CN108644880B - 一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温热能存储技术领域，公开了一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，包括能量输入单元、储释能单元、供暖单元，所述能量输入单元包括冷储罐、太阳能集热器和热储罐，所述太阳能集热器与温控装置连接；所述储释能单元包括储释能反应器、冷凝器和蒸汽发生器，所述储释能反应器上、蒸汽发生器上均安装监测装置；所述供暖单元包括换热器、室内水暖***和蓄水槽，所述换热器的管程入口与储释能反应器的流体出口连接，所述换热器的管程出口与冷储罐的进口端连接。其有益效果在于：采用太阳能推动可逆反应的发生，绿色环保，循环***采用封闭式设计，***中的化学反应不受外界干扰，产生的热利用率高。

Description

一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***及其工作方法

技术领域

本发明涉及高温热能存储技术领域，具体涉及一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***及其工作方法。

背景技术

在当今世界范围内，化石能源的燃烧会产生大量的温室气体和其他有毒有害气体及粉尘，带来了一系列的环境污染问题。因此，可再生清洁能源的开发与利用受到了人们的关注。太阳能是一种分布广泛、清洁环保的能源，高效利用太阳能可以缓解当今能源问题和环境污染问题，优化能源结构。

然而，太阳能具有间歇性、难以持续供应等特点，因此提高热能存储技术是大规模发展太阳能供暖***的关键。目前，热能存储方式主要包括：显热储能、潜热储能和热化学储能三种方式。

显热储能是指通过储能介质温度的变化来实现热量的储存。显热储能成本低、技术成熟，但也存在长时间储存时热损失大、储能密度低、所需储热装置庞大等缺点，因而不适用于大规模热力发电。潜热储能又称相变储能，主要是通过储能材料发生相变时吸收或释放热量来进行热量的存储与释放。潜热储能密度比显热较大，储能***体积比显热较小，但潜热储能存在热导率小、储热温度低、热损失大、储能周期有限等不足。

热化学储能通过可逆化学反应，利用反应过程中的反应焓进行储热，是一种高效的储能手段。与其他储能方式相比，热化学储能具有的储能密度大(100～500kW·h/m3)、能在环境温度下实现长期无热损储存、适合长距离运输等优点特性，为太阳热能的高温高效转换、储存及传输提供了一种极具发展前景的方法。热化学储能能够克服太阳能的间歇性，实现热量的持续供给，特别适用于大规模的太阳能供暖***。

理论上说，任何存在吸热/放热的可逆化学反应都可以用于热能存储。但目前研究的较为合适的热化学储能反应体系主要有：金属氢化物的热分解、氧化物和过氧化物的分解、氢氧化钙/氧化钙的转换等反应体系。选择化学储能材料时要考虑以下因素：(1)反应温度适当；(2)反应热效应大；(3)反应不产生副反应；(4)储能材料价格低廉，无毒，无腐蚀性；(5)可逆反应的速率要适当，便于能量储存与释放；(6)循环寿命长。

目前热化学储能式太阳能供暖***仍处于小试阶段，还没有建成大规模太阳能供暖站，要想让热化学储能真正成为造福人类的实用技术，还必须解决好以下问题：(1)储能材料的选择、附带的反应控制、反应的可逆性、催化剂的寿命；(2)反应器、热交换器的设计，各种化学床体的特性，气体、固体等介质的导热性；(3)运行循环的描述，最佳循环效率；(4)储能材料腐蚀性、经济性；(5)技术和经济分析，投资/收益研究，负载要求等；(6)能量吸收存储单元、供暖设备的***集成与优化。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***及其工作方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，包括能量输入单元、储释能单元、供暖单元，所述能量输入单元包括冷储罐、太阳能集热器和热储罐，所述冷储罐的出口端与第一三通阀的进口端连接，所述第一三通阀的第一出口端与太阳能集热器的进口端连接，所述第一三通阀的第二出口端与第二三通阀的第一进口端连接，所述太阳能集热器的出口端与热储罐的进口端连接，所述热储罐的出口端与第二三通阀的第二进口端连接，所述第二三通阀的出口端与储释能单元连接，所述太阳能集热器与温控装置连接；

