太阳能驱动高效吸湿‑热化学反应单级空调系统的制作方法与工艺

太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统技术领域本发明涉及氯化盐/膨胀石墨-水单级空调系统技术领域，具体是一种太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统。

背景技术：
我国太阳能资源丰富地区的面积占国土面积的67％以上，年辐射量超过60亿焦耳/平方米，每年地表吸收的太阳能大约相当于1.7万亿吨标准煤的能量，是2013年中国能源消费总量的450倍。然而，由于太阳能存在周期性、间断性和波动性，这导致了太阳能利用的不稳定，同时，还受场地、流程等条件限制。储能技术是缓解该问题的有效方法。传统储能技术有显热储能(如水和石块)和潜热储能(如PCM相变材料)。显热储能技术相对成熟，但其储能密度较低，同时显热储能系统在释能过程中存在温度波动较大的问题。与显热储能技术相比，潜热储能密度较大，且其工质在相变时温度几乎不变，因此，潜热储能技术具有体积小、热量输出时载热流体温度均匀等优点。但潜热储能材料在相变过程中会产生过冷、分层、衰减等问题。与显热储能和潜热储能相比，吸收或吸附热化学储能的体积是显热储能的1/3，潜热储能的1/2。同时，常规显热或潜热储能方式由于与环境的温差而不可避免地存在一定的热量损失。而在吸收/吸附储能系统中，只要控制反应物不接触，吸收/吸附反应就不会发生，所以能量能较长时间的储存，由温差引起的热损很小。近些年来，以吸收/吸附储能为代表的储能技术引起众多学者的关注。利用LiBr(溴化锂)溶液的浓度差势能进行储能，但LiBr-H2O储能系统会有结晶问题，结晶体会堵塞系统的溶液泵，所以吸收盐的浓度范围会受到限制。太阳能储能方面的研究，已经有很多科研人员进行了研究。经对现有技术的文献检索发现，发明专利申请公开号为：CN103017397A，专利名称为：中高温太阳能蒸汽-吸收制冷-海水淡化-储能耦合系统。该专利描述一种中高温太阳能蒸汽-吸收制冷-海水淡化-储能耦合系统，以导热油、水/蒸汽为传热流体，相变金属和水蒸汽为蓄热介质。包括太阳能集热系统、传热工质循环系统、吸收制冷系统和海水淡化系统，由抛物面槽式聚光器、相变金属储能罐、导热油-蒸汽发生器等组成。该发明可获得中高温导热油及蒸汽，适用于大规模海水淡化及吸收制冷耦合。但该发明的系统很复杂，需要额外的相变金属储能装置，即储能和制冷为两套装置；另外，储能的效率比较低，同时，相变储能有过冷、分层、衰减等问题。发明专利申请公开号为：CN102705997A,专利名称为：一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置及方法。该本发明涉及一种太阳能热化学吸附跨季节高效储能装置及方法，夏季太阳能热能储存时太阳能集热器、加热循环泵、加热切换阀门、固-气化学反应器换热盘相连，冷却塔、冷却循环泵、冷却切换阀门、储液器换热盘管相连，通过太阳能热能向化学吸附势能的转化实现太阳能的高效热储存；冬季太阳能热能释放供热时实施内部反应热梯级回热技术，低温反应器换热盘管、回热循环泵、回热阀门、高温储液器换热盘管相连，高温反应器换热盘管、供热循环泵、供热阀门、热用户相连。与现有技术相比，本发明具有能量储存密度高和跨季节能量储存期间热量损失小、提升储能品位等显著优点。但该发明的储能技术只利用了热化学反应过程，储能密度不是很大。同时，该储能技术不能实现制冷功能。发明专利申请公开号为：CN102721312A,专利名称为：一种太阳能热化学混合储能装置及方法。该发明提供一种太阳能热化学混合储能装置和方法，其装置包括装置本体、反应系统、蓄热系统和输入输出系统，在聚光太阳辐射下通过装置本体加热反应系统和蓄热系统，反应系统在催化剂作用下吸收太阳能进行化学储能，蓄热系统吸收太阳辐射进行显热或相变储热，蓄热系统可以维持化学反应的高效稳定进行并在无太阳辐射时继续热化学储能。