專利名稱：一種自升溫型熱化學儲熱裝置及應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱能儲存技術領域的裝置，尤其是涉及一種自升溫型熱化學儲熱裝置及應用。
背景技術：
為了應對能源危機，人們對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”，否則就會成為無用的廢熱。高效回收利用這些廣泛的低品位熱能是解決我國能源問題的一個重要途徑，對緩解我國能源壓力及促進社會經濟的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。然而在我國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。究其原因，很大程度上是因為缺乏低品位余熱及廢熱高效利用的科學技術及熱量的合理配置。一方面，人類對能源的需求日益增加；而另一方面，大多數(shù)能源，如太陽能、地熱能和工業(yè)余熱廢熱等，都存在間斷性和不穩(wěn)定性的特點，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)生產過程中所產生的熱量沒有得到利用而浪費掉；而在急需供應熱時又不能及時提供；有時供應的熱量有很大一部分作為余熱被損失掉等等。儲熱技術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。利用熱能存儲技術對不連續(xù)、不穩(wěn)定的熱量進行充分利用，已成為一項提高能源利用效率的重要環(huán)境友好技術，目前，儲熱技術在很多領域都有應用。熱能儲存包括顯熱、相變和化學儲熱。顯熱儲存是利用儲熱介質熱容量而將熱能儲存的方法，通過溫度升高和降低實現(xiàn)熱量的儲存和釋放，其儲熱密度由儲熱介質的溫差焓予以確定。相變儲熱是利用材料在相變時吸熱或放熱來儲熱或釋熱的，其儲熱密度由相變儲熱介質的相變焓決定。由于溫差焓和相變焓通常比熱化學儲熱中的化學反應焓小得多，所以熱化學儲熱密度比顯熱和相變儲熱都大。而且顯熱和相變儲熱在常溫下隨著時間的推移會逐漸散失，無法做到長期儲存。熱化學儲熱技術具有儲熱密度大、穩(wěn)定性高且儲熱介質易于長期儲存，因而是熱能儲存中十分具有潛力的一種方式?；瘜W吸附儲熱作為一種新型的化學儲熱技術，利用吸附工質來在吸附/解吸循環(huán)過程中伴隨發(fā)生的熱效應進行熱量的儲存和轉化?；瘜W吸附儲熱材料的儲熱密度可高達800 1000kJ/kg，具有儲熱密度高、儲熱過程無熱量損失等優(yōu)點。而且，可供選擇的吸附劑/吸附質工質對相當多，可以工作在不同的溫度范圍內。由于其可在相當寬的溫度范圍內可靠工作，因而其可利用的外界熱源及其輸出溫度的范圍亦很寬，因而備受關注?，F(xiàn)有的申請?zhí)枮镃N200710049983.8的“一種低品位熱能直接利用系統(tǒng)及應用”和申請?zhí)枮镃N200910250616.3的“低品位能量轉換系統(tǒng)”的中國發(fā)明專利，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，而沒有考慮熱量供需的時間差、空間差矛盾及熱量溫度品位的提升
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種自升溫型熱化學儲熱裝置及應用，該裝置和方法擁有儲熱及自升溫熱量品位提升的能力，具有儲熱密度大、運行高效穩(wěn)定的優(yōu)點，有助于解決熱量供需的時間差、空間差矛盾，從而可以實現(xiàn)低品位熱能的大規(guī)模高效利用。