所述储释能单元包括储释能反应器、冷凝器和蒸汽发生器，所述第二三通阀的出口端与储释能反应器的流体入口连接，所述储释能反应器的水蒸气出口与冷凝器的进口端连接，所述冷凝器的出口端与蒸汽发生器的进口端连接，所述蒸汽发生器的出口端与储释能反应器的水蒸气入口连接，所述储释能反应器上、蒸汽发生器上均安装有监测装置；

所述供暖单元包括换热器、室内水暖***和蓄水槽，所述换热器的管程入口与储释能反应器的流体出口连接，所述换热器的管程出口与冷储罐的进口端连接，所述换热器的壳程出口与室内水暖***的进口端连接，所述室内水暖***的出口端与蓄水槽的进口端连接，所述蓄水槽的出口端与换热器的壳程入口连接。

进一步地，所述水蒸气出口安装于储释能反应器的上端，所述水蒸气入口安装于储释能反应器侧壁的下端，所述储释能反应器的底部具有排水口，所述储释能反应器的内部设有栅栏板和反应器，此反应器通过栅栏板安装于水蒸气出口和水蒸气入口之间，所述反应器包括流体螺旋通道和反应螺旋通道，此流体螺旋通道和反应螺旋通道并列卷绕并贴紧，所述流体螺旋通道中装载有流体，所述反应螺旋通道中填充反应介质，所述流体入口与流体螺旋通道的入口端连接，所述流体出口与流体螺旋通道的出口端连接，所述水蒸气入口与水蒸气出口之间通过反应螺旋通道连通。

进一步地，所述流体螺旋通道包括第一卷绕层和呈半圆柱状的第一芯层，所述第一卷绕层的内端和第一芯层连接，所述反应螺旋通道包括第二卷绕层和呈半圆柱状的第二芯层，所述第二卷绕层的内端和第二芯层连接；所述第一芯层的矩形侧壁与第二芯层的矩形侧壁贴紧，所述第一卷绕层和第二卷绕层并列卷绕贴紧，所述流体入口与第一卷绕层的外端连接，所述流体出口与第一芯层的顶端连接。

进一步地，所述温控装置包括温度控制器、温度测量变送器和第一阀门，所述第一阀门位于太阳能集热器进口端的管道上，所述温度测量变送器位于太阳能集热器的出口端的管道上，所述温度控制器的两端分别与第一阀门和温度测量变送器连接。

进一步地，所述监测装置包括压力表、热电偶温度计。

进一步地，所述储释能反应器的顶部安装用于测量水蒸气压力的压力表，所述储释能反应器的底部安装用于测量反应螺旋通道内温度的热电偶温度计，所述储释能反应器的外部包裹绝热层。

进一步地，所述蒸汽发生器的底部安装用于加热水蒸气的加热器，所述蒸汽发生器的顶部安装用于测量其内部水蒸气的压力的压力表和用于测量其内部水蒸气的温度的热电偶温度计，所述蒸汽发生器的侧面安装有液位计。

进一步地，所述冷储罐的出口端与第一三通阀之间、蓄水槽的出口端与换热器的壳程入口之间均安装有循环泵；所述储释能反应器的水蒸气出口与冷凝器进口端之间、所述冷凝器的出口端与蒸汽发生器的进口端之间、所述蒸汽发生器的出口端与储释能反应器的水蒸气入口之间、所述储释能反应器的流体出口与换热器的管程入口之间、所述换热器的管程出口与冷储罐的进口端之间、所述蓄水槽的出口端与换热器的壳程入口之间均、所述换热器的壳程出口与室内水暖***的进口端之间均安装有第二阀门。

