专利名称：无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种热力工程技术领域的系统，具体是一种无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统。
背景技术：
随着人们对节约能源和保护环境的认识加深以及新能源的开发和利用；变温器系统作为一种余热/低品位热源的有效利用方式开始被关注，它可以实现热源的温度提升，从而使其获得更广泛的应用和更大的价值。和单级热变温器系统相比，二级系统能够实现更大的温度提升，从而使系统的经济性得到进一步的提升；但是，和单级系统相比，二级系统的结构更为复杂，部件增多，从而使得系统的运行可靠性降低；尤其是在系统运行过程中，反应腔室需要交替的进行加热和冷却，通常利用流体切换阀门控制加热和冷却流体在反应腔室的流动；在需要加热的阶段，利用阀门切换高温流体；在需要冷却的阶段，禾U用阀门切换低温流体；如此往复，维持系统运行。除温度提升以外，COP和功率是系统性能的两个重要指标；为提高系统性能，通常需要减短系统的循环时间；从而要求流体切换阀门更加频繁的动作，导致阀门的寿命减短，系统运行可靠性降低。
经对现有技术的文献检索发现，Suda Seijirau等在《Journal ofLess-Common Metals》(稀有金属学报)(1991第172巻1092-1110)上发表的(Development of double stage heat pump) (二级热泵系统的开发)，以及A. Iselhorst等在《Journal of Alloys and Compounds》(合金和复合材料学报)(1995第231巻888-894)上发表的(Two-stage metal hydride heattransformer laboratory model) (二级氢热变温器系统的实验室模型)，两篇文章均提出了利用三种反应盐构建二级系统，并对系统的运行过程进行描述和分析，但其不足都在于系统利用换热流体切换阀门控制各反应腔室的加热/冷却状态，在实际的使用过程中，由于阔门寿命和频繁切换导致系统运行的可靠性下降。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统，本发明可以在无流体切换阀门的条件下，实现反应腔室的冷热交替控制，使得系统运行的可靠性得到提高。
本发明是通过以下的技术方案来实现的，本发明包括第一低温反应腔室、第二低温反应腔室、中温反应腔室、高温反应腔室、低温换热器、中温换热器、高温换热器、第一回热器、第二回热器、换热器支架、第一气体阔门和第二气体阀门、第一腔室导轨、第二腔室导轨、移动导轨，其中第一腔室导轨上连接有第一低温反应腔室和中温反应腔室，第一低温反应腔室和中温反应腔室之间设有第一气体阀门；第二腔室导轨上连接有第二低温反应腔室和高温反应腔室，第二低温反应腔室和高温反应腔室之间设有第二气体阀门；第一低温反应腔室、第二低温反应腔室、中温反应腔室、高温反应腔室均和移动导轨固定相连，第一低温反应腔室和中温反应腔室通过移动导轨的牵引在第一腔室导轨上滑动，且第一低温反应腔室依次与中温换热器、第一回热器、低温换热器接触，同时中温反应腔室依次与第二回热器、中温换热器接触；第二低温反应腔室和高温反应腔室通过移动导轨的牵引在第二腔室导轨上滑动，且第二低温反应腔室依次与低温换热器、第一回热器、中温换热器接触，同时高温反应腔室依次和第二回热器、高温换热器接触；低温换热器、第一回热器、中温换热器、高温换热器和第二回热器依次设置于换热器支架上。
所述的低温、中温、高温是指在同一环境中温度相对的高中低。所述低温换热器、中温换热器和高温换热器中均有换热流体，第一回热器和第二回热器中没有换热流体。
所述第一低温反应腔室和第二低温反应腔室中填充低温反应盐，中温反应腔室中填充中温反应盐，高温反应腔室中填充高温反应盐，在四个反应腔室中充注相同的反应气体。
所述换热流体为H20、导热油、空气中的其中之一。所述反应气体为NH" CH30H中的其中之一。所述低温反应盐为SrCl2、 CaCl2、 MnCl2、 BaCL中的其中之一。所述中温反应盐为PbCl2、 MnCl2、 FeCl2、 ZnCl2中的其中之一。
