CN118347328A - 模块化热化学储热系统及控制方法 - Google Patents

模块化热化学储热系统及控制方法 Download PDF

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CN118347328A CN202310074905.2A CN202310074905A CN118347328A CN 118347328 A CN118347328 A CN 118347328A CN 202310074905 A CN202310074905 A CN 202310074905A CN 118347328 A CN118347328 A CN 118347328A
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苏浩
文宇
苏娟
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Abstract

本发明提供了一种模块化热化学储热系统及控制方法，包括储热仓、集水仓和管路组件，储热仓内填充有储热介质，集水仓内存储有液态水；管路组件能够将储热仓和集水仓连接为一体结构，或将储热仓和集水仓断开为分体结构，且管路组件可与真空泵连接，并按需实现模块化热化学储热系统的真空压力条件密封与调控；在储热工况下，储热仓内的水合态储热介质吸热发生分解反应，分解反应析出的水蒸气进入集水仓冷凝存储；在放热工况下，集水仓内的水吸热成为水蒸气，水蒸气进入储热仓内与脱水态储热介质发生水合反应放热。通过该方案，可至少解决现有的闭式热化学储热系统封存及更换不便，低品位热能利用率低及循环稳定性易受破坏问题。

Description

模块化热化学储热系统及控制方法
技术领域
本发明涉及化学储热技术领域，具体而言，涉及一种模块化热化学储热系统及控制方法。
背景技术
现有的热化学储热系统主要有开式系统和闭式系统两种，开式系统，密封性差，环境空气会进入储热仓内部并和内部材料进行化学反应(如O2会氧化内部材料，Ca(OH)2/CaO体系中，CO2会和CaO反应生产杂质CaCO3)，这不利于储热系统的循环稳定性。同时，空气组分中惰性及不凝性气体占据体系分压，增加管道沿程及储热介质孔隙内传质阻力，严重削弱热化学反应速率。
目前针对于放热反应的反应物含有水的闭式热化学储热系统，在放热工况，一般需要专门采用蒸汽发生器，即在放热工况还需要外界输入能量，才能维持热化学放热反应的持续进行。而且，当前闭式储热系统往往部件多且多种部件为分体结构、集成度低且操控维护流程复杂，尤其储热仓的替换很不方便。
发明内容
本发明提供了一种模块化热化学储热系统及控制方法，以至少解决现有技术中的闭式热化学储热系统封存及更换不便，低品位热能利用率低及循环稳定性易受破坏问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种模块化热化学储热系统，包括：储热仓，储热仓内填充有储热介质，作为热化学反应区；集水仓，集水仓内存储有液态水，作为蒸发冷凝区；管路组件，管路组件能够将储热仓和集水仓连接为一体结构，或将储热仓和集水仓断开为分体结构，且管路组件可与真空泵连接，并按需实现模块化热化学储热系统的真空压力条件密封与调控；模块化热化学储热系统具有储热工况和放热工况，在储热工况下，储热仓内的水合态储热介质吸热发生分解反应，分解反应析出的水蒸气进入集水仓冷凝存储；在放热工况下，集水仓内的水吸热成为水蒸气，水蒸气进入储热仓内与脱水态储热介质发生水合反应放热。
进一步地，管路组件包括调节阀门，调节阀门可开闭以将储热仓和集水仓连通或断开，且调节阀门的开度可调，以调节管路组件输送的水蒸气的流量。
