一种热化学储热和空气源热泵耦合系统及其运行方法

本发明涉及热储能，尤其涉及一种热化学储热和空气源热泵耦合系统及其运行方法。

背景技术：

1、大力发展可再生能源对解决当前严重的能源和环境问题具有重要意义。然而，常见的可再生能源，如太阳能，具有随时间变化的不稳定性和间歇性，这造成了以太阳能进行供热或制冷时，供给侧与需求侧在时间上的不匹配，这种不匹配性成为太阳能热利用的瓶颈问题。如何高效地储存太阳热能是解决这一问题的关键，特别是太阳热能在不同季节间的供需不匹配问题，需要高效的长周期储热技术来解决。

2、基于溶液吸收、固体吸附反应原理的热化学储热具有储能密度高、储热周期长、集储热与储冷于一体的优点，在热能存储利用领域有很好的应用场景。以目前太阳能等低温热能存储利用领域最常见的溴化锂水溶液工质为例，热化学储热在充热阶段输入的热能通过对溶液进行加热浓缩解吸，转化为工质的化学能，同时发生的水蒸气需要向外部释放冷凝热并冷凝成液态冷剂水；在放热阶段冷剂水又从外部吸收蒸发热成为水蒸气，再被溶液吸收并向外部释放反应热，从而将工质的化学能转化为热/冷能。

3、通常上述充热过程中的冷凝热，放热过程供热功能下的蒸发热和放热过程制冷功能下的吸收/吸附热均直接排放至环境或从环境中吸收。因此环境温度很大程度上影响了热化学储热系统的性能，甚至将决定系统是否能正常工作。具体体现在：1)充热过程多在太阳能丰富时运行，此时环境温度较高，造成冷凝温度高，解吸压力和冷凝压力高，相同解吸温度下吸收/吸附剂能达到的浓度上限降低，限制系统的储能密度；2)放热过程供热功能需要在环境温度低时运行，然而当环境温度过低时，蒸发温度过低，蒸发压力和吸收/吸附压力低，在相同的循环浓度差下，供热温度(吸收/吸附温度)将无法达到需求；3)同样放热过程制冷功能需要在环境温度高时运行，然而当环境温度过高时，吸收/吸附温度过高，吸收/吸附压力和蒸发压力高，在相同的循环浓度差下，制冷温度(蒸发温度)将无法达到需求；4)当环境温度极低时，由于水的冻结，系统将无法正常运行。

4、因此，本领域的技术人员致力于开发一种热化学储热和空气源热泵耦合系统及其运行方法，能够将环境温度升高或降低至热化学储热正常高效工作所需的冷热源温度，拓展了热化学储热系统在极端环境温度的可运行范围。

技术实现思路

1、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如何拓展闭式热化学储热系统在极端环境温度下的应用范围。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种热化学储热和空气源热泵耦合系统，其特征在于，包括闭式热化学储热模块和辅助冷热源模块，其中，所述闭式热化学储热模块包括热源或用户、吸收/吸附剂反应换热器、吸收/吸附剂罐、冷剂换热器和冷剂罐，所述吸收/吸附剂反应换热器设置在所述吸收/吸附剂罐内，所述冷剂换热器设置在所述冷剂罐内，所述吸收/吸附剂罐与所述冷剂罐相连，所述辅助冷热源模块包括循环水箱、压缩式空气源热泵和闭式冷却塔；所述热源或用户和所述吸收/吸附剂反应换热器之间的循环管路由第一循环泵驱动，包括首尾依次相连的所述热源或用户、第一三通阀、第二三通阀、所述吸收/吸附剂反应换热器、第三三通阀和第四三通阀；所述辅助冷热源模块和所述冷剂换热器之间的循环管路由第二循环泵驱动，包括首尾依次相连的所述冷剂换热器、第七三通阀、第八三通阀、所述循环水箱、第五三通阀和第六三通阀，所述第一三通阀还与所述第六三通阀相连，所述第二三通阀还与所述第五三通阀相连，所述第四三通阀还与所述第七三通阀相连，所述第三三通阀还与所述第八三通阀相连，所述循环水箱和所述压缩式空气源热泵之间的循环管路由第三循环泵驱动，包括首尾依次相连的所述循环水箱、第九三通阀、所述压缩式空气源热泵和第十三通阀，所述第九三通阀和所述第十三通阀还与所述闭式冷却塔相连。

