CN108106475A - 一种控温式化学放热器及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控温式化学放热器，包括放热器本体、换热介质进口、换热介质、盘管、保温绝热层、蓄热材料和废料出口；所述的放热器本体最外层设置保温绝热层，中心部位设置盘管，所述的蓄热材料层状均匀布置在放热器本体内部，所述的放热器本体的顶部和下方分别设置换热介质进口和废料出口。一种控温式化学放热器系统，包括控温式化学放热器、温度传感器、温度控制器、流量计和PID控制器。本发明针对不同功率需求的放热器，按照所提出的设计方法估算出化学蓄热材料用量，并将化学蓄热材料以层状均匀的布置在容器中。通过对热释放过程进行控制，实现经济的热能存储和安全的使用。

Description

一种控温式化学放热器及其系统
技术领域
本发明涉及一种控温式化学放热器及其系统，属于热能存储与释放利用领域。
背景技术
与显热蓄热和相变蓄热相比较，化学蓄热具有蓄热密度高、应用温度范围广、工质数量多、可靠储存等特点，具有潜在的发展潜力。利用化学蓄热方法进行储热的前提是:（1）蓄热密度大；(2) 可逆性良好；(3) 吸、放热化学反应速度快；(4) 重复操作对反应生成物分离和副反应没有影响；(5)反应物和生成物无毒、不易燃、无腐蚀或腐蚀可控；(6)成本低，经济性能好。
化学蓄热是人们目前所致力发展的一项技术，实现化学放热容器的自动化控制是努力追求的目标。现有的蓄热装置只是简单的实现了能量的储存与释放，并没有实现放热过程的自动控制，因此，设计可控的化学放热容器具有现实意义。
在太阳能领域，采用水合盐蓄热，可以实现太阳能中、低温的跨季节储存。由于其化学反应过程中物相从固态转变为液体，因而需要综合考虑化学反应和物理变化，对热释放过程进行控制，实现经济的热能存储和安全的使用。
在工业余热领域，采用水合盐蓄热，可以实现热能中、低温的长期储存。同样，由于其需要从固态转变为液体的化学反应，也需要对其加以控制释放，实现余热的经济、安全使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种控温式化学放热器及其系统，实现化学蓄热的安全恒温释放。本发明针对不同功率需求的放热器，按照所提出的设计方法估算出化学蓄热材料用量，并将化学蓄热材料以层状均匀的布置在容器中。换热管采用盘管方式通过水流将热量带出，而放热时采用另一套水的均布器或多孔管均匀埋设在化学蓄热材料中，将水导入待反应的化学蓄热材料中。在换热管路中接有温度传感器，按照换热管路的设定温度控制接有PID的放热水路的电磁阀的进行进水量控制，即可实现恒温放热。
本发明的实现过程如下：
一种控温式化学放热器，包括放热器本体、换热介质进口、换热介质、盘管、保温绝热层、蓄热材料和废料出口；所述的放热器本体最外层设置保温绝热层，中心部位设置盘管，所述的蓄热材料层状均匀布置在放热器本体内部，所述的放热器本体的顶部和下方分别设置换热介质进口和废料出口。
所述的盘管可以折叠分布、盘旋分布或折叠与盘旋混合分布。
所述的换热介质进口设置均布器或多孔管。
所述的均布器由开有小孔的相同直径的圆管均匀布置。
一种控温式化学放热器系统，包括控温式化学放热器、温度传感器、温度控制器、流量计和PID控制器，温度传感器置入换热介质管路中，通过换热介质温度的具体数值判断换热介质的进入量。
所换热器水设定的温度T、恒温时间t、功率p、蓄热材料的量m和水流量Q按照下式控制，
m = 1.3pt/d + 0.5ptCDT/d2
Q = 0 ~ 1.2 p/d
DT = 10 + T - T0
T0为反应水的起始水温，d为化学蓄热材料的热密度，单位为kJ/kg。
换热介质通过布置在放热器本体的盘管进行换热，实现蓄热材料中释放热量的交换；通过测定换热介质出口温度T，根据所设计放热量和换热量，采用PID控制器调节，对进入控温式化学放热器参与反应的换热介质量进行调节控制。
在放热过程中，将温度控制器设定到预定的数值，打开PID控制器即可工作。
底面设有一个废料出口，放热完毕后，将废料全部移除，重新进行蓄热。
本发明提供一种控温式化学放热器及其系统，实现化学蓄热的安全恒温释放。本发明针对不同功率需求的放热器，按照所提出的设计方法估算出化学蓄热材料用量，并将化学蓄热材料以层状均匀的布置在容器中。换热管采用盘管方式通过水流将热量带出，而放热时采用另一套水的均布器或多孔管均匀埋设在化学蓄热材料中，将水导入待反应的化学蓄热材料中。在换热管路中接有温度传感器，按照换热管路的设定温度控制接有PID的放热水路的电磁阀的进行进水量控制，即可实现恒温放热。通过对热释放过程进行控制，实现经济的热能存储和安全的使用。
附图说明
图1为本发明实施例1的控温式化学放热器三种进水和换热方式，图中，1放热器本体，2换热介质进口，3蓄热材料，4盘管，5保温绝热层，6换热介质，7废料出口；
图2为实施例1的换热介质进口结构示意图；
图3为实施例1的控温式化学放热器系统，图中，A为控温式化学放热器，P为PID控制器，Q为流量计，T为温度控制器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
如图1中a、b和c所示，为三种进水和换热方式。根据设计流量和换热量，放热介质水均匀进入放热器中，放热介质水进口如图2的均布器或图1c的多孔管均匀放水管中放出。水由主管道进入均布器中。蓄热材料均匀填充在放热器中，与反应水发生放热反应。换热介质（水）通过布置在放热器内部（图1a）或内壁（图1b、图1c） 的盘管进行换热，实现蓄热材料中释放热量的交换。放热器底部设计废料出口，在放热器外层设置保温绝热层。
如图1中c所示，根据设计流量和换热量，放热介质水由布置在放热器内表面开有小孔的盘管进入放热器中，蓄热材料均匀填均布器由开有小孔的相同直径的圆管均匀布置充在放热器中，换热水介质通过布置在放热器内壁的盘管进行热交换，实现蓄热材料中热量的释放和传出。放热器底部设计废料出口，在放热器外层设置保温绝热层。
如图3所示，通过测定换热介质水出口温度T，根据所设计放热量和换热量，采用PID控制器调节，对进入放热器参与反应的水量进行调节控制。
底面设计有一个废料出口，放热完毕后，将废料全部移除，重新进行蓄热。
实施例1
在输出功率要求为1kw，循环水温为50度历时10小时情况下，加入了47公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒0.5g -0.8g。
实施例2
在输出功率要求为5kw，循环水温为50度历时10小时情况下，加入了235公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒1.2g -1.7g。
实施例3
在输出功率要求为10kw，循环水温为50度历时10小时情况下，加入了473公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒5.6g -8.1g。
实施例4
在输出功率要求为15kw，循环水温为50度历时10小时情况下，加入了706公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒7.5g -13.5g。
实施例5
在输出功率要求为15kw，循环水温为60度历时10小时情况下，加入了707公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒7.5g -13.6g。
实施例6
在输出功率要求为1kw，循环水温为60度历时10小时情况下，加入了48公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒0.5g -0.9g。
实施例7
在输出功率要求为5kw，循环水温为70度历时10小时情况下，加入了237公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒1.2g -1.8g。
实施例8
在输出功率要求为10kw，循环水温为60度历时10小时情况下，加入了474公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒5.6g -8.2g。
实施例9
在输出功率要求为15kw，循环水温为60度历时10小时情况下，加入了708公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒7.5g -13.7g。
实施例10
在输出功率要求为15kw，循环水温为70度历时10小时情况下，加入了710公斤的CaCl2化学蓄热材料，反应的水流量在每秒7.5g -13.8g。

