一种热泵驱动的吸附式储热供暖系统的制作方法

1.本实用新型涉及储热装置领域，具体地来说涉及一种热泵驱动的吸附式储热供暖系统。


背景技术：

2.随着城镇化的发展和居民生活水平的提高，建筑对能源的需求巨大，建筑能耗在社会总的能耗中占比不断扩大。利用可再生能源，如风能和太阳能等为建筑提供能量是社会可持续发展和建筑节能减排的重要方向。但是，诸如风能和太阳能等可再生能源通常具有间隙性和随机性等特点，这和建筑对能源的需求不一致。储能技术可以调节能源供需矛盾，是未来能源系统不可或缺的一种关键技术。
3.储热技术是储能技术中一种比较经济和成熟的技术。热能储存的方式包括显热、潜热、化学反应和吸附/吸收储热。显热储热利用物质的温升来实现，这种方式易实现，技术难度低，但是储热密度低，热损失大，不利于长周期储热；潜热储热是利用储热材料在发生相变时吸收或放出相变潜热来实现能量储存与释放的，这种方式储热密度相对较高，但存在两相分离、导热率低和过冷度大等缺点。化学反应和吸附/吸收储热利用可逆化学反应和吸附/吸收过程中的吸热和放热效应来储存能量，储能密度高，几乎无热损，更适合长周期或跨季节储热。
4.目前已公开的吸附储热领域的专利基本都采用以水蒸气为吸附质的闭式系统和以湿空气为吸附质的开式系统。在闭式系统中，固定床反应器内部与外部工作流体之间通过换热器进行换热，由于吸附剂本身的导热系数很低，导致系统传热速率较低；开式系统相对来说更为简单，具有良好的传热传质性能。但以上这些吸附储热系统均没有对储热过程尾气余热进行很好的再利用，从而导致系统整体的热循环效率较低。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服上述问题而提供的一种在储热和释热模式下均能给热用户供热取暖，能够充分回收和利用储热尾气的余热，从而提高储/释热循环的整体效率，安全环保的热泵驱动的吸附式储热供暖系统。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是：
7.本实用新型的一种热泵驱动的吸附储热供暖系统，包括储/释热单元、热泵单元和供电单元，其中：储/释热单元包括固定床反应器、电加热器、冷却器、升温器、加湿器、送风机、热交换器，送风机、调节阀和三通阀a依次连接，经三通阀a后分为两路，第一路依次连接冷却器低温侧、电加热器和三通阀b，第二路接加湿器后再与第一路汇合于三通阀b，三通阀b、截止阀a、固定床反应器、截止阀b和三通阀c依次连接，在三通阀c处又分为两路，一路接热用户管，另一路与热交换器高温侧和升温器高温侧依次连接，热交换器的低温侧设有换热流体管；热泵单元包括冷却器、升温器、压缩机、膨胀机、回热器，其中：升温器低温侧、回热器低温侧、压缩机、冷却器高温侧、回热器高温侧、膨胀机和升温器低温侧依次连接，形成
回路；供电单元通过电缆分别与压缩机和电加热器连接。
8.上述的一种热泵驱动的吸附储热供暖系统，其中：所述固定床反应器内填充有吸附剂，吸附剂可由沸石颗粒和吸水性无机盐复合制造得到。吸附剂在固定床反应器内部采用堆积形式填充。
9.上述的一种热泵驱动的吸附储热供暖系统，其中：所述升温器上设有排气管。
10.上述的一种热泵驱动的吸附储热供暖系统，其中：所述压缩机和膨胀机同轴布置。
11.本实用新型与现有技术相比，具有明显有益效果，从以上技术方案可知：本实用新型的热泵单元和热交换器用于储热模式下尾气余热的回收利用，可实现能量梯级利用，提高了储/释热循环的整体热效率。在储热模式下，送风机将外界空气输送进冷却器加热，然后经过电加热器加热到合适温度后进入固定床反应器，所述固定床反应器内吸附剂颗粒吸热后发生解吸反应，解吸出的水蒸气被热空气带走，经由固定床反应器出口依次流经热交换器和热泵升温器排到外界。热交换器冷侧流体吸热后去热用户供热取暖；释热模式下，送风机将外界空气输送进入加湿器，然后进入固定床反应器与吸附剂颗粒发生吸附反应，吸收吸附反应热后经固定床反应器出口和三通阀后直接向热用户供热取暖。本实用新型无论是储热模式还是释热模式，均能给热用户供热取暖。具有较高的储热密度和较低的热损失，更适合于长周期和跨季节储热。本实用新型具有能量储存功能，能够实现电网的移峰填谷和协调可再生能源能量供应和用户需求之间的矛盾。所使用换热流体和工作介质为环境友好的空气，安全无污染效率高。
