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能量存储装置

阅读：279发布：2021-02-26

IPRDB可以提供能量存储装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于化学吸附的能量存储装置，其能够根据所需的能量输出提供电力、加热或冷却。该装置典型地包括在不同温度下具有对制冷剂气体的亲和力的吸附剂材料。，下面是能量存储装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于化学吸附的能量存储装置，包括：

包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在第一温度下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在第二温度下具有对所述制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和所述第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一吸附剂材料和/或所述第二吸附剂材料中或从所述第一吸附剂材料和/或所述第二吸附剂材料中取出热量的机构；

压缩机/膨胀器模块，所述压缩机/膨胀器模块选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

其中所述用于输入热量到所述第一吸附剂材料和/或所述第二吸附剂材料中或从所述第一吸附剂材料和/或所述第二吸附剂材料中取出热量的机构在所述压缩机/膨胀器模块和所述第一化学反应器和所述第二化学反应器之间提供制冷剂流，且其中所述压缩机/膨胀器模块可操作，以根据能力存储需求压缩或膨胀所述制冷剂。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一温度是高温，所述第二温度是低温。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述制冷剂是氨。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述制冷剂是甲醇。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述制冷剂是蒸汽。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的装置，其中所述第一吸附剂材料是选自以下的一种盐：金属卤化物、金属硫化物和金属硫酸盐。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第一吸附剂材料是选自以下组的一种盐：NiCl2、CaCl2、MgCl2、MgSO4和MnCl2。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的装置，其中所述第二吸附剂材料是选自以下的一种盐：金属卤化物、金属硫化物和金属硫酸盐。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述盐选自以下组：CaCl2、SrCl2、BaCl2和NaBr。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的装置，其中所述第一吸附剂材料和/或所述第二吸附剂材料是多孔的。

11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的装置，其中设有阀，以提供选择性的连接到所述压缩机/膨胀器模块。

12.一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量的方法，

所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对所述制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和所述第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器或从所述第一化学反应器和所述第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，所述压缩机/膨胀器模块选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

所述方法包括：

加热所述第一化学反应器以从所述第一吸附剂材料释放制冷剂气体；

压缩从所述第一化学反应器释放的所述制冷剂气体，及

将压缩的制冷剂气体输送至所述第二化学反应器，所述压缩的制冷剂气体吸附到所述第二吸附剂材料上。

13.一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量的方法，

所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和所述第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和所述第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，所述压缩机/膨胀器模块选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

所述方法包括：

加热所述第一化学反应器以从所述第一吸附剂材料释放制冷剂气体；

膨胀从所述第一化学反应器释放的所述制冷剂气体，及

将制冷剂气体输送至所述第二化学反应器，所述制冷剂气体吸附到所述第二吸附剂材料上。

14.一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量并产生电力和制冷的方法，所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和所述第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和所述第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，所述压缩机/膨胀器模块选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

所述方法包括：

加热所述第二化学反应器以释放高压制冷剂气体；

将所述高压制冷剂气体输送至所述压缩机/膨胀器模块；

膨胀所述高压制冷剂气体以产生电力和废弃的制冷剂气体；及

将所述废弃的制冷剂气体输送至所述第一化学反应器，用于吸附到所述第一吸附剂材料上。

15.一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量并产生热量的方法，所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和所述第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和所述第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，所述压缩机/膨胀器模块选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

所述方法包括：

加热所述第二化学反应器以释放高压制冷剂气体；及

将所述高压制冷剂气体直接地输送至所述第一化学反应器，使得所述高压制冷剂气体吸附到所述第一吸附剂材料上以提供热量。

16.一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量并产生制冷的方法，所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和所述第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和所述第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，所述压缩机/膨胀器模块选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

所述方法包括：

从外部源吸取热量并引导此热量至所述第二化学反应器，使得制冷剂气体从所述第二吸附剂材料释放；及将所述制冷剂气体直接地输送至所述第一化学反应器，其中所述制冷剂气体被吸附到所述第一吸附剂材料上。

