一种利用低品位热能驱动的热化学吸附热管装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用低品位热能驱动的热化学吸附热管装置，包括：热管主体(蒸发段，冷凝段和绝热段三部分)，传质通道以及传液通道，分别布置在热管蒸发段中心处和内壁面，用于提供气体状态吸附质以及液体状态吸附质的流动通道；热源以及冷源，分别用于提供一定温度的加热流体或冷却流体；蒸发段外部套管以及冷凝段外部套管，分别与蒸发段以及冷凝段外壁面构成流动换热空间；绝热段充注管路，用以装置的抽真空以及注入吸附质工质；加热流体通过第二出入口管路进入蒸发段外部套管，与吸附剂进行热交换后回流到热源；冷却流体通过第一出入口管路进入冷凝段外部套管，与吸附质进行热交换后回流到冷源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热化学吸附以及传热传质
，特别涉及一种利用低品位热能驱动的热化学吸附热管装置。技术背景低品位热能广泛存在于发动机的高温废气，电厂的余热以及太阳能等低温热源中，高效回收及利用100℃以下的低温热源具有显著的节能效果。传统热管是在毛细力驱动作用下进行工质(例如水，氨)蒸发-冷凝相变的一种高效、被动和可靠的传热方式，其传热性能受到粘性限、声速限、毛细限、携带限、沸腾限以及充液质量要求等多种限制。吸收/吸附反应可以用于150℃以下的热量回收，并且不需要催化剂，工质在空气中不具有可燃性，可选的工质较多。其中热化学吸附利用吸附剂对制冷剂的化学吸附反应，具有较高的反应热和储能密度，近年来大量用于能量的存贮。而热化学吸附储能过程存在的问题是能量储存的过程比较慢，只能用于对换热过程要求不高的场合；反应器需要经过交变的加热与冷却过程，只能用于间歇式的能量储存。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用低品位热能驱动的热化学吸附热管装置，以提高节能效果。为解决上述问题，本专利技术结合了热管传热方式与热化学吸附反应技术，提出了一种利用低品位热能驱动的热化学吸附热管装置，包括由蒸发段、绝热段和冷凝段组成的热管主体，绝热段设置在蒸发段和冷凝段之间，蒸发段中吸附有吸附质的固体吸附剂；蒸发段由内向外包括传质通道和第二外部套管，第二外部套管的内壁面设置有若干传液通道，第二外部套管与蒸发段的外壁面构成一流动换热空间；第二外部套管通过第二出入口管路与热源相连，构成加热流体循环回路，热源用于提供加热流体；冷凝段的外层为第一外部套管，第一外部套管通过第一出入口管路与冷源相连，构成冷却流体循环回路，冷源用于提供冷却流体。固体吸附剂吸收进入第二外部套管中加热流体的热量，逐渐解吸出气体吸附质，气体吸附质通过传质通道由绝热段流向冷凝段，与进入第一外部套管中的冷却流体进行热交换后逐渐冷凝成液体状态并通过传液通道回流至蒸发段；加热流体与固体吸附剂进行热交换后回流至热源，冷却流体与气体吸附质进行热交换后回流至冷源。应理解，冷源需要回收热量的一些设备。较佳的，绝热段与一充注管路连通，用于装置的抽真空和/或注入吸附质工质。较佳的，第一出入口管路分别连接热源以及蒸发段的第二外部套管，构成加热流体循环回路；第二出入口管路分别连接冷源以及冷凝段的第一外部套管，构成冷却流体循环回路；其中，加热流体通过管路进入蒸发段的第二外部套管，与吸附剂进行热交换后回流到热源；冷却流体通过管路进入冷凝段的第一外部套管，与吸附质进行热交换后回流到冷源。较佳的，充注管路上设置一阀门，在装置抽真空和/或注入吸附质工质完成后，阀门保持关闭状态。较佳的，蒸发段内部填充有进行热化学吸附反应的反应工质对，吸收上述蒸发段的第一外部套管中加热流体的热量，逐渐解吸出气体吸附质，通过上述传质通道由绝热段流向冷凝段，经过上述冷凝段的第一外部套管中冷却流体的吸热，气体吸附质逐渐冷凝成液体状态回流至蒸发段，完成加热解吸和冷凝回流过程。有益效果：相较于传统的吸附热管来说，本专利技术将热化学吸附和热管传热方式相结合，利用低品位热能给化学工质提供活化能，通过化学变化过程中伴随的吸放热变化进一步提高了能量的转化效率和速率，并且不受粘性限、声速限、毛细限、携带限、沸腾限以及充液质量要求等多种限制；反应不需要催化剂，工质在空气中不具有可燃性，可选的工质较多，能够高效回收利用一百摄氏度以下的低温热源，能够应对対换热要求较高的场合，反应器不需要经过交变的加热与冷却过程，可持续不断的进行能量储存。附图说明图1所示为本专利技术实施例的热管蒸发段横截面结构示意图；图2所示为本专利技术实施例的热管装置整体示意图。标号说明1-冷凝段，2-第一外部套管，3-绝热段，4-阀门，5-充注管路，6-传质通道，7-蒸发段，8-第二外部套管，9-传液通道，10-第一出入口管路，11-热源，12-冷源，13-第二出入口管路。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。