进一步地，所述反应介质为储能反应介质或释能反应介质，能量存储过程时：储能反应介质受热分解成释能反应介质和水蒸气，能量释放过程时：释能反应介质与水蒸气反应生成储能反应介质和热量，所述储能反应介质为掺杂膨化石墨的氢氧化钙或氢氧化镁，所述释能反应介质为与储能反应介质相对应的掺杂了膨化石墨的氧化钙或氧化镁。

一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***的工作方法，包括能量存储过程、能量释放过程和供暖过程；

所述能量存储过程为冷储罐中的流体经太阳能集热器加热成热流体后，经热储罐进入储释能反应器中的流体螺旋通道中，并将热量传递给反应螺旋通道中的释能反应介质，释能反应介质受热发生分解反应，生成储能反应介质和水蒸气，其中，储能反应介质储存在反应螺旋通道中，水蒸气通过水蒸气出口排出，进入冷凝器中凝结成液态水；

能量释放过程为冷凝器中的液态水经蒸汽发生器加热成水蒸气后，通过水蒸气入口进入到反应螺旋通道中，释能反应介质与水蒸气发生水合反应，生成储能反应介质并放出热量，储能反应介质储存在储释能反应器中，热量则将冷储罐输送过来的流体加热成热流体；

供暖过程为能量释放过程中的热流体进入换热器的管程通道中，而蓄水槽中的冷水进入换热器的壳程通道中，则管程通道中的热流体将热量传递给壳程通道中的冷水，这些冷水吸收热量后从壳程出口排出至室内水暖***中进行供暖。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、该***利用热化学高温可逆反应 或/>以氢氧化钙或氢氧化镁为储能反应介质，以氧化钙或氧化镁为释能反应介质，充分利用太阳热能来推动可逆反应的发生，实现太阳能以化学能的形式长久、稳定储存，并且无副反应产生高效环保。当需要热能时，又可以通过逆向反应放出大量的热量来提供高品位热能。通过热化学储能的方式进行能量的存储与释放，其单位质量储能密度远高于显热储能和潜热储能，能量品质高，而且氢氧化钙/氧化钙，氢氧化镁/氧化镁具有易于获取、价格低廉、无毒、无腐蚀性等优点。

2、该***采用的储释能反应器，有两个较长且相互套接的通道，其中一个通道填充流体，另外一个通道填充反应介质，流体在通道中可以进行均匀的加热和冷却，并在流体出口等管道上设置阀体，通过对流体流速的调节，可实现对反应过程中反应速率的控制，以及对热量交换的速率和热利用效率的控制。

3、该***利用热化学高温可逆反应，并将储释能反应器设计成全封闭的循环***，***内的可逆反应不受外界干扰，使得原料的利用率高，***的能量利用率高。

4、该***采用的是螺旋板式储释能反应器，与其他反应器相比，该反应器是采用分体式设计的可拆卸式结构，可以模块化组合该反应装置，以适应不同供暖功率的大型室内水暖***。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中储释能反应器的结构示意图；

图3是本发明中反应器的结构示意图；

图中，1、冷储罐；2、太阳能集热器；3、热储罐；4、第一三通阀；5、第二三通阀；6、储释能反应器；601、流体入口；602、流体出口；603、水蒸气入口；604、水蒸气出口；605、栅栏板；606、反应器；607、流体螺旋通道；608、反应螺旋通道；609、第一卷绕层；610、第一芯层；611、第二卷绕层；612、第二芯层；613、气体分配板；614、法兰；615、排水口；7、冷凝器；8、蒸汽发生器；9、换热器；901、壳程出口；902、壳程入口；903、管程出口；904、管程入口；10、室内水暖***；11、蓄水槽；12、温度控制器；13、温度测量变送器；14、第一阀门；15、压力表；16、热电偶温度计；17、加热器；18、液位计；19、绝热层；20、循环泵；21、第二阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，包括能量输入单元、储释能单元、供暖单元，所述能量输入单元包括冷储罐1、太阳能集热器2和热储罐3，所述冷储罐1的出口端与第一三通阀4的进口端连接，所述第一三通阀的4第一出口端与太阳能集热器2的进口端连接，所述第一三通阀4的第二出口端与第二三通阀5的第一进口端连接，所述太阳能集热器2的出口端与热储罐3的进口端连接，所述热储罐3的出口端与第二三通阀5的第二进口端连接，所述第二三通阀5的出口端与储释能单元连接，所述太阳能集热器2与温控装置连接；

