CN113217986A - 一种化学蓄热器及采用化学蓄热器的供暖系统 - Google Patents

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Abstract

一种化学蓄热器，利用氢氧化钙吸热可反应生成氧化钙，并析出高温水蒸气，而氧化钙与水结合又可以反应生成氢氧化钙这一可逆反应，达到持续产热的目的；以及一种采用化学蓄热器的供暖系统，可以通过多种运行模式，实现家庭住宅供暖和制取生活用热水，能极大地降低用户的供暖成本。

Description

一种化学蓄热器及采用化学蓄热器的供暖系统
技术领域
本发明涉及蓄热供暖技术领域，特别涉及一种化学蓄热器及采用化学蓄热器的供暖系统。
背景技术
我国北方地区冬季仍有部分城市边缘地区的居民住宅没有集中供暖设施，尤其是北方农村居民缺乏集中供暖条件，这些地区的居民冬季取暖通常采用电热取暖、燃气取暖、燃煤取暖、燃烧秸秆取暖等方式。但是，由于电热取暖和燃气取暖的成本较高，实际上大多数居民常采用燃煤取暖，而燃煤散排也是近年来造成北方冬季出现雾霾的重要原因之一。
随着空气源热泵技术的发展，虽然空气源热泵热效率逐渐提高，但是，空气热源毕竟是吸收低温空气热源制热，当需要的热量较大时，空气源热泵的制热量不足，而且空气源热泵在杭冷地区应用的可靠性较差，以及在低温环境下，空气源热泵的能效比会急速下降，应用成本较高，因此，大多数居民因成本、冬季气温较低等因素难以使用这种供暖设备。此外，现有的化学蓄热器通常只有一个反应装置，而蓄热材料必须要等放热反应结束后才能进行还原反应，两次放热反应之间存在时间间隔，而且，还需要额外设置蓄热材料再生装置来完成还原反应，因此，现有的化学蓄热器结构较为复杂，不能持续的提供热量，蓄热效率较低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种化学蓄热器及采用化学蓄热器的供暖系统，其能通过各化学反应室交替运行，使化学蓄热器根据实际需要产生足够的热量，提高蓄热效率，且结构简单、制作成本较低。采用化学蓄热器的供暖系统能利用化学蓄热产生的热源进行供暖，实现清洁供暖。
本发明的技术方案是：一种化学蓄热器，包括外壳，所述外壳的内腔上部设置一热交换室，内腔下部设置化学反应区，所述化学反应区内用隔热板分隔出多个化学反应室，所述热交换室中设有热交换管，所述热交换管的上游端经第一循环泵连接导热介质输入管，热交换管的下游端外伸出外壳，一吸水管伸入热交换室下部，所述吸水管的下游端连接第二循环泵；各化学反应室分别通过压力单向阀与热交换室连通，各化学反应室腔内均设有一氢氧化钙收纳盒，该氢氧化钙收纳盒中填充氢氧化钙材料，所述氢氧化钙收纳盒的侧壁设有若干小孔，各化学反应室的两侧分别设置电加热室，所述电加热室中设置电热装置，通过加热使氢氧化钙产生水蒸汽为热交换室提供热源，各化学反应室中设置用于喷洒水还原氢氧化钙的喷水管，该喷水管位于氢氧化钙收纳盒旁，各喷水管的上游端经多通换向阀与第二循环泵的下游端连接，所述第一循环泵、第二循环泵、多通换向阀、电热装置均与PLC控制箱电连接。
进一步的，所述热交换室的下端呈倒梯形状，形成汇集腔，吸水管的上游端位于汇集腔内。
进一步的，所述氢氧化钙收纳盒呈长方体形状，该氢氧化钙收纳盒的上下两端分别卡接固定在化学反应室设置的上、下安装座的定位槽中。
所述喷水管的下游端设有两个喷头，所述两个喷头分别位于氢氧化钙收纳盒的左、右两旁，各喷水管上分别设有止回阀。
进一步的，所述氢氧化钙材料为通过粘接剂混合成型的直径为5mm~12mm的球状体，所述球状体的直径大于氢氧化钙收纳盒上的小孔直径。
进一步的，所述热交换室、化学反应室、电加热室与外壳之间填充保温材料。
进一步的，所述热交换室、化学反应室、电加热室内均设有温度检测仪，所述化学反应室内设有压力检测仪，所述温度检测仪、压力检测仪均与PLC控制箱电连接。