17.根据权利要求12至16中任一权利要求所述的方法，其中所述装置是权利要求1至11中任一权利要求所述的装置。

说明书全文

能量存储装置

技术领域

[0001] 本发明公开了一种能量存储装置。特别地，公开了一种基于化学吸附的能量存储装置，其能够根据所需的能量输出提供电力、加热或冷却。

背景技术

[0002] 为了减少人们对于矿物燃料的依赖并提高人们在能量输出是由天气控制而不是由能量需求控制的情况下存储由能源提供的能量的能力，能量存储的研发是必须的。诸如风和水波的能源可在能量需求较低时提供过剩的能量，比如在夜间，而有效地存储过剩能量直到需求增加之时的能力是所需的。

[0003] 有几种目前使用的能量存储类型，使用的类型是根据所需的能量存储的量，因为一些能量存储类型变得极其昂贵且无法实现地庞大。常规的压缩空气能量存储(CAES)用于从大约10至300兆瓦的大型能量存储，比如电网。原则上，例如，一个与连接到电网的风力发电厂结合的CAES系统能够在由风力发电厂产生的能量在电网上不被需求时，通过将空气压缩而将能量存储在地下，并且将压缩空气存储在不渗透的洞穴中。当能源需求增加时，在洞穴里的压缩空气被释放并用于发电。因为传统的CAES系统需要特定的地质条件，CAES站的位置是被限制的。

[0004] WO2010138677公开了一种吸附增强的压缩空气能量系统，其中存储容器设有多孔材料，例如碳、硅胶或沸石。由于多孔材料的存在，压缩气体更容易被存储，因为吸附相比游离气体致密得多，从而减少了所需的存储罐的体积。

发明内容

[0005] 根据第一个方面，提供了一种基于化学吸附的能量存储装置，包括：

[0006] 包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在第一温度下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在第二温度下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一吸附剂材料和/或第二吸附剂材料中或从所述第一吸附剂材料和/或第二吸附剂材料中取出热量的机构；

[0007] 压缩机/膨胀器模块，其选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

[0008] 其中所述用于输入热量到所述第一吸附剂材料和/或第二吸附剂材料中或从所述第一吸附剂材料和/或第二吸附剂材料中取出热量的机构在所述压缩机/膨胀器模块和所述第一化学反应器和第二化学反应器之间提供制冷剂流，且其中所述压缩机/膨胀器模块可操作，以根据能力存储需求压缩或膨胀所述制冷剂。

[0009] 基于化学能量存储装置的好处是，它提供了热能和电能存储，并且它能够有效地回收存储的能量来根据不同用户的要求提供电力、加热或冷却。能量存储装置的灵活性和其回收存储的能量的能力与液流电池是可比的，因为与现有的能量存储系统相比，该系统以改进的效率操作。

[0010] 在第一化学反应器和第二化学反应器之间的压力差驱动循环。含有第一吸附剂材料的第一化学反应器在特定温度下具有反应压力。含有第二吸附剂材料的第二化学反应器在特定温度下具有反应压力。如果第一反应器压力和第二反应器压力之间的差足够大，该压力差驱动循环。此外，压缩机/膨胀器模块的入口和出口之间的压力差驱动制冷剂用于功率输出。

[0011] 基于化学能量存储装置的另一好处是，它可以被容纳在低压储罐中，因此并不需要像现有的压缩空气能量存储系统那样被收容在地下。这样，地理位置对于压缩空气能量存储系统并不限于深岩石的区域，或者位于临近大水域的升高的位置以用于抽水蓄能系统。基于化学能量存储装置可被存储在地面。

[0012] 此外，基于化学能量存储装置具有比其它能量存储系统更高的存储密度，因此，该装置的总体尺寸可被降低，而同时保持相同的能量存储容量和输出。这是由于第一化学反应器和第二化学反应器具有更好的吸附能力。

[0013] 基于化学吸附的能量存储装置是具有成本效益的，这是由于系统的尺寸较小以及基于化学吸附的能量存储装置的简单和紧凑的构造还同样导致减少的制造时间和更简单的维护。该装置的模块化性质允许组件根据需要被维护和更换。