所述储释能单元包括储释能反应器6、冷凝器7和蒸汽发生器8，所述第二三通阀5的出口端与储释能反应器6的流体入口601连接，所述储释能反应器6的水蒸气出口604与冷凝器7的进口端连接，所述冷凝器7的出口端与蒸汽发生器8的进口端连接，所述蒸汽发生器8的出口端与储释能反应器6的水蒸气入口603连接，所述储释能反应器6上、蒸汽发生器8上均安装监测装置；

所述供暖单元包括换热器9、室内水暖***10和蓄水槽11，所述换热器9的管程入口904与储释能反应器6的流体出口602连接，所述换热器9的管程出口903与冷储罐1的进口端连接，所述换热器9的壳程出口901与室内水暖***10的进口端连接，所述室内水暖***10的出口端与蓄水槽11的进口端连接，所述蓄水槽11的出口端与换热器9的壳程入口902连接。热流体进入储释能反应器6的过程为：冷储罐1通过第一三通阀4的第一出口端向太阳能集热器2提供流体；太阳能集热器2将流体加热成热流体，热流体进出储热罐3中，储热罐3的出口端与第二三通阀5的第二进口端接，第二三通阀5的出口端与储释能反应器6的流体入口601连接，从而将热流体传递至储释能反应器6中；冷流体进入储释能反应器6的过程为：冷储罐1通过第一三通阀4的第二出口端与第二三通阀5的第一进口端连接，第二三通阀5的出口端与储释能反应器6的流体入口601连接，从而将冷流体输入至储释能反应器6中。

如图2所示(图2中的储释能反应器是图3沿A-A向的剖视图)所述水蒸气出口604安装于储释能反应器的上端，所述水蒸气入口603安装于储释能反应器6侧壁的下端，所述储释能反应器6的底部具有排水口615，所述储释能反应器6的内部设有栅栏板605和反应器606，此反应器606通过栅栏板605安装于水蒸气出口604和水蒸气入口603之间，所述反应器606包括流体螺旋通道607和反应螺旋通道608，此流体螺旋通道607和反应螺旋通道608并列卷绕并贴紧，所述流体螺旋通道607中装载有流体，所述反应螺旋通道608中填充反应介质，所述流体入口601与流体螺旋通道607的入口端连接，所述流体出口602与流体螺旋通道607的出口端连接，所述水蒸气入口603与水蒸气出口604之间通过反应螺旋通道连通608。其中进一步地，所述反应介质为储能反应介质或释能反应介质，能量存储过程中：储能反应介质受热分解成释能反应介质和水蒸气，能量释放过程中：释能反应介质与水蒸气反应生成储能反应介质和热量，所述储能反应介质为掺杂膨化石墨的氢氧化钙或氢氧化镁，所述释能反应介质为与储能反应介质相对应的掺杂了膨化石墨的氧化钙或氧化镁，即：释能反应介质为与储能反应介质相对应的氧化钙或氧化镁，即反应螺旋通道608中发生的可逆反应体系为： 或/>所述反应螺旋通道608内部设有蜂窝状不锈钢网，反应介质装在蜂窝状不锈钢网中，为了防止反应介质的脱落，在其外部包裹蜂窝状不锈钢网，在反应介质中添加膨化石墨是为了提高反应介质的蓬松度，有利于吸放热反应的进行。栅栏板605为不锈钢网结构，既可以使水蒸气穿过，又可以支撑流体螺旋通道607和反应螺旋通道608，所述水蒸气入口603的上方安装气体分配板613，气体分配板613的上方设有贯穿储释能反应器侧壁的栅栏板605，所述流体螺旋通道607、反应螺旋通道608的底部均与栅栏板605连接，所述水蒸气出口604位于储释能反应器6的顶部，所述水蒸气入口603与水蒸气出口604之间通过反应螺旋通道608连通，其中，反应螺旋通道608中可以发生可逆反应(以氢氧化钙/氧化钙体系为例)：冷凝器7采用冷风工作方式，将储能反应器6中发生吸热分解反应产生的水蒸气进行冷凝，当冷凝形成的液态水体积达到冷凝器7自身容积的80％后，经过第二阀门21进入到蒸汽发生器8中，所述储释能反应器6的外部包裹绝热层19，绝热层19用于隔热，减少热损失，提高热效率，其中，气体分配板613上分布均匀的气孔，水蒸气通过气体分配板613达到均匀分配，储释能反应器的壳体采用分体设计，分为上壳、中壳、下壳三部分，上壳、中壳、下壳三部分之间通过法兰连接，栅栏板的两端通过连接中壳和下壳的法兰与中壳的底部连接，所述反应器606通过螺栓与栅栏板605固定连接。