附图说明
12.图1为本实用新型的结构示意图。
13.图中标记：
14.1、固定床反应器，2、电加热器，3、冷却器，4、升温器，5、压缩机，6、膨胀机，7、加湿器，8、送风机，9、热交换器，10、调节阀，11、三通阀a，12、三通阀b，13、截止阀a，14、截止阀b，15、三通阀c，16、热用户管，17、换热流体管，18、吸附剂，19、回热器，20、供电单元。
具体实施方式
15.以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的不同湿度高压气体供应系统具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
16.如图1所示，本实用新型的一种热泵驱动的吸附储热供暖系统，包括储/释热单元、热泵单元和供电单元20，其中：储/释热单元包括固定床反应器1、电加热器2、冷却器3、升温器4、加湿器7、送风机8、热交换器9，送风机8、调节阀10（用于调节送风量的大小）和三通阀a11依次连接，经三通阀a11后分为两路，第一路依次连接冷却器3低温侧、电加热器2和三通阀b12，第二路接加湿器7（用于增加空气的湿度）后再与第一路汇合于三通阀b12。然后，三通阀b12、截止阀a13、固定床反应器1、截止阀b14和三通阀c15依次连接，在三通阀c15处又分为两路，一路接热用户管16，另一路与热交换器9高温侧和升温器4高温侧依次连接，热交换器9的低温侧设有换热流体管17；供电单元20通过电缆分别与压缩机5和电加热器2连接，提供太阳能光伏发电或者风电等新能源电力以及电网峰谷电，降低成本。
17.三通阀a11、三通阀b12和三通阀c15用于释热模式和储热模式的切换。
18.截止阀a13、截止阀b14用于固定床反应器1的关闭和打开。
19.所述固定床反应器1内填充有吸附剂18，吸附剂18可由沸石颗粒和吸水性无机盐复合制造得到。吸附剂18在固定床反应器内部采用堆积形式填充。
20.所述电加热器2用电来自供电单元20，为太阳能光伏发电或者风电等新能源电力以及电网峰谷电，降低成本。
21.所述升温器4上设有排气管。
22.热泵单元包括冷却器3、升温器4、压缩机5、膨胀机6、回热器19，其中：升温器4低温侧、回热器19（可降低压缩比，适用叶轮式压缩机和膨胀机，适宜于大规模制热供暖）低温侧、压缩机5、冷却器3高温侧、回热器19高温侧、膨胀机6和升温器4低温侧依次连接，形成回路。
23.所述压缩机5和膨胀机6可同轴布置，有利于降低能耗；所述压缩机5用电来自供电单元20，为太阳能光伏发电或者风电等新能源电力以及电网峰谷电，降低成本。
24.所述热泵单元的循环工质为空气等环境友好气体，安全无污染。
25.本实用新型的工作原理如下：
26.在储热模式下，送风机8将外界空气输送进冷却器3和电加热器2进行加热，然后在固定床反应器1内加热含水吸附剂18使其发生解吸反应，脱出的水分随着热空气流出固定床反应器1，固定床反应器1出来的湿空气的热量在热交换器9处传递给换热流体管17，供热用户取暖用，直至全部吸附剂18脱水完成。所述冷却器3的热量来源于回收利用的尾气热量和压缩机5耗电；通过上述过程，尾气热量、压缩机5的耗电和电加热器2的耗电转换成了空气的热能，最终以吸附剂18的吸附势能的形式储存在固定床反应器1中。整个系统用电均来自供电单元20，为太阳能光伏发电或者风电等新能源电力以及电网峰谷电，降低成本。
27.尾气热量回收过程如下：所述热泵单元中的工质，经压缩机5升温升压后到达冷却器3高温侧，冷却放热，然后经回热器19高温侧进一步降温后进入膨胀机6膨胀，降温降压，再进入升温器4低温侧，吸热升温，然后经回热器19低温侧进一步增温后又回到压缩机5继续上述循环。
28.在释热模式下，送风机8将外界空气输送进入加湿器7，然后进入固定床反应器1，干燥的吸附剂18与固定床反应器1入口来的湿空气中的水蒸汽发生吸附反应并放出热量，流过的湿空气被加热后经固定床反应器1出口流出，通过热用户管16直接供给热用户。固定床反应器1内释放的热量来源于储热模式下储存的吸附势能。整个系统用电均来自供电单元20，为太阳能光伏发电或者风电等新能源电力以及电网峰谷电，降低成本。
29.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。