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):—種自升溫型熱化學儲熱裝置，包括經循環(huán)管道連接的低品位熱能收集器、主儲液器、輔助儲液器、主反應器及冷卻塔，所述的主反應器內設有主反應器換熱管束，所述的主儲液器內設置主儲液器換熱盤管，所述的輔助儲液器內設置輔助儲液器加熱盤管，所述的輔助儲液器內設有輔助反應器，該輔助反應器經管道與主反應器連接，在低品位熱能儲存時，所述的低品位熱能收集器利用收集的低品位熱能間接對輔助反應器進行加熱，先將熱量傳遞給輔助儲液器內的制冷劑，通過制冷劑的導熱以及對流作用再將熱量傳遞至輔助反應器，輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽吸收熱量并在主反應器內主化學吸附反應鹽的吸附作用下發(fā)生吸熱的化學分解反應將制冷劑解吸至主反應器，低品位熱能直接對主反應器進行加熱，其內的主吸附反應鹽吸收低品位熱能與制冷劑發(fā)生吸熱的化學分解反應進行儲熱，在在熱能釋放時，利用輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽吸附所放出的熱量為輔助儲液器內的制冷劑提供所需的蒸發(fā)熱促使其在高溫下蒸發(fā)后進入主反應器與其內的主化學吸附反應鹽發(fā)生放熱的合成反應，并利用此吸附熱對外供熱。所述的低品位熱能收集器、主反應器換熱管束、輔助儲液器加熱盤管及管道連接構成低品位熱能熱儲存階段低品位熱能收集器傳熱流體的流動環(huán)路，所述的管道上設置有加熱切換閥、加熱循環(huán)泵、控制調節(jié)閥。所述的主儲液器換熱盤管及冷卻塔經管道連接構成冷卻塔傳熱流體的流動環(huán)路，所述的管道上設置有控制調·節(jié)閥、循環(huán)泵。所述的主反應器、主反應器換熱管束經管道連接構成為熱用戶端進行供熱的傳熱流體的流動環(huán)路，所述的管道上設置有控制調節(jié)閥、供熱控制閥。連接主反應器與主儲液器之間的控制調節(jié)閥為雙向閥，低品位熱能儲存階段，在輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽的再生過程中，從輔助反應器解吸出的制冷劑蒸汽經由雙向調節(jié)閥進入主反應器；而在主反應器內的主化學吸附反應鹽的再生過程中，主反應器中的主化學吸附反應鹽在外界低品位熱能的加熱作用下發(fā)生分解反應，解吸出的制冷劑蒸汽流經雙向調節(jié)閥進入主儲液器中。該裝置使用時包括低品位熱能儲存階段及熱能釋放階段，低品位熱能儲存階段，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器內填充的輔助化學吸附反應鹽提供解吸熱，輔助化學吸附反應鹽在低品位熱能的加熱以及主吸附反應鹽吸附的雙重作用下與制冷劑發(fā)生化學分解反應，解吸出的氣態(tài)制冷劑流入主反應器中被吸附。然后利用獲得的低品位熱能直接為主反應器內填充的主化學吸附反應鹽提供解吸熱，主化學吸附反應鹽在低品位熱能的加熱作用下與制冷劑發(fā)生化學分解反應，此時系統(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控制調節(jié)閥進入主儲液器內發(fā)生凝結，釋放的冷凝熱通過主儲液器換熱盤管內的傳熱流體經循環(huán)泵輸送到冷卻塔排入環(huán)境介質(水、空氣)，從而實現(xiàn)低品位熱能向化學吸附勢能的轉化儲存。熱能釋放的供熱階段，主制冷劑儲液器內的制冷劑在輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽的吸附作用下發(fā)生蒸發(fā)相變吸收熱量，消耗的低溫蒸發(fā)潛熱通過冷卻塔由外界環(huán)境介質(水、空氣)提供，被蒸發(fā)的制冷劑蒸汽流經控制調節(jié)閥進入輔助反應器內與其內的輔助化學吸附反應鹽發(fā)生化學合成反應釋放出大量的吸附熱。輔助儲液器內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)制冷劑流經控制調節(jié)閥進入主反應器內與其內的主化學吸附反應鹽發(fā)生化學合成反應釋放出大量的吸附熱，利用此吸附熱實現(xiàn)對外界熱用戶的供熱。特別地，此時主反應器和輔助儲液器的工作壓力不再是環(huán)境溫度下的低溫蒸發(fā)壓力，而是輔助反應器釋放的吸附熱溫度品位下對應的高溫蒸發(fā)壓力，由于供熱階段的高溫蒸發(fā)壓力高于儲熱階段的冷凝壓力，根據化學吸附反應的單變量特性，釋熱階段主反應器釋放的吸附熱溫度品位將高于儲熱階段輸入的低品位熱能的溫度品位，因此不僅可以實現(xiàn)低品位熱能的熱儲存，而且有助于提升熱能品位。