如图3所示，所述流体螺旋通道607包括第一卷绕层609和呈半圆柱状的第一芯层610，所述第一卷绕层609的内端和第一芯层610连接，所述反应螺旋通道608包括第二卷绕层611和呈半圆柱状的第二芯层612，所述第二卷绕层611的内端和第二芯层612连接；所述第一芯层610的矩形侧壁与第二芯层612的矩形侧壁贴紧，所述第一卷绕层609和第二卷绕层611并列卷绕贴紧，所述流体入口610与第一卷绕层609的外端连接，所述流体出口602与第一芯层610的顶端连接，两个螺旋通道相互紧贴能够更好的导热；流体在流体螺旋通道607中流动时需要克服重力做功将流体从第一芯层610的顶端排出，这样能够增加流体在流体螺旋通道607中停留的时间，提高热传导效率，其中流体为重油。

所述温控装置包括温度控制器12、温度测量变送器13和第一阀门14，所述第一阀门14位于太阳能集热器2进口端的管道上，所述温度测量变送器13位于太阳能集热器2的出口端的管道上，所述温度控制器12的两端分别与第一阀门14和温度测量变送器13连接，所述温度控制器12用于控制第一阀门14的开度，其中温度测量变送器13测量太阳能集热器2出口处的流体温度，温度控制器12控制太阳能集热器2进口端管道上第一阀门14的开度(阀门开启的程度)，温度测量变送器13将测量到的温度值反馈给温度控制器12，温度控制器12根据测量得到的温度值调节第一阀门14的开度，例如：太阳能集热器2出口端的流体温度过低，则温度控制器12控制第一阀门14的开启程度变小，即通过第一阀门14的流体流量减少，温度控制器12中装有单片机，温度测量变送器13、第一阀门14均与单片机电性连接，通过调节第一阀门14的开度来控制进入太阳能集热器2内的流体流速，使得太阳能集热器2出口端的流体温度处于恒定状态。

所述监测装置包括压力表15、热电偶温度计16。

所述蒸汽发生器8的底部安装用于加热水蒸气的加热器17，所述蒸汽发生器8的顶部安装用于测量其内部水蒸气的压力的压力表15和用于测量其内部水蒸气的温度的热电偶温度计16，所述蒸汽发生器8的侧面安装有液位计18，液位计18用于观察蒸汽发生器8内的液位高度，防止干烧，影响蒸汽发生器8的使用寿命，热电偶温度计16的量程为0～300℃，用来测量蒸汽发生器8内部水蒸气的温度。

所述储释能反应器6的外部包裹绝热层19，用于隔热减少与外界的热交换，提高热利用率，所述储释能反应器6的顶部安装用于测量水蒸气压力的压力表15，所述储释能反应器6的底部安装用于测量反应螺旋通道内温度的热电偶温度计16，检测水蒸气压力，以及反应生成的热量，有利于调整整个***的流体的流速，使得输入到供暖单元的流体温度恒定。

