專(zhuān)利名稱(chēng)：一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能儲(chǔ)存技術(shù)領(lǐng)域的裝置，尤其是涉及一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，人們對(duì)余熱及可再生能源利用的研究不斷深入。由于能源利用效率較低，使得我國(guó)低品位熱能資源(如工業(yè)余熱/廢熱和可再生能源)非常豐富，如果得到合理利用，這些低品位熱能將變?yōu)椤坝杏觅Y源”，否則就會(huì)成為無(wú)用的廢熱。高效回收利用這些廣泛的低品位熱能是解決我國(guó)能源問(wèn)題的一個(gè)重要途徑，對(duì)緩解我國(guó)能源壓力及促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。然而在我國(guó)每年有大量的低品位熱能得不到有效回收利用而被直接排放，造成極大的能源浪費(fèi)。究其原因，很大程度上是因?yàn)槿狈Φ推肺挥酂峒皬U熱高效利用的科學(xué)技術(shù)及熱量的合理配置。一方面，人類(lèi)對(duì)能源的需求日益增加；而另一方面，大多數(shù)能源，如太陽(yáng)能、地?zé)崮芎凸I(yè)余熱廢熱等，都存在間斷性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，在許多情況下人們 還不能合理地利用這些能源。例如:在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量沒(méi)有得到利用而浪費(fèi)掉；而在急需供應(yīng)熱時(shí)又不能及時(shí)提供；有時(shí)供應(yīng)的熱量有很大一部分作為余熱被損失掉等等。儲(chǔ)熱技術(shù)可用于解決廢熱和余熱的回收利用，以及熱能供給與需求失配的矛盾。利用熱能存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)不連續(xù)、不穩(wěn)定的熱量進(jìn)行充分利用，已成為一項(xiàng)提高能源利用效率的重要環(huán)境友好技術(shù)，目前，儲(chǔ)熱技術(shù)在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用。熱能儲(chǔ)存包括顯熱、相變和化學(xué)儲(chǔ)熱。顯熱儲(chǔ)存是利用儲(chǔ)熱介質(zhì)熱容量而將熱能儲(chǔ)存的方法，通過(guò)溫度升高和降低實(shí)現(xiàn)熱量的儲(chǔ)存和釋放，其儲(chǔ)熱密度由儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫差焓予以確定。相變儲(chǔ)熱是利用材料在相變時(shí)吸熱或放熱來(lái)儲(chǔ)熱或釋熱的，其儲(chǔ)熱密度由相變儲(chǔ)熱介質(zhì)的相變焓決定。由于溫差焓和相變焓通常比熱化學(xué)儲(chǔ)熱中的化學(xué)反應(yīng)焓小得多，所以熱化學(xué)儲(chǔ)熱密度比顯熱和相變儲(chǔ)熱都大。而且顯熱和相變儲(chǔ)熱在常溫下隨著時(shí)間的推移會(huì)逐漸散失，無(wú)法做到長(zhǎng)期儲(chǔ)存。熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)具有儲(chǔ)熱密度大、穩(wěn)定性高且儲(chǔ)熱介質(zhì)易于長(zhǎng)期儲(chǔ)存，因而是熱能儲(chǔ)存中十分具有潛力的一種方式。化學(xué)吸附儲(chǔ)熱作為一種新型的化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)，利用吸附工質(zhì)來(lái)在吸附/解吸循環(huán)過(guò)程中伴隨發(fā)生的熱效應(yīng)進(jìn)行熱量的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化?；瘜W(xué)吸附儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)熱密度可高達(dá)800 1000kJ/kg，具有儲(chǔ)熱密度高、儲(chǔ)熱過(guò)程無(wú)熱量損失等優(yōu)點(diǎn)。而且，可供選擇的吸附劑/吸附質(zhì)工質(zhì)對(duì)相當(dāng)多，可以工作在不同的溫度范圍內(nèi)。由于其可在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)可靠工作，因而其可利用的外界熱源及其輸出溫度的范圍亦很寬，因而備受關(guān)注?，F(xiàn)有的申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710049983.8的“一種低品位熱能直接利用系統(tǒng)及應(yīng)用”和申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910250616.3的“低品位能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)”的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，都屬于低品位熱能的直接利用，另外的也是將低品位熱能直接用于采暖和制冷，而沒(méi)有考慮熱量供需的時(shí)間差、空間差矛盾及熱量溫度品位的提升
