具有復(fù)合材料制成的罩殼的熱化學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱化學(xué)系統(tǒng)，所述熱化學(xué)系統(tǒng)包括反應(yīng)器（1），或儲存能夠吸收氣體的固態(tài)的反應(yīng)物的儲存罩殼，反應(yīng)物（2）和氣體使得：當(dāng)反應(yīng)物和氣體都存在時(shí)，反應(yīng)物和氣體是一化學(xué)反應(yīng)的對象，所述化學(xué)反應(yīng)具有通過反應(yīng)物（2）吸收氣體的作用，且反應(yīng)物和氣體是一逆化學(xué)反應(yīng)的對象，所述逆化學(xué)反應(yīng)用于當(dāng)反應(yīng)物已吸收氣體時(shí)，在施加于反應(yīng)物的加熱部件（17）的作用下，解吸由反應(yīng)物所吸收的氣體。該熱化學(xué)系統(tǒng)的特征在于，反應(yīng)器（1）由復(fù)合材料制成的外罩殼（9）組成，外罩殼包圍容置反應(yīng)物的密封的內(nèi)罩殼（8），加熱部件（17）布置在兩個(gè)殼體（8，9）之間。
【專利說明】具有復(fù)合材料制成的罩殼的熱化學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對熱化學(xué)系統(tǒng)的改良，所述熱化學(xué)系統(tǒng)用于特別是在制冷和/或加熱裝置中以及在以鹽類形式儲存氣體的儲存系統(tǒng)中使用。
【背景技術(shù)】
[0002]已知這樣的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)利用可逆的和強(qiáng)放熱的熱化學(xué)反應(yīng)的特性，在所述反應(yīng)的過程中反應(yīng)物，如鹽類和特別是氯化鈣或氯化鋇，吸收合適的氣體，如特別是氨。這種反應(yīng)的可逆性允許，一旦反應(yīng)結(jié)束，通過鹽類的加熱對初始?xì)怏w進(jìn)行回收，以使得循環(huán)可以重復(fù)。
[0003]這種特性在制冷系統(tǒng)中被利用，在制冷系統(tǒng)中，熱化學(xué)系統(tǒng)與容置液相形式的氣體的儲容器受控地連通。當(dāng)兩殼體被連通時(shí)，容置在儲容器中的液態(tài)氣體蒸發(fā)，這吸收一定數(shù)量的熱量，使得儲容器冷卻，并且這種氣體被產(chǎn)生上述的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物吸收，以使得反應(yīng)器是放熱源。一旦反應(yīng)結(jié)束，如果加熱容置在反應(yīng)器中的反應(yīng)物，則釋出在反應(yīng)物中所吸收的氣體并且氣體從而在儲容器中冷凝。
[0004]也可使用該系統(tǒng)來保證在上述熱化學(xué)反應(yīng)中實(shí)施的氣體的儲存。
[0005]可以理解的是，由于在熱化學(xué)反應(yīng)時(shí)所實(shí)施的高壓，能夠作為這類反應(yīng)的地點(diǎn)的反應(yīng)器應(yīng)具有高機(jī)械強(qiáng)度，這是為什么這類反應(yīng)器以耐抗性材料制成如特別是以鋼或優(yōu)選地以不銹鋼制成的原因。
[0006]這類構(gòu)造具有多個(gè)弊端。第一弊端在于僅僅允許實(shí)施大重量的反應(yīng)器，這使得這些技術(shù)的使用在要求儀器輕便性的領(lǐng)域中不具競爭性。
[0007]此外，這些反應(yīng)器以昂貴的材料制成，這對于實(shí)施同時(shí)要求良好的技術(shù)性和由專家使用的專門硬件，會顯著加重系統(tǒng)的成本負(fù)擔(dān)。
[0008]最后，在這類反應(yīng)器中，如果期望從這類反應(yīng)器的周邊保證加熱，受限于使用一種外部加熱套筒。在外部加熱套筒在使用反應(yīng)器時(shí)曝露于能夠?qū)⑵鋼p壞的多種外部侵害源的范圍內(nèi)，這類布置對于使用而言并不令人滿意。此外，加熱部件與反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)部的布置還具有這樣的弊端:具有在布置時(shí)或僅僅只是在使用時(shí)使其損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于通過提出一種熱化學(xué)系統(tǒng)來消除這些弊端，所述熱化學(xué)系統(tǒng)同時(shí)結(jié)合小重量和良好的制造便利性，此外這允許將加熱部件完全在反應(yīng)器的殼體集成，從而避免這些反應(yīng)器的各種損壞風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]本發(fā)明的對象從而在于一種熱化學(xué)系統(tǒng)，所述熱化學(xué)系統(tǒng)包括反應(yīng)器，或儲存能夠吸收氣體的固態(tài)的反應(yīng)物的儲存罩殼，反應(yīng)物和氣體使得:當(dāng)反應(yīng)物和氣體都存在時(shí)，反應(yīng)物和氣體是一化學(xué)反應(yīng)的對象，所述化學(xué)反應(yīng)具有通過反應(yīng)物吸收氣體的作用，且反應(yīng)物和氣體是一逆化學(xué)反應(yīng)的對象，所述逆化學(xué)反應(yīng)用于反應(yīng)物吸收氣體時(shí)，在施加于反應(yīng)物的加熱部件的作用下，解吸由反應(yīng)物所吸收的氣體，其特征在于，反應(yīng)器由復(fù)合材料制成的外罩殼組成，外罩殼包圍容置反應(yīng)物的密封的內(nèi)罩殼，加熱部件布置在這兩個(gè)殼體之間。