[0014] 第一温度和第二温度可以是相同的。当系统被配置为输出电力时，该配置是可以接受的。然而典型地，第一温度将是高温而第二温度将是低温。当系统被配置为输出热量或冷却时，该配置是特别优选的，而当系统被配置以输出电力时同样也是可以接受的。

[0015] 可选地，制冷剂可以是氨。

[0016] 可选地，制冷剂可以是甲醇。

[0017] 可选地，制冷剂可以是蒸汽。

[0018] 环保制冷剂如氨、甲醇和蒸汽具有零臭氧损耗潜势(ODP)以及零全球变暖潜能值(GWP)。此外，氨具有优良的热力学性质的期望的特性。此外，从经济角度来看，氨制冷是处理和存储冷冻及非冷冻解冻食品的最具成本效益和节能的方法。

[0019] 第一吸附剂材料和第二吸附剂材料可以是相同的(例如，相同的金属盐)。当系统被配置为输出电力时，该配置是可以接受的。然而典型地，第一温度吸附剂材料和第二吸附剂材料将是不同的(例如，将会是不同的金属盐)。当系统被配置为输出热量或冷却时，该配置是特别优选的，而当系统被配置为输出电力时也是可以接受的。

[0020] 可选地，第一吸附剂材料可以是盐，例如金属盐。该盐可以从能够与制冷剂气体，例如氨形成配价键的盐中选择。该盐可以是金属卤化物，例如金属氯化物。金属卤化物盐非常适合于其中的制冷剂是氨、甲醇或蒸汽的系统。该盐可以是金属硫化物。金属硫化物盐非常适合其中制冷剂是氨或甲醇的系统。该盐可以是金属硫酸盐。金属硫酸盐非常适合于其中的制冷剂是水蒸汽的系统。盐可以选自以下组中：NiCl2、CaCl2、MgCl2、MgSO4和MnCl2。

[0021] 可选地，第二吸附剂材料可以是盐，例如金属盐。该盐可以从能够与制冷剂气体，例如氨形成配价键的盐中选择。该盐可以是金属卤化物，例如金属氯化物或金属溴化物。金属卤化物盐非常适合于其中的制冷剂是氨、甲醇或蒸汽的系统。该盐可以是金属硫化物。金属硫化物盐非常适合其中制冷剂是氨或甲醇的系统。该盐可以是金属硫酸盐。金属硫酸盐非常适合于其中的制冷剂是水蒸汽的系统。盐可以是CaCl2、SrCl2、BaCl2和NaBr。

[0022] 只要它们具有与制冷剂的适当的相互作用，第一吸附剂材料和第二吸附剂材料可以是相同的类型(例如，两者都是金属卤化物)，或混合的盐(例如，一种金属卤化物，一种金属硫化物)，只要它们的反应热动力平衡相互匹配。因此，该装置的进一步的好处是，有能够在不同温度水平下能够致冷和热泵的众多的工作对，并且因此单个系统可以包括在不同温度下操作的工作对并进一步扩大装置的可用性。

[0023] 通过使用两种盐，单个热源温度能够驱动装置，并产生较高的性能系数(COP)，因为第二化学反应器中的第二吸附剂材料的解吸热量高于制冷剂气体的汽化焓。此外，基于化学吸附的能量存储装置可以安装在任何位置或地点，因为在反应器内没有液体，它不依赖于环境条件或重力场强度。该装置可与涡轮机整合，因为由于第一化学反应器和第二化学反应器间较大的压力差，该装置能够提供更高的功率输出。

[0024] 在相同的热源温度下，该装置可产生比常规固体吸附系统更高的性能系数(COP)，因为第二化学反应器内的吸附剂的解吸热高于制冷剂的汽化焓。另外，该装置可以被安装在任何位置，或者在没有重力的环境条件，因为在第一化学反应器和第二化学反应器内部没有液体。为了与涡轮机整合，该装置由于化学反应器之间的较大压力差，可能产生比常规吸附循环更多的功率。