但该发明的储能技术只利用了热化学反应过程，从而会影响储能密度。另外，该储能技术不能实现制冷功能。发明专利申请公开号为：CN103499230A,专利名称为：一种太阳能热化学储能吸热器及其吸热方法。该发明公开了一种太阳能热化学储能吸热器及其吸热方法，该吸热器以吸热层和反应层作为储能吸热体置于腔体内，开口由石英玻璃窗密封，外部包覆有保温层。采用热化学过程储存太阳能，反应产物可长期常温储存，实现太阳能的高效稳定吸收与储存；结构紧凑简单，反应流体与产物方便运输，可以满足规模化太阳能中高温热利用的要求。但该发明的储能技术结构较复杂，对制造工艺要求较高，同时，该储能技术不能实现制冷功能。实用新型专利申请公开号为：CN203161356U，专利名称为：一种太阳能光热储能系统，该专利涉及一种太阳能光热储能系统，它是在加热器的顶部设有进气管，加热器的底端连接着空气管，加热器的左侧装有太阳能辐射板，空气管的另一端连接着膨胀机，膨胀机上连接的转动轴与压缩机相连接，压缩机的出口装有压缩空气管，该管的另一端与储气罐相连。但该专利的储能介质为空气，其储能密度很低。同时，储能装备需要很好的密封性，系统承压，对安全有一定的隐患。

技术实现要素：
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统，该空调系统的循环方式包括了吸湿盐的吸收过程、结晶过程以及热化学反应过程，循环吸湿量显著提高，从而提高能量流,可实现连续供冷，也可以实现内置式储能，需要时供冷；该空调系统不需要外置辅助储能装置而能实现内置式储能与供冷,同时，储能过程中，工质盐和制冷剂相隔离，几乎无损失；在输冷过程中，将工质盐和制冷剂相连通，制冷剂被冷却的工质盐吸湿，产生制冷效果。本发明是通过以下技术方案实现的。一种太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统，包括：太阳能集热器、热水箱、吸收-热化学空调机组、冷却塔以及空调末端，所述太阳能集热器通过管路与热水箱相连；所述热水箱通过管路与吸收-热化学空调机组相连；所述吸收-热化学空调机组分别与冷却塔和空调末端相连；其中，所述太阳能集热器与热水箱相连实现加热的循环过程；所述热水箱与吸收-热化学空调机组相连实现储能的循环过程；所述吸收-热化学空调机组与冷却塔相连实现排热的循环过程；所述吸收-热化学空调机组与空调末端相连实现输能的循环过程。优选地，所述太阳能集热器包括：热水出水管和太阳能集热器进口管；其中，所述热水出水管设置于太阳能集热器的顶部，所述太阳能集热器进口管设置于太阳能集热器的底部，所述热水出水管与热水箱管路连接，热水箱再与太阳能集热器进口管管路连接，形成循环。优选地，所述热水箱包括：热水箱进口管、热水箱出口管、热水箱出水管以及热水箱回水管；其中，所述热水出水管与热水箱进口管相连接，所述热水箱出口管通过第一热水泵与太阳能集热器进口管相连接；所述热水箱出水管依次经过第二热水泵和第一四通阀与热水箱回水管相连接；所述第一四通阀通过第二四通阀与吸收-热化学空调机组管路连接，所述吸收-热化学空调机组通过第三四通阀与第一四通阀管路连接，形成循环。优选地，所述吸收-热化学空调机组包括：左进水管、左出水管，左吸附床、左冷凝器、左蒸发器、右进水管、右出水管、右吸附床、右冷凝器、右蒸发器；所述左进水管连接在左吸附床的左上方，所述左出水管连接在左吸附床的右上方，所述左吸附床固定安装在吸收-热化学空调机组的腔体内，所述左冷凝器固定安装在左吸附床的正下方，所述左蒸发器固定安装在左冷凝器的正下方；所述右进水管连接在右吸附床的右上方，所述右出水管连接在右吸附床的左上方，所述右吸附床固定安装在吸收-热化学空调机组的腔体内，所述右冷凝器固定安装在右吸附床的正下方，所述右蒸发器固定安装在右冷凝器的正下方；其中，所述第一四通阀通过第二四通阀与左进水管相连接，所述左出水管通过第三四通阀与第一四通阀相连接；所述冷却塔依次经过第四四通阀、左冷凝器、右冷凝器、第二四通阀、右进水管、右出水管、第三四通阀，再连接至第四四通阀，形成循环；所述左蒸发器和右蒸发器分别与空调末端管路连接。