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置及應(yīng)用，該裝置和方法擁有儲(chǔ)熱及自升溫?zé)崃科肺惶嵘哪芰?，具有?chǔ)熱密度大、運(yùn)行高效穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，有助于解決熱量供需的時(shí)間差、空間差矛盾，從而可以實(shí)現(xiàn)低品位熱能的大規(guī)模高效利用。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):—種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，包括經(jīng)循環(huán)管道連接的低品位熱能收集器、主儲(chǔ)液器、輔助儲(chǔ)液器、主反應(yīng)器及冷卻塔，所述的主反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有主反應(yīng)器換熱管束，所述的主儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)置主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管，所述的輔助儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)置輔助儲(chǔ)液器加熱盤(pán)管，所述的輔助儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)有輔助反應(yīng)器，該輔助反應(yīng)器經(jīng)管道與主反應(yīng)器連接，在低品位熱能儲(chǔ)存時(shí)，所述的低品位熱能收集器利用收集的低品位熱能間接對(duì)輔助反應(yīng)器進(jìn)行加熱，先將熱量傳遞給輔助儲(chǔ)液器內(nèi)的制冷劑，通過(guò)制冷劑的導(dǎo)熱以及對(duì)流作用再將熱量傳遞至輔助反應(yīng)器，輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽吸收熱量并在主反應(yīng)器內(nèi)主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的吸附作用下發(fā)生吸熱的化學(xué)分解反應(yīng)將制冷劑解吸至主反應(yīng)器，低品位熱能直接對(duì)主反應(yīng)器進(jìn)行加熱，其內(nèi)的主吸附反應(yīng)鹽吸收低品位熱能與制冷劑發(fā)生吸熱的化學(xué)分解反應(yīng)進(jìn)行儲(chǔ)熱，在在熱能釋放時(shí)，利用輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽吸附所放出的熱量為輔助儲(chǔ)液器內(nèi)的制冷劑提供所需的蒸發(fā)熱促使其在高溫下蒸發(fā)后進(jìn)入主反應(yīng)器與其內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽發(fā)生放熱的合成反應(yīng)，并利用此吸附熱對(duì)外供熱。所述的低品位熱能收集器、主反應(yīng)器換熱管束、輔助儲(chǔ)液器加熱盤(pán)管及管道連接構(gòu)成低品位熱能熱儲(chǔ)存階段低品位熱能收集器傳熱流體的流動(dòng)環(huán)路，所述的管道上設(shè)置有加熱切換閥、加熱循環(huán)泵、控制調(diào)節(jié)閥。所述的主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管及冷卻塔經(jīng)管道連接構(gòu)成冷卻塔傳熱流體的流動(dòng)環(huán)路，所述的管道上設(shè)置有控制調(diào)·節(jié)閥、循環(huán)泵。所述的主反應(yīng)器、主反應(yīng)器換熱管束經(jīng)管道連接構(gòu)成為熱用戶端進(jìn)行供熱的傳熱流體的流動(dòng)環(huán)路，所述的管道上設(shè)置有控制調(diào)節(jié)閥、供熱控制閥。連接主反應(yīng)器與主儲(chǔ)液器之間的控制調(diào)節(jié)閥為雙向閥，低品位熱能儲(chǔ)存階段，在輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程中，從輔助反應(yīng)器解吸出的制冷劑蒸汽經(jīng)由雙向調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主反應(yīng)器；而在主反應(yīng)器內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程中，主反應(yīng)器中的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽在外界低品位熱能的加熱作用下發(fā)生分解反應(yīng)，解吸出的制冷劑蒸汽流經(jīng)雙向調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主儲(chǔ)液器中。該裝置使用時(shí)包括低品位熱能儲(chǔ)存階段及熱能釋放階段，低品位熱能儲(chǔ)存階段，采用低品位熱能收集器獲取低品位熱能并利用獲得的低品位熱能間接為輔助反應(yīng)器內(nèi)填充的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽提供解吸熱，輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽在低品位熱能的加熱以及主吸附反應(yīng)鹽吸附的雙重作用下與制冷劑發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，解吸出的氣態(tài)制冷劑流入主反應(yīng)器中被吸附。然后利用獲得的低品位熱能直接為主反應(yīng)器內(nèi)填充的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽提供解吸熱，主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽在低品位熱能的加熱作用下與制冷劑發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，此時(shí)系統(tǒng)的工作壓力為環(huán)境溫度下的冷凝壓力。解吸出的制冷劑蒸汽流經(jīng)控制調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主儲(chǔ)液器內(nèi)發(fā)生凝結(jié)，釋放的冷凝熱通過(guò)主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管內(nèi)的傳熱流體經(jīng)循環(huán)泵輸送到冷卻塔排入環(huán)境介質(zhì)(水、空氣)，從而實(shí)現(xiàn)低品位熱能向化學(xué)吸附勢(shì)能的轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存。