[0011]優(yōu)選地，加熱部件布置在內(nèi)罩殼的外表面上。加熱部件可由至少一電阻組成，所述至少一電阻基本上螺旋地卷繞在內(nèi)罩殼的外表面上。加熱部件還可由加熱織物組成。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的熱化學(xué)系統(tǒng)的反應(yīng)器優(yōu)選地可是圓柱形的。所述反應(yīng)器可包括使氣體在反應(yīng)器的內(nèi)部擴(kuò)散的擴(kuò)散部件。
[0013]這些擴(kuò)散部件可由在反應(yīng)物中心、基本上沿著反應(yīng)器的縱向軸布置的擴(kuò)散器組成。
[0014]擴(kuò)散部件還可布置在內(nèi)罩殼的內(nèi)表面上。
[0015]這類熱化學(xué)系統(tǒng)對于制冷和/或供熱是特別有利的，為此，所述熱化學(xué)系統(tǒng)包括使反應(yīng)器與容置液化形式的所述氣體的儲容器受控連通的連通部件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]在下文中，將作為非限制性示例參照附圖描述本發(fā)明的一實(shí)施方式，附圖中:
[0017]-圖1是反應(yīng)器的示意性局部剖視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的熱化學(xué)系統(tǒng)在稱為“開放”類型的應(yīng)用中的運(yùn)行原理，
[0018]-圖2是在根據(jù)本發(fā)明的熱化學(xué)系統(tǒng)中實(shí)施的反應(yīng)器的縱向和徑面剖視圖，
[0019]-圖3是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一實(shí)施方式的示意性橫向和徑面剖視圖，
[0020]-圖4是示出在根據(jù)本發(fā)明的熱化學(xué)系統(tǒng)中實(shí)施的反應(yīng)器的制造模式的示意圖，
[0021]-圖5是反應(yīng)器的示意性局部剖視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的熱化學(xué)系統(tǒng)在稱為“封閉”類型的應(yīng)用中的運(yùn)行原理，
[0022]-圖6是在根據(jù)本發(fā)明的熱化學(xué)系統(tǒng)中實(shí)施的反應(yīng)器的第二實(shí)施方式的示意性透視和局部剖視圖，
[0023]-圖7是不出氣體從內(nèi)罩殼的內(nèi)表面擴(kuò)散的擴(kuò)散模式的反應(yīng)器的縱向和徑面剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在圖1上示意性地示出的熱化學(xué)系統(tǒng)主要包括反應(yīng)器1，所述反應(yīng)器容納反應(yīng)物2且在控制閥5的控制下通過管道6與外部使用部件7連通。如在下文所闡述的和已知地，反應(yīng)物和特定氣體使得，反應(yīng)物能夠通過放熱熱化學(xué)反應(yīng)吸收氣體，和繼而當(dāng)加熱反應(yīng)物2時(shí)，能夠通過逆熱化學(xué)反應(yīng)釋出氣體。
[0025]在圖2上不出的本發(fā)明的實(shí)施方式中，反應(yīng)器I的主體由兩個(gè)罩殼組成，即一內(nèi)罩殼8或“襯墊”和一外罩殼9。
[0026]內(nèi)罩殼8本身由兩個(gè)金屬元件形成，特別是由以不銹鋼制成的兩個(gè)金屬元形成，大約Imm的較小厚度的圓柱形主體8a，其底部的形狀優(yōu)選地是半球形的且在其上部分打開，以接納半球形頭部8b，所述半球形頭部例如通過焊縫10固定在主體上，以使之保證對氣體以及液體而言的良好密封性。
[0027]內(nèi)罩殼8接納反應(yīng)物2，反應(yīng)物優(yōu)選地以相互堆疊的餅形被布置在內(nèi)罩殼的內(nèi)部。
[0028]頭部Sb沿著儲容器I的縱向軸yy’被氣體供給導(dǎo)管11穿過，供給導(dǎo)管在頭部上固定并基本上在反應(yīng)器I的整個(gè)長度上通過擴(kuò)散器13延長到反應(yīng)器的內(nèi)部。經(jīng)過反應(yīng)物2的該擴(kuò)散器，用于允許實(shí)施直接熱化學(xué)反應(yīng)所需的氣體在反應(yīng)器I中的均勻分布以及允許在通過反應(yīng)物2的加熱激活的逆熱化學(xué)反應(yīng)時(shí)氣體從反應(yīng)器的出離。