进一步地，调节阀门包括第一阀门和第二阀门，管路组件还包括第一接管、第二接管、三通接管、第一接头、第二接头、第三接头和第三阀门；其中，第一接管的一端和储热仓连接，第一阀门用于通断第一接管及调节第一接管的流量，第二接管的一端和集水仓连接，第二阀门用于通断第二接管及调节第二接管的流量，第一接头用于将第一接管和三通接管的第一端连接或分离，第二接头用于将第二接管和三通接管的第二端连接或分离，第三阀门用于通断三通接管的第三端，第三接头用于将三通接管的第三端与真空泵连接或分离。
进一步地，储热仓的外壳通过外部环境传热对储热仓进行加热或冷却，或，储热仓内部设置有第一盘管，第一盘管内输入的流体对储热仓进行加热或冷却；水仓的外壳通过外部环境传热对集水仓进行加热或冷却，或，集水仓内部设置有第二盘管，第二盘管内输入的流体对集水仓进行加热或冷却。
进一步地，储热仓和集水仓内设置有可运行或停止的循环管路，储热仓放热产生的一部分热量将循环管路内的流体加热，加热后的流体输送至集水仓对集水仓进行加热，储热仓放热产生的另一部分热量加热外部受热器件。
进一步地，循环管路包括第一盘管、第二盘管、循环泵和控制阀门，第一盘管设置在储热仓内，第二盘管设置在集水仓内并和第一盘管连通，循环泵用于驱动循环管路内的流体流动，控制阀门用于通断循环管路。
进一步地，集水仓内具有两个相邻的独立腔体，两个独立腔体内分别存储有液态水和相变材料；其中，在储热工况下，进入集水仓的水蒸气加热相变材料并使其融化；在放热工况下，对相变材料进行促进成核结晶操控使其凝固并释放热量，相变材料释放的热量加热液态水以持续产生水蒸气。
进一步地，集水仓内设置有换热结构，换热结构穿入两个独立腔体内，以加强液态水或水蒸气与相变材料的换热。
进一步地，模块化热化学储热系统包括多个储热仓，多个储热仓中的任意一个可替换地通过管路组件与集水仓连接或断开；或，模块化热化学集水系统包括多个集水仓，多个集水仓中的任意一个可替换地通过管路组件与储热仓连接或断开。
根据本发明的另一方面，提供了一种控制方法，控制方法用于上述的模块化热化学储热系统，控制方法包括：在储热工况下，控制管路组件的阀门开启，对储热仓内的水合态储热介质加热，使其发生分解反应；对集水仓进行冷却，使分解反应产生的水蒸气进入集水仓内冷凝成液态水；在放热工况下，控制管路组件的阀门开启，对集水仓进行加热，加热产生的水蒸气进入储热仓内，水蒸气和储热仓内的脱水态储热介质进行水合反应并释放热量，释放的热量用于生活或工业需求；其中，通过控制对集水仓的加热速率或控制管路组件的阀门开度，调整储热仓内的放热速率；在非储热及放热工况下，控制管路组件的阀门关闭，以使集水仓内的水和储热仓内的储热介质隔断，从而实现长期存放。
进一步地，控制方法还包括：在非储热及放热工况下，将真空泵与管路组件连接，对模块化热化学储热系统内与真空泵连通的腔体抽真空，抽真空后的腔体内的压力小于1kPa；在储热工况或放热工况起始准备阶段，将真空泵与管路组件连接，对模块化热化学储热系统内与真空泵连通的腔体抽真空，抽真空后的腔体内的压力小于1kPa；在不需要抽真空的情况下，将真空泵与管路组件分离，或将管路组件中与真空泵对应的阀门关闭；其中，对于一体结构封存的模块化热化学储热系统，仅需进行一次抽真空操作，或者，在模块化热化学储热系统的性能衰减为小于设定标准时进行抽真空操作，以恢复模块化热化学储热系统的性能。
进一步地，控制方法还包括：在需要时，通过管路组件将分开的储热仓和集水仓连接为一体结构，或通过管路组件将已经连接的储热仓和集水仓断开为分体结构；或，储热仓为多个，通过管路组件将需要使用的储热仓与集水仓连接，并将不需要使用的储热仓与集水仓断开；或，集水仓为多个，通过管路组件将需要使用的集水仓与储热仓连接，并将不需要使用的集水仓与储热仓断开。