如图1所示，本专利技术实施例提供的热管蒸发段7，包括蒸发段的第二外部套管8，传质通道6以及传液通道9，蒸发段的第二外部套管8用于提供加热流体与热管进行热交换的空间，传质通道6以及传液通道9分别用以提供气体状态吸附质以及液体状态吸附质的流动空间。在热管主体加工成型之前，在蒸发段除传质通道6、第二外部套管8以及传液通道9以外的内部空间中，预先填充一定质量的用于上述热化学吸附反应的吸附剂工质。如图2所示，除包括图1所示蒸发段结构外，还包括：热管冷凝段1，冷凝段的第一外部套管2，绝热段3，阀门4，充注管路5，第一出入口管路10，第二出入口管路13，热源11以及冷源12。热源11以及冷源12通过管路分别与上述蒸发段的第二外部套管8以及冷凝段的第一外部套管2连接，形成换热流体循环输入输出回路，用以通过输入与输出的温差，得到该热管装置的整体换热性能。进一步的，连接冷源12和第一外部套管2的第一出入口10，数量最好为两到三根，如果只有一根，则不利于冷源12中的冷却流体与第一外部套管2中吸收过热量的流体进行流动交换，如果数量太多又增加设备复杂程度；同理的，连接热源11和第二外部套管8的第二出入口13的数量最好也是两到三根。根据本专利技术的一个实施例，绝热段包括一充注管路5，用以装置的抽真空和/或注入吸附质工质。根据本专利技术的一个实施例，绝热段处的充注管路5包括一阀门4，在装置抽真空和/或注入吸附质工质完成后，阀门4保持关闭状态。本实施例的工作原理如下：绝热段处的充注管路5完成抽真空以及注入吸附质操作后，保持阀门4关闭状态。热源11中输出的一定温度的加热流体通过管路流入蒸发段的第二外部套管8，蒸发段7中吸附有吸附质工质的吸附剂，在吸收了加热流体中的热量后，逐渐解吸出吸附质气体，同时蒸发段7中的压力逐步升高，解吸出的高温高压吸附质气体沿传质通道6逐渐上升至冷凝段1中，同时，在蒸发段外部套管8中进行热交换后的流体通过管路回到热源11中。冷源12中输出的一定温度的冷却流体通过管路流入冷凝段外部套管2，与聚集在冷凝段1的高温高压的气体状态的吸附质进行换热，冷却流体带走气体状态的吸附质中的热量使其冷凝，逐渐转换成液体状态，在重力作用下，吸附质通过传液通道9回流到蒸发段7中，同时，在冷凝段外部套管2中进行热交换后的流体通过管路回到冷源12中。这样，热源11提供的热能，以加热流体为载体，通过与热化学吸附反应工质对的热交换，在蒸发段将热量传递给反应工质对，反应工质对中的吸附质在热管装置内部实现从蒸发段7到冷凝段1的空间位移变化，通过同样方式的热交换，传递热量给冷源12提供的冷却流体，从而借助热化学吸附反应工质对的加热解吸和冷凝回流过程，实现100℃以下低品位热能的高效连续的回收、传输及控制。这里所描述的仅仅是本专利技术的一部分实例，并不是全部的实例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用低品位热能驱动的热化学吸附热管装置，其特征在于：包括由蒸发段、绝热段和冷凝段组成的热管主体，所述绝热段设置在蒸发段和冷凝段之间，所述蒸发段中吸附有吸附质的固体吸附剂；所述蒸发段由内向外包括传质通道和第二外部套管，所述第二外部套管的内壁面设置有若干传液通道，所述第二外部套管与所述蒸发段的外壁面构成一流动换热空间；所述第二外部套管通过第二出入口管路与热源相连，构成加热流体循环回路，所述热源用于提供加热流体；所述冷凝段的外层设置有第一外部套管，所述第一外部套管通过第一出入口管路与冷源相连，构成冷却流体循环回路；所述冷源用于提供冷却流体；所述固体吸附剂吸收进入所述第二外部套管中加热流体的热量，逐渐解吸出气体吸附质，所述气体吸附质通过所述传质通道由所述绝热段流向所述冷凝段，与进入所述第一外部套管中的冷却流体进行热交换后逐渐冷凝成液体状态并通过所述传液通道回流至所述蒸发段；所述加热流体与所述固体吸附剂进行热交换后回流至热源，所述冷却流体与所述气体吸附质进行热交换后回流至冷源。

【技术特征摘要】
1.一种利用低品位热能驱动的热化学吸附热管装置，其特征在于：包括由蒸发段、绝热段和冷凝段组成的热管主体，所述绝热段设置在蒸发段和冷凝段之间，所述蒸发段中吸附有吸附质的固体吸附剂；所述蒸发段由内向外包括传质通道和第二外部套管，所述第二外部套管的内壁面设置有若干传液通道，所述第二外部套管与所述蒸发段的外壁面构成一流动换热空间；所述第二外部套管通过第二出入口管路与热源相连，构成加热流体循环回路，所述热源用于提供加热流体；所述冷凝段的外层设置有第一外部套管，所述第一外部套管通过第一出入口管路与冷源相连，构成冷却流体循环回路；所述冷源用于提供冷却流体；所述固体吸附剂吸收进入所述第二外部套管中加热流体的热量，逐渐解吸出气体吸附质，所述气体吸附质通过所述传质通道由所述绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽伟，于洋，王如竹，江龙，高鹏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31