CN114413671B - 一种再吸收式大浓度差储热与长距离无热损输热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种再吸收式大浓度差储热与长距离无热损输热系统，涉及吸收式热泵与储热领域，包括热源侧增大浓度段、热源基本段、长距离输热段、用热段、浓溶液储罐和稀溶液储罐，该系统还包括用于储放热能的液体介质，液体介质为大浓度差的氨水溶液，氨水溶液可以在所述系统内部循环流动。本发明工质热量以氨水溶液二元浓度差的化学能形式储存，同环境无温差，在热能储存中热损更小、储罐保温成本更低，能用无保温的管道进行长距离的热能输送，本发明还能够降低驱动热源温度，拓展太阳能和低品位热能利用温区。在中低温太阳能和低品位热能充足时，能够切换模式增大溶液管储液浓度差，提升系统储热密度。

Description

一种再吸收式大浓度差储热与长距离无热损输热系统

技术领域

本发明涉及吸收式热泵与储热领域，尤其涉及一种再吸收式大浓度差储热与长距离无热损输热系统。

背景技术

太阳能采暖作为清洁采暖的重要形式之一，同吸收式热泵结合能够获得较高的太阳能转化率。吸收式热泵作为能够有效利用中低温太阳能和低温工业余热的形式之一，其储存热能的循环方式值得探究。太阳能利用存在间歇性的问题，利用溶液无温差储存供热能力在需要用热时释放，有很大应用前景。

传统的吸收式循环，在部件温度确定好之后，运行压力与浓度范围也已确定，热能输运能力有限。再吸收循环使用高压吸收器与低压发生器代替传统的冷凝器与蒸发器，能够有效降低系统运行压力，从而利用更低品位的热能。在储放热过程中，将显热转化为浓度差储存在溶液中，与环境无温差储存进行长距离输送，能够节省储存与输运成本。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种再吸收式大浓度差储热与长距离无热损输热系统，解决传统吸收式系统能量储存能力有限问题，通过调节系统压力增大能量密度。同时在热源侧增级进一步扩大浓度差，改善储放热系统的性能的目标。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在热源侧进一步扩大浓度差，改善储放热系统的性能目标。

为实现上述目的，本发明提供了一种再吸收式大浓度差储热与长距离无热损输热系统，所述系统包括热源侧增大浓度段、热源基本段、长距离输热段、用热段、浓溶液储罐和稀溶液储罐，所述系统还包括用于储放热能的液体介质，所述液体介质为大浓度差的氨水溶液，所述氨水溶液可以在所述系统内部循环流动。

进一步地，所述热源侧增大浓度段包括增级发生器、增级吸收器、增级节流阀、溶液泵二、溶液泵三、增级换热器和增级三通阀组件。

进一步地，所述增级三通阀组件包括多个数量的三通阀，所述三通阀数量为6个。

进一步地，所述热源基本段包括高压发生器，高压吸收器，溶液分离罐，高压侧换热器，高压三通阀，稀溶液输送泵和浓溶液输送泵。

进一步地，所述长距离输热段包括稀溶液输送管路，混合溶液输送管路，浓溶液输送管路。

进一步地，所述用热段包括低压吸收器，低压发生器，溶液混合罐，浓溶液节流阀，稀溶液节流阀，溶液泵一，低压侧换热器。

进一步地，所述浓溶液储罐包括截止阀和存储于所述浓溶液储罐中的氨水浓溶液，所述浓溶液由所述截止阀分为上层溶液和下层溶液。

进一步地，所述稀溶液储罐中存储有氨水稀溶液。

进一步地，包括三种运行模式：单级长距离储热模式、两级长距离储热模式和长距离无热源放热模式；有少量热源时使用所述单级长距离储热模式，有足量热源时使用所述两级长距离储热模式，所述用热段需要用热时使用所述长距离无热源放热模式。

进一步地，所述长距离无热源放热模式支持多种储热模式，所述储热模式包括所述单级长距离储热模式和所述两级长距离储热模式。

在本发明的较佳实施方式中，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、实现了无热损的热能储存释放与长距离输送，大大节约了保温成本；

2、在吸收式热泵领域中，相比传统循环进一步降低高温热源的温度，拓宽了中低温太阳能与余热的利用范围；

3、根据用热侧的热源富余程度，增大溶液浓度差，进一步提高能量密度，提升用能品质。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明单级长距离储热模式运行示意图；