[0029]擴(kuò)散器13還允許保證氣體在反應(yīng)物中沿著一徑向路徑擴(kuò)散。可以觀察到，實(shí)際上，反應(yīng)物2的滲透性在垂直于軸向?qū)嵤┑膲嚎s的方向的這種方向上是最優(yōu)的。
[0030]為了組成擴(kuò)散器13，導(dǎo)管11在這樣的區(qū)域中鉆有孔洞14，通過該區(qū)域?qū)Ч艽┻^反應(yīng)物質(zhì)2并由一個(gè)或多個(gè)金屬過濾格柵15圍繞。
[0031]根據(jù)本發(fā)明以及如在圖2上所示，為了給反應(yīng)物提供對其用以保證激活逆熱化學(xué)反應(yīng)所必需的熱量,在內(nèi)罩殼8上卷繞加熱元件,加熱元件可由電阻17組成,如在圖2上所示，或由加熱織物19組成，如在圖3上所示。
[0032]繼而在內(nèi)罩殼8上形成外罩殼9。為此，如在圖4上示意性地示出，可使用內(nèi)罩殼作為芯棒，在內(nèi)罩殼被施以轉(zhuǎn)動后，在其外表面上展開纖維，例如碳纖維、玻璃纖維或合成材料纖維，如特別是kelvar，以形成一類線卷，所述線卷繼而將或與展開同時(shí)地埋入熱固性或熱塑性樹脂中，例如環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂或聚酰胺樹脂。
[0033]復(fù)合材料制成的外罩殼9的作用在于賦予反應(yīng)器I以良好的機(jī)械強(qiáng)度，為此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠選擇纖維的屬性和要使用的樹脂的屬性以及要提供給罩殼壁的厚度。
[0034]本發(fā)明從而允許獲得一種反應(yīng)器，所述反應(yīng)器不僅具有復(fù)合材料容器所固有的輕質(zhì)的特性,此外還集成其本有的加熱部件。從而避免外部加熱元件或內(nèi)部加熱元件損壞的風(fēng)險(xiǎn)，外部加熱元件如加熱套筒，外部加熱元件不被保護(hù)免受多樣的外部侵害，內(nèi)部加熱元件位于反應(yīng)器的殼體中且可能要么在布置反應(yīng)物時(shí)要么在使用反應(yīng)器時(shí)被損壞。
[0035]已知地，容置在反應(yīng)器I中的反應(yīng)物2例如是氯化鈣，氯化鈣優(yōu)選地與惰性集料混合，惰性集料例如由膨脹天然石墨(GNE)組成，以增大其滲透性和從而利于氣體在反應(yīng)物內(nèi)的擴(kuò)散。一旦進(jìn)行混合，反應(yīng)物優(yōu)選地在反應(yīng)器I的縱向方向yy’上被壓縮。
[0036]在圖1上示出的根據(jù)本發(fā)明的熱化學(xué)系統(tǒng)可被使用于保證達(dá)到不同技術(shù)應(yīng)用的多種功能。
[0037]特別有利的應(yīng)用在于，在其中，熱化學(xué)系統(tǒng)被使用于制熱和制冷。在圖5上示出的該已知的應(yīng)用中，外部使用部件7由儲容器4組成，儲容器容置液態(tài)氣體，所述液態(tài)氣體能夠與反應(yīng)物起反應(yīng)和以液相進(jìn)行儲存。
[0038]已知地，系統(tǒng)的運(yùn)行如下文所描述建立。在控制閥5打開時(shí)，在儲容器4中以液相儲存的氣體蒸發(fā)，從而吸收熱量，以使得儲容器4冷卻，并且氣體通過擴(kuò)散器13在反應(yīng)物2中分布，反應(yīng)物根據(jù)反應(yīng)物和所使用的氣體所固有的特定熱化學(xué)反應(yīng)引受氣體；這種反應(yīng)是放熱的，以使得反應(yīng)器I加熱。只要在儲容器4中仍有氣體和反應(yīng)物2不飽和，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。繼而，如果通過電阻17或加熱織物19執(zhí)行對反應(yīng)器I供熱，反應(yīng)物2解吸回到其發(fā)生冷凝的儲容器4的氣體。
[0039]作為示例，在反應(yīng)物由氯化鈣組成和氣體由氨組成的情形下，這種熱化學(xué)反應(yīng)如下:
[0040]Ca (NH3) 6Cl2〈->Ca (NH3) 2Cl2+4 (NH3) - δ He
[0041]可以理解的是，在允許以重量小且體積小的方式潛在地同時(shí)儲存熱量(反應(yīng)器I的加熱)和制冷(儲容器4的冷卻)的范圍內(nèi)，這類系統(tǒng)是特別有利的。
[0042]在圖6上示出的本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，內(nèi)罩殼8由合成材料組成且其外周表面設(shè)有螺旋形槽道，在螺旋形槽道中布置電阻17’，如前文所展示的，電阻允許激活逆熱化學(xué)反應(yīng)。