本發(fā)明的工作流程由兩個階段組成:第一個階段，低品位熱能儲存階段，此階段包括兩步解吸再生過程。(I)輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽的再生過程制冷劑從輔助反應器流向主反應器，此步驟中輔助化學吸附反應鹽與制冷劑之間發(fā)生化學分解反應而主化學吸附反應鹽與制冷劑之間發(fā)生化學合成反應。利用主化學吸附反應鹽的吸附作用以及在低品位熱能間接提供熱量進行加熱的雙重作用下，輔助反應器內填充的輔助化學吸附反應鹽發(fā)生化學分解反應，解吸出的制冷劑蒸汽進入主反應器被其內的主化學吸附反應鹽所吸附。(2)主反應器內的主化學吸附反應鹽的再生過程此步驟中制冷劑從主反應器流向主儲液器，主化學吸附反應鹽與制冷劑之間發(fā)生化學分解反應。利用低品位熱能收`集器所獲得的熱量為主反應器內填充的主化學吸附反應鹽提供解吸熱，使其發(fā)生化學分解反應，解吸出的制冷劑蒸汽進入主儲液器內凝結成液體并儲存于其內，釋放的冷凝熱則由冷卻塔帶走。在此步驟中利用主反應器內發(fā)生的固-氣化學分解反應所消耗的解吸熱實現(xiàn)低品位熱能向化學吸附勢能的轉化儲存。第二個階段，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)產生的制冷劑蒸汽從主儲液器流入輔助反應器內與輔助化學吸附反應鹽發(fā)生化學合成反應，同時釋放出大量的吸附熱并以此作為輔助儲液器中制冷劑蒸發(fā)所需熱量，輔助儲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)的制冷劑蒸汽進入主反應器內與主化學吸附反應鹽發(fā)生化學合成反應釋放出大量的吸附熱，利用該吸附熱實現(xiàn)對外界熱用戶的供熱，通過化學吸附勢能向熱能的轉化和釋放滿足外界熱用戶對熱量的需求。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點和積極的效果:第一，熱量儲存密度高，儲存期間熱量損失小相對于傳統(tǒng)的顯熱儲存和相變潛熱儲存裝置，本發(fā)明利用低品位熱能向化學吸附勢能的轉化實現(xiàn)低品位熱能的熱儲存，其熱量儲存密度高，從而可減少設備體積，降低儲熱成本；傳統(tǒng)的顯熱儲存和相變潛熱儲存裝置與外界環(huán)境有較大的溫差，因而在熱量的儲存過程中不可避免地存在著散熱損失，而本發(fā)明采用熱化學吸附儲熱技術，只要將制冷劑與化學吸附反應鹽分別予以儲存，放熱的合成化學反應就不會發(fā)生，熱量就會被長期高效儲存，幾乎沒有對外界環(huán)境的散熱損失；第二，釋熱階段對外供熱的溫度品位可以得到有效的保證相對于傳統(tǒng)的顯熱儲存和相變潛熱儲存裝置，本發(fā)明利用化學吸附反應的單變量特性，在熱能釋放的供熱階段，輸出溫度的波動小，近似為等溫過程，可以對外供應溫度恒定的熱能，從而易與外界熱用戶相匹配；第三，具有自升溫能力輔助儲液器內置輔助反應器，在釋熱階段中可以采用輔助吸附反應鹽與制冷劑之間的合成反應所放出的吸附熱對輔助儲液器中的制冷劑進行加熱，使輔助儲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，可實現(xiàn)儲存熱量溫度品位的提升相對現(xiàn)有的低品位熱能熱化學吸附儲熱技術，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，而是輔助反應器釋放的吸附熱溫度品位下對應的高溫蒸發(fā)壓力，由于供熱階段對應的系統(tǒng)壓力高于儲熱階段的工作壓力，根據化學吸附反應的單變量特性，釋熱階段主反應器內主化學吸附反應鹽所釋放的吸附熱溫度品位將高于熱儲存階段輸入的低品位熱能的溫度品位，因此可以實現(xiàn)儲存熱量溫度品位的提升。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例自升溫型熱化學儲熱裝置的結構如圖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、控制調節(jié)閥4、主反應器換熱管束5、控制調節(jié)閥6、加熱切換閥