熱能釋放的供熱階段，主制冷劑儲(chǔ)液器內(nèi)的制冷劑在輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的吸附作用下發(fā)生蒸發(fā)相變吸收熱量，消耗的低溫蒸發(fā)潛熱通過(guò)冷卻塔由外界環(huán)境介質(zhì)(水、空氣)提供，被蒸發(fā)的制冷劑蒸汽流經(jīng)控制調(diào)節(jié)閥進(jìn)入輔助反應(yīng)器內(nèi)與其內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng)釋放出大量的吸附熱。輔助儲(chǔ)液器內(nèi)的制冷劑在該吸附熱的作用下溫度升高發(fā)生蒸發(fā)相變，吸收熱量后的高溫氣態(tài)制冷劑流經(jīng)控制調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主反應(yīng)器內(nèi)與其內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng)釋放出大量的吸附熱，利用此吸附熱實(shí)現(xiàn)對(duì)外界熱用戶的供熱。特別地，此時(shí)主反應(yīng)器和輔助儲(chǔ)液器的工作壓力不再是環(huán)境溫度下的低溫蒸發(fā)壓力，而是輔助反應(yīng)器釋放的吸附熱溫度品位下對(duì)應(yīng)的高溫蒸發(fā)壓力，由于供熱階段的高溫蒸發(fā)壓力高于儲(chǔ)熱階段的冷凝壓力，根據(jù)化學(xué)吸附反應(yīng)的單變量特性，釋熱階段主反應(yīng)器釋放的吸附熱溫度品位將高于儲(chǔ)熱階段輸入的低品位熱能的溫度品位，因此不僅可以實(shí)現(xiàn)低品位熱能的熱儲(chǔ)存，而且有助于提升熱能品位。本發(fā)明的工作流程由兩個(gè)階段組成:第一個(gè)階段，低品位熱能儲(chǔ)存階段，此階段包括兩步解吸再生過(guò)程。(I)輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程制冷劑從輔助反應(yīng)器流向主反應(yīng)器，此步驟中輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽與制冷劑之間發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)而主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽與制冷劑之間發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng)。利用主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的吸附作用以及在低品位熱能間接提供熱量進(jìn)行加熱的雙重作用下，輔助反應(yīng)器內(nèi)填充的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，解吸出的制冷劑蒸汽進(jìn)入主反應(yīng)器被其內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽所吸附。(2)主反應(yīng)器內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程此步驟中制冷劑從主反應(yīng)器流向主儲(chǔ)液器，主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽與制冷劑之間發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)。利用低品位熱能收`集器所獲得的熱量為主反應(yīng)器內(nèi)填充的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽提供解吸熱，使其發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，解吸出的制冷劑蒸汽進(jìn)入主儲(chǔ)液器內(nèi)凝結(jié)成液體并儲(chǔ)存于其內(nèi)，釋放的冷凝熱則由冷卻塔帶走。在此步驟中利用主反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的固-氣化學(xué)分解反應(yīng)所消耗的解吸熱實(shí)現(xiàn)低品位熱能向化學(xué)吸附勢(shì)能的轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存。第二個(gè)階段，熱能釋放的供熱階段。在環(huán)境溫度下從環(huán)境中吸收熱量而蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷劑蒸汽從主儲(chǔ)液器流入輔助反應(yīng)器內(nèi)與輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng)，同時(shí)釋放出大量的吸附熱并以此作為輔助儲(chǔ)液器中制冷劑蒸發(fā)所需熱量，輔助儲(chǔ)液器中的制冷劑在該吸附熱的加熱作用下溫度升高發(fā)生蒸發(fā)相變，被蒸發(fā)的制冷劑蒸汽進(jìn)入主反應(yīng)器內(nèi)與主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng)釋放出大量的吸附熱，利用該吸附熱實(shí)現(xiàn)對(duì)外界熱用戶的供熱，通過(guò)化學(xué)吸附勢(shì)能向熱能的轉(zhuǎn)化和釋放滿足外界熱用戶對(duì)熱量的需求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)和積極的效果:第一，熱量?jī)?chǔ)存密度高，儲(chǔ)存期間熱量損失小相對(duì)于傳統(tǒng)的顯熱儲(chǔ)存和相變潛熱儲(chǔ)存裝置，本發(fā)明利用低品位熱能向化學(xué)吸附勢(shì)能的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)低品位熱能的熱儲(chǔ)存