应用本发明的技术方案，提供了一种模块化热化学储热系统，包括储热仓、集水仓和管路组件，储热仓内填充有储热介质，作为热化学反应区；集水仓内存储有液态水，作为蒸发冷凝区；管路组件能够将储热仓和集水仓连接为一体结构，或将储热仓和集水仓断开为分体结构，且管路组件可与真空泵连接，并按需实现模块化热化学储热系统的真空压力条件密封与调控；模块化热化学储热系统具有储热工况和放热工况，在储热工况下，储热仓内的水合态储热介质吸热发生分解反应，分解反应析出的水蒸气进入集水仓冷凝存储；在放热工况下，集水仓内的水吸热成为水蒸气，水蒸气进入储热仓内与脱水态储热介质发生水合反应放热。采用本方案，通过管路组件可将储热仓和集水仓连接为一体结构，从而进行热化学反应吸热或放热，并且可将其断开为分体结构，这样实现了模块化设计，可对储热仓或集水仓进行单独存储或更换，解决了热化学储热系统封存及更换不方便的问题，提高了操作和应用场景的灵活性、保证了长期存储的可靠性；并且，通过真空泵可实现储热仓和集水仓内的真空环境，调控真空度，这样在环境温度下即可启动水合放热过程所需水蒸气，大大增加了应用环境低品位热能的潜力，由于系统内部为真空环境，可驱离氧气、二氧化碳及惰性、不凝性气体，可避免储热介质被氧化、碳化，可降低传质阻力，并增加水蒸发、冷凝动力，水蒸气可以更快速也更充分地扩散到整个储热仓内部，因此提高了反应速度和能量转换率；由于该系统与外界空气隔绝，储热介质可以长期保存，实现了长时间无损耗储热；此外，本方案通过上述结构的设置，无需专门设置蒸汽发生器，简化了系统的结构并且减少了对外部结构的依赖，不易受破坏，系统循环稳定性好，通过控制水蒸气压力，可以更灵活、主动地对热化学反应过程(如反应速率、反应温度等参数)进行实时调控。其中，储热介质可为氢氧化钙/氧化钙体系。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的实施例一提供的模块化热化学储热系统的示意图；
图2示出了本发明的实施例二提供的模块化热化学储热系统的示意图；
图3示出了本发明的实施例三提供的模块化热化学储热系统的示意图；
图4示出了本发明的实施例四提供的模块化热化学储热系统的示意图；
图5示出了本发明的实施例五提供的模块化热化学储热系统的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、储热仓；20、集水仓；30、管路组件；31、调节阀门；311、第一阀门；312、第二阀门；32、第一接管；33、第二接管；34、三通接管；35、第一接头；36、第二接头；37、第三接头；38、第三阀门；40、真空泵；51、第一盘管；52、第二盘管；53、循环泵；54、控制阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，本发明的实施例提供了一种模块化热化学储热系统，包括：储热仓10，储热仓10内填充有储热介质，作为热化学反应区；集水仓20，集水仓20内存储有液态水，作为蒸发冷凝区；管路组件30，管路组件30能够将储热仓10和集水仓20连接为一体结构，或将储热仓10和集水仓20断开为分体结构，且管路组件30可与真空泵40连接，并按需实现模块化热化学储热系统的真空压力条件密封与调控；模块化热化学储热系统具有储热工况和放热工况，在储热工况下，储热仓10内的水合态储热介质吸热发生分解反应，分解反应析出的水蒸气进入集水仓20冷凝存储；在放热工况下，集水仓20内的水吸热成为水蒸气，水蒸气进入储热仓10内与脱水态储热介质发生水合反应放热。