采用上述技术方案：所述外壳的内腔上部设置一热交换室，内腔下部设置化学反应区，所述化学反应区内用隔热板分隔出多个化学反应室，使用隔热板可以防止相邻化学反应室在反应时相互影响，保证各化学反应室能交替进行化学反应。所述热交换室中设有热交换管，所述热交换管的上游端经第一循环泵连接导热介质输入管，热交换管的下游端外伸出外壳，该热交换管的下游端可通过法兰与外部供暖系统的管道连接，通过导热介质输入管向热交换管中输送导热介质，如导热油、导热水等，完成热交换后的导热介质经热交换管输送至外部的供暖系统。一吸水管的上游端伸入热交换室下部，所述吸水管的下游端连接第二循环泵，通过第二循环泵使吸水管吸取汇集在热交换室下部降温后的水。各化学反应室上端分别通过压力单向阀与热交换室连通，各化学反应室腔内均设有一氢氧化钙收纳盒，该氢氧化钙收纳盒中填充氢氧化钙材料，所述氢氧化钙收纳盒的侧壁设有若干小孔，各化学反应室的两侧分别设置电加热室，所述电加热室中设置电热装置，通过加热使氢氧化钙反应生成水产生水蒸气为热交换室提供热源，通过电热装置对氢氧化钙材料加热，使氢氧化钙吸热发生反应产生氧化钙和高温水蒸气，随着高温水蒸气的增加，化学反应室内压力逐渐升高，当化学反应室内达到一定压力时，就会顶开压力单向阀，使高温水蒸气进入热交换室中与热交换管内的导热介质进行热交换，换热升温后的导热介质为外部装置提供热源。各化学反应室中设置用于喷洒水还原氢氧化钙的喷水管，该喷水管位于氢氧化钙收纳盒旁，各喷水管的上游端经多通换向阀与第二循环泵的下游端连接，换热后的高温水蒸气降温后汇集在热交换室的下部，通过第二循环泵抽取到喷水管并向化学反应室中喷洒，同时，电热装置加热使喷洒在化学反应室中的水汽化，并与氢氧化钙收纳盒中的氧化钙充分结合还原为氢氧化钙，等待下一次加热。所述第一循环泵、第二循环泵、多通换向阀、电热装置均与PLC控制箱电连接，通过PLC控制箱可以根据需要使电热装置交替运行，从而控制各化学反应室中的氢氧化钙材料能交替发生吸热反应，保证蓄热器能持续地产生热能，且还能根据实际需要控制电热装置的运行数量，避免热能浪费。该化学蓄热器利用氢氧化钙吸热可反应生成氧化钙，并析出高温水蒸气，而氧化钙与水结合又可以还原成氢氧化钙这一可逆反应，如此循环反应，为本蓄热器提供源源不断的热能，并且本蓄热器内设有多个化学反应室，各化学反应室分别设有对应的电加热室，可以通过PLC控制箱使各电加热室交替通电发热，使各化学反应室交替产热，从而实现连续稳定供热，保证本化学蓄热器的供暖连续性，提高产热效率。而且，本化学蓄热器还可以根据实际需要，控制化学反应室的运行个数，避免产生的热能浪费，实现热能的最大利用率。
所述热交换室的下端呈倒梯形状，形成汇集腔，吸水管的上游端位于汇集腔内，使热交换室中的水蒸气降温后能沉降到下部，便于吸水管抽吸。
所述氢氧化钙收纳盒呈长方体形状，该氢氧化钙收纳盒的上下两端分别卡接固定在化学反应室设置的上、下安装座的定位槽中，使氢氧化钙收纳盒能可靠的固定在化学反应室内，保证氢氧化钙的反应能顺利进行，同时，采用卡接固定的方式还便于后期更换氢氧化钙材料。
所述喷水管的下游端设有两个喷头，所述两个喷头分别位于氢氧化钙收纳盒的左、右两旁，通过两个喷水支管向氢氧化钙收纳盒喷洒水，使氧化钙能充分与水结合，提高氧化钙反应生成氢氧化钙的速度，各喷水管上分别设有止回阀，防止化学反应室中的水向热交换室中倒流。
所述氢氧化钙材料为通过粘接剂混合成型的直径为5mm~12mm的球状体，所述球状体的直径大于氢氧化钙收纳盒上的小孔直径，防止氢氧化钙材料从氢氧化钙收纳盒中散落在化学反应室中，方便后期将氢氧化钙材料从氢氧化钙收纳盒中取出进行更换，或者是在氢氧化钙收纳盒发生锈蚀损坏时，也便于对氢氧化钙收纳盒和氢氧化钙材料进行整体更换。
所所述热交换室、化学反应室、电加热室与外壳之间填充保温材料，减少蓄热器中产生的热量向外部扩散，保证蓄热器的产热效率。
所述热交换室、化学反应室、电加热室内均设有温度检测仪，所述化学反应室内设有压力检测仪，所述温度检测仪、压力检测仪均与PLC控制箱电连接，使PLC控制箱能根据温度检测仪、压力检测仪的检测数据调整化学蓄热器的整体运行，保证化学蓄热器能稳定运行。
本发明的另一技术方案：一种采用化学蓄热器的供暖系统，包括化学蓄热器、室内采暖设备，所述化学蓄热器的热交换管的下游端通过导热介质输送管依次经第一节流阀、变量泵、第二节流阀与室内采暖设备、生活热水制取设备的输入端分别连接，所述采暖设备、生活热水制取设备的输入端均设有截止阀，所述室内采暖设备、生活热水制取设备的介质输出端分别经介质返回管与一返回介质储箱连接，各介质返回管上均设置节流阀，所述生活热水制取设备的生活用水输入端用于补充低温生活用水，生活热水制取设备的生活用水输出端连接生活用热水管，所述热交换管的上游端通过导热介质输入管经单向阀、第五节流阀连接返回介质储箱的出口，所述返回介质储箱经第四电磁截止阀连接介质补充管，所述变量泵和第二节流阀之间通过歧管与一热媒储箱的进口连接，所述歧管上设置第四节流阀，所述热媒储箱的出口通过输出管连接第一节流阀、变量泵之间的管路，所述输出管上设置第三节流阀。