，其熱量?jī)?chǔ)存密度高，從而可減少設(shè)備體積，降低儲(chǔ)熱成本；傳統(tǒng)的顯熱儲(chǔ)存和相變潛熱儲(chǔ)存裝置與外界環(huán)境有較大的溫差，因而在熱量的儲(chǔ)存過(guò)程中不可避免地存在著散熱損失，而本發(fā)明采用熱化學(xué)吸附儲(chǔ)熱技術(shù)，只要將制冷劑與化學(xué)吸附反應(yīng)鹽分別予以儲(chǔ)存，放熱的合成化學(xué)反應(yīng)就不會(huì)發(fā)生，熱量就會(huì)被長(zhǎng)期高效儲(chǔ)存，幾乎沒(méi)有對(duì)外界環(huán)境的散熱損失；第二，釋熱階段對(duì)外供熱的溫度品位可以得到有效的保證相對(duì)于傳統(tǒng)的顯熱儲(chǔ)存和相變潛熱儲(chǔ)存裝置，本發(fā)明利用化學(xué)吸附反應(yīng)的單變量特性，在熱能釋放的供熱階段，輸出溫度的波動(dòng)小，近似為等溫過(guò)程，可以對(duì)外供應(yīng)溫度恒定的熱能，從而易與外界熱用戶相匹配；第三，具有自升溫能力輔助儲(chǔ)液器內(nèi)置輔助反應(yīng)器，在釋熱階段中可以采用輔助吸附反應(yīng)鹽與制冷劑之間的合成反應(yīng)所放出的吸附熱對(duì)輔助儲(chǔ)液器中的制冷劑進(jìn)行加熱，使輔助儲(chǔ)液器中的制冷劑可以在較高的溫度下蒸發(fā)，從而使系統(tǒng)具備自升溫能力；第四，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存熱量溫度品位的提升相對(duì)現(xiàn)有的低品位熱能熱化學(xué)吸附儲(chǔ)熱技術(shù)，本發(fā)明釋熱供熱階段系統(tǒng)的工作壓力不再是環(huán)境溫度下的低溫蒸發(fā)壓力，而是輔助反應(yīng)器釋放的吸附熱溫度品位下對(duì)應(yīng)的高溫蒸發(fā)壓力，由于供熱階段對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)壓力高于儲(chǔ)熱階段的工作壓力，根據(jù)化學(xué)吸附反應(yīng)的單變量特性，釋熱階段主反應(yīng)器內(nèi)主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽所釋放的吸附熱溫度品位將高于熱儲(chǔ)存階段輸入的低品位熱能的溫度品位，因此可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存熱量溫度品位的提升。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:低品位熱能收集器1、加熱切換閥2、加熱供熱循環(huán)泵3、控制調(diào)節(jié)閥4、主反應(yīng)器換熱管束5、控制調(diào)節(jié)閥6、加熱切換閥
7、加熱切換閥8、輔助儲(chǔ)液器加熱盤(pán)管9、加熱切換閥10、供熱控制閥11、供熱控制閥12、主反應(yīng)器13、主反應(yīng)器內(nèi)所填充的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14、輔助儲(chǔ)液器15、輔助儲(chǔ)液器內(nèi)充注制冷劑16、輔助反應(yīng)器17、輔助反應(yīng)器內(nèi)所填充的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18、控制調(diào)節(jié)閥19、控制調(diào)節(jié)閥20、控制調(diào)節(jié)閥21、主儲(chǔ)液器22、主儲(chǔ)液器內(nèi)充注制冷劑23、冷卻塔24、循環(huán)泵25、控制調(diào)節(jié)閥26、主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管27、控制調(diào)節(jié)閥28、控制調(diào)節(jié)閥29、熱用戶30。在低品位 熱能儲(chǔ)存階段，管路的連接方式和管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)情況如下:低品位熱能收集器側(cè)傳熱流體管路的連接方式為:(I)主反應(yīng)器的傳熱流體管路連接方式為:低品位熱能收集器I出口與加熱切換閥2進(jìn)口相連，加熱切換閥2出口與加熱循環(huán)泵3進(jìn)口相連，加熱循環(huán)泵3出口與控制調(diào)節(jié)閥4進(jìn)口相連，控制調(diào)節(jié)閥4出口與主反應(yīng)器換熱管束5進(jìn)口相連，主反應(yīng)器換熱管束5出口與控制調(diào)節(jié)閥6進(jìn)口相連，控制調(diào)節(jié)閥6出口與加熱切換閥7進(jìn)口相連，加熱切換閥7出口與低品位熱能收集器I進(jìn)口相連。(2)輔助反應(yīng)器的傳熱流體管路連接方式為:低品位熱能收集器I出口與加熱切換閥2進(jìn)口相連，加熱切換閥2出口與加熱循環(huán)泵3進(jìn)口相連，加熱循環(huán)泵3出口與控制調(diào)節(jié)閥8進(jìn)口相連，控制調(diào)節(jié)閥8出口與輔助反應(yīng)器加熱盤(pán)管9進(jìn)口相連，輔助反應(yīng)器加熱盤(pán)管9出口與加熱切換閥10進(jìn)口相連，加熱切換閥10出口與加熱切換閥7進(jìn)口相連，加熱切換閥7出口與低品位熱能收集器I進(jìn)口相連。輔助反應(yīng)器與主反應(yīng)器之間的連接:輔助反應(yīng)器17經(jīng)由控制調(diào)節(jié)閥19和控制調(diào)節(jié)閥21與主反應(yīng)器13相連。主反應(yīng)器與主儲(chǔ)液器之間的連接:主反應(yīng)器13通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥21和控制調(diào)節(jié)閥29與主儲(chǔ)液器22相連接。制冷劑14從主反應(yīng)器13流入主儲(chǔ)液器22，在主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管27內(nèi)換熱流體的冷卻作用下被冷凝成液態(tài)并儲(chǔ)存在主儲(chǔ)液器22內(nèi)。