所述冷储罐1的出口端与第一三通阀4之间、蓄水槽11的出口端与换热器9的壳程入口902之间均安装循环泵20；循环泵20是为了冷储罐1中的流体在***中循环，提高工作效率，所述储释能反应器6的水蒸气出口604与冷凝器7进口端之间、所述冷凝器7的出口端与蒸汽发生器8的进口端之间、所述蒸汽发生器8的出口端与储释能反应器6的水蒸气入口603之间、所述储释能反应器6的流体出口602与换热器9的管程入口904之间、所述换热器9的管程出口903与冷储罐1的进口端之间、所述蓄水槽11的出口端与换热器9的壳程入口902之间均、所述换热器9的壳程出口901与室内水暖***10的入口端之间均安装第二阀门21，第二阀门21可以控制***中流体的流量大小，从而控制流体的温度。

所述太阳能集热器2为储释能反应器6提供热源，所述太阳能集热器2为蝶式结构(现有技术中的蝶式太阳能集热器)，其顶部安装玻璃板，其内部的导热管采用螺旋盘管结构，所述导热管、冷储罐1、流体螺旋通道607中的流体均为重油，冷储罐1中的流体流向太阳能集热器2，太阳能集热器2吸收太阳的热能将流体加热，热流体进入到流体螺旋通道中，通过螺旋板将热量传递给反应螺旋通道中的反应介质，从而驱动氢氧化钙受热分解成氧化钙和水蒸气的吸热反应。

所述加热器17为电阻丝加热器，电阻丝加热器可控性强，加热迅速。

一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***的工作方法，包括能量存储过程、能量释放过程和供暖过程(以氢氧化钙/氧化钙体系为例)；

所述能量存储过程为冷储罐1中的流体经太阳能集热器2加热成热流体后，经热储罐3进入储释能反应器6的流体螺旋通道中，并将热量传递给反应螺旋通道中的氢氧化钙，氢氧化钙受热发生分解反应，生成氧化钙和水蒸气，其中，氧化钙储存在反应螺旋通道中，水蒸气通过水蒸气出口排出，进入冷凝器中凝结成液态水；

能量释放过程为冷凝器中的液态水经蒸汽发生器8加热成水蒸气后，通过水蒸气入口进入到反应螺旋通道中，氧化钙与水蒸气发生水合反应，生成氢氧化钙并放出热量，氢氧化钙储存在储释能反应器6中，热量则将冷储罐1输送过来的流体加热成热流体，

供暖过程为能量释放过程中的热流体进入换热器9的管程通道中，蓄水槽11中的冷水进入换热器9的壳程通道中，冷水吸收热流体的热量后从壳程出口901排出至室内水暖***10中进行供暖。

本发明的具体工作流程为(以下以氢氧化钙/氧化钙体系为例)：

包括依次循环的能量存储过程、能量释放过程和供暖过程，其中能量存储过程的流程为：开启第一三通阀4的进口端和第一出口端，关闭第一三通阀4的第二出口端，开启冷储罐1与第一三通阀间4的循环泵20，冷储罐1中的流体经循环泵20输送并通过第一三通阀4第一出口端至太阳能集热器2，流体经太阳集热器2加热成热流体后，进入到热储罐3中储存，这时打开第二三通阀5的第二进口端和出口端，将第二三通阀5的第一进口端关闭，使得热储罐3中的热流体通过流体入口601进入到流体螺旋通道中，热流体在流体螺旋通道中将热能传递给反应螺旋通道中的氢氧化钙颗粒，氢氧化钙颗粒吸收热量发生分解反应，生成氧化钙和水蒸气，氧化钙继续留在反应螺旋通道中，水蒸气通过水蒸气出口604进入到冷凝器7中冷凝成水后进入到蒸汽发生器8中。其中；温度测量变送器13监测太阳能集热器2出口端的流体温度，并温度数据传输给温度控制器12，温度控制器12根据温度数据调节第一阀门14的开度，当流体温度较低时第一阀门14的开度变小，当流体温度较高时第一阀门14的开度增大，这样保证了流体的温度处于恒定状态；