采用本方案，通过管路组件30可将储热仓10和集水仓20连接为一体结构，从而进行热化学反应吸热或放热，并且可将其断开为分体结构，这样实现了模块化设计，可对储热仓10或集水仓20进行单独存储或更换，解决了热化学储热系统封存及更换不方便的问题，提高了操作和应用场景的灵活性、保证了长期存储的可靠性；并且，通过真空泵40可实现储热仓10和集水仓20内的真空环境，调控真空度，这样在环境温度下即可启动水合放热过程所需水蒸气，大大增加了应用环境低品位热能的潜力，由于系统内部为真空环境，可驱离氧气、二氧化碳及惰性、不凝性气体，可避免储热介质被氧化、碳化，可降低传质阻力，并增加水蒸发、冷凝动力，水蒸气可以更快速也更充分地扩散到整个储热仓10内部，因此提高了反应速度和能量转换率；由于该系统与外界空气隔绝，储热介质可以长期保存，实现了长时间无损耗储热；此外，本方案通过上述结构的设置，无需专门设置蒸汽发生器，简化了系统的结构并且减少了对外部结构的依赖，不易受破坏，系统循环稳定性好，通过控制水蒸气压力，可以更灵活、主动地对热化学反应过程(如反应速率、反应温度等参数)进行实时调控。其中，储热介质可为氢氧化钙/氧化钙体系。
在储热系统初次装配时，对其内部进行抽真空处理，这既避免了空气中O2等成分和储热介质进行反应、影响循环稳定性，也可以强化水蒸发及水蒸气流动，提升系统充放热速率，同时减少不反应气体也能增强化学反应转化率。
如图1所示，在实施例一中，管路组件30包括调节阀门31，调节阀门31可开闭以将储热仓10和集水仓20连通或断开，且调节阀门31的开度可调，以调节管路组件30输送的水蒸气的流量。这样通过对调节阀门31的操作，可将储热仓10和集水仓20连通以进行热化学反应，或者通过调节开度调节管路组件30输送的水蒸气的流量，从而调控反应速率，或者将储热仓10和集水仓20断开以实现储热介质和水的分别存储，保证长期存储的可靠性。
如图2所示，在实施例二中，调节阀门31包括第一阀门311和第二阀门312，管路组件30还包括第一接管32、第二接管33、三通接管34、第一接头35、第二接头36、第三接头37和第三阀门38；其中，第一接管32的一端和储热仓10连接，第一阀门311用于通断第一接管32及调节第一接管32的流量，第二接管33的一端和集水仓20连接，第二阀门312用于通断第二接管33及调节第二接管33的流量，第一接头35用于将第一接管32和三通接管34的第一端连接或分离，第二接头36用于将第二接管33和三通接管34的第二端连接或分离，第三阀门38用于通断三通接管34的第三端，第三接头37用于将三通接管34的第三端与真空泵40连接或分离。
采用上述设置，容易实现管路的通断以及管路内流体流量的调节，便于对模块化热化学储热系统进行灵活控制。并且，通过拆装第一接头35可实现储热仓10的单独拆卸、安装或更换，这样系统成为分体结构，可分别对储热仓10集水仓20进行存储；通过拆装第二接头36可实现集水仓20的单独拆卸、安装或更换，这样系统成为分体结构，可分别对储热仓10集水仓20进行存储；通过第三接头37可连接或拆卸真空泵40，以在需要时使用真空泵40对模块化热化学储热系统进行抽真空、密封与调控。
在本方案中，对储热仓10和集水仓20，均可以用两种方式加热或冷却。例如，储热仓10的外壳通过外部环境传热对储热仓10进行加热或冷却，集水仓20的外壳通过外部环境传热对集水仓20进行加热或冷却。
或者，在外部环境温度不合适的情况下，如图3所示，在实施例三中，储热仓10内部设置有第一盘管51，第一盘管51内输入的流体对储热仓10进行加热或冷却；集水仓20内部设置有第二盘管52，第二盘管52内输入的流体对集水仓20进行加热或冷却。通过盘管主动输入高温或低温流体的方式，可提高对储热仓10和集水仓20内的温度可控性，从而控制和调节热化学反应速率，控制系统的吸热、放热速率。
如图4所示，在实施例四中，为了减少对外部环境的依赖，提高模块化热化学储热系统的独立性，储热仓10和集水仓20内设置有可运行或停止的循环管路，储热仓10放热产生的一部分热量将循环管路内的流体加热，加热后的流体输送至集水仓20对集水仓20进行加热，储热仓10放热产生的另一部分热量加热外部受热器件。其中，受热器件可以为家用热水器等家用装置，也可以为工业装置。
