式、能量储存模式和热输出模式的转换。

充热模式包括单压充热模式和双压充热模式，双压充热模式适用于热源温度较高的工况；单压充热模式适用于热源温度较低的工况。

双压充热模式下，打开第一电磁阀13、第三电磁阀15；关闭第二电磁阀14；关闭第一溶液泵8、第二溶液泵9、第一节流阀10、第二节流阀11、水泵12。高压发生器1受到内部管道的热源加热，产生制冷剂蒸汽；所述制冷剂蒸汽经第一电磁阀13通入低压发生器2内部管道，加热低压发生器2中的吸收工质对，产生制冷剂蒸汽；所述制冷剂蒸汽经第三电磁阀15进入冷凝器5，制冷剂蒸汽被冷却介质冷凝产生制冷剂冷凝液。

单压充热模式下，关闭第一电磁阀13、第三电磁阀15；打开第二电磁阀14；关闭第一溶液泵8、第二溶液泵9、第一节流阀10、第二节流阀11、水泵12。高压发生器1受到内部管道的热源加热，产生制冷剂蒸汽；低压发生器2受到内部管道的热源加热，产生制冷剂蒸汽；所述制冷剂蒸汽经第二电磁阀14通入冷凝器5，制冷剂蒸汽被冷却介质冷凝产生制冷剂冷凝液。

能量存储模式下，关闭第一电磁阀13、第二电磁阀14、第三电磁阀15；关闭第一溶液泵8、第二溶液泵9、第一节流阀10、第二节流阀11、水泵12。所述冷凝器5用于存储制冷剂；所述高压发生器1用于存储吸收剂；所述低压发生器2用于存储吸收剂。所有部件停止与外界的热交换，保证能量以化学能形式稳定存储在系统中。

热输出模式包括低温输出模式和高温输出模式：

在所述低温输出模式下，打开第一溶液泵8、第五电磁阀17，关闭第四电磁阀16。高压发生器1中储存的吸收剂经第一溶液泵8通入开式吸收器3，吸收剂与含湿空气直接接触，升温后的吸收剂经溶液换热器7与冷却介质换热，冷却介质通过第五电磁阀17连接至外部供热端，以输出低温热量。降温后的吸收剂经第一节流阀10通入高压发生器。

在所述高温输出模式下，打开第一溶液泵8、第二溶液泵9，水泵12。高压发生器1中储存的吸收剂经第一溶液泵8通入开式吸收器3；低压发生器2中储存的吸收剂经第二溶液泵9通入闭式吸收器4中；冷凝器5中储存的制冷剂液体经水泵12进入蒸发器6中。在开式吸收器3中，吸收剂与含湿空气直接接触，升温后的吸收剂经溶液换热器7与冷却介质换热，输出的低温热量为蒸发器6 提供蒸发热；蒸发器6内产生制冷剂蒸汽；所述制冷剂蒸汽通入闭式吸收器4 中；在闭式吸收器中，来自低压发生器2的吸收剂与来自蒸发器6的制冷剂蒸汽发生吸收反应，待加热水管中的水被加热，以输出高温热量。吸收制冷剂蒸汽后的吸收剂经第二节流阀11通入低压发生器2中。

本发明提供的一种双吸收工质储热开式吸收换热系统，可以将热能以化学能形式长期稳定地储存在工质中，同时可有效解决开式吸收热转换器系统中腐蚀问题，同时达到余热热量大温升与高余热回收率的目的，并具有多种不同的充热和热输出过程，以满足不同工况的需求。低温输出工况，可获得100℃以下的以常压水为载体的低温热量；高温输出工况，可获得100-150℃的以蒸汽为载体的高温热量。

上述操作步骤为本发明提供的一种双吸收工质储热开式吸收换热系统提供了一种具体实施例。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。本发明中所提到的电磁阀的数量为本发明中的其中一种实施例，本发明的系统还可以具有多于或少于实施例中数量的电磁阀。

另外，在以上公开的一些实施方案中，多个实施方案存在组合实施的可能，各种组合方案限于篇幅不再一一列举。本领域技术人员在具体实施时可以根据需求自由结合实施上实施方案，以获得更佳的应用体验。

本领域技术人员在实施本发明主题技术方案时，可以根据本发明的主题技术方案以及附图获得其它细节配置或附图，显而易见地，这些细节在不脱离本发明主题技术方案的前提下，这些细节仍属于本发明主题技术方案涵盖的范围。

Claims (5)

1.双吸收工质储热型开式吸收换热系统，其特征在于，包括高压发生器、低压发生器、开式吸收器、闭式吸收器、冷凝器和蒸发器；

高压发生器的溶液出口通过第一溶液泵与开式吸收器的溶液入口连通，开式吸收器的溶液出口经溶液换热器、第一节流阀连通至高压发生器的溶液入口；

低压发生器的溶液出口通过第二溶液泵与闭式吸收器的溶液入口连通，闭式吸收器的溶液出口经第二节流阀连通至低压发生器的溶液入口；

低压发生器的蒸汽出口与冷凝器的制冷剂入口连通，冷凝器的制冷剂出口通过水泵与蒸发器的制冷剂入口连通；溶液换热器通过换热水管与蒸发器连通；

蒸发器的蒸汽出口连接至闭式吸收器，闭式吸收器内设有待加热水管和溶液喷淋装置，溶液喷淋装置设于待加热水管的上方，待加热水管的出口连接至供热端；

高压发生器的蒸汽出口分为两路，一路经第一电磁阀连接至低压发生器的内部加热管，另一路经第二电磁阀连接至冷凝器；

低压发生器的蒸汽出口通过第三电磁阀连接至冷凝器；

溶液换热器的出水口分别通过第四电磁阀连接至蒸发器内待冷却水管、通过第五电磁阀连接至供热端；

所述高压发生器、开式吸收器内采用第一吸收工质对，第一吸收工质对为甲酸钾-水、乙酸钾—水中的任一种；

所述低压发生器、闭式吸收器内采用第二吸收工质对，第二吸收工质对为溴化锂-水、氯化锂-水、氢氧化钾-水中的任一种。

2.根据权利要求1所述的双吸收工质储热型开式吸收换热系统，其特征在于，高压发生器和低压发生器的底部均设有溶液槽，冷凝器的底部设有储水槽。

3.根据权利要求2所述的双吸收工质储热型开式吸收换热系统，其特征在于，还包括控制器，用于通过控制第一/第二溶液泵、水泵、第一/第二节流阀、第一至第五电磁阀的开关，实现充热模式、能量储存模式和热输出模式的转换。

4.根据权利要求3所述的双吸收工质储热型开式吸收换热系统，其特征在于，充热模式包括单压充热模式和双压充热模式，单压充热模式下，高压发生器的蒸汽进入冷凝器；双压充热模式下，高压发生器的蒸汽经过低压发生器内加热管道后和低压发生器的蒸汽一同进入冷凝器。

5.根据权利要求4所述的双吸收工质储热型开式吸收换热系统，其特征在于，热输出模式包括低温输出模式和高温输出模式，低温输出模式下，溶液换热器出水口的输出阀开启，输出低温热量；高温输出模式下，闭式吸收器中待加热水管的出水口开启，输出高温热量。

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