冷卻塔側(cè)管路的連接方式為:冷卻塔24出口與循環(huán)泵25進(jìn)口連接，循環(huán)泵25出口與控制調(diào)節(jié)閥26進(jìn)口相連，控制調(diào)節(jié)閥26出口與主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管27進(jìn)口連接，主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管27出口與控制調(diào)節(jié)閥28進(jìn)口相連，控制調(diào)節(jié)閥28出口與冷卻塔24進(jìn)口相連，從而形成冷卻塔24與主儲(chǔ)液器22之間的換熱流體循環(huán)回路。裝置在低品位熱能熱儲(chǔ)存階段，低品位熱能收集器I內(nèi)的換熱流體吸收低品位熱能熱量后溫度升高，在加熱循環(huán)泵3的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)由輔助儲(chǔ)液器加熱盤(pán)管9先將熱量傳遞給輔助儲(chǔ)液器15內(nèi)的制冷劑16，然后再通過(guò)制冷劑16的導(dǎo)熱以及對(duì)流換熱將熱量傳遞至輔助反應(yīng)器17。故而在此過(guò)程中熱量將由低品位熱能收集器I向輔助反應(yīng)器13間接進(jìn)行傳遞。裝置在低品位熱能熱儲(chǔ)存階段，低品位熱能收集器I內(nèi)的換熱流體吸收低品位熱能熱量后溫度升高，在加熱循環(huán)泵3的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)由主反應(yīng)器換熱管束5將熱量由低品位熱能收集器I向主反應(yīng)器13傳遞。主反應(yīng)器13內(nèi)所填充的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14在外界低品位熱能的加熱作用下發(fā)生分解反應(yīng)放出氣態(tài)制冷劑流經(jīng)控制調(diào)節(jié)閥21和控制調(diào)節(jié)閥29進(jìn)入主儲(chǔ)液器22，氣態(tài)制冷劑在主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管27內(nèi)換熱流體的冷卻作用下被冷凝成液態(tài)并儲(chǔ)存在主儲(chǔ)液器22內(nèi)。在熱能釋放的供 熱階段，管路的連接方式和管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)情況如下:主儲(chǔ)液器與輔助反應(yīng)器之間的連接:主儲(chǔ)液器22經(jīng)由控制調(diào)節(jié)閥29和控制調(diào)節(jié)閥19與輔助反應(yīng)器17相連接。主儲(chǔ)液器22內(nèi)的制冷劑23在輔助反應(yīng)器17內(nèi)輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18的吸附作用下發(fā)生蒸發(fā)，產(chǎn)生相變的制冷劑蒸汽流經(jīng)控制調(diào)節(jié)閥29和控制調(diào)節(jié)閥19進(jìn)入輔助反應(yīng)器17與其內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng)釋放出大量的吸附熱。輔助儲(chǔ)液器與主反應(yīng)器之間的連接方式為:輔助儲(chǔ)液器15與主反應(yīng)器13之間經(jīng)由控制調(diào)節(jié)閥20相互連接，進(jìn)行物質(zhì)的交換。主反應(yīng)器側(cè)傳熱流體管路的連接方式為:主反應(yīng)器換熱管束5出口與控制調(diào)節(jié)閥6進(jìn)口相連，控制調(diào)節(jié)閥6出口與供熱控制閥11進(jìn)口相連，供熱控制閥11出口與熱用戶30的進(jìn)口相連，熱用戶30的出口與供熱控制閥12進(jìn)口相連，供熱控制閥12出口與供熱循環(huán)泵3進(jìn)口相連，供熱循環(huán)泵3出口與控制調(diào)節(jié)閥4進(jìn)口相連，控制調(diào)節(jié)閥4出口與主反應(yīng)器換熱管束5進(jìn)口相連。裝置在熱能釋放的供熱階段，主儲(chǔ)液器22內(nèi)的制冷劑23從外界環(huán)境中吸收熱量，發(fā)生蒸發(fā)經(jīng)由控制調(diào)節(jié)閥29和控制調(diào)節(jié)閥19進(jìn)入輔助反應(yīng)器17內(nèi)并與其中的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18發(fā)生放熱的合成反應(yīng)，放出大量的吸附熱。輔助儲(chǔ)液器15內(nèi)的制冷劑16在輔助反應(yīng)器15所放出的吸附熱的加熱作用下溫度升高并快速蒸發(fā)經(jīng)由控制調(diào)節(jié)閥20進(jìn)入主反應(yīng)器13內(nèi)并與其中的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14發(fā)生放熱的合成反應(yīng)，放出大量的吸附熱經(jīng)由主反應(yīng)器換熱管束5內(nèi)的換熱流體并在供熱循環(huán)泵3的驅(qū)動(dòng)作用下將所攜帶的熱量由主反應(yīng)器13向熱用戶端30發(fā)生傳遞，通過(guò)化學(xué)吸附勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能實(shí)現(xiàn)對(duì)外界熱用戶的供熱。裝置中，主反應(yīng)器13和輔助反應(yīng)器17內(nèi)填充的化學(xué)吸附反應(yīng)鹽可以相同(與制冷劑有不同的化學(xué)反應(yīng)平臺(tái))，也可以不同(分別處于不同的反應(yīng)溫區(qū))。