5所述高温反应盐为CuCl2、 FeCl2、 NiCl2、 MgCl2中的其中之一。本发明的二级气固反应热变温器系统能够间断性输出高温热量，其系统操作过程具体如下
第一步，维持第一气体阀门和第二气体阀门关闭；利用移动导轨控制各反应腔室的位置第一低温反应腔室和中温换热器接触，第二低温反应腔室和低温换热器接触，中温反应腔室、高温反应腔室和第二回热器接触；
第二步，维持各反应腔室的位置，开启第一气体阀门和第二气体阀门，此时，第一低温反应腔室的低温反应盐受热分解，中温反应腔室的中温反应盐合成放热，利用第二回热器将中温反应腔室的热量传递给高温反应腔室，高温反应腔室的高温反应盐受热分解，第二低温反应腔室的低温反应盐合成放热；
第三步，关闭第一气体阀门和第二气体阀门，利用移动导轨控制各反应腔室的位置第一低温反应腔室、第二低温反应腔室均和第一回热器接触，此时，第一低温反应腔室被冷却，第二低温反应腔室被加热；
第四步，维持第一气体阀门和第二气体阀门关闭；利用移动导轨控制各反应腔室的位置第一低温反应腔室和低温换热器接触，第二低温反应腔室、中温反应腔室和中温换热器接触，高温反应腔室和高温换热器接触；
第五步，维持各反应腔室的位置，开启第一气体阀门和第二气体阀门，高温热量由高温换热器输出，此时，第一低温反应腔室的低温反应盐合成放热，中温反应腔室的中温反应盐受热分解，第二低温反应腔室的低温反应盐受热分解，高温反应腔室的高温反应盐合成放热；
第六步，关闭第一气体阀门和第二气体阀门，利用移动导轨控制各反应腔室的位置第一低温反应腔室、第二低温反应腔室和第一回热器接触，此时，第一低温反应腔室被加热，第二低温反应腔室被冷却。
本发明利用移动导轨控制各反应腔室的位置，实现反应腔室的交替加热和冷却，避免了采用流体切换阀门的频繁动作；在系统循环周期縮短时，稳定和提高系统的运行可靠性。
图l为本发明的工作原理图。
图2为本发明操作过程中系统状态6其中图(a)是本发明操作过程第一、第二步的系统状态图；图(b)是本 发明操作过程第三、第六步的系统状态图；图(c)是本发明操作过程第四、第 五步的系统状态图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图2所示，本实施例包括第一低温反应腔室l、第二低温反应腔室2、 中温反应腔室3、高温反应腔室4、低温换热器5、中温换热器6、高温换热器7、 第一回热器8、第二回热器9、换热器支架IO、第一腔室导轨ll、第二腔室导轨 12、移动导轨13、第一气体阀门14、第二气体阀门15，其中第一腔室导轨ll 上连接有第一低温反应腔室1和中温反应腔室3，第一低温反应腔室1和中温反 应腔室3之间设有第一气体阀门14;第二腔室导轨12上连接有第二低温反应腔 室2和高温反应腔室4，第二低温反应腔室2和高温反应腔室4之间设有第二气 体阀门15;第一低温反应腔室l、第二低温反应腔室2、中温反应腔室3、高温 反应腔室4均和移动导轨13固定相连，第一低温反应腔室11和中温反应腔室3 通过移动导轨13的牵引在第一腔室导轨11上滑动，且第一低温反应腔室1依次 与中温换热器6、第一回热器8、低温换热器5接触，同时中温反应腔室3依次 与第二回热器9、中温换热器6接触；第二低温反应腔室2和高温反应腔室4通 过移动导轨13的牵引在第二腔室导轨12上滑动，且第二低温反应腔室2依次与 低温换热器5、第一回热器8、中温换热器6接触，同时高温反应腔室4依次和 第二回热器9、高温换热器7接触；低温换热器5、第一回热器8、中温换热器6、 高温换热器7和第二回热器9依次设置于换热器支架10上。
所述第一低温反应腔室1和第二低温反应腔室2中填充低温反应盐，中温反 应腔室3中填充中温反应盐，高温反应腔室4中填充高温反应盐，在四个反应腔 室中充注相同的反应气体，所述的低温、中温、高温是指在同一环境中温度相对 的高中低。
所述低温换热器5、中温换热器6和高温换热器7中均有换热流体，第一回热器8和第二回热器9中没有换热流体。
如图1所示，是本实施例系统的工作原理图，系统由低温反应盐、中温反应 盐和高温反应盐构成；系统运行包括两个阶段高压阶段PH和低压阶段Pl。在 高压阶段PH，低温反应盐在中温加热分解，中温反应盐在回热温度合成，高温反 应盐在高温合成放热；在低压阶段PL，低温反应盐在低温合成放热，中温反应盐 在中温加热分解，高温反应盐在回热温度分解。在系统运行过程中，中温反应盐 的合成热用于高温反应盐的分解；系统高温热量输出由高温反应盐在高温的合成 热提供。