优选地，所述右冷凝器与第二四通阀之间的管路上设有冷却水泵。优选地，所述冷却塔包括：冷却塔出水管和冷却塔回水管，所述冷却塔出水管从冷却塔的底部水槽接出，所述冷却塔回水管连接在设置于冷却塔上部的布水管上；其中，所述冷却塔出水管通过第四四通阀后与冷却塔回水管连接，形成循环。优选地，所述空调末端包括：空调末端出水管和空调末端回水管，其中：所述空调末端出水管连接在空调末端的上部，并通过第五四通阀与空调末端回水管管路连接，所述空调末端回水管连接在空调末端的下部；所述第五四通阀与吸收-热化学空调机组管路连接，形成循环。优选地，所述第五四通阀依次通过冷冻水泵和第一三通阀与右蒸发器管路连接，所述右蒸发器通过第二三通阀与第五四通阀管路连接，形成循环；所述第五四通阀依次通过冷冻水泵和第一三通阀与左蒸发器管路连接，所述左蒸发器通过第二三通阀与第五四通阀管路连接，形成循环。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：(1)本发明提供的太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统，其循环方式包括了吸湿盐的吸收过程、结晶过程以及热化学反应过程，所以，此循环方式的循环吸湿量可以显著提高，从而可以提高能量流；当热源温度为95℃,冷却水温度为30℃，冷冻水温度为12℃时，此制冷循环的储冷密度可达1.24kWh/kg。(2)本发明的循环方式，可实现连续供冷，也可以实现储能后供冷，而不需要其他辅助储能装置。储能过程中，工质盐和制冷剂相隔离，几乎无损失；在输冷过程中，将工质盐和制冷剂相连通，制冷剂被冷却的工质盐吸湿，产生制冷效果。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本发明结构示意图；图2为本发明工作循环图。具体实施方式下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。请同时参阅图1和图2。本实施例提供了一种太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统，包括：太阳能集热器、热水箱、吸收-热化学空调机组、冷却塔以及空调末端，所述太阳能集热器通过管路与热水箱相连；所述热水箱通过管路与吸收-热化学空调机组相连；所述吸收-热化学空调机组分别与冷却塔和空调末端相连；其中，所述太阳能集热器与热水箱相连实现加热的循环过程；所述热水箱与吸收-热化学空调机组相连实现储能的循环过程；所述吸收-热化学空调机组与冷却塔相连实现排热的循环过程；所述吸收-热化学空调机组与空调末端相连实现输能的循环过程。进一步地，所述太阳能集热器包括：热水出水管和太阳能集热器进口管；其中，所述热水出水管设置于太阳能集热器的顶部，所述太阳能集热器进口管设置于太阳能集热器的底部，所述热水出水管与热水箱管路连接，热水箱再与太阳能集热器进口管管路连接，形成循环。进一步地，所述热水箱包括：热水箱进口管、热水箱出口管、热水箱出水管以及热水箱回水管；其中，所述热水出水管与热水箱进口管相连接，所述热水箱出口管通过第一热水泵与太阳能集热器进口管相连接；所述热水箱出水管依次经过第二热水泵和第一四通阀与热水箱回水管相连接；所述第一四通阀通过第二四通阀与吸收-热化学空调机组管路连接，所述吸收-热化学空调机组通过第三四通阀与第一四通阀管路连接，形成循环。进一步地，所述吸收-热化学空调机组包括：左进水管、左出水管，左吸附床、左冷凝器、左蒸发器、右进水管、右出水管、右吸附床、右冷凝器、右蒸发器；所述左进水管连接在左吸附床的左上方，所述左出水管连接在左吸附床的右上方，所述左吸附床固定安装在吸收-热化学空调机组的腔体内，所述左冷凝器固定安装在左吸附床的正下方，所述左蒸发器固定安装在左冷凝器的正下方；所述右进水管连接在右吸附床的右上方，所述右出水管连接在右吸附床的左上方，所述右吸附床固定安装在吸收-热化学空调机组的腔体内，所述右冷凝器固定安装在右吸附床的正下方，所述右蒸发器固定安装在右冷凝器的正下方；其中，所述第一四通阀通过第二四通阀与左进水管相连接，所述左出水管通过第三四通阀与第一四通阀相连接；所述冷却塔依次经过第四四通阀、左冷凝器、右冷凝器、第二四通阀、右进水管、右出水管、第三四通阀，再连接至第四四通阀，形成循环；所述左蒸发器和右蒸发器分别与空调末端管路连接。