裝置中，輔助反應(yīng)器17置于輔助儲(chǔ)液器15內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)輔助反應(yīng)器17內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18的再生，打開(kāi)控制調(diào)節(jié)閥13，接通輔助反應(yīng)器17和主反應(yīng)器13，利用主反應(yīng)器13內(nèi)的化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14的吸附并在外界低品位熱能間接提供熱量進(jìn)行加熱的雙重作用下，使得輔助反應(yīng)器17內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14發(fā)生分解反應(yīng)從而完成再生，以便為釋熱階段的溫度提升做好準(zhǔn)備。本實(shí)施例工作時(shí)，具體實(shí)施過(guò)程為:低品位熱能的熱儲(chǔ)存階段分為兩個(gè)步驟進(jìn)行:(I)輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程關(guān)閉供熱控制閥11和供熱控制閥12以及控制調(diào)節(jié)閥4、控制調(diào)節(jié)閥6、控制調(diào)節(jié)閥20、控制調(diào)節(jié)閥26、控制調(diào)節(jié)閥28、控制調(diào)節(jié)閥29，開(kāi)啟加熱切換閥2、加熱切換閥7、加熱切換閥8、加熱切換閥10、控制調(diào)節(jié)閥19、控制調(diào)節(jié)閥21。此時(shí)，低品位熱能收集器I內(nèi)的傳熱流體吸收低品位熱能熱量后升溫變?yōu)楦邷貍鳠崃黧w，經(jīng)由加熱切換閥2在加熱循環(huán)泵3的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)輔助制冷劑儲(chǔ)液器加熱盤(pán)管9將攜帶的熱量傳遞給輔助儲(chǔ)液器15內(nèi)的制冷劑16，然后再通過(guò)制冷劑16的導(dǎo)熱以及對(duì)流換熱將熱量傳遞至輔助反應(yīng)器17。由于控制調(diào)節(jié)閥19和控制調(diào)節(jié)閥21處于打開(kāi)狀態(tài)，主反應(yīng)器和輔助反應(yīng)器經(jīng)由其連通，利用主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14的吸附作用以及在低 品位熱能間接提供熱量進(jìn)行加熱的雙重作用下，輔助反應(yīng)器17內(nèi)填充的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，解吸出的制冷劑蒸汽進(jìn)入主反應(yīng)器13內(nèi)被其內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14所吸附。持續(xù)進(jìn)行上述過(guò)程直到輔助反應(yīng)器17內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18的分解反應(yīng)進(jìn)行完畢，從而完成輔助反應(yīng)器17內(nèi)輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18的再生過(guò)程。(2)主反應(yīng)器內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程關(guān)閉供熱控制閥11和供熱控制閥12以及控制調(diào)節(jié)閥8、控制調(diào)節(jié)閥10、控制調(diào)節(jié)閥19、控制調(diào)節(jié)閥20，開(kāi)啟加熱切換閥2、加熱切換閥7、控制調(diào)節(jié)閥4、控制調(diào)節(jié)閥6、控制調(diào)節(jié)閥21、控制調(diào)節(jié)閥26、控制調(diào)節(jié)閥28和控制調(diào)節(jié)閥29。此時(shí)，低品位熱能收集器I內(nèi)的傳熱流體吸收低品位熱能熱量后升溫變?yōu)楦邷貍鳠崃黧w，經(jīng)由加熱切換閥2在加熱循環(huán)泵3的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)主化學(xué)反應(yīng)器13內(nèi)的換熱管束5將攜帶的熱量傳遞給主反應(yīng)器13內(nèi)填充的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14。主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14在從外界采集的低品位熱能的加熱作用下發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)解吸出氣態(tài)制冷劑，釋放出的氣態(tài)制冷劑經(jīng)由控制調(diào)節(jié)閥21和控制調(diào)節(jié)閥29流入主儲(chǔ)液器22。氣態(tài)制冷劑在外界冷源的冷卻作用下凝結(jié)成液態(tài)，并儲(chǔ)存在主儲(chǔ)液器22內(nèi)。釋放的凝結(jié)熱通過(guò)主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管27經(jīng)由來(lái)自冷卻塔24的換熱流體排入外界的環(huán)境介質(zhì)(空氣、水)中。伴隨著低品位熱能的持續(xù)加熱，熱量的連續(xù)供給，解吸過(guò)程不斷深化直到主反應(yīng)器13內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14的化學(xué)分解反應(yīng)進(jìn)行完全，然后關(guān)閉加熱流體回路中的各連接閥門(mén):加熱切換閥2、加熱切換閥7、控制調(diào)節(jié)閥4、控制調(diào)節(jié)閥6，關(guān)閉主反應(yīng)器13與主儲(chǔ)液器22連接管路上的閥門(mén)一控制調(diào)節(jié)閥21和控制調(diào)節(jié)閥29，并關(guān)閉控制調(diào)節(jié)閥26和控制調(diào)節(jié)閥28。通過(guò)上述主反應(yīng)器13內(nèi)主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14吸熱的固-氣熱化學(xué)分解反應(yīng)，完成了低品位熱能向化學(xué)吸附勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，于是實(shí)現(xiàn)了低品位熱能的高效熱儲(chǔ)存。