本实施例中，低温换热器5、中温换热器6和高温换热器7内的换热流体为 导热油，第一低温反应腔室1和第二低温反应腔室2内的低温反应盐均为CaCl2， 中温反应腔室3内的中温盐为MnCl2，高温反应腔室4内的高温盐为FeCl2，四个 反应腔室内的反应气体为NH3。
本实施例进行间断性输出高温热量时，其操作过程具体如下
第一步，关闭第一气体阀门14和第二气体阀门15，利用移动导轨13控制 各反应腔室的位置第一低温反应腔室1和中温换热器6接触，第二低温反应腔 室2和低温换热器5接触，中温反应腔室3、高温反应腔室4和第二回热器9接 触，如图2 (a)所示；
第二步，维持各反应腔室的位置，开启第一气体阀门14和第二气体阀门15; 此时，第一低温反应腔室1中的CaCL吸热分解，中温反应腔室3中的MnCl2合 成放热；利用MnCL的合成热分解高温反应腔室4中的FeCl2，第二低温反应腔 室2中的CaCl2合成放热，如图2 (a)所示；
第三步，关闭第一气体阀门14和第二气体阀门15，利用移动导轨13控制 各反应腔室的位置第一低温反应腔室l、第二低温反应腔室2和第一回热器8 接触；此时，第一低温反应腔室1和第二低温反应腔室2回热，如图2 (b)所 示；
第四步，维持第一气体阀门14和第二气体阀门15关闭，利用移动导轨13 控制各反应腔室的位置第一低温反应腔室1和低温换热器5接触，第二低温反 应腔室2、中温反应腔室3和中温换热器6接触，高温反应腔室4和高温换热器 7接触，如图2 (c)所示；第五步，维持各反应腔室的位置，开启第一气体阔门14和第二气体阀门15;
此时，中温反应腔室3中的MnCl2吸热分解，第一低温反应腔室1中的CaCl2合 成放热；第二低温反应腔室2中的CaCl2吸热分解，高温反应腔室4中的FeCl2 合成放热；高温热量由高温换热器7输出，如图2 (c)所示；
第六步，关闭第一气体阀门14和第二气体阀门15，利用移动导轨13控制 各反应腔室的位置第一低温反应腔室l、第二低温反应腔室2和第一回热器8 接触，如图2 (b)所示。
实施例二
本实施例的系统结构与实施例一相同，区别之处在于低温换热器5、中温换 热器6和高温换热器7内的换热流体为空气，第一低温反应腔室1和第二低温反 应腔室2内的低温反应盐均为SrCl2，中温反应腔室3内的中温盐为FeCl2，高温 反应腔室4内的高温盐为CuCl2，四个反应腔室内的反应气体为CH30H。
本实施例进行间断性输出高温热量时，其操作过程具体如下
第一步，关闭第一气体阀门14和第二气体阀门15，利用移动导轨13控制 各反应腔室的位置第一低温反应腔室1和中温换热器6接触，第二低温反应腔 室2和低温换热器5接触，中温反应腔室3、高温反应腔室4和第二回热器9接 触，如图2 (a)所示；
第二步，维持各反应腔室的位置，开启第一气体阀门14和第二气体阀门15; 此时，第一低温反应腔室1中的SrCl2吸热分解，中温反应腔室3中的MnCl2合 成放热；利用MnCl2的合成热分解高温反应腔室4中的CuCl2，第二低温反应腔 室2中的SrCl2合成放热，如图2 (a)所示；
第三步，关闭第一气体阀门14和第二气体阀门15，利用移动导轨13控制 各反应腔室的位置第一低温反应腔室l、第二低温反应腔室2和第一回热器8 接触；此时，第一低温反应腔室1和第二低温反应腔室2回热，如图2 (b)所 示；
第四步，维持第一气体阀门14和第二气体阀门15关闭，利用移动导轨13 控制各反应腔室的位置第一低温反应腔室1和低温换热器5接触，第二低温反 应腔室2、中温反应腔室3和中温换热器6接触，高温反应腔室4和高温换热器
97接触，如图2 (c)所示；
第五步，维持各反应腔室的位置，开启第一气体阀门14和第二气体阀门15;
此时，中温反应腔室3中的MnCl2吸热分解，第一低温反应腔室1中的SrCl2合 成放热；第二低温反应腔室2中的SrCl2吸热分解，高温反应腔室4中的CuCl2 合成放热；高温热量由高温换热器7输出，如图2 (c)所示；
第六步，关闭第一气体阀门14和第二气体阀门15，利用移动导轨13控制 各反应腔室的位置第一低温反应腔室l、第二低温反应腔室2和第一回热器8 接触，如图2 (b)所示。