[0025] 可选地，第一吸附剂材料和/或第二吸附剂材料可以是多孔的。多孔吸附剂材料具有比非多孔材料更大的每体积单元的表面积。因此，更大的量的制冷剂气体可以吸附到吸附剂材料，为系统提供相对于其尺寸更大的容量。

[0026] 可选地，可设有阀，以提供选择性的连接到所述压缩机/膨胀器模块。在一些实例中，选择性的阀可合并入装置以选择性地连接组件。例如，一个压缩机和一个膨胀器可以布置在具有选择性阀的不同环路上，结合压缩机和膨胀器的装置可以是选项之一，因为它用在一个方向上流动的进给流来操作压缩，而当流动方向逆转时操作膨胀。通过环路上的选择性阀整合压缩机会提供通过本文所公开的化学吸附循环回收超低品位热的可能性。

[0027] 根据另一方面，提供了一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量的方法，

[0028] 所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，其选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

[0029] 所述方法包括：

[0030] 加热所述第一化学反应器以从所述第一吸附剂材料释放制冷剂气体；

[0031] 压缩从所述第一化学反应器释放的所述制冷剂气体，及

[0032] 将压缩的制冷剂气体输送至所述第二化学反应器，所述压缩的制冷剂气体吸附到所述第二吸附剂材料上。

[0033] 可以说，加热第一化学反应器启动了化学反应。因此，加热该反应器使得制冷剂气体从吸附剂材料解吸。通常，这将涉及制冷剂气体和吸附剂之间的化学键(例如，配价键)的断裂。

[0034] 如果制冷剂气体是在低压下，制冷剂气体被压缩，并随后由第二化学反应器吸附。

[0035] 根据另一个方面，提供了一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量的方法，

[0036] 所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和第二吸附剂材料中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，其选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成或者压缩或者膨胀制冷剂；

[0037] 所述方法包括：

[0038] 加热所述第一化学反应器以从所述第一吸附剂材料释放制冷剂气体；

[0039] 膨胀从所述第一化学反应器释放的所述制冷剂气体，及

[0040] 将压缩的制冷剂气体输送至所述第二化学反应器，所述压缩的制冷剂气体吸附到所述第二吸附剂材料上。

[0041] 如果制冷剂气体是在足够高的压力下，制冷剂气体通过压缩机/膨胀器模块膨胀以用于电力输出。

[0042] 根据另一个方面，提供了一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量并产生电力和制冷的方法，

[0043] 所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，其选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

[0044] 所述方法包括：

[0045] 加热所述第二化学反应器以释放高压制冷剂气体；

[0046] 将所述高压制冷剂气体输送至所述压缩机/膨胀器模块；

[0047] 膨胀所述高压制冷剂气体以产生电力和废弃的制冷剂气体；及

[0048] 将所述废弃的制冷剂气体输送至所述第一化学反应器，用于吸附到所述第一吸附剂材料上。

[0049] 根据另一个方面，提供了一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量并产生热量的方法，

[0050] 所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，其选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成压缩或者膨胀制冷剂；

[0051] 所述方法包括：

[0052] 加热所述第二化学反应器以释放高压制冷剂气体；及

[0053] 将所述高压制冷剂气体直接地输送至所述第一化学反应器，使得所述高压制冷剂气体吸附到所述第一吸附剂材料上以提供热量。

[0054] 可以说，将制冷剂气体输送到第一吸附剂材料触发了化学反应。因此，输送导致制冷剂气体吸附到吸附剂材料上。通常，这将涉及制冷剂气体和吸附剂材料之间的化学键(例如，配价键)的形成，其导致热释放。产生的热量可以被描述为高温合成热量。

