具有复合材料制成的罩壳的热化学系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种热化学系统，所述热化学系统包括反应器（1），或储存能够吸收气体的固态的反应物的储存罩壳，反应物（2）和气体使得：当反应物和气体都存在时，反应物和气体是一化学反应的对象，所述化学反应具有通过反应物（2）吸收气体的作用，且反应物和气体是一逆化学反应的对象，所述逆化学反应用于当反应物已吸收气体时，在施加于反应物的加热部件（17）的作用下，解吸由反应物所吸收的气体。该热化学系统的特征在于，反应器（1）由复合材料制成的外罩壳（9）组成，外罩壳包围容置反应物的密封的内罩壳（8），加热部件（17）布置在两个壳体（8，9）之间。
【专利说明】具有复合材料制成的罩壳的热化学系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及对热化学系统的改良，所述热化学系统用于特别是在制冷和/或加热装置中以及在以盐类形式储存气体的储存系统中使用。
【背景技术】
[0002]已知这样的系统，所述系统利用可逆的和强放热的热化学反应的特性，在所述反应的过程中反应物，如盐类和特别是氯化钙或氯化钡，吸收合适的气体，如特别是氨。这种反应的可逆性允许，一旦反应结束，通过盐类的加热对初始气体进行回收，以使得循环可以重复。
[0003]这种特性在制冷系统中被利用，在制冷系统中，热化学系统与容置液相形式的气体的储容器受控地连通。当两壳体被连通时，容置在储容器中的液态气体蒸发，这吸收一定数量的热量，使得储容器冷却，并且这种气体被产生上述的化学反应的反应物吸收，以使得反应器是放热源。一旦反应结束，如果加热容置在反应器中的反应物，则释出在反应物中所吸收的气体并且气体从而在储容器中冷凝。
[0004]也可使用该系统来保证在上述热化学反应中实施的气体的储存。
[0005]可以理解的是，由于在热化学反应时所实施的高压，能够作为这类反应的地点的反应器应具有高机械强度，这是为什么这类反应器以耐抗性材料制成如特别是以钢或优选地以不锈钢制成的原因。
[0006]这类构造具有多个弊端。第一弊端在于仅仅允许实施大重量的反应器，这使得这些技术的使用在要求仪器轻便性的领域中不具竞争性。
[0007]此外，这些反应器以昂贵的材料制成，这对于实施同时要求良好的技术性和由专家使用的专门硬件，会显著加重系统的成本负担。
[0008]最后，在这类反应器中，如果期望从这类反应器的周边保证加热，受限于使用一种外部加热套筒。在外部加热套筒在使用反应器时曝露于能够将其损坏的多种外部侵害源的范围内，这类布置对于使用而言并不令人满意。此外，加热部件与反应物在反应器内部的布置还具有这样的弊端:具有在布置时或仅仅只是在使用时使其损坏的风险。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于通过提出一种热化学系统来消除这些弊端，所述热化学系统同时结合小重量和良好的制造便利性，此外这允许将加热部件完全在反应器的壳体集成，从而避免这些反应器的各种损坏风险。
[0010]本发明的对象从而在于一种热化学系统，所述热化学系统包括反应器，或储存能够吸收气体的固态的反应物的储存罩壳，反应物和气体使得:当反应物和气体都存在时，反应物和气体是一化学反应的对象，所述化学反应具有通过反应物吸收气体的作用，且反应物和气体是一逆化学反应的对象，所述逆化学反应用于反应物吸收气体时，在施加于反应物的加热部件的作用下，解吸由反应物所吸收的气体，其特征在于，反应器由复合材料制成的外罩壳组成，外罩壳包围容置反应物的密封的内罩壳，加热部件布置在这两个壳体之间。
[0011]优选地，加热部件布置在内罩壳的外表面上。加热部件可由至少一电阻组成，所述至少一电阻基本上螺旋地卷绕在内罩壳的外表面上。加热部件还可由加热织物组成。
[0012]根据本发明的热化学系统的反应器优选地可是圆柱形的。所述反应器可包括使气体在反应器的内部扩散的扩散部件。
[0013]这些扩散部件可由在反应物中心、基本上沿着反应器的纵向轴布置的扩散器组成。
[0014]扩散部件还可布置在内罩壳的内表面上。
[0015]这类热化学系统对于制冷和/或供热是特别有利的，为此，所述热化学系统包括使反应器与容置液化形式的所述气体的储容器受控连通的连通部件。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]在下文中，将作为非限制性示例参照附图描述本发明的一实施方式，附图中:
[0017]-图1是反应器的示意性局部剖视图，示出根据本发明的热化学系统在称为“开放”类型的应用中的运行原理，