上述两个实施例中的二级热变温器系统，未采用流体切换阀门，而是利用移 动导轨实现反应腔室的加热和冷却控制，和采用流体切换阀门的二级系统相比 (至少需要8个切换阀门)，系统的运行可靠性得到提高；同时，上述实施例的 系统节省了阀门的开支，使系统的经济性得到进一步的提高。
权利要求
1、一种无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统，包括第一低温反应腔室、第二低温反应腔室、中温反应腔室、高温反应腔室、低温换热器、中温换热器、高温换热器、第一回热器、第二回热器、换热器支架、第一气体阀门和第二气体阀门，其特征在于，还包括第一腔室导轨、第二腔室导轨、移动导轨，其中第一腔室导轨上连接有第一低温反应腔室和中温反应腔室，第一低温反应腔室和中温反应腔室之间设有第一气体阀门；第二腔室导轨上连接有第二低温反应腔室和高温反应腔室，第二低温反应腔室和高温反应腔室之间设有第二气体阀门；第一低温反应腔室、第二低温反应腔室、中温反应腔室、高温反应腔室均和移动导轨固定相连，第一低温反应腔室和中温反应腔室通过移动导轨的牵引在第一腔室导轨上滑动，且第一低温反应腔室依次与中温换热器、第一回热器、低温换热器接触，同时中温反应腔室依次与第二回热器、中温换热器接触；第二低温反应腔室和高温反应腔室通过移动导轨的牵引在第二腔室导轨上滑动，且第二低温反应腔室依次与低温换热器、第一回热器、中温换热器接触，同时高温反应腔室依次和第二回热器、高温换热器接触；低温换热器、第一回热器、中温换热器、高温换热器和第二回热器依次设置于换热器支架上。
2、 根据权利要求1所述的无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统， 其特征是，所述低温换热器、中温换热器和高温换热器中均注有换热流体。
3、 根据权利要求2所述的无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统， 其特征是，所述换热流体为H20、导热油、空气中的其中之一。
4、 根据权利要求1所述的无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统， 其特征是，所述第一低温反应腔室和第二低温反应腔室中填充低温反应盐，中温 反应腔室中填充中温反应盐，高温反应腔室中填充高温反应盐，四个反应腔室中 充注相同的反应气体。
5、 根据权利要求4所述的无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统， 其特征是，所述反应气体为冊3、 CH30H中的其中之一。
6、 根据权利要求4所述的无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统， 其特征是，所述低温反应盐为SrCl2、 CaCl2、 MnCl2、 BaCl2中的其中之一。
7、 根据权利要求4所述的无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统， 其特征是，所述中温反应盐为PbCl2、 MnCl2、 FeCl2、 ZnCl2中的其中之一。
8、 根据权利要求4所述的无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统， 其特征是，所述高温反应盐为CuCl2、 FeCl2、 NiCl2、 MgCl2中的其中之一。
全文摘要
一种热力工程技术领域的无流体切换阀门的二级气固反应热变温器系统，包括第一低温反应腔室、第二低温反应腔室、中温反应腔室、高温反应腔室、低温换热器、中温换热器、高温换热器、第一回热器、第二回热器、换热器支架、第一腔室导轨、第二腔室导轨、移动导轨、第一气体阀门和第二气体阀门，在系统运行过程中，利用移动导轨控制各反应腔室的位置和加热与冷却状态。本发明避免了采用流体切换阀门控制各腔室的加热与冷却状态，提高了系统运行的可靠性，增加了系统的经济性。
文档编号F25B29/00GK101464071SQ20091004506
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者鹏 张, 城 汪, 王如竹 申请人:上海交通大学