一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构制造技术

本发明专利技术公开一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，包括气体总入口段，阀门，气体入口支管段，储能反应床，气体出口支管段，气体总出口段，转向阀门，气体室外出口段，气体室内出口段，管道隔热层，本发明专利技术用于气‑固吸附/脱附式储能反应过程的热量存储和释放。各段反应床由固体反应物填充组成，管道的周围由隔热材料包覆以减少反应过程中热量的散失。本发明专利技术包括气体输送管道和储能反应床，不仅减少了储热供热装置的空间体积，避免了固体反应物局部过度吸附潮解、反应不充分等问题，有利于改善气‑固反应过程中的传热传质效果，且将储热单元直接与气体输送管道相结合，装置简单可靠，提高了化学储热在建筑供暖或供热方面的可行性。

An integral structure for adsorption thermochemical energy storage and building heating

【技术实现步骤摘要】
一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构
本专利技术涉及热化学储能和建筑供暖
，特别涉及用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构。
技术介绍
能源是人类活动的物质基础。能源的不断开发与利用促进了人类文明的发展。随着能源危机问题的日愈严重，各种节能减排的措施正在不断发展和应用。在当今能源消耗中，建筑能耗最为显著，约占全国总能耗的1/3。为更加合理高效地利用能量，对热量进行有效储存和转化是极为必要的。相比于显热和潜热储热，热化学蓄热储能密度更大，可用于跨季节性热储存且热损失极小，极具应用前景，目前正成为学界的研究热点。结合热化学储热手段，将夏季或晴朗白天充足的太阳热能或工业生产中的高温余热转化成化学能进行储存，在冷季需要用热时将化学能以热能的形式进行释放利用，尤其适合于建筑节能领域。热化学储热的原理是基于可逆化学反应在反应过程中伴随着能量的吸收或释放。无机水合盐/水蒸气、无机盐/氨气、金属氢氧化物/水蒸气等是目前常见的用于吸附式热化学储能的储热工质对。尤其是一些水合盐，其具有反应原理简单、储热材料廉价或易于制备、反应过程对压力温度等方面要求较低、反应产物清洁无害、无易燃易爆的危险等优点，因此被认为是一种相当有应用前景的储热方式。以水合盐/水蒸气体系的热化学储能反应为例，其利用可逆气—固反应在储热(脱附)和释热(吸附)阶段来进行热量的储存和释放。反应方程式如下所示：在水合盐脱附储热阶段，盐水合物被加热而生成无水或脱去部分水分子的晶体盐，此时能量以化学势能的形式储存在脱附后的盐床中；而释热(吸附)过程则是利用水蒸气或湿冷空气与脱附后的晶体盐反应，吸附过程中放出的热量提供给用户。目前，水合盐化学储热已被证明在建筑供暖及热量回收方面是可靠的。研究表明，LiOH·H2O、Ba(OH)2·8H2O、LaCl3·7H2O、MgCl2·6H2O、CaCl2·6H2O、MgSO4·7H2O、及SrBr2·6H2O等水合盐均具有较高的储热密度，是极具应用前景的储热材料。然而，水合盐在脱附或吸附反应过程中都存在着各种问题。例如较小的导热系数影响了传热效果，导致反应过程缓慢；吸附过程中靠近水蒸汽进口段的盐层易过度吸水潮解或结块团聚，造成不可逆的损失，降低了储热密度和材料使用寿命，且潮解的水合盐会对反应器造成一定程度的腐蚀，而远离蒸汽入口的盐层却无法与水蒸气充分接触反应，从而降低整个储热系统的性能。因此，设计出有利于吸附式热化学储能的反应结构，解决热化学材料在储热过程中存在的问题以提高反应过程中的传热传质效果和储热系统的性能尤为重要。当前关于吸附式热化学储能及利用的研究仅在实验室小规模范围内，且主要集中在储热材料本身以及反应机理方面，而鲜有对反应结构单元和实际应用示范的相关研究。专利技术专利申请公开号为CN107289803A，名称为：“一种用于水合盐化学储能的高校反应器”的专利，提出将储热材料由翅片分割为多个反应单元，装置结构简单，拆卸方便，不仅可有效避免储能材料过度吸附而潮解等问题，还在翅片作用下提高了传热效果。然而，该储热反应器只适用于利用水蒸气进行吸附反应的闭式系统，需配备额外的蒸汽蒸发系统，增加了投入成本和使用所需空间。另外，换热流体与储热材料为间壁式接触，存在换热损失。专利技术专利申请公开号为CN105571208A，名称为：“吸附床结构”的专利，提出一种用于制冷的吸附床结构，包括套设在一起的金属管和金属网管，二者同轴，其间填充吸附剂，用于吸附在金属网管中流动的制冷剂。该装置通过单元管实现外部介质和制冷剂之间的热交换，吸附剂的填充密度较大。然而，其本质上依旧是简单地将吸附剂颗粒堆积在一起，仍存在传热传质过程受阻，吸附不均匀等问题。专利技术专利CN108548443A提出一种热化学吸附储热装置，该装置将固体储热材料与反应气体隔离储存。储热阶段，装置利用吸收的太阳热能加热储热材料，材料解吸出的蒸汽经冷凝后流入储液罐冷储存；释热阶段，利用蒸发作用将气化的液体引入反应床进行吸附放热反应，产生的热量经换热器作用后供给用户。该装置安全可靠，储热密度大，操作简便。