Claims (8)

1.一种控温式化学放热器，其特征在于包括放热器本体、换热介质进口、换热介质、盘管、保温绝热层、蓄热材料和废料出口；所述的放热器本体最外层设置保温绝热层，中心部位设置盘管，所述的蓄热材料层状均匀布置在放热器本体内部，所述的放热器本体的顶部和下方分别设置换热介质进口和废料出口。
2.根据权利要求1所述的控温式化学放热器，其特征在于：所述的盘管折叠分布、盘旋分布或折叠与盘旋混合分布。
3.根据权利要求1所述的控温式化学放热器，其特征在于：所述的换热介质进口设置均布器或多孔管。
4.根据权利要求3所述的控温式化学放热器，其特征在于：所述的均布器由开有小孔的相同直径的圆管均匀布置。
5.一种控温式化学放热器系统，其特征在于包括控温式化学放热器、温度传感器、温度控制器、流量计和PID控制器，所述的温度传感器置入换热介质管路中，通过换热介质温度的具体数值判断换热介质的进入量。
6.根据权利要求5所述的控温式化学放热器系统，其特征在于：所换热器水设定的温度T、恒温时间t、功率p、蓄热材料的量m和水流量Q按照下式控制，
m = 1.3pt/d + 0.5ptCDT/d2
Q = 0 ~ 1.2 p/d
DT = 10 + T - T0
T0为反应水的起始水温，d为化学蓄热材料的热密度，单位为kJ/kg。
7.根据权利要求5所述的控温式化学放热器系统，其特征在于：所述的换热介质通过布置在放热器本体的盘管进行换热，实现蓄热材料中释放热量的交换；通过测定换热介质出口温度T，根据所设计放热量和换热量，采用PID控制器调节，对进入控温式化学放热器参与反应的换热介质量进行调节控制。
8.根据权利要求5所述的控温式化学放热器系统，其特征在于：在放热过程中，将温度控制器设定到预定的数值，打开PID控制器即可工作。
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