通过上述设置，放热工况在环境温度不足时，可以通过循环管路利用储热仓10放出的一部分热量实现对集水仓20的加热，循环管路中流体在储热仓10内被加热后流入到集水仓20中对集水仓20加热，使集水仓20内的水持续变为水蒸气，从而保证放热反应的持续进行。
具体地，循环管路包括第一盘管51、第二盘管52、循环泵53和控制阀门54，第一盘管51设置在储热仓10内，第二盘管52设置在集水仓20内并和第一盘管51连通，循环泵53用于驱动循环管路内的流体流动，控制阀门54用于通断循环管路。这样通过第一盘管51、第二盘管52、循环泵53和控制阀门54的配合，实现了流体的流动以及流量、流速的调节，从而对储热仓10内的热化学反应速度进行控制。
如图5所示，在实施例五中，为了加快放热过程的启动，集水仓20内具有两个相邻的独立腔体，两个独立腔体内分别存储有液态水和相变材料；其中，在储热工况下，进入集水仓20的水蒸气加热相变材料并使其融化，这样可通过相变材料存储热量；在放热工况下，对相变材料进行促进成核结晶操控使其凝固并释放热量，相变材料释放的热量加热液态水以持续产生水蒸气。
其中，相变材料可以为三水乙酸钠等材料，三水乙酸钠被封装在集水仓20中，可以和集水仓20内的水进行传热，但无传质。在储热过程中，高温水蒸气进入集水仓20后会加热三水乙酸钠并使其融化，随着温度降低，由于三水乙酸钠的过冷特性，其不会进行结晶，但是当需要储热仓10放热时，可以对三水乙酸钠进行促进成核结晶操控使其迅速结晶并释放大量热量，从而集水仓20内的水受热持续产生水蒸气，以实现储热仓10放热过程的迅速启动。
为了提高换热效果，集水仓20内设置有换热结构，换热结构穿入两个独立腔体内，从而加强液态水或水蒸气与相变材料的换热。换热结构可以为肋片、换热棒等，换热结构采用导热好的材料制成。
在本方案中，还可将模块化热化学储热系统设计为包括多个储热仓10，多个储热仓10中的任意一个可替换地通过管路组件30与集水仓20连接或断开；或，模块化热化学集水系统包括多个集水仓20，多个集水仓20中的任意一个可替换地通过管路组件30与储热仓10连接或断开。
这样储热仓10或集水仓20可以根据需要进行拆分和更换，实现了模块化热化学储热系统更灵活地运用，有利于降低长期储热时，储热仓10替换和存储的成本，由于热量被存储于储热仓10，仅仅需要替换和存储储热仓10即可，由于模块化设计，一个集水仓20和管路组件30可以依次对接多个储热仓10，减少需要生产的集水仓20的数量。
本发明的另一方面，提供了一种控制方法，控制方法用于上述的模块化热化学储热系统，控制方法包括以下步骤：
在储热工况下，控制管路组件30的阀门开启，对储热仓10内的水合态储热介质加热，使其发生分解反应；为了维持分解反应的持续进行，对集水仓20进行冷却，使分解反应产生的水蒸气进入集水仓20内冷凝成液态水；
在放热工况下，控制管路组件30的阀门开启，对集水仓20进行加热，加热产生的水蒸气进入储热仓10内，水蒸气和储热仓10内的脱水态储热介质进行水合反应并释放热量，释放的热量用于生活或工业需求；其中，通过控制对集水仓20的加热速率或控制管路组件30的阀门开度，调整储热仓10内的放热速率；
在非储热及放热工况下，控制管路组件30的阀门关闭，以使集水仓20内的水和储热仓10内的储热介质隔断，从而实现长期存放。
通过上述步骤，实现了模块化热化学储热系统的储热及放热操作，保证了热化学反应持续进行，并且可根据需要对模块化热化学储热系统进行停运、密封以及长期存储。
进一步地，控制方法还包括以下步骤：
在非储热及放热工况下，将真空泵40与管路组件30连接，对模块化热化学储热系统内与真空泵40连通的腔体抽真空，抽真空后的腔体内的压力小于1kPa；
在储热工况或放热工况起始准备阶段，将真空泵40与管路组件30连接，对模块化热化学储热系统内与真空泵40连通的腔体抽真空，抽真空后的腔体内的压力小于1kPa；