进一步地，所述右冷凝器与第二四通阀之间的管路上设有冷却水泵。进一步地，所述冷却塔包括：冷却塔出水管和冷却塔回水管，所述冷却塔出水管从冷却塔的底部水槽接出，所述冷却塔回水管连接在设置于冷却塔上部的布水管上；其中，所述冷却塔出水管通过第四四通阀后与冷却塔回水管连接，形成循环。进一步地，所述空调末端包括：空调末端出水管和空调末端回水管，其中：所述空调末端出水管连接在空调末端的上部，并通过第五四通阀与空调末端回水管管路连接，所述空调末端回水管连接在空调末端的下部；所述第五四通阀与吸收-热化学空调机组管路连接，形成循环。进一步地，所述第五四通阀依次通过冷冻水泵和第一三通阀与右蒸发器管路连接，所述右蒸发器通过第二三通阀与第五四通阀管路连接，形成循环；所述第五四通阀依次通过冷冻水泵和第一三通阀与左蒸发器管路连接，所述左蒸发器通过第二三通阀与第五四通阀管路连接，形成循环。下面结合附图对本实施例做进一步描述。如图1所示，本实施例提供的太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统，包括：太阳能集热器1、热水箱7、吸收-热化学空调机组37、冷却塔61以及空调末端55，其中：太阳能集热器1和热水箱7连接，其连接的管路是，热水出水管2和热水箱进口管4相连，热水箱出口管6和第一热水泵5连接后，热水箱出口管6再与太阳能集热器进口管3连接；热水箱7和吸收-热化学空调机组37连接，其连接管路是，热水箱出水管9和第二热水泵10连接，再与第一四通阀15的进水管12连接，再与第一四通阀15连接，再与第一四通阀15的回水管11连接，再与热水箱回水管8连接，第一四通阀15的出水管13与第二四通阀25的进水管21连接，再与第二四通阀25的出水管22连接，再与连接在左吸附床30的左进水管26连接，再与连接在左吸附床30的左出水管27连接，再与第三四通阀20的进水管17连接，再与第三四通阀20的出水管16连接，再与第一四通阀15的回水管14连接；吸收-热化学空调机组37与冷却塔61连接，其连接的管路是，冷却塔出水管56与第四四通阀60连接，再与冷却塔回水管57连接，第四四通阀60的冷却水进水管59与左冷凝器32的进水管38连接，再与右冷凝器34连接，再与右冷凝器34的出水管39连接，再与冷却水泵40连接，再与第二四通阀25的进水管23连接，再与第二四通阀25的出水管24连接，再与连接在右吸附床31的右进水管29连接，再与连接在右吸附床31的右出水管28连接，再与第三四通阀20的进水管19连接，再与第三四通阀20的出水管18连接，再与第四四通阀60的回水管58连接；空调末端55与吸收-热化学空调机组37的右蒸发器36连接，其连接管路是，空气末端55的出水管49与第五四通阀53连接，再与空调末端55的回水管50连接，第五四通阀53的出水管51与冷冻水泵48连接，再与第一三通阀47连接，再与冷水连接管45连接，再与右蒸发器36的回水管44连接，再与右蒸发器36的出水管43连接，再与第二三通阀46连接，再与第五四通阀53的回水管52连接；空调末端55与吸收-热化学空调机组37的左蒸发器35连接，其连接管路是，第五四通阀53的出水管51与冷冻水泵48连接，再与第一三通阀47连接，再与左蒸发器35的回水管41连接，再与左蒸发器的出水管42连接，再与第二三通阀46连接，再与第五四通阀53的回水管52连接。所述的太阳能集热器1包括：热水出水管2和太阳能集热器进口管3，其中：热水出水管2在太阳能集热器1的顶部，并和热水箱进口管4相连，太阳能集热器进口管3在太阳能集热器1的底部，并和热水箱出口管6相连。