但该装置系统结构复杂，管路结构繁多，维护和运行成本较大，且仍是将固体反应物填充在同一吸附器内，无法避免固体反应物局部过度吸附潮解而其他部分反应不充分等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，设计一种用于建筑供暖的结构简单紧凑、可行性高的热化学储能装置。实现本专利技术的技术解决方案为：一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，包括气体总入口段，阀门，气体入口支管段，储能反应床，气体出口支管段，气体总出口段，转向阀门，气体室外出口段，气体室内出口段，管道隔热层，螺栓，螺纹孔。所述的气体入口及出口段均为圆柱管道，总入口段用于连接外部提供的干热空气或湿冷空气管道。两端与气体支管段相连的反应床部分管道的直径不小于支管段管道的直径。为提高来流气体的利用率且保证固体反应物尽可能与气体充分反应，反应床管道的直径为支管段管道的直径的1～4倍。各反应床管道部分的长度一般不超过50cm，或长度不大于反应床管道直径的6倍，以保证气固反应过程中的传质效果和储热材料的循环稳定性。填充固体多孔反应物的反应床管道两端由螺栓连接，可以拆卸以便取料和填料。此外，所有管道及储能反应床单元周围均由隔热层包覆以减少反应过程中热量的散失。可以根据室内实际所需热负荷量，通过打开阀门的个数来选择反应单元的数量，进而控制供热量。气体总出口段安装转向阀门，根据实际情况和需要，通过转向作用可将反应后的气体引入室内或室外。通常而言，对于蓄热阶段，热空气加热固体反应物后与解吸出的水蒸气排向室外环境；在释热阶段，吸附反应产生的热量随空气引入室内进行供暖。各反应床单元并联运行，反应床单元的数量及尺寸大小视建筑采暖房具体所需热负荷规模而定。可结合太阳能集热装置或余热回收装置将该整体式储能管道结构布置于小型家庭用户和大型楼宇建筑。整个储热装置作为管道布置于室内建筑墙壁，具有较高的灵活性和可行性。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)本专利技术一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构将储热材料分隔成多个反应单元模块，每个反应单元的反应物的量较少，避免了传统的将水合盐或氢氧化物等热化学材料简单堆积在反应容器内从而造成局部潮解或结块、反应不充分等问题，有利于反应的彻底进行。(2)本专利技术一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构将储热单元与气体输送管道合为一体，不需额外储热反应器和换热设备，整体结构简单紧凑，投入和维护成本小。(3)本专利技术一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，无论是脱附储热还是吸附释热阶段，来流气体都是与反应物直接接触，换热充分，提高了反应的热效率。(4)本专利技术一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，结合太阳能集热装置或余热回收装置将该整体式储能管道结构布置于小型家庭用户和大型楼宇建筑。整个储热装置作为管道布置于室内建筑墙壁，可根据室内空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，其特征在于，包括用于通入空气或其他反应气体的气体总入口段(1),阀门(2)打开，将来流引入各储能反应单元的气体入口支管段(3),进行储热与释热反应的储能反应床(4),供反应后的气体流出的气体出口支管段(5)和气体总出口段(6)，用于改变气体流向的转向阀门(7)，将反应后的气体通入室外和室内的气体室外出口段(8)和气体室内出口段(9)，所述的管道结构均为圆柱管道，其中的气体总入口段(1)与提供干热空气或湿冷空气的外部管道连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，其特征在于，包括用于通入空气或其他反应气体的气体总入口段(1),阀门(2)打开，将来流引入各储能反应单元的气体入口支管段(3),进行储热与释热反应的储能反应床(4),供反应后的气体流出的气体出口支管段(5)和气体总出口段(6)，用于改变气体流向的转向阀门(7)，将反应后的气体通入室外和室内的气体室外出口段(8)和气体室内出口段(9)，所述的管道结构均为圆柱管道，其中的气体总入口段(1)与提供干热空气或湿冷空气的外部管道连接。


2.根据权利要求1所述的用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，其特征在于，两端与气体支管段相连的反应床单元管道的直径不小于支管段管道的直径，为提高来流气体的利用率且保证固体反应物尽可能与气体充分反应，反应床管道的直径为支管段管道的直径的1～4倍。


3.根据权利要求1所述的用于吸附式热化学储能及建筑供暖的整体式结构，其特征在于，各反应床管道部分的长...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾敏，李威，王秋旺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61