在不需要抽真空的情况下，将真空泵40与管路组件30分离，或将管路组件30中与真空泵40对应的阀门关闭；
其中，对于一体结构封存的模块化热化学储热系统，仅需进行一次抽真空操作，或者，在模块化热化学储热系统的性能衰减为小于设定标准时进行抽真空操作，以恢复模块化热化学储热系统的性能。
这样通过真空泵40可实现储热仓10和集水仓20内的真空环境，调控真空度，这样在环境温度下即可启动水合放热过程所需水蒸气，大大增加了应用环境低品位热能的潜力，由于系统内部为真空环境，可驱离氧气、二氧化碳及惰性、不凝性气体，可避免储热介质被氧化、碳化，可降低传质阻力，并增加水蒸发、冷凝动力，水蒸气可以更快速也更充分地扩散到整个储热仓10内部，因此提高了反应速度和能量转换率。通过控制水蒸气压力，可以更灵活、主动地对热化学反应过程进行实时调控。
并且，由于系统内为真空环境，液态水可以在低温条件下沸腾，因此也可以利用集水仓20从环境中吸热，从而实现制冷，即利用环境温度对集水仓20加热产生水蒸气并和储热仓10内的储热介质反应，这样既实现了对环境的制冷，也避免额外提供能量供集水仓20加热，提高了能量转换率。
进一步地，控制方法还包括以下步骤：
在需要时，通过管路组件30将分开的储热仓10和集水仓20连接为一体结构，以进行热化学反应，或通过管路组件30将已经连接的储热仓10和集水仓20断开为分体结构，以实现分体长期存储；
或，储热仓10为多个，通过管路组件30将需要使用的储热仓10与集水仓20连接，并将不需要使用的储热仓10与集水仓20断开；或，集水仓20为多个，通过管路组件30将需要使用的集水仓20与储热仓10连接，并将不需要使用的集水仓20与储热仓10断开。这样储热仓10或集水仓20可以根据需要进行拆分和更换，实现了模块化热化学储热系统更灵活地运用，有利于降低长期储热时，储热仓10替换和存储的成本。
本发明提供的模块化热化学储热系统及控制方法，具有以下特点或技术效果：
通过真空压力条件密封与调控可实现模块化热化学储热系统快速热启动、强化储放热过程热化学反应动力、提高对环境低品位热能的利用能力，且配合使用管路组件30可实现一体或分体封存与更换，并确保所蓄存化学能长期无损耗，具有模块化操作优势。
在无热化学反应(无充热、放热需求)时，通过管路组件30及配合使用真空泵40，储热仓10、集水仓20可实现分体及一体(非连通)区域的中真空等级以上(<1kPa)压力条件密封。这一方面，避免了体系内氧化(强化传热介质在高温条件下会被O2氧化)、碳化(储热介质会与CO2发生碳化)，保证了储热介质储、传热性能及稳定性，便于长期封存而无化学能损耗；另一方面，便于各分体的更换、适配，及其模块化与灵活应用。
在有热化学反应(有充热、放热需求)时，通过管路组件30及配合使用真空泵40，实现各分体连接，并维持连通体内中低真空(<50kPa)等级以上压力条件密封与调控(其中，中真空等级以上压力条件为热化学反应初始要求，低真空压力条件为热化学反应过程中由连通腔体水蒸气压力上升引起)。这创造了三方面技术优势：
(1)驱离系统腔体内及储热介质间隙内的氧气、二氧化碳及惰性、不凝性气体(惰性、不凝性气体占位会大幅增加管道沿程及储热介质孔隙内传质阻力)，显著加速水蒸发、冷凝动力及水蒸气在管路及储热介质孔隙内的迁移速度，最终提高热化学反应动力、转化率及响应速度(对于充热过程，这进而降低了储热介质热分解温度，也即便于充热；对于放热过程，这加速了储热介质初始水合反应，提高了热启动速度)；
(2)通过调控真空度，在环境温度下即可启动水合放热过程所需水蒸发，大大增加了应用环境低品位热能的潜力；
(3)通过控制系统内的水蒸气压力，可以更灵活、主动地对热化学反应过程(包括过程、反应速率、反应温位重要参量)进行实时调控。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种模块化热化学储热系统，其特征在于，包括：