7、加熱切換閥8、輔助儲液器加熱盤管9、加熱切換閥10、供熱控制閥11、供熱控制閥12、主反應器13、主反應器內所填充的主化學吸附反應鹽14、輔助儲液器15、輔助儲液器內充注制冷劑16、輔助反應器17、輔助反應器內所填充的輔助化學吸附反應鹽18、控制調節(jié)閥19、控制調節(jié)閥20、控制調節(jié)閥21、主儲液器22、主儲液器內充注制冷劑23、冷卻塔24、循環(huán)泵25、控制調節(jié)閥26、主儲液器換熱盤管27、控制調節(jié)閥28、控制調節(jié)閥29、熱用戶30。在低品位 熱能儲存階段，管路的連接方式和管內介質的流動情況如下:低品位熱能收集器側傳熱流體管路的連接方式為:(I)主反應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進口相連，加熱切換閥2出口與加熱循環(huán)泵3進口相連，加熱循環(huán)泵3出口與控制調節(jié)閥4進口相連，控制調節(jié)閥4出口與主反應器換熱管束5進口相連，主反應器換熱管束5出口與控制調節(jié)閥6進口相連，控制調節(jié)閥6出口與加熱切換閥7進口相連，加熱切換閥7出口與低品位熱能收集器I進口相連。(2)輔助反應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進口相連，加熱切換閥2出口與加熱循環(huán)泵3進口相連，加熱循環(huán)泵3出口與控制調節(jié)閥8進口相連，控制調節(jié)閥8出口與輔助反應器加熱盤管9進口相連，輔助反應器加熱盤管9出口與加熱切換閥10進口相連，加熱切換閥10出口與加熱切換閥7進口相連，加熱切換閥7出口與低品位熱能收集器I進口相連。輔助反應器與主反應器之間的連接:輔助反應器17經由控制調節(jié)閥19和控制調節(jié)閥21與主反應器13相連。主反應器與主儲液器之間的連接:主反應器13通過控制調節(jié)閥21和控制調節(jié)閥29與主儲液器22相連接。制冷劑14從主反應器13流入主儲液器22，在主儲液器換熱盤管27內換熱流體的冷卻作用下被冷凝成液態(tài)并儲存在主儲液器22內。冷卻塔側管路的連接方式為:冷卻塔24出口與循環(huán)泵25進口連接，循環(huán)泵25出口與控制調節(jié)閥26進口相連，控制調節(jié)閥26出口與主儲液器換熱盤管27進口連接，主儲液器換熱盤管27出口與控制調節(jié)閥28進口相連，控制調節(jié)閥28出口與冷卻塔24進口相連，從而形成冷卻塔24與主儲液器22之間的換熱流體循環(huán)回路。裝置在低品位熱能熱儲存階段，低品位熱能收集器I內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的驅動下經由輔助儲液器加熱盤管9先將熱量傳遞給輔助儲液器15內的制冷劑16，然后再通過制冷劑16的導熱以及對流換熱將熱量傳遞至輔助反應器17。故而在此過程中熱量將由低品位熱能收集器I向輔助反應器13間接進行傳遞。裝置在低品位熱能熱儲存階段，低品位熱能收集器I內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的驅動下經由主反應器換熱管束5將熱量由低品位熱能收集器I向主反應器13傳遞。主反應器13內所填充的主化學吸附反應鹽14在外界低品位熱能的加熱作用下發(fā)生分解反應放出氣態(tài)制冷劑流經控制調節(jié)閥21和控制調節(jié)閥29進入主儲液器22，氣態(tài)制冷劑在主儲液器換熱盤管27內換熱流體的冷卻作用下被冷凝成液態(tài)并儲存在主儲液器22內。在熱能釋放的供 熱階段，管路的連接方式和管內介質的流動情況如下:主儲液器與輔助反應器之間的連接:主儲液器22經由控制調節(jié)閥29和控制調節(jié)閥19與輔助反應器17相連接。