本發(fā)明涉及熱化學吸附以及傳熱傳質(zhì)技術領域，特別涉及一種利用低品位熱能驅(qū)動的熱化學吸附熱管裝置。

技術背景

低品位熱能廣泛存在于發(fā)動機的高溫廢氣，電廠的余熱以及太陽能等低溫熱源中，高效回收及利用100℃以下的低溫熱源具有顯著的節(jié)能效果。傳統(tǒng)熱管是在毛細力驅(qū)動作用下進行工質(zhì)(例如水，氨)蒸發(fā)-冷凝相變的一種高效、被動和可靠的傳熱方式，其傳熱性能受到粘性限、聲速限、毛細限、攜帶限、沸騰限以及充液質(zhì)量要求等多種限制。吸收/吸附反應可以用于150℃以下的熱量回收，并且不需要催化劑，工質(zhì)在空氣中不具有可燃性，可選的工質(zhì)較多。其中熱化學吸附利用吸附劑對制冷劑的化學吸附反應，具有較高的反應熱和儲能密度，近年來大量用于能量的存貯。而熱化學吸附儲能過程存在的問題是能量儲存的過程比較慢，只能用于對換熱過程要求不高的場合；反應器需要經(jīng)過交變的加熱與冷卻過程，只能用于間歇式的能量儲存。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用低品位熱能驅(qū)動的熱化學吸附熱管裝置，以提高節(jié)能效果。

為解決上述問題，本發(fā)明結合了熱管傳熱方式與熱化學吸附反應技術，提出了一種利用低品位熱能驅(qū)動的熱化學吸附熱管裝置，包括由蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段組成的熱管主體，絕熱段設置在蒸發(fā)段和冷凝段之間，蒸發(fā)段中吸附有吸附質(zhì)的固體吸附劑；蒸發(fā)段由內(nèi)向外包括傳質(zhì)通道和第二外部套管，第二外部套管的內(nèi)壁面設置有若干傳液通道，第二外部套管與蒸發(fā)段的外壁面構成一流動換熱空間；第二外部套管通過第二出入口管路與熱源相連，構成加熱流體循環(huán)回路，熱源用于提供加熱流體；冷凝段的外層為第一外部套管，第一外部套管通過第一出入口管路與冷源相連，構成冷卻流體循環(huán)回路，冷源用于提供冷卻流體。固體吸附劑吸收進入第二外部套管中加熱流體的熱量，逐漸解吸出氣體吸附質(zhì)，氣體吸附質(zhì)通過傳質(zhì)通道由絕熱段流向冷凝段，與進入第一外部套管中的冷卻流體進行熱交換后逐漸冷凝成液體狀態(tài)并通過傳液通道回流至蒸發(fā)段；加熱流體與固體吸附劑進行熱交換后回流至熱源，冷卻流體與氣體吸附質(zhì)進行熱交換后回流至冷源。應理解，冷源需要回收熱量的一些設備。

較佳的，絕熱段與一充注管路連通，用于裝置的抽真空和/或注入吸附質(zhì)工質(zhì)。

較佳的，第一出入口管路分別連接熱源以及蒸發(fā)段的第二外部套管，構成加熱流體循環(huán)回路；第二出入口管路分別連接冷源以及冷凝段的第一外部套管，構成冷卻流體循環(huán)回路；其中，加熱流體通過管路進入蒸發(fā)段的第二外部套管，與吸附劑進行熱交換后回流到熱源；冷卻流體通過管路進入冷凝段的第一外部套管，與吸附質(zhì)進行熱交換后回流到冷源。

較佳的，充注管路上設置一閥門，在裝置抽真空和/或注入吸附質(zhì)工質(zhì)完成后，閥門保持關閉狀態(tài)。

較佳的，蒸發(fā)段內(nèi)部填充有進行熱化學吸附反應的反應工質(zhì)對，吸收上述蒸發(fā)段的第一外部套管中加熱流體的熱量，逐漸解吸出氣體吸附質(zhì)，通過上述傳質(zhì)通道由絕熱段流向冷凝段，經(jīng)過上述冷凝段的第一外部套管中冷卻流體的吸熱，氣體吸附質(zhì)逐漸冷凝成液體狀態(tài)回流至蒸發(fā)段，完成加熱解吸和冷凝回流過程。