储热仓(10)，所述储热仓(10)内填充有储热介质，作为热化学反应区；
集水仓(20)，所述集水仓(20)内存储有液态水，作为蒸发冷凝区；
管路组件(30)，所述管路组件(30)能够将所述储热仓(10)和所述集水仓(20)连接为一体结构，或将所述储热仓(10)和所述集水仓(20)断开为分体结构，且所述管路组件(30)可与真空泵(40)连接，并按需实现所述模块化热化学储热系统的真空压力条件密封与调控；
所述模块化热化学储热系统具有储热工况和放热工况，在储热工况下，所述储热仓(10)内的水合态储热介质吸热发生分解反应，分解反应析出的水蒸气进入所述集水仓(20)冷凝存储；在放热工况下，所述集水仓(20)内的水吸热成为水蒸气，水蒸气进入所述储热仓(10)内与脱水态储热介质发生水合反应放热。
2.根据权利要求1所述的模块化热化学储热系统，其特征在于，所述管路组件(30)包括调节阀门(31)，所述调节阀门(31)可开闭以将所述储热仓(10)和所述集水仓(20)连通或断开，且所述调节阀门(31)的开度可调，以调节所述管路组件(30)输送的水蒸气的流量。
3.根据权利要求2所述的模块化热化学储热系统，其特征在于，所述调节阀门(31)包括第一阀门(311)和第二阀门(312)，所述管路组件(30)还包括第一接管(32)、第二接管(33)、三通接管(34)、第一接头(35)、第二接头(36)、第三接头(37)和第三阀门(38)；其中，所述第一接管(32)的一端和所述储热仓(10)连接，所述第一阀门(311)用于通断所述第一接管(32)及调节所述第一接管(32)的流量，所述第二接管(33)的一端和所述集水仓(20)连接，所述第二阀门(312)用于通断所述第二接管(33)及调节所述第二接管(33)的流量，所述第一接头(35)用于将所述第一接管(32)和所述三通接管(34)的第一端连接或分离，所述第二接头(36)用于将所述第二接管(33)和所述三通接管(34)的第二端连接或分离，所述第三阀门(38)用于通断所述三通接管(34)的第三端，所述第三接头(37)用于将所述三通接管(34)的第三端与所述真空泵(40)连接或分离。
4.根据权利要求1所述的模块化热化学储热系统，其特征在于，
所述储热仓(10)的外壳通过外部环境传热对所述储热仓(10)进行加热或冷却，或，所述储热仓(10)内部设置有第一盘管(51)，所述第一盘管(51)内输入的流体对所述储热仓(10)进行加热或冷却；
所述集水仓(20)的外壳通过外部环境传热对所述集水仓(20)进行加热或冷却，或，所述集水仓(20)内部设置有第二盘管(52)，所述第二盘管(52)内输入的流体对所述集水仓(20)进行加热或冷却。
5.根据权利要求1所述的模块化热化学储热系统，其特征在于，所述储热仓(10)和所述集水仓(20)内设置有可运行或停止的循环管路，所述储热仓(10)放热产生的一部分热量将所述循环管路内的流体加热，加热后的流体输送至所述集水仓(20)对所述集水仓(20)进行加热，所述储热仓(10)放热产生的另一部分热量加热外部受热器件。
6.根据权利要求5所述的模块化热化学储热系统，其特征在于，所述循环管路包括第一盘管(51)、第二盘管(52)、循环泵(53)和控制阀门(54)，所述第一盘管(51)设置在所述储热仓(10)内，所述第二盘管(52)设置在所述集水仓(20)内并和所述第一盘管(51)连通，所述循环泵(53)用于驱动所述循环管路内的流体流动，所述控制阀门(54)用于通断所述循环管路。
7.根据权利要求1所述的模块化热化学储热系统，其特征在于，所述集水仓(20)内具有两个相邻的独立腔体，两个所述独立腔体内分别存储有液态水和相变材料；其中，在储热工况下，进入所述集水仓(20)的水蒸气加热相变材料并使其融化；在放热工况下，对相变材料进行促进成核结晶操控使其凝固并释放热量，相变材料释放的热量加热液态水以持续产生水蒸气。