进一步的，所述生活用热水管的下游端经连接生活用热水保温箱，所述生活用热水保温箱的输入端设有电磁截止阀。
进一步的，生活热水制取设备的介质输出端依次经节流阀、第一电磁截止阀与返回介质储箱连接，该节流阀和第一电磁截止阀之间通过一直通旁路连接单向阀与第五节流阀之间的管路，所述直通旁路上设置第二电磁截止阀。
采用上述技术方案：本供暖系统采用化学蓄热器产热可以实现家庭住宅供暖和制取生活用热水。用户使用本供暖系统可以按照需要调整供热量，实现化学蓄热器供热、化学蓄热器和热媒储箱同时供热、化学蓄热器供热和热媒储箱蓄热、热媒储箱供热这四种运行模式，且用户可以通过以上四种运行模式达到室内供暖、制取生活用热水、室内供暖和制取生活用热水三种使用目的。而且，在采用设置的热媒储箱发挥蓄热功能时，用户可以利用夜间谷价电将化学蓄热器产生的热量保温储存在热媒储箱中，然后在昼间峰价电时段由热媒储箱中的热量为室内采暖设备或制取生活用热水提供热量，从而能极大地降低用户的供暖成本。
所述生活用热水管的下游端经连接生活用热水保温箱，所述生活用热水保温箱的输入端设有电磁截止阀，将供暖系统制取的生活用热水储存在生活用热水保温箱，方便随用随取。
生活热水制取设备的介质输出端依次经节流阀、第一电磁截止阀与返回介质储箱连接，该节流阀和第一电磁截止阀之间通过一直通旁路连接单向阀与第五节流阀之间的管路，所述直通旁路上设置第二电磁截止阀，当只需要通过供暖系统制取生活用热水时，可以直接将经生活热水制取设备换热后的低温导热介质直接输送回热交换管，提高整个系统循环运行的效率。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的化学蓄热器的结构示意图；
图2为图1的B-B剖视图；
图3为图1的D-D剖视图；
图4为图1的C向结构示意图；
图5为本发明的供暖系统的结构示意图。
具体实施方式
参见图1至图5，一种化学蓄热器，包括外壳1，所述外壳1的内腔上部设置一热交换室2，内腔下部设置化学反应区，所述化学反应区内用隔热板分隔出多个化学反应室3，使用隔热板可以防止相邻化学反应室3在反应时相互影响，保证各化学反应室3能交替进行化学反应，结合化学反应室3的运行节奏、供热量和最大蓄热量，以及综合考虑整个蓄热器的重量，通常设置3~5个化学反应室3。所述热交换室2中设有热交换管4，所述热交换管4的上游端经第一循环泵5连接导热介质输入管6，热交换管4的下游端外伸出外壳1，该热交换管4的下游端可通过法兰与外部供暖系统的管道连接，通过导热介质输入管6向热交换管4中输送导热介质，如导热油、导热水等，若采用导热水可以采用蒸馏水或除盐软水，完成热交换后的导热介质经热交换管4输送至外部的供暖系统。一吸水管7的上游端伸入热交换室2下部，所述吸水管7的下游端连接第二循环泵8，通过第二循环泵8使吸水管7抽吸汇集在热交换室2下部降温后的水。所述热交换室2的下端呈倒梯形状，形成汇集腔，吸水管7的上游端位于汇集腔内，使热交换室2中的水蒸气降温后能汇集到下部，便于吸水管7抽吸。
各化学反应室3上端分别通过压力单向阀9与热交换室2连通，该压力单向阀9的阀腔中设置密封球，所述密封球与压力单向阀9的上端盖之间设置弹簧，当化学反应室3内的压力大于弹簧的弹力时，推动密封球向弹簧移动，使化学反应室3中的高温水蒸气可以经压力单向阀9的阀腔进入热交换室2内。各化学反应室3腔内均设有一氢氧化钙收纳盒10，该氢氧化钙收纳盒10中填充氢氧化钙材料11，所述氢氧化钙收纳盒10的侧壁设有若干小孔，该氢氧化钙收纳盒10可采用不锈钢材料，所述氢氧化钙材料11为通过粘接剂混合成型的直径为5mm~12mm的球状体，所述球状体的直径大于氢氧化钙收纳盒10上的小孔直径，防止氢氧化钙材料11从氢氧化钙收纳盒10中散落在化学反应室中，方便后期将氢氧化钙材料11从氢氧化钙收纳盒10中取出进行更换，或者是在氢氧化钙收纳盒10发生锈蚀损坏时，也便于对氢氧化钙收纳盒10和氢氧化钙材料11进行整体更换。所述氢氧化钙收纳盒10呈长方体形状，该氢氧化钙收纳盒10的上下两端分别卡接固定在化学反应室3设置的上、下安装座的定位槽中，使氢氧化钙收纳盒10能可靠的固定在化学反应室3内，保证氢氧化钙的产热反应能顺利进行，同时，采用卡接固定的方式方便装配，安装时只需将氢氧化钙收纳盒10插入定位槽内即可，更换氢氧化钙材料11时，人工从定位槽中取出即可，不需要使用额外的工具，方便快捷。