[0018]-图2是在根据本发明的热化学系统中实施的反应器的纵向和径面剖视图，
[0019]-图3是根据本发明的反应器的一实施方式的示意性横向和径面剖视图，
[0020]-图4是示出在根据本发明的热化学系统中实施的反应器的制造模式的示意图，
[0021]-图5是反应器的示意性局部剖视图，示出根据本发明的热化学系统在称为“封闭”类型的应用中的运行原理，
[0022]-图6是在根据本发明的热化学系统中实施的反应器的第二实施方式的示意性透视和局部剖视图，
[0023]-图7是不出气体从内罩壳的内表面扩散的扩散模式的反应器的纵向和径面剖视图。
【具体实施方式】
[0024]在图1上示意性地示出的热化学系统主要包括反应器1，所述反应器容纳反应物2且在控制阀5的控制下通过管道6与外部使用部件7连通。如在下文所阐述的和已知地，反应物和特定气体使得，反应物能够通过放热热化学反应吸收气体，和继而当加热反应物2时，能够通过逆热化学反应释出气体。
[0025]在图2上不出的本发明的实施方式中，反应器I的主体由两个罩壳组成，即一内罩壳8或“衬垫”和一外罩壳9。
[0026]内罩壳8本身由两个金属元件形成，特别是由以不锈钢制成的两个金属元形成，大约Imm的较小厚度的圆柱形主体8a，其底部的形状优选地是半球形的且在其上部分打开，以接纳半球形头部8b，所述半球形头部例如通过焊缝10固定在主体上，以使之保证对气体以及液体而言的良好密封性。
[0027]内罩壳8接纳反应物2，反应物优选地以相互堆叠的饼形被布置在内罩壳的内部。
[0028]头部Sb沿着储容器I的纵向轴yy’被气体供给导管11穿过，供给导管在头部上固定并基本上在反应器I的整个长度上通过扩散器13延长到反应器的内部。经过反应物2的该扩散器，用于允许实施直接热化学反应所需的气体在反应器I中的均匀分布以及允许在通过反应物2的加热激活的逆热化学反应时气体从反应器的出离。
[0029]扩散器13还允许保证气体在反应物中沿着一径向路径扩散。可以观察到，实际上，反应物2的渗透性在垂直于轴向实施的压缩的方向的这种方向上是最优的。
[0030]为了组成扩散器13，导管11在这样的区域中钻有孔洞14，通过该区域导管穿过反应物质2并由一个或多个金属过滤格栅15围绕。
[0031]根据本发明以及如在图2上所示，为了给反应物提供对其用以保证激活逆热化学反应所必需的热量,在内罩壳8上卷绕加热元件,加热元件可由电阻17组成,如在图2上所示，或由加热织物19组成，如在图3上所示。
[0032]继而在内罩壳8上形成外罩壳9。为此，如在图4上示意性地示出，可使用内罩壳作为芯棒，在内罩壳被施以转动后，在其外表面上展开纤维，例如碳纤维、玻璃纤维或合成材料纤维，如特别是kelvar，以形成一类线卷，所述线卷继而将或与展开同时地埋入热固性或热塑性树脂中，例如环氧树脂、聚酯树脂或聚酰胺树脂。
[0033]复合材料制成的外罩壳9的作用在于赋予反应器I以良好的机械强度，为此，本领域的技术人员将能够选择纤维的属性和要使用的树脂的属性以及要提供给罩壳壁的厚度。
[0034]本发明从而允许获得一种反应器，所述反应器不仅具有复合材料容器所固有的轻质的特性,此外还集成其本有的加热部件。从而避免外部加热元件或内部加热元件损坏的风险，外部加热元件如加热套筒，外部加热元件不被保护免受多样的外部侵害，内部加热元件位于反应器的壳体中且可能要么在布置反应物时要么在使用反应器时被损坏。
[0035]已知地，容置在反应器I中的反应物2例如是氯化钙，氯化钙优选地与惰性集料混合，惰性集料例如由膨胀天然石墨(GNE)组成，以增大其渗透性和从而利于气体在反应物内的扩散。一旦进行混合，反应物优选地在反应器I的纵向方向yy’上被压缩。
[0036]在图1上示出的根据本发明的热化学系统可被使用于保证达到不同技术应用的多种功能。
[0037]特别有利的应用在于，在其中，热化学系统被使用于制热和制冷。在图5上示出的该已知的应用中，外部使用部件7由储容器4组成，储容器容置液态气体，所述液态气体能够与反应物起反应和以液相进行储存。
[0038]已知地，系统的运行如下文所描述建立。在控制阀5打开时，在储容器4中以液相储存的气体蒸发，从而吸收热量，以使得储容器4冷却，并且气体通过扩散器13在反应物2中分布，反应物根据反应物和所使用的气体所固有的特定热化学反应引受气体；这种反应是放热的，以使得反应器I加热。只要在储容器4中仍有气体和反应物2不饱和，反应继续进行。继而，如果通过电阻17或加热织物19执行对反应器I供热，反应物2解吸回到其发生冷凝的储容器4的气体。
[0039]作为示例，在反应物由氯化钙组成和气体由氨组成的情形下，这种热化学反应如下:
