一种中低温太阳能互补驱动的化学热泵装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种中低温太阳能互补驱动的化学热泵装置，可用于低温热量的品位提升。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的快速发展，能源短缺及能源利用过程中产生的环境污染问题日益凸显。加强中低温热能，特别是最广泛存在的太阳能，的利用是提高能源利用效率和节能减排的重要途径和有效手段。热泵是一种利用低品位热源，实现将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统，可以提升余热品位，输出更容易被利用的高品位热能。化学热泵是利用一对可逆吸/放热化学反应，将低品位热源的热能以化学能的形式回收储存起来，然后在较高温度下释放出来用于供热、制冷、干燥及发电等，实现能量的品位提升和利用。化学热泵具有温度适应范围宽、温度提升能力高、具备能量储存功能等优点，特别适用于间歇性及不稳定性低温余热资源深度利用，具有广阔应用前景。
[0003]Prevost 和 Bugarel (Internat1nal Seminar on Thermochemical EnergyStorage, Stockholml980, 95-111)提出了一种异丙醇/丙酮/氣气-化学热泵(isopropanol-acetone-hydrogen chemical heat pump, IAH-CHP)。在该系统中，异丙醇在吸热反应器中吸收约90°C的低温余热的热量发生脱氢反应生成丙酮和氢气，反应后进入精馏塔，塔底再沸器同样吸收低温余热驱动精馏塔将反应产物及未反应的异丙醇进行分离，塔底产物异丙醇经泵返回吸热反应器，塔顶产物丙酮和氢气从冷凝器流出经压缩机压缩和回热器升温后进入放热反应器，放热反应器中丙酮与氢气在180-220°C的高温下发生反应生成异丙醇，产物经回热器后返回精馏塔。在吸热反应器及精馏塔塔釜再沸器中输入低温余热，而在放热反应器中产生的高温热量被回收利用。
[0004]公知技术中最主要的技术缺陷是:在系统操作条件下，由回热器流出的氢气和丙酮温度偏低，需要在放热反应器中利用反应热使自身加热，使得输出的高温热量不足，系统热效率低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种中低温太阳能互补驱动的化学热泵装置，以改进公知技术中存在的缺陷。
[0006]为实现上述目的，本发明提供的中低温太阳能互补驱动的化学热泵装置，包括:
[0007]—存放液体异丙醇的再沸器，吸收低温太阳能集热器所收集的热量并发生脱氢反应生成氢气和丙酮；
[0008]一精馏塔，置于再沸器的上方，对再沸器的反应产物进行分离；
[0009]一塔顶冷凝器，冷凝并收集精馏塔顶的产物，经压缩机至回热器；
[0010]回热器通过管道连接一中温太阳能集热器，由中温太阳能集热器将物料加热至反应温度后进入放热反应器，放热反应器内置的换热管连接冷流体回收反应热；
[0011]放热反应器的出料口通过回热器连接精馏塔。
[0012]所述的化学热泵装置，其中，回热器至中温太阳能集热器之间的管路设置为盘管，作为中温太阳能集热器的热量接收器。
[0013]所述的化学热泵装置，其中，调整低温太阳能集热器面板的大小以控制再沸器中的温度为75-82°C。
[0014]所述的化学热泵装置，其中，调整中温太阳能集热器面板的大小以控制放热反应器进口的温度为180-220°C。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]a、本发明利用中温太阳能辅助加热回热器出口的丙酮和氢气，使之升温至放热温度，增加了系统输出的高温热量，提高系统热效率10%以上；
[0017]b、本发明采用广泛存在的中低温太阳能，受地域和天气限制较小，可适用于大部分地区；
[0018]C、本发明仅需在已有技术中的增加中低温太阳能集热器，无需增加额外动力，简单易操作；
[0019]d、本发明输出的热能可直接用于供热、制冷、干燥等，满足不同热用户的需求。
[0020]e、本发明除可使用异丙醇/丙酮/氢气外，也可使用叔丁醇/乙烯/水反应体系。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的化学热泵装置结构示意图。
[0022]附图中主要组件符号说明:
[0023]低温太阳能集热器1，再沸器2，精馏塔3，塔顶冷凝器4，压缩机5，回热器6，中温太阳能集热器7，放热反应器8。
【具体实施方式】
[0024]本发明提供的中低温太阳能互补驱动的化学热泵装置，具体结构如图1所示。
[0025]液体异丙醇存放在再沸器2中，吸收低温太阳能集热器I收集的热量后发生化学反应，通过调整低温太阳能集热器I面板的大小以控制再沸器2中的温度为75-82°C。反应产物(丙酮及氢气)及部分异丙醇蒸发至精馏塔3，在精馏塔3内异丙醇和反应产物(丙酮和氢气)得到分离，在塔顶冷凝器4中得到较纯的丙酮和氢气，再经压缩机5提供动力后，再经回热器6升温，最后通过管道至中温太阳能集热器7将物料加热至反应温度后进入放热反应器8，回热器6至中温太阳能集热器7之间的管路设置为盘管，并作为中温太阳能集热器7的热量接收器，同时通过调整中温太阳能集热器7面板的大小以控制放热反应器8进口的温度为180-220°C。
[0026]冷流体通过放热反应器8内置的换热管将反应热回收，从而实现热量从低温太阳能向中温热能转移。放热反应器8达到平衡反应转化率并释放反应热后，出口物料经回热器6降温后回到精馏塔3，异丙醇再次与丙酮氢气分离，实现化学热泵装置的循环。
【主权项】
1.一种中低温太阳能互补驱动的化学热泵装置，包括: 一存放液体异丙醇的再沸器，吸收低温太阳能集热器所收集的热量并发生脱氢反应生成氢气和丙酮； 一精馏塔，置于再沸器的上方，对再沸器的反应产物进行分离； 一塔顶冷凝器，冷凝并收集精馏塔顶的产物，经压缩机至回热器； 回热器通过管道连接一中温太阳能集热器，由中温太阳能集热器将物料加热至反应温度后进入放热反应器，放热反应器内置的换热管连接冷流体回收反应热； 放热反应器的出料口通过回热器连接精馏塔。2.根据权利要求1所述的化学热泵装置，其中，回热器至中温太阳能集热器之间的管路设置为盘管，作为中温太阳能集热器的热量接收器。3.根据权利要求1所述的化学热泵装置，其中，调整低温太阳能集热器面板的大小以控制再沸器中的温度为75-82°C。4.根据权利要求1所述的化学热泵装置，其中，调整中温太阳能集热器面板的大小以控制放热反应器进口的温度为180-220°C。
【专利摘要】一种中低温太阳能互补驱动的化学热泵装置，包括：一存放液体异丙醇的再沸器，吸收低温太阳能集热器所收集的热量并发生脱氢反应生成氢气和丙酮；一精馏塔，置于再沸器的上方，对再沸器的反应产物进行分离；一塔顶冷凝器，冷凝并收集精馏塔顶的产物，经压缩机至回热器；回热器通过管道连接一中温太阳能集热器，由中温太阳能集热器将物料加热至反应温度后进入放热反应器，放热反应器内置的换热管连接冷流体回收反应热；放热反应器的出料口通过回热器连接精馏塔。本发明利用中温太阳能辅助加热回热器出口的丙酮和氢气，使之升温至放热温度，增加了系统输出的高温热量，提高系统热效率10%以上。
【IPC分类】F25B30/06
【公开号】CN105020938
【申请号】CN201410162921
【发明人】许闽, 淮秀兰, 蔡军, 李勋锋, 辛芳, 段彦军
【申请人】中国科学院工程热物理研究所
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年4月22日