有益效果：

相較于傳統(tǒng)的吸附熱管來說，本發(fā)明將熱化學吸附和熱管傳熱方式相結合，利用低品位熱能給化學工質(zhì)提供活化能，通過化學變化過程中伴隨的吸放熱變化進一步提高了能量的轉(zhuǎn)化效率和速率，并且不受粘性限、聲速限、毛細限、攜帶限、沸騰限以及充液質(zhì)量要求等多種限制；反應不需要催化劑，工質(zhì)在空氣中不具有可燃性，可選的工質(zhì)較多，能夠高效回收利用一百攝氏度以下的低溫熱源，能夠應對対換熱要求較高的場合，反應器不需要經(jīng)過交變的加熱與冷卻過程，可持續(xù)不斷的進行能量儲存。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明實施例的熱管蒸發(fā)段橫截面結構示意圖；

圖2所示為本發(fā)明實施例的熱管裝置整體示意圖。

標號說明

1-冷凝段，2-第一外部套管，3-絕熱段，4-閥門，5-充注管路，6-傳質(zhì)通道，7-蒸發(fā)段，8-第二外部套管，9-傳液通道，10-第一出入口管路，11-熱源，12-冷源，13-第二出入口管路。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的熱管蒸發(fā)段7，包括蒸發(fā)段的第二外部套管8，傳質(zhì)通道6以及傳液通道9，蒸發(fā)段的第二外部套管8用于提供加熱流體與熱管進行熱交換的空間，傳質(zhì)通道6以及傳液通道9分別用以提供氣體狀態(tài)吸附質(zhì)以及液體狀態(tài)吸附質(zhì)的流動空間。

在熱管主體加工成型之前，在蒸發(fā)段除傳質(zhì)通道6、第二外部套管8以及傳液通道9以外的內(nèi)部空間中，預先填充一定質(zhì)量的用于上述熱化學吸附反應的吸附劑工質(zhì)。

如圖2所示，除包括圖1所示蒸發(fā)段結構外，還包括：熱管冷凝段1，冷凝段的第一外部套管2，絕熱段3，閥門4，充注管路5，第一出入口管路10，第二出入口管路13，熱源11以及冷源12。熱源11以及冷源12通過管路分別與上述蒸發(fā)段的第二外部套管8以及冷凝段的第一外部套管2連接，形成換熱流體循環(huán)輸入輸出回路，用以通過輸入與輸出的溫差，得到該熱管裝置的整體換熱性能。

進一步的，連接冷源12和第一外部套管2的第一出入口10，數(shù)量最好為兩到三根，如果只有一根，則不利于冷源12中的冷卻流體與第一外部套管2中吸收過熱量的流體進行流動交換，如果數(shù)量太多又增加設備復雜程度；同理的，連接熱源11和第二外部套管8的第二出入口13的數(shù)量最好也是兩到三根。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，絕熱段包括一充注管路5，用以裝置的抽真空和/或注入吸附質(zhì)工質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，絕熱段處的充注管路5包括一閥門4，在裝置抽真空和/或注入吸附質(zhì)工質(zhì)完成后，閥門4保持關閉狀態(tài)。

本實施例的工作原理如下：

絕熱段處的充注管路5完成抽真空以及注入吸附質(zhì)操作后，保持閥門4關閉狀態(tài)。熱源11中輸出的一定溫度的加熱流體通過管路流入蒸發(fā)段的第二外部套管8，蒸發(fā)段7中吸附有吸附質(zhì)工質(zhì)的吸附劑，在吸收了加熱流體中的熱量后，逐漸解吸出吸附質(zhì)氣體，同時蒸發(fā)段7中的壓力逐步升高，解吸出的高溫高壓吸附質(zhì)氣體沿傳質(zhì)通道6逐漸上升至冷凝段1中，同時，在蒸發(fā)段外部套管8中進行熱交換后的流體通過管路回到熱源11中。

冷源12中輸出的一定溫度的冷卻流體通過管路流入冷凝段外部套管2，與聚集在冷凝段1的高溫高壓的氣體狀態(tài)的吸附質(zhì)進行換熱，冷卻流體帶走氣體狀態(tài)的吸附質(zhì)中的熱量使其冷凝，逐漸轉(zhuǎn)換成液體狀態(tài)，在重力作用下，吸附質(zhì)通過傳液通道9回流到蒸發(fā)段7中，同時，在冷凝段外部套管2中進行熱交換后的流體通過管路回到冷源12中。

這樣，熱源11提供的熱能，以加熱流體為載體，通過與熱化學吸附反應工質(zhì)對的熱交換，在蒸發(fā)段將熱量傳遞給反應工質(zhì)對，反應工質(zhì)對中的吸附質(zhì)在熱管裝置內(nèi)部實現(xiàn)從蒸發(fā)段7到冷凝段1的空間位移變化，通過同樣方式的熱交換，傳遞熱量給冷源12提供的冷卻流體，從而借助熱化學吸附反應工質(zhì)對的加熱解吸和冷凝回流過程，實現(xiàn)100℃以下低品位熱能的高效連續(xù)的回收、傳輸及控制。

這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。