主儲液器22內的制冷劑23在輔助反應器17內輔助化學吸附反應鹽18的吸附作用下發(fā)生蒸發(fā)，產生相變的制冷劑蒸汽流經控制調節(jié)閥29和控制調節(jié)閥19進入輔助反應器17與其內的輔助化學吸附反應鹽18發(fā)生化學合成反應釋放出大量的吸附熱。輔助儲液器與主反應器之間的連接方式為:輔助儲液器15與主反應器13之間經由控制調節(jié)閥20相互連接，進行物質的交換。主反應器側傳熱流體管路的連接方式為:主反應器換熱管束5出口與控制調節(jié)閥6進口相連，控制調節(jié)閥6出口與供熱控制閥11進口相連，供熱控制閥11出口與熱用戶30的進口相連，熱用戶30的出口與供熱控制閥12進口相連，供熱控制閥12出口與供熱循環(huán)泵3進口相連，供熱循環(huán)泵3出口與控制調節(jié)閥4進口相連，控制調節(jié)閥4出口與主反應器換熱管束5進口相連。裝置在熱能釋放的供熱階段，主儲液器22內的制冷劑23從外界環(huán)境中吸收熱量，發(fā)生蒸發(fā)經由控制調節(jié)閥29和控制調節(jié)閥19進入輔助反應器17內并與其中的輔助化學吸附反應鹽18發(fā)生放熱的合成反應，放出大量的吸附熱。輔助儲液器15內的制冷劑16在輔助反應器15所放出的吸附熱的加熱作用下溫度升高并快速蒸發(fā)經由控制調節(jié)閥20進入主反應器13內并與其中的主化學吸附反應鹽14發(fā)生放熱的合成反應，放出大量的吸附熱經由主反應器換熱管束5內的換熱流體并在供熱循環(huán)泵3的驅動作用下將所攜帶的熱量由主反應器13向熱用戶端30發(fā)生傳遞，通過化學吸附勢能轉化為熱能實現(xiàn)對外界熱用戶的供熱。裝置中，主反應器13和輔助反應器17內填充的化學吸附反應鹽可以相同(與制冷劑有不同的化學反應平臺)，也可以不同(分別處于不同的反應溫區(qū))。裝置中，輔助反應器17置于輔助儲液器15內。為了實現(xiàn)輔助反應器17內的輔助化學吸附反應鹽18的再生，打開控制調節(jié)閥13，接通輔助反應器17和主反應器13，利用主反應器13內的化學吸附反應鹽14的吸附并在外界低品位熱能間接提供熱量進行加熱的雙重作用下，使得輔助反應器17內的輔助化學吸附反應鹽14發(fā)生分解反應從而完成再生，以便為釋熱階段的溫度提升做好準備。本實施例工作時，具體實施過程為:低品位熱能的熱儲存階段分為兩個步驟進行:(I)輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽的再生過程關閉供熱控制閥11和供熱控制閥12以及控制調節(jié)閥4、控制調節(jié)閥6、控制調節(jié)閥20、控制調節(jié)閥26、控制調節(jié)閥28、控制調節(jié)閥29，開啟加熱切換閥2、加熱切換閥7、加熱切換閥8、加熱切換閥10、控制調節(jié)閥19、控制調節(jié)閥21。此時，低品位熱能收集器I內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，經由加熱切換閥2在加熱循環(huán)泵3的驅動下通過輔助制冷劑儲液器加熱盤管9將攜帶的熱量傳遞給輔助儲液器15內的制冷劑16，然后再通過制冷劑16的導熱以及對流換熱將熱量傳遞至輔助反應器17。由于控制調節(jié)閥19和控制調節(jié)閥21處于打開狀態(tài)，主反應器和輔助反應器經由其連通，利用主化學吸附反應鹽14的吸附作用以及在低 品位熱能間接提供熱量進行加熱的雙重作用下，輔助反應器17內填充的輔助化學吸附反應鹽18發(fā)生化學分解反應，解吸出的制冷劑蒸汽進入主反應器13內被其內的主化學吸附反應鹽14所吸附。持續(xù)進行上述過程直到輔助反應器17內的輔助化學吸附反應鹽18的分解反應進行完畢，從而完成輔助反應器17內輔助化學吸附反應鹽18的再生過程。(2)主反應器內的主化學吸附反應鹽的再生過程關閉供熱控制閥11和供熱控制閥12以及控制調節(jié)閥8、控制調節(jié)閥10、控制調節(jié)閥19、控制調節(jié)閥20，開啟加熱切換閥2、加熱切換閥7、控制調節(jié)閥4、控制調節(jié)閥6、控制調節(jié)閥21、控制調節(jié)閥26、控制調節(jié)閥28和控制調節(jié)閥29。