各化学反应室3的两侧分别设置电加热室12，所述电加热室12中设置电热装置，该电热装置可采用发热电阻丝，通过加热使氢氧化钙反应生成水产生水蒸气为热交换室2提供热源，通过电热装置对氢氧化钙材料11加热，使氢氧化钙吸热发生反应产生氧化钙和高温水蒸气，随着高温水蒸气的增加，化学反应室3内压力逐渐升高，当化学反应室3内达到一定压力时，就会顶开压力单向阀9，使高温水蒸气进入热交换室2中与热交换管4内的导热介质进行热交换，换热升温后的导热介质为外部装置提供热量。各化学反应室3中设置用于喷洒水还原氢氧化钙的喷水管13，该喷水管13位于氢氧化钙收纳盒10旁，各喷水管13的上游端经多通换向阀14与第二循环泵8的下游端连接，该多通换向阀14根据喷水管13的数量进行选择，喷水管13上可设置喷头，换热后的高温水蒸气降温后汇集在热交换室2的下部，通过第二循环泵8抽吸到喷水管13中，然后由喷水管13向化学反应室3中喷洒，同时，电热装置对喷洒到化学反应室3中的水进行加热使其汽化，使氢氧化钙收纳盒10中的氧化钙与水充分结合反应生成氢氧化钙，完成一次循环反应，等待下一次加热。所述喷水管13的下游端设有两个喷头13-1，所述两个喷头13-1分别位于氢氧化钙收纳盒10的左、右两旁，各喷水管13上分别设有止回阀16，通过两个喷水支管13-1向氢氧化钙收纳盒10喷洒水，保证氧化钙能充分与水结合，提高氧化钙反应生成氢氧化钙的速度，各喷水管13上分别设有止回阀16，防止喷洒到化学反应室3中的水从喷水管13倒流回热交换室2。所述外壳1内腔与热交换室2、化学反应室3、电加热室12之间均填充保温材料，减少蓄热器中产生的热量向外部扩散，保证化学蓄热器的产热效率。本化学蓄热器中氢氧化钙材料11的化学反应如下：
Ca(OH)2 +吸热（输入物理热）=CaO+H2O（水蒸气）
CaO+H2O=Ca(OH)2
所述第一循环泵5、第二循环泵8、多通换向阀14、电热装置均与PLC控制箱15电连接，该PLC控制箱15可以通过箱体与本化学蓄热器的外壳1连接固定， PLC控制箱15可以根据需要使各电热装置交替运行，从而控制各化学反应室3中的氢氧化钙材料11能交替发生吸热反应，保证蓄热器能持续地产生热能，且还能根据实际需要控制电热装置的运行数量，避免热能浪费。所述热交换室2、化学反应室3、电加热室12内均设有温度检测仪，所述化学反应室3内设有压力检测仪，所述温度检测仪、压力检测仪均与PLC控制箱电连接，使PLC控制箱15能根据温度检测仪、压力检测仪的检测数据调整化学蓄热器的整体运行，提高本化学蓄热器的产热效率。由于氢氧化钙材料11具有温度越高溶解度月底的特性，一般在90℃以上的溶解度极低，因此，本化学蓄热器可以通过化学反应室3中温度检测仪和压力检测仪的检测数据，使PLC控制箱将进入化学反应室3中的热水温度控制在≥120℃，化学反应室内的压力控制在≥0.2MPa，以保证氢氧化钙材料11有足够的使用寿命。
该化学蓄热器在运行时，氢氧化钙吸热反应生成氧化钙，析出的高温水蒸气进入热交换室2中与热交换管4内的导热介质进行热交换，为导热介质提供热量，使蓄热器实现产热，而高温水蒸气经热交换降温后通过第二循环泵8输送回化学反应室3内，由喷水管13喷洒给氧化钙，使氧化钙与水结合反应生成氢氧化钙，等待下一次加热，如此循环反应；当第一个化学反应室完成一次氢氧化钙热解放热后，第二个化学反应室立即开始氢氧化钙热解放热，同时通过第二循环泵8和多通换向阀14向第一个化学反应室喷洒水，并吸收第一个化学反应室内的余热迅速汽化，使氧化钙吸收水生成氢氧化钙，然后开始第二次热解放热，再度析出水蒸气，生成氧化钙……；每个化学反应室的运行节奏及下一个化学反应室接替运行的节奏，根据安装在化学反应室3和热交换室2的压力检测仪、温度检测仪的检测数据，通过PLC控制箱15进行控制。