图2是本发明两级长距离储热模式运行示意图；

图3是本发明放热模式运行示意图。

其中：1-增级发生器，2-增级吸收器，3-高压发生器，4-高压吸收器，5-低压吸收器，6-低压发生器，7-溶液分离罐，8-溶液混合罐，9-浓溶液储罐，10-稀溶液储罐，11-浓溶液节流阀，12-稀溶液节流阀，13-增级节流阀，14-溶液泵一，15-溶液泵二，16-高压侧换热器，17-低压侧换热器，18-增级换热器，19-三通阀一，20-高压三通阀，21-三通阀二，22-三通阀三，23-溶液泵三，24-三通阀四，25-三通阀五，26-三通阀六，27-截止阀，28-稀溶液输送泵，29-浓溶液输送泵，30-稀溶液输送管路，31-混合溶液输送管路，32-浓溶液输送管路。

A-溶液一，B-溶液二，C-溶液三，D-溶液四，E-溶液五，F-溶液六，F1-溶液七，G-浓溶液八，H-溶液九，J-溶液十，K-溶液十一，L-溶液十二，M-浓溶液上层溶液，N-浓溶液下层溶液，P-稀溶液，R-溶液十三，S-溶液十四，T-溶液十五，U-溶液十六，U1-溶液十七，V-溶液十八，W-溶液十九，R1-热源循环工质一，R2-热源循环工质二，X-高温高压氨蒸汽一，Y-低温低压氨蒸汽，Z-高温高压氨蒸汽二。

Ⅰ-热源侧增大浓度段，Ⅱ-热源基本段，Ⅲ-长距离输热段，Ⅳ-用热段，Ⅴ-浓溶液储罐，Ⅵ-稀溶液储罐。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1-3所示，本发明提出的一种氨水溶液再吸收式大浓度差储热与长距离无热损输热系统，包括热源侧增大浓度段Ⅰ、热源基本段Ⅱ、长距离输热段Ⅲ、用热段Ⅳ、浓溶液储罐Ⅴ、稀溶液储罐Ⅵ。热源侧增大浓度段Ⅰ和热源基本段Ⅱ的中低温热源来自太阳能集热器和低温余热，热源温度90-150℃。当热能较少时，热源只给高压发生器3供热，热能充足时，热源同时给高压发生器3和增级发生器1供热来增大储存溶液浓度差提高储热密度，用户通过低压发生器6与高压发生器3的热量进行取热。系统有三种运行模式：单级长距离储热模式、两级长距离储热模式和长距离无热源放热模式，长距离无热源放热模式支持多种储热模式，所述储热模式包括单级长距离储热模式和两级长距离储热模式。有少量热源时使用单级长距离储热模式，有足量热源时使用两级长距离储热模式，没有热源而用热段Ⅳ需要用热时使用长距离无热源放热模式。

在单级长距离储热模式下，浓溶液罐与稀溶液罐储存浓度差6％-10％的溶液。在两级长距离储热模式下，浓溶液罐与稀溶液罐储存浓度差10％-15％的溶液。在单/双级长距离储热模式下，浓溶液罐下层的混合溶液在热源作用下实现浓度分离，将热源显热储存为两种具有化学势浓度差的溶液，经过输送泵加压后与环境无温差进行长距离输送至用热段，其中浓溶液储存在浓溶液罐上层与下层混合溶液暂时分离，稀溶液储存在稀溶液罐，储热结束后打开截止阀上层浓溶液进入下层。在长距离无热源放热模式下，浓溶液罐的浓溶液经浓溶液节流阀11节流在低压发生器生成氨蒸汽与稀溶液罐稀溶液混合，实现浓度中和，将化学势浓度差以显热在低压吸收器释放给用户，生成混合溶液储存在浓溶液罐上层与下层浓溶液暂时分离，放热结束后打开截止阀上层混合溶液进入下层。

热源侧增大浓度段Ⅰ包括增级发生器1、增级吸收器2、增级节流阀13、溶液泵二15、溶液泵23、增级换热器18和增级三通阀组件。增级三通阀组件包括三通阀一19、三通阀二21、三通阀三22、三通阀四24、三通阀五25、三通阀六26。在两级长距离储热模式中，溶液十三R经三通阀四24，由溶液泵二15加压后形成溶液十一K，经增级换热器18被溶液十二L预热，进入增级发生器1，吸收外界热源热量形成溶液十二L与高温高压蒸汽Z。溶液十二L经增级换热器18为溶液十一K预热，经增级节流阀13降压后经三通阀三22，三通阀二21成为溶液十五T返回高压吸收器4。高温高压氨蒸汽二Z在增级吸收器中，被由溶液泵23加压的溶液十九W吸收放出热量，生成溶液十八V，经三通阀一19形成浓溶液八G，进入浓溶液输送泵29。在单级长距离储热模式中，溶液十三R经三通阀四24成为溶液十四S，经三通阀三22，三通阀二21成为溶液十六U，经三通阀一19形成浓溶液八G，进入浓溶液输送泵29。两级长距离储热模式下，热源侧增大浓度段Ⅰ接入系统中，单级长距离储热模式与长距离无热源放热模式下，热源侧增大浓度段Ⅰ不接入系统中。