8.根据权利要求7所述的模块化热化学储热系统，其特征在于，所述集水仓(20)内设置有换热结构，所述换热结构穿入两个所述独立腔体内，以加强液态水或水蒸气与相变材料的换热。
9.根据权利要求1所述的模块化热化学储热系统，其特征在于，
所述模块化热化学储热系统包括多个所述储热仓(10)，多个所述储热仓(10)中的任意一个可替换地通过所述管路组件(30)与所述集水仓(20)连接或断开；或，
所述模块化热化学集水系统包括多个所述集水仓(20)，多个所述集水仓(20)中的任意一个可替换地通过所述管路组件(30)与所述储热仓(10)连接或断开。
10.一种控制方法，其特征在于，所述控制方法用于权利要求1至9中任一项所述的模块化热化学储热系统，所述控制方法包括：
在储热工况下，控制所述管路组件(30)的阀门开启，对所述储热仓(10)内的水合态储热介质加热，使其发生分解反应；对所述集水仓(20)进行冷却，使分解反应产生的水蒸气进入所述集水仓(20)内冷凝成液态水；
在放热工况下，控制所述管路组件(30)的阀门开启，对所述集水仓(20)进行加热，加热产生的水蒸气进入所述储热仓(10)内，水蒸气和所述储热仓(10)内的脱水态储热介质进行水合反应并释放热量，释放的热量用于生活或工业需求；其中，通过控制对所述集水仓(20)的加热速率或控制所述管路组件(30)的阀门开度，调整所述储热仓(10)内的放热速率；
在非储热及放热工况下，控制所述管路组件(30)的阀门关闭，以使所述集水仓(20)内的水和所述储热仓(10)内的储热介质隔断，从而实现长期存放。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
在非储热及放热工况下，将真空泵(40)与所述管路组件(30)连接，对所述模块化热化学储热系统内与所述真空泵(40)连通的腔体抽真空，抽真空后的腔体内的压力小于1kPa；
在储热工况或放热工况起始准备阶段，将所述真空泵(40)与所述管路组件(30)连接，对所述模块化热化学储热系统内与所述真空泵(40)连通的腔体抽真空，抽真空后的腔体内的压力小于1kPa；
在不需要抽真空的情况下，将所述真空泵(40)与所述管路组件(30)分离，或将所述管路组件(30)中与所述真空泵(40)对应的阀门关闭；
其中，对于一体结构封存的所述模块化热化学储热系统，仅需进行一次抽真空操作，或者，在所述模块化热化学储热系统的性能衰减为小于设定标准时进行抽真空操作，以恢复所述模块化热化学储热系统的性能。
12.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
在需要时，通过所述管路组件(30)将分开的所述储热仓(10)和所述集水仓(20)连接为一体结构，或通过所述管路组件(30)将已经连接的所述储热仓(10)和所述集水仓(20)断开为分体结构；或，
所述储热仓(10)为多个，通过所述管路组件(30)将需要使用的所述储热仓(10)与所述集水仓(20)连接，并将不需要使用的所述储热仓(10)与所述集水仓(20)断开；或，
所述集水仓(20)为多个，通过所述管路组件(30)将需要使用的所述集水仓(20)与所述储热仓(10)连接，并将不需要使用的所述集水仓(20)与所述储热仓(10)断开。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN119554904A (zh) * 2025-01-24 2025-03-04 深圳大学 基于化学可逆热效应的储温装置及储温装置的管控方法
CN119617935A (zh) * 2024-12-11 2025-03-14 上海交通大学 一种热化学储能模块及装置

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