该化学蓄热器利用氢氧化钙吸热可反应生成氧化钙，并析出高温水蒸气，而氧化钙与水结合又可以反应生成氢氧化钙这一可逆反应，为本蓄热器提供源源不断的热能，达到持续产热的目的。并且本蓄热器内设有多个化学反应室3，各化学反应室3分别设有对应的电加热室12，可以通过PLC控制箱15使各电加热室12交替通电发热，从而使各化学反应室3能交替产热，实现连续稳定供热，保证本化学蓄热器的供暖连续性，提高产热效率。而且，本化学蓄热器还可以根据实际需要，控制化学反应室3的运行个数，避免产生的热能浪费，实现热能的最大利用化。
一种采用化学蓄热器的供暖系统，包括化学蓄热器30、室内采暖设备、生活热水制取设备22，该室内采暖设备可以采用室内翅片式换热器37、室内热片式换热器38，或者是暖气片。所述化学蓄热器30的热交换管4的下游端通过导热介质输送管17依次经第一节流阀18、变量泵19、第二节流阀20与室内采暖设备、生活热水制取设备22的输入端分别连接，通过高温的导热介质为室内采暖设备供热，达到供暖的目的，以及通过高温的导热介质为生活热水制取设备22供热，达到制取生活用热水的目的，且可以根据用户所需热量，调节第一节流阀18、变量泵19、第二节流阀20的开度。所述室内采暖设备、生活热水制取设备22的输入端均设有截止阀，通过该截止阀可以根据实际需要对室内采暖设备、生活热水制取设备22进行开关。所述室内采暖设备、生活热水制取设备22的介质输出端分别经介质返回管31与一返回介质储箱21连接，各介质返回管31上均设置节流阀，降温后的低温导热介质被输送到返回介质储箱21中。所述生活热水制取设备22的生活用水输入端用于补充低温生活用水，生活热水制取设备22的生活用水输出端连接生活用热水管27，生活热水制取设备22可直接与自来水管连接，便于快速提供生活用水。所述生活用热水管27的下游端经连接生活用热水保温箱35，所述生活用热水保温箱35的输入端设有电磁截止阀，将供暖系统制取的生活用热水储存在生活用热水保温箱35中，方便随用随取。所述热交换管4的上游端通过导热介质输入管6经单向阀28、第五节流阀29连接返回介质储箱21的出口，将低温导热介质输送回热交换管4，使其在热交换室2中再次进行热交换，形成导热介质的循环回路。所述返回介质储箱21设有介质补充口，通过介质补充口可以对返回介质储箱21补充导热介质，保证供暖系统的稳定运行。所述变量泵19和第二节流阀20之间通过歧管24与一热媒储箱32的进口连接，所述歧管24上设置第四节流阀33，所述热媒储箱32的出口通过输出管26连接第一节流阀18、变量泵19之间的管路，所述输出管26上设置第三节流阀34，通过热媒储箱32可以保温储存化学蓄热器30产生的多余热量，降低用户的供暖成本，且为保证供暖系统建立一定压力，热媒储箱32和返回介质储箱21均采用重力式储箱。生活热水制取设备22的介质输出端依次经节流阀、第一电磁截止阀23与返回介质储箱21连接，该节流阀和第一电磁截止阀23之间通过一直通旁路36连接单向阀28与第五节流阀29之间的管路，所述直通旁路36上设置第二电磁截止阀37，当只需要通过供暖系统制取生活用热水时，可以直接将经生活热水制取设备22换热后的低温导热介质直接输送回热交换管4，使其在热交换室2中进行下次换热，提高整个系统循环运行的效率。
该供暖系统在实际使用时具有以下几种工作模式：
1.化学蓄热器30为室内采暖设备供热，打开室内采暖设备输入端的截止阀，关闭生活热水制取设备22输入端的截止阀，变量泵19工作，第一节流阀18、第二节流阀20、第五节流阀29均打开，第三节流阀34、第四节流阀33均关闭，此时，化学蓄热器产生的热量全部提供给室内采暖设备进行供暖，供暖后的低温导热介质从返回介质储箱21中返回到热交换室2的热交换管4中，再次进行热交换。
2.化学蓄热器产热实现室内供暖和蓄热，打开室内采暖设备输入端的截止阀，关闭生活热水制取设备22输入端的截止阀，变量泵19工作，第一节流阀18、第二节流阀20、第五节流阀29均打开，第四节流阀33打开并调节开度，第三节流阀34关闭，此时，化学蓄热器30产生的热量一部分提供给室内采暖设备进行供暖，供暖后的低温导热介质从返回介质储箱21中返回到热交换室2的热交换管4中，再次进行热交换，另一部热量储存在热媒储箱32中进行保温。
3.化学蓄热器和热媒储箱32共同为室内采暖设备供热，打开室内采暖设备输入端的截止阀，关闭生活热水制取设备22输入端的截止阀，变量泵19工作，第一节流阀18、第二节流阀20、第三节流阀34、第五节流阀29均打开，第四节流阀33关闭，此时，化学蓄热器30和热媒储箱32的热量全部提供给室内采暖设备进行供暖，供暖后的低温导热介质从返回介质储箱21中返回到热交换室2的热交换管4中，再次进行热交换。