[0055] 根据另一个方面，提供了一种操作基于化学吸附的能量存储装置以存储能量并产生制冷的方法，

[0056] 所述装置包括：包含第一吸附剂材料的第一化学反应器和包含第二吸附剂材料的第二化学反应器，所述第一吸附剂材料在高温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第二吸附剂材料在低温下具有对制冷剂气体的亲和力，所述第一化学反应器和第二化学反应器进一步设有用于输入热量到所述第一化学反应器和第二化学反应器中或从所述第一化学反应器和第二化学反应器中取出热量的机构，和压缩机/膨胀器模块，其选择性地连接到所述第一化学反应器和所述第二化学反应器，所述压缩机/膨胀器模块配置成或者压缩或者膨胀制冷剂；

[0057] 所述方法包括：

[0058] 从外部源吸取热量并引导此热量之所述第二化学反应器，使得制冷剂气体从所述第二化学反应器释放；及

[0059] 将所述制冷剂气体直接地输送至所述第一化学反应器，其中所述制冷剂气体被吸附到所述第一吸附剂材料上。

[0060] 可以说，加热第二化学反应器启动了化学反应。因此，加热该反应器使得制冷剂气体从吸附剂材料解吸。通常，这将涉及制冷剂气体和吸附剂之间的化学键(例如，配价键)的断裂。

[0061] 在第二所述方面和随后提到的方面中操作的装置可以是根据第一所述方面的装置。因此，相对于所述第一所述方面描述的可选的特征同样适用于第二所述方面和随后提到的方面。

附图说明

[0062] 以下通过引用附图对本发明的实施例进一步地描述，其中：

[0063] 图1是本系统的示意图。插图1示出压缩的第一步骤；插图2a示出用于产生电能的膨胀的第二步骤；插图2b示出产生热量的第二步骤；插图2c示出产生冷却的第二步骤。

具体实施方式

[0064] 第一吸附剂材料可以是在容器内的高温盐吸附剂床的形式。合适的吸附剂盐的例子(当制冷剂是氨时特别有效)是NiCl2、CaCl2、MgCl2、MgSO4和MnCl2。

[0065] 第二吸附剂材料可以是在容器中的低温盐吸附剂床的形式。合适的吸附剂的例子盐(当制冷剂是氨时特别有效)是CaCl2、SrCl2、BaCl2和NaBr。

[0066] 化学吸附是吸附的一种形式，其涉及吸附物(在本例情况下是制冷剂气体)和吸附剂之间的化学键(例如，配价键)的形成和断开。

[0067] 化学吸附存储系统能够根据不同的能源需求重复产生电力或加热或冷却。它展示出堪比液流电池的更大的灵活性。

[0068] 当吸附剂在给定温度下具有对制冷剂气体的亲和力时，在该温度下的被吸附的气体(即化学键合到吸附剂)和未被吸附的气体(即未化学键合到吸附剂)之间的平衡偏向被吸附的气体。

[0069] 在本说明书中使用的术语“高温”和“低温”应被理解为相对于彼此。

[0070] 能量存储装置的单个周期是由四个主要部分组成：高温盐容器(HTS吸附床)、低温盐容器(LTS吸附床)、可反向工作的作为膨胀器的压缩机，和用于释放冷能的热交换器。一个完整周期的工作原理由两个步骤组成。压缩机或膨胀器可以位于单独的回路(复数个)上作为两个单独的组件。

[0071] 在第一步骤中，能量存储系统采用非高峰期间的电力来驱动该加压从HTS氨合物中释放的氨的压缩机，图1(1)中示出的a-b表示等熵压缩。氨以在热沉温度下浸透在多孔材料中的LTS氨合物的形式被存储，图1(1)中示出的b-c表示了等压冷却。点c是LTS合成反应的平衡状态。

[0072] 在第二步骤中，能量存储系统可以以多种方式操作以便重复产生电力、加热或冷却(制冷)操作。

[0073] 为了重复产生电力发电和额外的制冷，LTS容器在60℃下(通过路径d，如图1(2a)中所示)加热。LTS容器释放高压氨，其穿过膨胀器并产生电力(通过路径d，如图1(2a)中所示)。随后，排出的氨被HTS容器吸附(通过路径e-f，图1(2a))。