3、进一步地，所述闭式冷却塔采用喷淋冷却或风冷。

4、进一步地，所述吸收/吸附剂罐中采用溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液、硅胶或分子筛作为吸收/吸附剂。

5、进一步地，所述冷剂罐采用水作为制冷剂。

6、进一步地，所述吸收/吸附剂罐与所述冷剂罐之间通过蒸汽管路相连，在所述蒸汽管路上还设有储能截止阀。

7、进一步地，所述循环水箱采用水或防冻液作为循环工质。

8、进一步地，还包括检测装置和控制系统，所述检测装置用于测量环境温度和湿度，所述控制系统用于控制所述热化学储热和空气源热泵耦合系统的运行模式。

9、一种热化学储热和空气源热泵耦合系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括充热模式，在所述充热模式中，所述热源或用户和所述辅助冷热源模块分别往所述吸收/吸附剂反应换热器和所述冷剂换热器内通入热水和冷却水，所述第一三通阀和所述第二三通阀连通，所述第三三通阀和所述第四三通阀连通，所述第五三通阀和所述第六三通阀连通，所述第七三通阀和所述第八三通阀连通，所述第一三通阀和所述第六三通阀之间不连通，所述第二三通阀和所述第五三通阀之间不连通，所述第四三通阀和所述第七三通阀之间不连通，所述第三三通阀和所述第八三通阀之间不连通，通过调节所述第九三通阀和所述第十三通阀的连通状态使所述压缩式空气源热泵或所述闭式冷却塔中的一个参与所述辅助冷热源模块的循环并提供冷源。

10、进一步地，所述运行方法还包括供热模式，在所述供热功能中，所述热源或用户和所述辅助冷热源模块分别往所述吸收/吸附剂反应换热器和所述冷剂换热器内通入被加热水和低温水，所述第一三通阀和所述第二三通阀连通，所述第三三通阀和所述第四三通阀连通，所述第五三通阀和所述第六三通阀连通，所述第七三通阀和所述第八三通阀连通，所述第一三通阀和所述第六三通阀之间不连通，所述第二三通阀和所述第五三通阀之间不连通，所述第四三通阀和所述第七三通阀之间不连通，所述第三三通阀和所述第八三通阀之间不连通，通过调节所述第九三通阀和所述第十三通阀的连通状态使所述压缩式空气源热泵参与所述辅助冷热源模块的循环并进行制热。

11、进一步地，所述运行方法还包括制冷模式，在所述制冷模式中，所述辅助冷热源模块和所述热源或用户分别往所述吸收/吸附剂反应换热器和所述冷剂换热器内通入冷却水和低温水，所述第一三通阀和所述第二三通阀之间不连通，所述第三三通阀和所述第四三通阀之间不连通，所述第五三通阀和所述第六三通阀之间不连通，所述第七三通阀和所述第八三通阀之间不连通，所述第一三通阀和所述第六三通阀连通，所述第二三通阀和所述第五三通阀连通，所述第四三通阀和所述第七三通阀连通，所述第三三通阀和所述第八三通阀连通，通过调节所述第九三通阀和所述第十三通阀的连通状态使所述压缩式空气源热泵或所述闭式冷却塔中的一个参与所述辅助冷热源模块的循环并提供冷源。

12、本发明的有益技术效果如下：

13、在极端高或低的环境温度下，热化学储热系统的输出温度将无法达到要求，甚至由于冷剂冻结导致不能正常工作。本发明通过压缩式空气源热泵和闭式冷却塔等组成的辅助冷热源模块，将环境温度升高或降低至热化学储热正常高效工作所需的冷热源温度，拓展了闭式热化学储热系统在极端环境温度的可运行范围。辅助冷热源模块采用了可制冷制热的压缩式空气源热泵作为闭式热化学储热系统充热阶段的冷源、放热阶段供热模式的热源和放热阶段制冷模式的冷源，同时为减小系统电耗，在环境条件合适时还可以使用闭式冷却塔代替热泵作为冷源。在太阳能储热利用领域，本发明可以摆脱单独闭式热化学储热受环境影响导致的冻结风险、输出温度有限、充热密度较低等问题，实现高温夏季高效充热、正常制冷，低温冬季正常放热，为太阳能高效存储利用提供了一种适应性更广的优选方案。

14、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。