[0040]Ca (NH3) 6Cl2〈->Ca (NH3) 2Cl2+4 (NH3) - δ He
[0041]可以理解的是，在允许以重量小且体积小的方式潜在地同时储存热量(反应器I的加热)和制冷(储容器4的冷却)的范围内，这类系统是特别有利的。
[0042]在图6上示出的本发明的另一实施方式中，内罩壳8由合成材料组成且其外周表面设有螺旋形槽道，在螺旋形槽道中布置电阻17’，如前文所展示的，电阻允许激活逆热化学反应。
[0043]在本发明的另一实施方式中，气体在反应物2的内部的扩散通过内罩壳8来保证。为此，以及如在图7上所示，内罩壳8的内表面设有螺旋形槽道21，通过螺旋形槽道气体被导引至与反应物2的外周表面相接触。为了改善气体在反应物中的扩散，当然可设置相互插置的多个螺旋形槽道21。
[0044]在本发明的一实施变型中，将可使用补充加热部件，或附属加热部件，所述加热部件将在反应器的纵向轴XX’附近被布置在反应器的中心部分处置。这些附属加热部件将优选地围绕扩散器13布置。附属加热部件将可例如由一加热筒管组成，加热筒管将在扩散器13上穿入。
【权利要求】
1.一种热化学系统，所述热化学系统包括反应器(1)，或储存能够吸收气体的固态的反应物的储存罩壳，反应物(2)和气体使得:当反应物和气体都存在时，反应物和气体是一化学反应的对象，所述化学反应具有通过反应物(2 )吸收气体的作用，且反应物和气体是一逆化学反应的对象，所述逆化学反应用于当反应物已吸收气体时，在施加于反应物的加热部件(17，17’ )的作用下，解吸由反应物所吸收的气体， 其特征在于，所述反应器(I)由复合材料制成的外罩壳(9)组成，所述外罩壳包围容置反应物(2)的密封的内罩壳(8)，所述加热部件(17，17’，19)至少布置在这两个壳体(8，9)之间。
2.根据权利要求1所述的热化学系统，其特征在于，所述内罩壳(8)是金属的，特别是以不锈钢组成。
3.根据权利要求1或2所述的热化学系统，其特征在于，所述内罩壳(8)由两个元件组成，即主体(8a)，所述主体在其上部分是打开的，以在反应物(2)引入所述主体(8a)中之后接纳头部(8b)，该头部(8b)密封地固定在所述主体(8a)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热化学系统，其特征在于，所述加热部件(17，17’ , 19)布置在所述内罩壳(8)的外表面上。
5.根据权利要求4所述的热化学系统，其特征在于，所述加热部件由至少一电阻(17)组成，所述至少一电阻基本上螺旋地卷绕在所述内罩壳(8 )的外表面上。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的热化学系统，其特征在于，所述加热部件由加热织物(17’)组成。
7.根据权利要求1所述的热化学系统，其特征在于，所述内罩壳(8)由合成材料组成，其外周表面设有螺旋形槽道，在所述螺旋形槽道中布置加热电阻。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的热化学系统，其特征在于，所述反应器(I)是圆柱形的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热化学系统，其特征在于，所述反应器(I)配有使气体在所述反应器中扩散的扩散部件。
10.根据权利要求9所述的热化学系统，其特征在于，所述扩散部件由在反应物(2)的中心、基本上沿着所述反应器(I)的纵向轴(yy’)布置的扩散器(13)组成。
11.根据权利要求9所述的热化学系统，其特征在于，所述扩散部件(21)设置在所述内罩壳(8)的内表面上。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的热化学系统，其特征在于，所述热化学系统包括在所述反应器(I)的中心部分附近布置的附属加热部件。
13.根据权利要求12所述的热化学系统，其特征在于，所述附属加热部件围绕扩散器(13)布置。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的热化学系统，其特征在于，所述热化学系统包括使所述反应器(I)与容置液化形式的所述气体的储容器(4)受控连通的连通部件。
【文档编号】F25B35/04GK103477163SQ201180061269
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2011年10月20日 优先权日:2010年10月20日
【发明者】L·里戈, F·金德贝泰, L·迪特吕 申请人:科尔德维公司