此時，低品位熱能收集器I內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，經由加熱切換閥2在加熱循環(huán)泵3的驅動下通過主化學反應器13內的換熱管束5將攜帶的熱量傳遞給主反應器13內填充的主化學吸附反應鹽14。主化學吸附反應鹽14在從外界采集的低品位熱能的加熱作用下發(fā)生化學分解反應解吸出氣態(tài)制冷劑，釋放出的氣態(tài)制冷劑經由控制調節(jié)閥21和控制調節(jié)閥29流入主儲液器22。氣態(tài)制冷劑在外界冷源的冷卻作用下凝結成液態(tài)，并儲存在主儲液器22內。釋放的凝結熱通過主儲液器換熱盤管27經由來自冷卻塔24的換熱流體排入外界的環(huán)境介質(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，解吸過程不斷深化直到主反應器13內的主化學吸附反應鹽14的化學分解反應進行完全，然后關閉加熱流體回路中的各連接閥門:加熱切換閥2、加熱切換閥7、控制調節(jié)閥4、控制調節(jié)閥6，關閉主反應器13與主儲液器22連接管路上的閥門一控制調節(jié)閥21和控制調節(jié)閥29，并關閉控制調節(jié)閥26和控制調節(jié)閥28。通過上述主反應器13內主化學吸附反應鹽14吸熱的固-氣熱化學分解反應，完成了低品位熱能向化學吸附勢能的轉化，于是實現(xiàn)了低品位熱能的高效熱儲存。在進行熱能的釋放予以對外供熱時:關閉加熱切換閥2、加熱切換閥7、加熱切換閥8、加熱切換閥10、控制調節(jié)閥21，開啟控制調節(jié)閥4、控制調節(jié)閥6、供熱控制閥11、供熱控制閥12、控制調節(jié)閥20、控制調節(jié)閥26、控制調節(jié)閥28和控制調節(jié)閥29。主儲液器22內的制冷劑23在輔助反應器17內輔助化學吸附反應鹽18的吸附作用下發(fā)生蒸發(fā)相變，在蒸發(fā)相變過程中消耗的蒸發(fā)潛熱通過主儲液器換熱盤管27由來自冷卻塔24的環(huán)境介質(水、空氣)予以提供，蒸發(fā)的制冷劑蒸汽經由控制調節(jié)閥29和控制調節(jié)閥19進入輔助反應器17并與其內的輔助化學吸附反應鹽18發(fā)生化學合成反應釋放出大量的吸附熱。主儲液器15內的制冷劑16在輔助反應器17所放出的吸附熱的加熱作用下升溫升壓快速蒸發(fā)經由控制調節(jié)閥20進入主反應器13內并與其中的主化學吸附反應鹽14發(fā)生放熱的合成反應，放出大量的吸附熱經由主反應器換熱管束5內的換熱流體并在供熱循環(huán)泵3的驅動下流入熱用戶端30以滿足供熱需求。伴隨著上述過程的持續(xù)進行，直到主反應器13內的主化學吸附反應鹽14完成化學合成反應，然后關閉供熱流體回路中的各連接閥門:控制調節(jié)閥4、控制調節(jié)閥6，供熱控制閥11、供熱控制閥12。關閉主反應器13與輔助儲液器15連接管路上的閥門一控制調節(jié)閥20，關閉輔助反應器17與主儲液器22連接管路上的閥門一控制調節(jié)閥19和控制調節(jié)閥29，并關閉控制調節(jié)閥26和控制調節(jié)閥28。通過上述主反應器13內固-氣化 學合成反應過程中化學吸附勢能向熱能的轉化實現(xiàn)儲存熱量的釋放并予以對外供熱。
權利要求
1.一種自升溫型熱化學儲熱裝置，包括經循環(huán)管道連接的低品位熱能收集器、主儲液器、輔助儲液器、主反應器及冷卻塔，所述的主反應器內設有主反應器換熱管束，所述的主儲液器內設置主儲液器換熱盤管，所述的輔助儲液器內設置輔助儲液器加熱盤管， 其特征在于， 所述的輔助儲液器內設有輔助反應器，該輔助反應器經管道與主反應器連接， 在低品位熱能儲存時，所述的低品位熱能收集器利用收集的低品位熱能間接對輔助反應器進行加熱，先將熱量傳遞給輔助儲液器內的制冷劑，通過制冷劑的導熱以及對流作用再將熱量傳遞至輔助反應器，輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽吸收熱量并在主反應器內主化學吸附反應鹽的吸附作用下發(fā)生吸熱的化學分解反應將制冷劑解吸至主反應器，低品位熱能直接對主反應器進行加熱，其內的主吸附反應鹽吸收低品位熱能與制冷劑發(fā)生吸熱的化學分解反應進行儲熱， 在在熱能釋放時，利用輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽吸附所放出的熱量為輔助儲液器內的制冷劑提供所需的蒸發(fā)熱促使其在高溫下蒸發(fā)后進入主反應器與其內的主化學吸附反應鹽發(fā)生放熱的合成反應，并利用此吸附熱對外供熱。
