[发明专利]一种模块化太阳能化学吸附蓄放热及升温系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能蓄能技术领域，具体是一种模块化太阳能化学吸附蓄放热及升温系统及方法。

背景技术

随着化石燃料的不断开采，能源问题日益严峻，开发新能源是解决能源和环保问题最有效的途径之一。太阳能取之不尽、用之不竭，清洁无污染，但是太阳能存在间歇性、分散性、不稳性以及能源密度低的缺陷，为了实现太阳能蓄热技术实际的广泛应用，必需要研发出具有较高收集效率、较低成本和较高储能效率的蓄热系统。

传统的太阳能蓄热技术由太阳能集热器把太阳能收集起来先加热水箱内的水，然后再经过换热器将热量传递给蓄热材料，中间存在多个换热环节，因此蓄热效率较低。再则，目前太阳能蓄热技术主要是基于相变或者显热原理，这种蓄热方式在中长期存储过程中不仅会有热量数量上的损失，而且由于温度下降造成热量品质的降低。

另外，目前基于化学蓄热原理的太阳能中长期存储系统，蓄热完成后，集热器多是处于闲置的状态，放热时由于环境温度较低，吸附质的蒸发压力较低，系统所能提供的热量温度相对较低，无法满足有较高温度需求的场所，从而导致了实际系统的使用受限以及经济性差。

现有的蓄热装置普遍存在一个问题：蓄热和放热都只能在同一场所进行，装置安装好后可维护性差。实际应用中需要考虑的是把太阳能充足的地方蓄好的太阳能便捷地运输到太阳能并不充足的地域以供使用，这就需要设计的蓄热装置具有模块化的结构。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种模块化太阳能化学吸附蓄放热及升温系统及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种模块化太阳能化学吸附蓄放热及升温系统，包括集热蓄能装置、冷凝器、储液器、蒸发器、换热单元、吸附质，所述冷凝器内设有冷凝器换热盘管，所述冷凝管换热盘管在系统集热蓄热时与低温流体源接通，所述蒸发器内设有蒸发器换热盘管，所述蒸发器换热盘管在系统放热时与热流体源接通；所述吸附质能够在依次连接的集热蓄能装置、冷凝器、储液器、蒸发器、换热单元中流动，所述集热蓄能装置与冷凝器之间、储液器与蒸发器之间、蒸发器与换热单元之间的通断可控；

当系统集热蓄热时，集热蓄能装置内为蓄热模块，所述蓄热模块，为一端开闭能够控制的管筒状结构，管筒内外壁之间填有化学蓄热材料，外壁面为涂有吸热涂层的吸热面，管筒中心为气体通道；太阳光照射在吸热面上，辐射能转化成热能，热量传递给管筒内外壁间填充的蓄热材料，蓄热材料被加热后解吸出吸附质，解吸出来的吸附质进入气体通道再经过蓄热模块一端的控制阀导出；关闭控制阀后，太阳能就被无损的保存下来，需要释放热量时，打开控制阀，吸附质被蓄热材料吸收，该过程就能实现热量的释放。这种结构便于运输，能够方便的运输到用于空间加热、提供热水等需热场所，或者作为热流体源的地方。

作为本发明的进一步改进，当系统放热时，所述热流体源的热流体通过集热蓄能装置加热，集热蓄能装置内为集热模块，所述集热模块，主体为换热管，外壁面为敷有吸热涂层的吸热面，两端开口，中心为气体通道；太阳光照射在吸热面上，辐射能转化成热能，热能导入换热管内部加热从气体通道一端流入的载热流体，载热流体被加热后从另一端流出集热模块。

所述换热单元内设有蓄热模块，蓄热模块与蒸发器连接。

所述的集热蓄能装置包括梯形槽式和真空管式两种集热结构，真空管式和梯形槽式集热结构均包括玻璃真空罩和集热蓄热模块，梯形槽式集热结构外壁敷有保温材料，内壁面涂有吸热涂层；每种集热蓄能装置可处于集热和蓄热两种运行状态，集热和蓄热两种工作状态之间的切换是通过更换集热蓄热模块实现的，集热蓄热模块为集热模块时，对应的是集热状态；集热蓄热模块为蓄热模块时，对应的是蓄热状态。

所述的化学蓄热材料可为单一的化学吸附材料（如MgCl₂、MgSO₄、BaCl₂、CaCl₂、Na₂S等无机盐，MgO、CaO、PbO等金属氧化物，NaH、LiH等金属氢化物），也可为具有良好的传热传质性能的复合材料（用沸石、硅胶、活性炭等其他骨架材料和化学吸附剂复合而成，必要时可添加石墨或者金属粉末提高其导热系数）。

当考虑用于空间加热时，所述的吸附质通常选择水；当考虑需要较高温度的工业用时，可选用其他物质做(作)为吸附质，例如二氧化碳、氢气、氨气等等。