所述释能过程为开启第一三通阀4的进口端和第二出口端，关闭第一三通阀4的第一出口端，开启第二三通阀5的第一进口端和出口端，关闭第二三通阀5的第二进口端，使得冷储罐1中的流体通过流体入口601进入到储释能反应器6中，蒸汽发生器8的电阻丝加热器17将水加热成水蒸气，水蒸气通过蒸发生器8出口端进入储释能反应器6的水蒸气入口603，水蒸气透过气体分配板进入到反应螺旋通道中与氧化钙发生水合反应，生成氢氧化钙和大量的热，将流体加热成热流体，热流体通过储释能反应器6的流体出口602进入到换热器9的管程入口904中；

所述供暖过程为换热器9的管程管路中充满储释能反应器6输送的热流体，蓄水槽11中的冷水通过循环泵20进入换热器9的壳程入口902后，与换热器9管程管路中的热流体进行热交换后，从换热器9的壳程出口901变成热水经过第二阀门21进入室内水暖***10中，完成对室内空气的热交换后回到蓄水槽11中继续循环。

本***实施所述部分设备材料及安装参数见下表：(以150KW供暖容量为例)

本方案实施后，可以克服太阳能间歇性、低密度等缺点，实现太阳能在夜间或阴雨天稳定、持续供暖。可以连接一台150KW的大型供暖设备，直接对接集中供热的接口，就可以带动5000m²的集中供暖，在保证高热效率的同时，节能高达70％以上，平均每月每平米的耗电量在5～8度左右。根据***的蓄热和释热循环过程，按照每年的太阳热储能总量可供汽轮机持续工作100天计算，相对于目前我国的100W的火力发电来说，可以有效减少CO₂排放约20000吨/年。这种方案的实施，既充分利用丰富、环保的太阳能资源，又是实现对自然资源合理开发与利用，促进对环境的保护和人类社会的可持续发展，节能环保，减少因火力发电带来的过量CO₂等排放问题。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，包括能量输入单元、储释能单元、供暖单元，其特征在于：所述能量输入单元包括冷储罐、太阳能集热器和热储罐，所述冷储罐的出口端与第一三通阀的进口端连接，所述第一三通阀的第一出口端与太阳能集热器的进口端连接，所述第一三通阀的第二出口端与第二三通阀的第一进口端连接，所述太阳能集热器的出口端与热储罐的进口端连接，所述热储罐的出口端与第二三通阀的第二进口端连接，所述第二三通阀的出口端与储释能单元连接，所述太阳能集热器与温控装置连接；

所述储释能单元包括储释能反应器、冷凝器和蒸汽发生器，所述第二三通阀的出口端与储释能反应器的流体入口连接，所述储释能反应器的水蒸气出口与冷凝器的进口端连接，所述冷凝器的出口端与蒸汽发生器的进口端连接，所述蒸汽发生器的出口端与储释能反应器的水蒸气入口连接，所述储释能反应器上、蒸汽发生器上均安装有监测装置；

所述供暖单元包括换热器、室内水暖***和蓄水槽，所述换热器的管程入口与储释能反应器的流体出口连接，所述换热器的管程出口与冷储罐的进口端连接，所述换热器的壳程出口与室内水暖***的进口端连接，所述室内水暖***的出口端与蓄水槽的进口端连接，所述蓄水槽的出口端与换热器的壳程入口连接。