热源基本段Ⅱ包括高压发生器3，高压吸收器4，溶液分离罐7，高压侧换热器16，高压三通阀20，稀溶液输送泵28，浓溶液输送泵29。在单级长距离储热模式和两级长距离储热模式中，浓溶液八G由浓溶液输送泵29加压进入浓溶液输送管路，进行长距离输送至用热段Ⅳ。当有热能输入的时候，经混合溶液输送管路31输送的溶液五E在溶液混合罐7分离为溶液六F与溶液一A。溶液一A经高压侧换热器16由溶液二B预热，在高压发生器3中吸收外界热量，生成稀溶液二B和高温高压氨蒸汽一X，稀溶液二B经高压侧换热器16为溶液一A预热，降温后进入稀溶液储罐10储存，形成稀溶液P。溶液六F经高压三通阀20，在单级长距离储热模式下进入高压吸收器4，吸收高温高压氨蒸汽一X，生成溶液十二L。在两级长距离储热模式下溶液六F进入增级吸收器2，吸收高温高压氨蒸汽二Z，生成浓溶液八G。溶液二B经高压侧换热器16为溶液一A预热，成为溶液三C进入稀溶液输送泵28。三种运行模式下，热源基本段Ⅱ都接入系统中。

长距离输热段Ⅲ包括稀溶液输送管路30，混合溶液输送管路31，浓溶液输送管路32。经浓溶液输送泵29加压后的浓溶液八G由浓溶液输送管路32输送至用热段。经混合溶液输送泵14加压后的混合溶液五E由混合溶液输送管路31输送至热源基本段。经稀溶液输送泵30加压后的稀溶液三C有稀溶液输送管路30输送至用热段Ⅳ。三种模式下，长距离输热段Ⅲ都接入系统中。

用热段Ⅳ包括低压吸收器5，低压发生器6，溶液混合罐8，浓溶液节流阀11，稀溶液节流阀12，溶液泵一14，低压侧换热器17。在长距离无热源放热模式中，储存在浓溶液罐中的浓溶液下层溶液N经节流阀11降温，在低压发生器6中从环境吸热，发生出低温低压蒸汽Y和溶液十J，低温低压氨蒸汽Y进入低压吸收器D，被氨溶液三C吸收放出热量供给用户，生成溶液四D。溶液四D和溶液十J在溶液混合罐8中混合，经低压侧换热器17为溶液三C预热，生成溶液五E。溶液五E经溶液泵一14送往混合溶液输送管路31。在长距离无热源放热模式中，稀溶液罐10流出的稀溶液P经节流阀12降压的溶液三C，经低压侧换热器17被溶液五E预热，进入低压吸收器吸收低温低压氨蒸汽Y。在储热模式中，浓溶液下层溶液N与外界无换热输送至混合溶液输送泵14。在长距离无热源放热模式中，浓溶液下层溶液N与稀溶液P混合为浓溶液上层溶液M，实现化学能潜热到显热的转化。在储热模式中，浓溶液下层溶液N分离为稀溶液P与浓溶液上层溶液M，实现显热到化学能潜热的转化。三种模式下，用热段Ⅳ都接入系统中。

浓溶液储罐Ⅴ包括浓溶液储罐9，浓溶液上层溶液M，浓溶液下层溶液N，截止阀27。在长距离无热源放热模式下，浓溶液下层溶液N经节流阀11在低压发生器6中吸热发生出氨蒸汽在低压吸收器5放热。生成混合浓溶液上层溶液M返回浓溶液储罐9上层。此时截止阀27关闭，M与N隔绝，直至放热过程结束，打开截止阀27，混合溶液进入罐下层，形成混合浓溶液下层溶液N。在单/两级长距离储热模式下，浓溶液下层溶液N经节流阀11，溶液泵一14，在溶液分离罐7分离，溶液六F进入高压吸收器4，生成浓溶液十二L经三通阀一19返回罐上部，形成浓溶液上层溶液M。在两级长距离储热模式下，浓溶液下层溶液N经节流阀11，溶液泵一14，在溶液分离罐7分离，溶液六F经溶液泵23加压进入增级吸收器2，生成溶液八G返回罐上部，形成浓溶液上层溶液M。三种模式下，浓溶液储罐Ⅴ都接入系统中。

稀溶液储罐Ⅵ包括稀溶液储罐10和稀溶液P。在长距离无热源放热模式下，稀溶液P经节流阀12进入低压吸收器5放热。在单/两级长距离储热模式下，溶液一A经高压发生器3生成稀溶液二B进入稀溶液罐10形成溶液P。三种模式下，浓溶液储罐Ⅵ都接入系统中。

