[發明專利]一種模塊化太陽能化學吸附蓄放熱及升溫系統及方法

有效

• 申請號: 201310178378.6
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103353180A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 賴艷華;吳濤;董震;呂明新
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F24J2/34
• 分類號: F24J2/34
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本發明涉及太陽能蓄能技術領域，具體是一種模塊化太陽能化學吸附蓄放熱及升溫系統及方法。

背景技術

隨著化石燃料的不斷開采，能源問題日益嚴峻，開發新能源是解決能源和環保問題最有效的途徑之一。太陽能取之不盡、用之不竭，清潔無污染，但是太陽能存在間歇性、分散性、不穩性以及能源密度低的缺陷，為了實現太陽能蓄熱技術實際的廣泛應用，必需要研發出具有較高收集效率、較低成本和較高儲能效率的蓄熱系統。

傳統的太陽能蓄熱技術由太陽能集熱器把太陽能收集起來先加熱水箱內的水，然后再經過換熱器將熱量傳遞給蓄熱材料，中間存在多個換熱環節，因此蓄熱效率較低。再則，目前太陽能蓄熱技術主要是基于相變或者顯熱原理，這種蓄熱方式在中長期存儲過程中不僅會有熱量數量上的損失，而且由于溫度下降造成熱量品質的降低。

另外，目前基于化學蓄熱原理的太陽能中長期存儲系統，蓄熱完成后，集熱器多是處于閑置的狀態，放熱時由于環境溫度較低，吸附質的蒸發壓力較低，系統所能提供的熱量溫度相對較低，無法滿足有較高溫度需求的場所，從而導致了實際系統的使用受限以及經濟性差。

現有的蓄熱裝置普遍存在一個問題：蓄熱和放熱都只能在同一場所進行，裝置安裝好后可維護性差。實際應用中需要考慮的是把太陽能充足的地方蓄好的太陽能便捷地運輸到太陽能并不充足的地域以供使用，這就需要設計的蓄熱裝置具有模塊化的結構。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術的不足，提供一種模塊化太陽能化學吸附蓄放熱及升溫系統及方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種模塊化太陽能化學吸附蓄放熱及升溫系統，包括集熱蓄能裝置、冷凝器、儲液器、蒸發器、換熱單元、吸附質，所述冷凝器內設有冷凝器換熱盤管，所述冷凝管換熱盤管在系統集熱蓄熱時與低溫流體源接通，所述蒸發器內設有蒸發器換熱盤管，所述蒸發器換熱盤管在系統放熱時與熱流體源接通；所述吸附質能夠在依次連接的集熱蓄能裝置、冷凝器、儲液器、蒸發器、換熱單元中流動，所述集熱蓄能裝置與冷凝器之間、儲液器與蒸發器之間、蒸發器與換熱單元之間的通斷可控；

當系統集熱蓄熱時，集熱蓄能裝置內為蓄熱模塊，所述蓄熱模塊，為一端開閉能夠控制的管筒狀結構，管筒內外壁之間填有化學蓄熱材料，外壁面為涂有吸熱涂層的吸熱面，管筒中心為氣體通道；太陽光照射在吸熱面上，輻射能轉化成熱能，熱量傳遞給管筒內外壁間填充的蓄熱材料，蓄熱材料被加熱后解吸出吸附質，解吸出來的吸附質進入氣體通道再經過蓄熱模塊一端的控制閥導出；關閉控制閥后，太陽能就被無損的保存下來，需要釋放熱量時，打開控制閥，吸附質被蓄熱材料吸收，該過程就能實現熱量的釋放。這種結構便于運輸，能夠方便的運輸到用于空間加熱、提供熱水等需熱場所，或者作為熱流體源的地方。

作為本發明的進一步改進，當系統放熱時，所述熱流體源的熱流體通過集熱蓄能裝置加熱，集熱蓄能裝置內為集熱模塊，所述集熱模塊，主體為換熱管，外壁面為敷有吸熱涂層的吸熱面，兩端開口，中心為氣體通道；太陽光照射在吸熱面上，輻射能轉化成熱能，熱能導入換熱管內部加熱從氣體通道一端流入的載熱流體，載熱流體被加熱后從另一端流出集熱模塊。

所述換熱單元內設有蓄熱模塊，蓄熱模塊與蒸發器連接。

所述的集熱蓄能裝置包括梯形槽式和真空管式兩種集熱結構，真空管式和梯形槽式集熱結構均包括玻璃真空罩和集熱蓄熱模塊，梯形槽式集熱結構外壁敷有保溫材料，內壁面涂有吸熱涂層；每種集熱蓄能裝置可處于集熱和蓄熱兩種運行狀態，集熱和蓄熱兩種工作狀態之間的切換是通過更換集熱蓄熱模塊實現的，集熱蓄熱模塊為集熱模塊時，對應的是集熱狀態；集熱蓄熱模塊為蓄熱模塊時，對應的是蓄熱狀態。

所述的化學蓄熱材料可為單一的化學吸附材料（如MgCl₂、MgSO₄、BaCl₂、CaCl₂、Na₂S等無機鹽，MgO、CaO、PbO等金屬氧化物，NaH、LiH等金屬氫化物），也可為具有良好的傳熱傳質性能的復合材料（用沸石、硅膠、活性炭等其他骨架材料和化學吸附劑復合而成，必要時可添加石墨或者金屬粉末提高其導熱系數）。

當考慮用于空間加熱時，所述的吸附質通常選擇水；當考慮需要較高溫度的工業用時，可選用其他物質做(作)為吸附質，例如二氧化碳、氫氣、氨氣等等。