所述的热水箱7还包括：热水箱出水管和热水箱回水管，其中：热水箱出水管9依次经过第二热水泵10和第一四通阀15与热水箱回水管8相连接.所述的吸收-热化学空调机组37包括：左进水管26、左出水管27，左吸附床30、左冷凝器32、左蒸发器、右进水管29、右出水管28、右吸附床31、右冷凝器34、右蒸发器36，其中：左进水管26连接在左吸附床30的左上方，左出水管27连接在左吸附床30的右上方，左吸附床30固定安装在空调机组37的腔体内，左冷凝器32固定安装在左吸附床30的正下方，左蒸发器35固定安装在左冷凝器32的正下方。右进水管29连接在右吸附床31的右上方，右出水管28连接在右吸附床31的左上方，右吸附床31固定安装在空调机组37的腔体内，右冷凝器34固定安装在右吸附床31的正下方，右蒸发器36固定安装在右冷凝器34的正下方。所述的冷却塔61包括：冷却塔出水管56和冷却塔回水管57，其中：冷却塔出水管56从冷却塔61的底部水槽接出，冷却塔回水管57连接到冷却塔61的上部的布水管上。所述的空调末端55包括：空调末端出水管49和空调末端回水管50，其中：空调末端出水管49连接在空调末端55的上部，空调末端回水管50连接在空调末端55的下部。如图2所示，本实施例提供的太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统，其具体工作方式包括以下几步：1)稀溶液加热发生-制冷剂冷凝过程：太阳能集热器收到太阳能辐射光照，太阳能集热器中的流体被加热，加热后的流体进入热水箱，当热水箱的热水温度得到一定数值后，热水箱中的水用来加热吸收-热化学空调机组中的稀溶液，稀溶液温度从H点上升到A点，A点的压力为冷凝压力。继续加热稀溶液，稀溶液温度从A点上升到饱和状态点B点，此时，发生出来的水蒸汽被冷凝成液体，如B’点。继续加热饱和溶液，工质的温度从温度B上升到C点，溶液中不断析出LiCl.H2O，最终工质都转化为LiCl.H2O固体，其反应方程为继续加热LiCl.H2O固体，工质的温度从C点上升到D点，LiCl.H2O将失去结晶水，最终工质都转化为LiCl固体，其反应方程为被解吸出来水蒸气会被冷凝成液态。2)工质吸湿-蒸发制冷过程：通过冷却塔冷却吸收-热化学空调机组中的工质，工质温度从D点下降到F点，F点的压力为蒸发压力。此时，冷却的吸湿盐将会产生吸湿效果，LiCl将转化为LiCl.H2O，其反应方式为反应方向与1)相反。继续冷却LiCl.H2O，冷却的的LiCl.H2O将继续产生稀湿效果，工质最终将形成LiCl的饱和溶液，工质温度从F点下降到G点，其反应方程式是其反应方向与1)相反。继续冷却LiCl的饱和溶液，溶液的温度将从G点下降到H点，同时冷却的吸湿盐溶液将继续吸湿。工质在吸湿的过程中，液态冷剂水将不断蒸发，从而产生制冷效果，产生的冷量通过空调末端提供给用户。图2中：Qe为蒸发热量，Qc为冷凝热量，Qch为储能热量，Qcool为冷却量，Te为蒸发温度，Tc为冷凝温度，Tch为储能温度。本实施例提供的太阳能驱动高效吸湿-热化学反应单级空调系统，其循环方式包括了吸湿盐的吸收过程、结晶过程以及热化学反应过程，所以，此循环方式的循环吸湿量可以显著提高，从而可以提高能量流。当热源温度为95℃,冷却水温度为30℃，冷冻水温度为12℃时，此制冷循环的储冷密度可达1.24kWh/kg；本实施例的此循环方式，可实现连续供冷，也可以实现内置式储能，需要时供冷。此系统不需要外置辅助储能装置而能实现内置式储能与供冷；储能过程中，工质盐和制冷剂相隔离，几乎无损失；在输冷过程中，将工质盐和制冷剂相连通，制冷剂被冷却的工质盐吸湿，产生制冷效果。以上对本发明的具体实施例进行了描述。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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。