[0043]在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，氣體在反應(yīng)物2的內(nèi)部的擴(kuò)散通過內(nèi)罩殼8來保證。為此，以及如在圖7上所示，內(nèi)罩殼8的內(nèi)表面設(shè)有螺旋形槽道21，通過螺旋形槽道氣體被導(dǎo)引至與反應(yīng)物2的外周表面相接觸。為了改善氣體在反應(yīng)物中的擴(kuò)散，當(dāng)然可設(shè)置相互插置的多個(gè)螺旋形槽道21。
[0044]在本發(fā)明的一實(shí)施變型中，將可使用補(bǔ)充加熱部件，或附屬加熱部件，所述加熱部件將在反應(yīng)器的縱向軸XX’附近被布置在反應(yīng)器的中心部分處置。這些附屬加熱部件將優(yōu)選地圍繞擴(kuò)散器13布置。附屬加熱部件將可例如由一加熱筒管組成，加熱筒管將在擴(kuò)散器13上穿入。
【權(quán)利要求】
1.一種熱化學(xué)系統(tǒng)，所述熱化學(xué)系統(tǒng)包括反應(yīng)器(1)，或儲存能夠吸收氣體的固態(tài)的反應(yīng)物的儲存罩殼，反應(yīng)物(2)和氣體使得:當(dāng)反應(yīng)物和氣體都存在時(shí)，反應(yīng)物和氣體是一化學(xué)反應(yīng)的對象，所述化學(xué)反應(yīng)具有通過反應(yīng)物(2 )吸收氣體的作用，且反應(yīng)物和氣體是一逆化學(xué)反應(yīng)的對象，所述逆化學(xué)反應(yīng)用于當(dāng)反應(yīng)物已吸收氣體時(shí)，在施加于反應(yīng)物的加熱部件(17，17’ )的作用下，解吸由反應(yīng)物所吸收的氣體， 其特征在于，所述反應(yīng)器(I)由復(fù)合材料制成的外罩殼(9)組成，所述外罩殼包圍容置反應(yīng)物(2)的密封的內(nèi)罩殼(8)，所述加熱部件(17，17’，19)至少布置在這兩個(gè)殼體(8，9)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)罩殼(8)是金屬的，特別是以不銹鋼組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)罩殼(8)由兩個(gè)元件組成，即主體(8a)，所述主體在其上部分是打開的，以在反應(yīng)物(2)引入所述主體(8a)中之后接納頭部(8b)，該頭部(8b)密封地固定在所述主體(8a)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱部件(17，17’ , 19)布置在所述內(nèi)罩殼(8)的外表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱部件由至少一電阻(17)組成，所述至少一電阻基本上螺旋地卷繞在所述內(nèi)罩殼(8 )的外表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱部件由加熱織物(17’)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)罩殼(8)由合成材料組成，其外周表面設(shè)有螺旋形槽道，在所述螺旋形槽道中布置加熱電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器(I)是圓柱形的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器(I)配有使氣體在所述反應(yīng)器中擴(kuò)散的擴(kuò)散部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)散部件由在反應(yīng)物(2)的中心、基本上沿著所述反應(yīng)器(I)的縱向軸(yy’)布置的擴(kuò)散器(13)組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)散部件(21)設(shè)置在所述內(nèi)罩殼(8)的內(nèi)表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱化學(xué)系統(tǒng)包括在所述反應(yīng)器(I)的中心部分附近布置的附屬加熱部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述附屬加熱部件圍繞擴(kuò)散器(13)布置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的熱化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱化學(xué)系統(tǒng)包括使所述反應(yīng)器(I)與容置液化形式的所述氣體的儲容器(4)受控連通的連通部件。
【文檔編號】F25B35/04GK103477163SQ201180061269
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2010年10月20日
【發(fā)明者】L·里戈, F·金德貝泰, L·迪特呂 申請人:科爾德維公司