4.热媒储箱32为室内采暖设备供热，变量泵19工作，打开室内采暖设备输入端的截止阀，关闭生活热水制取设备22输入端的截止阀，第一节流阀18、第四节流阀33均关闭，第二节流阀20、第三节流阀34均打开，此时，热媒储箱32的热量全部提供给室内采暖设备进行供暖，供暖后的低温导热介质从返回介质储箱21中返回到热交换室2的热交换管4中，再次进行热交换。
5.化学蓄热器30产热供暖，并制取生活用热水，打开室内采暖设备和生活热水制取设备22输入端的截止阀，变量泵19工作，第一节流阀18、第二节流阀20、第五节流阀29、第一电磁截止阀23均打开，第三节流阀34、第四节流阀33、第二电磁截止阀25均关闭，化学蓄热器30产生的热量一部分提供给室内采暖设备进行供暖，另一部分热量提供给生活热水制取设备22制取生活用热水，降温后的低温导热介质经介质返回管31从返回介质储箱21中返回到热交换室2的热交换管4，再次进行热交换。
6.化学蓄热器30和热媒储箱32共同产热供暖，并制取生活用热水，打开室内采暖设备和生活热水制取设备22输入端的截止阀，变量泵19工作，第一节流阀18、第二节流阀20、第三节流阀34、第五节流阀29、第一电磁截止阀23均打开，第二电磁截止阀25关闭，化学蓄热器30和热媒储箱32的热量一部分提供给室内采暖设备进行供暖，另一部热量提供给生活热水制取设备22制取生活用热水，降温后的低温导热介质经介质返回管31从返回介质储箱21中返回到热交换室2的热交换管4，再次进行热交换。
7.非供暖期，化学蓄热器30产热制取生活用热水，打开生活热水制取设备22输入端的截止阀，关闭室内采暖设备输入端的截止阀，变量泵19工作，第一节流阀18、第二节流阀20、第二电磁截止阀25均打开，第一电磁截止阀23、第三节流阀34、第四节流阀33均关闭，此时，化学蓄热器30产生的热量提供给生活热水制取设备22制取生活用热水，降温后的低温导热介质直接从生活热水制取设备22的介质输出端经介质返回管31返回到热交换管4中，再次进行热交换，提高循环效率，当需要额外补充导热介质时，打开第五节流阀29，通过返回介质储箱21补充导热介质。
8.非供暖期，热媒储箱32产热制取生活用热水，打开生活热水制取设备22输入端的截止阀，关闭室内采暖设备输入端的截止阀，变量泵19工作，第二节流阀20、第三节流阀34、第二电磁截止阀25均打开，第一节流阀18、第四节流阀33、第五节流阀29、第一电磁截止阀23均关闭，此时，热媒储箱32产生的热量提供给板式换热器22制取生活用热水，降温后的低温导热介质直接从生活热水制取设备22的介质输出端经介质返回管31返回到热交换管4中，再次进行热交换，提高循环效率，当需要额外补充导热介质时，打开第五节流阀29，通过返回介质储箱21补充导热介质。
节能效果核算：
1.设计条件，以家庭住宅100m2供暖面积，平均供暖量5000W/h（50W/m2.h）为例：
氢氧化钙的导热系数为1KJ/kg.℃（氧化钙导热系数相当），氢氧化钙热解温度526℃；
1kg氢氧化钙热解后析出水0.2433 kg，生成氧化钙0.7567kg；
水的导热系数为4.18KJ/kg.℃；
化学蓄热器内部压力，化学反应室≤0.2MPa，热交换室≥0.2MPa；
热交换后冷凝水温度≥120℃；
氢氧化钙热解析出水热焓：（环境压力、温度条件下饱和蒸汽）2700KJ/kg；
返回热水汽化潜热：2200KJ/kg；（≥120℃、≤0.2MPa）；
化学蓄热器系统热损失≤8%；
送出导热介质温度≥100℃，返回低温导热介质温度≥40℃；
电价：谷价0.20元/KW.h、平价0.80元/KW.h、峰价1.00元/KW.h；
2.需要的氢氧化钙放热量+电加热量
（1）需要参加化学反应氢氧化钙量Z1
Z1=[(5000*3.6/2700)/0.92]=29.784kg。
（2）氢氧化钙热解析出水放热量W1
W1=29.784*0.2433*2700=19564.2KJ
由于19564.2*0.92=18000KJ=5000W，产热量与供暖量平衡，因此设计成立。
（3）120℃热水被第二循环泵8送回化学反应室3从喷水管13喷洒出雾化水，在化学反应室3高温环境下这些雾化水被汽化，并被氧化钙吸收反应生成氢氧化钙，这个过程需要热量W2：