2.根据权利要求1所述的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，其特征在于：所述水蒸气出口安装于储释能反应器的上端，所述水蒸气入口安装于储释能反应器侧壁的下端，所述储释能反应器的底部具有排水口，所述储释能反应器的内部设有栅栏板和反应器，此反应器通过栅栏板安装于水蒸气出口和水蒸气入口之间，所述反应器包括流体螺旋通道和反应螺旋通道，此流体螺旋通道和反应螺旋通道并列卷绕并贴紧，所述流体螺旋通道中装载有流体，所述反应螺旋通道中填充反应介质，所述流体入口与流体螺旋通道的入口端连接，所述流体出口与流体螺旋通道的出口端连接，所述水蒸气入口与水蒸气出口之间通过反应螺旋通道连通。

3.根据权利要求2所述的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，其特征在于：所述流体螺旋通道包括第一卷绕层和呈半圆柱状的第一芯层，所述第一卷绕层的内端和第一芯层连接，所述反应螺旋通道包括第二卷绕层和呈半圆柱状的第二芯层，所述第二卷绕层的内端和第二芯层连接；所述第一芯层的矩形侧壁与第二芯层的矩形侧壁贴紧，所述第一卷绕层和第二卷绕层并列卷绕贴紧，所述流体入口与第一卷绕层的外端连接，所述流体出口与第一芯层的顶端连接。

4.根据权利要求1所述的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，其特征在于：所述温控装置包括温度控制器、温度测量变送器和第一阀门，所述第一阀门位于太阳能集热器进口端的管道上，所述温度测量变送器位于太阳能集热器的出口端的管道上，所述温度控制器的两端分别与第一阀门和温度测量变送器连接。

5.根据权利要求1所述的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，其特征在于：所述监测装置包括压力表、热电偶温度计。

6.根据权利要求4所述的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，其特征在于，所述储释能反应器的顶部安装用于测量水蒸气压力的压力表，所述储释能反应器的底部安装用于测量反应螺旋通道内温度的热电偶温度计，所述储释能反应器的外部包裹绝热层。

7.根据权利要求4所述的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，其特征在于：所述蒸汽发生器的底部安装用于加热水蒸气的加热器，所述蒸汽发生器的顶部安装用于测量其内部水蒸气的压力的压力表和用于测量其内部水蒸气的温度的热电偶温度计，所述蒸汽发生器的侧面安装有液位计。

8.根据权利要求1所述的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***，其特征在于：所述冷储罐的出口端与第一三通阀之间、蓄水槽的出口端与换热器的壳程入口之间均安装有循环泵；所述储释能反应器的水蒸气出口与冷凝器进口端之间、所述冷凝器的出口端与蒸汽发生器的进口端之间、所述蒸汽发生器的出口端与储释能反应器的水蒸气入口之间、所述储释能反应器的流体出口与换热器的管程入口之间、所述换热器的管程出口与冷储罐的进口端之间、所述蓄水槽的出口端与换热器的壳程入口之间均、所述换热器的壳程出口与室内水暖***的进口端之间均安装有第二阀门。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的基于螺旋板式反应器的太阳能供暖***的工作方法，其特征在于：包括能量存储过程、能量释放过程和供暖过程；

所述能量存储过程为冷储罐中的流体经太阳能集热器加热成热流体后，经热储罐进入储释能反应器中的流体螺旋通道中，并将热量传递给反应螺旋通道中的储能反应介质，储能反应介质受热发生分解反应，生成释能反应介质和水蒸气，其中，释能反应介质储存在反应螺旋通道中，水蒸气通过水蒸气出口排出，进入冷凝器中凝结成液态水；

能量释放过程为冷凝器中的液态水经蒸汽发生器加热成水蒸气后，通过水蒸气入口进入到反应螺旋通道中，释能反应介质与水蒸气发生水合反应，生成储能反应介质并放出热量，储能反应介质储存在储释能反应器中，热量则将冷储罐输送过来的流体加热成热流体；

供暖过程为能量释放过程中的热流体进入换热器的管程通道中，而蓄水槽中的冷水进入换热器的壳程通道中，则管程通道中的热流体将热量传递给壳程通道中的冷水，这些冷水吸收热量后从壳程出口排出至室内水暖***中进行供暖。