本發(fā)明涉及熱化學(xué)吸附以及傳熱傳質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用低品位熱能驅(qū)動(dòng)的熱化學(xué)吸附熱管裝置。

技術(shù)背景

低品位熱能廣泛存在于發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫廢氣，電廠的余熱以及太陽(yáng)能等低溫?zé)嵩粗?，高效回收及利?00℃以下的低溫?zé)嵩淳哂酗@著的節(jié)能效果。傳統(tǒng)熱管是在毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)作用下進(jìn)行工質(zhì)(例如水，氨)蒸發(fā)-冷凝相變的一種高效、被動(dòng)和可靠的傳熱方式，其傳熱性能受到粘性限、聲速限、毛細(xì)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(yīng)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(xué)吸附利用吸附劑對(duì)制冷劑的化學(xué)吸附反應(yīng)，具有較高的反應(yīng)熱和儲(chǔ)能密度，近年來(lái)大量用于能量的存貯。而熱化學(xué)吸附儲(chǔ)能過(guò)程存在的問(wèn)題是能量?jī)?chǔ)存的過(guò)程比較慢，只能用于對(duì)換熱過(guò)程要求不高的場(chǎng)合；反應(yīng)器需要經(jīng)過(guò)交變的加熱與冷卻過(guò)程，只能用于間歇式的能量?jī)?chǔ)存。

技術(shù)實(shí)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(dòng)的熱化學(xué)吸附熱管裝置，以提高節(jié)能效果。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明結(jié)合了熱管傳熱方式與熱化學(xué)吸附反應(yīng)技術(shù)，提出了一種利用低品位熱能驅(qū)動(dòng)的熱化學(xué)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(shè)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(shè)置有若干傳液通道，第二外部套管與蒸發(fā)段的外壁面構(gòu)成一流動(dòng)換熱空間；第二外部套管通過(guò)第二出入口管路與熱源相連，構(gòu)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(guò)第一出入口管路與冷源相連，構(gòu)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(jìn)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(guò)傳質(zhì)通道由絕熱段流向冷凝段，與進(jìn)入第一外部套管中的冷卻流體進(jìn)行熱交換后逐漸冷凝成液體狀態(tài)并通過(guò)傳液通道回流至蒸發(fā)段；加熱流體與固體吸附劑進(jìn)行熱交換后回流至熱源，冷卻流體與氣體吸附質(zhì)進(jìn)行熱交換后回流至冷源。應(yīng)理解，冷源需要回收熱量的一些設(shè)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(gòu)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(gòu)成冷卻流體循環(huán)回路；其中，加熱流體通過(guò)管路進(jìn)入蒸發(fā)段的第二外部套管，與吸附劑進(jìn)行熱交換后回流到熱源；冷卻流體通過(guò)管路進(jìn)入冷凝段的第一外部套管，與吸附質(zhì)進(jìn)行熱交換后回流到冷源。

較佳的，充注管路上設(shè)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(guān)閉狀態(tài)。

較佳的，蒸發(fā)段內(nèi)部填充有進(jìn)行熱化學(xué)吸附反應(yīng)的反應(yīng)工質(zhì)對(duì)，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(guò)上述傳質(zhì)通道由絕熱段流向冷凝段，經(jīng)過(guò)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(guò)程。

有益效果：

相較于傳統(tǒng)的吸附熱管來(lái)說(shuō)，本發(fā)明將熱化學(xué)吸附和熱管傳熱方式相結(jié)合，利用低品位熱能給化學(xué)工質(zhì)提供活化能，通過(guò)化學(xué)變化過(guò)程中伴隨的吸放熱變化進(jìn)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(xì)限、攜帶限、沸騰限以及充液質(zhì)量要求等多種限制；反應(yīng)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?zé)嵩?，能夠?yīng)對(duì)対換熱要求較高的場(chǎng)合，反應(yīng)器不需要經(jīng)過(guò)交變的加熱與冷卻過(guò)程，可持續(xù)不斷的進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存。

附圖說(shuō)明

圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的熱管蒸發(fā)段橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例的熱管裝置整體示意圖。

標(biāo)號(hào)說(shuō)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(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)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(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)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(shí)施的限制。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)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(jìn)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(dòng)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(yù)先填充一定質(zhì)量的用于上述熱化學(xué)吸附反應(yīng)的吸附劑工質(zhì)。

如圖2所示，除包括圖1所示蒸發(fā)段結(jié)構(gòu)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(guò)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(guò)輸入與輸出的溫差，得到該熱管裝置的整體換熱性能。

進(jìn)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(guò)熱量的流體進(jìn)行流動(dòng)交換，如果數(shù)量太多又增加設(shè)備復(fù)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(guān)閉狀態(tài)。

本實(shí)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(guān)閉狀態(tài)。熱源11中輸出的一定溫度的加熱流體通過(guò)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(shí)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(shí)，在蒸發(fā)段外部套管8中進(jìn)行熱交換后的流體通過(guò)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(guò)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(jìn)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(guò)傳液通道9回流到蒸發(fā)段7中，同時(shí)，在冷凝段外部套管2中進(jìn)行熱交換后的流體通過(guò)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(guò)與熱化學(xué)吸附反應(yīng)工質(zhì)對(duì)的熱交換，在蒸發(fā)段將熱量傳遞給反應(yīng)工質(zhì)對(duì)，反應(yīng)工質(zhì)對(duì)中的吸附質(zhì)在熱管裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)從蒸發(fā)段7到冷凝段1的空間位移變化，通過(guò)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(xué)吸附反應(yīng)工質(zhì)對(duì)的加熱解吸和冷凝回流過(guò)程，實(shí)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(shí)例，并不是全部的實(shí)例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。