W2=29.784*0.2433*2200=7.246*2200=15941KJ。
（4）化学反应室3在上一个循环结束后，理论上尚有热量W3
W3=(29.784-7.246)*526=11855KJ。
（5）化学反应室3中喷入的热水全部被氧化钙吸收生成氢氧化钙，需电热装置加热补充热量W4
W4=15941-11855=4086KJ。
（6）总需要电量E1（考虑热损失8%）
E1=[（29.784*526）/0.92-11855/0.92]/3600=1.151KW.h
经以上计算，供暖100m2（50W/m2），需要氢氧化钙放热18000KJ（5000W）以上，电加热量（供给物理热）1.151KW.h。
3.热电效率
在上述设计条件下氢氧化钙热解析出水（高温水蒸气）放热19564.2KJ，考虑系统热损失8%，有效供热18000KJ（5000W）；创造氢氧化钙热解条件输入物理热（电加热）1151W。系统热电效率：
η=5000/1151*%=434.4%
4.经济性计算
化学蓄热器用于家庭住宅供暖及制取生活用热水有两个最大的好处，一是方便用户按需调整供热量（有的房间温度稍高、有的房间温度稍低，甚至有的房间某个时段停止供暖）；二是发挥蓄热功能，利用夜间谷价电蓄热，昼间峰价电时段释热供暖，如此运行模式可极大地降低用户供暖成本。
设用户谷价电时段蓄热量达到6个小时供热量，昼间峰价电时段释热供暖6个小时，平价电时段正常运行供暖6个小时，计算用电费用。
（1）谷价电时段供暖+蓄热（按夜间8个小时计算）：（8*1.151+6*1.151）*0.20=3.223元；
（2）峰价电时段6个小时释热供暖，进变量泵19运行消耗电，可忽略不计；
（3）平价电时段6个小时正常供暖：6*1.151*0.80=5.525元；
（4）全天用电成本：3.223+5.525=8.748元；
（5）月用电成本：30*8.748=262.44元。
5.节能效果
城市集中供热终端热效率一般为70%左右，本化学蓄热器热效率可达到135.135%，如果将系统保温措施做的更好，降低系统热损失至5%，较城市集中供热的热效率高2倍以上。节能效果十分明显。其节能值计算如下：
（1）同等条件城市集中供热能耗（以热效率70%计算）：5000/0.7=7142.86W/h；
折算标准煤（1KW.h=0.35kgce）：(7142/1000)*0.35=2.5kgce/h。
（2）本化学蓄热器的供暖系统能耗：1.151*0.35=0.403kgce/h；
（3）节能及减排量（仅计算减排二氧化碳）
节能量：每小时节能量：2.5-0.403=2.097kgce/h；
日节能量：2.097*24=50.4kgce/d；
月节能量：50.4*30=1512kgce/m。
减排量：日减排二氧化碳量:50.4*2.6*30=131.04kg/d；
月减排二氧化碳量：131.04*30/1000=3.931t/m。
本供暖系统采用化学蓄热器30产热可以实现家庭住宅供暖和制取生活用热水。用户使用本供暖系统可以按照需要调整供热量，实现化学蓄热器30供热、化学蓄热器30和热媒储箱32同时供热、化学蓄热器30供热和热媒储箱32蓄热、热媒储箱32供热这四种运行模式，且用户可以通过以上四种运行模式达到室内供暖、制取生活用热水、室内供暖和制取生活用热水三种使用目的。而且，在采用设置的热媒储箱32发挥蓄热功能时，用户可以利用夜间谷价电将化学蓄热器30产生的热量保温储存在热媒储箱32中，然后在昼间峰价电时段由热媒储箱32中的热量为室内采暖设备或制取生活用热水提供热量，从而能极大地降低用户的供暖成本。

Claims (10)

1.一种化学蓄热器，其特征在于：包括外壳（1），所述外壳（1）的内腔上部设置一热交换室（2），内腔下部设置化学反应区，所述化学反应区内用隔热板分隔出多个化学反应室（3），所述热交换室（2）中设有热交换管（4），所述热交换管（4）的上游端经第一循环泵（5）连接导热介质输入管（6），热交换管（4）的下游端外伸出外壳（1），一吸水管（7）的上游端伸入热交换室（2）下部，所述吸水管（7）的下游端连接第二循环泵（8）；各化学反应室（3）上端分别通过压力单向阀（9）与热交换室（2）连通，各化学反应室（3）腔内均设有一氢氧化钙收纳盒（10），该氢氧化钙收纳盒（10）中填充氢氧化钙材料（11），所述氢氧化钙收纳盒（10）的侧壁设有若干小孔，各化学反应室（3）的对称两侧分别设置电加热室（12），所述电加热室（12）中设置电热装置，通过加热使氢氧化钙反应生成水产生水蒸气为热交换室（2）提供热源，各化学反应室（3）中设置用于喷洒水还原氢氧化钙的喷水管（13），该喷水管（13）位于氢氧化钙收纳盒（10）旁，各喷水管（13）的上游端经多通换向阀（14）与第二循环泵（8）的下游端连接，所述第一循环泵（5）、第二循环泵（8）、多通换向阀（14）、电热装置均与PLC控制箱（15）电连接。