在進(jìn)行熱能的釋放予以對(duì)外供熱時(shí):關(guān)閉加熱切換閥2、加熱切換閥7、加熱切換閥8、加熱切換閥10、控制調(diào)節(jié)閥21，開(kāi)啟控制調(diào)節(jié)閥4、控制調(diào)節(jié)閥6、供熱控制閥11、供熱控制閥12、控制調(diào)節(jié)閥20、控制調(diào)節(jié)閥26、控制調(diào)節(jié)閥28和控制調(diào)節(jié)閥29。主儲(chǔ)液器22內(nèi)的制冷劑23在輔助反應(yīng)器17內(nèi)輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18的吸附作用下發(fā)生蒸發(fā)相變，在蒸發(fā)相變過(guò)程中消耗的蒸發(fā)潛熱通過(guò)主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管27由來(lái)自冷卻塔24的環(huán)境介質(zhì)(水、空氣)予以提供，蒸發(fā)的制冷劑蒸汽經(jīng)由控制調(diào)節(jié)閥29和控制調(diào)節(jié)閥19進(jìn)入輔助反應(yīng)器17并與其內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽18發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng)釋放出大量的吸附熱。主儲(chǔ)液器15內(nèi)的制冷劑16在輔助反應(yīng)器17所放出的吸附熱的加熱作用下升溫升壓快速蒸發(fā)經(jīng)由控制調(diào)節(jié)閥20進(jìn)入主反應(yīng)器13內(nèi)并與其中的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14發(fā)生放熱的合成反應(yīng)，放出大量的吸附熱經(jīng)由主反應(yīng)器換熱管束5內(nèi)的換熱流體并在供熱循環(huán)泵3的驅(qū)動(dòng)下流入熱用戶端30以滿足供熱需求。伴隨著上述過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，直到主反應(yīng)器13內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽14完成化學(xué)合成反應(yīng)，然后關(guān)閉供熱流體回路中的各連接閥門(mén):控制調(diào)節(jié)閥4、控制調(diào)節(jié)閥6，供熱控制閥11、供熱控制閥12。關(guān)閉主反應(yīng)器13與輔助儲(chǔ)液器15連接管路上的閥門(mén)一控制調(diào)節(jié)閥20，關(guān)閉輔助反應(yīng)器17與主儲(chǔ)液器22連接管路上的閥門(mén)一控制調(diào)節(jié)閥19和控制調(diào)節(jié)閥29，并關(guān)閉控制調(diào)節(jié)閥26和控制調(diào)節(jié)閥28。通過(guò)上述主反應(yīng)器13內(nèi)固-氣化 學(xué)合成反應(yīng)過(guò)程中化學(xué)吸附勢(shì)能向熱能的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存熱量的釋放并予以對(duì)外供熱。
權(quán)利要求
1.一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，包括經(jīng)循環(huán)管道連接的低品位熱能收集器、主儲(chǔ)液器、輔助儲(chǔ)液器、主反應(yīng)器及冷卻塔，所述的主反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有主反應(yīng)器換熱管束，所述的主儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)置主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管，所述的輔助儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)置輔助儲(chǔ)液器加熱盤(pán)管， 其特征在于， 所述的輔助儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)有輔助反應(yīng)器，該輔助反應(yīng)器經(jīng)管道與主反應(yīng)器連接， 在低品位熱能儲(chǔ)存時(shí)，所述的低品位熱能收集器利用收集的低品位熱能間接對(duì)輔助反應(yīng)器進(jìn)行加熱，先將熱量傳遞給輔助儲(chǔ)液器內(nèi)的制冷劑，通過(guò)制冷劑的導(dǎo)熱以及對(duì)流作用再將熱量傳遞至輔助反應(yīng)器，輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽吸收熱量并在主反應(yīng)器內(nèi)主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的吸附作用下發(fā)生吸熱的化學(xué)分解反應(yīng)將制冷劑解吸至主反應(yīng)器，低品位熱能直接對(duì)主反應(yīng)器進(jìn)行加熱，其內(nèi)的主吸附反應(yīng)鹽吸收低品位熱能與制冷劑發(fā)生吸熱的化學(xué)分解反應(yīng)進(jìn)行儲(chǔ)熱， 