如图1所示，在单级长距离储热模式下，系统运行情况如下：溶液一A通，溶液二B通，溶液三C断，溶液四D断，溶液五E通，气X通，气Y断，气Z断，溶液九H通，溶液十J通，三通阀一19连接处：溶液十八V断，溶液十六U通，溶液八G通，高压三通阀20连接处：溶液六F通，溶液七F1通，溶液十九W断。三通阀二21连接处：溶液十六U通，溶液十七U1通，溶液十五T断，三通阀三22处：溶液十二L断，溶液十七U1通，溶液十四S通，三通阀四24处：溶液十三R通，溶液十四S通，溶液十一K断。三通阀五25，三通阀六26处：热源循环工质一R1通，热源循环工质二R2断。储热开始时截止阀27关闭，使流入上层的浓溶液与下层混合溶液暂时分离。储热结束时截止阀27打开，上层浓溶液进入下层。

如图2所示，在两级长距离储热模式下，系统运行情况如下：溶液一A通，溶液二B通，溶液三C断，溶液四D断，溶液五E通，气X通，气Y通，气Z通，溶液九H通，溶液十J通，三通阀一19连接处：溶液十八V通，溶液十六U断，溶液八G通，高压三通阀20连接处：溶液六F通，溶液七F1断，溶液十九W通。三通阀二21连接处：溶液十六U断，溶液十七U1通，溶液十五T通，三通阀三22处：溶液十二L通，溶液十七U1通，溶液十四S断，三通阀四24处：溶液十三R通，溶液十四S断，溶液十一K通。三通阀五25，三通阀六26处：热源循环工质一R1通，热源循环工质二R2通。储热开始时截止阀27关闭，使流入上层的浓溶液与下层混合溶液暂时分离。储热结束时截止阀27打开，上层浓溶液进入下层。

如图3所示，在长距离无热源放热模式下，系统运行情况如下：溶液一A断，溶液二B断，溶液三C通，溶液四D通，溶液五E通，气X断，气Y通，气Z断，溶液九H通，溶液十J通，三通阀一19连接处：溶液十八V断，溶液十六U通，溶液八G通，高压三通阀20连接处：溶液六F通，溶液七F1通，溶液十九W断。三通阀二21连接处：溶液十六U通，溶液十七U1通，溶液十五T断，三通阀三22处：溶液十二L断，溶液十七U1通，溶液十四S通，三通阀四24处：溶液十三R通，溶液十四S通，溶液十一K断。三通阀五25，三通阀六26处：热源循环工质一R1断，热源循环工质二R2断。放热开始时截止阀27关闭，使流入上层的混合溶液与下层浓溶液暂时分离。放热结束时截止阀27打开，上层混合溶液进入下层。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种再吸收式大浓度差储热与长距离无热损输热系统，其特征在于，所述系统包括热源侧增大浓度段、热源基本段、长距离输热段、用热段、浓溶液储罐和稀溶液储罐，所述热源侧增大浓度段和所述热源基本段的热源温度为90到150摄氏度，所述热源侧增大浓度段包括增级发生器、增级吸收器、增级节流阀、溶液泵二、溶液泵三、增级换热器和增级三通阀组件，所述系统还包括用于储放热能的液体介质，所述液体介质为大浓度差的氨水溶液，所述氨水溶液可以在所述系统内部循环流动，所述长距离输热段包括稀溶液输送管路，混合溶液输送管路，浓溶液输送管路，所述系统包括三种运行模式：单级长距离储热模式、两级长距离储热模式和长距离无热源放热模式；有少量热源时使用所述单级长距离储热模式，有足量热源时使用所述两级长距离储热模式，所述用热段需要用热时使用所述长距离无热源放热模式，在所述单级长距离储热模式下，所述浓溶液储罐与所述稀溶液储罐储存浓度差6％-10％的溶液，在所述两级长距离储热模式下，所述浓溶液储罐与所述稀溶液储罐储存浓度差10％-15％的溶液。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述增级三通阀组件包括多个数量的三通阀，所述三通阀数量为6个。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热源基本段包括高压发生器，高压吸收器，溶液分离罐，高压侧换热器，高压三通阀，稀溶液输送泵和浓溶液输送泵。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用热段包括低压吸收器，低压发生器，溶液混合罐，浓溶液节流阀，稀溶液节流阀，溶液泵一，低压侧换热器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述浓溶液储罐包括截止阀和存储于所述浓溶液储罐中的氨水浓溶液，所述浓溶液由所述截止阀分为上层溶液和下层溶液。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述稀溶液储罐中存储有氨水稀溶液。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述长距离无热源放热模式支持多种储热模式，所述储热模式包括所述单级长距离储热模式和所述两级长距离储热模式。