2.根据权利要求1所述的化学蓄热器，其特征在于：所述热交换室（2）的下端呈倒梯形状，形成汇集腔，所述吸水管（7）的上游端位于汇集腔内。
3.根据权利要求1所述的化学蓄热器，其特征在于：所述氢氧化钙收纳盒（10）呈长方体形状，该氢氧化钙收纳盒（10）的上下两端分别卡接固定在化学反应室（3）设置的上、下安装座的定位槽中。
4.根据权利要求1所述的化学蓄热器，其特征在于：所述喷水管（13）的下游端设有两个喷头（13-1），所述两个喷头（13-1）分别位于氢氧化钙收纳盒（10）的左、右两旁，各喷水管（13）上分别设有止回阀（16）。
5.根据权利要求1所述的化学蓄热器，其特征在于：所述氢氧化钙材料（11）为通过粘接剂混合成型的直径为5mm~12mm的球状体，所述球状体的直径大于氢氧化钙收纳盒（10）上的小孔直径。
6.根据权利要求1所述的化学蓄热器，其特征在于：所述热交换室（2）、化学反应室（3）、电加热室（12）与外壳（1）之间填充保温材料。
7.根据权利要求1所述的化学蓄热器，其特征在于：所述热交换室（2）、化学反应室（3）、电加热室（12）内均设有温度检测仪，所述化学反应室（3）内设有压力检测仪，所述温度检测仪、压力检测仪均与PLC控制箱电连接。
8.一种采用权利要求1的化学蓄热器的供暖系统，其特征在于：包括化学蓄热器（）、室内采暖设备、生活热水制取设备（22），所述化学蓄热器的热交换管（4）的下游端通过导热介质输送管（17）依次经第一节流阀（18）、变量泵（19）、第二节流阀（20）与室内采暖设备、生活热水制取设备（22）的输入端分别连接，所述采暖设备、生活热水制取设备的输入端均设有截止阀，所述室内采暖设备、生活热水制取设备（22）的介质输出端分别经介质返回管与一返回介质储箱（21）连接，各介质返回管上均设置节流阀，所述生活热水制取设备（22）的生活用水输入端用于补充低温生活用水，生活热水制取设备（22）的生活用水输出端连接生活用热水管（27），所述热交换管（4）的上游端通过导热介质输入管（6）经单向阀（28）、第五节流阀（29）连接返回介质储箱（21）的出口，所述返回介质储箱（21）设有介质补充口，所述变量泵（19）和第二节流阀（20）之间通过歧管（24）与一热媒储箱（32）的进口连接，所述歧管（24）上设置第四节流阀（33），所述热媒储箱（32）的出口通过输出管（26）连接第一节流阀（18）、变量泵（19）之间的管路，所述输出管（26）上设置第三节流阀（34）。
9.根据权利要求8所述的化学蓄热器供暖系统，其特征在于：所述生活用热水管（27）的下游端经连接生活用热水保温箱（35），所述生活用热水保温箱（35）的输入端设有电磁截止阀。
10.根据权利要求8所述的化学蓄热器供暖系统，其特征在于：生活热水制取设备（22）的介质输出端依次经节流阀、第一电磁截止阀（23）与返回介质储箱（21）连接，该节流阀和第一电磁截止阀（23）之间通过一直通旁路（36）连接单向阀（28）与第五节流阀（29）之间的管路，所述直通旁路（36）上设置第二电磁截止阀（25）。
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"《机械工程材料》2014年总目次", 《机械工程材料》 *
"《机械工程材料》2014年总目次", 《机械工程材料》, no. 12, 20 December 2014 (2014-12-20) *
杨小平，杨晓西等: ""太阳能高温热发电蓄热技术研究进展"", 《热能动力工程》 *
杨小平，杨晓西等: ""太阳能高温热发电蓄热技术研究进展"", 《热能动力工程》, 31 December 2011 (2011-12-31) *

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