[0074] 氨蒸气到达膨胀器的入口，处于低温但高压下，且同时，膨胀器下游的HTS吸附剂处于极低的平衡压力下；膨胀的良好性能和大输出功率得以实现。排出的氨提供了额外的制冷。

[0075] 为了产生热量，LTS容器在60℃下加热(图1(2b)中由路径d-e示出)，LTS容器释放直接被HTS容器吸附的氨。提供阀门以直接连接LTS容器和HTS容器。

[0076] 高温度的合成热量(d-e)被产生，如图1(2b)所示。

[0077] 如果高温吸附剂材料是NiCl2，约260℃的热量被释放。其它的吸附剂材料，例如MnCl2产生约150℃的热量，CaCl2产生约90℃的热量。

[0078] 为了产生制冷，LTS容器被构造成从周围吸取热量，并由此LTS容器对周围环境产生冷却效果。所提取的热启动氨的释放(如图1(2c)所示的路径d-e)，并且从周围环境吸取的分解热量导致制冷效果。同时，HTS容器被冷却并吸附氨(如图1(2c)所示的路径d-e)。

[0079] 导致制冷效果的HTS吸附剂冷却温度取决于所选择的吸附剂材料。CaCl2可以在20℃下被冷却得到-15℃的制冷效果，而MnCl2和NiCL2只需要在最高71℃和157℃下，分别冷却得到同样的制冷效果。因此，如果运用20℃的热沉，选择MnCl2和NiCL2作为HTS产生更好的和较低温度的制冷。

[0080] 通过使用化学反应(即，化学键，例如配价键的形成或断裂)，例如在制冷剂气体(如蒸汽或氨)和固体吸附剂(如MgO和卤化物盐)之间，热量可以在一个温度下被长期存储(以最小的损失)，然后从存储系统提取为以下任一：热量(在相同或更高的温度下)、冷却或电力。从存储系统中提取的能量随后可用于降低电力、加热和/或冷却的需求，产生经济利益。

[0081] 热化学储热系统有两个组件：

[0082] 1、包含可被加热或冷却的吸附剂材料(固体或液体)的化学反应器。当该化学反应器被加热(热量被从废热或环境供给到反应器中，并转换为化学势能)时，制冷剂气体被解吸并离开反应器。当制冷剂进入反应器并且被吸附时，会产生热量，这是作为热量从反应器中提取的并且被用在例如工业过程中。

[0083] 2、压缩机/膨胀器，其或者消耗功(电力)以便压缩制冷剂气体，或者膨胀气体以产生可以发电的功。

[0084] 可选的第三组件是冷凝器/蒸发器，其或者冷凝离开反应器的制冷剂，产生有用的热量输出，或者蒸发具有热量输入的制冷剂，热量输入可以是从环境或来自工业过程的“废弃”热量。

[0085] 这种存储技术的一个关键的新颖方面是，组件是可互换的，使得定制系统可被开发用于工业厂房或过程，这取决于产生的可回收热量的量或频率、用于加热、冷却和电力的需求，和系统操作要求。这种灵活性提高了效率，最大限度地减少能源需求并允许该系统被用于广泛的应用范围。提高工业能源利用的一个竞争方式(competing approach)是具有利用高温相变材料和合适的工作温度有机朗肯循环发动机的热能存储器的系统，以减少工业应用中的电力需求。

[0086] 冷却和电力化学吸附系统采用压缩机/膨胀器，氨的固体化学吸附的性能特征，诸如热与质量传递、吸附/解吸容量、活性材料和化学反应动力学可以很好。

[0087] 有许多类型的反应器和换热器能够合并入该装置和方法(即再生器)，比如圆柱再生器、壳和翅片管再生器、旋转多床再生器、板式换热再生器。

[0088] 替代的压缩/膨胀技术可用并适用于该装置。实例包括旋转装置，例如涡旋型、叶片型、或叶型装置，并且往复装置的实例包括在直列型、“V”型、串联活塞型、单动和双动型。