2.根據權利要求I所述的一種自升溫型熱化學儲熱裝置，其特征在于，所述的低品位熱能收集器、主反應器換熱管束、輔助儲液器加熱盤管及管道連接構成低品位熱能熱儲存階段低品位熱能收集器傳熱流體的流動環(huán)路，所述的管道上設置有加熱切換閥、加熱循環(huán)泵、控制調節(jié)閥。
3.根據權利要求I所述的一種自升溫型熱化學儲熱裝置，其特征在于，所述的主儲液器換熱盤管及冷卻塔經管道連接構成冷卻塔傳熱流體的流動環(huán)路，所述的管道上設置有控制調節(jié)閥、循環(huán)泵。
4.根據權利要求I所述的一種自升溫型熱化學儲熱裝置，其特征在于，所述的主反應器、主反應器換熱管束經管道連接構成為熱用戶端進行供熱的傳熱流體的流動環(huán)路，所述的管道上設置有控制調節(jié)閥、供熱控制閥。
5.根據權利要求I所述的一種自升溫型熱化學儲熱裝置，其特征在于，連接主反應器與主儲液器之間的控制調節(jié)閥為雙向閥，低品位熱能儲存階段，在輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽的再生過程中，從輔助反應器解吸出的制冷劑蒸汽經由雙向調節(jié)閥進入主反應器；而在主反應器內的主化學吸附反應鹽的再生過程中，主反應器中的主化學吸附反應鹽在外界低品位熱能的加熱作用下發(fā)生分解反應，解吸出的制冷劑蒸汽流經雙向調節(jié)閥進入主儲液器中。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的自升溫型熱化學儲熱裝置的應用，其特征在于，該裝置使用時包括低品位熱能儲存階段及熱能釋放階段， 在低品位熱能儲存階段，經過輔助反應器內的輔助化學吸附反應鹽的再生過程和主反應器內的主化學吸附反應鹽的再生過程， 所述的輔助化學吸附反應鹽的再生過程利用主化學吸附反應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現(xiàn)的，解吸出的制冷劑蒸汽從輔助反應器流入主反應器內被其內的主化學吸附反應鹽所吸附。
所述的主化學吸附反應鹽的再生是在低品位熱能的加熱作用下實現(xiàn)的，解吸出的制冷劑蒸汽從主反應器進入進入主儲液器內凝結成液體并儲存于其內，釋放的冷凝熱則由冷卻塔帶走，通過主反應器內發(fā)生的固-氣化學分解反應所消耗的解吸熱實現(xiàn)低品位熱能向化學吸附勢能的轉化儲存。
在熱能釋放階段，利用內置于輔助儲液器內的輔助反應器內輔助化學吸附反應鹽所發(fā)生的化學合成反應釋放出的吸附熱作為輔助儲液器中制冷劑蒸發(fā)所需熱量，輔助儲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，實現(xiàn)供熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自升溫型熱化學儲熱裝置及應用，包括經循環(huán)管道連接的低品位熱能收集器、主儲液器、輔助儲液器、主反應器及冷卻塔，主反應器內設有主反應器換熱管束，主儲液器內設置主儲液器換熱盤管，輔助儲液器內設置輔助儲液器加熱盤管，輔助儲液器內設有輔助反應器，該輔助反應器經管道與主反應器連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)低品位熱能的高效熱儲存，而且可以實現(xiàn)儲存熱量溫度品位的有效提升。
文檔編號F28D20/00GK103256848SQ20131019340
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權日2013年5月22日
發(fā)明者閆霆, 李廷賢, 王如竹, 李卉 申請人:上海交通大學