在在熱能釋放時(shí)，利用輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽吸附所放出的熱量為輔助儲(chǔ)液器內(nèi)的制冷劑提供所需的蒸發(fā)熱促使其在高溫下蒸發(fā)后進(jìn)入主反應(yīng)器與其內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽發(fā)生放熱的合成反應(yīng)，并利用此吸附熱對(duì)外供熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其特征在于，所述的低品位熱能收集器、主反應(yīng)器換熱管束、輔助儲(chǔ)液器加熱盤(pán)管及管道連接構(gòu)成低品位熱能熱儲(chǔ)存階段低品位熱能收集器傳熱流體的流動(dòng)環(huán)路，所述的管道上設(shè)置有加熱切換閥、加熱循環(huán)泵、控制調(diào)節(jié)閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其特征在于，所述的主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管及冷卻塔經(jīng)管道連接構(gòu)成冷卻塔傳熱流體的流動(dòng)環(huán)路，所述的管道上設(shè)置有控制調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其特征在于，所述的主反應(yīng)器、主反應(yīng)器換熱管束經(jīng)管道連接構(gòu)成為熱用戶端進(jìn)行供熱的傳熱流體的流動(dòng)環(huán)路，所述的管道上設(shè)置有控制調(diào)節(jié)閥、供熱控制閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其特征在于，連接主反應(yīng)器與主儲(chǔ)液器之間的控制調(diào)節(jié)閥為雙向閥，低品位熱能儲(chǔ)存階段，在輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程中，從輔助反應(yīng)器解吸出的制冷劑蒸汽經(jīng)由雙向調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主反應(yīng)器；而在主反應(yīng)器內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程中，主反應(yīng)器中的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽在外界低品位熱能的加熱作用下發(fā)生分解反應(yīng)，解吸出的制冷劑蒸汽流經(jīng)雙向調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主儲(chǔ)液器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置的應(yīng)用，其特征在于，該裝置使用時(shí)包括低品位熱能儲(chǔ)存階段及熱能釋放階段， 在低品位熱能儲(chǔ)存階段，經(jīng)過(guò)輔助反應(yīng)器內(nèi)的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程和主反應(yīng)器內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程， 所述的輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生過(guò)程利用主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的吸附作用以及在低品位熱能間接加熱的雙重作用下實(shí)現(xiàn)的，解吸出的制冷劑蒸汽從輔助反應(yīng)器流入主反應(yīng)器內(nèi)被其內(nèi)的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽所吸附。
所述的主化學(xué)吸附反應(yīng)鹽的再生是在低品位熱能的加熱作用下實(shí)現(xiàn)的，解吸出的制冷劑蒸汽從主反應(yīng)器進(jìn)入進(jìn)入主儲(chǔ)液器內(nèi)凝結(jié)成液體并儲(chǔ)存于其內(nèi)，釋放的冷凝熱則由冷卻塔帶走，通過(guò)主反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的固-氣化學(xué)分解反應(yīng)所消耗的解吸熱實(shí)現(xiàn)低品位熱能向化學(xué)吸附勢(shì)能的轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存。
在熱能釋放階段，利用內(nèi)置于輔助儲(chǔ)液器內(nèi)的輔助反應(yīng)器內(nèi)輔助化學(xué)吸附反應(yīng)鹽所發(fā)生的化學(xué)合成反應(yīng)釋放出的吸附熱作為輔助儲(chǔ)液器中制冷劑蒸發(fā)所需熱量，輔助儲(chǔ)液器中的制冷劑在該吸附熱的加熱作用下溫度和壓力同步升高，實(shí)現(xiàn)供熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自升溫型熱化學(xué)儲(chǔ)熱裝置及應(yīng)用，包括經(jīng)循環(huán)管道連接的低品位熱能收集器、主儲(chǔ)液器、輔助儲(chǔ)液器、主反應(yīng)器及冷卻塔，主反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有主反應(yīng)器換熱管束，主儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)置主儲(chǔ)液器換熱盤(pán)管，輔助儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)置輔助儲(chǔ)液器加熱盤(pán)管，輔助儲(chǔ)液器內(nèi)設(shè)有輔助反應(yīng)器，該輔助反應(yīng)器經(jīng)管道與主反應(yīng)器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)低品位熱能的高效熱儲(chǔ)存，而且可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存熱量溫度品位的有效提升。
文檔編號(hào)F28D20/00GK103256848SQ20131019340
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者閆霆, 李廷賢, 王如竹, 李卉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)