[0089] 许多材料已经被研究作为压实的吸附剂化合物的多孔载体，如活性炭、蛭石、膨胀石墨、沸石和硅胶。某些多孔载体具有对产生额外吸附能力的制冷剂气体的物理吸附能力。其他都仅是惰性基质。

[0090] 例如，可膨胀石墨用于生产多孔载体。可膨胀石墨通过将其放置在电烘箱内在约10分钟的持续时间中在约600℃下通过热处理使其膨胀。加热的准确温度和持续时间取决于不同原料的石墨材料。膨胀石墨随后与盐溶液，如卤化物盐，例如CaCl2混合，并在110℃下干燥约24小时，以除去游离的水，并允许CaCl2·nH2O浸渍到膨胀石墨材料中。该混合物保持在约270℃的温度下若干小时，以将CaCl2·nH20煅烧成CaCl2。盐对膨胀石墨的最佳质量比已经被研究以改进传热和传质。反应性盐在总吸附剂化合物中的最佳质量分数范围为从
50％至90％，例如从65％到80％。

[0091] CaCl2和膨胀石墨的复合物吸附剂提高了纯盐(CaCl2)的热导率约36倍。添加膨胀石墨纹理有助于制冷气体的传质并减少纯盐吸附剂已被发现的容易发生的胀大和结块。

[0092] 盐/制冷剂组合的反应平衡和动态性能已经针对一些盐/制冷剂的组合进行了研究。

[0093] 可以使用高温相变材料存储，并且可以根据特定的工业温度范围调整。

[0094] 对许多材料进行了研究以作为压实的吸附剂化合物的多孔材料或载体，如活性炭、蛭石、膨胀石墨、沸石和硅胶。一些材料具有对制冷剂的物理吸附能力，它提供了额外的吸附，而有些只是惰性基质，提供用于吸附剂化合物的载体。加入这些多孔载体增强了吸附剂材料的热量与质量传递性能，从而导致装置的整体性能的提高。

[0095] 本领域技术人员将明白，与任何上述实施例有关的特征可以在不同实施例之间互换。上述实施例是用来解释本发明的各种特征的示例。

[0096] 在整个说明书和本说明书的权利要求中，词语“包括”和“含有”以及它们的变型指“包括但不限于”，并且它们并非旨在(并且不)排除其它部分、添加剂、组分、整数或步骤。在整个说明书和权利要求书中，单数包含复数，除非文义另有所指。特别地，在使用不定冠词时，说明书应理解为考虑单数以及复数，除非上下文另有要求。

[0097] 结合本发明的特定方面、实施例或示例所描述的特征、整数、特性、化合物、化学结合或基团应被理解为适用于本文所述的任何其它方面、实施例或示例，除非与其不相容。所有的在本说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中公开的特征和/或所公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以任何组合方式进行组合，除了那些其中至少一些这种特征和/或步骤是互相排斥的组合。本发明并不受限于任何前述实施例的细节。本发明延伸到在本说明书中公开的特征(包括任何所附权利要求，摘要和附图)中的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或延伸到所公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

[0098] 读者应须注意到与本申请相关联的同时于或先于本说明书提交的，并且以本说明书公开给公众检视的所有文件和文档，并且所有这些文件和文档的内容通过引用并入本文。

标题	发布/更新时间	阅读量
复合能量床毯-专利编号CN110558791A	2020-05-13	903
能量系统、能量装置、能量利用方法及能量传送方法-专利编号CN102084575A	2020-05-12	206
能量回收系统-专利编号CN101032072A	2020-05-13	267
能量回收系统-专利编号CN100490288C	2020-05-13	1019
能量储存装置-专利编号CN1186565A	2020-05-12	576
复合能量手套-专利编号CN110537749A	2020-05-11	754
能量节约聚集-专利编号CN102282742A	2020-05-11	430
能量回收系统-专利编号CN101472757A	2020-05-12	651
复合能量经络刷-专利编号CN110538056A	2020-05-11	435
能量布-专利编号CN201140558Y	2020-05-11	240

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